(57)【要約】【課題】高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できるようにする。【解決手段】磁気結合回路Ｚが、シリコン基板１上に絶縁膜２を介して軟磁性体３、コイル４、絶縁体５、コイル６、軟磁性体８を順に積層して構成されている。コイル４に受信回路１５が電気的に接続されると共に、コイル６に送信回路１６が電気的に接続されている。磁気結合回路Ｚが送信回路１６および受信回路１５と共に１つのパッケージ内に集積され入出力絶縁型に形成されている。軟磁性体３、８が、コイル４、６、絶縁体５、７の周囲を覆うように構成されている。【選択図】図１
2009171333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に形成された第１軟磁性体部、前記第１軟磁性体部上に形成されたコイル状の第１導電体、前記第１導電体上に形成された絶縁体、前記絶縁体上に形成され前記コイル状の第１導電体と対向配置されたコイル状の第２導電体、および前記第２導電体上に形成された第２軟磁性体部を具備した絶縁伝達回路と、
前記コイル状の第１および第２の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、
前記送信回路が接続された前記導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、
前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴とする信号伝送集積回路装置。
【請求項２】
前記第１および第２の軟磁性体部は、フェライトにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項３】
前記第１および第２の軟磁性体部は、その少なくとも何れか一方が鉄シリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）、鉄シリコンアルミ（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）合金、ニッケル鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）合金、鉄（Ｆｅ）基、またはコバルト（Ｃｏ）基のアモルファス合金により形成されていることを特徴とする請求項１記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項４】
前記第１および第２軟磁性体部は、前記第１および第２の導電体間の対向側とは逆側に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項５】
前記コイル状の第１および第２の導電体の外周囲を囲うように形成された第３軟磁性体部を備えていることを特徴とする請求項４記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項６】
前記コイル状の第１および第２の導電体の内周囲を囲うように形成された第４軟磁性体部を備えていることを特徴とする請求項４または５記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項７】
前記絶縁体は、ポリイミドにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項８】
前記送信回路と受信回路のうちの少なくとも一方は前記第１導電体の直下方の領域に設けられていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項９】
前記送信回路と受信回路のうち一方は前記第１の導電体の直下方の領域に設けられ、他方は第２導電体の直上に設けられたことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項１０】
前記第２軟磁性体部は、前記第２導電体との間に絶縁体を介して形成されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の信号伝送集積回路装置。
【請求項１１】
請求項１記載の信号伝送集積回路装置の絶縁伝達回路を製造する方法であって、
支持基板上に第１軟磁性体部を形成する工程と、
前記第１軟磁性体部上にコイル状の第１導電体を形成する工程と、
前記第１導電体上に第１絶縁体を形成する工程と、
前記第１絶縁体上に前記コイル状の第１導電体と対向配置されるようにコイル状の第２導電体を形成する工程と、
前記第２導電体上に第２軟磁性体部を形成する工程とを具備したことを特徴とする信号伝送集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２軟磁性体部を形成する工程では、前記第１軟磁性体部と共に前記第１および第２の導電体の周囲を当該軟磁性体によって覆うように形成することを特徴とする請求項１１記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２導電体を形成した後前記第２軟磁性体部を形成する工程の前に、前記第２導電体上に第２絶縁体を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１１または１２記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２軟磁性体部を形成する工程では、当該第２軟磁性体部と前記第１および第２導電体との間に絶縁体が介在するように形成することを特徴とする請求項１１ないし１３の何れかに記載の信号伝送集積回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出力の電気的絶縁を保持しつつ信号を伝送するための信号伝送集積回路装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の信号伝送集積回路装置としてフォトカプラが一般に知られている。このフォトカプラは、発光素子および受光素子が対向配置して構成され、入力信号が発光素子に通電されると発光素子が発光し、当該発光を受光素子が受光して受光信号を増幅するように構成され、一次側の入力信号が二次側に伝達されるように構成されている。尚、フォトカプラ以外では、コイルを磁気結合してデジタル信号を伝送する構成が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特表２００１−５１３２７６号公報
【特許文献２】特表２００１−５２１１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
昨今の情報社会では、より情報処理能力の向上が求められており、高速応答性能の向上、外乱に対する信号伝達の信頼性の向上が求められている。しかしながら、たとえ既存のフォトカプラを応用して高速応答性能の良い回路を実現したとしてもコスト増に繋がり実用的ではない。しかも、特許文献１、２記載の技術思想を適用したとしても外来ノイズが生じると当該外来ノイズの影響を受けるため信号伝送の信頼性に欠ける。
【０００４】
本発明は、高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できるようにした入出力絶縁型の信号伝送集積回路装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明の信号伝送集積回路装置は、支持基板上に形成された第１軟磁性体部、前記第１軟磁性体部上に形成されたコイル状の第１導電体、前記第１導電体上に形成された絶縁体、前記絶縁体上に形成され前記コイル状の第１導電体と対向配置されたコイル状の第２導電体、および前記第２導電体上に形成された第２軟磁性体部を具備した絶縁伝達回路と、前記コイル状の第１および第２の導電体の何れか一方に電気的に接続された送信回路と、前記送信回路が接続されたコイル状の導電体の他方の導電体に電気的に接続された受信回路とを備え、前記絶縁伝達回路、前記送信回路、前記受信回路が一つのパッケージ内に集積された回路によって入出力絶縁型に形成されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項１１に係る発明は、請求項１記載の信号伝送集積回路装置の絶縁伝達回路を製造する方法であって、支持基板上に第１軟磁性体部を形成する工程と、前記第１軟磁性体部上にコイル状の第１導電体を形成する工程と、前記第１導電体上に第１絶縁体を形成する工程と、前記第１絶縁体上に前記コイル状の第１導電体と対向配置されるようにコイル状の第２導電体を形成する工程と、前記第２導電体上に第２軟磁性体部を形成する工程とを具備している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁気結合による回路を適用すると共に軟磁性体を適用することによって、磁気結合率を向上することができ高速応答性能の向上を図ることができ、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図１２を参照しながら説明する。尚、以下に示す参照図面は模式的に示すもので、各図面における構成要素の厚み、幅、長さ寸法やその比率などは実際の構造とは異なる。図２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）コイルによる磁気結合回路を適用した絶縁型デジタル入出力処理用の信号伝送集積回路装置の平面図を示しており、図１は、当該図２中のＡ−Ａ線に沿う構造断面を示している。また図３は、磁気結合回路の断面斜視図を示している。
【０００９】
図１に示すように、支持基板としてのシリコン基板１上には、絶縁膜２を介して、軟磁性体３、コイル４、絶縁体５、コイル６、絶縁体７、軟磁性体８を順に積層した磁気結合回路Ｚが構成されている。なお、軟磁性体３は第１軟磁性体部、軟磁性体８は第２〜第４軟磁性体部を構成している。なお、シリコン基板１を適用した実施形態を示すが、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板などの支持基板を必要に応じて適用できる。
【００１０】
絶縁膜２は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ）によって構成されている。この絶縁膜２の上面上に形成された軟磁性体３は、例えばフェライトにより形成されている。この軟磁性体３は、磁束通過の際に磁気飽和現象を生じない程度の膜厚（例えば、数１０μｍ〜数１００μｍ）でドーナツ円板型に成型されている。
【００１１】
この軟磁性体３の上面上には、コイル４が例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって平面渦巻状に数ターン乃至数１０ターン形成されている。絶縁体５は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル４の上面および側面を覆うように形成されている。この絶縁体５は、平面的に渦巻状コイル４の内側周に沿って形成されると共にコイル４の外側周に沿って形成されている。
【００１２】
コイル６は、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料によって絶縁体５の上面上に位置して平面渦巻状に数ターン乃至数１０ターン形成されており、コイル４とは所定距離ギャップとなる絶縁体５を挟んで上下方向に対向配置されている。コイル４および６は同一形状に形成されている。絶縁体７は、例えばポリイミドなどの材料によってコイル６の上面および側面を覆うように形成されている。
【００１３】
この絶縁体７は、平面的に渦巻状コイル６の内側周に沿って形成されると共にコイル６の外側周に沿って形成されている。軟磁性体８は、それぞれ例えばフェライトにより絶縁体５および７の外側周囲、内側周囲、および絶縁体７の上面に沿って形成され、その外形がドーナツ円板型に成型されている。軟磁性体８が絶縁体５および７の外側周囲を囲うように形成されている部分を第３軟磁性体部とし、絶縁体５および７の内側周囲を囲うように形成されている部分を第４軟磁性体部とし、絶縁体７の上面に沿って形成されている部分を第２軟磁性体部としている。
【００１４】
軟磁性体３は、コイル４の下面および絶縁体５の下面に沿って形成されており、軟磁性体８は絶縁体５および７の側面および絶縁体７の上面に沿って形成されているため、軟磁性体３および８は、コイル４および６、絶縁体５および７の周囲を囲うように構成されている。
【００１５】
図１および図２に示すように、絶縁体２の上面上には軟磁性体３中に中継導電層９、１０がそれぞれシリコン基板１の表面方向に離間して形成されている。これらの中継導電層９、１０は、例えば銅、アルミまたは金などの材料によってそれぞれ引出線として構成されている。絶縁膜１１、１２がこれらの中継導電層９、１０をそれぞれ覆うように例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）により形成されている。このようにして、磁気結合回路Ｚがシリコン基板１上に絶縁膜２を介して各層３〜８を具備して構成されている。
【００１６】
中継導電層９、１０の上面上には、それぞれ貫通電極１３、１４の一端がコイル４と同一材料で構成されている。貫通電極１３は、その他端が渦巻状のコイル４の内端側に対し構造的および電気的に接続されている。貫通電極１４は、その他端が渦巻状のコイル４の外端側に対し構造的および電気的に接続されている。
【００１７】
シリコン基板１の表層には、受信回路１５および送信回路１６の電気的構成が構成されている。受信回路１５および送信回路１６は、シリコン基板１の表面方向に磁気結合回路Ｚを挟んで互いに離間して構成されている。これらの受信回路１５および送信回路１６は、本実施形態の特徴には特に関係しないため図１のシリコン基板１上および当該基板１内の電気的構造を省略している。
【００１８】
図２に示すように、中継導電層９の上面上にはボンディングワイヤ１７が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ１７は、中継導電層９と受信回路１５との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。中継導電層１０の上面上にはボンディングワイヤ１８が引出線として構造的および電気的に接続されている。このボンディングワイヤ１８は、中継導電層１０と受信回路１５との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、コイル６の上部上には、貫通電極１９、２０が構成されている。貫通電極１９は、渦巻状のコイル６の内端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極２０は、渦巻状のコイル６の外端に構造的および電気的に接続されている。貫通電極１９は、コイル６の上面上に接触すると共に当該接触面上から絶縁体７および軟磁性体８を上方に貫通して構成されている。
【００２０】
ボンディングワイヤ２１は、軟磁性体８の上面上に貫通した貫通電極１９と送信回路１６との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。また、ボンディングワイヤ２２は、軟磁性体８の上面上に貫通した貫通電極２０と送信回路１６との間を構造的および電気的に接続するように構成されている。このような構成は、図示しない樹脂製のパッケージに収容されており、受信回路１５、送信回路１６から図示しない配線を通じて各種端子に接続されている。このようにして、信号伝送集積回路装置Ａが構成されている。
【００２１】
上記構造の製造方法について図４ないし図７を参照しながら説明する。尚、受信回路１５、送信回路１６の構成については本実施形態の特徴とは関係しないため、その説明を省略する。
【００２２】
厚さ数１００μｍ程度に構成された単結晶のシリコン基板１に所望の半導体プロセスにより受信回路１５、送信回路１６の電気的構成を形成した（図４〜図７には図示せず）後、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などの絶縁膜２を形成する。この絶縁膜２の厚さは磁気結合回路Ｚとシリコン基板１との間の電気的な絶縁性が確保できる程度の膜厚であれば良く、例えば５００ｎｍ〜数μｍ程度が好ましい。尚、シリコン基板１に代えて、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板を支持基板として必要に応じて適用しても良い。この場合は、絶縁膜２を形成する必要はない。なお、シリコン基板１を適用した場合には、受信回路１５、送信回路１６の少なくとも一部または全部の電気的構成要素を所望の半導体プロセスによって内部に実装できるため小型化できる。
【００２３】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えば銅、アルミ、あるいは金などの導電性材料を用いてスパッタ、蒸着、あるいはメッキ法により中継導電層９、１０をシリコン基板１の絶縁膜２上面上に沿って形成する。
【００２４】
次に、図４（ｃ）に示すように、中継導電層９、１０の上に例えばスパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの方法を用いてシリコン酸化膜（ＳｉＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの無機膜からなる絶縁膜１１、１２を、それぞれ中継導電層９、１０を覆うように例えば１００〜２００ｎｍ程度の所定膜厚でパターニングする。この絶縁膜１１、１２の材料としては、上述の無機膜に代えて、スピンコートや蒸着法によるポリイミド等の有機膜により形成しても良い。このとき、中継導電層９の上面上に至って貫通するホール１１ａが絶縁膜１１に形成されると共に、中継導電層１０の上面上に至って貫通するホール１２ａが絶縁膜１２に形成される。これらのホール１１ａおよび１２ａは、渦巻状コイル４の受信回路１５側の内端および外端に接触する貫通電極１４を埋込むために設けられる。
【００２５】
次に、図４（ｄ）に示すように、例えばフェライトにより軟磁性体３をその外形がドーナツ円板型になるように成型する。なお、ドーナツ円板型に代えて円板型に形成しても良い。軟磁性体３としては、フェライトに代えて、鉄シリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）、鉄シリコンアルミニウム合金（センダスト）、ニッケル鉄合金（パーマロイ）、または、鉄（Ｆｅ）基、コバルト（Ｃｏ）基によるアモルファス合金を適用しても良い。この場合、スパッタ法、蒸着、あるいはメッキ法などにより形成する。この軟磁性体３は、磁束が通過する際に磁気飽和を生じない程度の膜厚（例えば数１０μｍ〜数１００ｎｍ程度の膜厚）に形成すると良い。尚、シリコン基板１などの支持基板、絶縁膜２と、軟磁性体３との密着性の向上や、軟磁性体３の拡散防止のため、当該絶縁膜２および軟磁性体３間にチタン（Ｔｉ）などの密着膜（図示せず）をバリア膜として数１０ｎｍ程度形成すると良い。このとき、軟磁性体３にはホール１１ａに貫通する貫通孔３ａが形成されると共に、ホール１２ａに貫通する貫通孔３ｂが形成される。
【００２６】
次に、図５（ｅ）に示すように、軟磁性体３の上面上に、銅、アルミニウムまたは金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、或いはメッキ法により渦巻状のコイル４を形成する。このコイル４を形成すると同時に、ホール３ａ、１１ａ内に貫通電極１３を埋め込むと共にホール３ｂ、１２ａ内に貫通電極１４を同一材料にて埋込む。
【００２７】
コイル４は、例えば厚さ数１０ｎｍ〜数μｍ程度、数ターンから数１０ターン程度の巻数で巻回され、コイル内端（基端）が位置するコイル内径部は、コイル径中心からコイル外端（末端）の径に対して所定割合（例えば概ね１／２程度）部分に位置して構成されている。尚、コイル４は、その対向するコイル６との間を磁束が通過でき、受信側のコイル４に所定電圧（例えば数Ｖ程度）の誘起電圧を発生できれば良いため、渦巻状でも矩形状でもさらにその組合せ形状で形成されていても良い。
【００２８】
次に、図５（ｆ）に示すように、コイル４の上に例えばスパッタ法またはＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を絶縁体５としてコイル４を覆うように成膜する。絶縁体５の膜厚を増加すると絶縁耐圧が向上するため、数μｍ〜数１０μｍ程度の厚い膜厚で形成すると良い。図５（ｇ）は図５（ｆ）に対応して平面図を示している。この図５（ｇ）に示すように、絶縁体５はその外形がドーナツ円板状に成型される。
【００２９】
次に、図６（ｈ）に示すように、絶縁体５の上面上に、例えば銅、アルミまたは金などの導電性材料を用いて例えばスパッタ法、蒸着法またはメッキ法により渦巻状のコイル６を形成する。このコイル６は、その膜厚がコイル４と同じ程度の膜厚で且つ同様の形状でコイル４と対向するように形成する。尚、図６（ｊ）は、このコイル６の形成時点の平面図を示している。
【００３０】
次に、図６（ｉ）に示すように、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの無機膜、或いはポリイミド等の有機膜からなる絶縁体７をコイル６の上面および側面に沿って形成する。例えば軟磁性体８がコイル６の線間の凹凸内に入り込むとコイル４および６間の磁気結合特性が低下するため、この絶縁体７は軟磁性体８が渦巻状コイル６の線間の凹凸内に入り込むことを防止するために設けられており、これにより、コイル４および６間の磁気結合特性を向上できる。絶縁体７の形成方法は絶縁体５の形成方法と同一の方法を適用できる。このとき、絶縁体７には送信回路１６側の渦巻状コイル６の内端上面に貫通するホール７ａが形成されると共に、コイル６の外端上面に貫通するホール７ｂが形成される。
【００３１】
次に、図７（ｋ）に示すように、絶縁体７の上面および外側面、絶縁体５の内側面および外側面に沿って軟磁性体８を形成する。この軟磁性体８の形成方法は、軟磁性体３の形成方法と同一の方法により形成する。このとき軟磁性体８にはホール７ａに貫通するホール８ａが形成されると共に、ホール７ｂに貫通するホール８ｂが形成される。
【００３２】
次に、図７（ｌ）に示すように、銅、アルミ、または金などの導電性材料を適用し、スパッタ、蒸着、またはメッキ法により貫通電極１９、２０を形成する。貫通電極１９、２０は、送信用のコイル６の基端部および末端部の電気的接続用の電極を外部に取り出すために設けられる。
【００３３】
次に、図１に示すように、貫通電極１９および送信回路１６間にボンディングワイヤ２１を形成し、貫通電極２０および送信回路１６間にボンディングワイヤ２２を形成する。また、図２に示すように、中継導電層９および受信回路１５間にボンディングワイヤ１７を形成し、中継導電層１０および受信回路１５間にボンディングワイヤ１８を形成する。その後、エポキシ樹脂などの外装材により射出成型して全体を覆うようにパッケージすることによって集積回路装置Ａを形成できるが、その詳細説明は省略する。
【００３４】
次に、図８を参照して電気的構成について説明する。
図８は、電気的構成の一例を概略的に示している。この図８に示すように、送信側には送信回路１６が構成されており、この送信回路１６は印加電源Ｖｄｄ−Ｖｓｓの供給を受けて動作する。送信回路１６は、直列に構成された複数のバッファ３１〜３３と、この後段に並列接続された複数のバッファ３４〜３７とを具備している。バッファ３１〜３３は入力端子ＩＮにデジタル信号が入力されると当該デジタル信号の立上り／立下り電圧変化を安定化する。バッファ３４〜３７は十分なドライブ電流をコイル６に通電するように構成されている。
【００３５】
他方、受信側には受信回路１５が構成されており、印加電源Ｖｃｃ−ＧＮＤの供給を受けて動作する。受信回路１５は、入力側に接続されたコイル４の入力信号を整形し出力端子ＯＵＴにデジタル信号を出力する。具体的な一例としては、受信回路１５は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３、バッファ３８〜３９を組み合わせて構成されている。抵抗Ｒ１は、コイル４に並列接続されており入力信号の大きさ等に応じて抵抗値が予め調整される。抵抗Ｒ２およびＲ３は、電源Ｖｃｃ−ＧＮＤのノード間に直列接続されている。
【００３６】
コイル４と抵抗Ｒ１との共通接続点は、その一方が抵抗Ｒ２およびＲ３間の共通接続点に接続されており、その他方がバッファ３８の入力に接続されている。バッファ３８は、例えばヒステリシス特性を有しており、その出力はバッファ３９の入力に接続されている。バッファ３９は出力端子ＯＵＴにデジタル信号を出力するように構成されている。
【００３７】
図９は、電圧電流波形をタイミングチャートによって模式的に示しており、この図８と共に作用説明を行う。これらの図８および図９に示すように、入力端子ＩＮに矩形波電圧が与えられると、入力電圧Ｖｉｎの立上り時には、磁気結合作用によりコイル４に正の誘起電圧が発生し、急激に電圧が上昇する。バッファ３８には、抵抗Ｒ２およびＲ３により分圧された所定の直流電圧（例えばＶｃｃ／２）を重畳して入力される。尚、コイル６に流れる電流は当該印加電圧の位相に対して遅れるため、所定の増加度を有する変化を伴って流れる。この電流はコイル６の抵抗成分によって決定されるが、例えばコイル６に対し直列に抵抗を設けることで電流値を適正に保つことができる。
【００３８】
バッファ３８は、所定の第１閾値電圧Ｖｒｅｆ１（＞抵抗Ｒ２およびＲ３による分圧電圧Ｖｃｃ／２）以上となるタイミングにおいてバッファ３９を介して出力端子ＯＵＴに「Ｈ」を出力する（図８に示すタイミング（１））。その後、コイル４の誘起電圧は当該コイル４のインダクタンス成分に応じて徐々に低下して前記分圧電圧に戻るが、抵抗Ｒ２およびＲ３による分圧電圧未満には低下しないため、出力端子ＯＵＴの「Ｈ」状態は保持される。
【００３９】
他方、入力電圧Ｖｉｎが立下がると、磁気結合作用によりコイル４に負の誘起電圧が発生しバッファ３８の入力電圧が急激に下降する。バッファ３８は、この電圧が所定の第２閾値電圧Ｖｒｅｆ２（＜抵抗Ｒ２およびＲ３による分圧電圧）以下となるタイミングにおいてバッファ３９を介して出力端子ＯＵＴに「Ｌ」を出力する（図８に示すタイミング（２））。尚、コイル６に流れる電流は、当該印加電圧の位相に対して遅れるため所定減少度の変化を伴って流れる。
【００４０】
その後、コイル４の誘起電圧は、当該コイル４のインダクタンス成分に応じて徐々に増加して回復するが、抵抗Ｒ２およびＲ３による分圧電圧を超える電圧には至らないため、出力端子ＯＵＴの「Ｌ」状態は保持される。
【００４１】
このような磁気結合回路Ｚの信号伝搬特性は、入力電圧Ｖｉｎの立上り／立下り時の急激な電圧上昇／下降に対する応答が非常に速いため、例えば従来より用いられている低速のフォトカプラの信号伝搬特性に比較しても、特に高周波（〜数百ＭＨｚ程度）における入出力伝搬特性を良化することができる。したがって、フォトカプラを高速応答性能の良い高価なデバイスで構成することなく、磁気結合回路Ｚによって安価に構成することができる。
【００４２】
図１０は、図１に代わる磁気結合回路の構造断面を示しており、図１１は、図３に代わる磁気結合回路の断面斜視図を示している。すなわち、図１０および図１１は、第１の実施形態の変形例を示している。なお、第１の実施形態の説明中の構成要件において同一機能を有する同種材料については同一符号を付してその機能説明を省略し、以下、異なる部分について中心に説明する。
【００４３】
図１０に示すように、信号伝送集積回路装置Ａに代わる信号伝送集積回路装置Ａ２は、磁気結合回路Ｚに代わる磁気結合回路Ｚ２を具備している。本変形例においては、軟磁性体８は絶縁体５および７の内外側面に沿って形成されておらず、コイル４および６の側方には軟磁性体８が形成されていない。したがって、図１１に示すように、軟磁性体８は、軟磁性体３と同様にドーナツ円板型に成型されている。その他の構造については、図１と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
図１２は、発明者らが解析した磁界分布図を示している。
図１２（ａ）は、軟磁性体を具備していない場合の磁界分布を比較対象として示している。また図１２（ｂ）は、図１０および図１１に示すように、ドーナツ円板型の軟磁性体をコイルの上下に具備している場合の磁界分布を示している。図１２（ｃ）は、図１および図３に示すように、軟磁性体がコイルの周囲を囲むように具備している場合の磁界分布を示している。
【００４５】
軟磁性体が設けられていない場合には、図１２（ａ）の特性図に示すように、漏れ磁束が多く、軟磁性体８が絶縁体７の上面のみに沿って設けられている場合には、図１２（ｂ）の特性図に示すように、軟磁性体８が設けられていない場合の特性に比較して漏れ磁束が少ない。また、図１２（ｃ）に示すように、軟磁性体８が環状に設けられている場合には漏れ磁束がほとんど発生していないことがわかる。すなわち、軟磁性体８が設けられることによってコイル６に生じた磁界がコイル４に効率良く鎖交することになり磁気結合特性を強化できる。この場合、対ノイズ性能も向上できる。
【００４６】
図１３は、発明者らが解析した磁気結合率の特性図を示している。
この図１３は、軟磁性体３、８としてフェライトを適用した場合の磁気結合率を示しており、当該フェライトをコイル４および６の上下に設けた方がより磁気結合率の特性を良化でき、さらにフェライトによりコイル４および６の周囲を囲うように構成した方が、より磁気結合率の特性を良化できることが確認されている。この場合、コイル４および６間の距離に関わらず磁気結合率を向上でき、コイル４および６間の距離が長い方がその影響は顕著となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、磁気結合回路Ｚ（Ｚ２）が、シリコン基板１上に絶縁膜２を介して軟磁性体３、コイル４、絶縁体５、コイル６、軟磁性体８を順に積層した構造を備え、コイル４に受信回路１５が電気的に接続されると共に、コイル６に送信回路１６が電気的に接続されており、磁気結合回路Ｚ（Ｚ２）が送信回路１６および受信回路１５と共に１つのパッケージ内に集積され入出力絶縁型に形成されているため、例えばフォトカプラを利用した回路に比較して高速応答性能の向上を図りながら、外来ノイズに対する対ノイズ性を向上することができる。しかも、実用的に構成することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、軟磁性体８は、コイル４および６の対向側とはコイル６の逆側（上側）に位置して、コイル６の上面に沿って配設されている。軟磁性体３は、コイル４および６の対向側とはコイル４の逆側（下側）に位置して、コイル４の下面に沿って配設されている。これにより、磁気結合率を高くすることができる。したがって、低入力電流であっても信頼性良く動作させることができ、もって省電力化を図ることができる。
【００４９】
磁気結合回路Ｚ（Ｚ２）は、絶縁体７がコイル６と軟磁性体８との間に介在しているため、軟磁性体８の材料がコイル６の線間に入り込むことを防止でき、コイル４および６間の磁気結合率を向上できる。
【００５０】
磁気結合回路Ｚは、軟磁性体３、８が、コイル４、６および絶縁体５、７の内外周囲を囲うように形成されているため、磁気結合回路Ｚ２に比較して磁気結合率をさらに向上することができる。しかも、外部からの外来ノイズに対して遮蔽効果があり対ノイズ特性も向上できる。尚、軟磁性体８が、絶縁体５、７の内外の両周囲を囲う実施形態を示しているが、内周囲または外周囲の何れか一方の周囲を囲むように形成されていたとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５１】
絶縁体５は、ポリイミドにより構成されているため、シリコン酸化膜などの無機膜と比較して容易に厚膜化できる。
磁気結合回路Ｚ、Ｚ２を形成する場合、シリコン基板１上に例えば絶縁膜２を介して軟磁性体３を形成し、軟磁性体３上にコイル４を形成し、コイル４上に絶縁体５を形成し、絶縁体５上にコイル４と対向配置されるようにコイル６を形成し、コイル６上に例えば絶縁体７を介して軟磁性体８を形成しているため、軟磁性体３、８の作用によって磁気結合率を向上することができる。
【００５２】
磁気結合回路Ｚを形成する場合、軟磁性体８を形成するときには、軟磁性体３と共に、コイル４および６の周囲を軟磁性体によって覆うように形成しているため、磁気結合率を向上できる。
【００５３】
コイル６を形成した後、軟磁性体８を形成する前に、コイル６上に絶縁体７を形成しているため、軟磁性体８がコイル６の線間に入り込むことを防ぐことができ、コイル４および６間の磁気結合率を向上できる。
軟磁性体８を形成するときには、当該軟磁性体８とコイル４および６との間に絶縁体５および７が介在するように形成するため、軟磁性体８がコイル４および６の線間に入りこむことを防ぐことができ、コイル４および６間の磁気結合率を向上できる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１４および図１５は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、送信回路、受信回路の実装領域を変更したところにある。前述実施形態と同一機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分を中心に説明する。
【００５５】
図１４は、受信回路の配置形態の一例を示している。この図１４に示す集積回路装置Ａ３においては、前述実施形態と比較して受信回路１５の実装領域を変更している。この図１４に示すように、受信回路１５は、磁気結合回路Ｚの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、受信回路１５がコイル４および６の直下方の例えばシリコン基板１内に設けられており、コイル４と受信回路１５とが上下に延びる貫通電極４１、４２によって電気的に接続されている。
【００５６】
すると、前述実施形態に比較して、集積回路装置Ａ３の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。また、コイル４および受信回路１５間を接続するための電気的導電層の長さを短くすることができる。
【００５７】
図１５は、送信回路の配置形態の一例を示している。この図１５に示す集積回路装置Ａ４においては、図１４の構造と比較して送信回路１６の実装領域を変更している。この図１５に示すように、送信回路１６は、磁気結合回路Ｚの実装領域内に平面的に包含するように構成されており、具体的には、送信回路１６がコイル４および６の直上方の軟磁性体８の上面上に絶縁体４３を介して構成されている。この場合も同様に、前述実施形態に比較して、集積回路装置Ａ４の実装領域を平面的に縮小することができ、素子の実装スペースの利用効率を向上できる。
【００５８】
尚、送信回路１６のみがコイル４および６の直上方に位置するように形成されており、受信回路１５がコイル４および６の脇に構成されている場合にも同様に適用でき、図１４および図１５においては、送信回路１６および受信回路１５を入れ替えて適用しても良い。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、送信回路１６または／および受信回路１５の実装領域が、平面的に磁気結合回路Ｚの実装領域内に包含するように構成されている。これにより、素子の実装スペースの利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態について信号伝送集積回路装置の要部を示す縦断面図
【図２】信号伝送集積回路装置の要部を示す平面図
【図３】絶縁伝達回路の要部の構造を示す斜視図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図（その１〜その４）
【図５】（ｅ）〜（ｆ）は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図（その５〜その６）、（ｇ）は（ｆ）に対応して示す平面図
【図６】（ｈ）〜（ｉ）は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図（その７〜その８）、（ｊ）は（ｈ）に対応して示す平面図
【図７】（ｋ）〜（ｌ）は各製造段階における要部の縦断面構造を示す工程図（その８〜その１０）
【図８】信号伝送集積回路装置の電気的構成図
【図９】タイミングチャート
【図１０】変形例を示す図１相当図
【図１１】変形例を示す図３相当図
【図１２】漏れ磁束を示す図
【図１３】磁気結合率とコイル間の距離との相関関係を示す図
【図１４】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図（その１）
【図１５】図１相当図（その２）
【符号の説明】
【００６１】
図面中、Ａ、Ａ２〜Ａ４は信号伝達集積回路装置、Ｚ、Ｚ２は磁気結合回路、１はシリコン基板（支持基板）、２は絶縁膜、３、８は軟磁性体、４、６はコイル、５、７は絶縁体、１５は受信回路、１６は送信回路を示す。
【図１】
2009171333.tif 000003
【図２】
2009171333.tif 000004
【図３】
2009171333.tif 000005
【図４】
2009171333.tif 000006
【図５】
2009171333.tif 000007
【図６】
2009171333.tif 000008
【図７】
2009171333.tif 000009
【図８】
2009171333.tif 000010
【図９】
2009171333.tif 000011
【図１０】
2009171333.tif 000012
【図１１】
2009171333.tif 000013
【図１２】
2009171333.tif 000014
【図１３】
2009171333.tif 000015
【図１４】
2009171333.tif 000016
【図１５】
2009171333.tif 000017