特許第6989465号(P6989465)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6989465
(24)【登録日】2021年12月6日
(45)【発行日】2022年1月5日
(54)【発明の名称】磁気カプラ及び通信システム
(51)【国際特許分類】
   H01F 38/14 20060101AFI20211220BHJP
   H04B 5/02 20060101ALI20211220BHJP
【FI】
   H01F38/14
   H04B5/02
【請求項の数】10
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2018-165899(P2018-165899)
(22)【出願日】2018年9月5日
(65)【公開番号】特開2020-38925(P2020-38925A)
(43)【公開日】2020年3月12日
【審査請求日】2020年8月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317011920
【氏名又は名称】東芝デバイス&ストレージ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】池内 克之
【審査官】 秋山 直人
(56)【参考文献】
【文献】 特表2017−518018(JP,A)
【文献】 特表2007−526642(JP,A)
【文献】 特開2013−005252(JP,A)
【文献】 実開昭61−157309(JP,U)
【文献】 特開2012−105451(JP,A)
【文献】 特開2014−143427(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2014/0357208(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01F 38/14
H04B 5/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の平面に沿って第1の方向に配され8の字型であり、8の字型の中央に対して点対称である第1のコイルパターンと、
前記第1の平面に沿って前記第1のコイルパターンに隣接するとともに前記第1のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に前記第1の方向と異なる第2の方向に配され8の字型であり、8の字型の中央に対して点対称である第2のコイルパターンと、
を備えた磁気カプラ。
【請求項2】
前記第1の平面に沿って前記第2のコイルパターンに隣接するとともに前記第1のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に前記第1の方向に8の字型の第3のコイルパターンをさらに備えた
請求項1に記載の磁気カプラ。
【請求項3】
前記第1の平面に沿って前記第3のコイルパターンに隣接するとともに前記第1のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に前記第2の方向に配された8の字型の第4のコイルパターンをさらに備えた
請求項2に記載の磁気カプラ。
【請求項4】
前記第2の方向は、前記第1の方向に略直交した方向である
請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
【請求項5】
前記第1のコイルパターンは、前記第1の方向の寸法と前記第2の方向の寸法とが均等であり、
前記第2のコイルパターンは、前記第1の方向の寸法と前記第2の方向の寸法とが均等である
請求項1に記載の磁気カプラ。
【請求項6】
前記第1のコイルパターンの外輪郭と前記第2のコイルパターンの外輪郭とは、互いに対応した略正方形状である
請求項5に記載の磁気カプラ。
【請求項7】
前記第1の平面から前記第1の平面に交差する方向に離間した第2の平面に沿って前記第1の方向に配され前記第1のコイルパターンに対向する8の字型の第5のコイルパターンと、
前記第2の平面に沿って前記第5のコイルパターンに隣接するとともに前記第5のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に前記第2の方向に配され前記第2のコイルパターンに対向する8の字型の第6のコイルパターンと、
をさらに備えた
請求項1から6のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
【請求項8】
前記第1の平面から前記第1の平面に沿った方向に離間した第3の平面に沿って前記第2の方向に配され、前記第2のコイルパターンに電気的に接続された8の字型の第7のコイルパターンと、
前記第3の平面に沿って前記第のコイルパターンに隣接するとともに前記第7のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に前記第1の方向に配され、前記第1のコイルパターンに電気的に接続された8の字型の第8のコイルパターンと、
をさらに備えた
請求項1から7のいずれか1項に記載の磁気カプラ。
【請求項9】
前記第1のコイルパターン及び前記第8のコイルパターンを電気的に接続する第1のワイヤと、
前記第1の平面に垂直な方向から見た場合に前記第1のワイヤに交差し、前記第2のコイルパターン及び前記第7のコイルパターンを電気的に接続する第2のワイヤと、
をさらに備えた
請求項8に記載の磁気カプラ。
【請求項10】
送信回路と、
受信回路と、
前記送信回路と前記受信回路との間に配された、請求項1から9のいずれか1項に記載の磁気カプラと、
を備えた通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、磁気カプラ及び通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
複数対のコイルを含む磁気カプラは、複数対のコイルで複数の信号を1次側から2次側へ伝送可能である。このとき、複数の信号を適切に伝送することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005−347286号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一つの実施形態は、複数の信号を適切に伝送することに適した磁気カプラ及び通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態によれば、第1のコイルパターンと第2のコイルパターンとを有する磁気カプラが提供される。第1のコイルパターンは、第1の平面内で第1の方向に沿って配されている。第1のコイルパターンは、8の字型ある。第1のコイルパターンは、8の字型の中央に対して点対称である。第2のコイルパターンは、第1の平面内で第1のコイルパターンに隣接する。第2のコイルパターンは、第1のコイルパターンにおける8の字型の中央に対応した位置に第2の方向に沿って配されている。第2の方向は、第1の方向と異なる方向である。第2のコイルパターンは、8の字型ある。第2のコイルパターンは、8の字型の中央に対して点対称である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、実施形態にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
図2図2は、実施形態にかかる磁気カプラの実装構成を示す図である。
図3図3は、実施形態にかかる複数のコイルパターンの平面構成を示す図である。
図4図4は、実施形態におけるボンディングワイヤの実装構成を示す図である。
図5図5は、実施形態の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
図6図6は、実施形態の変形例にかかる磁気カプラの実装構成を示す図である。
図7図7は、実施形態の変形例にかかる磁気カプラの平面構成を示す図である。
図8図8は、実施形態におけるボンディングワイヤの実装構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる磁気カプラを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0008】
(実施形態)
実施形態にかかる磁気カプラについて説明する。磁気カプラは、1次側回路と2次側回路とで動作電圧が大きく異なる場合などに、1次側回路及び2次側回路を互いに電気的に絶縁しながら信号伝送したい場合に用いられる。例えば、1次側回路がモータ及びモータを駆動するインバータ回路を含み、2次側回路がインバータ回路を制御するコントローラを含む場合、1次側回路及び2次側回路の間に磁気カプラが配されていることで、モータの起動時に突入電流(Inrush Current)がコントローラに流入することを防ぐことができる。
【0009】
磁気カプラを含む通信システムにおいて、1次側回路に送信回路が設けられ、2次側回路に受信回路が設けられる。磁気カプラは、送信回路及び受信回路の間に配される。
【0010】
複数対のコイルを含む磁気カプラは、複数対のコイルで複数の信号を1次側から2次側へ伝送可能である。磁気カプラは、複数対のそれぞれについて、送信回路に対応するコイルと受信回路に対応するコイルとが電気的に互いに絶縁されるとともに磁気的に互いに結合されるように構成される。この場合、磁気カプラは、複数対のそれぞれについて、送信回路及び受信回路のアイソレーションを取りながら送信側(1次側)のコイルから受信側(2次側)のコイルへ信号及び/又は電力を適切に伝送することが望まれる。
【0011】
複数対の間で信号及び/又は電力の干渉を避けるために、送信側及び受信側のそれぞれにおいて複数のコイルの間隔を広く確保すると、磁気カプラの実装面積が増大しやすく、磁気カプラのコストが増大しやすい。
【0012】
一方、磁気カプラの実装面積を抑制するために、送信側及び受信側のそれぞれにおいて複数のコイルの間隔を狭くすると、複数対の間で信号及び/又は電力の干渉が顕著になり、複数の信号を適切に伝送することが困難になる可能性がある。
【0013】
そこで、本実施形態では、磁気カプラにおいて、複数のコイルの各パターン(各コイルパターン)を8の字型にし、平面内で隣接するコイルパターンを互いに回転させた向きに配することで、実装面積の抑制と複数の信号の適切な伝送との両立化を図る。
【0014】
具体的には、磁気カプラ30を含む通信システム1は、図1に示すように構成され得る。図1は、磁気カプラ30を含む通信システム1の回路構成を示す図である。
【0015】
通信システム1は、1次側回路10、2次側回路20、及び磁気カプラ30を有する。磁気カプラ30は、1次側回路10及び2次側回路20の間に配される。磁気カプラ30は、1次側回路10及び2次側回路20を互いに電気的に絶縁しながら互いに磁気的に結合できる。
【0016】
磁気カプラ30は、差動構成に対応したカプラとすることができる。磁気カプラ30は、1次側回路10から伝達された複数対の差動信号を磁界エネルギーに変換し、磁界エネルギーを複数対の差動信号に再変換して2次側回路20へ伝達する。図1では、磁気カプラ30が3対の差動信号を磁界エネルギーに変換し、磁界エネルギーを3対の差動信号に再変換する場合の構成が例示されている。
【0017】
1次側回路10は、負荷回路11及び複数の送信回路40−1〜40−3を有する。2次側回路20は、複数の受信回路50−1〜50−3及び負荷回路21を有する。例えば、モータの動作電圧(例えば、U相、V相、W相の3相の電圧)をコントローラでモニターする場合、又は、コントローラがモータの動作を制御する(例えば、U相、V相、W相の3相の電圧をPWM制御する)場合、複数の送信回路40−1〜40−3がU相、V相、W相の3相に対応し、複数の受信回路50−1〜50−3がU相、V相、W相の3相に対応していてもよい。
【0018】
磁気カプラ30は、複数の単位カプラ31−1〜31−3を有する。複数の単位カプラ31−1〜31−3は、複数の送信回路40−1〜40−3に対応し、複数の受信回路50−1〜50−3に対応する。
【0019】
単位カプラ31−1は、2重絶縁型で構成され得る。単位カプラ31−1は、コイル32−1、コイル33−1、ボンディンブワイヤ34−1,37−1、コイル35−1、及びコイル36−1を有する。コイル32−1は、送信回路40−1に電気的に接続されている。コイル33−1は、コイル32−1の上方に配され、絶縁膜を介してコイル32−1と対向している(図2参照)。これにより、コイル32−1及びコイル33−1は、互いに電気的に絶縁されているとともに磁気的に結合され得る。ボンディンブワイヤ34−1,37−1は、それぞれ、コイル33−1及びコイル35−1を電気的に接続する。コイル36−1は、コイル35−1の下方に配され、絶縁膜を介してコイル35−1と対向している(図2参照)。これにより、コイル35−1及びコイル36−1は、互いに電気的に絶縁されているとともに磁気的に結合され得る。コイル36−1は、受信回路50−1に電気的に接続されている。
【0020】
なお、他の単位カプラ31−2、単位カプラ31−3についても、単位カプラ31−1と同様に構成され得る。また、1次側回路10及び各単位カプラ31におけるコイル32,33は、チップ領域102に含ませることができ、2次側回路20及び各単位カプラ31におけるコイル35、コイル36は、チップ領域105に含ませることができる。
【0021】
磁気カプラ30における各単位カプラの2重絶縁型の構成は、例えば、図2に示すように実装され得る。図2は、磁気カプラ30の実装構成を示す図である。図2では、基板2の表面に略垂直な方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向とする。
【0022】
例えば、複数の単位カプラ31−1〜31−3における1次側(送信側)に対応した部分は、次のように実装され得る。各送信回路40−1〜40−3の差動アンプ(図1参照)が主として基板2に配される。送信回路40−1の差動アンプに電気的に接続されるコイル32−1は、配線層3に含まれるコイルパターン32a−1として構成され得る。送信回路40−2の差動アンプに電気的に接続されるコイル32−2は、配線層3に含まれるコイルパターン32a−2として構成され得る。送信回路40−3の差動アンプに電気的に接続されるコイル32−3は、配線層3に含まれるコイルパターン32a−3として構成され得る。配線層3は、基板2の+Z方向に配される配線層であり、XY方向に沿って延びている。
【0023】
配線層3に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL3を考えた場合、コイルパターン32a−1、コイルパターン32a−2、コイルパターン32a−3は、いずれも、平面PL3に沿って配されている。コイルパターン32a−1、コイルパターン32a−2、コイルパターン32a−3は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0024】
コイルパターン32a−1は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン32a−2は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン32a−3は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン32a−1の外輪郭とコイルパターン32a−2の外輪郭とコイルパターン32a−3の外輪郭とは、それぞれ、略矩形状とすることができる。
【0025】
図3に示すように、8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン32a−1は、X方向に沿って8の字型の中央CP21を通る軸AX21を有する。図3は、複数のコイルパターン32a−1〜32a−3の平面構成を示す図である。コイルパターン32a−2は、Y方向に沿って8の字型の中央CP22を通る軸AX22を有する。コイルパターン32a−3は、X方向に沿って8の字型の中央CP23を通る軸AX23を有する。コイルパターン32a−1,32a−3における8の字型の中央CP21,CP23は、コイルパターン32a−2の軸AX22の延長上の近傍に配されている。コイルパターン32a−1,32a−3は、それぞれ、コイルパターン32a−2の軸AX22の延長上の近傍でコイルパターン32a−1,32a−3における8の字型の中央CP21,CP23を中心にコイルパターン32a−2に対して略90°回転させた向きに配されている。
【0026】
コイルパターン32a−1では、XY平面視において、中心CP21に対して+X側の部分321a−1と−X側の部分322a−1とが互いに逆巻きに巻き回されている。コイルパターン32a−2では、XY平面視において、中心CP22に対して+Y側の部分321a−2と−Y側の部分322a−2とが互いに逆巻きに巻き回されている。コイルパターン32a−3では、XY平面視において、中心CP23に対して+X側の部分321a−3と−X側の部分322a−3とが互いに逆巻きに巻き回されている。
【0027】
例えば、コイルパターン32a−1に破線の矢印で示す向きに電流が流れた場合、コイルパターン32a−1の部分321a−1とコイルパターン32a−2の部分321a−2との磁気的な結合により部分321a−2に一点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。また、コイルパターン32a−1の部分322a−1とコイルパターン32a−2の部分321a−2との磁気的な結合により部分321a−2に二点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。コイルパターン32a−2の部分321a−2において、一点鎖線の矢印で示す誘導電流と二点鎖線の矢印で示す誘導電流とが逆向きで互いにキャンセルされ得る。これにより、コイルパターン32a−1とコイルパターン32a−2との配置間隔を狭くしても、コイルパターン32a−1とコイルパターン32a−2との間の磁気的な影響を抑制でき、コイルパターン32a−1で伝送される信号とコイルパターン32a−2で伝送される信号との干渉を互いに抑制することができる。
【0028】
また、コイルパターン32a−3に破線の矢印で示す向きに電流が流れた場合、コイルパターン32a−3の部分321a−3とコイルパターン32a−2の部分322a−2との磁気的な結合により部分322a−2に一点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。また、コイルパターン32a−3の部分322a−3とコイルパターン32a−2の部分322a−2との磁気的な結合により部分322a−2に二点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。コイルパターン32a−2の部分322a−2において、一点鎖線の矢印で示す誘導電流と二点鎖線の矢印で示す誘導電流とが逆向きで互いにキャンセルされ得る。これにより、コイルパターン32a−2とコイルパターン32a−3との配置間隔を狭くしても、コイルパターン32a−2とコイルパターン32a−3との間の磁気的な影響を抑制でき、コイルパターン32a−2で伝送される信号とコイルパターン32a−3で伝送される信号との干渉を互いに抑制することができる。
【0029】
この配置により、平面PL3における複数のコイルパターン32a−1〜32a−3間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン32a−1〜32a−3間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン32a−1〜32a−3間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。
【0030】
図2に戻って、磁気的にコイル32−1に結合されるべきコイル33−1は、コイル32−1の+Z方向に配され、コイル32−1に対向している。コイル33−1は、配線層4に含まれるコイルパターン33a−1として構成され得る。磁気的にコイル32−2に結合されるべきコイル33−2は、コイル32−2の+Z方向に配され、コイル32−2に対向している。コイル33−2は、配線層4に含まれるコイルパターン33a−2として構成され得る。磁気的にコイル32−3に結合されるべきコイル33−3は、コイル32−3の+Z方向に配され、コイル32−3に対向している。コイル33−3は、配線層4に含まれるコイルパターン33a−3として構成され得る。配線層4は、配線層3の+Z方向に配される配線層であり、XY方向に沿って延びている。
【0031】
配線層4に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL4を考えた場合、コイルパターン33a−1、コイルパターン33a−2、コイルパターン33a−3は、いずれも、平面PL4に沿って配されている。コイルパターン33a−1、コイルパターン33a−2、コイルパターン33a−3は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0032】
コイルパターン33a−1は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン33a−2は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン33a−3は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン33a−1の外輪郭とコイルパターン33a−2の外輪郭とコイルパターン33a−3の外輪郭とは、それぞれ、略矩形状とすることができる。
【0033】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン33a−1は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX31を有する。コイルパターン33a−2は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX32を有する。コイルパターン33a−3は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX33を有する。コイルパターン33a−1,33a−3における8の字型の中央は、コイルパターン33a−2の軸AX32の延長上の近傍に配されている。コイルパターン33a−1,33a−3は、それぞれ、コイルパターン33a−2の軸AX32の延長上の近傍でコイルパターン33a−1,33a−3における8の字型の中央を中心にコイルパターン33a−2に対して略90°回転させた向きに配されている(図3参照)。
【0034】
この配置により、平面PL4における複数のコイルパターン33a−1〜33a−3間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン33a−1〜33a−3間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン33a−1〜33a−3間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。
【0035】
また、複数の単位カプラ31−1〜31−3における2次側(受信側)に対応した部分は、次のように実装され得る。各受信回路50−1〜50−3の差動アンプ(図1参照)が主として基板5に配される。受信回路50−1の差動アンプに電気的に接続されるコイル36−1は、配線層6に含まれるコイルパターン36a−1として構成され得る。受信回路50−2の差動アンプに電気的に接続されるコイル36−2は、配線層6に含まれるコイルパターン36a−2として構成され得る。受信回路50−3の差動アンプに電気的に接続されるコイル36−3は、配線層6に含まれるコイルパターン36a−3として構成され得る。配線層6は、基板5の+Z方向に配される配線層であり、XY方向に沿って延びている。
【0036】
配線層6に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL6を考えた場合、コイルパターン36a−2、コイルパターン36a−1、コイルパターン36a−3は、いずれも、平面PL6に沿って配されている。コイルパターン36a−2、コイルパターン36a−1、コイルパターン36a−3は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0037】
コイルパターン36a−1は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン36a−2は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン36a−3は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン36a−1の外輪郭とコイルパターン36a−2の外輪郭とコイルパターン36a−3の外輪郭とは、それぞれ、略矩形状とすることができる。
【0038】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン36a−2は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX62を有する。コイルパターン36a−1は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX61を有する。コイルパターン36a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX63を有する。コイルパターン36a−1における8の字型の中央は、コイルパターン36a−2の軸AX62の延長上の近傍に配されている。コイルパターン36a−1は、コイルパターン36a−2の軸AX62の延長上の近傍でコイルパターン36a−1における8の字型の中央を中心にコイルパターン36a−2に対して略90°回転させた向きに配されている(図3参照)。
【0039】
この配置により、平面PL6における複数のコイルパターン36a−1〜36a−3間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン36a−1〜36a−3間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン36a−1〜36a−3間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。
【0040】
磁気的にコイル36−1に結合されるべきコイル35−1は、コイル36−1の+Z方向に配され、コイル36−1に対向している。コイル35−1は、配線層7に含まれるコイルパターン35a−1として構成され得る。磁気的にコイル36−2に結合されるべきコイル35−2は、コイル36−2の+Z方向に配され、コイル36−2に対向している。コイル35−2は、配線層7に含まれるコイルパターン35a−2として構成され得る。磁気的にコイル36−3に結合されるべきコイル35−3は、コイル36−3の+Z方向に配され、コイル36−3に対向している。コイル35−3は、配線層7に含まれるコイルパターン35a−3として構成され得る。配線層7は、配線層6の+Z方向に配される配線層であり、XY方向に沿って延びている。
【0041】
配線層7に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL7を考えた場合、コイルパターン35a−2、コイルパターン35a−1、コイルパターン35a−3は、いずれも、平面PL7に沿って配されている。コイルパターン35a−2、コイルパターン35a−1、コイルパターン35a−3は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0042】
コイルパターン35a−1は、X方向の寸法がY方向の寸法より大きい。コイルパターン35a−2は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン35a−3は、Y方向の寸法がX方向の寸法より大きい。コイルパターン35a−1の外輪郭とコイルパターン35a−2の外輪郭とコイルパターン35a−3の外輪郭とは、それぞれ、略矩形状とすることができる。
【0043】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン35a−2は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX52を有する。コイルパターン35a−1は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX51を有する。コイルパターン35a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX53を有する。コイルパターン35a−1における8の字型の中央は、コイルパターン35a−2の軸AX52の延長上の近傍に配されている。コイルパターン35a−1は、コイルパターン35a−2の軸AX52の延長上の近傍でコイルパターン35a−1における8の字型の中央を中心にコイルパターン35a−2に対して略90°回転させた向きに配されている(図3参照)。
【0044】
この配置により、平面PL7における複数のコイルパターン35a−1〜35a−3間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン35a−1〜35a−3間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン35a−1〜35a−3間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。
【0045】
なお、基板2、配線層3、配線層4を含む領域がチップ領域102に対応し、基板5、配線層6、配線層7を含む領域がチップ領域105に対応している。
【0046】
磁気カプラ30におけるボンディングワイヤ34,37は、図4に示すように実装され得る。図4は、ボンディングワイヤ34,37の実装構成を示す図である。
【0047】
平面PL4に沿って配置される複数のコイルパターン33a−1〜33a−3と平面PL7に沿って配置される複数のコイルパターン35a−1〜35a−3とは、XY平面視において互いに交差する複数のボンディングワイヤ34−1〜34−3,37−1〜37−3で電気的に接続される。平面PL4は、基板2の+Z方向に配される配線層4に対応した平面である。平面PL7は、基板5の+Z方向に配される配線層7に対応した平面である。平面PL7は、平面PL4から平面PL4に沿った方向に離間した平面である。
【0048】
例えば、ボンディングワイヤ34−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−2と交差する。ボンディングワイヤ34−1は、コイルパターン33a−1の一端とコイルパターン35a−1の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−2は、コイルパターン33a−2の一端とコイルパターン35a−2の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−2と交差する。ボンディングワイヤ37−2は、コイルパターン33a−2の他端とコイルパターン35a−2の他端とを接続する。
【0049】
ボンディングワイヤ37−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−2と交差する。ボンディングワイヤ37−1は、コイルパターン33a−1の他端とコイルパターン35a−1の他端とを接続する。ボンディングワイヤ37−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−2と交差する。
【0050】
ボンディングワイヤ34−3は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−3と交差する。ボンディングワイヤ34−3は、コイルパターン33a−3の一端とコイルパターン35a−3の他端とを接続する。ボンディングワイヤ37−3は、コイルパターン33a−2の他端とコイルパターン35a−3の一端とを接続する。
【0051】
複数のボンディングワイヤ34−1〜34−3,37−1〜37−3がXY平面視において互いに交差するように結線されることにより、複数のボンディングワイヤ34−1〜34−3,37−1〜37−3の間における磁気的な結合を低減できる。
【0052】
以上のように、実施形態では、磁気カプラ30において、複数のコイルの各パターン(各コイルパターン)を8の字型にし、平面内で隣接するコイルパターンを互いに回転させた向きに配する。これにより、複数のコイルパターンの実装面積を低減できるとともに複数のコイルパターンで伝送される複数の信号の間の干渉を抑制できる。すなわち、磁気カプラ30について、実装面積の抑制と複数の信号の適切な伝送とを両立化させることができる。
【0053】
なお、磁気カプラに含まれる単位カプラの数は、図1に例示された3つに限定されず、2つであってもよいし、4つ以上あってもよい。例えば、磁気カプラに含まれる単位カプラの数が4つである場合、磁気カプラ30iを含む通信システム1iは、図5に示すように構成され得る。図5は、実施形態の変形例にかかる磁気カプラ30iを含む通信システム1iの構成を示す図である。通信システム1iは、1次側回路10i、2次側回路20i、及び磁気カプラ30iを有する。図4では、磁気カプラ30iが4対の差動信号を磁界エネルギーに変換し、磁界エネルギーを4対の差動信号に再変換する場合の構成が例示されている。1次側回路10iは、負荷回路11及び複数の送信回路40−1〜40−4を有する。2次側回路20iは、複数の受信回路50−1〜50−4及び負荷回路21を有する。磁気カプラ30iは、複数の単位カプラ31−1〜31−4を有する。複数の単位カプラ31−1〜31−4は、複数の送信回路40−1〜40−4に対応し、複数の受信回路50−1〜50−4に対応する。
【0054】
あるいは、磁気カプラにおける各コイルパターンは、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等であってもよい。例えば、図5に示す磁気カプラ30iにおける各単位カプラの2重絶縁型の構成は、例えば、図6に示すように実装され得る。図6は、実施形態の変形例にかかる磁気カプラ30iの実装構成を示す図である。図6では、基板2の表面に略垂直な方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向とする。
【0055】
配線層3に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL3を考えた場合、コイルパターン132a−1、コイルパターン132a−2、コイルパターン132a−3、コイルパターン132a−4は、いずれも、平面PL3に沿って配されている。コイルパターン32a−1、コイルパターン32a−2、コイルパターン32a−3、コイルパターン32a−4は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0056】
コイルパターン132a−1は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン132a−2は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン132a−3は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン132a−4は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン132a−1の外輪郭とコイルパターン32a−2の外輪郭とコイルパターン132a−3の外輪郭とコイルパターン132a−4の外輪郭とは、それぞれ、略正方形状とすることができる。
【0057】
図7に示すように、8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン132a−1は、Y方向に沿って8の字型の中央CP121を通る軸AX121を有する。図7は、複数のコイルパターン132a−1〜132a−4の平面構成を示す図である。コイルパターン132a−2は、X方向に沿って8の字型の中央CP122を通る軸AX122を有する。コイルパターン132a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央CP123を通る軸AX123を有する。コイルパターン132a−4は、X方向に沿って8の字型の中央CP124を通る軸AX124を有する。コイルパターン132a−2,132a−2における8の字型の中央CP122,CP124は、コイルパターン132a−1の軸AX121の延長上の近傍に配されている。コイルパターン132a−2,132a−4は、それぞれ、コイルパターン132a−1の軸AX121の延長上の近傍でコイルパターン132a−2,132a−4における8の字型の中央CP122,CP124を中心にコイルパターン132a−1に対して略90°回転させた向きに配されている。
【0058】
コイルパターン132a−1では、XY平面視において、中心CP121に対して+Y側の部分1321a−1と−Y側の部分1322a−1とが互いに逆巻きに巻き回されている。コイルパターン132a−2では、XY平面視において、中心CP122に対して+X側の部分1321a−2と−X側の部分1322a−2とが互いに逆巻きに巻き回されている。コイルパターン132a−3では、XY平面視において、中心CP123に対して+Y側の部分1321a−3と−Y側の部分1322a−3とが互いに逆巻きに巻き回されている。コイルパターン132a−4では、XY平面視において、中心CP124に対して+X側の部分1321a−4と−X側の部分1322a−4とが互いに逆巻きに巻き回されている。
【0059】
例えば、コイルパターン132a−2に破線の矢印で示す向きに電流が流れた場合、コイルパターン132a−2の部分1321a−2とコイルパターン132a−1の部分1322a−1との磁気的な結合により部分1322a−1に一点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。また、コイルパターン132a−2の部分1322a−2とコイルパターン132a−1の部分1322a−1との磁気的な結合により部分1322a−2に二点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。コイルパターン132a−1の部分1322a−1において、一点鎖線の矢印で示す誘導電流と二点鎖線の矢印で示す誘導電流とが逆向きで互いにキャンセルされ得る。これにより、コイルパターン132a−1とコイルパターン132a−2との配置間隔を狭くしても、コイルパターン132a−1とコイルパターン132a−2との間の磁気的な影響を抑制でき、コイルパターン132a−1で伝送される信号とコイルパターン132a−2で伝送される信号との干渉を互いに抑制することができる。
【0060】
また、コイルパターン132a−4に破線の矢印で示す向きに電流が流れた場合、コイルパターン132a−4の部分1321a−4とコイルパターン132a−3の部分1322a−3との磁気的な結合により部分1322a−3に一点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。また、コイルパターン132a−4の部分1322a−4とコイルパターン132a−3の部分1322a−3との磁気的な結合により部分1322a−3に二点鎖線の矢印で示す向きに誘導電流が発生し得る。コイルパターン132a−3の部分1322a−3において、一点鎖線の矢印で示す誘導電流と二点鎖線の矢印で示す誘導電流とが逆向きで互いにキャンセルされ得る。これにより、コイルパターン132a−3とコイルパターン132a−4との配置間隔を狭くしても、コイルパターン132a−3とコイルパターン132a−4との間の磁気的な影響を抑制でき、コイルパターン132a−3で伝送される信号とコイルパターン132a−4で伝送される信号との干渉を互いに抑制することができる。
【0061】
この配置により、平面PL3における複数のコイルパターン132a−1〜132a−4間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン132a−1〜132a−4間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン132a−1〜132a−4間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。また、各コイルパターン132aの外輪郭を略正方形状とすることで、この配置を行った場合にX方向の配置幅を揃えることができ、実装密度を容易に向上できる。
【0062】
図6に戻って、配線層4に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL4を考えた場合、コイルパターン133a−1、コイルパターン133a−2、コイルパターン133a−3、コイルパターン133a−4は、いずれも、平面PL4に沿って配されている。コイルパターン132a−1、コイルパターン132a−2、コイルパターン132a−3、コイルパターン132a−4は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0063】
コイルパターン133a−1は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン133a−2は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン133a−3は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン133a−4は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン133a−1の外輪郭とコイルパターン133a−2の外輪郭とコイルパターン133a−3の外輪郭とコイルパターン133a−4の外輪郭とは、それぞれ、略正方形状とすることができる。
【0064】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン133a−1は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX131を有する。図7は、複数のコイルパターン133a−1〜133a−4の平面構成を示す図である。コイルパターン133a−2は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX132を有する。コイルパターン133a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX133を有する。コイルパターン133a−4は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX134を有する。コイルパターン133a−2,133a−2における8の字型の中央は、コイルパターン133a−1の軸AX131の延長上の近傍に配されている。コイルパターン133a−2,133a−4は、それぞれ、コイルパターン133a−1の軸AX131の延長上の近傍でコイルパターン133a−2,133a−4における8の字型の中央を中心にコイルパターン133a−1に対して略90°回転させた向きに配されている。
【0065】
この配置により、平面PL4における複数のコイルパターン133a−1〜133a−4間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン133a−1〜133a−4間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン133a−1〜133a−4間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。また、各コイルパターン133aの外輪郭を略正方形状とすることで、この配置を行った場合にX方向の配置幅を揃えることができ、実装密度を容易に向上できる。
【0066】
配線層6に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL6を考えた場合、コイルパターン136a−2、コイルパターン136a−1、コイルパターン136a−3、コイルパターン136a−4は、いずれも、平面PL6に沿って配されている。コイルパターン136a−2、コイルパターン136a−1、コイルパターン136a−3、コイルパターン136a−4は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0067】
コイルパターン136a−1は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン136a−2は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン136a−3は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン136a−4は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン136a−1の外輪郭とコイルパターン136a−2の外輪郭とコイルパターン136a−3の外輪郭とコイルパターン136a−4の外輪郭とは、それぞれ、略正方形状とすることができる。
【0068】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン136a−2は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX162を有する。コイルパターン136a−1は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX161を有する。コイルパターン136a−4は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX164を有する。コイルパターン136a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX163を有する。コイルパターン136a−2,136a−4における8の字型の中央は、コイルパターン136a−1の軸AX161の延長上の近傍に配されている。コイルパターン136a−2,136a−4は、コイルパターン136a−1の軸AX161の延長上の近傍でコイルパターン136a−1における8の字型の中央を中心にコイルパターン136a−1に対して略90°回転させた向きに配されている(図7参照)。
【0069】
この配置により、平面PL6における複数のコイルパターン136a−1〜136a−4間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン136a−1〜136a−4間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン136a−1〜136a−4間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。また、各コイルパターン136aの外輪郭を略正方形状とすることで、この配置を行った場合にX方向の配置幅を揃えることができ、実装密度を容易に向上できる。
【0070】
配線層7に対応するXY方向に延びた仮想的な平面PL7を考えた場合、コイルパターン135a−2、コイルパターン135a−1、コイルパターン135a−3、コイルパターン135a−4は、いずれも、平面PL6に沿って配されている。コイルパターン135a−2、コイルパターン135a−1、コイルパターン135a−3、コイルパターン135a−4は、いずれも、8の字型のコイルパターンで構成され得る。
【0071】
コイルパターン135a−1は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン135a−2は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン135a−3は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン135a−4は、X方向の寸法とY方向の寸法とが均等である。コイルパターン135a−1の外輪郭とコイルパターン135a−2の外輪郭とコイルパターン135a−3の外輪郭とコイルパターン135a−4の外輪郭とは、それぞれ、略正方形状とすることができる。
【0072】
8の字型のコイルパターンにおける8の字型の中央に対して上下の環状パターンを貫通する仮想的な軸を考えた場合、コイルパターン135a−2は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX152を有する。コイルパターン135a−1は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX151を有する。コイルパターン135a−4は、X方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX154を有する。コイルパターン135a−3は、Y方向に沿って8の字型の中央を通る軸AX153を有する。コイルパターン135a−2,135a−4における8の字型の中央は、コイルパターン135a−1の軸AX151の延長上の近傍に配されている。コイルパターン135a−2,135a−4は、コイルパターン135a−1の軸AX151の延長上の近傍でコイルパターン135a−1における8の字型の中央を中心にコイルパターン135a−1に対して略90°回転させた向きに配されている(図7参照)。
【0073】
この配置により、平面PL7における複数のコイルパターン135a−1〜135a−4間の配置間隔を狭くしても、複数のコイルパターン135a−1〜135a−4間の磁気的な影響を抑制でき、複数のコイルパターン135a−1〜135a−4間で伝送される信号の干渉を互いに抑制することができる。また、各コイルパターン135aの外輪郭を略正方形状とすることで、この配置を行った場合にX方向の配置幅を揃えることができ、実装密度を容易に向上できる。
【0074】
このように、磁気カプラにおける各コイルパターンについてX方向の寸法とY方向の寸法とを均等にすることで、磁気カプラの実装密度をさらに向上できる。
【0075】
あるいは、磁気カプラ30iにおけるボンディングワイヤ34,37は、図8に示すように実装され得る。図8は、ボンディングワイヤ34,37の実装構成を示す図である。
【0076】
平面PL4に沿って配置される複数のコイルパターン133a−1〜133a−4と平面PL7に沿って配置される複数のコイルパターン135a−1〜135a−4とは、XY平面視において互いに交差する複数のボンディングワイヤ34−1〜34−4,37−1〜37−4で電気的に接続される。平面PL4は、基板2の+Z方向に配される配線層4に対応した平面である。平面PL7は、基板5の+Z方向に配される配線層7に対応した平面である。平面PL7は、平面PL4から平面PL4に沿った方向に離間した平面である。
【0077】
例えば、ボンディングワイヤ34−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−2と交差する。ボンディングワイヤ34−1は、コイルパターン133a−1の一端とコイルパターン135a−1の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−2は、コイルパターン133a−2の一端とコイルパターン135a−2の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−2と交差する。ボンディングワイヤ37−2は、コイルパターン133a−2の他端とコイルパターン135a−2の他端とを接続する。
【0078】
ボンディングワイヤ37−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−2と交差する。ボンディングワイヤ37−1は、コイルパターン133a−1の他端とコイルパターン135a−1の他端とを接続する。ボンディングワイヤ37−1は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−2と交差する。
【0079】
ボンディングワイヤ34−3は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−4と交差する。ボンディングワイヤ34−3は、コイルパターン133a−3の一端とコイルパターン135a−3の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−4は、コイルパターン133a−4の一端とコイルパターン135a−4の一端とを接続する。ボンディングワイヤ34−3は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−4と交差する。ボンディングワイヤ37−4は、コイルパターン133a−4の他端とコイルパターン135a−4の他端とを接続する。
【0080】
ボンディングワイヤ37−3は、XY平面視において、ボンディングワイヤ34−4と交差する。ボンディングワイヤ37−3は、コイルパターン133a−3の他端とコイルパターン135a−3の他端とを接続する。ボンディングワイヤ37−3は、XY平面視において、ボンディングワイヤ37−4と交差する。
【0081】
複数のボンディングワイヤ34−1〜34−4,37−1〜37−4がXY平面視において互いに交差するように結線されることにより、複数のボンディングワイヤ34−1〜34−4,37−1〜37−4の間における磁気的な結合を低減できる。
【0082】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0083】
1,1i 通信システム、30,30i 磁気カプラ。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8