高频电气隔离器

文档序号:720466 发布日期:2021-04-16 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 高频电气隔离器 (High-frequency electrical isolator ) 是由 P·拉姆博肯 陈保兴 许敬琳 R·拉克施玛南 于 2020-10-16 设计创作,主要内容包括:本公开涉及高频电气隔离器。提供用于在配置成在不同电压域下操作的两个电路之间传输的高频信号的隔离器。隔离器可以包括能够在高频率下以高传输效率,高隔离等级和较小的基板尺寸工作的谐振器。在一些实施方案中,隔离器可以在不小于20GHz,不小于30GHz,不小于65GHz或20GHz至100GHz之间的频率下工作,包括该范围内的任何值或范围。隔离器可以包括具有狭缝的感应线圈和在狭缝处整体形成的电容器。感应环路和电容器的尺寸和形状可以配置为控制隔离器的等效电感和电容的值。隔离器与不同的制造工艺兼容,例如微制造和PCB制造工艺。(The present disclosure relates to high frequency electrical isolators. An isolator for high frequency signals transmitted between two circuits configured to operate at different voltage domains is provided. The isolator may include a resonator capable of operating at high frequencies with high transmission efficiency, high isolation levels, and small substrate sizes. In some embodiments, the isolator may operate at a frequency of no less than 20GHz, no less than 30GHz, no less than 65GHz, or between 20GHz and 100GHz, including any value or range within this range. The isolator may include an induction coil having a slit and a capacitor integrally formed at the slit. The size and shape of the inductive loop and the capacitor may be configured to control the value of the equivalent inductance and capacitance of the isolator. The isolator is compatible with different manufacturing processes, such as micro-fabrication and PCB manufacturing processes.)

高频电气隔离器

技术领域

本申请涉及一种在电路之间提供电流隔离的电气隔离器。

背景技术

隔离器在相互通信的电路之间提供电隔离。在某些情况下,彼此通信的电路以不同的电压工作,例如一个以相对较高的电压工作,另一个以相对较低的电压工作。在某些情况下,电路以不同的接地电位为参考。隔离器可用于在任何一种情况下对电路进行电隔离。串联连接多个隔离器可增加电路之间的隔离量。

发明内容

提供用于在配置成在不同电压域下操作的两个电路之间传输的高频信号的隔离器。隔离器可以包括能够在高频率下以高传输效率,高隔离等级和较小的基板尺寸工作的谐振器。在一些实施方案中,隔离器可以在不小于20GHz,不小于30GHz,不小于65GHz或20GHz至100GHz之间的频率下工作,包括该范围内的任何值或范围。隔离器可以包括具有狭缝的感应线圈和在狭缝处整体形成的电容器。感应环路和电容器的尺寸和形状可以配置为控制隔离器的等效电感和电容的值。隔离器与不同的制造工艺兼容,例如微制造和PCB制造工艺。

一些实施方案涉及集成隔离器装置。集成隔离器装置包括:基板;第一感应环路,在所述基板上的并具有第一狭缝;第一电容器;第二感应环路,在所述基板上并具有第二狭缝;和第二电容器。第二感应环路与第一感应环路电气隔离。第一电容器包括从所述第一狭缝延伸的第一和第二电极。第二电容器包括从所述第二狭缝延伸的第三和第四电极。

一些实施方案涉及集成隔离器装置。集成隔离器装置包括:基板,第一和第二感应环路,在所述基板上并分别具有第一和第二狭缝,第一电容器,从所述第一狭缝沿第一方向延伸,第二电容器,从所述第二狭缝沿与所述第一方向相反的第二方向延伸,在所述基板上的第三和第四感应环路,并分别具有第三和第四狭缝,第三电容器,从所述第三狭缝沿所述第二方向延伸,和第四电容器,从所述第四狭缝沿所述第一方向延伸。所述第三感应环路和所述第四感应环路彼此电耦合。

一些实施方案涉及系统,包括集成装置、发射器和接收器。集成隔离器装置包括:具有第一狭缝的第一感应环路;具有第二狭缝的第二感应环路;和分别从所述第一和第二狭缝延伸的第一和第二电容器。所述第二感应环路与所述第一感应环路电气隔离。发射器耦合至所述第一感应环路,并被配置为在第一电压域中操作。接收器耦合至所述第二感应环路,并被配置为在不同于所述第一电压域的第二电压域中操作。

附图说明

附图无意按比例绘制。在附图中,在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见,并非在每个附图中都标记了每个组件。在图纸中:

图1是根据一些实施例的包括集成隔离器装置的系统的简化示意图。

图2是根据一些实施例的集成隔离器装置的简化透视图。

图3A是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置的替代性感应环路的简化透视图。

图3B是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置的替代性感应环路的简化透视图。

图4是根据一些实施例的集成隔离器装置的简化透视图。

图5是根据一些实施例的集成隔离器装置的简化俯视图。

图6A是根据一些实施例的具有背对背构造的集成隔离器装置的简化透视图。

图6B是根据一些实施例的具有背对背构造的集成隔离器装置的简化透视图。

图7A是根据一些实施例的具有背对背构造的集成隔离器装置的简化透视图。

图7B是根据一些实施例的,在标记为7B的平面上的图7A的集成隔离器装置的简化截面图。

图8是根据一些实施例的包括集成隔离器装置的系统的剖视图。

图9A是根据一些实施例的包括集成隔离器装置的系统的俯视图。

图9B是根据一些实施例的沿标记为9B的线的图9A的系统的截面图。

图10是示出根据一些实施例的并入有集成隔离器装置的便携式电子装置的示意图。

具体实施方式

本文描述的隔离器能够在高频率下以高传输效率,高隔离等级和较小的基板占地面积工作。在一些实施例中,隔离器可以在不小于20GHz,不小于30GHz、不小于65GHz或在20GHz和100GHz之间的频率下操作,包括在该范围内的任何值或值的范围。在一些实施例中,隔离器可具有在10%和90%之间的转移效率,包括在该范围内的任何值或值的范围。在一些实施例中,隔离器可以具有在100V和2kV之间的隔离额定值,包括在该范围内的任何值或值的范围。在一些实施例中,隔离器可以具有在(100um)2和(1cm)2之间的基板覆盖区,包括在该范围内的任何值或值的范围。发明人已经认识并意识到,传统的隔离器不能在如此高的频率下操作,并且不能同时提供足够的隔离和高传输效率。在高速隔离器上的常规尝试包括通过紧密地布置电感器而彼此磁耦合的电感器(例如,平面螺旋电感器)。当在不同电压域在两个电路之间传输的信号的频率增加时,那些传统的隔离器要么将电感器之间的距离保持较小以保持传输效率,但牺牲隔离度,要么增加距离以保持隔离率,但牺牲传输效率。

本申请的各方面提供了用于高频操作的隔离器设备和方法,该隔离器设备和方法具有高转移效率、高隔离率和较小的基板占用面积。在一些实施例中,隔离器可以包括被调谐以在相同的谐振频率下操作的隔离器组件,使得隔离器组件可以被较大的距离分开,从而提供高隔离率,同时在高频下保持高传输效率。

在一些实施例中,隔离器的隔离器组件可以包括具有狭缝的感应环路和在狭缝处整体形成的电容器,以使得隔离器组件以期望的谐振频率操作,该期望的谐振频率可以被配置为对应于隔离器的期望的操作频率。在一些实施例中,感应环路可以被配置为提供隔离器组件的期望的等效电感和期望的基板覆盖区尺寸。在一些实施例中,电容器可以将除感应环路的本征内部电容之外的电容引入隔离器组件,使得隔离器组件以期望的谐振频率工作。在一些实施例中,电容器可以被配置为使得考虑到感应环路的固有电容,隔离器组件的等效电容具有用于提供隔离器组件的期望谐振频率的期望值。

在一些实施例中,感应环路可以包括单个电弧。单弧的周长可以基本上等于与隔离器组件工作的期望谐振频率相对应的波长。在一些实施例中,弧可以是圆的一部分。在一些实施例中,感应环路可以包括第一电弧和第二电弧,以实现比具有相同衬底足迹的单个电弧或具有与具有较小衬底足迹的单个电弧相似的电感更大的电感。第一弧和第二弧可以是同心的。第一弧和第二弧中的每一个可提供用于狭缝的末端。

在一些实施例中,隔离器组件的电容器可以形成有从隔离器组件的各个感应环路的狭缝延伸的成对的电极。在一些实施例中,电容器可以与相应的感应环路在相同的金属化层中,从而消除了对地下通道金属化以形成电容器的需要。在一些实施例中,电容器可以从相应的感应环路的狭缝朝向相应的感应环路的中心延伸。在一些实施例中,电容器可以从相应的感应环路的狭缝延伸远离相应的感应环路的中心。在一些实施例中,电容器可以包括基本上彼此平行地延伸的一对电极。在一些实施例中,电容器可包括彼此交错的一对电极,例如,以实现比具有相同衬底覆盖区的一对平行电极或具有与具有较小衬底覆盖区的一对平行电极相似的电容更大的电容。

在一些实施例中,系统可以包括在不同电压域下操作的电路。在一些实施例中,不同电压域之间的电压差可以高于400V、高于600V或高于2kV。该系统可以包括隔离器,以提供在不同电压域下工作的电路之间的电流隔离。隔离器还可以配置成承受电涌事件,例如,在10kV至20kV的范围内。

图1描绘了根据一些实施例的包括集成隔离器装置102的系统100。集成隔离器装置102可以在发射器104与接收器106之间提供电流隔离,所述电流隔离可以在对应于例如不同的电源电压和/或不同的参考电压的不同的电压域下操作。

发射器104可以接收各种格式的信号,例如,具有开关键控(OOK)调制的数字数据。发射器104可以包括输入缓冲器124,以将接收到的信号及时地提供给驱动器/混合器108。驱动器/混合器108可以被配置为至少部分地基于来自压控振荡器(VCO)110的时钟信号(例如30GHz)调谐接收信号的频率。发射器104可以包括匹配网络(MN)112,该网络被配置为将发射器104的输出阻抗与集成隔离器装置102的输入阻抗进行匹配。匹配网络112可以被配置为解决由例如输入焊盘和发射器104与集成隔离器装置102之间的互连引起的寄生114。匹配网络112可以被配置为提供耦合到发射器104的第一隔离器组件102a的合理的品质因数(Q)以产生平坦的通带,这可以减小抖动。

集成隔离器装置102可以包括耦合到发射器104的第一隔离器组件102a和耦合到接收器106的第二隔离器组件102b。第一隔离器组件102a和第二隔离器组件102b可以彼此电隔离并且电感耦合。第一和第二隔离器组件102a和102b可以被定位成彼此至少部分地重叠,使得隔离器组件中的一个可以感应来自另一个的磁通量。第一隔离器组件102a和第二隔离器组件102b可以被配置为具有相同的谐振频率,使得隔离器组件可以在谐振中操作并且在高频之间彼此之间具有高传输效率。

接收器106可以通过第二隔离器组件102b接收信号。接收器106可以包括匹配网络(MN)116,其被配置为将集成隔离器设备102的输出阻抗与低噪声放大器(LNA)118的输入阻抗进行匹配。匹配网络116还可以被配置为解决寄生效应。匹配网络116可以被配置为提供耦合到接收器106的第二隔离器组件102b的合理的Q因子。LNA118可以被AC耦合到解调器120。接收器106可以通过输出缓冲器122输出数据。

在一些实施例中,集成隔离器装置可以包括垂直堆叠的隔离器组件。图2示出了根据一些实施例的具有第一隔离器组件214a和第二隔离器组件214b的集成隔离器装置200,其垂直堆叠在基板204上。第一隔离器组件214a和第二隔离器组件214b可以彼此电隔离距离D。可以选择距离D,使得第一隔离器组件和第二隔离器组件之间的传输效率足够高,例如集成隔离器装置200的工作带宽上的损耗不超过3dB。距离D也可以选择为使得集成隔离器装置200可以承受高电压差和浪涌事件。在一些实施例中,距离D可以在20μm至500μm的范围内、在50μm至300μm的范围内或在50μm至100μm的范围内。

第一隔离器组件214a可以包括第一感应环路202a和第一电容器210a。第一感应环路202a可以包括从第一端208a延伸到第二端208b的弧形216a。圆弧216a可以是半径为r的圆的一部分。感应环路202a可包括在第一端208a和第二端208b之间的狭缝206,该狭缝206被狭缝的宽度w彼此分开。在一些实施例中,可以选择半径r和宽度w,以使得弧216a的周长基本上等于第一隔离器组件214的期望谐振频率的波长。在一些实施例中,可以将缝隙的宽度w选择为从狭缝206a一体地形成电容器210a,从而提供例如期望的电弧等效电感。在一些实施例中,半径r可以在第一隔离器组件214a具有高谐振频率的200μm至600μm的范围内。在一些实施例中,狭缝的宽度w可以在2μm至20μm的范围内。

第一电容器210a可以包括从第一端208a延伸的第一电极212a和从第二端208b延伸的第二电极212b。第一电极212a和第二电极212b可以基本彼此平行地延伸。第一和第二电极212a和212b之间的距离d可以基本上等于狭缝的宽度w。应当理解,狭缝宽度w的选择会影响由在狭缝处整体形成的电容器提供的电容。第一电极212a和第二电极212b可以延伸长度L,该长度L被选择为第一隔离器组件214a提供电容以具有期望的谐振频率。尽管在所示示例中第一和第二电极212a和212b远离相应的狭缝206a延伸,但是应当理解,在一些实施例中,电极可以延伸到弧形216a中。尽管在所示的示例中第一和第二电极212a和212b基本垂直于弧216a的切线在狭缝206a处延伸,但是应当理解,电极可以沿任何合适的方向延伸,例如,在狭缝206a处与弧216a的切线成一定角度延伸,以实现紧凑的基板尺寸。

第一感应环路202a可包括多于图2所示的单弧216a。根据一些实施例,图3A和图3B描绘了用于集成隔离器装置200的第一隔离器组件214a的替代感应环路302A和302B。感应环路302A可以包括第一电弧304a和第二电弧304b。在一些实施例中,第一弧304a和第二弧304b可以是同心的。第一弧形304a可以从第一端306a延伸到第二端306b。第二弧形304b可以从第三端308a延伸到第四端308b。狭缝的宽度w可以由第一端306a和第三端308a限定。在一些实施例中,第二端306b可以与第一端306a分开大于缝隙宽度w的距离,例如,如图3A中所示的感应环路302A。在一些实施例中,第二端306b可以与第一端306a间隔开基本上等于狭缝的宽度w的距离,例如,如图3B所示的感应环路302B。感应环路302A和302B可以提供与图2中所示的感应环路202a相同的等效电感,并且具有更紧凑的基板占位面积。感应环路302A和302B可以提供比图2所示的具有单个电弧216a的感应环路202更大的等效电容,从而可以减小电极212a和212b的长度L,从而节省了基板的面积。

第一电容器210a的尺寸和形状可以与图2所示的并联电容器不同。图4示出了根据一些实施例的用于集成隔离器装置200的第一隔离器组件214a的替代电容器410a。电容器410a可以包括从狭缝406a的第一端408a延伸的第一电极412a。电容器410a可以包括从狭缝406a的第二端408b延伸的第二电极412b。第一电极412a和第二电极412b可以彼此交错。在所示的示例中,第一电极412a和第二电极412b分别具有指状件404a和404b。指状件404a和404b沿垂直于指状件的长度的方向交替设置。电容器410a可以提供与第一电容器210a(图2)相同的电容,并且具有更紧凑的基板占位面积。

再次参考图2,第二隔离器组件214b可以包括第二电感环路202b和第二电容器210b。第二感应环路202b可以包括第二弧形216b和第二狭缝206b。在一些实施例中,第二电弧216b可以与第一隔离器组件214a的第一电弧216a至少部分地重叠,使得第一和第二隔离器组件214a和214b可以彼此感应耦合。在一些实施例中,第二电容器210b可以在与第一电容器210a延伸的方向相反的方向上延伸。尽管在图示的示例中第二隔离器组件214b的形状为使第一隔离器组件214a顺时针旋转180度,但是应该理解,第二隔离器组件214b的形状和尺寸可以与第一隔离器组件214a不同。

在一些实施方案中,集成隔离器装置可以包括布置在同一平面中的隔离器组件,这使得能够制造具有单个金属化层的集成隔离器装置。图5描绘了根据一些实施例的具有第一隔离器组件514a和第二隔离器组件514b的集成隔离器装置500的俯视图,该第一隔离器组件514a和第二隔离器组件514b被布置在基板504上的同一平面中。第一隔离器组件514a可以包括第一感应环路502a和第一电容器510a。第一感应环路502a可以包括从第一端508a延伸到第二端508b的第一弧516a。第一感应环路502a可以包括从第三端508c延伸到第四端508d的第二弧516b。第一端508a和第三端508c可以限定狭缝506a。第一电容器510a可以包括从第一端508a延伸的第一电极512和从第三端508c延伸的第二电极512b。第二隔离器组件514b可以包括第二感应环路502b和第二电容器510b。第二感应环路502b可以包括第三电弧516c和第四电弧516d。弧516a至516d可以可替代地布置在平面中。

在一些实施方案中,集成隔离器装置可能具有背对背配置。在一些实施例中,具有背对背配置的集成隔离器装置可以包括:第一隔离器组件,其耦合至在第一电压域工作的第一电路;以及第二隔离器组件,其耦合至在第二电压域工作的第二电路。第一隔离器组件和第二隔离器组件可以彼此电隔离。第一隔离器组件和第二隔离器组件可以通过多个隔离器组件(例如,至少两个隔离器组件)彼此电感耦合,从而实现具有至少两个隔离器组件的累积隔离特性的更高隔离等级。集成隔离器装置的隔离器组件可以配置为具有相同的谐振频率,以使通过多个隔离器组件的能量继电器可以保持较高的传输效率,例如在较大的工作带宽上损失小于3dB。图6A至图7B描绘了根据一些实施例的具有背对背构造的集成隔离器装置。

图6A描绘了集成的隔离器装置600,其可以包括耦合到在第一电压域工作的第一电路(例如,发射器104)的第一隔离器组件614a。集成隔离器装置600可以包括第二隔离器组件614b,该第二隔离器组件614b耦合到在第二电压域下操作的第二电路(例如,接收器106)。第一隔离器组件614a和第二隔离器组件614b可以彼此电隔离。

第一隔离器组件614a可以包括第一感应环路602a和第一电容器610a。第一感应环路602a可以包括第一狭缝606a。第一电容器610a可以一体地形成在第一狭缝606a处。第一感应环路602a可以包括两个电弧。第一电容器610a的两个电极可以从相应的弧延伸,该弧可以通过相应的迹线618a和618b耦合到相应的焊盘620a和620b。焊盘620a和620b可以耦合到第一电路(例如,发射器104)。第一电容器610a可以在第一方向上从第一狭缝606a延伸,例如,指向第一感应环路602a的两个弧之间的开口。迹线618a和618b可以从两个弧之间的开口延伸到相应的焊盘620a和620b。应当理解,迹线618a和618b不同于第一电容器610的两个电极中的两个电极。例如,迹线618a和618b可以在耦合到焊盘620a和620b的一端处彼此间隔开距离sp。距离sp可以被配置为满足防止两个焊盘620a和620b一起短路的布局设计规则。距离sp可以大于狭缝的宽度w。

第二隔离器组件614b包括第二感应环路602b和第二电容器610b。第二感应环路602b可以包括第二狭缝606b。第二电容器610b可以一体地形成在第二狭缝606b处。第二感应环路602b可以包括两个电弧。第二电容器610b的两个电极可以从相应的弧延伸,该弧可以通过相应的迹线耦合到相应的焊盘622。焊盘622可以耦合到第二电路(例如,接收器106)。第二电容器610b可以在与第一方向相反的第二方向上从第二狭缝606a延伸,例如,指向第二感应环路602b的两个弧之间的开口。

第一隔离器组件614a和第二隔离器组件614b可以通过可以电短路在一起的第三和第四隔离器组件614c和614d彼此电感耦合。第一隔离器组件614a可以与第三隔离器组件614c至少部分重叠。第二隔离器组件614b可以与第四隔离器组件614d至少部分重叠。尽管在图6A所示的示例中,第一隔离器组件614a和第二隔离器组件614b通过两个隔离器组件彼此感应耦合,但是应当理解,第一隔离器组件614a和第二隔离器组件614b可通过两个以上的隔离器组件相互感应耦合,从而例如通过增加数量的隔离器组件的累积隔离属性实现更高的隔离等级。

图6B描绘了集成的隔离器装置600B,其可以包括第一隔离器组件634a和第二隔离器组件634b。在所示的示例中,第一隔离器组件634a和第二隔离器组件634b通过六个隔离器组件634c-634h彼此电感耦合。隔离器组件634c和634d电短路在一起,并且与其他隔离器组件634a、634b、634e-634h电隔离。隔离器组件634e和634f电短路在一起,并且与其他隔离器组件634a-634d、634g、634h电隔离。隔离器组件634g和634h电短路在一起,并且与其他隔离器组件634a-634f电隔离。

再次参考图6A,第一隔离器组件614a和第二隔离器组件614b可以设置在基板上的第一平面中。第三隔离器组件614c和第四隔离器组件614d可以设置在基板上的第二平面中。第三隔离器组件614c和第四隔离器组件614d可以通过例如一个或多个导电迹线612而被电短路在一起。第三隔离器组件614c和第四隔离器组件614d可以与第一和第二隔离器组件614a和614b电隔离。尽管在所示示例中第一平面在第二平面上方,但是应当理解,在一些实施例中,第一平面可以在第二平面下方。尽管集成的隔离器装置600包括如图所示的在单个基板上制造的隔离器组件,但是应当理解,集成的隔离器装置600可以包括在不同的基板上并且通过例如键合技术耦合在一起的隔离器组件。例如,第一和第三隔离器组件614a和614c可以被制造在一个基板上,而第二和第四隔离器组件614b和614d可以被制造在另一个基板上。第三隔离器组件614c和第四隔离器组件614d可以通过接合线电短路在一起。

第三隔离器组件614c可以包括第三感应环路602c和第三电容器610c。第三感应环路602c可以包括第三狭缝606c。第三电容器610c可以一体地形成在第三狭缝606c处。第三感应环路602c可以包括两个电弧。第三电容器610c的两个电极可以从相应的弧延伸。第三电容器610c可以从第三狭缝606c沿与第一方向相反的第二方向延伸。

第四隔离器组件614d可以包括第四感应环路602d和第四电容器610d。第四感应环路602d可以包括第四狭缝606d。第四电容器610d可以一体地形成在第四狭缝606d处。第四感应环路602d可以包括两个电弧。第四电容器610d的两个电极可以从相应的弧延伸,该弧可以通过一个或多个导电迹线612分别耦合到第三电感性环路602c的两个弧。第四电容器610c可以从第四狭缝606d沿第一方向延伸。

图7A描绘了根据一些实施例的具有背对背构造的集成隔离器装置700。集成隔离器装置700可以包括被配置为耦合到第一电路(例如,发射器104)的第一隔离器组件714a和被配置为耦合到第二电路(例如,接收器106)的第二隔离器组件714b。第一和第二隔离器组件714a和714b可以彼此电隔离,并通过第三和第四隔离器组件714c和714d彼此电感耦合。

在所示的示例中,每个隔离器组件714a-714d具有与隔离器组件302B(图3B)相似的配置。第一和第二隔离器组件714a和714b分别包括第一和第二电容器710a和710b。第一和第二电容器710a和710b在相反的方向上延伸并且远离相应的感应环路。第三和第四隔离器组件714c和714d通过第三电容器710cd的电极一起电短路。应当理解,出于简单说明的目的,未示出诸如迹线和焊盘的互连。

图7B描绘了根据一些实施例的,在图7A中标记为7B的平面上的集成隔离器装置700的截面图。集成隔离器装置700可以被制造在基板720上并且通过绝缘层722与基板720隔离。绝缘层722可以具有合适的厚度,例如在3μm和10μm之间(例如5.5μm)。第四隔离器组件714d可以在第一金属化层742中并且被绝缘层724覆盖。绝缘层724可以具有合适的厚度,例如在3μm和10μm之间(例如5μm)。一个或多个焊盘732可以在第一金属化层742中,并且被配置为提供对第四隔离器组件的访问。第一金属化层742可以由合适的材料形成,例如金,并且可以具有合适的厚度,例如在2μm和9μm之间(例如4μm)。第二隔离器组件714b可以在第二金属化层744中并且被绝缘层730覆盖。一个或多个焊盘734可以在第二金属化层744中并且被配置为提供对第二隔离器组件的访问。第二金属化层744可以由合适的材料形成,该材料可以与第一金属化层742相似或不同。第二金属化层744可以具有合适的厚度,该厚度可以与第一金属化层742相似或不同。第二和第四隔离器组件714b和714d可以通过一个或多个电感层彼此隔离。在所示的示例中,第二和第四隔离器组件714b和714d可以通过两个绝缘层726和728彼此隔离。绝缘层726和728可以具有合适的组合厚度,例如20微米至500微米(例如50μm)。绝缘层726和728可以具有相似或不同的厚度。尽管在图7B中示出了具有厚度的材料的示例,但是应当理解,示例不是限制性的。

本文描述的集成隔离器装置可以与各种制造工艺兼容,包括例如微制造和印刷电路板(PCB)制造工艺。应当理解,本文描述的感应环路使得能够使用各种制造工艺,因为本文描述的感应环路比常规隔离器(例如,螺旋电感器)更简单,因此可以利用诸如PCB工艺之类的具有粗糙设计规则的技术来制造。图8描绘了根据一些实施例的使用重新分配层(RDL)工艺制造的隔离器系统800。图9A至图9B描绘了根据一些实施例的在包装过程中使用装置制造的隔离器系统900。

图8描绘了根据一些实施例的隔离器系统800的剖视图。隔离器系统800可以包括附接到基板814(例如,晶片)的管芯802、804和806。第一管芯802可以包括如本文所述的集成隔离器装置。第二管芯804可以包括在第一电压域工作的第一电路(例如,发射器104)。第三管芯806可以包括在第二电压域工作的第二电路(例如,接收器106)。管芯可以通过绝缘层808彼此隔离,并且通过重新分配层812彼此耦合。绝缘层808可以由诸如层压材料的合适材料形成。重新分配层812可以由诸如金的合适材料形成。重新分配层812的至少一部分可以被诸如聚酰亚胺的绝缘层816覆盖。一个或多个焊盘818可以在重新分配层812中。

图9A描绘了根据一些实施例的隔离器系统900的俯视图。图9B描绘了根据一些实施例的系统900沿着图9A中标记为9B的线的截面图。隔离器系统900可以包括根据本文描述的任何实施例的集成隔离器装置902。集成隔离器装置902可以形成在印刷电路板910中。集成隔离器装置902可以包括形成在PCB的第一金属化层中的第一隔离器组件902a和形成在PCB的第二金属化层中的第二隔离器组件902b,并且与第一隔离器组件902a电隔离。隔离器系统900可以包括管芯904和906。第一管芯904可以包括在第一电压域工作的第一电路(例如,发射器104)。第二管芯906可以包括在第二电压域工作的第二电路(例如,接收器106)。第一管芯904和第二管芯906可以通过例如焊球和/或PCB金属化层中的一个或多个耦合到集成隔离器装置902。第一管芯904和第二管芯906可以被由诸如聚酰亚胺的合适材料形成的模制层908覆盖。

本文所述类型的集成隔离器装置可以用于各种装置和设置中。例如,集成的隔离器装置可用于医疗设备系统、工业设备系统、物理测量系统或个人或便携式电子设备中的隔离。图10是示出根据一些实施例的在便携式电子装置设置中集成隔离器系统的非限制性应用的示意图。集成隔离器系统1000可以用在便携式电子装置1001中,以在高工作频率下以高传输效率和高隔离额定值在隔离栅上传输功率。便携式电子装置1001可以是智能电话、个人数字助理(PDA)、平板电脑或其他便携式装置。其他这样的装置可以利用本文所述类型的集成隔离器系统。

尽管图10示出了结合了本申请的方面的便携式电子装置1001的示例,但是其他用途也是可能的。例如,一个或多个集成的隔离器系统1000可以被用在汽车或医疗仪器中。可以实现本申请的各种实施例以在高工作频率下提供高传输效率和高隔离等级。

已经描述了为隔离器提供绝缘材料的各种实施例,绝缘材料可以具有不同的介电常数值。材料的比介电常数值不受限制,因为可以使用具有相对较高和较低介电常数值的各种材料。但是,现在提供非限制性示例。可以在感应环路的电弧周围使用的较高介电常数电介质材料的非限制性示例,例如绝缘层724和730,包括氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、五氧化钽(Ta2O5)、钛酸锶(SrTiO3)、铁酸铋(BiFeO3)、二氧化硅(SiO2)和钛酸锶钡(BST)。

可以在本文所述的介电区域的实施例中使用的较低介电常数电介质材料的非限制性示例,例如较低介电常数电介质区域726和728,包括聚酰亚胺。

在本文所述的集成隔离器装置的实施例中,可用于形成隔离器组件(例如,感应环路、电容器、走线)的导电材料的示例包括金和铜,或任何其他合适的导电材料。

可以在本文所述的集成隔离器装置的实施例中使用的基板材料的示例,诸如基板204和720,包括硅、石英和层压板。在一些实施例中,集成隔离器装置的基板可以是绝缘基板。

本文所述的集成隔离器装置可以用于各种应用中(例如,工业、医疗、消费者)。例如,电隔离系统之间的数据传输和/或功率传输可以通过本文所述的集成隔离器装置来完成。作为一个示例,正在执行医疗程序的房间中的医疗设备可以与控制室中的控制系统电气隔离。例如,可以在执行该过程的房间中的一件医学成像设备和/或监视器与控制成像设备和/或显示器的操作的系统隔离。隔离器可以是本文所述的任何类型的集成隔离器装置和/或系统,并且隔离的信号路径可以是模拟或数字的。

作为另一个例子,工业设备可以与控制设备的控制系统隔离。例如,高功率电动机可以通过本文所述类型的集成隔离器装置与控制其操作的控制系统隔离。控制系统可以以比工业设备使用的高功率电动机更低的功率运行。隔离器可以设置在电路板上,在该电路板上包括连接到电动机和/或控制设备的各种电路组件。

本文所述的集成隔离器装置的其他用途也是可能的,因为所描述的那些示例是非限制性的。

在一些实施例中,术语“大约”和“大概”可用于表示目标值的±20%以内,在一些实施例中表示目标值的±10%以内,在一些实施例中表示目标值的±5%以内,在一些实施例中表示目标值的±2%以内。术语“大约”和“大概”可以包括目标值。

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