(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２の端部を有するコイル変換器であって、対向する第１及び第２の側部を有する誘電性バリアと、前記第１の側部付近か又はその側部上に配置された第１の導電性の送信機コイルと、前記第１のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第１のリードと、前記第２の側部付近か又はその側部上に配置された第２の導電性の受信機コイルと、前記第２のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第２のリードと、を含むことからなる、コイル変換器と、
少なくとも第１及び第２のリードフレーム
とを備えたコイル・アイソレータであって、
前記誘電性バリアは、電気的に絶縁性の、非金属の、非半導体の、誘電性損失が低い材料を含み、前記誘電性バリアは前記第１のコイルと第２のコイルとの間に配置されており、
前記第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部に互いに対向する凹部がそれぞれ形成されて、該凹部間に前記コイル変換器の前記第１及び第２のコイルを配置するための空間が形成されており、及び、
前記コイル変換器は、前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間に水平方向に延在し、前記第１及び第２の端部は、前記第１及び第２のリードフレームの前記少なくとも一部の上か又は下に延在し、前記第１及び第２のリードフレームのどの部分も、前記第１及び第２のコイルの任意の部分の上か又は下に垂直方向には配置されておらず、及び、前記第１及び第２のコイルのワイヤー・ボンド・パッドは、それぞれ前記第１及び第２のリードフレームの上か又は下に垂直方向に配置されていることからなる、コイル・アイソレータ。
【請求項２】
前記コイル変換器の前記第１又は第２の側部上に配置されたスペーサ層を更に備え、前記スペーサ層は、誘電体損失が少ない材料を含むことからなる、請求項１に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項３】
前記コイル変換器における少なくとも幾つかの導電性部分と、前記コイル変換器の外側に配置された導電体又はトレースの近傍との間の電気的相互作用を最小化するよう前記スペーサ層が構成されている、請求項２に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項４】
前記スペーサ層が、約２５ミクロンと約５０ミクロンとの間の範囲にわたる厚さを有する、請求項２又は３に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項５】
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間のブレイクダウン電圧は、約１分間の期間にわたって加えられた時には約２，０００ボルトＲＭＳを超えるか、約６分間の期間にわたって加えられた時には約２，０００ボルトＲＭＳを超えるか、２４時間の期間にわたって加えられた時には約２，０００ボルトＲＭＳを超えるか、約１分間の期間にわたって加えられた時には約５，０００ボルトＲＭＳを超えるか、約６分間の期間にわたって加えられた時には約５，０００ボルトＲＭＳを超えるか、又は２４時間の期間にわたって加えられた時には約５，０００ボルトＲＭＳを超えることからなる、請求項１乃至４の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項６】
パッケージを更に備え、該パッケージにおいて、送信機及び受信機が前記コイル変換器のどの部分の上にも垂直方向には積み重ねられないことからなる、請求項１乃至５の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項７】
送信機出力端子を含む送信機回路を更に備え、前記送信機出力端子が、前記第１のコイルに対応する前記ワイヤー・ボンド・パッドを介して該第１のコイルに対して動作可能に接続されていることからなる、請求項１乃至６の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項８】
前記送信機回路が、前記第１のコイルを超えて差動出力信号を提供するよう構成されていることからなる、請求項７に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項９】
受信機入力端子を含む受信機回路を更に備え、前記受信機入力端子が、前記第２のコイルに対応する前記ワイヤー・ボンド・パッドを介して該第２のコイルに対して動作可能に接続されていることからなる、請求項１乃至８の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１０】
前記受信機回路が、差動入力信号を受信するよう構成されている、請求項９に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１１】
前記誘電性バリアが、グラスファイバーか、ガラスか、セラミックか、ポリイミドか、ポリイミド・フィルムか、ポリマーか、有機材料か、フレックス回路材料か、エポキシか、エポキシ樹脂か、プリント回路基板材料か、ＰＴＦＥ及びガラスか、ＰＴＦＥ及びセラミックか、ガラス及びセラミックか、熱硬化性プラスチックか、又はプラスチックを含む、請求項１乃至１０の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１２】
前記コイル変換器がフレックス回路である、請求項１乃至１１の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１３】
前記第１及び第２のコイルが、少なくとも５ターンか、少なくとも８ターンか、少なくとも１０ターンか、又は少なくとも２０ターンを組み合わせて有することからなる、請求項１乃至１２の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１４】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部とが、シリカが添加されたエポキシを含む成形材料を用いてカプセル化される、請求項１乃至１３の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１５】
前記第１及び第２コイルが、空間的に配置されており、且つ、電力信号とデータ信号とのうちの少なくとも一方が前記第１のコイルによって前記誘電性バリアを横切って前記第２のコイルに送信され得ることとなるように互いに構成されていることからなる、請求項１乃至１４に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１６】
前記コイル変換器が内部電源電圧ルーティングを更に含む、請求項１乃至１５の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１７】
前記コイル変換器が、グラウンドルーティングか又は１つか又は複数のグラウンド・パッドを更に含むことからなる、請求項１乃至１６の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１８】
前記第１及び第２のコイルが、金属か、金属合金か、又は金属の組合せを含むことからなる、請求項１乃至１７の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項１９】
前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記コイル変換器の長さが約２．５ｍｍ未満である、請求項１乃至１８の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２０】
前記コイル変換器の幅が約１．５ｍｍ未満である、請求項１乃至１９の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２１】
前記コイル変換器のコイル用のワイヤー・ボンド・パッドの全てが、前記コイル変換器の主軸の一方の側に配置されている、請求項１乃至２０の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２２】
前記コイル変換器のコイル用のワイヤー・ボンド・パッドが、前記コイル変換器の主軸の両側に配置されている、請求項１乃至２０の何れかに記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２３】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームと、送信機及び受信機回路とを含むパッケージを更に備え、該パッケージの長さが約２０ｍｍ未満か又は約１２ｍｍ未満であることからなる、請求項１に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２４】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームと、送信機及び受信機回路とを含むパッケージを更に備え、該パッケージの幅が約１０ｍｍ未満か、約６ｍｍ未満か、又は約４ｍｍ未満であることからなる、請求項１に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２５】
前記受信機回路が集積回路である、請求項１０に記載のコイル・アイソレータ。
【請求項２６】
コイル・アイソレータを作成する方法であって、
対向する第１及び第２の端部を有するコイル変換器であって、対向する第１及び第２の側部を有する誘電性バリアと、前記第１の側部付近か又はその側部上に配置された第１の導電性の送信機コイルと、前記第１のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第１のリードと、前記第２の側部付近か又はその側部上に配置された第２の導電性の受信機コイルと、前記第２のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第２のリードと、を含む該コイル変換器を、形成し、
少なくとも第１及び第２のリードフレームを設け、
前記第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部に互いに対向する凹部をそれぞれ形成して、該凹部間に前記コイル変換器の前記第１及び第２のコイルを配置するための空間を形成し、及び、
前記コイル変換器が前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間に水平方向に延在することとなるように、及び、前記第１及び第２の端部が前記第１及び第２のリードフレームの前記少なくとも一部の上か又は下に延在することとなるように、前記コイル変換器を前記第１及び第２のリードフレームに取り付ける
ことを含み、
前記誘電性バリアは、電気的に絶縁性の、非金属の、非半導体の、誘電性損失が少ない材料を含み、前記誘電性バリアは、前記第１のコイルと第２のコイルとの間に配置されており、
前記第１及び第２のリードフレームのどの部分も、前記第１及び第２のコイルの任意の部分の上又は下に垂直方向には配置されておらず、及び、前記第１及び第２のコイルの前記ワイヤー・ボンド・パッドは、それぞれ前記第１及び第２のリードフレームの上か又は下に垂直方向に配置されていることからなる、方法。
【請求項２７】
前記コイル変換器の前記第１又は第２の側部上にスペーサ層を配置することを更に含み、前記スペーサ層は、誘電体損失が少ない材料を含むことからなる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
パッケージを形成することを更に含み、該パッケージにおいて、送信機及び受信機が前記コイル変換器のどの部分の上にも垂直方向には積み重ねられないことからなる、請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
出力端子を有する送信機回路を、前記第１のコイルに対応する前記ワイヤー・ボンド・パッドに動作可能に接続することを更に含む、請求項２６乃至２８の何れかに記載の方法。
【請求項３０】
入力端子を有する受信機回路を、前記第２のコイルに対応する前記ワイヤー・ボンド・パッドに動作可能に接続することを更に含む、請求項２６乃至２９の何れかに記載の方法。
【請求項３１】
前記コイル変換器を形成することが、前記誘電性バリアを形成するために、グラスファイバーか、ガラスか、セラミックか、ポリイミドか、ポリイミド・フィルムか、ポリマーか、有機材料か、フレックス回路材料か、エポキシか、エポキシ樹脂か、プリント回路基板材料か、ＰＴＦＥ及びガラスか、ＰＴＦＥ及びセラミックか、ガラス及びセラミックか、熱硬化性プラスチックか、又はプラスチックを用いることを更に含むことからなる、請求項２６乃至３０の何れかに記載の方法。
【請求項３２】
前記コイル変換器を形成することが、前記第１及び第２のコイルにおいて、少なくとも５ターンか、少なくとも８ターンか、少なくとも１０ターンか、又は少なくとも２０ターンを組み合わせて形成することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３１の何れかに記載の方法。
【請求項３３】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部とを、シリカが添加されたエポキシを含む成形材料を用いてカプセル化することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３２の何れかに記載の方法。
【請求項３４】
前記コイル変換器を形成することが、前記コイル変換器の内部か又は上に内部電源電圧ルーティングを形成することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３３の何れかに記載の方法。
【請求項３５】
前記コイル変換器を形成することが、グラウンドルーティングか又は１つか又は複数のグラウンド・パッドを前記コイル変換器の内部か又は上に形成することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３４の何れかに記載の方法。
【請求項３６】
前記コイル変換器を形成することが、前記第１の端部と前記第２の端部との間が約２．５ｍｍ未満の長さを有するよう前記コイル変換器を構成することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３５の何れかに記載の方法。
【請求項３７】
前記コイル変換器を形成することが、約１．５ｍｍ未満の幅を有するように前記コイル変換器を構成することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３６の何れかに記載の方法。
【請求項３８】
前記コイル変換器を形成することが、前記コイル変換器のコイル用のワイヤー・ボンド・パッドの全てを、前記コイル変換器の主軸の一方の側に配置することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３７の何れかに記載の方法。
【請求項３９】
前記コイル変換器を形成することが、前記コイル変換器のコイル用のワイヤー・ボンド・パッドを前記コイル変換器の主軸の両側に配置することを更に含むことからなる、請求項２６乃至３７の何れかに記載の方法。
【請求項４０】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームと、前記送信機及び受信機回路とを含むパッケージを形成することを更に含み、ここで、該パッケージの長さが約２０ｍｍ未満か又は約１２ｍｍ未満であることからなる、請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記コイル変換器と、前記第１及び第２のリードフレームと、送信機及び受信機回路とを含むパッケージを形成することを更に含み、ここで、該パッケージの幅が約１０ｍｍ未満か、約６ｍｍ未満か、又は約４ｍｍ未満であることからなる、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願で説明される発明の種々の実施形態は、データ信号及び電源トランス又はガルヴァニック・アイソレータ及びコイル変換器に関し、さらに詳細には、データ信号及び／又は電力信号を誘電性バリア又は隔離バリアを越えて送信及び受信するための誘導結合されたコイル変換器を使用する装置に関する。
【０００２】
関連出願
この出願は、下記の特許出願のそれぞれに基づく優先権及び他の利点を請求すると共に、それらの一部継続出願である。すなわち、（ａ）２００６年８月２８日出願の「Galvanic Isolator」という名称のFouquetらへの米国特許出願第１１／５１２，０３４号（以後「’０３４号特許出願」と呼ぶ）；（ｂ）２００８年３月３１日出願の「Coil Transducer with Reduced Arcing and Improved High Voltage Breakdown Performance Characteristics」という名称のFouquetらへの米国特許出願第１２／０５９，７４７号（以後「’７４７号特許出願」と呼ぶ）；（ｃ）２００８年３月３１日出願の「Galvanic Isolators and Coil Transducers」という名称のFouquetらへの米国特許出願第１２／０５９，９７９号（以後「’９７９号特許出願」と呼ぶ）；（ｄ）２００９年２月１２日出願の「High Voltage Hold-off Coil Transducer」という名称のFouquetらへの米国特許出願第１２／３７０，２０８号（以後「’２０８号特許出願」と呼ぶ）；（ｅ）２００９年２月２５日出願の「Miniature Transformers Adapted for Use in Galvanic Isolators and the Like」という名称のFouquetらへ米国特許出願第１２／３９２，９７８号（以後「’９７８号特許出願」と呼ぶ）；（ｆ）２００９年２月２６日出願の「Minimizing Electromagnetic Interference in Coil Transducers」という名称のFouquetらへの米国特許出願第１２／３９３，５９６号（以後「’５９６号特許出願」と呼ぶ）；（ｇ）２００９年６月２日出願の「Galvanic Isolator」という名称のGek Yong Ngらへの米国特許出願第１２／４７７，０７８号（以後「’０７８号特許出願」と呼ぶ）；及び２００９年６月３０日出願の「Coil Transducer Isolator Packages」という名称の米国特許出願第１２／４９５，７３３号（以後「’７３３号特許出願」と呼ぶ）。本特許出願は、前述した’０３４号、’７４７号、’９７９号、’２０８号、’９７８号、’５９６号、’０７８号、及び’７３３号特許出願は、参照することにより、それぞれ全体を本願に援用する。
【０００３】
この特許出願はまた、本願と同じ日付で出願された「Widebody Coil Isolators」という名称のHoらへの米国特許出願第＿＿＿号（以後「Hoの特許出願」と呼ぶ）を、参照することにより本願に援用する。
【背景技術】
【０００４】
従来技術で周知の高圧アイソレーション通信装置は、光学素子、磁気装置及び容量性装置を備えている。従来技術の光学素子は、一般に、光信号を送信及び受信するためにＬＥＤ及び対応するフォトダイオードを使用することによって、高圧アイソレーションを実現し、通常高い電力レベルを必要とするため、複数の通信チャネルを要求される場合、操作上及び設計上の制約を受ける。
【０００５】
従来技術の磁気装置は、一般に、対向する誘導結合コイルを使用することによって高圧アイソレーションを実現し、通常高い電力レベルを必要とし（特に、高いデータ転送速度が要求される場合）、一般に少なくとも３つの別個の集積回路又はチップを使用する必要があり、また多くの場合、電磁妨害（「ＥＭＩ」）の影響を受けやすい。
【０００６】
従来技術の容量性装置は、複数対の送信電極及び受信電極を使用することによって電圧アイソレーションを実現する。ここで、例えば、第１の対の電極はデータを送信及び受信するために使用され、第２の対の電極は送信された信号をリフレッシュ又は維持するために使用される。そのような容量性装置は、一般に、高い電圧ホールドオフすなわちブレイクダウン特性が乏しいことを示している。
【０００７】
小型で高速なガルヴァニック・アイソレータ又はコイル変換器の設計は、そのような装置を小型化する上での困難に加えて、製造費用を低く抑え、高圧ブレイクダウン特性を維持し、許容できるデータ又は電力転送速度を提供するといった、幾つかの極めて大きな技術的挑戦を提示している。
【発明の概要】
【０００８】
１つの実施形態では、対向する第１及び第２の端部を有するコイル変換器であって、対向する第１及び第２の側部を有する誘電性バリアを含むコイル変換器と、少なくとも第１及び第２のリードフレームとを備えるコイル・アイソレータが提供される。ここで、誘電性バリアは、電気的に絶縁性の、非金属の、非半導体の、誘電性損失が低い材料を含み、コイル変換器は、第１の側部近くか又はその上に配置された第１の導電性の送信機用コイルと、該第１のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第１のリードと、第２の側部近くか又はその上に配置された第２の導電性の受信機用コイルと、該第２のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第２のリードと、を更に含み、この誘電性バリアは第１及び第２のコイルの間に配置され、コイル変換器は第１及び第２のリードフレームの間に水平方向に延在し、第１及び第２の端部は第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部の上か又は下に延在し、第１及び第２のリードフレームのどの部分も、第１及び第２のコイルの任意の部分の上か又は下に垂直方向には配置されておらず、及び、第１及び第２のコイルのワイヤー・ボンド・パッドは、それぞれ第１及び第２のリードフレームの上か又は下に垂直方向に配置される。
【０００９】
別の実施形態では、対向する第１及び第２の端部を有するコイル変換器であって、対向する第１及び第２の側部を有する誘電性バリアを含むコイル変換器を形成するステップと、少なくとも第１及び第２のリードフレームを設けるステップと、コイル変換器が第１及び第２のリードフレームの間に水平方向に延在することとなるように、及び、第１及び第２の端部が第１及び第２のリードフレームの少なくとも一部の上か又は下に延在することとなるように、コイル変換器を第１及び第２のリードフレームに取り付けるステップとを含む、コイル・アイソレータを作る方法が提供される。ここで、誘電性バリアは電気的に絶縁性の、非金属の、非半導体の、誘電性損失が少ない材料を含み、前記コイル変換器は、第１の側部近くか又はその上に配置された第１の導電性の送信機用コイルと、該第１のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第１のリードと、第２の側部近くか又はその上に配置された第２の導電性の受信機用コイルと、該第２のコイルとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッドとの間に延在する第２のリードと、を含み、この誘電性バリアは第１及び第２のコイルの間に配置され、第１及び第２のリードフレームのどの部分も、第１及び第２のコイルの任意の部分の上又は下に垂直方向には配置されておらず、及び、第１及び第２のコイルのワイヤー・ボンド・パッドは、それぞれ第１及び第２のリードフレームの上か又は下に垂直方向に配置される。
【００１０】
さらに別の実施形態が本願で開示されるが、明細書及び図面を読んで理解すれば、当業者には明らかになるであろう。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の様々な態様は、下記の明細書、図面及び請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】クワド狭体形（quad narrowbody）コイル・アイソレータの１つの実施形態の平面図である。
【図２】付加的な部品間隔及び他の注釈が付いた図１のコイル・アイソレータの平面図である。
【図３】コイル・アイソレータの別の実施形態による平面図である。
【図４】図３のコイル・アイソレータに対応するＳパラメータ・モデリング結果を示す図である。
【図５】コイル・アイソレータのさらに別の実施形態の一部の平面図である。
【図６】図５のコイル・アイソレータに対応するＳパラメータ・モデリング結果を示す図である。
【図７】クワド狭体形コイル・アイソレータのさらに別の実施形態の平面図である。
【図８】図７のコイル・アイソレータに対応するＳパラメータ・モデリング結果を示す図である。
【図９】クワド狭体形コイル・アイソレータのさらに別の実施形態の平面図である。
【図１０】図９のコイル・アイソレータに対応するＳパラメータ・モデリング結果を示す図である。
【００１３】
これらの図面は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。同じ参照番号は、特に断りのない限り、図面全体を通して同じ部品又はステップを指している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下記の説明では、特定の詳細が提供されて、本発明の種々の実施形態を完全に理解できるようにする。この明細書、クレーム及びその図面を読みかつ理解すれば、当業者は本願に記載された特定の細部に従わなくても本発明の幾つかの実施形態を実行できることが分かるであろう。さらに、本発明をわかりにくくすることを避けるために、本発明の種々の実施形態の中のアプリケーションで見つかる幾つかの周知の回路、材料、及び方法は、本願では詳細には開示していない。
【００１５】
図面では、本発明の全てではないが幾つかの実現可能な実施形態が例示されているが、縮尺通りに示されていないものもある。
【００１６】
「水平」という用語は、本願で使用される場合は、空間内の実際の向きにかかわらず、本願で開示された誘電性バリア及び基板の従来の面又は表面にほぼ平行な面を意味する。「垂直」という用語は、上記で定義された水平に対してほぼ直角な方向を指す。「上」、「上方」、「下方」、「底」、「頂点」、「側面」、「側壁」、「より高い」、「より低い」、「上の」、「〜の上に」及び「〜の下に」などの用語は、前述された水平面に関して定義される。
【００１７】
絶縁基板上で製造された複数の金属層を有するコイル変換器に基づいたガルヴァニック・アイソレータは、高性能、高速及び低価格という利点を提供する。費用を低く維持するために、広いトレース及びトレース間の広い空間を用いる比較的安価な製造技術を用いてコイル変換器を製造することが望ましい。しかしながら、そのような方法から生じるコイル変換器は比較的大きい場合が多く、このことは、複数のアイソレータをこの技術に基づいて小型のパッケージに納める場合、問題が生じることがある。１つの解決策は、同時係属出願の’７３３号特許出願の中で説明されているように、パッケージ内の種々の部品を垂直方向に互いの上に積み重ねることである。この’７３３号特許出願は多数の様々な方法を説明しているが、パッケージの部品が互いの上に積み重ねる必要がない場合は、パッケージは単純でかつ安価になるであろう（リードフレームは別にして、従来から、回路部品はリードフレームの上部に取り付けられる）。
【００１８】
多くの半導体チップ用パッケージでは、金属リードフレームの部分（一般的に、アース線）はパッケージ内を広げて、上にシリコン・チップなどの他の素子を置くことができる面を提供する。本願では、狭体パッケージの種々の実施形態が説明及び開示される。この筐体パッケージは、リードフレームは除いて積み重ねを必要としない構成で、４個の完全なコイル変換器式アイソレータを収容することができる。本願で説明されるクワド狭体パッケージの種々の実施形態は、隣接するチャネル間のクロストークが十分低い状態でデータ・ストリームが損なわれないように動作することができる。開示されるコイル変換器は、双方向性でかつ高度の機能を安価に提供する。
【００１９】
信号アイソレータは、一般に、送信機、コイル変換器及び受信機を備えている。この送信機は入力信号を調整して、それが変換器を効率的に駆動するようにする。コイル変換器は、隔離バリアの一方の側部から他方の側部に信号を送信する。受信機は、隔離バリアの反対側からの信号を、入力信号を複写する（通常はディジタルの）信号に向ける。最も小さい量の電力を消費するアイソレータに対して、コイル・アイソレータが隔離バリアの一方の側部からの信号を高い効率で他方の側部に送信することが望ましい。しかしながら、２つの同様のコイル間の相互インダクタンスは、コイルの直径を減らすことで概ね減少する。このため、狭体パッケージで高い効率を得るために、コイル変換器の設計には慎重な注意を払う必要がある。アイソレータは、２つの側部の回路間の大きなＤＣ電圧や過渡電圧を避ける必要もある。例えば、前述の’０３４号、’７４７号、’９７９号、’２０８号、’９７８号、’５９６号、’０７８号、’７３３号及びHoに与えられた特許出願を参照されたい。
【００２０】
狭体パッケージは大きくなく、またパッケージ内の利用可能な空間の多くは、中に含まれるコイル変換器以外の部品や目的に使用される必要がある。例えば、シリコンの送信機及び受信機は、下記で説明及び開示される幾つかの実施例の中で例示されるように、例え２つのチャネルが１つのチップに結合される場合でも（例えば、１つのチップが２チャネル用の送信機を含み、他のチップが２チャネル用の受信機を含むことができる）、利用可能な「設置面積」の大きな部分を占める。パッケージ内に部品をおおざっぱに配置するために、遊びを作る必要がある。エポキシがダイをパッケージの中に取り付けるために使用される場合、遊びはエポキシの「スクイシャウト（squishout）」のためにも作られる。パッケージ内の他の部品を囲む成形材料のために遊びをさらに設けて、この成形材料によってパッケージ内の部品をカバーして、高圧ブレイクダウン又は外部環境との相互作用に関連した他の問題を防ぐ必要がある。
【００２１】
その結果として、コイル変換器に対してパッケージの中に残っている「設置面積」の部分が、かなり小さくなる可能性がある。コイル変換器を過度に小さくすることから効率が低くなることを避けるために、シリコン・チップの大きさと小さくパッケージ化するための遊びとの両方を維持することが重要である。高精度のダイ配置技術は、おおざっぱな配置に対する遊びを減らすことができる。パッケージ内に部品を固定するためにエポキシではなく接着テープを使用することが好ましい。その理由は、テープはエポキシの「スクイシャウト」遊びに対する必要性を除くため、コイル変換器がパッケージ内で使用できる空間が増加されるためである。そのようなアプローチは、コイル変換器を使用するための比較的直裁的なアプローチである。接着テープの方法も、チップの底部からリードフレームへの放熱と見込まれる電気伝導に関する要求事項が適合されうる場合は、シリコン・チップをリードフレームに同様に取り付けるために使用できる。
【００２２】
図１は、磁気コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び１０ｄから構成するコイル・アイソレータ５に関するレイアウトの１つの実施形態を例示している。図２は幾つかの代表的な寸法を図１のレイアウトに適用して、金属のコイル変換器トレースに対して残された空間を示している。図１及び図２のレイアウトは、可撓性部品やシリコン部品が、例えば接着テープを用いて、十分なエポキシのスクイシャウトに対する遊びが要求されないような方法で取り付けられることを仮定している。
【００２３】
コイル変換器の直ぐ下又は上に配置された金属リードフレームは、コイル変換器を通る信号送信を大きく減少させることがあることが発見されている。しかしながら、ワイヤ・ボンディングを簡略化するために、コイル変換器のワイヤボンド・パッドをリードフレームの直ぐ上に配置することも望ましい。１つの実施形態によれば、コイル・アイソレータ５の中の入力及び出力用のリードフレーム５６及び５８の間の代表的な間隔６３は約０．２０３２ｍｍ（８ミル）である（０．１５２４ｍｍ（６ミル）や０．２５４ｍｍ（１０ミル）など、そのようなギャップの他の幅も考えられる）。このため、図３に示された間隔に適合するようなコイル変換器を作ることができる。図３では、コイル変換器１０の入力及び出力コイル２８及び３４は、リードフレーム５６及び５８の間の０．２０３２ｍｍ（８ミル）の中に納まる。しかしながら、そのようなコイル・アイソレータの動作は不十分であろう。Computer Simulation Technology（商標）（ＣＳＴ）社のソフトウェアMicrowave Studio（商標）を用いた完全三次元の電磁シミュレーションは、図４に示されるように、図３の構成によって行われたスループットが３ＧＨｚまで−１５ｄＢを超えないことを示している。さらに、ピーク周波数が、理想の周波数よりも遙かに上の３ＧＨｚよりも上にある。このアプリケーションに対して使用されたシリコン回路は一般に、ピーク周波数が約２５０〜５００ＭＨｚの範囲でより良く動作する。残念なことに、図３に示されたアイソレータ５のスループットは、そのような周波数範囲では−２５ｄＢ未満である。このため、コイル・アイソレータ１０に対するより優れた設計が要求される。
【００２４】
入力側と出力側５７及び５９との間の間隔を増加するためにリードフレーム５６及び５８の中に凹部を設けることにより、コイル・ターンのためにより大きな間隔ができるようになる。図５は、リードフレーム５６がワイヤ・ボンディングを良好にするためにワイヤー・ボンド・パッド４０及び４２を機械的に支持するためにどのように入力側リードフレーム５６が形成されるかを例示している。このリードフレーム５６は、コイル変換器１０に近接するパッケージすなわちコイル・アイソレータの長い端部に向かって窪みが付けられているため、コイル変換器１０に対してより大きな設置面積を提供している。図５に示されたコイル変換器１０内の金属コイル・ターンは、可撓性基板の全設置面積を占有しないことに注意されたい。この設置面積に、コイル２８及び３４、ワイヤー・ボンド・パッド４０及び４２、並びにバス・トレース４３が形成される。（コイル変換器１０は、可撓性基板以外の材料からも形成されうることにも、さらに注意されたい。）バス・リード線４３及び４５は外側端部に沿って走り、電源電圧、グラウンド信号又は制御信号を比較的遠いシリコンＩＣに供給する。（さらに別のバス・リード線も種々の柔軟性レベルで通ることができるが、バイア・パッド、ボンド・パッド及びボンド・ワイヤのための空間を、コイル変換器１０の中に設ける必要がある。）
【００２５】
１つの実施形態によれば、０．１０１６ｍｍ（４ミル）又は１００ミクロンの最小距離が、金属トレースとコイル変換器１０の端部との間に維持されて、ポリイミド層間の金属層をシールする。これはコイル変換器１０の基板を形成するために使用されることが好ましい。そうしないと、デラミネーションが変換器の端部付近で高圧のブレイクダウンを引き起こす恐れがある。さらに、ワイヤー・ボンド・パッド４０及び４２はコイル２８及び３４から間隔を空けて配置され、上部ポリイミド材料の中に穴を作る余地を与えて、下部金属コイル層のボンド・パッドへのアクセスを可能にする。
【００２６】
上記で列挙された制約を除いて、図５のコイル変換器１０は、高い信頼性を維持しながら、十分高い信号送信効率を得るように設計されている。効率と信頼性との間のトレードオフは、主として、コイル２８及び３４に対するトレース幅及び間隔幅を選択することから生じる。フレックス製作者（Flex fabricator）が、０．０２５４ｍｍ（１ミル）又は２５ミクロンまで、又はさらに狭くした幅を提案することがあるが、銅トレースと可撓性基板との熱膨張係数の相違により、トレース幅を狭くすればそれだけ熱サイクルの間に破損する可能性が高くなり、同様に、Ｎｉ／Ａｕボンド・パッドめっき工程から問題が生じる可能性がある。他方においては、トレースを狭くすればそれだけ、所定の領域により多くのコイル・ターンができるようになる。コイル・ターンの数が増加すると、コイル変換器１０の信号送信効率が増加する。
【００２７】
図５に示されたコイル変換器１０は、３５ミクロン幅のトレース及び空間を含み、図６に示されたＳパラメータ動作（ＣＳＴ社のソフトMicrowave Studioを用いて計算された）を示す。ここで、約−６ｄＢのピーク・スループットは、図４に示されたスループットよりも遙かに高く、良好なアイソレータ機能を提供している。ピーク信号の周波数は約３６０ＭＨｚであり、これは図４に示された３ＧＨｚのピーク周波数よりも、送信機及び受信機の設計において優れている。図５のコイル変換器設計を含むコイル・アイソレータ５の完全クワド狭体パッケージ設計が、図７に示されている。図７のクワド・アイソレータ・パッケージのＳパラメータ動作が図８に示されている。ここで、主に、コイル変換器をシリコン・チップに取り付けるボンド・ワイヤの周波数応答が低いために、ピーク信号は約０．６ｄＢ弱く、またわずかに周波数が低いように見える。パッケージのレイアウトは、この効果を最小にするために、ボンド・ワイヤをできるだけ短く維持するように構成されることが好ましい。
【００２８】
図８において、約−３４ｄＢでピークに達するクロストークは、２つの中央のコイル変換器１０ｂ及び１０ｃ間の相互作用を示す。これらは、コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄの中で最も近い対である。この相互作用は、信号送信エラーの発生を避けるためには十分弱くする必要がある。中央のコイル変換器と最も近い外側のコイル変換器との間の相互作用は、より遠く離れている（シリコン・チップの反対側）ため非常に弱い。この値は約−７０ｄＢと別個に計算されている。それは非常に小さいため懸念すべき関心事ではない。
【００２９】
４つの分離したフレックス変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄを製造して狭体パッケージ又はコイル変換器５の中に納める代わりに、４つのコイル変換器を含む１つのフレックス回路を製造することもできる。そのような設計は、図９に示されている。全ての変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄが製造されて組み立てられるため、端部の遊び、配置誤差及びエポキシのスクイシャウトが使用する空間はより少ない。このため、２つの中央コイル変換器１０ｂ及び１０ｃはより接近して配置されうる。しかしながら、２つの中央コイル１０ｂ及び１０ｃ間の高圧ブレイクダウンを避けるために、この中央に配置された変換器の対の１つのレイアウトを逆にして（ここでは、偶数の変換器が逆にされる）、アイソレータの入力側に接続されたコイルが全てフレックス基板の同じレベルに置かれることが望ましい。この一層接近したスペーシングにより、各コイル変換器に対してより大きな設置面積を与えることができる。
【００３０】
図９のわずかに拡大されたコイル変換器の設計に対してＣＳＴで計算されたスループットが、図１０に示されている。図９の設計では、２つの中央コイル変換器１０ｂ及び１０ｃが２００ミクロン分離されて、クロストークが−３０ｄＢ未満にされる。しかしながら、コイル寸法の増加量が少ないため、スループットの変化は小さい。４つのコイル変換器を含む単一のフレックス部分と４つの単一コイル変換器との間を選択する場合、さらなる検討によって、２つの実例の間のスループットにおける小さな違いよりも一層重要であることを証明できる。
【００３１】
単一フレックス・クワド・パッケージ又はコイル・アイソレータとの比較では、４つの単一フレックス変換器を使用するパッケージは、フレックス資源の使用が少ない、処理するためにより多くの部品を有する、中央チャネル・コイル間の分離を増加する特徴を有する、より高価な０．６３５ｍｍ（２５ミル）のトレースを要求することがある（これらは破壊される可能性がある）、シリコン・チップがリードフレーム上に取り付けられるため、良好な放熱が得られる、全てのボンド・パッドの高さが同様である、電源電圧はシリコン・チップを通過する、電源電圧のルーティングは幾つかの（約８個）ワイヤ・ボンドを必要とする、パッケージ形成の間に金型を貫通するための多数の周囲領域がある、１つの「バス」がシリコンで形成されるためオプションを加えることが難しい、またパッケージの中心で高圧ブレイクダウンが発生する確率が高い。
【００３２】
４つの単一フレックス変換器パッケージ又はコイル・アイソレータとの比較では、単一フレックス・クワド・パッケージは、約２．５倍多くのフレックス資源を使用する、処理するためにより少ない部品を有する、中央のコイル変換器用トレース間により少ない間隔しか要求しない、安価な０．８８９ｍｍ（３５ミル）のトレースを使用できる、フレックス上に配置されたシリコン・チップの放熱は良好でない、シリコン・チップ用ボンド・パッドの頂部は他より高い、電源電圧のルーティングはフレックス材料を通過することができる、電源電圧のルーティングはより少ない（約４個）ワイヤ・ボンドに依存する、パッケージ・モールディングは端部でのみパッケージの頂部と底部とを連結する、複数のバスがグラウンド、電源電圧、及び他の接続体を運ぶことができる、及び高圧ブレイクダウンが中央コイル変換器の中で発生する可能性が極めて高い。
【００３３】
ここで、図１、２、５、７及び９を参照すると、コイル・アイソレータ５は、それぞれ、コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄを備えているように見える。各コイル変換器は対向する第１及び第２の端部１５ａ〜１５ｄ及び１７ａ〜１７ｄを有している。コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄのそれぞれは、対向する第１及び第２の側部を有する誘電性バリアを備えている。この誘電性バリアは、ポリイミド又はＫＡＰＴＯＮなどの電気的に絶縁性で、非金属、非半導体、誘電性損失が低い材料から構成される。第１の導電性コイル２８ａ〜２８ｄは、各コイル変換器の誘電性バリア２２ａ〜２２ｄの第１の側部２４ａ〜２４ｄの近く又はその上に配置され、第１のリード線３０ａ〜３０ｄ及び３２ａ〜３２ｄは、第１のコイル２８ａ〜２８ｄとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッド（４０ａ〜４０ｄ及び４２ａ〜４２ｄ）との間に延長する。第２の導電性コイル３４ａ〜３４ｄは、各コイル変換器の誘電性バリア２２ａ〜２２ｄの第２の側部２６ａ〜２６ｄの近く又はその上に配置され、第２のリード線３６ａ〜３６ｄ及び３８ａ〜３８ｄは、第２のコイル３４ａ〜３４ｄとそれに対応するワイヤー・ボンド・パッド（４４ａ〜４４ｄ及び４６ａ〜４６ｄ）との間に延長する。ここで、誘電性バリア２２ａ〜２２ｄは、第１及び第２のコイル２８ａ〜２８ｄ及び３４ａ〜３４ｄの間に配置される。第１及び第２のリードフレーム５６及び５８は、互いに接近して配置されるが、ギャップ６３によって分離される。ここで、入力リードフレーム用端部５７はギャップ６３を横切って出力リードフレーム用端部５９に面している。それらが使用されるどの構成でも、第１及び第２のリードフレーム５６及び５８は、それらの間がショートするのを防ぐために、互いに接触できず、また互いに電気的に絶縁される必要がある。コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄのそれぞれは、第１及び第２のリードフレーム５６及び５８の間を水平方向に延長して、第１及び第２の端部１５ａ〜１５ｄ及び１７ａ〜１７ｄが第１及び第２のリードフレーム５６及び５８の少なくとも一部の上又は下に延長する、またさらに、第１及び第２のリードフレーム５６及び５８のどの部分も、第１及び第２のコイル２８及び３４のどの部分の上又は下に垂直方向に配置されることはなく、さらに、第１及び第２のコイル２８ａ／３４ａ〜２８ｄ／３４ｄのワイヤー・ボンド・パッド４０ａ〜４０ｄ、４２ａ〜４２ｄ、４４ａ〜４４ｄ、及び４６ａ〜４６ｄは、それぞれ、第１及び第２のリードフレーム５６及び５８の上又は下に垂直方向に配置される。バリア２２ａ〜２２ｄ、側部２４ａ〜２４ｄ、及び側部２６ａ〜２６ｄに関する詳細については、Hoの特許出願を参照されたい。
【００３４】
前述されたように、１つの実施形態では、各コイル変換器はフレックス回路材料から形成されるが、セラミック、シリコン、プリント基板などの当業者には周知の他の材料や方法も使用することができる。
【００３５】
図１、２、７及び９に示されているように、ＩＣ６０ａ〜６０ｄ及び６４ａ〜６４ｄは、対応するワイヤー・ボンド・パッド４０ａ〜４０ｄ、４２ａ〜４２ｄ、４４ａ〜４４ｄ及び４６ａ〜４６ｄを介してコイル変換器１０ａ〜１０ｄに作動可能に接続された送信機用及び受信機用端子を備えている。そのようなＩＣ６０ａ〜６０ｄ及び６４ａ〜６４ｄは、第１のコイル２８ａ〜２８ｄ又は第２のコイル３４ａ〜３４ｄを超えて差動信号を提供するように構成されることができる。送信機及び受信機の機能は、必要に応じて、それぞれ送信機用及び受信機用ＩＣ内の適当なチャネルに割り当てられることができる。
【００３６】
第１及び第２のコイル２８ａ〜２８ｄ及び３４ａ〜３４ｄは間隔を空けて配置され、かつ電力信号及びデータ信号の少なくとも１つが第１のコイル２８ａ〜２８ｄのそれぞれによって、それぞれ誘電性バリアを超えて第２のコイル３４ａ〜３４ｄのそれぞれに送信されることができるように構成されることに注意されたい。
【００３７】
第１及び第２のコイルの各対２８ａ／３４ａ、２８ｂ／３４ｂ、２８ｃ／３４ｃ及び２８ｄ／３４ｄは、組み合わせて、少なくとも５ターン、少なくとも８ターン、少なくとも１０ターン、又は少なくとも２０ターンを有することができることに注意されたい。図５、７及び９に示されている実施形態では、第１及び第２のコイル２８／３４の各対のターンは約１１．５である。
【００３８】
各コイル変換器の中に含まれた誘電性バリアは、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・フィルム、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、プリント基板用材料、ＰＴＦＥ及びガラス、ＰＴＦＥ及びセラミック、ガラス及びセラミック、熱硬化性プラスチック、及びプラスチックの内の１つ以上を含むことができる。
【００３９】
第１のコイル２８と第２のコイル３４との間のブレイクダウン電圧は、約１分の時間にわたって加えられたとき、約２，０００ボルトＲＭＳを超えることがあり、約６分の時間にわたって加えられたとき、約２，０００ボルトＲＭＳを超えることがあり、２４時間の時間にわたって加えられたとき、約２，０００ボルトＲＭＳを超えることがあり、約１分の時間にわたって加えられたとき、約５，０００ボルトＲＭＳを超えることがあり、約６分の時間にわたって加えられたとき、約５，０００ボルトＲＭＳを超えることがあり、又は２４時間の時間にわたって加えられたとき、約５，０００ボルトＲＭＳを超えることがある。第１及び第２のコイル２８及び３４は、金属、金属合金又は金属の組合せから構成され得る。さらに、コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄのそれぞれ並びに第１及び第２のリードフレーム５６及び５８の少なくとも一部は、シリカが添加されたエポキシなどの成形材料を用いてカプセル化されることができる。これは、熱膨張の不一致を減らすために発見された。
【００４０】
ここで、図５を参照すると、コイル変換器１０の第１及び第２の端部１５及び１７の間の長さＬは、約２．５ｍｍ未満とすることができる。コイル変換器１０の幅Ｗは、約１．５ｍｍ未満とすることができる。
【００４１】
ここで、図７及び９を参照すると、コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄのコイル２８ａ〜２８ｄ及び３４ａ〜３４ｄ用の全てのワイヤー・ボンド・パッド４０ａ〜４０ｄ、４２ａ〜４２ｄ、４４ａ〜４４ｄ及び４６ａ〜４６ｄは、それぞれ、コイル変換器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄの主軸１２の一方の側に配置されていることが分かる。別の実施形態では、コイル変換器１０ａ〜１０ｄのコイル２８ａ〜２８ｄ及び３４ａ〜３４ｄ用のワイヤー・ボンド・パッドは、主軸１２の両側に配置される。
【００４２】
図７及び９の参照を続けると、４つのコイル変換器１０ａ〜１０ｄ、第１及び第２のリードフレーム５６及び５８、及び送信機用及び受信機用回路６０ａ〜６０ｄ及び６４ａ〜６４ｄを備えるパッケージ５は、約２０ｍｍ又は１２ｍｍよりも短い長さＬ、及び約１０ｍｍ、約６ｍｍ、又は約４ｍｍよりも狭い幅Ｗを有する。パッケージ５は、送信機６０ａ〜６０ｄ及び受信機６４ａ〜６４ｄがコイル変換器１０ａ〜１０ｄのどの部分の上にも垂直に積み重ねられないように構成されることもできる。
【００４３】
スペーサ層は、コイル変換器１０ａ〜１０ｄの上面及び下面の上に配置されることができる。ここで、スペーサ層は誘電体損失が少ない材料を含み、かつコイル変換器１０ａ〜１０ｄの少なくとも幾つかの導電性部分とコイル変換器の外部に配置された近傍の導電体すなわちトレースとの間の電気的相互作用を最小にするように構成される。そのようなスペーサ層の厚さは、約２５ミクロンと約５０ミクロンとの間の範囲にある。
【００４４】
幾つかの実施形態によれば、コイル変換器は双方向性であり、このため、送信機／受信機の対は空間的に配置され、また必要に応じて、アイソレータ又はパッケージの中で構成される。例えば、アイソレータ内のコイル変換器は、データが全ての４チャネルの中で左から右へ、又は２チャネルの中で左から右へまた他の２チャネルの中で右から左に移動するように構成されうる。コイル・アイソレータ５の送信機及び受信機のサイドは逆にすることもでき、任意の送信機／受信機の対内の部品は逆にすることができ、また各金属パッド又はリードフレームは、グラウンド電位以外のそのローカルな電源電圧に維持されることができる。
【００４５】
前述された幾つかの方法のように、本願で説明されたコイル・アイソレータの種々の構成要素、装置及びシステムを作る方法や使用方法は、本発明の範囲の中に含まれることに注意されたい。
【００４６】
前述された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の実施例として考えるべきである。本発明の前述の実施形態に加えて、詳細な説明及び添付した図面を綿密に調べると、本発明の別の実施形態が存在することが分かるであろう。従って、明示的に本願に記載されていない本発明の前述した実施形態の多くの組合せ、置き換え、変更及び修正は、本発明の範囲の中に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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