电隔离器构装结构及电隔离器的制造方法与流程

本发明涉及一种信号传输技术，且特别涉及一种电隔离器构装结构及电隔离器的制造方法。

背景技术：

在信号传输领域中，时常需要将信号或能量从一个电压域的电路中传递到另一个电压域的电路，或是将信号或能量从一种介质传递到另一种介质。然而，由于电压域或介质种类的不同，信号在传递过程中可能会藉由寄生路径来干扰或击穿周边的电路而造成毁损。因此，为了电路的可靠度着想，通常会藉由电隔离器、耦合器或是隔离护栏(isolation barrier)用以在不同电压域的电路之间传递信号，藉以保护电路。

电隔离器可以适用于许多电源电路领域中，例如电源系统(如，电源供应器、马达控制系统、服务器供电系统、家电…等)、照明控制系统(如，LED控制器)以及工业马达系统(如，机器手臂、车用马达)…等。上述这些电源电路系统通常是通过控制电路来产生信号或命令，藉以控制输出级电路并将能量传递到负载。

目前来说，电隔离器通常采用光耦合器、电容器或是变压器来实现。若以光耦合器作为电隔离器，由于发光二极管(LED)的工艺无法相容于晶体管工艺(例如，CMOS工艺)，并且LED本身具有光衰、热损…等议题，因此无法将LED整合到芯片中而需另外封装。若采用可整合至芯片上的变压器或电容器来做为电隔离器，则可能需要传输高频的信号才能达到有效的传输效率，导致采用此种电隔离器的电路需要另外设计调制与解调制功能，才能顺利地传输信号。因此，目前厂商仍然在积极寻求可以节省功耗并具备低信号失真度的电隔离器实现技术。

技术实现要素：

本发明提供一种电隔离器构装结构以及电隔离器的制造方法，其利用线 圈与磁场传感器并通过磁性耦合(magnetic coupling)来实现电隔离器的功能。

本发明一实施例的电隔离器构装结构包括第一基板、第二基板、线圈以及磁场传感器。线圈设置于所述第一基板。磁场传感器设置于所述第二基板。所述线圈的位置依照所述磁场传感器的位置而相应设置，以使所述线圈传递信号至所述磁场传感器。

本发明一实施例的电隔离器的制造方法包括下列步骤。在第一基板上设置线圈。以及，在第二基板的上设置磁场传感器，所述线圈的位置依照所述磁场传感器的位置而相应设置，以使所述线圈传递信号至所述磁场传感器。

基于上述，本发明实施例所述的电隔离器构装结构利用线圈与磁场传感器，并通过磁性耦合(magnetic coupling)来实现电隔离器的功能。本发明实施例的电隔离器可与芯片工艺相结合，其传输的信号可以为高频信号与低频信号，且不需要将信号进行调制及解调。藉此，本发明实施例利用线圈与磁场传感器来实现的电隔离器可使功耗降低、减少信号失真度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的一种采用电隔离器的电路的示意图。

图2是依照本发明一实施例的一种电隔离器的电路图。

图3是依照本发明第一实施例的一种电隔离器构装结构的示意图。

图4是依照本发明第二实施例的一种电隔离器构装结构的示意图。

图5A及图5B是依照本发明第三实施例的一种电隔离器构装结构的示意图。

图6A及图6B是依照本发明第四实施例的一种电隔离器构装结构的示意图。

图7是依照本发明第一实施例的电隔离器的制造方法的流程图。

【符号说明】

100：电路

110：电隔离器

120：第一电路

130：第二电路

140：负载

VD1：第一电压域

VD2：第二电压域

210：线圈

220：磁场感应器

300、400、500、600：电隔离器构装结构

310、410、510、610：第一基板

320、420、520、620：第二基板

330、430、530、630：线圈

340、440、540、640：磁场感应器

350、450：隔离电位层

360、460、560、660：第一焊垫

370、470、570、670：输入放大器

380、480、580、680：第二焊垫

390、490、590、690：输出放大器

S1：第一表面

S2：第二表面

S3：第三表面

S4：第四表面

615：第三基板

665：第三焊垫

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的一种采用电隔离器110的电路100的示意图。电路100包括电隔离器110、第一电路120、第二电路130以及负载140。第一电路120的电源连接至第一电压域VD1，且第二电路130的电源连接至第二电压域VD2。第一电路120可以是输入级电路或控制电路，而第二电路130则可以是输出级电路。负载140连接至第二电路130的输出端。

在本实施例中，第一电压域VD1与第二电压域VD2可以不相同。电路100可适用于电源电路系统中，因此第二电压域VD2可能为20V至35kV不等，端视应用的电源电路系统而定。第一电压域VD1则为控制电路常用的电 压范围，例如1.25V、3.3V、5V…等。此外，依照电源电路系统的应用不同，负载140可以是电源供应器、照明设备、马达、家电、机器手臂、车用马达…等。本发明实施例并不受限于此。

图2是依照本发明一实施例的一种电隔离器110的电路图。请参照图2，电隔离器110包括线圈210以及磁场感应器220。在本实施例中，磁场传感器220可以利用霍尔感应器(或称为，霍尔元件)来实现。线圈210的两端可连接至由控制电路所控制的电流产生器，且藉由电流产生器所产生的电流在线圈210中流动而产生磁场信号。藉此，电隔离器110可藉由线圈210来发射磁场信号，并经由磁场感应器220来接收此磁场信号以转化为电压信号，并将此电压信号传递给后方的电路，从而达成电隔离或电耦合的功能。经实验得知，磁场信号以及磁场感应器220所产生的电压信号的操作频率范围十分宽广，例如磁场信号及电压信号可操作在100kHz至2MHz的频率之间，因此可依据其需求而适用于低频或是高频信号传输。

由于线圈210以及磁场传感器220皆可通过半导体工艺来实现，因此可轻易地整合至芯片中而不需另外封装电隔离器110，藉以降低工艺成本以及封装成本。若是以现有的变压器或电容器来实现电隔离器，在传输信号的过程中，通常会需要将信号进行调制以及解调制之后才能顺利地进行传输，而调制以及解调制皆会使信号波形略为失真。相对来说，本发明实施例的电隔离器110则可直接将图1中第一电路120输入到电隔离器的控制信号(如，PWM信号)藉由电流编码器以及电流产生器来使图2中的线圈210产生磁场信号，磁场感应器220便可直接藉由磁场信号来直接得知其控制信号的内容，而不需将信号进行调制/解调制的操作，从而避免信号失真。换句话说，本发明实施例的电隔离器110不需要进行信号的调制以及解调制，因此将会降低电能消耗，还可具备较低的信号失真度。此外，本发明实施例所述的电隔离器构装结构无需设置噪声滤除功能的模块，因此并不会发生回路延迟的情况，可相对应地提升电路的操作速度以及电路回路的稳定度。

图3是依照本发明第一实施例的一种电隔离器构装结构300的示意图。图3用以例举说明以单一芯片来实现电隔离器构装结构300。电隔离器构装结构300主要包括第一基板310、第二基板320、线圈330以及磁场传感器340。第一基板310以及第二基板320可以是P型硅基板。本实施例是将第二基板320作为芯片基板，并将第一基板310通过隔离电位层350而设置在第 二基板320当中。第一基板310具有第一表面S1以及相对于第一表面S1的第二表面S2。第二基板320具有第三表面S3以及相对于第三表面S3的第四表面S4。线圈330的位置依照磁场传感器340的位置而相应设置，以使线圈330传递信号至磁场传感器340。为使电隔离器构装结构300能够实现在单一芯片上，第一基板310与第二基板320之间设置有隔离电位层350，藉以隔离第一基板310与第二基板320的电位。

在此详细描述第一基板310以及线圈330。第一基板310的第一表面S1上除了线圈330以外还包括多个第一焊垫360以及输入放大器370，但不以此为限，线圈330的位置可依照磁场传感器340的位置而相应设置。输入放大器370的输入端通过多个第一焊垫360以及导线而耦接至输入级电路。换句话说，输入级电路可通过导线以及第一焊垫360以耦接至输入放大器370的输入端，藉以传送输入信号至输入放大器370。输入放大器370的输出端连接至线圈330的两端，藉以通过线圈330来将输入信号以磁场耦合方式来传递磁场信号给位于第二基板320上第三表面S3的磁场传感器340。在本实施例中，线圈330的位置设置在磁场传感器340的上方，且线圈330与磁场传感器340之间具备不会妨碍磁场信号的隔离层。在其他实施例中，线圈330的位置也可设置在磁场传感器340的下方或是两侧，使得线圈330的磁场信号得以传递至磁场传感器340即可。

在此详细描述第二基板320以及磁场感应器340。第二基板320的第三表面S3上除了磁场感应器340以外，还包括多个第二焊垫380以及输出放大器390。输出放大器390的接收端连接至磁场传感器340的输出端，且输出放大器390的输出端则连接至多个第二焊垫380。也就是说，磁场传感器340通过输出放大器390以电性连接第二焊垫380。输出级电路可通过导线与第二焊垫380相耦接。藉此，当磁场感应器340接收到磁场信号时，便会将磁场信号转换为输出信号，并将此输出信号提供给输出放大器390。在本实施例中，此处的输出信号为一种电压信号。输出放大器390将此输出信号放大后，通过导线以及第二焊垫380以将输出放大器390的输出信号传送给输出级电路。藉此，输出级电路便可藉由此输出信号来将能量或信号提供给耦接至输出级电路的输出端的负载。

图4是依照本发明第二实施例的一种电隔离器构装结构400的示意图。图4与图3之间的不同处在于，图4的实施例是将第一基板410作为芯片基 板，并将第二基板420通过隔离电位层450而设置在第一基板410当中。图4中的线圈430、磁场传感器440、第一焊垫460、输入放大器470、第二焊垫480及输出放大器490皆与图3中的线圈330、磁场传感器340、第一焊垫360、输入放大器370、第二焊垫380及输出放大器390相似。

图5A及图5B是依照本发明第三实施例的一种电隔离器构装结构500的示意图。图5A及图5B用以例举说明以两个芯片来实现电隔离器构装结构500的做法。电隔离器构装结构500主要包括第一基板510、第二基板520、线圈530以及磁场传感器540。第一基板510包括第一表面S1以及对应的第二表面S2，且第二基板520包括第三表面S3以及对应的第四表面S4。第一基板510与第二基板520分别属于不同芯片。本实施例在第一基板510的第一表面S1上设置线圈530、多个第一焊垫560以及输入放大器570。并且，在第二基板520的第三表面S3上设置磁场传感器540、多个第二焊垫580以及输出放大器590。当两个基板510、520完成配置后(如图5A所示)，本发明实施例便将第一基板510的第二表面S2配置在第二基板520的第三表面S3的上方(如图5B所示)，并使线圈530的位置设置在磁场传感器540的正上方，藉以使线圈530与磁场传感器540之间的距离最短。藉此，线圈530便可传送磁场信号给磁场传感器540。图5A与图5B中的线圈530、磁场传感器540、第一焊垫560、输入放大器570、第二焊垫580及输出放大器590与图3及图4具相同名称的元件相类似，在此不予赘述。在某些实施例中，线圈530的位置也可设置在磁场传感器540的下方或是两侧，例如将第一基板510设置在第二基板520的下方。应用本实施例者并不仅限于图5A、5B的教示，而可适度调整元件之间的摆放位置。

图6A及图6B是依照本发明第四实施例的一种电隔离器构装结构600的示意图。图6A及图6B用以例举说明以三个或三个以上的芯片来实现电隔离器构装结构300。图6A、图6B与上述图5A、图5B的不同之处在于，图6中的电隔离器构装结构600除了具备第一基板610与第二基板620以外，还包括第三基板615。也就是说，第一基板610、第二基板620与第三基板615可以分别属于不同的芯片。在本实施例中，第一基板610的第一表面S1上可以仅具备线圈630以及第一焊垫660。第一焊垫660与线圈630的两端相互电性连接。输入放大器670并非设置于第一基板610，而是设置于第三基板615上。

特别说明的是，应用本实施例者还可将控制电路675配置在第三基板615上，藉以让具有第三基板615的芯片作为控制芯片。详细来说，本发明实施例将输入放大器670整合到控制电路675当中，并将控制电路675电性连接至第三基板615中的多个第三焊垫665，以耦接至线圈630。线圈630连接至第一基板610中第一表面S1上的多个第一焊垫660。控制电路675藉由第三基板615中的第三焊垫665、第一基板610中的第一焊垫660以及当中的导线而电性连接至线圈630。控制电路675还可藉由第三焊垫665来连接器其他芯片上的电路来实现相应功能。在本实施例中，控制电路675可包括输入放大器670、电流编码器以及电流产生器。电流编码器接收控制信号，并将控制信号通过电流产生器转换为电流，藉以产生磁场信号。图6A与图6B中的线圈630、磁场传感器640、第一焊垫660、输入放大器670、第二焊垫680及输出放大器690与图3、图4、图5A及图5B具相同名称的元件功能相类似，在此不予赘述。

图7是依照本发明第一实施例的电隔离器的制造方法的流程图。请参照图7，在步骤S710中，在第一基板设置线圈。此第一基板具有第一表面以及对应的第二表面。在步骤S720中，在第二基板设置磁场传感器。此第二基板具有第三表面以及对应的第四表面。线圈的位置依照磁场传感器的位置而相应设置，以使此线圈传递信号至磁场传感器。电隔离器的制造方法相关描述已公开于上述其他实施例中，应用本实施例者可依照其需求，并以适当的步骤流程来实现图3至图6B中任一种电隔离器构装结构实施例。

综上所述，本发明实施例所述的电隔离器构装结构利用线圈与磁场传感器(如，霍尔传感器)，并通过磁性耦合(magnetic coupling)来实现电隔离器的功能。本发明实施例的电隔离器可与芯片工艺相结合，其传输的信号可以为高频信号与低频信号，且不需要将信号进行调制及解调制。藉此，本发明实施例利用线圈与磁场传感器来实现的电隔离器可使功耗降低、减少信号失真度。此外，本发明实施例所述的电隔离器构装结构无需设置调制/解调制/噪声滤除功能的模块，因而相对应地提升操作速度以及电路回路的稳定度。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。