JP2010212682A - コイルトランスデューサにおける電磁干渉の最小化 - Google Patents

コイルトランスデューサにおける電磁干渉の最小化 Download PDF

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Abstract

【課題】小さいパッケージにおいて高電圧絶縁性能特性および高電圧ブレークダウン性能特性を提供するように構成され、電磁干渉（ＥＭＩ）のピックアップを低減したコイルトランスデューサシステムを提供する。
【解決手段】送信機回路９０および受信機回路１００をコイルトランスデューサ２０に電気的に接続するワイヤ９２，９４、９６，９８の長さ、高さ、および、水平距離を、電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小化するように設定する。
【選択図】図２

Description

ここで説明される本発明の様々な実施形態は、データ信号および電力用変圧器またはガルバニック絶縁装置およびコイルトランスデューサに関し、より詳細には、データおよび／または電力信号を送信および受信するために誘電体バリアまたは絶縁体バリアを介して誘導結合されたコイルトランスデューサを使用する装置に関する。
関連出願
本出願は、（ａ）２００８年３月３１日に出願された発明の名称が「Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｉｓｏｌａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｃｏｉｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」であるＦｏｕｑｕｅｔ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願第１２／０５９，９７９号（以下、「９７９特許出願」と呼ぶ）、（ｂ）２００８年３月３１日に出願された発明の名称が「Ｃｏｉｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ａｒｃｉｎｇ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」であるＦｏｕｑｕｅｔ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願第１２／０５９，７４７号（以下、「７４７特許出願」と呼ぶ）、および、（ｃ）２００９年２月１２日に出願された発明の名称が「Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ Ｃｏｉｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」であるＦｏｕｑｕｅｔ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願第１２／３７０，２０８号（以下、「２０８特許出願」と呼ぶ）の一部継続出願であり、そして、これらの出願に基づく優先権およびその他の利益を主張するものである。さらに、これによって、本出願の明細書には、これらの９７９特許出願、７４７特許出願、および、２０８特許出願の明細書全体が組み込まれる。
従来技術において知られている高電圧絶縁通信装置は、光学素子、磁気素子、および、容量性素子を含む。従来技術による光学素子は、典型的には、光信号を送信および受信するために、ＬＥＤとそれらに対応するフォトダイオードとを使用することによって高電圧絶縁を達成し、通常、大きい電力レベルを必要とし、多数の通信チャンネルが必要とされる場合、動作上および設計上の制約を受ける。
従来技術による磁気素子は、典型的には、向かい合った誘導結合コイルを使用することによって高電圧絶縁を達成し、通常、大きい電力レベルを必要とし（とりわけ、速いデータ伝送速度が必要とされる場合）、典型的には、少なくとも３つの分離した集積回路またはチップを使用しなければならず、また、多くの場合、電磁干渉（ＥＭＩ）の影響を受けやすい。
従来技術による容量性素子は、送信電極および受信電極の複数の対を使用することによって電圧絶縁を達成し、例えば、電極の第１の対は、データを送信および受信するのに使用され、電極の第２の対は、送信された信号をリフレッシュまたは保持するのに使用される。そのような容量性素子は、典型的には、貧弱な高電圧ホールドオフ特性または高電圧ブレークダウン特性を呈する。
小さな高速ガルバニック絶縁装置またはコイルトランスデューサの設計は、高電圧ブレークダウン特性および許容することのできるデータまたは電力の転送速度を維持するとともに、ＥＭＩ、きわめて大きい高速の過渡現象、および、その他の形態の電気的雑音にどのように対処するのかというような、いくつかの厄介な技術的問題を露呈する。
ある種の電気回路においては、論理信号が、お互いに電気的に絶縁された状態に維持されなければならない２つの場所間において伝送される。例えば、医学的検査機器における高電圧は、患者から分離された状態に維持されなければならず、また、工場操作者は、高電圧および／または高電流の機械を操作するときに安全な状態に維持されなければならない。絶縁装置が、操作者によって駆動される制御回路を高電圧および／または高電流の回路から分離するのに使用され、それによって、操作者を保護してもよい。さらに、制御回路自身は、高電圧回路および／または高電流回路の高電圧および／または高電流から十分に絶縁されなければならない。しかしながら、ある種の絶縁装置においては、信号伝送は、かなりの量のＥＭＩを含む環境においては妨害されることがある。信頼性のある信号伝送を提供するために、絶縁装置は、ＥＭＩを除去または低減するように設計されなければならない。必要とされているものは、小さい高速ガルバニック絶縁装置のＥＭＩに対する妨害感受性を最小化するための手段および方法である。
一実施形態においては、コイルトランスデューサシステムが提供され、このコイルトランスデューサシステムは、誘電体バリアが、電気的に絶縁し、非金属であり、非半導体であり、低誘電体損材料を備え、第１の導電性コイルが、基板の上面の上方に配置され、この第１のコイルは、この第１のコイルの両端に配置された第１のコイル入力端子と第２のコイル入力端子との間に延び、第２の導電性コイルが、基板の下面の下方に配置され、この第２のコイルは、この第２のコイルの両端に配置された第１の出力コイル端子と第２の出力コイル端子との間に延び、向かい合った上面および下面を備えかつ内部に誘電体バリアを含む一般的には平坦な基板を備えたコイルトランスデューサと、第１の送信機出力端子と第２の送信機出力端子とを備えた送信機回路とを備え、第１のワイヤが、第１の送信機出力端子および第１の入力コイル端子に電気的に接続され、かつ、第１の送信機出力端子と第１の入力コイル端子との間に延び、第２のワイヤが、第２の送信機出力端子および第２の入力コイル端子に電気的に接続され、かつ、第２の送信機出力端子と第２の入力コイル端子との間に延び、第１のワイヤおよび第２のワイヤは、お互いにほぼ平行であり、あるいは、コイルトランスデューサの長軸に対してほぼ等しい角度を有し、第１のワイヤおよび第２のワイヤは、ほぼ同じ第１の長さを有し、その結果として、第１のワイヤおよび第２のワイヤは、第１のワイヤおよび第２のワイヤが電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように構成される。
別の実施形態においては、コイルトランスデューサシステムを製造するための方法が提供され、このコイルトランスデューサシステムは、誘電体バリアが、電気的に絶縁し、非金属であり、非半導体であり、低誘電体損材料からなり、第１の導電性コイルが、基板の上面の上方に配置され、この第１のコイルは、この第１のコイルの両端に配置された第１のコイル入力端子と第２のコイル入力端子との間に延び、第２の導電性コイルが、基板の下面の下方に配置され、この第２のコイルは、第２のコイルの両端に配置された第１の出力コイル端子と第２の出力コイル端子との間に延びる、向かい合った上面および下面を備えかつ内部に誘電体バリアを含む一般的には平坦な基板を備えたコイルトランスデューサを形成するステップと、第１の送信機出力端子と第２の送信機出力端子とを備えた送信機回路を提供するステップと、第１の送信機出力端子と第１の入力コイル端子と間に第１のワイヤを電気的に接続するステップと、第２の送信機出力端子と第２の入力コイル端子との間に第２のワイヤを電気的に接続するステップと、第１のワイヤおよび第２のワイヤを、お互いにほぼ平行であり、あるいは、コイルトランスデューサの長軸に沿って延びる方位角に対してほぼ等しい角度を有し、かつ、ほぼ同じ第１の長さを有するように構成し、その結果として、第１のワイヤおよび第２のワイヤは、第１のワイヤおよび第２のワイヤが電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように構成されるステップとを備える。
さらなる実施形態が、ここに開示され、あるいは、当業者には、ここに記載された明細書および添付の図面を読みかつ理解すれば、明らかとなる。
本発明の様々な実施形態の異なる側面が、以下の説明、図面、および、特許請求の範囲から明らかとなる。
従来技術によるコイルトランスデューサシステムの上面斜視図である。 一実施形態によるコイルトランスデューサシステムの上面斜視図である。 別の実施形態によるコイルトランスデューサシステムの上面斜視図である。 さらに別の実施形態によるコイルトランスデューサシステムの上面斜視図である。 さらなる実施形態によるコイルトランスデューサシステムの側面図である。 一実施形態によるコイルトランスデューサの上面斜視図である。 別の実施形態によるコイルトランスデューサの上面斜視図である。 図８は、一実施形態によるコイルトランスデューサの平面図である。図９は、別の実施形態によるコイルトランスデューサの平面図である。
図面は、必ずしも一定の縮尺率ではない。特に指示がなされない限り、図面を通して、類似する符号は、類似する部分またはステップを示す。
以下の説明において、本発明の様々な実施形態を完璧に理解するための具体的な細部が説明される。しかしながら、本明細書、特許請求の範囲、および、図面を読みかつ理解すれば、当業者は、本発明のいくつかの実施形態はここで説明されるいくつかの特定の細部に固執することなく実施できることが理解される。さらにまた、本発明を曖昧なものにしないように、本発明の様々な実施形態において使用されるいくつかのよく知られている回路、材料、および、方法は、ここでは詳細には開示されない。
図面においては、すべてではないが、本発明のいくつかの考えられる実施形態が、例示され、さらには、一定の縮尺率で示されていない場合もある。
ここで使用される「水平な」という用語は、本発明による基板の空間における実際の方位に関係なく、その基板の通常の平面かまたは表面に実質的に平行な平面として定義される。「垂直な」という用語は、上で定義された水平面に実質的に垂直な方向を表現する。「上に」、「上方に」、「下方に」、「最下部に」、「最上部に」、「側面に」、「側壁」、「よりも高い」、「よりも低い」、「上部に」、「上を越える」、「下部に」のような用語は、上で説明された水平面に対して定義される。
図１は、従来技術のコイルトランスデューサシステム２０の上面斜視図を示し、ここで図示されるように、第１の送信コイル５０と、第２の受信コイル６０と、送信機回路９０と、受信機回路１００と、基板３９と、コンタクトまたはワイヤボンディングパッド５４および５５およびワイヤボンディングパッド５８および５９にそれぞれ電気的に接続されたワイヤボンディング９２、９４、９６、および、９８とを備える。送信機回路９０は、典型的には、入力信号波形を、一次送信コイルすなわち第１のコイル５０を駆動するのに適した波形を有する信号に変換するように構成される。受信機回路１００は、典型的には、二次受信機コイルすなわち第２のコイル６０から出力される信号を、入力信号に類似した波形に戻すように構成される。送信機回路９０および受信機回路１００は、通常、集積回路（ＩＣ）であり、そして、例えば、フレックス回路およびその他の材料からなるコイルトランスデューサ２０に連結される。それらは、プリント回路基板組立技術のような標準的な電子部品組立プロセスと互換性のある形式でパッケージングされてもよい。そのようなパッケージングは、コイルトランスデューサ２０の様々な部品をリードフレーム（図１には示されない）上に取り付けること、部品を一緒にワイヤボンディングすること、および、犠牲金属リードがリードフレームから分離されて標準的な集積回路リードとして形成された後に、あらゆるものを一緒に保持するために、それらを成形材料によって取り囲むこととをさらに備えてもよい。
図１の参照を続行すると、コイルトランスデューサ２０は、第１のコイル５０および第２のコイル６０をそれぞれ含む２つのメタライゼーション層を備え、それらのコイルのそれぞれは、外側のコンタクト５４および５８のそれぞれから、中央に配置されたコンタクト５５および５９のそれぞれに向かって内側へ巻いていることがわかる。図１に示されるコイルの形状の結果として、送信機回路９０から中央に配置されたコンタクト５５まで延びるワイヤ９４、および、受信機回路１００から中央に配置されたコンタクト５９まで延びるワイヤ９８は、かなり長く、かつ、ループ状のものであり、そして、コイル５０および６０の上方にかなり長くかつ高く延びる。さらにまた、ワイヤ９４および９８のいくつかの部分は、本質的に、コイル５０および６０の平面に対して直角に配置されていることに注意されたい。中央に配置されたコンタクト５５および５９に電気的に接続されたワイヤ９４および９８に関するこれらのすべての形状的な要素によって、コイルトランスデューサ１０がＥＭＩの影響を受けやすい脆弱なものとなってしまう。例えば、ワイヤ９４および９８は、コイルトランスデューサ２０の上を越えるそれらのワイヤの長さおよび高さのためにＥＭＩをピックアップするアンテナとして動作することが計算機モデリングから知られている。また、ワイヤ９４および９８は、そのようなワイヤのいくつかの部分がコイル５０および６０が配置された平面に対してほぼ直角に配置されることから、また、ＥＭＩが異なる空間的方位に分極される場合があることから、差動信号送信および差動信号受信に使用される同相モード除去技術を用いて一般的には打ち消すことのできないＥＭＩ信号をピックアップすることがあることが計算器モデリングから知られている。さらに、コイルトランスデューサ２０の上方における異なる長さおよび高さ、および、ワイヤ対９２および９４およびワイヤ対９６および９８の形状は、それぞれの対におけるワイヤはお互いに関連しているので、同相モード除去技術を用いて打ち消すことのできないＥＭＩがピックアップされるさらなる機会をもたらすことが知られている。さらにまた、ワイヤ９２、９４、９６、および、９８は、比較的に大きい電界を発生させ、そして、ＥＭＩをピックアップする場合があるばかりでなく、アンテナとして、信号を送信する。さらに、異なる長さのワイヤは、異なる周波数感度を特徴とすることがある。例えば、長いワイヤは、低い周波数の信号に対して、短いワイヤよりも大きい感度を呈することができる。図２〜図９に例示される様々な実施形態およびそれに関連する以下の説明は、これらのおよびその他の問題を解決するものである。
図２は、一実施形態によるコイルトランスデューサシステム１０の上面斜視図を示す。図示されるように、コイルトランスデューサシステム１０は、送信機回路９０に動作可能に取り付けられたコイルトランスデューサ２０と、受信機回路１００と、入力リードフレーム８０と、出力リードフレーム８２とを備える。好ましい実施形態においては、送信機回路９０および受信機回路１００は、集積回路（ＩＣ）である。第１の送信コイル５０と、第２の受信コイル６０と、送信機回路９０と、受信機回路１００と、基板３９と、コンタクトまたはワイヤボンディングパッド９２、９４、９６、および、９８とは、それぞれ、ワイヤボンディング５４および５５およびワイヤボンディング５８および５９に電気的に接続される。一実施形態においては、送信機回路９０は、入力信号波形を、一次送信コイルすなわち第１のコイル５０を駆動するのに適した波形を有する信号に変換するように構成され、受信機回路１００は、二次受信機コイルすなわち第２のコイル６０から出力される信号を、入力信号に類似した波形に戻すように構成される。送信機回路９０および受信機回路１００は、通常、ＩＣであり、そして、例えば、フレックス回路およびその他の材料からなるコイルトランスデューサ２０に連結され、それらは、プリント回路基板組立技術のような標準的な電子部品組立プロセスと互換性のある形式でパッケージングされてもよい。好ましくは、電気的絶縁被覆層が、例えば、リードフレームへの短絡を防止するために、コイル５０の上を越えて配置されるかおよびコイル６０の下方に配置されることに注意されたい。
図２の参照を続行すると、コイルトランスデューサシステム１０は、コイルトランスデューサ２０を備え、そして、このコイルトランスデューサ２０は、向かい合った上面および下面を備えた一般的には平坦な基板３９を備え、この基板３９は、その基板３９の内部に配置された誘電体バリアを含む。誘電体バリアは、電気的に絶縁し、非金属であり、非半導体であり、そして、低誘電体損材料を備える。第１の導電性コイル５０は、基板３９の中かまたは基板３９上に配置され、そして、第１のコイルは、この第１のコイルの両端に配置された第１のコイル入力端子３１と第２のコイル入力端子３２との間に延びる。第２の導電性コイル６０は、基板３９の反対側かまたは反対側の部分の中かまたは上に配置され、そして、第２のコイルは、この第２のコイルの両端に配置された第１のコイル出力端子３３と第２のコイル出力端子３４との間に延びる。図２に示される実施形態における送信機回路９０は、集積回路（ＩＣ）であり、第１の送信機出力端子８４および第２の送信機出力端子８５をそれぞれ備える。図２に示される実施形態における受信機回路１００も、また、ＩＣであり、第１の受信機入力端子８８および第２の受信機入力端子８９をそれぞれ備える。
図２は、第１のワイヤ９２が、第１の送信機出力端子８４と第１の入力コイル端子５４とに電気的に接続され、かつ、第１の送信機出力端子８４と第１の入力コイル端子５４との間に延びていることを示している。第２のワイヤ９４は、第２の送信機出力端子８５と第２の入力コイル端子５５とに電気的に接続され、かつ、第２の送信機出力端子８５と第２の入力コイル端子５５との間に延びている。第３のワイヤ９６は、第１の受信機入力端子８８と第１の出力コイル端子５８とに電気的に接続され、かつ、第１の受信機入力端子８８と第１の出力コイル端子５８との間に延びている。第４のワイヤ９８は、第２の受信機入力端子８９と第２の出力コイル端子５９とに電気的に接続され、かつ、第２の受信機入力端子８９と第２の出力コイル端子５９との間に延びている。
図２にさらに示されるように、第１のワイヤ９２および第２のワイヤ９４は、お互いにほぼ平行であり、コイルトランスデューサ２０の長軸１２１に対してほぼ等しい角度を有し、ほぼ同じ第１の長さ９５を有し、ほぼ同じ高さ１０７だけ基板３９の上面の上方へ隆起している。また、図２に示されるように、第３のワイヤ９６および第４のワイヤ９８は、お互いにほぼ平行であり、コイルトランスデューサ２０の長軸１２１に対してほぼ等しい角度を有し、ほぼ同じ第２の長さ９７を有し、および／または、ほぼ同じ高さ１０９だけ基板３９の上面の上方へ隆起させることができる。
好ましい実施形態においては、第１、第２、第３、または、第４のワイヤが送信機９０または受信機１００およびコイルトランスデューサ２０の上方において延びる垂直距離は、約１０ミル（約２５４マイクロメートル）を超えることはなく、あるいは、約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えることはない。また、好ましい実施形態においては、ワイヤ９２、９５、９６、および、９８の水平長９５および９７は、約５ミル（約１２７マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）までの範囲であり、あるいは、約２０ミル（約５０８マイクロメートル）を超えることはない。さらに好ましい実施形態においては、ワイヤ９２とワイヤ９４との間の水平分離幅９３またはワイヤ９６とワイヤ９８との間の水平分離幅９９は、約１５ミル（約３８１マイクロメートル）を超えることはない。さらにまた、好ましい実施形態においては、ワイヤ９２およびワイヤ９４は、送信機ＩＣ９０とコンタクト５４および５５との間において、比較的に一定の状態に維持されるまたは比較的に小さい状態に維持される距離９３だけ分離され、そして、ワイヤ９６およびワイヤ９８は、受信機ＩＣ１００とコンタクト５８および５９との間において、比較的に一定の状態に維持される距離９９だけ分離される。ワイヤ９２、９４、９６、および、９８の相対的な方位、長さ、および、高さは、それらによって電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように設定される。好ましい実施形態においては、ワイヤ９２、９４、９６、および、９８のそれぞれの端部は、コンタクト５４、５５、５８、および、５９にそれぞれワイヤボンディングされること、また、送信機９０および受信機１００は、集積回路であることにも注意されたい。
コイルトランスデューサシステム１０によってＥＭＩのピックアップを低減することに寄与することは、図２に示されるコイルトランスデューサ１０の実施形態が、４つの分離したメタライゼーション層を備え、第１および第２のメタライゼーション層は、第１の送信コイル５０を形成し、そして、第３および第４のメタライゼーション層は、第２の受信コイル６０を形成するということである。図示されるように、第１、第２、第３、および、第４のメタライゼーション層は、それぞれ、異なる別個の高さに垂直に配置される。それぞれのコイルごとに２つのメタライゼーション層を使用することによって、ワイヤ９２および９４およびワイヤ９６および９８は、上述したように、アンテナとして動作して望ましくないＥＭＩの影響を増幅させることが知られている長いループ状のワイヤ９２、９４、９６、および、９８を結果としてもたらす図１に例示される単一層のコイルトランスデューサシステム１０のワイヤよりもかなり短いものにすることができる。
図３は、別の実施形態によるコイルトランスデューサシステム１０の平面図を示し、ここでは、ワイヤ９２および９４は、コイルトランスデューサ２０の平行な長軸１２３および１２４に対してほぼ等しい角度α1およびα2を有する。好ましい実施形態においては、角度α1と角度α2との差は、約１５°よりも小さいかまたは約１５°に等しい。同様に、ワイヤ９６および９８は、コイルトランスデューサ２０の平行な長軸１２３および１２４に対してほぼ等しい角度β1およびβ2を有する。好ましい実施形態においては、角度β1と角度β2との差は、約１５°よりも小さいかまたは約１５°に等しい。図３に示されるワイヤ９２、９４、９６、および、９８の構成は、コイルトランスデューサ２０によって望ましくないＥＭＩのピックアップを最小化する。
図４は、さらに別の実施形態によるコイルトランスデューサシステム１０の平面図を示し、ここでは、ワイヤ９２ａと９２ｂとは、お互いにほぼ平行であり、ワイヤ９４ａと９４ｂとは、お互いにほぼ平行であり、また、対９２ａ／９２ｂと対９４ａ／９４ｂとは、お互いに平行である。さらに、図４に示されるように、ワイヤ９６ａと９６ｂとは、お互いにほぼ平行であり、ワイヤ９８ａと９８ｂとは、お互いにほぼ平行であり、また、対９６ａ／９６ｂと対９８ａ／９８ｂとは、お互いに平行である。図４に示されるワイヤ対９２ａ／９２ｂ、９４ａ／９４ｂ、９６ａ／９６ｂ、および、９８ａ／９８ｂの構成は、コイルトランスデューサシステム１０と送信機９０および受信機１００との接続の寄生インダクタンスおよび寄生抵抗を約１／２だけ減少させる。これは、コイルトランスデューサ２０へのおよびコイルトランスデューサ２０からの電力伝送を改善する。ワイヤボンディング９２ａ／９２ｂ、９４ａ／９４ｂ、９６ａ／９６ｂ、および、９８ａ／９８ｂが、上述したように、平行であり、かつ、同じ角度を有し、それによって、ワイヤボンディング９２ａ／９２ｂ、９４ａ／９４ｂ、９６ａ／９６ｂ、および、９８ａ／９８ｂによってピックアップされた悪影響を及ぼすＥＭＩが、ワイヤボンディング９２ａ／９２ｂ、９４ａ／９４ｂ、９６ａ／９６ｂ、および、９８ａ／９８ｂに、差動信号ではなく小さな同相モード信号しか発生させないことは望ましいことである。
図５は、さらにまた別の実施形態によるコイルトランスデューサシステム１０の側面図を示す。図５に示されるように、ワイヤ９４および９６は、長さ９５および９７と、コイルトランスデューサ２０の基板３９の上面の上方における隆起高さ１０７および１０９とを有する。ＥＭＩのピックアップを低減するために、長さ９５および９７をできる限り短くすること、および、高さ１０７および１０９をできる限り小さくすることは、望ましいことである。図５にさらに示されるように、接着剤９１が、送信機９０を第１のリードフレーム８０に取り付け、一方、接着剤１０２が、受信機１００を第２のリードフレーム８２に取り付ける。コイルトランスデューサ２０は、接着剤９２によって第１のリードフレームに固定され、そして、接着剤１０１によって第２のリードフレーム８２に固定される。好ましい実施形態においては、接着剤９１、９２、１０１、および、１０２は、エポキシを含む。接着剤９１、９２、１０１、および、１０２に対応する圧着領域（ｓｑｕｉｓｈ−ｏｕｔ ｚｏｎｅ）に注意されたい。
図６は、一実施形態によるコイルトランスデューサ２０の上面斜視図を示し、そして、図７は、別の実施形態によるコイルトランスデューサ２０の上面斜視図を示す。図６に示されるコイルトランスデューサ２０の実施形態は、図７に示されるコイル５０および６０の配線幅６３よりも相当に広いコイル５０および６０の配線幅６３を特徴とすることに注意されたい。コイル５０および６０の配線幅６３をより細くすることは、コイル５０とコイル６０との間のキャパシタンスを減少させ、それによって、ＥＭＩのピックアップを低減することが知られている。さらに、約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えないかまたは約３ミル（約７６．２マイクロメートル）を超えない配線幅は、コイル５０とコイル６０との間のキャパシタンスを最小化するのに好ましいことが知られている。過渡的同相モード現象は、送信機９０のグラウンド電位と受信機１００のグラウンド電位との間において大きな電位差を有することがある。電位の急変は、同相モード電流が流れてコイルトランスデューサ２０のコイル５０とコイル６０との間のキャパシタンスを充電することを必要とすることもある。同相モード現象の同相モードキャパシタンスを充電するのに必要な電流を最小化するためにコイル５０とコイル６０との間のキャパシタンス値を減少させることは、望ましいことである。
図８は、一実施形態によるコイルトランスデューサ２０の平面図を示し、そして、図９は、別の実施形態によるコイルトランスデューサ２０の平面図を示す。図８に示されるコイルトランスデューサ２０におけるコイル５０および６０とそれらに関連する電気的な配線およびコンタクトとは、図９に示されるそれらのように良好には金属層ごとに垂直に整列していないことがわかる。コイル５０および６０およびそれらに関連する電気的な配線およびコンタクトの垂直整列をお互いに対してずらすことは、第１のコイル５０と第２のコイル６０との間のキャパシタンスとコイルトランスデューサ２０のその他の電気的な導電性部分とを減少させることができ、それによって、望ましくないＥＭＩのピックアップを減少させることができることが知られている。図８および図９のコイルトランスデューサ２０におけるコイル５０および６０を形成する金属層のそれぞれの垂直整列およびそれらに関連する電気的な配線およびコンタクトの垂直整列は、図８および図９のコイルトランスデューサ２０間に引かれた整列基準線１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、および、１１５を参照することによって、比較されることができる。
その他の方法および手段が、コイルトランスデューサ２０またはコイルトランスデューサシステム１０によってピックアップされるＥＭＩを低減するのに使用されることができる。例えば、スペーサー層が、コイルトランスデューサ２０の上面の上方にか、またはコイルトランスデューサ２０の下面の下方に配置されてもよく、そのスペーサー層は、低誘電体損材料からなり、そして、コイルトランスデューサ２０の少なくともいくつかの導電性部分によってピックアップされるＥＭＩを最小限に抑制するように構成される。一実施形態においては、そのようなスペーサー層は、約２５ミル（約６３５マイクロメートル）から約５０ミル（約１．２７ミリメートル）までの範囲である厚さを有する。別の実施例においては、コイルトランスデューサ２０またはコイルトランスデューサシステム１０は、スペーサー層がコイルトランスデューサ２０の上面の上方に配置された場合にはそのスペーサー層の上方に配置された金属シールドを備え、あるいは、スペーサー層がコイルトランスデューサ２０の下面の下方に配置された場合にはそのスペーサー層の下方に配置された金属シールドを備える。金属シールドは、ＥＭＩのピックアップをさらに低減する。さらに別の実施例においては、ほぼ同じ厚さを有するほぼ同じ低誘電体損材料が、コイルトランスデューサ２０の上面の上方かまたは近傍に、かつ、コイルトランスデューサ２０の下面の下方かまたは近傍に配置され、それによって、上方または下方からコイルトランスデューサ２０またはコイルトランスデューサシステム１０に悪影響を及ぼすＥＭＩに対して実質的に類似する環境を提供する。
コイルトランスデューサシステム１０の好ましい実施形態においては、送信機回路９０は、第１のコイル５０の入力端子５４および５５間に差動出力信号を提供するように構成され、そして、受信機回路１００は、第２のコイル６０の出力端子５８および５９間に差動出力信号を受信するように構成されることに注意されたい。さらに好ましい実施形態においては、第１のコイル５０および第２のコイル６０は、空間的に配置され、かつ、電力およびデータ信号の少なくとも一方が基板３９を介してまたは基板３９によって第１のコイルによって第２のコイル６０へ送信され得るようにお互いに対して構成される。
さらに、基板３９は、ＫＡＰＴＯＮ（商標）、グラスファイバー、ガラス、セラミック、ポリイミド、ポリイミド薄膜、ポリマー、有機材料、フレックス回路材料、エポキシ、エポキシ樹脂、プリント回路基板材料、ＰＴＦＥおよびガラス、ＰＴＦＥおよびセラミック、ガラスおよびセラミック、熱硬化プラスチック、および、プラスチックの中のいずれか１つかまたは複数から構成されてよい。
コイルトランスデューサシステム１０は、好ましくは、第１のコイル５０と第２のコイル６０との間のブレークダウン電圧を有し、このブレークダウン電圧は、約１分の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超え、約６分の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超え、あるいは、２４時間の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超える。さらにより好ましくは、コイルトランスデューサシステム１０は、第１のコイル５０と第２のコイル６０との間のブレークダウン電圧を有し、このブレークダウン電圧は、約１分の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超え、約６分の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超え、あるいは、２４時間の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超える。
本発明の範囲内に含まれるものは、ここで説明された様々な部品、装置、および、システムを製造する方法および製造した方法であることに注意されたい。
これまでに説明された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の実施例とみなされるべきである。本発明の上述した実施形態に加えて、詳細な説明および添付の図面を考察することによって、本発明のその他の実施形態が存在することがわかるはずである。したがって、ここでは明示的に説明されなかった本発明の上述した実施形態の多くの組み合わせ、置換、変形、および、変更は、それにもかかわらず、本発明の範囲内に含まれる。
１０ コイルトランスデューサシステム
２０ コイルトランスデューサ
３９ 基板
５０ 第１のコイル
５４、５５、５８、５９ ワイヤボンディングパッド
６０ 第２のコイル
８０ 入力リードフレーム
８２ 出力リードフレーム
９０ 送信機回路
９２、９４、９６、９８ ワイヤボンディング
１００ 受信機回路

Claims (44)

  1. コイルトランスデューサシステムであって、
    向かい合った上面および下面を備えかつ内部に誘電体バリアを含む一般的には平坦な基板を備えたコイルトランスデューサであり、前記誘電体バリアが、電気的に絶縁し、非金属であり、非半導体であり、低誘電体損材料を備え、第１の導電性コイルが、前記基板の前記上面の上方に配置され、前記第１のコイルは、前記第１のコイルの両端に配置された第１のコイル入力端子と第２のコイル入力端子との間に延び、第２の導電性コイルが、前記基板の前記下面の下方に配置され、前記第２のコイルは、前記第２のコイルの両端に配置された第１の出力コイル端子と第２の出力コイル端子との間に延びる、前記コイルトランスデューサと、
    第１の送信機出力端子と第２の送信機出力端子とを備えた送信機回路と、
    を備え、
    第１のワイヤが、前記第１の送信機出力端子および前記第１の入力コイル端子に電気的に接続され、かつ、前記第１の送信機出力端子と前記第１の入力コイル端子との間に延び、第２のワイヤが、前記第２の送信機出力端子および前記第２の入力コイル端子に電気的に接続され、かつ、前記第２の送信機出力端子と前記第２の入力コイル端子との間に延び、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが、実質的にお互いに平行であり、あるいは、前記コイルトランスデューサの長軸に対して実質的に類似する角度を有し、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが、実質的に同じ第１の長さを有し、その結果として、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように構成される、
    コイルトランスデューサシステム。
  2. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの角度が、約１５°を超えない、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  3. 前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤの前記実質的に類似する角度が、それぞれ、前記長軸に対して約０°から約１０°までの範囲である、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  4. 前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが前記送信機回路および前記コイルトランスデューサの上方において延びる垂直距離が、実質的に等しく、かつ、約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  5. 前記第１の長さが、約５ミル（約１２７マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）までの範囲である、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  6. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの水平分離幅が、約１５ミル（約３８１マイクロメートル）を超えない、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  7. 第１の入力受信機端子および第２の入力受信機端子を備えた受信機回路をさらに備えた、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  8. 前記第１の受信機入力端子および第１の出力コイル端子に電気的に接続され、かつ、前記第１の受信機入力端子と前記第１の出力コイル端子との間に延びる第３のワイヤと、前記第２の受信機入力端子および前記第２のコイルの出力端子に電気的に接続され、かつ、前記第２の受信機入力端子と前記第２のコイルの前記出力端子との間に延びる第４のワイヤとをさらに備え、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが、実質的にお互いに平行であり、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが、実質的に同じ第３の長さを有し、その結果、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように構成される、請求項７に記載のコイルトランスデューサシステム。
  9. 前記第３のワイヤと前記第４のワイヤとの角度が、約１５°を超えない、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  10. 前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが前記受信機回路と前記コイルトランスデューサとの上方において延びる垂直距離が、実質的に同じであり、かつ、約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  11. 前記第３の長さが、約５ミル（約１２７マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）までの範囲である、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  12. 前記第３のワイヤと前記第４のワイヤとの水平分離幅が、約１５ミル（約３８１マイクロメートル）を超えない、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  13. 前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの少なくとも一方が、約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない配線幅を有し、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のキャパシタンスを最小化する、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  14. 前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、お互いに対して垂直に整列しておらず、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のキャパシタンスを減少させる、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  15. 前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが、一緒に、実質的に平行なワイヤの対である、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  16. 前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤが、一緒に、実質的に平行なワイヤの対である、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  17. 前記送信機回路が、前記第１のコイルの前記入力端子間に差動出力信号を提供するように構成された、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  18. 前記受信機回路が、前記第２のコイルの前記出力端子間の差動出力信号を受信するように構成された、請求項８に記載のコイルトランスデューサシステム。
  19. 前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、空間的に配置され、かつ、電力およびデータ信号の少なくとも一方が前記基板を介して前記第１のコイルによって前記第２のコイルへ送信され得るようにお互いに対して構成された、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  20. 前記基板が、グラスファイバー、ガラス、セラミック、ポリイミド、ポリイミド薄膜、ポリマー、有機材料、フレックス回路材料、エポキシ、エポキシ樹脂、プリント回路基板材料、ＰＴＦＥおよびガラス、ＰＴＦＥおよびセラミック、ガラスおよびセラミック、熱硬化プラスチック、および、プラスチックの中のいずれか１つかまたは複数を備える、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  21. 前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のブレークダウン電圧が、約１分の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超え、約６分の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超え、あるいは、２４時間の期間にわたって加えられる場合には約２，０００ボルトＲＭＳを超える、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  22. 前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のブレークダウン電圧が、約１分の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超え、約６分の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超え、あるいは、２４時間の期間にわたって加えられる場合には約５，０００ボルトＲＭＳを超える、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  23. 前記基板の前記上面の上方にまたは前記基板の前記下面の下方に配置されたスペーサー層をさらに備え、前記スペーサー層が、低誘電体損材料を備え、かつ、前記コイルトランスデューサの少なくともいくつかの導電性部分によってピックアップされるＥＭＩを最小限に抑制するように構成された、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  24. 前記スペーサー層が、約２５ミル（約６３５マイクロメートル）から約５０ミル（約１．２７ミリメートル）までの範囲である厚さを有する、請求項２３に記載のコイルトランスデューサシステム。
  25. 前記スペーサー層が前記基板の前記上面の上方に配置されている場合には前記スペーサー層の上方に配置され、あるいは、前記スペーサー層が前記基板の前記下面の下方に配置されている場合には前記スペーサー層の下方に配置される金属シールドをさらに備えた、請求項２４に記載のコイルトランスデューサシステム。
  26. 実質的に同じ厚さを有する実質的に同じ低誘電体損材料が、前記基板の前記上面の上方かまたは近傍に配置されかつ前記基板の前記下面の下方かまたは近傍に配置され、それによって、上方向または下方向から前記コイルトランスデューサに悪影響を及ぼすＥＭＩに対する実質的に類似する環境を提供する、請求項１に記載のコイルトランスデューサシステム。
  27. コイルトランスデューサシステムを製造するための方法であって、
    向かい合った上面および下面を備えかつ内部に誘電体バリアを含む一般的には平坦な基板を備えたコイルトランスデューサを形成するステップであり、前記誘電体バリアが、電気的に絶縁し、非金属であり、非半導体であり、低誘電体損材料を備え、第１の導電性コイルが、前記基板の前記上面の上方に配置され、前記第１のコイルは、前記第１のコイルの両端に配置された第１のコイル入力端子と第２のコイル入力端子との間に延び、第２の導電性コイルが、前記基板の前記下面の下方に配置され、前記第２のコイルは、前記第２のコイルの両端に配置された第１の出力コイル端子と第２の出力コイル端子との間に延びる、前記形成するステップと、
    第１の送信機出力端子と第２の送信機出力端子とを備えた送信機回路を提供するステップと、
    前記第１の送信機出力端子と前記第１の入力コイル端子と間に第１のワイヤを電気的に接続するステップと、
    前記第２の送信機出力端子と前記第２の入力コイル端子との間に第２のワイヤを電気的に接続するステップと、
    前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤを、実質的にお互いに平行であり、あるいは、前記コイルトランスデューサの長軸に沿って延びる方位角に対して実質的に類似する角度を有し、かつ、実質的に同じ第１の長さを有するように構成し、その結果として、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤは、前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤが電磁干渉（ＥＭＩ）をピックアップするのを最小限に抑制するように構成されるステップと、
    を備えた方法。
  28. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの角度が約１５°を超えないように前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤを前記コイルトランスデューサおよび前記送信機回路に電気的に接続するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤの前記実質的に類似する角度がそれぞれ前記長軸に対して約０°から約１０°までの範囲である前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤを前記コイルトランスデューサおよび前記送信機回路に電気的に接続するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  30. 前記送信機回路および前記コイルトランスデューサの上を越える実質的に等しくかつ約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない垂直距離だけ前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤを延ばすステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  31. 約５ミル（約１２７マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）までの範囲であるように前記第１の長さを選択するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  32. 約１５ミル（約３８１マイクロメートル）を超えない前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの水平分離幅を提供するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  33. 第１の入力受信機端子および第２の入力受信機端子を備えた受信機回路を提供するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  34. 第３のワイヤを前記第１の受信機入力端子と前記第１の出力コイル端子との間に電気的に接続し、かつ、第４のワイヤを前記第２の受信機入力端子と前記第２のコイルの前記出力端子との間に電気的に接続するステップをさらに備え、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤは、お互いに実質的に平行である、請求項３３に記載の方法。
  35. 実質的に同じ第３の長さを有するように前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤを構成するステップをさらに備え、それによって、前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤによってピックアップされる電磁干渉（ＥＭＩ）が最小限に抑制される、請求項３４に記載の方法。
  36. 前記第３のワイヤと前記第４のワイヤとの角度が約１５°を超えないように前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤを前記コイルトランスデューサおよび前記送信機回路に電気的に接続するステップをさらに備えた、請求項３４に記載の方法。
  37. 前記受信機回路および前記コイルトランスデューサの上を越える約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない垂直距離だけ前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤを延ばすステップをさらに備えた、請求項３４に記載の方法。
  38. 約５ミル（約１２７マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）までの範囲であるように前記第３の長さを選択するステップをさらに備えた、請求項３４に記載の方法。
  39. 約１５ミル（約３８１マイクロメートル）を超えない前記第３のワイヤと前記第４のワイヤとの水平分離幅を提供するステップをさらに備えた、請求項３４に記載の方法。
  40. 約５ミル（約１２７マイクロメートル）を超えない配線幅を有するように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの少なくとも一方を形成するステップをさらに備え、それによって、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のキャパシタンスを最小化する、請求項２７に記載の方法。
  41. 前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤの各々について、実質的に平行なワイヤの対を提供するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  42. 前記第３のワイヤおよび前記第４のワイヤの各々について、実質的に平行なワイヤの対を提供するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  43. 前記第１のコイルの前記入力端子間に差動出力信号を提供するように前記送信機回路を構成するステップをさらに備えた、請求項２７に記載の方法。
  44. 前記第２のコイルの前記出力端子間に差動出力信号を提供するように前記受信機回路を構成するステップをさらに備えた、請求項３４に記載の方法。
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