(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のインダクタと、
前記第１のインダクタに対して中心軸を回転軸として１８０°回転し、前記第１のインダクタと対向配置される第２のインダクタと、を備え、
前記第１のインダクタは、
第１の配線層に同心状に形成され、開いた環の形状を有する複数の配線と、
前記第１及び第２のインダクタの中心軸を通る線で２分割される領域の一方である第１の領域に形成され、当該第１のインダクタの前記複数の配線のうちの第１の配線と、前記第１の配線の２つ外側の第２の配線と、を接続する第１の交差部と、を備え、
前記第１の交差部は、
前記第１の配線層よりも下層の第２の配線層に形成された第１の連結配線と、
前記第１の配線と前記第１の連結配線と、及び前記第２の配線と前記第１の連結配線と、を接続する第１の層間配線と、を備え、
最も内側の前記第１の交差部は、最も内側の配線と、前記最も内側の配線の１つ外側の配線とが、前記第１の配線層に連続的に形成され、
前記第２のインダクタは、
前記第２の配線層よりも下層の第３の配線層に同心状に形成され、開いた環状の形状を有する複数の配線と、
前記第１及び第２のインダクタの中心軸を通る線で２分割される領域の他方である第２の領域に形成され、当該第２のインダクタの前記複数の配線のうちの第３の配線と、前記第３の配線の２つ外側の第４の配線と、を接続する第２の交差部と、を備え、
前記第２の交差部は、
前記第２の配線層と前記第３の配線層との間の第４の配線層に形成された第２の連結配線と、
前記第３の配線と前記第２の連結配線と、及び前記第４の配線と前記第２の連結配線と、を接続する第２の層間配線と、を備え、
最も内側の前記第２の交差部は、最も内側の配線と、前記最も内側の配線の１つ外側の配線とが、前記第３の配線層に連続的に形成される、
トランス。
【請求項２】
前記第１のインダクタの前記複数の配線及び前記第２のインダクタの前記複数の配線は、中心軸を囲む同心状に形成された多角形の開いた環として形成されることを特徴とする、
請求項１に記載のトランス。
【請求項３】
前記第１の交差部は、前記多角形を構成する第１の頂点に近接して形成され、
前記第２の交差部は、前記多角形を構成する第２の頂点に近接して形成され、
前記第１の頂点と前記第２の頂点とは、他の頂点間と比較して最も離隔していることを特徴とする、
請求項２に記載のトランス。
【請求項４】
前記第１の交差部は、前記多角形を構成する第１の辺上に形成され、
前記第２の交差部は、前記多角形を構成する第２の返上に形成され、
前記第１の辺と前記第２の辺とは、他の辺間と比較して最も離隔していることを特徴とする、
請求項２又は３に記載のトランス。
【請求項５】
前記第１のインダクタの前記複数の配線及び前記第２のインダクタの前記複数の配線は、中心軸を囲む同心状に形成された円形又は楕円形の開いた環として形成されることを特徴とする、
請求項１に記載のトランス。
【請求項６】
前記第１のインダクタの中心軸と前記第２のインダクタの中心軸とは、ずれて配置されることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のトランス。
【請求項７】
前記第１のインダクタの前記複数の配線は、それぞれの配線の幅が異なり、
前記第２のインダクタの前記複数の配線は、それぞれの配線の幅が異なることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のトランス。
【請求項８】
前記第１のインダクタの前記複数の配線及び前記第２のインダクタの前記複数の配線は、外側から内側へ向かって幅が細くなることを特徴とする、
請求項７に記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
信号電圧レベルが大きく異なる回路間でデータ通信を行う場合には、回路間の絶縁を確保するために、例えばアイソレータが用いられる。こうしたアイソレータでは、信号の伝達に例えばトランスが用いられる。この場合、アイソレータには、送受信インダクタの容量結合又は対基板容量を介して、高圧側の信号変化が送信側から受信側へ伝搬することにより生じるコモンモードノイズを抑制することと、送受信インダクタ間の絶縁耐圧を確保することと、が求められる。
【０００３】
コモンモードノイズを抑制するには、電気的対称性の高いインダクタを用いてトランスを構成し、差動出力を用いることが効果的である。また、トランスを小型化して寄生容量を低減することも有効である。
【０００４】
上述の差動出力を用いることができるトランスの例について説明する（特許文献１）。図１６は、一般的な対称型インダクタ６０１の配線構造を示す上面図である。インダクタのポートＰ１及びＰ２の中点を通る対称軸を境に、一方のポートから半周ずつ内周へ配線し、最内周を一周配線した後、再び半周ずつ外周側へ配線して他方のポートに至る。自身の配線Ｗ６１〜Ｗ６４が交差する箇所は、異なる配線層で迂回される。図１６の点Ａは電気特性の対称点であり、対称点から両ポートまでのインピーダンスがほぼ等しい。このインダクタを対向配置することで、トランスを構成することが可能となる。さらに、２組のトランスの受信側インダクタの対称点にセンタータップを設けることで、差動回路を構成することが可能となり、コモンモードノイズを抑制するこことができる。
【０００５】
交差部６１〜６３はそれぞれ異なる配線間を接続する。図１７は、対称型インダクタ６０１の交差部６１の構成を示す斜視図である。交差部６１は、上層に配線Ｗ６１及びＷ６２が形成され、下層に連結配線ＣＷ６１が形成される。上層に連続して配線が形成されることにより、配線Ｗ６１と配線Ｗ６２とが接続される。さらに、配線Ｗ６１と配線Ｗ６２とは、層間配線ＶＷ６１及び連結配線ＣＷ６１を介して接続される。
【０００６】
一方、差動出力を用いない場合などでは、いわゆるスパイラル方式のインダクタ（特許文献２〜５）で構成されたトランスが用いられる。図１８は、一般的なスパイラル方式のインダクタ７０１の配線構造を示す上面図である。スパイラル方式のインダクタでは、インダクタを構成する配線Ｗが渦巻状に配置されることにより、ポートＰ１及びＰ２を有するコイルが形成される。
【０００７】
また、絶縁耐圧（絶縁信頼性）を確保する手法として、埋め込み配線の界面における絶縁破壊を防止する配線膜構造が提案されている（特許文献６）。配線層などでは、異なる層間のみならず、同層間における絶縁耐圧の確保も要求される。この構造によれば、ダマシン法により形成されたＣｕ配線の、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）界面における絶縁破壊を抑制することができる。すなわち、積層構造体の同層間耐圧を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４４号公報
【特許文献２】特開平３−８９５４８号公報
【特許文献３】特開平１１−１５４７３０号公報
【特許文献４】特開平８−４５７３９号公報
【特許文献５】特開平６−１２００４８号公報
【特許文献６】特開２００７−１２３７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、発明者は、トランスを構成するにあたり、上述のインダクタには以下で説明する問題点が有ることを見出した。配線層を用いてインダクタを構成する場合、十分な絶縁耐圧を実現するには、上述のように、同層間での絶縁破壊を考慮する必要がある。
【００１０】
対称型インダクタ６０１を２個用いてトランスを構成する場合には、異なる層間の絶縁耐圧を確保するため、主な配線層間を離して配置する。また、同層間の絶縁耐圧を確保するため、交差部を可能な限り離隔させて配置することが考え得る。この場合、一方のトランスを、他方のトランスに対して９０°回転させて配置することが効果的である。図１９は、２個の対称型インダクタ６０１及び６０２により構成されるトランス６００の構成例を示す上面図である。トランス６００は、９０°回転させた対称型インダクタ６０２に、対称型インダクタ６０１を重ねた構成を有する。対称型インダクタ６０２は、対称型インダクタ６０１の上層と下層とを入れ換えた構成を有する。対称型インダクタ６０２の配線Ｗ６５〜Ｗ６８は、対称型インダクタ６０１の配線Ｗ６１〜Ｗ６４に対応する。対称型インダクタ６０２の交差部６４〜６６は、対称型インダクタ６０１の交差部６１〜６３に対応する。対称型インダクタ６０２のポートＰ３及びＰ４は、対称型インダクタ６０１のポートＰ１及びＰ２に対応する。交差部６４〜６６の連結配線ＣＷ６２及び層間配線ＶＷ６２は、それぞれ交差部６１〜６３の連結配線ＣＷ６１及び層間配線ＶＷ６１に対応する。すなわち、対称型インダクタ６０２では、連結配線ＣＷ６２が上層に、配線Ｗ６５〜Ｗ６８が下層に形成されている。
【００１１】
図２０は、図１９のＸＸ−ＸＸ線におけるトランス６００の断面構成を示す断面図である。トランス６００は、配線層Ｌ６１〜Ｌ６４の４つの配線層と、各配線層を電気的に絶縁する絶縁層（不図示）を有する。対称型インダクタ６０１の配線Ｗ６１〜Ｗ６４は、最上層の配線層Ｌ６４に形成される。連結配線ＣＷ６１は、配線層Ｌ６４の１層下の配線層Ｌ６３に形成される。層間配線ＶＷ６１は、絶縁層を貫いて、配線Ｗ６１と連結配線ＣＷ６１とを接続し、配線Ｗ６２と連結配線ＣＷ６１とを接続する。配線層Ｌ６４は、上述の主な配線層に対応する。
【００１２】
対称型インダクタ６０２の配線Ｗ６５〜Ｗ６８は、最下層の配線層Ｌ６１に形成される。連結配線ＣＷ６２は、配線層Ｌ６１の１層上の配線層Ｌ６２に形成される。層間配線ＶＷ６２は、絶縁層を貫いて、配線Ｗ６５と連結配線ＣＷ６２とを接続し、配線Ｗ６６と連結配線ＣＷ６２とを接続する。配線層Ｌ６１は、上述の主な配線層に対応する。
【００１３】
つまり、トランス６００では、交差部６１と交差部６４との水平方向の距離が、インダクタの内径Ｄの１／√２程度となる。トランス（インダクタ）の内径Ｄが小さい場合には、対向する２つのインダクタの交差配線間距離が近接するため、同層（配線層Ｌ６２と配線層Ｌ６３との間の絶縁層）における絶縁耐圧が支配的となる可能性がある。そのため、十分な絶縁耐圧を確保するには内径を広げればよい。
【００１４】
しかし、内径を広げると、トランス（インダクタ）の面積が増加してしまい、寄生容量増加によるコモンモードノイズ耐性の劣化や、チップ面積の増大といったトレードオフが生じてしまう。よって、一般的な対称型のインダクタは、十分な絶縁耐圧を有するトランスを構成するには不十分である。
【００１５】
また、差動信号を用いる場合には、トランス（インダクタ）には、高い電気的対称性が求められる。これは、一般的な対称型のインダクタを用いることにより実現できるものの、上述のように、絶縁耐圧の観点から不利である。一方、スパイラル型のインダクタは、絶縁耐圧には優れているものの、電気的対称性が劣る。
【００１６】
すなわち、上記で提案されている一般的な対称型のインダクタ及びスパイラル型のインダクタでは、電気的対称性及び絶縁耐圧を充足するトランスを構成することは、困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様であるトランスは、第１のインダクタと、前記第１のインダクタに対して中心軸を回転軸として１８０°回転し、前記第１のインダクタと対向配置される第２のインダクタと、を備え、前記第１のインダクタは、第１の配線層に同心状に形成され、開いた環の形状を有する複数の配線と、前記第１及び第２のインダクタの中心軸を通る線で２分割される領域の一方である第１の領域に形成され、当該第１のインダクタの前記複数の配線のうちの第１の配線と、前記第１の配線の２つ外側の第２の配線と、を接続する第１の交差部と、を備え、前記第１の交差部は、前記第１の配線層よりも下層の第２の配線層に形成された第１の連結配線と、前記第１の配線と前記第１の連結配線と、及び前記第２の配線と前記第１の連結配線と、を接続する第１の層間配線と、を備え、最も内側の前記第１の交差部は、最も内側の配線と、前記最も内側の配線の１つ外側の配線とが、前記第１の配線層に連続的に形成され、前記第２のインダクタは、前記第２の配線層よりも下層の第３の配線層に同心状に形成され、開いた環状の形状を有する複数の配線と、前記第１及び第２のインダクタの中心軸を通る線で２分割される領域の他方である第２の領域に形成され、当該第２のインダクタの前記複数の配線のうちの第３の配線と、前記第３の配線の２つ外側の第４の配線と、を接続する第２の交差部と、を備え、前記第２の交差部は、前記第２の配線層と前記第３の配線層との間の第４の配線層に形成された第２の連結配線と、前記第３の配線と前記第２の連結配線と、及び前記第４の配線と前記第２の連結配線と、を接続する第２の層間配線と、を備え、最も内側の前記第２の交差部は、最も内側の配線と、前記最も内側の配線の１つ外側の配線とが、前記第３の配線層に連続的に形成されるものである。このトランスによれば、第１の交差部と第２の交差部とを十分に離隔させることが可能であるので、第１の配線層と第４の配線層との間の層の同層間絶縁耐圧を確保することができる。また、各配線を１本おきに接続することが可能となるので、スパイラル型のインダクタによりトランスを構成するよりも、より高い電気的対称性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高い絶縁耐圧と電気的対称性を有するトランスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】モータを駆動するモータ駆動システムＭＤＳの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかるトランス１００のインダクタ１０１の構成を示す上面図である。
【図３Ａ】インダクタ１０１の配線Ｗ１１を示す上面図である。
【図３Ｂ】インダクタ１０１の配線Ｗ１２を示す上面図である。
【図３Ｃ】インダクタ１０１の配線Ｗ１３を示す上面図である。
【図３Ｄ】インダクタ１０１の配線Ｗ１４を示す上面図である。
【図４Ａ】インダクタ１０１の交差部１１の構成を示す斜視図である。
【図４Ｂ】インダクタ１０１の交差部１２の構成を示す斜視図である。
【図４Ｃ】インダクタ１０１の交差部１３の構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかるトランス１００の構成を示す上面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線におけるトランス１００の断面構成を示す断面図である。
【図７】インダクタのインピーダンスを検討するためのインダクタの概略構成を示す上面図である。
【図８Ａ】スパイラル型インダクタ７０１のポートＰ１からポートＰ２へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。
【図８Ｂ】スパイラル型インダクタ７０１のポートＰ２からポートＰ１へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。
【図９Ａ】インダクタ１０１のポートＰ１からポートＰ２へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。
【図９Ｂ】インダクタ１０１のポートＰ２からポートＰ１へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。
【図１０】実施の形態２にかかるトランス２００のインダクタ２０１の構成を示す上面図である。
【図１１】実施の形態２にかかるトランス２００の構成を示す上面図である。
【図１２】実施の形態３にかかるトランス３００の構成を示す上面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線におけるトランス３００の断面構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態４にかかるトランス４００のインダクタ４０１の構成を示す上面図である。
【図１５】実施の形態５にかかるトランス５００のインダクタ５０１の構成を示す上面図である。
【図１６】一般的な対称型インダクタ６０１の配線構造を示す上面図である。
【図１７】インダクタ６０１の交差部６１の構成を示す斜視図である。
【図１８】一般的なスパイラル方式のインダクタ７０１の配線構造を示す上面図である。
【図１９】２個の対称型インダクタ６０１及び６０２により構成されるトランス６００の構成例を示す上面図である。
【図２０】図１９のＸＸ−ＸＸ線におけるトランス６００の断面構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２１】
まず、本発明にかかるトランスの技術的意義を理解するための前提として、トランスの使用態様例について説明する。図１は、モータを駆動するモータ駆動システムＭＤＳの構成を示すブロック図である。モータ駆動システムＭＤＳは、ＣＰＵ１、レベルシフト部２、トランスＴＲ１及びＴＲ２、ゲートドライブ部３、駆動部４及びモータ５を有する。モータ５を駆動するためには、一般に高い電圧が必要である。よって、モータ駆動システムＭＤＳでは、ゲートドライブ部３、駆動部４及びモータ５（以下、高電圧印加部）に印加される電源電圧は、ＣＰＵ１及びレベルシフト部２（以下、低電圧印加部）に印加される電源電圧よりも高電圧である。トランスＴＲ１及びＴＲ２は、モータ駆動システムＭＤＳの破壊を避けるため、高電圧印加部と低電圧印加部とを電気的に分離するために用いられる。
【００２２】
ＣＰＵ１は、外部からの制御信号ＣＯＮに応じて、モータ５の駆動を制御する。ＣＰＵ１は、電源電圧ＧＮＤ１＋Ｖ３及び接地電圧ＧＮＤ１が印加されることにより、電源供給を受ける。ＣＰＵ１は、モータ５を駆動するため、信号ＵＨ及びＵＬを出力する。なお、信号ＵＨ及びＵＬは、一対の差動信号である。
【００２３】
レベルシフト部２は、増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２を有する。増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２は、電源電圧ＧＮＤ１＋Ｖ３が印加され、接地端子がＣＰＵ１に接続されることにより、電源供給を受ける。増幅器ＡＭＰ１は、信号ＵＨの電圧レベルをシフトさせた信号をトランスＴＲ１に出力する。増幅器ＡＭＰ２は、信号ＵＬの電圧レベルをシフトさせた信号をトランスＴＲ２に出力する。
【００２４】
トランスＴＲ１は、レベルシフト部２とゲートドライブ部３との間の絶縁を維持しつつ、信号ＵＨをゲートドライブ部３に伝達する。トランスＴＲ２は、レベルシフト部２とゲートドライブ部３との間の絶縁を維持しつつ、信号ＵＬをゲートドライブ部３に伝達する。
【００２５】
ゲートドライブ部３は、増幅器ＡＭＰ３及びＡＭＰ４を有する。増幅器ＡＭＰ３は、電源電圧ＶＯＵＴ＋Ｖ２及び接地電圧として出力電圧ＶＯＵＴが印加されることにより、電源供給を受ける。増幅器ＡＭＰ３は、信号ＵＨを増幅した信号を、駆動部４に出力する。増幅器ＡＭＰ４は、電源電圧ＧＮＤ２＋Ｖ２及び接地電圧ＧＮＤ２が印加されることにより、電源供給を受ける。増幅器ＡＭＰ４は、信号ＵＬを増幅した信号を、駆動部４に出力する。
【００２６】
駆動部４は、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を有する。リレーＲＥＬ１には、電源電圧ＧＮＤ２＋Ｖ１を出力する電源と出力電圧ＶＯＵＴを出力するノードとの間に接続される。リレーＲＥＬ１の制御端子は増幅器ＡＭＰ３の出力と接続され、オン／オフが制御される。リレーＲＥＬ２には、電源電圧ＧＮＤ２を出力する電源と出力電圧ＶＯＵＴを出力するノードとの間に接続される。リレーＲＥＬ２の制御端子は増幅器ＡＭＰ４の出力と接続され、オン／オフが制御される。これにより、駆動部４は、モータ５に出力電圧ＶＯＵＴを出力する。
【００２７】
駆動部４では、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２は、同期して動作することが求められる。従って、モータ駆動システムＭＤＳでは、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２の制御に、差動信号である信号ＵＨ及びＵＬを用いている。そのため、トランスＴＲ１及びＴＲ２には、高い絶縁耐圧のみならず、差動信号の信号品質を劣化させないよう、電気的対称性も要求される。
【００２８】
実施の形態１
続いて、本発明の実施の形態１にかかるトランス１００について説明する。実施の形態１にかかるトランス１００及び以降の実施の形態にかかるトランスは、例えば図１に示すように、絶縁耐圧と電気対称性が要求される装置やシステムで用いられる。
【００２９】
トランス１００は、インダクタ１０１及びインダクタ１０２を有する。インダクタ１０１及び１０２は、重ね合わせて配置されることにより、１つのトランスを構成する。図２は、実施の形態１にかかるトランス１００のインダクタ１０１の構成を示す上面図である。インダクタ１０１は、配線Ｗ１１〜Ｗ１４及び交差部１１〜１３を有する。図３Ａ〜Ｄは、それぞれインダクタ１０１の配線Ｗ１１〜Ｗ１４を示す上面図である。配線Ｗ１１〜Ｗ１４は、開いた環の形状を有し、同心円状に配置される。図１では、例として配線Ｗ１１〜Ｗ１４が四角形状を有する場合について説明する。
【００３０】
交差部１１〜１３はそれぞれ異なる配線間を接続する。図４Ａは、インダクタ１０１の交差部１１の構成を示す斜視図である。交差部１１は、上層に配線Ｗ１１及びＷ１２が形成され、下層に連結配線ＣＷ１が形成される。上層に連続して配線が形成されることにより、配線Ｗ１１と配線Ｗ１２とが接続される。また、配線Ｗ１１と配線Ｗ１３とは、層間配線ＶＷ１及び連結配線ＣＷ１を介して接続される。
【００３１】
図４Ｂは、交差部１２の構成を示す斜視図である。交差部１２は、上層に配線Ｗ１２及びＷ１４が形成され、下層に連結配線ＣＷ１が形成される。配線Ｗ１２と配線Ｗ１４とは、層間配線ＶＷ１及び連結配線ＣＷ１を介して、接続される。
【００３２】
図４Ｃは、交差部１３の構成を示す斜視図である。交差部１３は、上層に配線Ｗ１３及びポートＰ２に繋がる配線が形成され、下層に連結配線ＣＷ１が形成される。配線Ｗ１３とポートＰ２とは、層間配線ＶＷ１及び連結配線ＣＷ１を介して、接続される。
【００３３】
これにより、ポートＰ１→配線Ｗ１４→交差部１２→配線Ｗ１２→配線Ｗ１１→交差部１１→配線Ｗ１３→交差部１３→ポートＰ２の経路を有するインダクタが構成される。換言すれば、最も内側の配線である配線Ｗ１１は、１つ外側の配線Ｗ１２及び２つ外側の配線Ｗ１３と接続される。また、最も外側の配線Ｗ１４は、２つ内側の配線Ｗ１２と接続される。
【００３４】
図２では、配線を４本有する場合について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、図２に示す構成を、３本以上の配線を有する構成とすることも可能である。なお、電気的対称性を確保する観点からは、配線の数は偶数であることが望ましい。また、任意の本数の配線が存在する場合には、最も内側の配線は、１つ外側の配線及び２つ外側の配線と接続され、それ以外の配線は、２つ外側の配線と接続されればよい。
【００３５】
図５は、実施の形態１にかかるトランス１００の構成を示す上面図である。トランス１００は、１８０°回転させたインダクタ１０２に、インダクタ１０１を重ねた構成を有する。この例では、インダクタ１０１及び１０２は、中心軸を共有する。インダクタ１０２は、インダクタ１０１の上層と下層とを入れ換えた構成を有する。インダクタ１０２の配線Ｗ１５〜Ｗ１８は、インダクタ１０１の配線Ｗ１１〜Ｗ１４に対応する。インダクタ１０２の交差部１４〜１６は、インダクタ１０１の交差部１１〜１３に対応する。交差部１４〜１６の連結配線ＣＷ２及び層間配線ＶＷ２は、それぞれ交差部１１〜１３の連結配線ＣＷ１及び層間配線ＶＷ１に対応する。インダクタ１０２のポートＰ３及びＰ４は、インダクタ１０１のポートＰ１及びＰ２に対応する。すなわち、インダクタ１０２では、連結配線ＣＷ２が上層に、配線Ｗ１５〜Ｗ１８が下層に形成されている。
【００３６】
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線におけるトランス１００の断面構成を示す断面図である。トランス１００は、配線層Ｌ１〜Ｌ４の４つの配線層と、各配線層を電気的に絶縁する絶縁層（不図示）を有する。インダクタ１０１の配線Ｗ１１〜Ｗ１４は、最上層の配線層Ｌ４に形成される。連結配線ＣＷ１は、配線層Ｌ４の１層下の配線層Ｌ３に形成される。層間配線ＶＷ１は、絶縁層を貫いて、配線Ｗ１１と連結配線ＣＷ１とを接続し、配線Ｗ１３と連結配線ＣＷ１とを接続する。
【００３７】
インダクタ１０２の配線Ｗ１５〜Ｗ１８は、最下層の配線層Ｌ１に形成される。連結配線ＣＷ２は、配線層Ｌ１の１層上の配線層Ｌ２に形成される。層間配線ＶＷ２は、絶縁層を貫いて、配線Ｗ１５と連結配線ＣＷ２とを接続し、配線Ｗ１７と連結配線ＣＷ２とを接続する。
【００３８】
つまり、トランス１００では、交差部１１と交差部１４との水平方向の距離を、インダクタの内径Ｄだけ離隔させることができる。よって、一般的なトランスと比べ、交差部の距離を広げることができる。よって、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３との間の絶縁層で起こる恐れのある、同層間での絶縁破壊を抑制することができる。
【００３９】
なお、上述の交差部の配置は例に過ぎない。トランスの中心軸を通る線でトランスを２つの領域に２分割した場合、一方の領域に一方のインダクタの交差部が配置され、他方の領域に他方のインダクタの交差部が配置されていればよい。
【００４０】
また、トランス１００では、配線が１本おきに接続されたインダクタにより構成される。よって、スパイラル方式のインダクタを用いる場合と比べて、より電気的対称性を向上させることができる。以下にその理由について、図１に示すインダクタ１０１及び図１７に示すスパイラル方式のインダクタ７０１を例に説明する。図７は、インダクタのインピーダンスを検討するためのインダクタの概略構成を示す上面図である。図１に示すインダクタ１０１及び図１７に示すスパイラル方式のインダクタ７０１は、ともに４周巻きのインダクタである。図７では、インダクタの構造を単純化して、４巻きの環状の配線Ｗ１〜Ｗ４を表示している。また、中心線Ｌでインダクタの左右を分け、配線Ｗ１〜Ｗ４の左側領域のインピーダンスをＺ１Ｌ〜Ｚ４Ｌ、配線Ｗ１〜Ｗ４の右側領域のインピーダンスをＺ１Ｒ〜Ｚ４Ｒとする。なお、インダクタには、本来配線間の相互作用や他の寄生容量も存在する。よって、図７は検討に便宜のために簡略化した構成を表示している。
【００４１】
インダクタンスなどの主要なインピーダンスは、配線長が長いほど大きくなる。よって、図７では、Ｚ４Ｌ＝Ｚ４Ｒ＞Ｚ３Ｌ＝Ｚ３Ｒ＞Ｚ２Ｌ＝Ｚ２Ｒ＞Ｚ１Ｌ＝Ｚ１Ｒの関係が成立すると見なすことができる。また、インダクタの寄生容量も、配線長が長いほど大きい。ここでは、最大の容量である配線Ｗ３と配線Ｗ４との間の容量Ｃ３４Ｌ及びＣ３４Ｒのみを考慮する。
【００４２】
ここで、インダクタ１０１及びスパイラル方式のインダクタ７０１について、ポートＰ１からポートＰ２へ至る経路と、ポートＰ２からポートＰ１へ至る経路と、におけるインピーダンスについて検討する。図８Ａは、スパイラル方式のインダクタ７０１のポートＰ１からポートＰ２へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。図８Ｂは、スパイラル方式のインダクタ７０１のポートＰ２からポートＰ１へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、スパイラル方式のインダクタ７０１では、ポートＰ１からポートＰ２へ至る経路と、ポートＰ２からポートＰ１へ至る経路と、で各配線のインピーダンス及び容量の配置が左右で異なり、アンバランスである。
【００４３】
図９Ａは、インダクタ１０１のポートＰ１からポートＰ２へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。図９Ｂは、インダクタ１０１のポートＰ２からポートＰ１へ至る経路のインピーダンスを示す模式図である。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、インダクタ１０１では、ポートＰ１からポートＰ２へ至る経路と、ポートＰ２からポートＰ１へ至る経路と、で各配線のインピーダンス及び容量の配置が、スパイラル方式のインダクタ７０１に比べて、左右で対称的である。よって、インダクタ１０１は、スパイラル方式のインダクタ７０１に比べて、経路の相違によるインピーダンスの変化が少なく、電気的対称性に優れることが理解できる。
【００４４】
以上より、本構成によれば、高い絶縁耐圧と電気的対称性を有するトランスを提供することができる。
【００４５】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかるトランス２００について説明する。トランス２００は、インダクタ２０１とインダクタ２０２を有する。インダクタ２０１及び２０２は、重ね合わせて配置されることにより、１つのトランスを構成する。図１０は、実施の形態２にかかるトランス２００のインダクタ２０１の構成を示す上面図である。インダクタ２０１は、配線Ｗ２１〜Ｗ２４及び交差部２１及び２３を有する。配線Ｗ２１〜Ｗ２４は、開いた環状の形状を有し、同心円状に配置される。
【００４６】
交差部２１は、実施の形態１にかかるトランス１００の交差部１１及び交差部１２を１つの交差部にまとめ、位置を移動したものである。交差部２３は、実施の形態１にかかるトランス１００の交差部１３に対応する。交差部２１及び２３は、四角形を有するインダクタ２０１の一角に寄せて配置される。
【００４７】
これにより、ポートＰ１→配線Ｗ２４→交差部２３→交差部２１→配線Ｗ２２→配線Ｗ２１→交差部２１→配線Ｗ２３→交差部２３→ポートＰ２の経路を有するインダクタが構成される。換言すれば、実施の形態１と同様に、最も内側の配線である配線Ｗ２１は、１つ外側の配線Ｗ２２及び２つ外側の配線Ｗ２３と接続される。また、最も外側の配線Ｗ２４は、２つ内側の配線Ｗ２２と接続される。
【００４８】
図１０では、実施の形態１と同様に、配線を４本有する場合について説明したが、インダクタとして機能するには、配線は３本以上が望ましい。なお、電気的対称性を確保する観点からは、配線の数は偶数であることが望ましい。また、任意の本数の配線が存在する場合には、最も内側の配線は、１つ外側の配線及び２つ外側の配線と接続され、それ以外の配線は、２つ外側の配線と接続されればよい。
【００４９】
図１１は、実施の形態２にかかるトランス２００の構成を示す上面図である。トランス２００は、１８０°回転させたインダクタ２０２に、インダクタ２０１を重ねた構成を有する。この例では、インダクタ２０１及び２０２は、中心軸を共有する。インダクタ２０２は、インダクタ２０１の上層と下層とを入れ換えた構成を有する。インダクタ２０２の配線Ｗ２５〜Ｗ２８は、インダクタ２０１の配線Ｗ２１〜Ｗ２４に対応する。インダクタ２０２の交差部２４及び２６は、インダクタ２０１の交差部２１及び２３に対応する。インダクタ２０２のポートＰ３及びＰ４は、インダクタ２０１のポートＰ１及びＰ２に対応する。
【００５０】
つまり、トランス２００では、交差部２１と交差部２４との水平方向の距離を、インダクタの内径Ｄの√２倍だけ離隔させることができる。よって、トランス１００と比べて、より交差部の距離を広げることができる。よって、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３との間の絶縁層で起こる恐れのある、同層間での絶縁破壊を更に抑制することができる。
【００５１】
実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３にかかるトランス３００について説明する。トランス３００は、実施の形態１にかかるトランス１００と同様、インダクタ１０１とインダクタ１０２を有する。インダクタ１０１及び１０２は、重ね合わせて配置されることにより、１つのトランスを構成する。但し、トランス３００は、トランス１００と比べて、インダクタ１０１及び１０２の重ね合わせ方が異なる。インダクタ１０１及び１０２の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
図１２は、実施の形態３にかかるトランス３００の構成を示す上面図である。トランス３００は、１８０°回転させたインダクタ１０２に、インダクタ１０１を重ねた構成を有する。但し、インダクタ１０１の配線とインダクタ１０２の配線とが重なる部分を最小化している。具体的には、インダクタ１０１は、インダクタ１０２に対して、配線の形成ピッチＡの半分だけ、図１２の紙面水平及び鉛直方向にずれて配置される。つまり、インダクタ１０１とインダクタ１０２とは、中心軸がずれている。
【００５３】
図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線におけるトランス３００の断面構成を示す断面図である。トランス３００では、インダクタ１０１の配線Ｗ１１〜Ｗ１４は、最上層の配線層Ｌ４に形成される。インダクタ１０２の配線Ｗ１５〜Ｗ１８は、最下層の配線層Ｌ１に形成される。図１３に示すように、配線Ｗ１１〜Ｗ１４は、配線Ｗ１５〜Ｗ１８と重ならないように配置される。
【００５４】
一般に、図１３に示すように、積層構造に設けられた配線層間には、寄生容量が生じる。ところが、トランス３００では、配線Ｗ１１〜Ｗ１４を配線Ｗ１５〜Ｗ１８と重ならないように配置することで、寄生容量を低減することが可能となる。
【００５５】
従って、本構成によれば、トランス１００と同じ作用を奏するのみならず、更に寄生容量を低減することができるトランスを提供することができる。
【００５６】
実施の形態４
次に、本発明の実施の形態４にかかるトランス４００について説明する。トランス４００は、インダクタ４０１とインダクタ４０２を有する。インダクタ４０１及び４０２は、重ね合わせて配置されることにより、１つのトランスを構成する。
【００５７】
図１４は、実施の形態４にかかるトランス４００のインダクタ４０１の構成を示す上面図である。インダクタ４０１は、実施の形態１にかかるインダクタ１０１の変形例である。インダクタ４０１の配線Ｗ４１〜４４は、インダクタ１０１の配線Ｗ１１〜Ｗ１４に対応する。インダクタ４０１の交差部４１〜４３は、インダクタ１０１の交差部１１〜１３に対応する。
【００５８】
配線Ｗ１１〜Ｗ１４は、それぞれ配線の太さが異なる。具体的には、内側の配線ほど幅が細くなる。図１４では、配線Ｗ１４から配線Ｗ１１へ向けて配線が細くなる例について示している。なお、インダクタ４０２についても、それぞれの配線の太さが異なる他は、実施の形態１かかるインダクタ１０２と同様の構成を有するので、説明を省略する。また、トランス４００は、トランス１００のインダクタ１０１及び１０２をインダクタ４０１及び４０２に置換したのみであるので、説明を省略する。
【００５９】
トランス４００は、配線を徐々に細くすることで、インダクタの占有面積を縮小することが可能である。よって、本構成によれば、トランスの小型化を実現することが可能となる。
【００６０】
図１４では、配線Ｗ１４から配線Ｗ１１へ向けて配線が細くなる例について説明したがた、これは例示に過ぎない。例えば、配線Ｗ１１から配線Ｗ１４へ向けて配線が細くなる構成とすることも可能である。また、ランダムに配線幅を異ならせることも可能である。しかしながら、配線を細くすると配線の抵抗成分が大きくなってしまう。従って、抵抗成分の増大を抑制するには、長さが短い内側の配線を細くすることが望ましい。
【００６１】
実施の形態５
次に、本発明の実施の形態５にかかるトランス５００について説明する。トランス５００は、インダクタ５０１とインダクタ５０２を有する。インダクタ５０１及び５０２は、重ね合わせて配置されることにより、１つのトランスを構成する。
【００６２】
図１５は、実施の形態５にかかるトランス５００のインダクタ５０１の構成を示す上面図である。インダクタ５０１は、２重構造のインダクタであり、実施の形態１にかかるインダクタ１０１を２個直列につないだ構成を有する。図１５に示すように、インダクタ５０１は、第１のインダクタ部５０１１及び第２のインダクタ部５０１２を有する。第１のインダクタ部５０１１及び第２のインダクタ部５０１２は、インダクタ１０１と同様の構成を有する。但し、第１のインダクタ部５０１１では、インダクタ１０１のポートＰ２を接続点ＣＰ１に置換している。第２のインダクタ部５０１２では、インダクタ１０１のポートＰ１を接続点ＣＰ２に置換している。そして、接続点ＣＰ１及びＣＰ２は、配線ＷＣＰにより接続される。また、インダクタ５０２は、インダクタ５０１と同様の構成を有するので、説明を省略する。
【００６３】
本構成によれば、複数のインダクタを直列接続することで、インダクタによる占有面積を大きくすることなく、インダクタンスを増大させることができる。これにより、トランスの小型化を実現することができる。
【００６４】
また、第１のインダクタ部５０１１と第２のインダクタ部５０１２との間の寄生容量を小さくできるので、コモンモードノイズ耐性を好適に向上させることができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態３にかかるトランス３００では、インダクタ１０１及び１０２を用いたが、これは例示に過ぎない。すなわち、インダクタ２０１及び２０２、又はインダクタ４０１及び４０２、インダクタ５０１を用いることができる。
【００６６】
実施の形態４では、インダクタ１０１の変形例であるインダクタ４０１について説明したが、これは例示に過ぎない。インダクタ２０１の変形例として、インダクタ２０１又は５０１の配線幅を変化させたインダクタとして構成することも可能である。また、実施の形態３においても、インダクタ２０１又は５０１の配線幅を変化させたインダクタを適用することも可能である。
【００６７】
実施の形態４では、インダクタ１０１と同様の構成を有する第１のインダクタ部５０１１及び第２のインダクタ部５０１２を用いる場合について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、インダクタ２０１、４０１及びインダクタ２０１の配線幅を変化させたインダクタを適用することも可能である。
【００６８】
上述の実施の形態では、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３と層間絶縁膜を介して隣接する構成例について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３との間には、複数の絶縁層が形成されていてもよいし、配線層Ｌ２及びＬ３と絶縁された、絶縁層以外の他の層が形成されていてもよい。
【００６９】
上述の実施の形態では、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３と層間絶縁膜を介して隣接する構成例について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、配線層Ｌ２と配線層Ｌ３との間には、複数の絶縁層が形成されていてもよいし、配線層Ｌ２及びＬ３と絶縁された、絶縁層以外の他の層が形成されていてもよい。
【００７０】
上述の実施の形態では、四角形のインダクタを例に説明したが、インダクタの形状は、これに限られない。インダクタの形状は、四角形以外の任意の多角形としてもよいし、円形又は楕円形としてもよい。多角形とする場合には、最も離隔した２頂点の一方に、一方のインダクタの交差部を配置し、２頂点の他方に他方のインダクタの交差部を配置すれば、好適に同層間の絶縁破壊を防止できる。また、最も離隔した２辺の一方に、一方のインダクタの交差部を配置し、２辺の他方に他方のインダクタの交差部を配置すれば、好適に同層間の絶縁破壊を防止できる。
【符号の説明】
【００７１】
１  ＣＰＵ
２  レベルシフト部
３  ゲートドライブ部
４  駆動部
５  モータ
１１〜１６、２１、２３、２４、２６、４１〜４３、６１〜６６  交差部
１００、２００、３００、４００、５００、６００、ＴＲ１、ＴＲ２  トランス
１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１、４０２、５０１、５０２  インダクタ
６０１、６０２  対称型インダクタ
７０１    スパイラル方式のインダクタ
５０１１  第１のインダクタ部
５０１２  第２のインダクタ部
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４  増幅器
ＣＯＮ  制御信号
ＣＰ１、ＣＰ２    接続点
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ６１、ＣＷ６２  連結配線
Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６１〜Ｌ６４  配線層
ＭＤＳ  モータ駆動システム
Ｐ１、Ｐ２  ポート
ＲＥＬ１、ＲＥＬ２  リレー
ＵＨ、ＵＬ  信号
ＶＷ１、ＶＷ２、ＶＷ６１、ＶＷ６２  層間配線
Ｗ１〜Ｗ４、Ｗ１１〜Ｗ１８、Ｗ２１〜Ｗ２８、Ｗ４１〜４４、Ｗ６１〜Ｗ６８  配線
ＷＣＰ  配線
【図１】
0005800691.tif 000002
【図２】
0005800691.tif 000003
【図３Ａ】
0005800691.tif 000004
【図３Ｂ】
0005800691.tif 000005
【図３Ｃ】
0005800691.tif 000006
【図３Ｄ】
0005800691.tif 000007
【図４Ａ】
0005800691.tif 000008
【図４Ｂ】
0005800691.tif 000009
【図４Ｃ】
0005800691.tif 000010
【図５】
0005800691.tif 000011
【図６】
0005800691.tif 000012
【図７】
0005800691.tif 000013
【図８Ａ】
0005800691.tif 000014
【図８Ｂ】
0005800691.tif 000015
【図９Ａ】
0005800691.tif 000016
【図９Ｂ】
0005800691.tif 000017
【図１０】
0005800691.tif 000018
【図１１】
0005800691.tif 000019
【図１２】
0005800691.tif 000020
【図１３】
0005800691.tif 000021
【図１４】
0005800691.tif 000022
【図１５】
0005800691.tif 000023
【図１６】
0005800691.tif 000024
【図１７】
0005800691.tif 000025
【図１８】
0005800691.tif 000026
【図１９】
0005800691.tif 000027
【図２０】
0005800691.tif 000028