使用低值电容器的集成高电压隔离的制作方法
【专利说明】使用低值电容器的集成高电压隔离
[0001]相关专利串请案
[0002]本申请案主张由兰迪.亚赫(Randy Yach)、格雷戈里.迪克斯(Gregory Dix)、托马斯.尤博克.李(Thomas Youbok Lee)及文森特.奎克姆I自艾克斯(VincentQuiquempoix)在2013年3月10日申请的标题为“高电压电容器(High VoltageCapacitor)”且据此出于所有目的以引用的方式并入本文中的第61/775，663号共同拥有的美国临时专利申请案的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及高电压隔离电容器，特定来说涉及在集成电路中使用低值电容器的集成高电压隔离。
【背景技术】
[0004]在最近工业应用中，对电隔离(流电及直流(DC)/DC两者)的需求不断增加以用于(例如)在不同接地电势下的数据通信及DC供应电压两者。典型隔离应用已主要用于跨越隔离势皇的数据通信。但近年来，应用还要求隔离装置(用于数据通信)还包含经隔离DC/DC能量传送能力。
[0005]典型电隔离方法可包含:光学、感应(例如，使用穿过变压器的交流(AC)或电磁射频)电容器(电容器为极好流电隔离器)等。光学耦合器已成为主导信号隔离装置但限于慢数据速率(小于IMHz)且对于集成是庞大的。此外，光学耦合器不能够传递经隔离DC电力。感应及电容隔离实施方案提供高数据速率，给予经电隔离电力传送，且制造起来是低成本的。然而，在集成电路封装中集成有效高电压隔离电容器是成问题的。
【发明内容】
[0006]因此，需要一种使用高电压、低电容值隔离电容器以在不同电压域中的两个集成电路之间传送电力的方法。
[0007]根据实施例，一种适合于不同电压域之间的高电压隔离的集成电路装置可包括:初级集成电路，其耦合到第一电压域；次级集成电路，其耦合到第二电压域；第一绝缘层，其在所述初级集成电路的一面的至少一部分上方；多个高电压额定隔离电容器，其定位于所述第一绝缘层上方，其中所述多个高电压额定隔离电容器中的每一者包括在所述第一绝缘层上的第一导电层、在相应第一导电层的一部分上的高电压额定电介质层及在所述相应高电压额定电介质层上的第二导电层；波形产生器，其提供于所述初级集成电路中；推挽式驱动器，其提供于所述初级集成电路中、使输入耦合到所述波形产生器且使输出耦合到所述第一导电层中的相应者；及交流(AC)/直流(DC)转换器，其提供于所述次级集成电路中且使输入耦合到所述第二导电层中的相应者，借此AC电力从所述推挽式驱动器传送到所述AC/DC转换器。
[0008]根据又一实施例，第二绝缘层可提供于位於所述高电压额定电介质层的部分上方的所述第二导电层及所述第一导电层的至少一部分上方，其中所述第二绝缘层具有在所述第一导电层上方的用于使第一接合线将所述第一导电层耦合到所述初级集成电路上的电路连接垫的第一开口及在所述第二导电层上方的用于使第二接合线将所述第二导电层耦合到所述次级集成电路上的电路连接垫的第二开口。
[0009]根据又一实施例，可提供用于包封所述初级及次级集成电路及所述高电压额定隔离电容器的集成电路封装。根据又一实施例，所述集成电路封装使一些外部连接节点耦合到相应第一导电层且使一些其它外部连接节点耦合到所述多个第一高电压额定隔离电容器的相应第二导电层。根据又一实施例，所述外部连接节点为所述集成电路封装引线框架的引线指状件且所述相应引线指状件借助接合线耦合到所述第一及第二导电层。根据又一实施例，所述第一及第二导电层为金属。根据又一实施例，所述第一及第二导电金属层由铝组成。根据又一实施例，所述第一及第二导电层由铜组成。根据又一实施例，所述第一及第二导电层选自由以下各项组成的群组中的任一者或多者:钛、钽、钴、钼，以及其硅化物及自对准硅化物。
[0010]根据又一实施例，所述高电压额定电介质层包括二氧化硅(S12)。根据又一实施例，所述高电压额定电介质层包括氮化硅(SiN)。根据又一实施例，所述高电压额定电介质层包括氮氧化物。根据又一实施例，所述高电压额定电介质层包括具有不同厚度且通过标准技术沉积或生长的掺杂氧化物或未掺杂氧化物的堆叠层。根据又一实施例，所述高电压额定电介质层各自具有约四(4)微米(μ)的厚度。根据又一实施例，所述高电压额定隔离电容器各自具有约10微微法拉的电容值。根据又一实施例，所述初级集成电路为微控制器。根据又一实施例，所述推挽式驱动器的所述输出中的每一者耦合到所述第一导电层中的至少两者，且对应的至少两个第二导电层耦合到所述AC/DC转换器。
[0011]根据又一实施例，低电压电容器可耦合到所述AC/DC转换器的输出，其中所述低电压电容器可具有大于所述多个高电压额定隔离电容器中的一者的电容值。根据又一实施例，电压调节器可耦合到所述AC/DC转换器的输出。根据又一实施例，所述电压调节器使电压反馈控制输出耦合到所述多个高电压额定隔离电容器的所述第二导电层中的一者且使所述多个高电压额定隔离电容器的所述第一导电层中的相应者耦合到波形产生器的控制输入，其中所述电压调节器的所述电压反馈控制输出控制所述波形产生器的输出。
[0012]根据又一实施例，所述波形产生器为振荡器且所述电压调节器控制其输出振幅。根据又一实施例，所述波形产生器为振荡器且所述电压调节器控制其输出频率。根据又一实施例，PWM调制器可耦合在所述电压调节器的所述电压反馈控制输出与所述多个高电压额定隔离电容器的所述第二导电层中的所述一者之间，且所述波形产生器包括由所述PWM调制器控制的电力开关。根据又一实施例，所述波形产生器为振荡器。根据又一实施例，电压倍增器可耦合在所述第一电压域中的电压源与所述推挽式驱动器之间且将经倍增操作电压供应到所述推挽式驱动器。根据又一实施例，所述电压倍增器可使所述电压源倍增两倍。根据又一实施例，所述电压倍增器可使所述电压源倍增三倍。根据又一实施例，所述AC/DC转换器为充电栗。根据又一实施例，所述AC/DC转换器为整流器。
【附图说明】
[0013]通过参考结合附图进行的以下说明可获得对本发明的更完整理解，附图中:
[0014]图1及IA图解说明根据本发明的特定实例性实施例的形成于集成电路上的高电压额定隔离电容器的示意性立面视图；
[0015]图1B及IC图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的形成于集成电路上的高电压额定隔离电容器的示意性立面视图；
[0016]图2图解说明根据本发明的特定实例性实施例的形成于集成电路上的高电压额定隔离电容器的示意性正交视图；
[0017]图3图解说明根据本发明的特定实例性实施例的形成于初级集成电路上且耦合到次级集成电路的多个高电压额定隔离电容器的示意性平面视图；
[0018]图4图解说明根据本发明的特定实例性实施例的将电力及信号电路耦合在初级集成电路与次级集成电路之间的多个高电压额定隔离电容器的示意性框图；
[0019]图5图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的将电力及信号电路耦合在初级集成电路与次级集成电路之间的多个高电压额定隔离电容器的示意性框图，其中次级集成电路的电路控制从初级集成电路到次级集成电路的电力传送；
[0020]图6图解说明根据本发明的教示的10微微法拉(pF)电容器的电流承载能力对施加到其的信号频率的表及曲线；
[0021]图7及7A图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的形成于集成电路上的多个反转堆叠式高电压额定隔离电容器的示意性立面视图；及
[0022]图8图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的形成于初级集成电路上且耦合到第一及第二次级集成电路的多个高电压额定隔离电容器的示意性平面视图。
[0023]虽然本发明容许各种修改及替代形式，但在图式中展示并在本文中详细描述其特定实例性实施例。然而应理解，本文中对特定实例性实施例的描述并非打算将本发明限于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖如所附权利要求书所定义的所有修改及等效形式。
【具体实施方式】
[0024]根据各种实施例，可产生与主要供应源电隔离的经隔离供应电压。对于现代电子系统设计，此特征可