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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-137433(P2018-137433A)
(43)【公開日】2018年8月30日
(54)【発明の名称】低遠磁場放射および高雑音耐性を備えた結合コイル
(51)【国際特許分類】
H01F 19/00 20060101AFI20180803BHJP
H01F 17/00 20060101ALI20180803BHJP
H01F 5/00 20060101ALI20180803BHJP
H01F 27/28 20060101ALI20180803BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20180803BHJP
【ＦＩ】
H01F19/00 Z
H01F17/00 B
H01F5/00 M
H01F27/28 K
H01F27/28 104
H01Q7/00
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2018-21944(P2018-21944)
(22)【出願日】2018年2月9日
(31)【優先権主張番号】62/458,505
(32)【優先日】2017年2月13日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】15/687,185
(32)【優先日】2017年8月25日
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】503062253
【氏名又は名称】アナログ ディヴァイスィズ インク
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ケネス・ジー・リチャードソン
【テーマコード（参考）】
5E043
5E070
【Ｆターム（参考）】
5E043AA08
5E043BA01
5E043BA02
5E070AA01
5E070AA11
5E070AB01
5E070CB02
5E070CB12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ガルバニックアイソレータに使用する微細加工されたコイルを提供する。【解決手段】状況によっては、微細加工されたコイルはインターリーブされたコイル１００を含む。状況によっては、インターリーブされたコイル１０１、１０３の対が、互いに対して積み重ねられ、絶縁材料によって分離される。状況によっては、インターリーブされたコイル１００はＳ字形状を有する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細加工されたコイル構造体であって、
基板と、
前記基板上の第１のインターリーブされたコイルの対と、
前記基板上の第２のインターリーブされたコイルの対であって、前記第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能である、第２のインターリーブされたコイルの対と、
前記第１のインターリーブされたコイルの対を前記第２のインターリーブされたコイルの対から分離する絶縁層と、を備える、微細加工されたコイル構造体。
基板と、
前記基板上の第１のインターリーブされたコイルの対と、
前記基板上の第２のインターリーブされたコイルの対であって、前記第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能である、第２のインターリーブされたコイルの対と、
前記第１のインターリーブされたコイルの対を前記第２のインターリーブされたコイルの対から分離する絶縁層と、を備える、微細加工されたコイル構造体。
【請求項2】
前記第２のインターリーブされたコイルの対が、前記第１のインターリーブされたコイルの対が上に配置された前記基板の表面に実質的に垂直な方向に沿って、前記第１のインターリーブされたコイルの対と実質的に整列している、請求項１に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項3】
前記第１のインターリーブされたコイルの対のコイルが、前記基板の表面に実質的に平行な第１の単一のメタライゼーション層の部分を表す、請求項１に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項4】
前記第２のインターリーブされたコイルの対のコイルが、前記基板の表面に実質的に平行な第２の単一のメタライゼーション層の部分を表す、請求項３に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項5】
前記絶縁層が、第１の層および第２の層を含み、前記第１の層が、ポリイミドであり、前記第２の層が、ＳｉＮである、請求項１に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項6】
前記第１のインターリーブされたコイルの対が、第１のコイルと、前記第１のコイルと同じ方向に巻かれた第２のコイルと、を備え、前記第１のコイルの端子が、前記第２のコイルの端子に電気的に接続される、請求項１に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項7】
前記第２のインターリーブされたコイルの対が、第１のコイルと、前記第１のコイルと同じ方向に巻かれた第２のコイルと、を備え、
前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第１および第２のコイルが、それぞれ、前記第１のインターリーブされたコイルの対の前記第１および第２のコイルと実質的に整列し、前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第１のコイルの端子が、前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第２のコイルの端子と電気的に接続される、請求項６に記載の微細加工されたコイル構造体。
前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第１および第２のコイルが、それぞれ、前記第１のインターリーブされたコイルの対の前記第１および第２のコイルと実質的に整列し、前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第１のコイルの端子が、前記第２のインターリーブされたコイルの対の前記第２のコイルの端子と電気的に接続される、請求項６に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項8】
前記第１のインターリーブされたコイルの対が、第１のインターリーブされたＳコイルの対であり、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、第２のインターリーブされたＳコイルの対である、請求項１に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項9】
前記第１および第２のインターリーブされたＳコイルの対の各々の対が、第１および第２のＳコイルを備え、前記第２のインターリーブされたＳコイルの対の前記第１および第２のＳコイルが、それぞれ、前記第１のインターリーブされたコイルの対の前記第１および第２のコイルと実質的に整列している、請求項８に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項10】
前記第１のインターリーブされたＳコイルの対が、等しくない巻数を有するコイル部分を含む、請求項８に記載の微細加工されたコイル構造体。
【請求項11】
アイソレータであって、
１次コイルと２次コイルとを備える微細加工された変圧器であって、前記１次コイルが、基板上の第１のインターリーブされたコイルの対であり、前記２次コイルが、前記基板上の第２のインターリーブされたコイルの対であり、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、絶縁層によって前記第１のインターリーブされたコイルの対から分離され、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、前記第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能である、微細加工された変圧器と、
送信機であって、前記１次コイルを駆動するように構成された、送信機と、
受信機であって、前記２次コイルから信号を受信するように構成された、受信機と、を備える、アイソレータ。
１次コイルと２次コイルとを備える微細加工された変圧器であって、前記１次コイルが、基板上の第１のインターリーブされたコイルの対であり、前記２次コイルが、前記基板上の第２のインターリーブされたコイルの対であり、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、絶縁層によって前記第１のインターリーブされたコイルの対から分離され、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、前記第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能である、微細加工された変圧器と、
送信機であって、前記１次コイルを駆動するように構成された、送信機と、
受信機であって、前記２次コイルから信号を受信するように構成された、受信機と、を備える、アイソレータ。
【請求項12】
前記１次コイルが、少なくとも前記２次コイルによって前記基板から分離される、請求項１１に記載のアイソレータ。
【請求項13】
前記前記第１のインターリーブされたコイルの対が、ＳＳコイルを含む、請求項１１に記載のアイソレータ。
【請求項14】
前記第２のインターリーブされたコイルの対が、前記１次コイルの前記ＳＳコイルと整列したＳＳコイルを含む、請求項１３に記載のアイソレータ。
【請求項15】
前記ＳＳコイルが、等しくない巻数を有するコイル部分を含む、請求項１３に記載のアイソレータ。
【請求項16】
前記絶縁層が、多層構造を有する、請求項１１に記載のアイソレータ。
【請求項17】
基板上にコイル構造体を製造する方法であって、
第１のインターリーブされたコイルの対を加工することと、
前記第１のインターリーブされたコイルの対の上に絶縁層を形成することと、
前記絶縁層上に第２のインターリーブされたコイルの対を加工することと、を含む、方法。
第１のインターリーブされたコイルの対を加工することと、
前記第１のインターリーブされたコイルの対の上に絶縁層を形成することと、
前記絶縁層上に第２のインターリーブされたコイルの対を加工することと、を含む、方法。
【請求項18】
前記第１のインターリーブされたコイルの対が、第１および第２のインターリーブされたコイルを備え、前記第２のインターリーブされたコイルの対が、第３および第４のインターリーブされたコイルを備え、前記第１および第２のコイルを加工することが、前記基板の表面に実質的に平行な第１のメタライゼーション層をエッチングすることを含み、前記第３および第４のコイルを加工することが、前記基板の前記表面に実質的に平行な第２のメタライゼーション層をエッチングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記第１のコイルの端子を前記第２のコイルの端子に接続することと、前記第３のコイルの端子を前記第４のコイルの端子に接続することと、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第３のコイルが、前記基板の表面に実質的に垂直な方向に沿って前記第１のコイルと実質的に整列し、前記第４のコイルが、前記方向に沿って前記第２のコイルと実質的に整列する、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照本出願は、代理人整理番号Ｇ０７６６．７０１６１ＵＳ００の下で２０１７年２月１３日に出願された「Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｏｉｌｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗｅｒ Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈｉｇｈｅｒ Ｎｏｉｓｅ Ｉｍｍｕｎｉｔｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／４５８，５０５号の利益を、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本出願は、微細加工されたコイルに関する。
【背景技術】
【0003】
いくつかのタイプの回路はコイルまたは巻線を使用する。例えば、インダクタまたは変圧器を有する回路は巻線を使用する場合がある。例としては、ガルバニックアイソレータが挙げられる。微細加工された回路は、微細加工されたコイルを使用する場合がある。
【発明の概要】
【0004】
微細加工されたコイルを記載する。状況によっては、微細加工されたコイルはインターリーブされたコイルを含む。状況によっては、インターリーブされたコイルの対は、互いに対して積み重ねられ、絶縁材料によって分離される。状況によっては、インターリーブされたコイルはＳ字形状を有する。インターリーブされたコイルは、ガルバニックアイソレータに使用されてもよい。
【0005】
本出願の１つの態様によれば、微細加工されたコイル構造体が提供される。微細加工されたコイル構造体は、基板と、基板上に配置された第１のインターリーブされたコイルの対と、基板上の第２のインターリーブされたコイルの対と、を備えることができ、第２のインターリーブされたコイルの対は、第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能であり、絶縁層は、第１のインターリーブされたコイルの対を、第２のインターリーブされたコイルの対から分離する。
【0006】
本出願の別の態様によれば、アイソレータが提供される。アイソレータは、１次コイルおよび２次コイルを含む微細加工された変圧器と、１次コイルを駆動するように構成された送信機と、２次コイルから信号を受信するように構成された受信機と、を含むことができる。１次コイルは、基板上の第１のインターリーブされたコイルの対であってもよい。２次コイルは、基板上の第２のインターリーブされたコイルの対であってもよい。第２のインターリーブされたコイルの対は、絶縁層によって第１のインターリーブされたコイルの対から分離されてもよい。第２のインターリーブされたコイルの対は、第１のインターリーブされたコイルの対に電磁的に結合可能であってもよい。
【0007】
本出願の別の態様によれば、基板上にコイル構造体を製造する方法が提供される。この方法は、第１のインターリーブされたコイルの対を加工することと、第１のインターリーブされたコイルの対上に絶縁層を形成することと、絶縁層上に第２のインターリーブされたコイルの対を加工することと、を含むことができる。
【0008】
本出願の様々な態様および実施形態が、以下の図面を参照して説明される。これらの図は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。複数の図に現れる項目は、それらが現れるすべての図において同じ参照番号によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本出願の態様は、他の装置の中でもガルバニックアイソレータ回路で使用され得る微細加工されたコイルを提供する。微細加工されたコイルは、インターリーブされたコイルを含む。状況によっては、インターリーブされたコイルの対が互いに対して積み重ねられ、絶縁材料によって分離される。状況によっては、インターリーブされたコイルはＳ字形状を有する。本明細書に記載の微細加工されたコイルを組み込んだ回路は、改善された雑音耐性および電力消費を示すことができ、代替コイル構造を組み込んだ回路よりも小さくすることができる。
【0011】
いくつかの実施形態では、積み重ねられた、微細加工されてインターリーブされたコイルの対が提供される。２つのコイルをインターリーブすることによって、１対のインターリーブされたコイルを形成することができる。２つのコイルは、微細加工された構造体の共通金属層から形成することができる。いくつかの実施形態では、２対のインターリーブされたコイルを、互いに近接して位置付けすることができるが、ガルバニック絶縁を提供するために絶縁層によって分離することができる。例えば、第１のインターリーブされたコイルの対は、基板上の絶縁層によって、微細加工された構造体の第２のインターリーブされたコイルの対から垂直に分離されてもよい。インターリーブされたコイルの１対は、第１の電圧領域で動作され、他のインターリーブされたコイルの対は、第２の電圧領域で動作することができる。ガルバニック絶縁を維持しながら、データおよび／または電力信号をインターリーブされたコイルの対の間で転送することができる。ステークされたインターリーブされたコイルの対は、近接場外乱に対する感受性の低下を含む有益な動作特性を提供することができる。
【0012】
いくつかの実施形態では、１対のインターリーブされたコイルは、２つの「Ｓ」コイルをインターリーブすることによって形成することができる。Ｓコイルは、巻線またはトレースがＳ字状の構成をとるコイルであり、コイルの一部が、一方向（例えば時計回り）に巻かれ、同じコイルの一部が反対方向（例えば、反時計回り）に巻かれる。２つの平坦なＳコイルは、微細加工された構造体の共通金属層から形成することができる。２つのＳコイルは、４つの端部（例えば、接点として機能するボンドパッド）を提供することができる。このインターリーブされた構造体は、「ＳＳ」コイルと呼ぶことができる。ＳＳ構成は、一方向に巻かれたコイルの一部によって誘起された磁束が、コイルの表面を逃げる可能性のある磁束を収容するために反対方向に巻かれたコイルの部分に戻るように強制することができる。任意選択で、ＳＳコイルは、センタータップを提供するように接続され、センタータップは、共通モード電圧電位によって引き起こされる変位電流を供給またはシンクするために電源レールに束縛され得る。「ＳＳ」コイルは、低減された直接遠磁場放射、より一般的には、近磁場および遠磁場の両方の外乱を含む外磁場に対する感受性の低下を含む有益な動作特性を提供することができる。
【0013】
いくつかの実施形態では、積み重ねられたＳＳコイルが提供される。ガルバニック絶縁を提供するために、２つのＳＳコイルを絶縁層によって分離することができる。例えば、第１のＳＳコイルは、絶縁層によって微細加工された構造体の第２のＳＳコイルから垂直に分離されてもよい。これらの積み重ねられたＳＳコイルは、近磁場および遠磁場電磁妨害の両方に対する感受性の低下を含む有益な動作特性を提供することができる。また、好適な付加的な結合によって、振動を達成するための電力要件が低減され得る。例えば、積み重ねられたＳＳコイルまたは単一のＳＳコイルを電圧制御発振器（ＶＣＯ）に適用して、放射放出を低減し、電磁干渉（ＥＭＩ）に対する感受性を低下させることができる。別の例では、この構成は、ドライバ装置間に追加のエネルギー経路を提供することによって、自励式駆動回路の性能を改善することもできる。本明細書に記載された微細加工されたコイルを組み込んだ回路は、従来のコイルの巻数を増やす、または並列リンクを使用して位相変調を使用するなど、代替方法を組み込んだ回路より少ない電力と少ないチップ面積を実現することができる。
【0014】
いくつかの実施形態では、微細加工されたコイルは、半導体基板内に、半導体基板内に部分的に、または半導体基板上に形成することができる。例えば、トレースは、導電層からパターニングされてもよく、少なくともいくつかの実施形態では、平坦であってもよい。標準的な集積回路加工プロセスが使用されてもよい。
【0015】
上述の態様および実施形態、ならびに追加の態様および実施形態が、以下でさらに説明される。これらの態様および／または実施形態は、本出願がこの点に限定されることはないため、個々に、一緒に、または２つ以上の任意の組み合わせで使用することができる。
【0016】
上述のように、本出願の一態様は、積み重ねられた、微細加工されてインターリーブされたコイルの対を提供する。図１Ａは一例を示す。すなわち、図１Ａは、いくつかの非限定的な実施形態による、微細加工されて積み重ねられた、インターリーブされたコイル１００を示す概略図である。積み重ねられてインターリーブされたコイル１００は、基板１１４上に第１の（例えば、上部）インターリーブされたコイルの対１０１および第２の（例えば、下部）インターリーブされたコイルの対１０３を含むことができる。２対のインターリーブされたコイル１０１、１０３は、絶縁層１１０（図１Ｂに示す）によって分離されていてもよい。上部のインターリーブされたコイルの対１０１は、端子Ａから端子Ａ＊の方向に巻かれた第１のコイル１０２と、端子Ｂから端子Ｂ＊にコイル１０２と同じ方向に巻かれた第２のコイル１０４と、を含むことができる。上部のインターリーブされたコイルの対の端子は、ボンディングパッドを介してアクセス可能であり得る。下部のインターリーブされたコイルの対１０３は、端子Ｃから端子Ｃ＊の方向に巻かれた第３のコイル１０６と、端子Ｄから端子Ｄ＊にコイル１０６と同じ方向に巻かれた第４のコイル１０８と、を含むことができる。下部のインターリーブされたコイルの対の端子は、ビア１１６を介して基板１１４のメタライゼーション層１１２に相互接続することができる。メタライゼーション層１１２から形成されたトレースは、下部のインターリーブされたコイルの対の端子を、ボンディングパッドに接続することができる。
【0017】
いくつかの実施形態では、上部のインターリーブされたコイルの対１０１は、センタータップ１２２を含むことができる。端子Ａ＊は、センタータップ１２２を介して端子Ｂに電気的に接続され、コイル１０２と１０４との間に相互インダクタンスを確立することができる。センタータップ１２２は、端子Ａ＊およびＢのためのワイヤボンディングパッドによって形成されてもよい。同様に、下部のインターリーブされたコイルの対１０３は、センタータップ１２４を含むことができる。端子Ｃ＊は、センタータップ１２４を介して端子Ｄに電気的に接続されてもよい。センタータップ１２４は、メタライゼーション層１１２のトレースまたは端子Ｃ＊およびＤのためのワイヤボンディングパッドによって形成されてもよい。このようなセンタータップの使用は、代替の実施形態がセンタータップを欠いているので任意である。
【0018】
図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った、積み重ねられてインターリーブされたコイル１００の断面図を示す。上部のインターリーブされたコイルの対は、絶縁層１１８のメタライゼーション層１１８Ｍから形成することができる。下部のインターリーブされたコイルの対は、絶縁層１２０のメタライゼーション層１２０Ｍから形成することができる。メタライゼーション層１１８Ｍおよび１２０Ｍは、基板１１４の表面１１５と実質的に平行であり得る。メタライゼーション層１２０Ｍは、ビア１１６を介してメタライゼーション層１１２に相互接続することができる。メタライゼーション層１１８Ｍ、１２０Ｍ、および１１２は、アルミニウム、銅、金、タングステン、または任意の他の好適な導電性材料、または任意の好適な組み合わせの任意の数の導電性材料で形成することができる。メタライゼーション層１１８Ｍ、１２０Ｍ、および１１２は、いくつかの実施形態において同じ導電材料、または異なる導電材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、メタライゼーション層１１２は銅層であってもよい。メタライゼーション層１１２のトレース、例えばセンタータップ１２４は、ダマシンプロセスによって加工することができる。いくつかの実施形態では、メタライゼーション層１１８Ｍおよび１２０Ｍはアルミニウム層であってもよい。いくつかの実施形態では、メタライゼーション層１１８Ｍは金であってもよく、層１２０Ｍはアルミニウムであってもよい。第１のインターリーブされたコイルの対１０１は、幅ｗの巻線を形成するためにアルミニウム層１１８Ｍをエッチングすることによって加工することができる。第２のインターリーブされたコイルの対１０３は、プロセスルール、材料および設計要件によって決まる異なるピッチで同じ幅ｗまたは異なる幅ｗ´を有するアルミニウム層１２０Ｍをエッチングすることによって加工することができる。幅ｗは、１〜２０μｍの範囲内、例えば、４〜８μｍの範囲内であり得、これらの範囲内の任意の値を含む。代替値も可能である。２つの絶縁層１１８および１２０は、絶縁層１１０によって分離されてもよい。絶縁層１１０は、積み重ねられた、インターリーブされたコイルの対の間に電気的絶縁を提供するために、任意の好適な構造体および材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、絶縁層は、多層構造を有してもよい。例えば、例示された非限定的な例において、絶縁層１１０は、第１の層１１０Ａおよび第１の層１１０Ａの上に第２の層１１０Ｂを含むことができる。層１１０Ａは、ＳｉＮから形成することができる。層１１０Ｂはポリイミドで形成することができる。絶縁層１１０の厚さは、０．２５〜１００ミクロンの範囲であってもよく、例えば、１５〜３０ミクロンであってもよく、これらの範囲内の任意の値を含む。異なる材料が使用される実施形態では、１つの層は０．５〜２ミクロンのＳｉＮであり、他の絶縁層は１５〜３０ミクロンのポリイミドの複数の堆積であり、第２の層を完成させることができる。
【0019】
図１Ｃは、いくつかの非限定的な実施形態による、第１のインターリーブされたコイルの対１０１の上面図を示す。図には示されていないが、コイル１０２は、基板１１４の表面１１５に対して実質的に垂直な方向に沿って、第２のインターリーブされたコイルの対１０３のコイル１０６と実質的に整列されてもよい。同様に、コイル１０４は、同じ方向に沿ってコイル１０８と実質的に整列されてもよい。したがって、本出願の態様は、絶縁層によって分離された、整列して垂直に積み重ねられた、インターリーブされたコイルの対を提供する。図示の例では、コイル１０２および１０４の各々は２の巻数を有する。しかしながら、本出願はこれに限定されない。コイル１０２および１０４の各々は、任意の数の巻数、例えば、２、３、３．５、４、またはそれ以上の巻数を有することができる。また、コイル１０２とコイル１０４は、異なる巻数、例えば、コイル１０２に対して２の巻数、コイル１０４に対して２．５の巻数を有してもよい。他の構成も可能である。
【0020】
図１Ａに示す例では、第２のインターリーブされたコイルの対１０３のコイル１０６および１０８は、第１のインターリーブされたコイルの対１０１のコイル１０２および１０４と同じ数の巻数を有する。しかしながら、本出願は、この点に関しては記載されていない。第２のインターリーブされたコイルの対は、第１のインターリーブされたコイルの対とは異なる巻数を有することができる。第１のインターリーブされたコイルの対の巻数と第２のインターリーブされたコイルの対の巻数の比は、意図された用途に応じて設計されてもよい。
【0021】
図１Ｄは、積み重ねられてインターリーブされたコイル１００の等価回路である。端子Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤには、端子Ａから端子Ａ＊へ、端子Ｂから端子Ｂ＊へ、端子Ｃから端子Ｃ＊へ、および端子Ｄから端子Ｄ＊への電流の流れを示すドットで印が付けられる。結果として、インターリーブされたコイルの各々の対、ならびに上部および下部の対の間に相互インダクタンスを確立することができる。
【0022】
図１Ｅは、いくつかの非限定的な実施形態による、積み重ねられてインターリーブされたコイル１００の動作の一例を示すフローチャートである。積み重ねられてインターリーブされたコイル１００を動作させる方法１５０は、ステージ１５２において、端子Ａから端子Ａ＊を経て端子Ｂから端子Ｂ＊へのインターリーブされたコイルの対１０１に信号を印加することを含むことができる。印加される信号は、任意の好適な周波数および振幅の時変（例えば、交流（ＡＣ））信号であってもよい。状況によっては、信号は情報を運ぶデータ信号であってもよい。インターリーブされたコイルの対１０１に信号を印加する結果として、方法のステージ１５４で変化する磁界Ｂが発生してもよい。対応する磁束は、第２のインターリーブされたコイルの対１０３を通過することができる。したがって、ステージ１５６において、信号は、端子Ｃから端子Ｃ＊、次いで端子Ｄから端子Ｄ＊へとインターリーブされたコイルの対１０３の中に誘起される。しかしながら、方法１５０は、積み重ねられてインターリーブされたコイル１００の動作の非限定的な方法を表す。
【0023】
本出願の別の態様は、積み重ねられたＳＳコイルと呼ぶこともできる、Ｓ字状の構成を想定した、積み重ねられた、微細加工されてインターリーブされたコイルの対を提供する。図２Ａは、いくつかの非限定的な実施形態による、微細加工されてインターリーブされたコイル２０１を概略的に示す。インターリーブされたコイルの対２０１は、第２のＳコイル２０４によりインターリーブされた第１のＳコイル２０２を含むことができる。端子Ａで始まる第１のＳコイル２０２は、端子Ａ＊で終わる時計回りのコイル部分２０２Ａおよび反時計回りのコイル部分２０２Ｂを含むことができる。端子Ｂで始まる第２のＳコイル２０４は、端子Ｂ＊で終わる時計回りのコイル部分２０４Ａと、反時計回りのコイル部分２０４Ｂと、を含むことができる。巻数は、Ｓコイルの２つの側で同じでなくてもよく、なぜなら、様々な選択肢が巻数に関して実装され得るからである。図示の例では、２０２Ａおよび２０４Ｂは２の巻数を有し、２０２Ｂおよび２０４Ａは１．５の巻数を有する。しかしながら、これらは非限定的な例である。
【0024】
図２Ａに示すＳＳコイルの形状は、非限定的である。この図において、Ｓコイル２０２および２０４は、螺旋形状を有する。代替的に、Ｓコイルは長方形状であってもよい。Ｓ字状コイルであっても他の形状も可能である。
【0025】
図２Ｂは、図２ＡのインターリーブされたＳＳコイルの等価回路である。端子Ａと端子Ｂには、端子Ａから端子Ａ＊に、端子Ｂから端子Ｂ＊に電流が流れることを示すドットで印が付けられる。その結果、コイル部分２０２Ａと２０４Ａの間ならびにコイル部分２０２Ｂと２０４Ｂの間に相互インダクタンスを確立することができる。
【0026】
図２Ｃは、いくつかの非限定的な実施形態による、インターリーブされたＳコイルの対２０５を含むＳＳコイルの代替レイアウトを概略的に示す。図２Ｄは、ＳＳコイル２０５の等価回路である。ＳＳコイル２０５は、第２のＳコイル２０８によりインターリーブされた第１のＳコイル２０６を含むことができる。端子Ａで始まる第１のＳコイル２０６は、端子Ａ＊で終わる時計回りのコイル部分２０６Ａおよび反時計回りのコイル部分２０６Ｂを含むことができる。端子Ｂで始まる第２のＳコイル２０８は、端子Ｂ＊で終わる時計回りのコイル部分２０８Ａと、反時計回りのコイル部分２０８Ｂと、を含むことができる。図２ＡのＳＳコイル２０５とＳＳコイル２０１の相違は、ＳＳコイル２０５がＳＳコイル２０５の各々の側に等しい巻数を有するのに対し、ＳＳコイル２０１は図２Ａに関連して上述したように等しくない巻数を有することである。図２Ｃの非限定的な例において、コイル部分２０６Ａ、２０６Ｂ、２０８Ａ、および２０８Ｂは、各々１．７５の巻数である。
【0027】
本明細書で説明されるタイプのＳＳコイルは、任意の好適な方法で物理的に実装されてもよい。前述のように、本明細書に記載のコイルは微細加工されてもよく、したがって、半導体基板などの好適な基板上に形成されてもよい。図２Ｅは、いくつかの非限定的な実施形態による、好適なボンドパッド配列を有する図２ＡのＳＳコイル２０１と一致するＳＳコイル２１１のレイアウト図である。ＳＳコイル２１１は、ＳＳコイル２０１を含むことができ、その端子はビア２１６を通ってトレース２１２に、次にボンドパッド２３０に相互接続することができる。インターリーブされたＳコイル２０２および２０４は、ボンドパッド２３０であり得るように、メタライゼーション層２２０Ｍから形成することができる。トレース２１２は、メタライゼーション層２２０Ｍの平面とは異なるが実質的に平行な平面上のメタライゼーション層２１２Ｍから形成することができる。メタライゼーション層２１２Ｍおよび２２０Ｍは、コイル２０２および２０４の端子が電気的に短絡されることなく、それぞれのボンドパッドに接続されるように、絶縁層によって分離することができる。メタライゼーション層２２０Ｍは、メタライゼーション層１２０Ｍに関して先に説明したタイプのものであってもよい。メタライゼーション層２１２Ｍは、メタライゼーション層１１２に関して先に説明したタイプのものであってもよい。端子Ａ、Ａ＊、Ｂ、およびＢ＊のためのボンドパッドは、ＳＳコイル２０１の片側で一列に整列されてもよい。
【0028】
図２Ｆは、いくつかの非限定的な実施形態による、適切なボンドパッド配置を有する図２ＣのＳＳコイル２０５と一致するＳＳコイル２１３のレイアウト図である。図２Ｆの構造体と図２Ｅの構造体との間の相違は、図２ＣのＳＳコイル２０５と図２ＡのＳＳコイル２０１との間の前述の相違と実質的に同じである。
【0029】
図２Ｇは、いくつかの非限定的な実施形態による、好適なボンドパッド配置を有するＳＳコイル２１５のさらなる代替のレイアウト図である。ＳＳコイル２１５は、ＳＳコイル２０９を含むことができ、その端子はビア２１６を通ってトレース２１２に、次にボンドパッド２３０に相互接続することができる。ＳＳコイル２０９は、第２のＳコイル２２０によりインターリーブされた第１のＳコイル２１８を含むことができる。端子Ａで始まる第１のＳコイル２１８は、端子Ａ＊で終わる時計回りのコイル部分および反時計回りのコイル部分を含むことができる。端子Ｂで始まる第２のＳコイル２２０は、端子Ｂ＊で終わる時計回りのコイル部分と、反時計回りのコイル部分と、を含むことができる。端子ＡおよびＢのためのボンドパッドは、ＳＳコイル２０９の第１の側の第１の線に整列されてもよい。端子Ａ＊およびＢ＊のためのボンドパッドは、ＳＳコイル２０９の第１の側に対向する第２の側の第２の線に整列されてもよい。
【0030】
図２Ｈは、ＳＳコイル２０１が実装され得る回路２５０の一例を概略的に示す。すなわち、図２Ｈは、いくつかの非限定的な実施形態によるＳＳコイル２０１が交差結合されたＮＭＯＳトランジスタ２５２ａおよび２５２ｂによって駆動される回路２５０を示している。この回路は、電流源Ｉ１も含む。Ａ＊とＢを接続するノードには電源電圧Ｖｄｄが印加される。
【0031】
図２Ｉは、ＳＳコイル２０１を駆動するための代替回路２６０を概略的に示す。この非限定的な例では、ＳＳコイル２０１は、いくつかの非限定的な実施形態による交差結合されたＰＭＯＳトランジスタ２６２ａおよび２６２ｂによって駆動される。コイル２０２とコイル２０４とが直列に接続されるように、端子Ａ＊と端子Ｂとの間にセンタータップを形成することができる。Ａ＊とＢとの間のこのノードは、図示のように電気的に接地することができる。
【0032】
本出願のいくつかの態様によれば、２つのＳＳコイルが互いに積み重ねられ、絶縁構造によって分離されている。図３Ａは、積み重ねられたＳＳコイル３００の形態の一例を示す。積み重ねられたＳＳコイル３００は、ガルバニック絶縁を提供するために絶縁層３１０（図３Ｂ参照）によって分離された上部ＳＳコイル３０１および下部ＳＳコイル３０３を含むことができる。例示の簡略化のために絶縁層３１０は図３Ａには示されていないが、絶縁層１１０に関して先述したタイプのものであってもよい。上部ＳＳコイル３０１は、第２のＳコイル３０４によりインターリーブされた第１のＳコイル３０２を含むことができる。端子Ａで始まるＳコイル３０２は、端子Ａ＊で終わる時計回りのコイル部分３０２Ａおよび反時計回りのコイル部分３０２Ｂを含むことができる。端子Ｂで始まるＳコイル３０４は、端子Ｂ＊で終わる時計回りのコイル部分３０４Ａと、反時計回りのコイル部分３０４Ｂと、を含むことができる。下部ＳＳコイル３０３は、第４のＳコイル３０８によりインターリーブされた第３のＳコイル３０６を含むことができる。端子Ｃで始まるＳコイル３０６は、端子Ｃ＊で終わる時計回りのコイル部分３０６Ａと、反時計回りのコイル部分３０６Ｂと、を含むことができる。端子Ｄで始まるＳコイル３０８は、端子Ｄ＊で終わる時計回りのコイル部分３０８Ａと、反時計回りのコイル部分３０８Ｂと、を含むことができる。いくつかの実施形態では、下部ＳＳコイル３０３は、上部ＳＳコイル３０１と実質的に同一であるが、代替が可能である。上部ＳＳコイルの巻数と下部ＳＳコイルの巻数との比は、意図される用途に応じて設計することができる。例えば、比は、０．０１〜１０の範囲、例えば０．５〜５、または０．８〜２の範囲であってもよい。
【0033】
積み重ねられたＳＳコイル３００は、半導体基板３１４内に、半導体基板３１４内に部分的に、または半導体基板３１４上に、形成することができる。上部ＳＳコイル３０１は、標準的な集積加工プロセスの絶縁層３１８内の第１の単一メタライゼーション層３１８Ｍを用いて形成することができる。下部ＳＳコイル３０３は、標準的な集積加工プロセスの絶縁層３２０内の第２のメタライゼーション層３２０Ｍを用いて形成することができる。メタライゼーション層３１８Ｍおよび３２０Ｍは、基板３１４の表面に実質的に平行であってもよい。絶縁層３１８および３２０は、例えば絶縁層１１０に関連して先に説明したタイプの絶縁層３１０によって分離することができる。メタライゼーション層１２０Ｍは、ビア３１６を介して第３のメタライゼーション層３１２と相互接続することができる。
【0034】
図３Ｂは、非限定的な実施形態による、積み重ねられたＳＳコイル３００の等価回路である。端子Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤには、端子Ａから端子Ａ＊へ、端子Ｂから端子Ｂ＊へ、端子Ｃから端子Ｃ＊へ、および端子Ｄから端子Ｄ＊への電流の流れを示すドットで印が付けられる。結果として、各々のＳＳコイルの同じ側のコイル部分ならびに上部および下部ＳＳコイルの間に相互インダクタンスを確立することができる。
【0035】
図４は、いくつかの非限定的な実施形態による、本明細書に記載される、微細加工されて積み重ねられた、インターリーブされたコイルの製造方法を示す。方法４００は、第１のインターリーブされたコイルの対を加工することができるステージ４０２で開始することができる。インターリーブされたコイルは、インターリーブされたＳコイルである少なくともいくつかの実施形態を含む、本明細書で説明されるタイプのいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、第１のインターリーブされたコイルの対は、半導体基板上の誘電体層内に加工されてもよい。
【0036】
ステージ４０４において、絶縁層が第１のインターリーブされたコイルの対上に形成されてもよい。例えば、絶縁層１１０または３１０を形成してもよい。前述のように、絶縁層は、いくつかの実施形態では、多層構造体を有してもよく、ガルバニック絶縁を提供するために任意の好適な材料で形成されてもよい。
【0037】
ステージ４０６に進むと、第２のインターリーブされたコイルの対が、絶縁層上に形成されてもよい。第２のインターリーブされたコイルの対は、本明細書で説明されるタイプのいずれかであり得る。少なくともいくつかの実施形態では、ステージ４０６は、第２のインターリーブされたコイルの対を、先に形成された第１のインターリーブされた対と整列させることを含む。
【0038】
図５は、いくつかの非限定的な実施形態による、本明細書に記載される、微細加工されて積み重ねられた、インターリーブされたコイルを使用する回路を示す。回路は、基板５０２上に形成された送信機５０４と、第１のインターリーブされたコイルの対５０６Ａおよび受信機５１０と共に基板５０８上に形成された第２のインターリーブされたコイルの対５０６Ｂとを含む、本明細書に記載の微細加工されて積み重ねられた、インターリーブされたコイルによって形成された変圧器と、を含むアイソレータ５００であってもよい。基板５０２上のボンドパッド５１４Ａおよび５１４Ｂからのリード線５１２Ａおよび５１２Ｂは、ドライバ出力を変圧器の１次巻線（第１のインターリーブされたコイルの対５０６Ａ）に接続する。図示の例では、１次（駆動）コイルは第１のインターリーブされたコイルの対５０６Ａであり、２次（受信）コイルは、第２のインターリーブされたコイルの対５０６Ｂである。しかしながら、本出願はこの構成に限定されるものではない。例えば、１次および２次コイルは逆転してもよく、送信機は基板５０８上にあってもよく、受信機は基板５０２上にあってもよい。いくつかの実施形態では、基板５０２および５０８は単一の基板であってもよい。リード線５１２Ａおよび５１２Ｂは、ビアを介して接続されたメタライゼーション層によって形成することができる
【0039】
本明細書に記載のタイプのインターリーブされたコイルは、様々な設定で実装することができる。上述したように、本出願のいくつかの態様は、電気アイソレータ内にインターリーブされたコイルを使用する。電気アイソレータは、自動車またはボートや航空機などの他の車両を含む様々な設定で用途を見つけることができる。図６は、いくつかの非限定的な実施形態による、図５の回路５００を含むシステムを示す。回路５００は、自動車６００の任意の好適な場所に位置してもよい。回路５００は、ガルバニック絶縁を維持しながら、異なる電圧領域で動作する自動車６００の回路間でデータおよび／または電力信号を転送するように構成されてもよい。なお、図６は一例を示し、本出願の様々な態様の他の用途も可能である。
【0040】
「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、いくつかの実施形態では目標値の±２％以内を意味して使用され得る。
【符号の説明】
【0041】
１００ インターリーブされたコイル１０１ 上部のインターリーブされたコイル
１０２ 第１のコイル
１０３ インターリーブされたコイル
１０４ 第２のコイル
１０６ 第３のコイル
１０８ 第４のコイル
１１０ 絶縁層
１１２ メタライゼーション層
１１４ 基板
１１５ 表面
１１６ ビア
１１８ 絶縁層
１２０ 絶縁層
１２２ センタータップ
１２４ センタータップ
２０１ ＳＳコイル
２０２ Ｓコイル
２０４ 第１のＳコイル
２０５ 第２のＳＳＳコイル
２０６ 第１のＳコイル
２０８ 第２のＳコイル
２０９ ＳＳコイル
２１１ ＳＳコイル
２１２ トレース
２１２Ｍ メタライゼーション層
２１３ ＳＳコイル
２１５ ＳＳコイル
２１６ ビア
２１８ ＳＳコイル
２２０ 第２のＳコイル
２２０Ｍ メタライゼーション層
２３０ ボンドパッド
２５０ 回路
２５２ａ ＮＭＯＳトランジスタ
２５２ｂ ＮＭＯＳトランジスタ
２６０ 代替回路
２６２ａ ＰＭＯＳトランジスタ
２６２ｂ ＰＭＯＳトランジスタ
３００ ＳＳコイル
３０１ 上部ＳＳコイル
３０２ 第１のＳコイル
３０３ 下部ＳＳコイル
３０４ 第２のＳコイル
３０６ 下部ＳＳコイル
３０８ 第４のＳコイル
３１０ 絶縁層
３１２ 第３のメタライゼーション層
３１６ ビア
３１８ 絶縁層
３２０ 絶縁層
５００ アイソレータ
５０２ 基板
５０４ 送信機
５０６Ａ インターリーブされたコイルの対
５０６Ｂ インターリーブされたコイルの対
５０８ 基板
５１０ 受信機
５１２Ａ リード線
５１２Ｂ リード線
５１４Ａ ボンドパッド
５１４Ｂ ボンドパッド
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【外国語明細書】