本申请根据35u.s.c.§119(e)要求于2017年2月13日提交的、代理人案号为g0766.70161us00、标题为“coupledcoilswithlowerfarfieldradiationandhighernoiseimmunity”的美国临时专利申请no.62/458,505的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及微制造的线圈。
背景技术：
某些类型的电路使用线圈或绕组。例如，具有电感器或变压器的电路可以使用绕组。例子包括电流隔离器。微制造的电路有时使用微制造的线圈。
技术实现要素：
描述了微制造的线圈。在一些情况中，微制造的线圈包括交错线圈。在一些情况中，交错线圈对相对比彼此堆叠，由隔离材料分离开。在一些情况中，交错线圈具有s-状。交错线圈可用于电流隔离器。
根据本申请的一个方面，提供微制造的线圈结构。微制造的线圈结构可包括：基板；基板上的第一对交错线圈；基板上的第二对交错线圈，第二对交错线圈电磁耦合第一对交错线圈；和隔离层，使所述第一对交错线圈和所述第二对交错线圈分离。
根据本申请的另一方面，提供隔离器。隔离器可包括微制造的变压器，包括：初级线圈和次级线圈；发射器，其中发射器被配置为驱动所述初级线圈；和接收器，其中接收器被配置为接收来自所述次级线圈的信号。初级线圈可以是基板上的第一对交错线圈。次级线圈可以是基板上的第二对交错线圈。第二对交错线圈可通过隔离层和所述第一对交错线圈隔离。第二对交错线圈可电磁耦合第一对交错线圈。
根据本申请的另一方面，提供在基板上制造线圈结构的方法。该方法可包括：制造第一对交错线圈；在第一对交错线圈上形成隔离层；和在隔离层上形成第二对交错线圈。
附图说明
将参考以下附图来描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的参考数字表示。
图1a是示出根据一些非限制性实施例的微制造的堆叠交错线圈的示意图。
图1b是根据一些非限制性实施例的沿着1b-1b的图1a的微制造的堆叠交错线圈的横截面图。
图1c是根据一些非限制性实施例的图1a的一对微制造的堆叠交错线圈的俯视图。
图1d是图1a的微制造的堆叠交错线圈的等效电路。
图1e是根据一些非限制性实施例示出图1a和1b的微制造的堆叠交错线圈的操作示例的流程图。
图2a是示出根据一些非限制性实施例的一对微制造的交错s线圈的示意图。
图2b是图2a的交错线圈的等效电路。
图2c是示出根据一些非限制性实施例的一对微制造的交错s线圈的替代布局的示意图。
图2d是图2c的交错线圈的等效电路。
图2e是根据一些非限制性实施例的具有接合焊盘布置的图2a的交错s线圈的布局图。
图2f是根据一些非限制性实施例的具有接合焊盘布置的图2c的交错s线圈的布局图。
图2g是根据一些非限制性实施例的具有接合焊盘布置的交错s线圈的可选布局的布局图。
图2h是根据一些非限制性实施例示出由n型晶体管驱动的图2a的交错s线圈的示意图。
图2i是示出根据一些非限制性实施例的由p型晶体管驱动的图2a的交错s线圈的示意图。
图3a是示出根据一些非限制性实施例的微制造的堆叠交错s线圈的示意图。
图3b是图3a的微制造的堆叠交错s线圈的等效电路。
图4是示出根据一些非限制性实施例的在此描述的制造堆叠交错线圈的方法的流程图。
图5是根据一些非限制性实施例的采用在此描述的微制造的堆叠交错线圈的电路。
图6图示根据一些非限制性实施例的包括图5的电路的系统。
具体实施方式
本申请的多个方面提供了可用于电流隔离器电路等等的微制造的线圈。微制造的线圈包括交错线圈。在某些情况下，交错线圈彼此堆叠在一起，用绝缘材料隔开。在一些情况中，交错线圈呈s形。结合在此描述的微制造的线圈的电路可以表现出改善的抗噪性和功耗，并且可以比包含替代线圈结构的电路小。
在一些实施方案中，提供了堆叠的微制造的交错线圈对。一对交错线圈可以通过交错两个线圈而形成。两个线圈可以由微制造结构的公共金属层形成。在一些实施方案中，两对交错线圈可以彼此靠近放置，但隔离层隔开以提供电隔离。例如，第一对交错线圈可以通过基板上的隔离层与微制造结构的第二对交错线圈垂直分离。一对交错线圈可以在第一电压域中操作，而另一对交错线圈可以在第二电压域中操作。数据和/或功率信号可以在交错线圈对之间传输，同时保持电流隔离。交错线圈的放样对可以提供有益的操作特性，包括降低对近场干扰的易感性。
在一些实施方案中，可以通过交错两个“s”线圈来形成一对交错线圈。s线圈是线圈或迹线呈s形构造的线圈，其中线圈的一部分沿一个方向(例如顺时针)缠绕，并且相同线圈的一部分沿相反方向(例如逆时针)缠绕。两个平面s线圈可以由微制造结构的公共金属层形成。两个s线圈可以提供四个端部(例如，用作接触点的接合垫)。这种交织结构可以被称为“ss”线圈。“ss”构造可以迫使线圈绕组的一部分在一个方向上感应的磁通量返回到线圈绕组的沿相反方向的部分，以包含可能从线圈表面逸出的磁通量。可选地，ss线圈可以被连接以提供中心抽头，并且中心抽头可以被连接到电源轨以发生或吸收由共模电压电位引起的位移电流。“ss”线圈可以提供有益的操作特性，包括减少的直接远场辐射，以及更一般地，减少对外部场的敏感性，包括近场和远场干扰。
在一些实施方案中，提供堆叠的ss线圈。两个ss线圈可以通过隔离层隔开以提供电流隔离。例如，第一ss线圈可以通过隔离层与微制造结构的第二ss线圈垂直分离。这些堆叠的ss线圈可以提供有益的操作特性，包括降低对近场和远场电磁干扰的敏感性。而且，通过适当的附加耦合，可以降低实现振荡的功率要求。例如，可以将叠加的ss线圈或单个ss线圈应用于电压控制振荡器(vco)，以实现较低的辐射发射和较低的电磁干扰(emi)敏感度。在另一个示例中，该配置还可以通过在驱动器设备之间提供附加的能量路径来改善自激驱动电路的性能。结合本文描述的微制造的线圈的电路可以比并入替代方法的电路消耗更少的功率和更少的芯片面积，例如增加传统线圈的匝数或使用使用并联链路的相位调制。
在一些实施方案中，微制造的线圈可以在半导体基板中，部分地或在半导体基板上形成。例如，迹线可以由导电层图案化，并且在至少一些实施例中可以是平面的。可以使用标准集成电路制造处理。
上面描述的方面和实施例以及另外的方面和实施例将在下面进一步描述。这些方面和/或实施例可以单独使用，也可以一起使用，或者以两种或更多种的任意组合使用，因为本申请在这方面不受限制。
如上所述，本申请的一个方面提供了微制造的交错线圈的堆叠对。图1a例示了一个例子。即，图1a是示出根据一些非限制性实施例的微制造的堆叠交错线圈100的示意图。堆叠的交错线圈100可以包括在基板114上的第一(例如，顶部)一对交错线圈101和第二(例如，底部)交错线圈103。两对交错线圈101和103可以被隔离层110分开(如图1b所示)。交错线圈101的顶部对可以包括沿从端子a到端子a*的方向缠绕的第一线圈102和从端子b到端子b*以与线圈102相同的方向缠绕的第二线圈104。顶部的一对交错线圈的端子可以通过焊盘进入。交错线圈103的底部对可以包括沿从端子c到端子c*的方向缠绕的第三线圈106以及从端子d到端子d*以与线圈106相同的方向缠绕的第四线圈108。底部交错线圈对的端子可以通过通孔116与基板114中的金属化层112互连。由金属化层112形成的迹线可以将底部交错线圈对的端子连接到接合垫。
在一些实施方案中，交错线圈101的顶部对可以包括中心抽头122。端子a*可以通过中心抽头122电连接到端子b，使得可以在线圈102和104之间建立互感。中心抽头122可以通过用于端子a*和b的引线键合焊盘形成。类似地，交错线圈103的底部对可以包括中心抽头124。端子c*可以通过中心抽头124电连接到端子d。中心抽头124可以由用于端子c*和d的金属化层112或引线接合焊盘的迹线形成。由于替代实施例缺少中心抽头，因此使用这种中心抽头是可选的。
图1b示出了沿图1a的线1b-1b的堆叠交错线圈100的横截面图。顶部交错线圈对可以由隔离层118中的金属化层118m形成。底部交错线圈对可以由隔离层120中的金属化层120m形成。金属化层118m和120m可以基本平行于基板114的表面115。金属化层120m可以通过通孔116互连到金属化层112。金属化层118m、120m和112可以由铝、铜、金、钨或任何其它合适的导电材料，或以任何合适组合的任何数量的导电材料。
金属化层118m、120m和112可以在一些实施方案中由相同的导电材料或不同的导电材料形成。在一些实施方案中，金属化层112可以是铜层。金属化层112的迹线，例如中心抽头124，可以通过镶嵌工艺制造。在一些实施方案中，金属化层118m和120m可能是铝层。在一些实施方案中，金属化层118m可能是金，而120m层可能是铝。第一对交错线圈101可以通过蚀刻铝层118m来形成具有宽度w的绕组。第二对交错线圈103可以通过蚀刻具有相同宽度w或具有不同间距的不同宽度w'的铝层120m来制造，这可以由工艺规则、材料和设计要求来决定。宽度w可以在1至20μm的范围内，例如在4至8μm之间，包括在这些范围内的任何值。替代值也是可能的。两个隔离层118和120可以被隔离层110隔开。隔离层110可以包括任何合适的结构和材料，以在堆叠的交错线圈对之间提供电隔离。在一些实施方案中，隔离层可能具有多层结构。例如，在所示的非限制性示例中，隔离层110可以包括第一层110a和位于第一层110a的顶部上的第二层110b。层110a可以由sin形成。层110b可以由聚酰亚胺形成。隔离层110的厚度可以在0.25至100微米的范围内，例如在15至30微米之间，包括在这些范围内的任何值。在使用不同材料的实施例中，一层可以是0.5到2微米的sin，而其他隔离层可以是15到30微米的聚酰亚胺的多次沉积以完成第二层。
图1c示出了根据一些非限制性实施例的第一对交错线圈101的顶视图。尽管在图中不可见，但是线圈102可以基本上与第二对交错线圈103的线圈106沿基本垂直于基板114的表面115的方向对准。同样，线圈104可以沿着相同的方向与线圈108基本对齐。因此，本申请的各方面提供了由隔离层分隔开的对齐的垂直堆叠的交错线圈对。在图示的例子中，线圈102、104分别具有2匝。然而，本申请在这方面不受限制。每个线圈102和104可以具有任意数量的匝数，例如2、3、3.5、4或更多。而且，线圈102和线圈104可以具有不同数量的匝数，例如对于线圈102为2匝，对于线圈104为2.5匝。其他配置是可能的。
在图1a所示的示例中，第二对交错线圈103的线圈106和108具有与第一对交错线圈101的线圈102和104相同的匝数。然而，本申请在这方面不受限制。第二对交错线圈可以具有不同于第一对交错线圈的圈数。第一对交错线圈的匝数与第二对交错线圈的匝数之比可根据预期的应用来设计。
图1d是堆叠交错线圈100的等效电路。端子a、b、c和d用点标记，表示从端子a到端子a*、从端子b到端子b*、从端子c到端子c*、从端子d到端子d*的电流。因此，可以在每对交错线圈以及顶部和底部对之间建立互感。
图1e是示出根据一些非限制性实施例的堆叠交错线圈100的操作的示例的流程图。操作堆叠的交错线圈100的方法150可以包括在阶段152从端子a通过端子a*然后从端子b到端子b*将信号施加到交错线圈对101的一对。施加的信号可以是任何合适频率和幅度的时变(例如，交流(ac))信号。在某些情况下，信号可能是一个携带信息的数据信号。作为将信号施加到一对交错线圈101的结果，可以在该方法的阶段154处产生变化的磁场b。相应的磁通量可以通过第二对交错线圈103。因此，在阶段156，可以在端子c至端子c*之间，然后在端子d至端子d*之间的一对交错线圈103中感应出信号。然而，方法150代表堆叠交错线圈100的非限制性操作方式。
本申请的另一方面提供呈现s形构造的微制造的交错线圈的堆叠对，其也可被称为堆叠的ss线圈。图2a示意性地示出了根据一些非限制性实施例的一对微制造的交错线圈201。交错线圈对201可以包括与第二s线圈204交错的第一s线圈202。从终端a开始的第一s线圈202可以包括终端a*处的顺时针线圈部分202a和逆时针线圈部分202b。从端子b开始的第二s线圈204可以包括在终端b*处终止的顺时针线圈部分204a和逆时针线圈部分204b。s线圈的两侧的匝数可能不同，因为可以根据匝数来实现各种替代方案。在图示的例子中，202a和204b具有2匝，202b和204a具有1.5匝。然而，这些是非限制性的例子。
图2a中所示的ss线圈的形状是非限制性的。在图示中，s个线圈202和204具有螺旋形状。或者，s个线圈可以具有矩形形状。其他形状也是可能的，而仍然是s线圈。
图2b是图2a的交错的ss线圈的等效电路。端子a和b标有点，表示从端子a流向端子a*、从端子b流向端子b*的电流。结果，可以在线圈部分202a和204a之间以及线圈部分202b和204b之间建立互感。
图2c示意性地示出了根据一些非限制性实施例的包括一对交错s线圈205的ss线圈的替代布局。图2d是ss线圈205的等效电路。ss线圈205可以包括与第二s线圈208交错的第一s线圈206。从终端a开始的第一s线圈206可以包括在终端a*处终止的顺时针线圈部分206a和逆时针线圈部分206b。从端子b开始的第二s线圈208可以包括在终端b*处终止的顺时针线圈部分208a和逆时针线圈部分208b。图2a的ss线圈205与ss线圈201的不同之处在于ss线圈205在ss线圈205的两侧具有相同数量的匝数，而如上结合图2a所述，ss线圈201具有不等数量的匝数。在图2c的非限制性示例中，线圈部分206a、206b、208a和208b各自具有1.75匝。
这里描述的类型的ss线圈可以以任何合适的方式在物理上实施。如前所述，这里描述的线圈可以是微制造的，因此可以形成在合适的基板上，例如半导体基板。图2e是根据一些非限制性实施例的具有合适的键合焊盘布置的与图2a的ss线圈201一致的ss线圈211的布局图。ss线圈211可以包括ss线圈201，ss线圈201的端子可以通过通孔216互连到迹线212，然后连接焊盘230。交错s线圈202和204可以由金属化层220m形成，可以键合焊盘230。迹线212可以由与金属化层220m的平面不同但基本上平行的平面上的金属化层212m形成。金属化层212m和220m可以被隔离层隔开，使得线圈202和204的端子可以连接到相应的接合焊盘而不会被电短路。金属化层220m可以是前面关于金属化层120m所描述的类型。金属化层212m可以是前面关于金属化层112描述的类型。用于端子a、a*、b和b*的接合焊盘可以在ss线圈201的一侧上排成一行。
图2f是根据一些非限制性实施例的具有合适的键合焊盘布置的与图2c的ss线圈205一致的ss线圈213的布局图。图2f的结构与图2e的结构之间的差别与图2c的ss线圈205与图2a的ss线圈201之间的前述差别基本相同。
图2g是根据一些非限制性实施例的具有合适的接合焊盘布置的ss线圈215的另一替代方案的布局图。ss线圈215可以包括ss线圈209，ss线圈209的端子可以通过通孔216互连到迹线212，然后连接焊盘230。ss线圈209可以包括与第二s线圈220交错的第一s线圈218。从端子a开始的s线圈218可以包括在终端a*处终止的顺时针线圈部分和逆时针线圈部分。从端子b开始的第二s线圈220可以包括顺时针线圈部分和终止于端子b*的逆时针线圈部分。用于端子a和b的接合焊盘可以在ss线圈209的第一侧上的第一行中对齐。用于端子a*和b*的接合焊盘可以在ss线圈209的与第一侧相对的第二侧上的第二线中对齐。
图2h示意性地示出了可以实现ss线圈201的电路250的示例。即，根据一些非限制性实施例，图2h示出了其中ss线圈201由交叉耦合的nmos晶体管252a和252b驱动的电路250。该电路还包括电流源i1。电源电压vdd施加在连接a*和b的节点上。
图2i示意性地示出了用于驱动ss线圈201的替代电路260。在该非限制性示例中，根据一些非限制性实施例，ss线圈201由交叉耦合的pmos晶体管262a和262b驱动。可以在端子a*和端子b之间形成中心抽头，使得线圈202和线圈204串联连接。a*和b之间的这个节点可以如图所示电接地。
根据本申请的一些方面，两个ss线圈相对于彼此堆叠，并且被绝缘结构分开。图3a示出了堆叠的ss线圈300的形式的示例。堆叠的ss线圈300可以包括由隔离层310隔开的顶部ss线圈301和底部ss线圈303(参见图3b)以提供电隔离。为了简化图示，隔离层310未在图3a中示出，但是可以是前面关于隔离层110描述的类型。顶部ss线圈301可以包括与第二s线圈304交错的第一s线圈302。从端子a开始的s线圈302可以包括在终端a*处终止的顺时针线圈部分302a和逆时针线圈部分302b。在端子b处开始的s线圈304可以包括在终端b*处终止的顺时针线圈部分304a和逆时针线圈部分304b。底部ss线圈303可以包括与第四s线圈308交错的第三s线圈306。在c端开始的s线圈306可以包括终止于c*端的顺时针线圈部分306a和逆时针线圈部分306b。在端子d处开始的s线圈308可以包括终端d*处的顺时针线圈部分308a和逆时针线圈部分308b。在一些实施方案中，底部ss线圈303可以与顶部ss线圈301基本相同，尽管替代方案也是可能的。根据预期的应用，可以设计顶部ss线圈的匝数与底部ss线圈的匝数之比。例如，该比率可以在0.01至10的范围内，例如在0.5至5之间，或在0.8至2之间。
堆叠的ss线圈300可以形成在半导体基板314中，部分地或在半导体基板314上。顶部ss线圈301可以使用标准集成制造工艺的隔离层318中的第一单独金属化层318m形成。底部ss线圈303可以使用标准集成制造工艺的隔离层320中的第二金属化层320m形成。金属化层318m和320m可以基本平行于基板314的表面。隔离层318和320可以通过隔离层310(例如前面结合隔离层110描述的类型)隔开。金属化层120m可以通过通孔316互连到第三金属化层312。
图3b是根据非限制性实施例的堆叠的ss线圈300的等效电路。端子a、b、c和d用点标记，表示从端子a到端子a*、从端子b到端子b*、从端子c到端子c*、从端子d到端子d*的电流。结果，可以在每个ss线圈的同一侧上的线圈部分之间以及顶部和底部ss线圈之间建立互感。
图4示出了根据一些非限制性实施例的制造在此描述的微制造的堆叠交错线圈的方法。方法400可以开始于阶段402，其中可以制造第一对交错线圈。交错线圈可以是本文所述的任何类型，包括在至少一些实施例中是交错s线圈。在一些实施例中，第一对交错线圈可以制造在半导体基板上的介电层中。
在阶段404，可以在第一对交错线圈上形成隔离层。例如，可以形成隔离层110或310。如前所述，隔离层在一些实施例中可以具有多层结构，并且可以由任何合适的材料形成以提供电隔离。
进行到阶段406，可以在隔离层上形成第二对交错线圈。第二对交错线圈可以是这里描述的任何类型。在至少一些实施例中，阶段406涉及将第二对交错线圈与先前形成的第一对交错线圈对齐。
图5图示了根据一些非限制性实施例的采用在此描述的微制造的堆叠交错线圈的电路。该电路可以是包括在基板502上形成的发射器504的隔离器500，由微制造的堆叠的交错线圈形成的变压器包括第一对交错线圈506a和第二对交错线圈506b基板508以及接收器510。基板502上的接合焊盘514a和514b的引线512a和512b将驱动器输出连接到变压器的初级绕组(第一对交错线圈506a)。在图示的例子中，主(驱动)线圈是第一对交错线圈506a，副(接收)线圈是第二对交错线圈506b。然而，本申请不限于这种配置。例如，初级和次级线圈可以颠倒，发射器可以在基板508上，而接收器可以在基板502上。在一些实施方案中，基板502和508可以是单个基板。导线512a和512b可以通过通孔连接的金属化层来形成。
本文所述类型的交错线圈可以以各种设置来实现。如上所述，本申请的一些方面在电隔离器中采用交错线圈。电隔离器依次可用于各种场合，包括汽车或其他车辆，如船只或飞机。图6示出了根据一些非限制性实施例的包括图5的电路500的系统。电路500可以设置在汽车600的任何合适的位置。电路500可以被配置为在保持电流隔离的同时在汽车600的在不同电压域中操作的电路之间传输数据和/或功率信号。虽然图6图示了一个示例，但是本申请的各个方面的其他用途是可能的。
在一些实施方案中，术语“大致”、“大体上”和“大约”在一些实施方案中可以用于表示在目标值的±20％以内，在一些实施方案中可以用于表示在目标值的±5％的范围内，在一些实施方案中可以用于表示在目标值的±2％以内。