JP2009171333A - Signal transmission integrated circuit device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2009171333A JP2008008302A JP2008008302A JP2009171333A JP 2009171333 A JP2009171333 A JP 2009171333A JP 2008008302 A JP2008008302 A JP 2008008302A JP 2008008302 A JP2008008302 A JP 2008008302A JP 2009171333 A JP2009171333 A JP 2009171333A
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Inventor
Shinichi Kominato
真一 小湊
Masao Segawa
雅雄 瀬川
Kazunobu Nagai
一信 永井
Isamu Nitta
勇 新田
Mitsuyuki Yokoyama
光之 横山
Mariko Sugimoto
麻梨子 杉本
Sari Maekawa
佐理 前川
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve noise resistance against external noise while attaining improvement in high-speed response performance. <P>SOLUTION: A magnetic coupling circuit Z is configured by layering in order a soft magnetic substance 3, a coil 4, an insulator 5, a coil 6 and a soft magnetic substance 8 via an insulating film 2 on a silicon substrate 1. A receiving circuit 15 is electrically connected to the coil 4, and a transmitting circuit 16 is electrically connected to the coil 6. The magnetic coupling circuit Z is integrated in one package together with the transmitting circuit 16 and the receiving circuit 15 and formed into input/output insulated type. The soft magnetic substances 3, 8 are configured to cover the surroundings of the coils 4, 6 and insulators 5, 7. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、入出力の電気的絶縁を保持しつつ信号を伝送するための信号伝送集積回路装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a signal transmission integrated circuit device for transmitting a signal while maintaining electrical insulation between input and output, and a method for manufacturing the same.

この種の信号伝送集積回路装置としてフォトカプラが一般に知られている。このフォトカプラは、発光素子および受光素子が対向配置して構成され、入力信号が発光素子に通電されると発光素子が発光し、当該発光を受光素子が受光して受光信号を増幅するように構成され、一次側の入力信号が二次側に伝達されるように構成されている。尚、フォトカプラ以外では、コイルを磁気結合してデジタル信号を伝送する構成が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
特表2001−513276号公報 特表2001−521160号公報
A photocoupler is generally known as this type of signal transmission integrated circuit device. This photocoupler is configured by arranging a light emitting element and a light receiving element so as to face each other. When an input signal is supplied to the light emitting element, the light emitting element emits light, and the light receiving element receives the emitted light to amplify the light receiving signal. The primary side input signal is transmitted to the secondary side. Besides the photocoupler, a configuration is known in which a coil is magnetically coupled to transmit a digital signal (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
JP-T-2001-513276 JP-T-2001-521160

昨今の情報社会では、より情報処理能力の向上が求められており、高速応答性能の向上、外乱に対する信号伝達の信頼性の向上が求められている。しかしながら、たとえ既存のフォトカプラを応用して高速応答性能の良い回路を実現したとしてもコスト増に繋がり実用的ではない。しかも、特許文献1、2記載の技術思想を適用したとしても外来ノイズが生じると当該外来ノイズの影響を受けるため信号伝送の信頼性に欠ける。   In the recent information society, further improvement in information processing capability is required, and improvement in high-speed response performance and improvement in signal transmission reliability against disturbance are required. However, even if an existing photocoupler is applied to realize a circuit with good high-speed response performance, it leads to an increase in cost and is not practical. Moreover, even if the technical ideas described in Patent Documents 1 and 2 are applied, if external noise occurs, it is affected by the external noise, so that signal transmission reliability is lacking.

本発明は、高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できるようにした入出力絶縁型の信号伝送集積回路装置およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an input / output insulation type signal transmission integrated circuit device and a method for manufacturing the same, which can improve noise resistance against external noise while improving high-speed response performance.

請求項1に係る発明の信号伝送集積回路装置は、支持基板上に形成された第1軟磁性体部、前記第1軟磁性体部上に形成されたコイル状の第1導電体、前記第1導電体上に形成された絶縁体、前記絶縁体上に形成され前記コイル状の第1導電体と対向配置されたコイル状の第2導電体、および前記第2導電体上に形成された第2軟磁性体部を具備した絶縁伝達回路と、前記コイル状の第1および第2の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、前記送信回路が接続されたコイル状の導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴としている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a signal transmission integrated circuit device comprising: a first soft magnetic body portion formed on a support substrate; a coil-shaped first conductor formed on the first soft magnetic body portion; An insulator formed on one conductor, a coiled second conductor formed on the insulator and disposed opposite to the coiled first conductor, and formed on the second conductor An insulated transmission circuit having a second soft magnetic body portion, a transmission circuit electrically connected to one of the coiled first and second conductors, and a coil shape to which the transmission circuit is connected A receiving circuit electrically connected to the other of the two conductors, and the insulating transmission circuit, the transmitting circuit, and the receiving circuit are formed in an input / output insulation type by a circuit integrated in one package It is characterized by being.

請求項11に係る発明は、請求項1記載の信号伝送集積回路装置の絶縁伝達回路を製造する方法であって、支持基板上に第1軟磁性体部を形成する工程と、前記第1軟磁性体部上にコイル状の第1導電体を形成する工程と、前記第1導電体上に第1絶縁体を形成する工程と、前記第1絶縁体上に前記コイル状の第1導電体と対向配置されるようにコイル状の第2導電体を形成する工程と、前記第2導電体上に第2軟磁性体部を形成する工程とを具備している。   The invention according to claim 11 is a method of manufacturing an insulated transmission circuit of the signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein a step of forming a first soft magnetic body portion on a support substrate, and the first soft magnetic circuit portion are formed. Forming a coiled first conductor on the magnetic body, forming a first insulator on the first conductor, and forming the coiled first conductor on the first insulator; And a step of forming a coil-shaped second conductor so as to be opposed to each other, and a step of forming a second soft magnetic body portion on the second conductor.

本発明によれば、磁気結合による回路を適用すると共に軟磁性体を適用することによって、磁気結合率を向上することができ高速応答性能の向上を図ることができ、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できる。   According to the present invention, by applying a circuit using magnetic coupling and applying a soft magnetic material, the magnetic coupling rate can be improved and high-speed response performance can be improved, and noise resistance against external noise can be improved. It can be improved.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1ないし図12を参照しながら説明する。尚、以下に示す参照図面は模式的に示すもので、各図面における構成要素の厚み、幅、長さ寸法やその比率などは実際の構造とは異なる。図2は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)コイルによる磁気結合回路を適用した絶縁型デジタル入出力処理用の信号伝送集積回路装置の平面図を示しており、図1は、当該図2中のA−A線に沿う構造断面を示している。また図3は、磁気結合回路の断面斜視図を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the reference drawings shown below are shown schematically, and the thickness, width, length dimension, ratio, and the like of the components in each drawing are different from the actual structure. FIG. 2 is a plan view of a signal transmission integrated circuit device for insulating digital input / output processing to which a magnetic coupling circuit using a micro electro mechanical systems (MEMS) coil is applied. FIG. The structural cross section along line -A is shown. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the magnetic coupling circuit.

図1に示すように、支持基板としてのシリコン基板1上には、絶縁膜2を介して、軟磁性体3、コイル4、絶縁体5、コイル6、絶縁体7、軟磁性体8を順に積層した磁気結合回路Zが構成されている。なお、軟磁性体3は第1軟磁性体部、軟磁性体8は第2〜第4軟磁性体部を構成している。なお、シリコン基板1を適用した実施形態を示すが、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板などの支持基板を必要に応じて適用できる。   As shown in FIG. 1, a soft magnetic body 3, a coil 4, an insulator 5, a coil 6, an insulator 7, and a soft magnetic body 8 are sequentially arranged on a silicon substrate 1 as a support substrate via an insulating film 2. A stacked magnetic coupling circuit Z is configured. The soft magnetic body 3 constitutes a first soft magnetic body portion, and the soft magnetic body 8 constitutes second to fourth soft magnetic body portions. In addition, although embodiment which applied the silicon substrate 1 is shown, support substrates, such as an organic substrate which uses glass or a ceramic inorganic board | substrate, an epoxy etc. as a base material, can be applied as needed.

絶縁膜2は、例えばシリコン酸化膜(SiO)によって構成されている。この絶縁膜2の上面上に形成された軟磁性体3は、例えばフェライトにより形成されている。この軟磁性体3は、磁束通過の際に磁気飽和現象を生じない程度の膜厚(例えば、数10μm〜数100μm)でドーナツ円板型に成型されている。   The insulating film 2 is made of, for example, a silicon oxide film (SiO). The soft magnetic body 3 formed on the upper surface of the insulating film 2 is made of, for example, ferrite. The soft magnetic body 3 is formed into a donut disk shape with a film thickness (for example, several tens of μm to several hundreds of μm) that does not cause a magnetic saturation phenomenon when magnetic flux passes.

この軟磁性体3の上面上には、コイル4が例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって平面渦巻状に数ターン乃至数10ターン形成されている。絶縁体5は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル4の上面および側面を覆うように形成されている。この絶縁体5は、平面的に渦巻状コイル4の内側周に沿って形成されると共にコイル4の外側周に沿って形成されている。   On the upper surface of the soft magnetic body 3, the coil 4 is formed in a plane spiral shape from several turns to several tens of turns using a conductive material such as copper, aluminum, or gold. The insulator 5 is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the coil 4 with a material such as polyimide, for example. The insulator 5 is formed along the inner periphery of the spiral coil 4 in a plan view and along the outer periphery of the coil 4.

コイル6は、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって絶縁体5の上面上に位置して平面渦巻状に数ターン乃至数10ターン形成されており、コイル4とは所定距離ギャップとなる絶縁体5を挟んで上下方向に対向配置されている。コイル4および6は同一形状に形成されている。絶縁体7は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル6の上面および側面を覆うように形成されている。   The coil 6 is formed on a top surface of the insulator 5 by a conductive material such as copper, aluminum, or gold, and is formed in several planes to several tens of turns in a plane spiral shape. The coil 6 has a predetermined distance gap. Oppositely arranged in the vertical direction across the insulator 5. The coils 4 and 6 are formed in the same shape. The insulator 7 is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the coil 6 with a material such as polyimide, for example.

この絶縁体7は、平面的に渦巻状コイル6の内側周に沿って形成されると共にコイル6の外側周に沿って形成されている。軟磁性体8は、それぞれ例えばフェライトにより絶縁体5および7の外側周囲、内側周囲、および絶縁体7の上面に沿って形成され、その外形がドーナツ円板型に成型されている。軟磁性体8が絶縁体5および7の外側周囲を囲うように形成されている部分を第3軟磁性体部とし、絶縁体5および7の内側周囲を囲うように形成されている部分を第4軟磁性体部とし、絶縁体7の上面に沿って形成されている部分を第2軟磁性体部としている。   The insulator 7 is formed along the inner periphery of the spiral coil 6 in plan and along the outer periphery of the coil 6. The soft magnetic body 8 is formed of ferrite, for example, along the outer periphery and the inner periphery of the insulators 5 and 7, and the upper surface of the insulator 7, and the outer shape thereof is formed into a donut disk shape. A portion where the soft magnetic body 8 is formed so as to surround the outer periphery of the insulators 5 and 7 is defined as a third soft magnetic body portion, and a portion formed so as to surround the inner periphery of the insulators 5 and 7 is defined as the third soft magnetic body portion. A portion formed along the upper surface of the insulator 7 is a second soft magnetic body portion.

軟磁性体3は、コイル4の下面および絶縁体5の下面に沿って形成されており、軟磁性体8は絶縁体5および7の側面および絶縁体7の上面に沿って形成されているため、軟磁性体3および8は、コイル4および6、絶縁体5および7の周囲を囲うように構成されている。   The soft magnetic body 3 is formed along the lower surface of the coil 4 and the lower surface of the insulator 5, and the soft magnetic body 8 is formed along the side surfaces of the insulators 5 and 7 and the upper surface of the insulator 7. The soft magnetic bodies 3 and 8 are configured to surround the coils 4 and 6 and the insulators 5 and 7.

図1および図2に示すように、絶縁体2の上面上には軟磁性体3中に中継導電層9、10がそれぞれシリコン基板1の表面方向に離間して形成されている。これらの中継導電層9、10は、例えば銅、アルミまたは金などの材料によってそれぞれ引出線として構成されている。絶縁膜11、12がこれらの中継導電層9、10をそれぞれ覆うように例えばシリコン酸化膜(SiOx)により形成されている。このようにして、磁気結合回路Zがシリコン基板1上に絶縁膜2を介して各層3〜8を具備して構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, relay conductive layers 9 and 10 are formed in the soft magnetic material 3 on the upper surface of the insulator 2 so as to be separated from each other in the surface direction of the silicon substrate 1. These relay conductive layers 9 and 10 are each configured as a lead line by a material such as copper, aluminum, or gold. The insulating films 11 and 12 are formed of, for example, a silicon oxide film (SiOx) so as to cover the relay conductive layers 9 and 10, respectively. In this way, the magnetic coupling circuit Z is configured to include the layers 3 to 8 on the silicon substrate 1 with the insulating film 2 interposed therebetween.

中継導電層9、10の上面上には、それぞれ貫通電極13、14の一端がコイル4と同一材料で構成されている。貫通電極13は、その他端が渦巻状のコイル4の内端側に対し構造的および電気的に接続されている。貫通電極14は、その他端が渦巻状のコイル4の外端側に対し構造的および電気的に接続されている。   One end of each of the through electrodes 13 and 14 is made of the same material as that of the coil 4 on the upper surfaces of the relay conductive layers 9 and 10. The through electrode 13 is structurally and electrically connected to the inner end side of the coil 4 whose other end is a spiral shape. The through electrode 14 is structurally and electrically connected to the outer end side of the coil 4 whose other end is a spiral shape.

シリコン基板1の表層には、受信回路15および送信回路16の電気的構成が構成されている。受信回路15および送信回路16は、シリコン基板1の表面方向に磁気結合回路Zを挟んで互いに離間して構成されている。これらの受信回路15および送信回路16は、本実施形態の特徴には特に関係しないため図1のシリコン基板1上および当該基板1内の電気的構造を省略している。   On the surface layer of the silicon substrate 1, the electrical configurations of the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 16 are configured. The reception circuit 15 and the transmission circuit 16 are configured to be separated from each other with the magnetic coupling circuit Z interposed in the surface direction of the silicon substrate 1. Since the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 16 are not particularly related to the features of the present embodiment, the electrical structure on the silicon substrate 1 and in the substrate 1 in FIG. 1 is omitted.

図2に示すように、中継導電層9の上面上にはボンディングワイヤ17が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ17は、中継導電層9と受信回路15との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。中継導電層10の上面上にはボンディングワイヤ18が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ18は、中継導電層10と受信回路15との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。   As shown in FIG. 2, a bonding wire 17 is structurally and electrically connected as a leader line on the upper surface of the relay conductive layer 9. The bonding wire 17 is configured to connect structurally and electrically between the relay conductive layer 9 and the receiving circuit 15. A bonding wire 18 is structurally and electrically connected as a lead line on the upper surface of the relay conductive layer 10. The bonding wire 18 is configured to connect structurally and electrically between the relay conductive layer 10 and the receiving circuit 15.

図1に示すように、コイル6の上部上には、貫通電極19、20が構成されている。貫通電極19は、渦巻状のコイル6の内端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極20は、渦巻状のコイル6の外端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極19は、コイル6の上面上に接触すると共に当該接触面上から絶縁体7および軟磁性体8を上方に貫通して構成されている。   As shown in FIG. 1, penetrating electrodes 19 and 20 are formed on the upper portion of the coil 6. The through electrode 19 is structurally and electrically connected to the inner end of the spiral coil 6. The through electrode 20 is structurally and electrically connected to the outer end of the spiral coil 6. The through electrode 19 is configured to contact the upper surface of the coil 6 and penetrate the insulator 7 and the soft magnetic body 8 upward from the contact surface.

ボンディングワイヤ21は、軟磁性体8の上面上に貫通した貫通電極19と送信回路16との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。また、ボンディングワイヤ22は、軟磁性体8の上面上に貫通した貫通電極20と送信回路16との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。このような構成は、図示しない樹脂製のパッケージに収容されており、受信回路15、送信回路16から図示しない配線を通じて各種端子に接続されている。このようにして、信号伝送集積回路装置Aが構成されている。   The bonding wire 21 is configured to connect structurally and electrically between the through electrode 19 penetrating on the upper surface of the soft magnetic body 8 and the transmission circuit 16. The bonding wire 22 is configured to connect structurally and electrically between the through electrode 20 penetrating on the upper surface of the soft magnetic body 8 and the transmission circuit 16. Such a configuration is accommodated in a resin package (not shown), and is connected from the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 16 to various terminals through wiring (not shown). In this manner, the signal transmission integrated circuit device A is configured.

上記構造の製造方法について図4ないし図7を参照しながら説明する。尚、受信回路15、送信回路16の構成については本実施形態の特徴とは関係しないため、その説明を省略する。   A manufacturing method of the above structure will be described with reference to FIGS. Note that the configurations of the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 16 are not related to the features of the present embodiment, and thus description thereof is omitted.

厚さ数100μm程度に構成された単結晶のシリコン基板1に所望の半導体プロセスにより受信回路15、送信回路16の電気的構成を形成した(図4〜図7には図示せず)後、図4(a)に示すように、シリコン基板1上にシリコン酸化膜(SiO)などの絶縁膜2を形成する。この絶縁膜2の厚さは磁気結合回路Zとシリコン基板1との間の電気的な絶縁性が確保できる程度の膜厚であれば良く、例えば500nm〜数μm程度が好ましい。尚、シリコン基板1に代えて、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板を支持基板として必要に応じて適用しても良い。この場合は、絶縁膜2を形成する必要はない。なお、シリコン基板1を適用した場合には、受信回路15、送信回路16の少なくとも一部または全部の電気的構成要素を所望の半導体プロセスによって内部に実装できるため小型化できる。 After the electrical structures of the receiving circuit 15 and the transmitting circuit 16 are formed on a single crystal silicon substrate 1 having a thickness of about several hundred μm by a desired semiconductor process (not shown in FIGS. 4 to 7), FIG. As shown in FIG. 4A, an insulating film 2 such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed on the silicon substrate 1. The thickness of the insulating film 2 may be a thickness that can ensure electrical insulation between the magnetic coupling circuit Z and the silicon substrate 1, and is preferably about 500 nm to several μm, for example. In place of the silicon substrate 1, an inorganic substrate made of glass or ceramic, an organic substrate based on epoxy or the like may be used as a support substrate as needed. In this case, it is not necessary to form the insulating film 2. In addition, when the silicon substrate 1 is applied, at least a part or all of the electrical components of the reception circuit 15 and the transmission circuit 16 can be mounted inside by a desired semiconductor process, so that the size can be reduced.

次に、図4(b)に示すように、例えば銅、アルミ、あるいは金などの導電性材料を用いてスパッタ、蒸着、あるいはメッキ法により中継導電層9、10をシリコン基板1の絶縁膜2上面上に沿って形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, the relay conductive layers 9 and 10 are formed on the insulating film 2 of the silicon substrate 1 by sputtering, vapor deposition, or plating using a conductive material such as copper, aluminum, or gold. Form along the top surface.

次に、図4(c)に示すように、中継導電層9、10の上に例えばスパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの方法を用いてシリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)などの無機膜からなる絶縁膜11、12を、それぞれ中継導電層9、10を覆うように例えば100〜200nm程度の所定膜厚でパターニングする。この絶縁膜11、12の材料としては、上述の無機膜に代えて、スピンコートや蒸着法によるポリイミド等の有機膜により形成しても良い。このとき、中継導電層9の上面上に至って貫通するホール11aが絶縁膜11に形成されると共に、中継導電層10の上面上に至って貫通するホール12aが絶縁膜12に形成される。これらのホール11aおよび12aは、渦巻状コイル4の受信回路15側の内端および外端に接触する貫通電極14を埋込むために設けられる。   Next, as shown in FIG. 4C, a silicon oxide film (SiO) or silicon nitride film (SiO 2) is formed on the relay conductive layers 9 and 10 by using a method such as sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition). The insulating films 11 and 12 made of an inorganic film such as SiN) are patterned with a predetermined film thickness of, for example, about 100 to 200 nm so as to cover the relay conductive layers 9 and 10, respectively. The insulating films 11 and 12 may be formed of an organic film such as polyimide by spin coating or vapor deposition instead of the above-described inorganic film. At this time, a hole 11 a penetrating through the upper surface of the relay conductive layer 9 is formed in the insulating film 11, and a hole 12 a penetrating through the upper surface of the relay conductive layer 10 is formed in the insulating film 12. These holes 11a and 12a are provided for embedding the through electrode 14 that contacts the inner end and the outer end of the spiral coil 4 on the receiving circuit 15 side.

次に、図4(d)に示すように、例えばフェライトにより軟磁性体3をその外形がドーナツ円板型になるように成型する。なお、ドーナツ円板型に代えて円板型に形成しても良い。軟磁性体3としては、フェライトに代えて、鉄シリコン(Fe−Si)、鉄シリコンアルミニウム合金(センダスト)、ニッケル鉄合金(パーマロイ)、または、鉄(Fe)基、コバルト(Co)基によるアモルファス合金を適用しても良い。この場合、スパッタ法、蒸着、あるいはメッキ法などにより形成する。この軟磁性体3は、磁束が通過する際に磁気飽和を生じない程度の膜厚(例えば数10μm〜数100nm程度の膜厚)に形成すると良い。尚、シリコン基板1などの支持基板、絶縁膜2と、軟磁性体3との密着性の向上や、軟磁性体3の拡散防止のため、当該絶縁膜2および軟磁性体3間にチタン(Ti)などの密着膜(図示せず)をバリア膜として数10nm程度形成すると良い。このとき、軟磁性体3にはホール11aに貫通する貫通孔3aが形成されると共に、ホール12aに貫通する貫通孔3bが形成される。   Next, as shown in FIG. 4D, the soft magnetic body 3 is molded, for example, by ferrite so that the outer shape thereof becomes a donut disk shape. In addition, you may form in a disc shape instead of a donut disc shape. As the soft magnetic body 3, instead of ferrite, iron silicon (Fe-Si), iron silicon aluminum alloy (Sendust), nickel iron alloy (permalloy), or amorphous by iron (Fe) group and cobalt (Co) group An alloy may be applied. In this case, it is formed by sputtering, vapor deposition or plating. The soft magnetic body 3 is preferably formed to a thickness that does not cause magnetic saturation when magnetic flux passes (for example, a thickness of about several tens of μm to several hundreds of nm). In order to improve the adhesion between the supporting substrate such as the silicon substrate 1 and the insulating film 2 and the soft magnetic body 3 and to prevent the soft magnetic body 3 from diffusing, titanium ( An adhesion film (not shown) such as Ti) may be formed as a barrier film on the order of several tens of nm. At this time, the through hole 3a penetrating the hole 11a is formed in the soft magnetic body 3, and the through hole 3b penetrating the hole 12a is formed.

次に、図5(e)に示すように、軟磁性体3の上面上に、銅、アルミニウムまたは金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、或いはメッキ法により渦巻状のコイル4を形成する。このコイル4を形成すると同時に、ホール3a、11a内に貫通電極13を埋め込むと共にホール3b、12a内に貫通電極14を同一材料にて埋込む。   Next, as shown in FIG. 5E, a spiral coil 4 is formed on the upper surface of the soft magnetic body 3 by using a conductive material such as copper, aluminum or gold by sputtering, vapor deposition or plating. Form. Simultaneously with the formation of the coil 4, the through electrodes 13 are embedded in the holes 3a and 11a, and the through electrodes 14 are embedded in the holes 3b and 12a with the same material.

コイル4は、例えば厚さ数10nm〜数μm程度、数ターンから数10ターン程度の巻数で巻回され、コイル内端(基端)が位置するコイル内径部は、コイル径中心からコイル外端(末端)の径に対して所定割合(例えば概ね1/2程度)部分に位置して構成されている。尚、コイル4は、その対向するコイル6との間を磁束が通過でき、受信側のコイル4に所定電圧(例えば数V程度)の誘起電圧を発生できれば良いため、渦巻状でも矩形状でもさらにその組合せ形状で形成されていても良い。   The coil 4 is wound with, for example, a thickness of several tens of nanometers to several μm and a number of turns of several turns to several tens of turns, and the coil inner diameter portion where the inner end (base end) of the coil is located It is configured to be located at a predetermined ratio (for example, approximately ½) with respect to the (terminal) diameter. Note that the coil 4 only needs to be able to pass magnetic flux between the opposing coils 6 and generate an induced voltage of a predetermined voltage (for example, about several volts) in the coil 4 on the receiving side. It may be formed in the combined shape.

次に、図5(f)に示すように、コイル4の上に例えばスパッタ法またはCVD法によりシリコン酸化膜(SiOx)、シリコン窒化膜(SiN)を絶縁体5としてコイル4を覆うように成膜する。絶縁体5の膜厚を増加すると絶縁耐圧が向上するため、数μm〜数10μm程度の厚い膜厚で形成すると良い。図5(g)は図5(f)に対応して平面図を示している。この図5(g)に示すように、絶縁体5はその外形がドーナツ円板状に成型される。   Next, as shown in FIG. 5F, the coil 4 is formed on the coil 4 so as to cover the coil 4 by using, for example, a silicon oxide film (SiOx) or a silicon nitride film (SiN) as an insulator 5 by sputtering or CVD. Film. When the thickness of the insulator 5 is increased, the withstand voltage is improved. FIG. 5G shows a plan view corresponding to FIG. As shown in FIG. 5G, the outer shape of the insulator 5 is formed into a donut disk shape.

次に、図6(h)に示すように、絶縁体5の上面上に、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料を用いて例えばスパッタ法、蒸着法またはメッキ法により渦巻状のコイル6を形成する。このコイル6は、その膜厚がコイル4と同じ程度の膜厚で且つ同様の形状でコイル4と対向するように形成する。尚、図6(j)は、このコイル6の形成時点の平面図を示している。   Next, as shown in FIG. 6H, the spiral coil 6 is formed on the upper surface of the insulator 5 by using, for example, a sputtering method, a vapor deposition method or a plating method using a conductive material such as copper, aluminum or gold. Form. The coil 6 is formed so as to face the coil 4 with the same film thickness as the coil 4 and the same shape. FIG. 6 (j) shows a plan view at the time of forming the coil 6.

次に、図6(i)に示すように、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)などの無機膜、或いはポリイミド等の有機膜からなる絶縁体7をコイル6の上面および側面に沿って形成する。例えば軟磁性体8がコイル6の線間の凹凸内に入り込むとコイル4および6間の磁気結合特性が低下するため、この絶縁体7は軟磁性体8が渦巻状コイル6の線間の凹凸内に入り込むことを防止するために設けられており、これにより、コイル4および6間の磁気結合特性を向上できる。絶縁体7の形成方法は絶縁体5の形成方法と同一の方法を適用できる。このとき、絶縁体7には送信回路16側の渦巻状コイル6の内端上面に貫通するホール7aが形成されると共に、コイル6の外端上面に貫通するホール7bが形成される。   Next, as shown in FIG. 6 (i), an insulator 7 made of an inorganic film such as a silicon oxide film (SiO) or silicon nitride film (SiN) or an organic film such as polyimide is formed on the upper surface and side surfaces of the coil 6. Form along. For example, if the soft magnetic body 8 enters the irregularities between the lines of the coil 6, the magnetic coupling characteristics between the coils 4 and 6 deteriorate, so that the insulator 7 has the irregularities between the lines of the spiral coil 6. This is provided to prevent the coil 4 and 6 from entering, so that the magnetic coupling characteristics between the coils 4 and 6 can be improved. The method for forming the insulator 7 can be the same as the method for forming the insulator 5. At this time, the insulator 7 is formed with a hole 7 a penetrating the inner end upper surface of the spiral coil 6 on the transmission circuit 16 side and a hole 7 b penetrating the outer end upper surface of the coil 6.

次に、図7(k)に示すように、絶縁体7の上面および外側面、絶縁体5の内側面および外側面に沿って軟磁性体8を形成する。この軟磁性体8の形成方法は、軟磁性体3の形成方法と同一の方法により形成する。このとき軟磁性体8にはホール7aに貫通するホール8aが形成されると共に、ホール7bに貫通するホール8bが形成される。   Next, as shown in FIG. 7 (k), the soft magnetic body 8 is formed along the upper and outer surfaces of the insulator 7 and the inner and outer surfaces of the insulator 5. The soft magnetic material 8 is formed by the same method as the soft magnetic material 3 is formed. At this time, a hole 8a penetrating the hole 7a is formed in the soft magnetic body 8, and a hole 8b penetrating the hole 7b is formed.

次に、図7(l)に示すように、銅、アルミ、または金などの導電性材料を適用し、スパッタ、蒸着、またはメッキ法により貫通電極19、20を形成する。貫通電極19、20は、送信用のコイル6の基端部および末端部の電気的接続用の電極を外部に取り出すために設けられる。   Next, as shown in FIG. 7L, a conductive material such as copper, aluminum, or gold is applied, and the through electrodes 19 and 20 are formed by sputtering, vapor deposition, or plating. The through electrodes 19 and 20 are provided to take out the electrodes for electrical connection at the proximal end and the distal end of the transmitting coil 6 to the outside.

次に、図1に示すように、貫通電極19および送信回路16間にボンディングワイヤ21を形成し、貫通電極20および送信回路16間にボンディングワイヤ22を形成する。また、図2に示すように、中継導電層9および受信回路15間にボンディングワイヤ17を形成し、中継導電層10および受信回路15間にボンディングワイヤ18を形成する。その後、エポキシ樹脂などの外装材により射出成型して全体を覆うようにパッケージすることによって集積回路装置Aを形成できるが、その詳細説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 1, a bonding wire 21 is formed between the through electrode 19 and the transmission circuit 16, and a bonding wire 22 is formed between the through electrode 20 and the transmission circuit 16. Further, as shown in FIG. 2, a bonding wire 17 is formed between the relay conductive layer 9 and the receiving circuit 15, and a bonding wire 18 is formed between the relay conductive layer 10 and the receiving circuit 15. Thereafter, the integrated circuit device A can be formed by injection molding with an exterior material such as epoxy resin and packaging so as to cover the whole, but detailed description thereof is omitted.

次に、図8を参照して電気的構成について説明する。
図8は、電気的構成の一例を概略的に示している。この図8に示すように、送信側には送信回路16が構成されており、この送信回路16は印加電源Vdd−Vssの供給を受けて動作する。送信回路16は、直列に構成された複数のバッファ31〜33と、この後段に並列接続された複数のバッファ34〜37とを具備している。バッファ31〜33は入力端子INにデジタル信号が入力されると当該デジタル信号の立上り/立下り電圧変化を安定化する。バッファ34〜37は十分なドライブ電流をコイル6に通電するように構成されている。
Next, the electrical configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 8 schematically shows an example of the electrical configuration. As shown in FIG. 8, a transmission circuit 16 is configured on the transmission side, and this transmission circuit 16 operates by receiving supply of applied power supply Vdd−Vss. The transmission circuit 16 includes a plurality of buffers 31 to 33 configured in series and a plurality of buffers 34 to 37 connected in parallel to the subsequent stage. When a digital signal is input to the input terminal IN, the buffers 31 to 33 stabilize the rise / fall voltage change of the digital signal. The buffers 34 to 37 are configured to pass a sufficient drive current to the coil 6.

他方、受信側には受信回路15が構成されており、印加電源Vcc−GNDの供給を受けて動作する。受信回路15は、入力側に接続されたコイル4の入力信号を整形し出力端子OUTにデジタル信号を出力する。具体的な一例としては、受信回路15は、複数の抵抗R1〜R3、バッファ38〜39を組み合わせて構成されている。抵抗R1は、コイル4に並列接続されており入力信号の大きさ等に応じて抵抗値が予め調整される。抵抗R2およびR3は、電源Vcc−GNDのノード間に直列接続されている。   On the other hand, a receiving circuit 15 is configured on the receiving side, and operates by receiving the supply of the applied power supply Vcc-GND. The receiving circuit 15 shapes the input signal of the coil 4 connected to the input side and outputs a digital signal to the output terminal OUT. As a specific example, the receiving circuit 15 is configured by combining a plurality of resistors R1 to R3 and buffers 38 to 39. The resistor R1 is connected in parallel to the coil 4, and the resistance value is adjusted in advance according to the magnitude of the input signal. Resistors R2 and R3 are connected in series between nodes of power supply Vcc-GND.

コイル4と抵抗R1との共通接続点は、その一方が抵抗R2およびR3間の共通接続点に接続されており、その他方がバッファ38の入力に接続されている。バッファ38は、例えばヒステリシス特性を有しており、その出力はバッファ39の入力に接続されている。バッファ39は出力端子OUTにデジタル信号を出力するように構成されている。   One of the common connection points of the coil 4 and the resistor R 1 is connected to the common connection point between the resistors R 2 and R 3, and the other is connected to the input of the buffer 38. The buffer 38 has a hysteresis characteristic, for example, and its output is connected to the input of the buffer 39. The buffer 39 is configured to output a digital signal to the output terminal OUT.

図9は、電圧電流波形をタイミングチャートによって模式的に示しており、この図8と共に作用説明を行う。これらの図8および図9に示すように、入力端子INに矩形波電圧が与えられると、入力電圧Vinの立上り時には、磁気結合作用によりコイル4に正の誘起電圧が発生し、急激に電圧が上昇する。バッファ38には、抵抗R2およびR3により分圧された所定の直流電圧(例えばVcc/2)を重畳して入力される。尚、コイル6に流れる電流は当該印加電圧の位相に対して遅れるため、所定の増加度を有する変化を伴って流れる。この電流はコイル6の抵抗成分によって決定されるが、例えばコイル6に対し直列に抵抗を設けることで電流値を適正に保つことができる。   FIG. 9 schematically shows a voltage / current waveform by a timing chart, and the operation will be described together with FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, when a rectangular wave voltage is applied to the input terminal IN, a positive induced voltage is generated in the coil 4 due to the magnetic coupling action when the input voltage Vin rises. To rise. A predetermined DC voltage (for example, Vcc / 2) divided by the resistors R2 and R3 is superimposed and input to the buffer 38. Since the current flowing through the coil 6 is delayed with respect to the phase of the applied voltage, the current flows with a change having a predetermined degree of increase. This current is determined by the resistance component of the coil 6. For example, a current value can be appropriately maintained by providing a resistance in series with the coil 6.

バッファ38は、所定の第1閾値電圧Vref1(>抵抗R2およびR3による分圧電圧Vcc/2)以上となるタイミングにおいてバッファ39を介して出力端子OUTに「H」を出力する(図8に示すタイミング(1))。その後、コイル4の誘起電圧は当該コイル4のインダクタンス成分に応じて徐々に低下して前記分圧電圧に戻るが、抵抗R2およびR3による分圧電圧未満には低下しないため、出力端子OUTの「H」状態は保持される。   The buffer 38 outputs “H” to the output terminal OUT through the buffer 39 at a timing equal to or higher than a predetermined first threshold voltage Vref1 (> the divided voltage Vcc / 2 by the resistors R2 and R3) (shown in FIG. 8). Timing (1)). Thereafter, the induced voltage of the coil 4 gradually decreases according to the inductance component of the coil 4 and returns to the divided voltage, but does not decrease below the divided voltage by the resistors R2 and R3. The “H” state is retained.

他方、入力電圧Vinが立下がると、磁気結合作用によりコイル4に負の誘起電圧が発生しバッファ38の入力電圧が急激に下降する。バッファ38は、この電圧が所定の第2閾値電圧Vref2(<抵抗R2およびR3による分圧電圧)以下となるタイミングにおいてバッファ39を介して出力端子OUTに「L」を出力する(図8に示すタイミング(2))。尚、コイル6に流れる電流は、当該印加電圧の位相に対して遅れるため所定減少度の変化を伴って流れる。   On the other hand, when the input voltage Vin falls, a negative induced voltage is generated in the coil 4 due to the magnetic coupling action, and the input voltage of the buffer 38 drops rapidly. The buffer 38 outputs “L” to the output terminal OUT via the buffer 39 at a timing when this voltage becomes equal to or lower than a predetermined second threshold voltage Vref2 (<the divided voltage by the resistors R2 and R3) (shown in FIG. 8). Timing (2)). Since the current flowing through the coil 6 is delayed with respect to the phase of the applied voltage, it flows with a predetermined decrease.

その後、コイル4の誘起電圧は、当該コイル4のインダクタンス成分に応じて徐々に増加して回復するが、抵抗R2およびR3による分圧電圧を超える電圧には至らないため、出力端子OUTの「L」状態は保持される。   Thereafter, the induced voltage of the coil 4 gradually increases and recovers according to the inductance component of the coil 4, but does not reach a voltage exceeding the divided voltage by the resistors R2 and R3. State is maintained.

このような磁気結合回路Zの信号伝搬特性は、入力電圧Vinの立上り/立下り時の急激な電圧上昇/下降に対する応答が非常に速いため、例えば従来より用いられている低速のフォトカプラの信号伝搬特性に比較しても、特に高周波(〜数百MHz程度)における入出力伝搬特性を良化することができる。したがって、フォトカプラを高速応答性能の良い高価なデバイスで構成することなく、磁気結合回路Zによって安価に構成することができる。   Such a signal propagation characteristic of the magnetic coupling circuit Z has a very fast response to a sudden voltage rise / fall at the rising / falling of the input voltage Vin, so that, for example, a signal of a low-speed photocoupler used conventionally is used. Compared with the propagation characteristics, the input / output propagation characteristics can be improved particularly at high frequencies (up to about several hundred MHz). Therefore, the photocoupler can be configured at low cost by the magnetic coupling circuit Z without configuring it with an expensive device having good high-speed response performance.

図10は、図1に代わる磁気結合回路の構造断面を示しており、図11は、図3に代わる磁気結合回路の断面斜視図を示している。すなわち、図10および図11は、第1の実施形態の変形例を示している。なお、第1の実施形態の説明中の構成要件において同一機能を有する同種材料については同一符号を付してその機能説明を省略し、以下、異なる部分について中心に説明する。   FIG. 10 shows a cross-sectional structure of a magnetic coupling circuit that replaces FIG. 1, and FIG. 11 shows a cross-sectional perspective view of the magnetic coupling circuit that replaces FIG. That is, FIG. 10 and FIG. 11 show a modification of the first embodiment. In addition, about the same kind material which has the same function in the component requirement in description of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected, the function description is abbreviate | omitted, and it demonstrates below centering on a different part.

図10に示すように、信号伝送集積回路装置Aに代わる信号伝送集積回路装置A2は、磁気結合回路Zに代わる磁気結合回路Z2を具備している。本変形例においては、軟磁性体8は絶縁体5および7の内外側面に沿って形成されておらず、コイル4および6の側方には軟磁性体8が形成されていない。したがって、図11に示すように、軟磁性体8は、軟磁性体3と同様にドーナツ円板型に成型されている。その他の構造については、図1と同様であるため、その説明を省略する。   As shown in FIG. 10, the signal transmission integrated circuit device A2 that replaces the signal transmission integrated circuit device A includes a magnetic coupling circuit Z2 that replaces the magnetic coupling circuit Z. In this modification, the soft magnetic body 8 is not formed along the inner and outer surfaces of the insulators 5 and 7, and the soft magnetic body 8 is not formed on the sides of the coils 4 and 6. Therefore, as shown in FIG. 11, the soft magnetic body 8 is molded into a donut disk shape like the soft magnetic body 3. The other structures are the same as those in FIG.

図12は、発明者らが解析した磁界分布図を示している。
図12(a)は、軟磁性体を具備していない場合の磁界分布を比較対象として示している。また図12(b)は、図10および図11に示すように、ドーナツ円板型の軟磁性体をコイルの上下に具備している場合の磁界分布を示している。図12(c)は、図1および図3に示すように、軟磁性体がコイルの周囲を囲むように具備している場合の磁界分布を示している。
FIG. 12 shows a magnetic field distribution diagram analyzed by the inventors.
FIG. 12A shows a magnetic field distribution when a soft magnetic material is not provided as a comparison target. FIG. 12B shows the magnetic field distribution in the case where donut disk-type soft magnetic bodies are provided above and below the coil, as shown in FIGS. FIG. 12C shows the magnetic field distribution when the soft magnetic body is provided so as to surround the coil as shown in FIGS.

軟磁性体が設けられていない場合には、図12(a)の特性図に示すように、漏れ磁束が多く、軟磁性体8が絶縁体7の上面のみに沿って設けられている場合には、図12(b)の特性図に示すように、軟磁性体8が設けられていない場合の特性に比較して漏れ磁束が少ない。また、図12(c)に示すように、軟磁性体8が環状に設けられている場合には漏れ磁束がほとんど発生していないことがわかる。すなわち、軟磁性体8が設けられることによってコイル6に生じた磁界がコイル4に効率良く鎖交することになり磁気結合特性を強化できる。この場合、対ノイズ性能も向上できる。   When the soft magnetic material is not provided, as shown in the characteristic diagram of FIG. 12A, when the leakage magnetic flux is large and the soft magnetic material 8 is provided only along the upper surface of the insulator 7. As shown in the characteristic diagram of FIG. 12B, the leakage magnetic flux is smaller than the characteristic when the soft magnetic body 8 is not provided. Moreover, as shown in FIG.12 (c), when the soft-magnetic body 8 is provided in cyclic | annular form, it turns out that almost no leakage magnetic flux has generate | occur | produced. That is, by providing the soft magnetic material 8, the magnetic field generated in the coil 6 is efficiently linked to the coil 4 and the magnetic coupling characteristics can be enhanced. In this case, the noise performance can be improved.

図13は、発明者らが解析した磁気結合率の特性図を示している。
この図13は、軟磁性体3、8としてフェライトを適用した場合の磁気結合率を示しており、当該フェライトをコイル4および6の上下に設けた方がより磁気結合率の特性を良化でき、さらにフェライトによりコイル4および6の周囲を囲うように構成した方が、より磁気結合率の特性を良化できることが確認されている。この場合、コイル4および6間の距離に関わらず磁気結合率を向上でき、コイル4および6間の距離が長い方がその影響は顕著となる。
FIG. 13 is a characteristic diagram of the magnetic coupling rate analyzed by the inventors.
This FIG. 13 shows the magnetic coupling rate when ferrite is applied as the soft magnetic bodies 3 and 8, and the magnetic coupling rate characteristics can be improved more by providing the ferrite above and below the coils 4 and 6. Furthermore, it has been confirmed that the characteristics of the magnetic coupling rate can be further improved by configuring the coils 4 and 6 to be surrounded by ferrite. In this case, the magnetic coupling rate can be improved regardless of the distance between the coils 4 and 6, and the effect becomes more remarkable as the distance between the coils 4 and 6 is longer.

以上説明したように、本実施形態によれば、磁気結合回路Z(Z2)が、シリコン基板1上に絶縁膜2を介して軟磁性体3、コイル4、絶縁体5、コイル6、軟磁性体8を順に積層した構造を備え、コイル4に受信回路15が電気的に接続されると共に、コイル6に送信回路16が電気的に接続されており、磁気結合回路Z(Z2)が送信回路16および受信回路15と共に1つのパッケージ内に集積され入出力絶縁型に形成されているため、例えばフォトカプラを利用した回路に比較して高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上することができる。しかも、実用的に構成することができる。   As described above, according to the present embodiment, the magnetic coupling circuit Z (Z2) is formed on the silicon substrate 1 with the insulating film 2 interposed between the soft magnetic body 3, the coil 4, the insulator 5, the coil 6, and the soft magnetic circuit. A receiving circuit 15 is electrically connected to the coil 4, a transmitting circuit 16 is electrically connected to the coil 6, and the magnetic coupling circuit Z (Z 2) is a transmitting circuit. 16 and the receiving circuit 15 are integrated in one package and formed in an input / output insulation type. For example, the anti-noise property against external noise is improved while improving the high-speed response performance compared with a circuit using a photocoupler. Can be improved. Moreover, it can be configured practically.

本実施形態によれば、軟磁性体8は、コイル4および6の対向側とはコイル6の逆側(上側)に位置して、コイル6の上面に沿って配設されている。軟磁性体3は、コイル4および6の対向側とはコイル4の逆側(下側)に位置して、コイル4の下面に沿って配設されている。これにより、磁気結合率を高くすることができる。したがって、低入力電流であっても信頼性良く動作させることができ、もって省電力化を図ることができる。   According to this embodiment, the soft magnetic body 8 is located on the opposite side (upper side) of the coil 6 from the opposite side of the coils 4 and 6, and is disposed along the upper surface of the coil 6. The soft magnetic body 3 is located on the opposite side (lower side) of the coil 4 from the opposite side of the coils 4 and 6 and is disposed along the lower surface of the coil 4. Thereby, the magnetic coupling rate can be increased. Therefore, even if the input current is low, it can be operated with high reliability, and power saving can be achieved.

磁気結合回路Z(Z2)は、絶縁体7がコイル6と軟磁性体8との間に介在しているため、軟磁性体8の材料がコイル6の線間に入り込むことを防止でき、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。   In the magnetic coupling circuit Z (Z2), since the insulator 7 is interposed between the coil 6 and the soft magnetic body 8, the material of the soft magnetic body 8 can be prevented from entering between the lines of the coil 6. The magnetic coupling rate between 4 and 6 can be improved.

磁気結合回路Zは、軟磁性体3、8が、コイル4、6および絶縁体5、7の内外周囲を囲うように形成されているため、磁気結合回路Z2に比較して磁気結合率をさらに向上することができる。しかも、外部からの外来ノイズに対して遮蔽効果があり対ノイズ特性も向上できる。尚、軟磁性体8が、絶縁体5、7の内外の両周囲を囲う実施形態を示しているが、内周囲または外周囲の何れか一方の周囲を囲むように形成されていたとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。   In the magnetic coupling circuit Z, since the soft magnetic bodies 3 and 8 are formed so as to surround the inner and outer peripheries of the coils 4 and 6 and the insulators 5 and 7, the magnetic coupling ratio is further increased as compared with the magnetic coupling circuit Z2. Can be improved. In addition, it has a shielding effect against external noise from the outside, and can improve the noise resistance. In addition, although the embodiment in which the soft magnetic body 8 encloses both the inner and outer peripheries of the insulators 5 and 7 is shown, even if it is formed so as to enclose either the inner periphery or the outer periphery. It goes without saying that the effect of can be obtained.

絶縁体5は、ポリイミドにより構成されているため、シリコン酸化膜などの無機膜と比較して容易に厚膜化できる。
磁気結合回路Z、Z2を形成する場合、シリコン基板1上に例えば絶縁膜2を介して軟磁性体3を形成し、軟磁性体3上にコイル4を形成し、コイル4上に絶縁体5を形成し、絶縁体5上にコイル4と対向配置されるようにコイル6を形成し、コイル6上に例えば絶縁体7を介して軟磁性体8を形成しているため、軟磁性体3、8の作用によって磁気結合率を向上することができる。
Since the insulator 5 is made of polyimide, it can be easily made thicker than an inorganic film such as a silicon oxide film.
When the magnetic coupling circuits Z and Z2 are formed, the soft magnetic body 3 is formed on the silicon substrate 1 through the insulating film 2, for example, the coil 4 is formed on the soft magnetic body 3, and the insulator 5 is formed on the coil 4. And the coil 6 is formed on the insulator 5 so as to be opposed to the coil 4, and the soft magnetic body 8 is formed on the coil 6 via the insulator 7, for example. , 8 can improve the magnetic coupling rate.

磁気結合回路Zを形成する場合、軟磁性体8を形成するときには、軟磁性体3と共に、コイル4および6の周囲を軟磁性体によって覆うように形成しているため、磁気結合率を向上できる。   When the magnetic coupling circuit Z is formed, when the soft magnetic body 8 is formed, since the periphery of the coils 4 and 6 is covered with the soft magnetic body 3 together with the soft magnetic body 3, the magnetic coupling rate can be improved. .

コイル6を形成した後、軟磁性体8を形成する前に、コイル6上に絶縁体7を形成しているため、軟磁性体8がコイル6の線間に入り込むことを防ぐことができ、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。
軟磁性体8を形成するときには、当該軟磁性体8とコイル4および6との間に絶縁体5および7が介在するように形成するため、軟磁性体8がコイル4および6の線間に入りこむことを防ぐことができ、コイル4および6間の磁気結合率を向上できる。
Since the insulator 7 is formed on the coil 6 after forming the coil 6 and before forming the soft magnetic body 8, the soft magnetic body 8 can be prevented from entering between the lines of the coil 6, The magnetic coupling rate between the coils 4 and 6 can be improved.
When the soft magnetic body 8 is formed, since the insulators 5 and 7 are interposed between the soft magnetic body 8 and the coils 4 and 6, the soft magnetic body 8 is interposed between the lines of the coils 4 and 6. Intrusion can be prevented, and the magnetic coupling rate between the coils 4 and 6 can be improved.

(第2の実施形態)
図14および図15は、本発明の第2の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、送信回路、受信回路の実装領域を変更したところにある。前述実施形態と同一機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 14 and FIG. 15 show a second embodiment of the present invention. The difference from the previous embodiment is that the mounting area of the transmission circuit and the reception circuit is changed. Portions having the same functions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, different portions will be mainly described.

図14は、受信回路の配置形態の一例を示している。この図14に示す集積回路装置A3においては、前述実施形態と比較して受信回路15の実装領域を変更している。この図14に示すように、受信回路15は、磁気結合回路Zの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、受信回路15がコイル4および6の直下方の例えばシリコン基板1内に設けられており、コイル4と受信回路15とが上下に延びる貫通電極41、42によって電気的に接続されている。   FIG. 14 shows an example of the arrangement of receiving circuits. In the integrated circuit device A3 shown in FIG. 14, the mounting area of the receiving circuit 15 is changed as compared with the above-described embodiment. As shown in FIG. 14, the receiving circuit 15 is configured so as to be planarly included in the mounting area of the magnetic coupling circuit Z. Specifically, the receiving circuit 15 is located directly below the coils 4 and 6. For example, the coil 4 and the receiving circuit 15 are electrically connected by through electrodes 41 and 42 extending vertically.

すると、前述実施形態に比較して、集積回路装置A3の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。また、コイル4および受信回路15間を接続するための電気的導電層の長さを短くすることができる。   Then, compared with the above-described embodiment, the mounting area of the integrated circuit device A3 can be reduced in a plane, and the utilization efficiency of the mounting space of the elements can be improved. Further, the length of the electrically conductive layer for connecting the coil 4 and the receiving circuit 15 can be shortened.

図15は、送信回路の配置形態の一例を示している。この図15に示す集積回路装置A4においては、図14の構造と比較して送信回路16の実装領域を変更している。この図15に示すように、送信回路16は、磁気結合回路Zの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、送信回路16がコイル4および6の直上方の軟磁性体8の上面上に絶縁体43を介して構成されている。この場合も同様に、前述実施形態に比較して、集積回路装置A4の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。   FIG. 15 shows an example of the arrangement form of the transmission circuit. In the integrated circuit device A4 shown in FIG. 15, the mounting area of the transmission circuit 16 is changed as compared with the structure of FIG. As shown in FIG. 15, the transmission circuit 16 is configured so as to be planarly included in the mounting area of the magnetic coupling circuit Z. Specifically, the transmission circuit 16 is located directly above the coils 4 and 6. It is comprised on the upper surface of the soft magnetic body 8 via an insulator 43. Similarly in this case, the mounting area of the integrated circuit device A4 can be reduced in a plane as compared with the above-described embodiment, and the utilization efficiency of the element mounting space can be improved.

尚、送信回路16のみがコイル4および6の直上方に位置するように形成されており、受信回路15がコイル4および6の脇に構成されている場合にも同様に適用でき、図14および図15においては、送信回路16および受信回路15を入れ替えて適用しても良い。   Note that the present invention can be similarly applied to the case where only the transmission circuit 16 is formed so as to be positioned immediately above the coils 4 and 6, and the reception circuit 15 is configured beside the coils 4 and 6. In FIG. 15, the transmission circuit 16 and the reception circuit 15 may be switched and applied.

以上説明したように、本実施形態によれば、送信回路16または/および受信回路15の実装領域が、平面的に磁気結合回路Zの実装領域内に包含するように構成されている。これにより、素子の実装スペースの利用効率が向上する。   As described above, according to the present embodiment, the mounting area of the transmission circuit 16 and / or the receiving circuit 15 is configured to be included in the mounting area of the magnetic coupling circuit Z in a plan view. Thereby, the utilization efficiency of the mounting space of an element improves.

本発明の第1の実施形態について信号伝送集積回路装置の要部を示す縦断面図1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a signal transmission integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention. 信号伝送集積回路装置の要部を示す平面図A plan view showing a main part of a signal transmission integrated circuit device 絶縁伝達回路の要部の構造を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the principal part of an insulated transmission circuit (a)〜(d)は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図(その1〜その4)(A)-(d) is process drawing which shows the longitudinal cross-section of the principal part in each manufacturing stage (the 1-the 4) (e)〜(f)は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図(その5〜その6)、(g)は(f)に対応して示す平面図(E)-(f) is process drawing (the 5-the 6) which shows the longitudinal cross-section of the principal part in each manufacturing stage, (g) is a top view shown corresponding to (f) (h)〜(i)は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図(その7〜その8)、(j)は(h)に対応して示す平面図(H)-(i) is process drawing (the 7th-the 8) which shows the longitudinal cross-section of the principal part in each manufacturing stage, (j) is a top view shown corresponding to (h) (k)〜(l)は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図(その8〜その10)(K)-(l) is process drawing which shows the longitudinal cross-section of the principal part in each manufacturing stage (the 8-the 10) 信号伝送集積回路装置の電気的構成図Electrical configuration diagram of signal transmission integrated circuit device タイミングチャートTiming chart 変形例を示す図1相当図FIG. 1 equivalent view showing a modification 変形例を示す図3相当図FIG. 3 equivalent diagram showing a modified example 漏れ磁束を示す図Diagram showing leakage flux 磁気結合率とコイル間の距離との相関関係を示す図Diagram showing correlation between magnetic coupling rate and distance between coils 本発明の第2の実施形態を示す図1相当図(その1)FIG. 1 equivalent view showing a second embodiment of the present invention (part 1) 図1相当図(その2)Figure 1 equivalent (part 2)

符号の説明Explanation of symbols

図面中、A、A2〜A4は信号伝達集積回路装置、Z、Z2は磁気結合回路、1はシリコン基板(支持基板)、2は絶縁膜、3、8は軟磁性体、4、6はコイル、5、7は絶縁体、15は受信回路、16は送信回路を示す。   In the drawings, A, A2 to A4 are signal transmission integrated circuit devices, Z and Z2 are magnetic coupling circuits, 1 is a silicon substrate (support substrate), 2 is an insulating film, 3 and 8 are soft magnetic materials, and 4 and 6 are coils. 5 and 7 are insulators, 15 is a receiving circuit, and 16 is a transmitting circuit.

Claims (14)

支持基板上に形成された第1軟磁性体部、前記第1軟磁性体部上に形成されたコイル状の第1導電体、前記第1導電体上に形成された絶縁体、前記絶縁体上に形成され前記コイル状の第1導電体と対向配置されたコイル状の第2導電体、および前記第2導電体上に形成された第2軟磁性体部を具備した絶縁伝達回路と、
前記コイル状の第1および第2の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、
前記送信回路が接続された前記導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、
前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴とする信号伝送集積回路装置。
A first soft magnetic body portion formed on a support substrate, a coil-shaped first conductor formed on the first soft magnetic body portion, an insulator formed on the first conductor, and the insulator An insulated transmission circuit comprising a coiled second conductor formed on and opposed to the coiled first conductor, and a second soft magnetic body formed on the second conductor;
A transmission circuit electrically connected to any one of the coiled first and second conductors;
A receiving circuit electrically connected to the other conductor of the conductor to which the transmitting circuit is connected;
A signal transmission integrated circuit device, wherein the insulation transmission circuit, the transmission circuit, and the reception circuit are formed in an input / output insulation type by a circuit integrated in one package.
前記第1および第2の軟磁性体部は、フェライトにより構成されていることを特徴とする請求項1記載の信号伝送集積回路装置。   2. The signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein the first and second soft magnetic parts are made of ferrite. 前記第1および第2の軟磁性体部は、その少なくとも何れか一方が鉄シリコン(Fe−Si)、鉄シリコンアルミ(Fe−Si−Al)合金、ニッケル鉄(Ni−Fe)合金、鉄(Fe)基、またはコバルト(Co)基のアモルファス合金により形成されていることを特徴とする請求項1記載の信号伝送集積回路装置。   At least one of the first and second soft magnetic parts is iron silicon (Fe—Si), iron silicon aluminum (Fe—Si—Al) alloy, nickel iron (Ni—Fe) alloy, iron ( 2. The signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein the signal transmission integrated circuit device is formed of an Fe) -based or cobalt (Co) -based amorphous alloy. 前記第1および第2軟磁性体部は、前記第1および第2の導電体間の対向側とは逆側に配設されていることを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。   The said 1st and 2nd soft-magnetic-material part is arrange | positioned on the opposite side to the opposing side between the said 1st and 2nd conductors, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Signal transmission integrated circuit device. 前記コイル状の第1および第2の導電体の外周囲を囲うように形成された第3軟磁性体部を備えていることを特徴とする請求項4記載の信号伝送集積回路装置。   5. The signal transmission integrated circuit device according to claim 4, further comprising a third soft magnetic body portion formed so as to surround an outer periphery of the coiled first and second conductors. 前記コイル状の第1および第2の導電体の内周囲を囲うように形成された第4軟磁性体部を備えていることを特徴とする請求項4または5記載の信号伝送集積回路装置。   6. The signal transmission integrated circuit device according to claim 4, further comprising a fourth soft magnetic body portion formed so as to surround the inner peripheries of the coil-shaped first and second conductors. 前記絶縁体は、ポリイミドにより構成されていることを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。   The signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein the insulator is made of polyimide. 前記送信回路と受信回路のうちの少なくとも一方は前記第1導電体の直下方の領域に設けられていることを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。   8. The signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein at least one of the transmission circuit and the reception circuit is provided in a region immediately below the first conductor. 9. 前記送信回路と受信回路のうち一方は前記第1の導電体の直下方の領域に設けられ、他方は第2導電体の直上に設けられたことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。   One of the transmission circuit and the reception circuit is provided in a region immediately below the first conductor, and the other is provided immediately above the second conductor. 2. A signal transmission integrated circuit device according to 1. 前記第2軟磁性体部は、前記第2導電体との間に絶縁体を介して形成されていることを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。   10. The signal transmission integrated circuit device according to claim 1, wherein the second soft magnetic body portion is formed with an insulator between the second conductor and the second conductor. 11. 請求項1記載の信号伝送集積回路装置の絶縁伝達回路を製造する方法であって、
支持基板上に第1軟磁性体部を形成する工程と、
前記第1軟磁性体部上にコイル状の第1導電体を形成する工程と、
前記第1導電体上に第1絶縁体を形成する工程と、
前記第1絶縁体上に前記コイル状の第1導電体と対向配置されるようにコイル状の第2導電体を形成する工程と、
前記第2導電体上に第2軟磁性体部を形成する工程とを具備したことを特徴とする信号伝送集積回路装置の製造方法。
A method for manufacturing an insulated transmission circuit of a signal transmission integrated circuit device according to claim 1, comprising:
Forming a first soft magnetic body on a support substrate;
Forming a coiled first conductor on the first soft magnetic part;
Forming a first insulator on the first conductor;
Forming a coiled second conductor on the first insulator so as to be opposed to the coiled first conductor;
Forming a second soft magnetic body portion on the second conductor. A method of manufacturing a signal transmission integrated circuit device, comprising:
前記第2軟磁性体部を形成する工程では、前記第1軟磁性体部と共に前記第1および第2の導電体の周囲を当該軟磁性体によって覆うように形成することを特徴とする請求項11記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。   The step of forming the second soft magnetic body portion includes forming the first soft magnetic body portion and the first and second conductors so as to cover the periphery of the first and second conductors with the soft magnetic body. 11. A method for manufacturing a signal transmission integrated circuit device according to 11. 前記第2導電体を形成した後前記第2軟磁性体部を形成する工程の前に、前記第2導電体上に第2絶縁体を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項11または12記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。   12. The method of forming a second insulator on the second conductor before forming the second soft magnetic body after forming the second conductor. Or a method of manufacturing a signal transmission integrated circuit device according to item 12. 前記第2軟磁性体部を形成する工程では、当該第2軟磁性体部と前記第1および第2導電体との間に絶縁体が介在するように形成することを特徴とする請求項11ないし13の何れかに記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。   12. The step of forming the second soft magnetic body portion includes forming an insulator between the second soft magnetic body portion and the first and second conductors. 14. A method for manufacturing a signal transmission integrated circuit device according to any one of items 13 to 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20210296043A1 (en) * 2020-03-19 2021-09-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Isolator

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