用于高频电流隔离器的电容耦合谐振器的制作方法

1.本技术涉及在电路之间提供电流隔离的电流隔离器。


背景技术：

2.隔离器在相互通信的电路之间提供电隔离。在一些情况下，彼此通信的电路在不同的电压下工作，例如一个在相对高的电压下，另一个在较低的电压下。在某些情况下，电路参考不同的接地电位。隔离器可用于在上述任一情况下对电路进行电气隔离。串联连接多个隔离器可能会增加电路之间的隔离度。


技术实现要素：

3.提供了用于在配置为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以高带宽、高传输效率、高隔离额定值和小基板占地面积在高频下工作的谐振器。在一些实施例中，隔离器可以在不小于30ghz、不小于60ghz或在20ghz和200ghz之间的频率下操作，包括在该范围内的任何值或值范围。隔离器可以包括彼此电隔离并电容耦合的隔离器部件。隔离器部件的尺寸和形状可以被配置为控制隔离器的等效电感和电容的值，以便于操作中的谐振。隔离器与不同的制造工艺兼容，包括例如微制造和pcb制造工艺。
4.一些实施例涉及集成隔离器装置。集成隔离器装置可包括：基板；在所述基板上的绝缘层；第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板；和第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板。所述第一导电板和所述第三导电板可位于第一金属化层中并且通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离，使得所述集成隔离器装置能够在20ghz和200ghz之间的频率下操作。
5.在一些实施例中，所述第二导电板和所述第四导电板可位于通过所述绝缘层与所述第一金属化层分离的第二金属化层中。所述第二导电板和所述第四导电板可通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离。
6.在一些实施例中，集成隔离器装置可包括：第一对迹线，包括从所述第一导电板延伸的第一迹线和从所述第三导电板延伸的第二迹线；和第二对迹线，包括从所述第二导电板延伸的第三迹线和从所述第四导电板延伸的第四迹线。所述第一对迹线和所述第二对迹线被成形和定尺寸以提供电容和电感，使得包括所述第一导电板、所述第三导电板和所述第一对迹线的第一隔离器部件与包括所述第二传导板、所述第四导电板和所述第二对迹线的第二隔离器部件谐振操作。
7.在一些实施例中，所述第一对迹线和所述第二对迹线可以是旋转对称的。
8.在一些实施例中，所述第一导电板的长度尺寸可以在200μm和800μm之间,并且宽度的大小使得导电板的长度与宽度之比在1.5和3.5之间。
9.在一些实施例中，所述第一对迹线中的第一迹线和第二迹线可以通过第二间隙彼此分离，第二间隙的尺寸被设定为小于所述第一导电板和所述第三导体板之间的所述第一
间隙。
10.在一些实施例中，所述第一对导电板和所述第二对导电板的尺寸可以被设定为使得所述集成隔离器装置具有50欧姆至150欧姆之间的值的特性阻抗。
11.在一些实施例中，所述绝缘层可包括第一材料的第一绝缘层和第二材料的第二绝缘层，所述第二材料不同于所述第一材料并堆叠在所述第一绝缘层的顶部。
12.在一些实施例中，所述绝缘层的厚度值可以在20μm和150μm之间。
13.在一些实施例中，所述第一导电板的宽度和长度可以被配置为具有0.005mm2和0.05mm2之间值的乘积。
14.一些实施例涉及集成隔离器装置。集成隔离器装置可包括：基板；在所述基板上的绝缘层；第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板；第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板；第三对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第五导电板和第六导电板；第四对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第七导电板和第八导电板；第一迹线，在所述第一导电板和所述第五导电板之间延伸并电耦合；和第二迹线，在所述第三导电板和所述第七导电板之间延伸并电耦合。所述第一导电板和所述第三导电板可位于第一金属化层中并且通过具有第一值的第一间隙彼此分离。所述第一迹线和所述第二迹线可通过具有第二值的第二间隙彼此分离。所述第二值可小于所述第一值。所述第二导电板和所述第四导电板可以被配置为接收输入信号。所述第六导电板和所述第八导电板可以被配置为提供输出信号。
15.在一些实施例中，所述第五导电板和所述第七导电板可位于所述第一金属化层中。所述第二导电板、所述第四导电板、所述第六导电板和所述第八导电板可位于通过所述绝缘层与所述第一金属化层分离的第二金属化层中。
16.在一些实施例中，集成隔离器装置可包括第一对迹线，包括从所述第二导电板延伸的第三迹线和从所述第四导电板延伸的第四迹线。所述第三迹线和所述第四迹线可通过具有第二值的第三间隙分离。
17.在一些实施例中，集成隔离器装置可包括第二对迹线，包括从所述第六导电板延伸的第五迹线和从所述第八导电板延伸的第六迹线。所述第一对迹线和所述第二对迹线可以是旋转对称的。
18.在一些实施例中，所述第一迹线和所述第二迹线是对称的。
19.在一些实施例中，所述第一导电板的长度尺寸可以在200μm和800μm之间。
20.一些实施例涉及一种系统。该系统可包括集成隔离器装置，可包括：绝缘层，第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板，和第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板。该系统可包括：发射器，耦合到包括所述第一导电板和所述第三导电板的第一隔离器部件，并且被配置为在第一电压域中操作；和接收器，耦合到包括所述第二导电板和所述第四导电板的第二隔离器部件，并且被配置为在不同于所述第一电压域的第二电压域中操作。所述第一导电板和所述第三导电板位于第一金属化层中并且通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离。
21.在一些实施例中，所述第一电压域和所述第二电压域之间的电压差的值在100v和2kv之间。
22.在一些实施例中，该系统可包括基板。所述集成隔离器装置、发射器和接收器可位
于所述基板上，并通过一个或多个再分配层耦合。
23.在一些实施例中，该系统可包括印刷电路板，包括所述第一金属化层和所述第二金属化层。所述集成隔离器装置的第二对导电板可位于所述印刷电路板的第二金属化层中。
24.这些技术可以单独使用或以任何合适的组合使用。上述概述是通过说明的方式提供的，并不意在限制。
附图说明
25.附图并非按比例绘制。在附图中，各个图中所示的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为清晰起见，并非每个附图中都会标记每个部件。在附图中：
26.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。
27.图2是根据一些实施例的集成隔离器装置的示意性透视图。
28.图3a是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置的导电板的示意图。
29.图3b是根据一些实施例的图3a的导电板的电容器模型的示意图。
30.图3c是根据一些实施例的图3a的导电板的等效电路的示意图。
31.图4是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置的示意图，其中标记了迹线的尺寸。
32.图5a是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置在第一操作模式下的有效配置的电路示意图。
33.图5b是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置在第二操作模式下的有效配置的电路示意图。
34.图5c是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置在第三操作模式下的有效配置的示意图。
35.图5d是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置在第四操作模式下的有效配置的示意图。
36.图6是根据一些实施例的图2的集成隔离器装置的模拟阻抗-频率结果的示意图。
37.图7a是根据一些实施例的具有背靠背配置的集成隔离器装置的示意性透视图。
38.图7b是根据一些实施例的图7a的集成隔离器装置在标记为7b的平面上的横截面图。
39.图8是根据一些实施例的包括集成隔离器装置的系统的截面图。
40.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。
41.图9b是根据一些实施例的图9a的系统沿着标记为9b的线的截面图。
42.图10是示出根据一些实施例的结合集成隔离器装置的便携式电子设备的示意图。
具体实施方式
43.本文描述了能够以高带宽、高传输效率、高隔离等级和小基板占地面积在高频下工作的隔离器。在一些实施例中，隔离器可以在不小于20ghz、不小于60ghz或在20ghz和200ghz之间的频率下操作，包括在该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，隔离器可以具有不小于5ghz、5ghz和100ghz之间或5ghz和180ghz之间的带宽，包括该范围内的任何
值或值范围。在一些实施例中，隔离器可以具有介于10％和90％之间的传输效率，包括该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，隔离器可以具有100v和2kv之间的隔离额定值，包括该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，隔离器可以具有在(100um)2和(1cm)2之间的基板足迹，包括该范围内的任何值或值范围。发明人已经认识到并认识到，传统的隔离器不能以如此高的带宽在如此高的频率下工作，同时提供足够的隔离和高的传输效率。例如，具有紧密间隔和磁耦合电感器的隔离器表现出高的传输效率(如果电感器紧密间隔)但隔离等级差，或者反之亦然，如果电感器间隔相对较大的距离。
44.本技术的各方面提供了用于高频操作的隔离器装置和方法，其具有高带宽、高传输效率、高隔离等级和小基板占地面积。根据一些实施例的隔离器包括被调谐成在彼此相同的谐振频率下操作的隔离器部件，使得隔离器部件可以被隔开更大的距离，从而提供高隔离等级，同时在高频下保持高传输效率。在一些实施例中，隔离器部件可以被调谐为具有期望的特性阻抗，使得隔离器可以以高带宽在高频下工作。本发明人已经认识到并认识到，较高的阻抗值可能会由于寄生电容而导致带宽损失，而较低的阻抗值会导致驱动电路的额外功耗。在一些实施例中，期望的特性阻抗可以在50ω和150ω之间，包括在该范围内的任何值或值的范围。
45.在一些实施例中，隔离器的隔离器部件可以包括彼此电隔离并电容耦合的导电板。在一些实施例中，导电板可以被配置为提供隔离器部件的期望的等效电容和电感，以便于操作中的谐振。在一些实施例中，迹线可以向隔离器部件引入除了导电板的电容和电感之外的电容和感应，使得隔离器部件以期望的谐振频率工作。在一些实施例中，导电板可以被配置为使得考虑到迹线的电容和电感，隔离器部件的等效电容和电感具有期望值，以不仅提供隔离器部件的期望谐振频率，而且还提供隔离器在高带宽的高频下操作的期望特性阻抗。
46.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，以在不同电压域下操作的电路之间提供电流隔离。隔离器还可以被配置为承受例如在10kv至20kv范围内的电浪涌事件。
47.图1描绘了根据一些实施例的包括集成隔离器装置102的这样的系统100。集成隔离器装置102可以在发射器104和接收器106之间提供电流隔离，其可以在对应于例如不同电源电压和/或不同参考电压的不同电压域下操作。
48.发射器104可以接收各种格式的信号，包括例如具有开关键控(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提供给驱动器/混频器108。驱动器/混频器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)来调谐接收信号的频率。发射器104可以包括匹配网络(mn)112，被配置为将发射器104的输出阻抗与集成隔离器装置102的输入阻抗匹配。匹配网络112可以被配置为考虑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射器104的第一隔离器部件102a的合理质量因数(q)，以产生平坦通带，这可以减少抖动。
49.集成隔离器装置102可以包括耦合到发射器104的第一隔离器部件102a和耦合到接收器106的第二隔离器部件102b。第一隔离器部件102a和第二隔离器部件102b可以彼此
电隔离并电感耦合。第一隔离器部件102a和第二隔离器部件102b可以被定位成至少部分地彼此重叠，使得隔离器部件彼此电容耦合。第一隔离器部件102a和第二隔离器部件102b可以被配置为具有谐振频率和特性阻抗，该谐振频率可以使隔离器能够以高传输效率在高频下操作，该特性阻抗可以使隔离器以高带宽在高频下操作。
50.接收器106可以通过第二隔离器部件102b接收信号。接收器106可以包括匹配网络(mn)116，被配置为将集成隔离器装置102的输出阻抗与低噪声放大器(lna)118的输入阻抗匹配。匹配网络116还可以被配置为考虑寄生效应。匹配网络116可以被配置为提供耦合到接收器106的第二隔离器部件102b的合理q因子。lna 118可以是耦合到解调器120的ac。接收器106可以通过输出缓冲器122输出数据。
51.在一些实施例中，集成隔离器装置可包括垂直堆叠的隔离器部件。图2描绘了根据一些实施例的集成隔离器装置200，具有垂直堆叠在基板204上的第一隔离器部件214a和第二隔离器部件214b。第一隔离器部件214a可以耦合到在第一电压域操作的第一电路(例如发射器104)。第二隔离器部件214b可以耦合到在第二电压域操作的第二电路(例如接收器106)。第一隔离器部件214a和第二隔离器部件214b可以彼此电隔离距离d。可以选择距离d，使得第一和第二隔离部件之间的传输效率足够有效，例如在集成隔离器装置200的工作带宽上不超过3db的损耗。还可以选择距离d，使得集成隔离器装置200能够承受高电压差和浪涌事件。
52.第一隔离器部件214a可以包括第一导电板202a、第三导电板202c以及包括第一迹线204a和第二迹线204b的一对迹线。第二隔离器部件214b可以包括第二导电板202b、第四导电板202d以及包括第三迹线204c和第四迹线204d的一对迹线。第一隔离器部件214a的第一导电板202a和第二隔离器部件214b的第二导电板202b可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第一隔离器部件214a的第三导电板202c和第二隔离器部件214b的第四导电板202d可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第一迹线204a、第二迹线204b、第三迹线204c和第四迹线204d可以分别从第一导电板202a、第三导电板202c、第二导电板202b和第四导电板202d延伸。第一隔离器部件214a的第一迹线204a和第二迹线204b可以不与第二隔离器部件214b重叠。第二隔离器部件214b的第三迹线204c和第四迹线204d可以不与第一隔离器部件214a重叠。
53.发明人已经认识到并认识到，导电板可以被配置为使得隔离器部件的等效电容和电感具有期望值，以不仅为隔离器部件提供期望的谐振频率，而且为隔离器提供期望的特性阻抗。图3a示出了集成隔离器装置200的导电板202a-202d。如图所示，每个导电板可以具有长度l和宽度w。第一隔离器部件214a的第一导电板202a和第三导电板202c可以通过值g的间隙分隔开。类似地，第二隔离器部件214b的第二导电板202b和第四导电板202d可以通过值g的间隙分隔。每个导电板可产生内部电感l，其可与下式成比例：其中μ可以表示导电板周围材料的渗透性。尽管在所示示例中导电板是矩形的，但本领域普通技术人员将理解，导电板可以具有任何合适的形状，例如圆形或不规则形状，并且可以在形状中识别相应的长度和宽度。
54.图3b示出了导电板202a-202d的电容器模型。如图所示，第一导电板202a和第二导
电板202b之间的电容耦合可导致平行板电容cp，其可与下式成比例：其中ε可以表示电绝缘导电板的材料的介电常数。类似地，第三导电板202c和第四导电板202d之间的电容耦合可导致平行板电容cp。第一导电板202a和第四导体板202d间的电容耦合可以导致对角耦合电容cd，其可与下式成比例：其中ε可以表示电绝缘导电板的材料的介电常数。类似地，第三导电板202c和第二导电板202b之间的电容耦合可导致对角耦合电容cd。第一导电板202a和第三导电板202c之间的电容性耦合可导致侧耦合电容cs，其可与下式成比例：其中ε可以表示电绝缘导电板的材料的介电常数。类似地，第二导电板202b和第四导电板202d之间的电容耦合可导致侧耦合电容cs。
55.图3c示出了导电板202a-202d的等效电路，其将图3b的电容器模型简化为两端口模型。在双端口模型中，c可以表示隔离器部件的内部自电容，其计算如下：
[0056][0057]cm
可以表示隔离器部件之间的等效互电容，其可以如下计算：
[0058]
因此，可以使用以下关系来计算电路的特性阻抗ze：
[0059][0060]
本发明人已经认识到并认识到期望特性阻抗ze可以被配置为在50ω至150ω使得隔离器可以在高频下工作。
[0061]
导电板可以在第一频率ω1和第二频率ω2之间的串联操作模式下操作，第一频率ω1可与成比例，第二频率ω2可与成比例。因此，中心频率可与成比例，带宽可与成比例。
[0062]
发明人已经认识到并认识到，从导电板延伸的迹线可以与导电板一起配置，使得隔离器部件的等效电容和电感具有期望值，用于不仅提供隔离器部件的期望谐振频率，而且为隔离器提供期望的特性阻抗，以在高频高带宽下操作。图4是根据一些实施例的集成隔离器装置200的示意图，其中标记了迹线204a-204d的尺寸。
[0063]
迹线可以具有宽度w0并延伸长度l0。迹线可以具有一个或多个部分。如图所示，迹线可以具有三个部分402a、402b和402c，分别延伸长度l1、l2和l3。因此，迹线的长度l0可以是部分402a、402b和402c的长度l1、l2和l3的总和。在所示示例中，第一部分402c可以基本上平行于第三部分402c并且基本上垂直于第二部分402b。应当理解，本公开不应局限于此方面，并且迹线的部分可以是任何合适的关系。尽管在所示示例中迹线具有三个部分，但是应当理解，迹线可以包括任何适当数量的部分，包括例如两个或四个。在一些实施例中，迹线可以包括一个或多个弯曲部分。
[0064]
同一隔离器部件中的一对迹线可以通过值g0的间隙分开。如图所示，隔离器部件中一对的两个迹线可以是对称的。第一隔离器部件214a的第一对迹线和第一隔离器部件
214b的第二对迹线可以是旋转对称的。应当理解，相同隔离器和/或不同隔离器部件中的迹线可以类似地或不同地成形。每个迹线可产生内部电感l0，其可与以下成比例：其中μ可以表示迹线周围材料的渗透性。
[0065]
因此，隔离器部件的内部电感l
′
可以是迹线的内部电感l0和相应导电板的内部电感l的总和。同一隔离器部件中的一对迹线可导致内部自电容c0，其可与以下成比例：其中ε可以表示分隔该对的两个迹线的材料的介电常数。
[0066]
迹线的内部自电容c0可以被配置为使得隔离器装置能够具有宽带宽。图5a-5b是在第一频率ω1和第二频率ω2之间的串联操作模式下的集成隔离器装置200的有效配置的电路示意图，第一频率ω1可与成比例，第二频率ω2可与成比例。在串联操作模式下操作的隔离器装置可以具有带宽bw1，其可以等于ω
2-ω1。图5c-5d是在第三频率ω3和第四频率ω4之间的串联操作模式下的集成隔离器装置200的有效配置的电路示意图，第三频率ω3可与成比例，第四频率ω4可与成比例。在串联操作模式下操作的隔离器装置可以具有带宽bw2，其可以等于ω
4-ω3。图6示出了根据一些实施例的集成隔离器装置200的模拟阻抗-频率结果。
[0067]
本发明人已经认识到并意识到，隔离器部件可以被配置为具有宽带宽bw，其可以是bw1和bw2的总和。在一些实施例中，隔离器部件中的两个迹线之间的间隙的值g0可以被配置为小于隔离器部件中两个导电板之间的间隙值g，使得迹线的内部自电容c0可以显现。
[0068]
因此，隔离器部件可被配置为使隔离器装置以高带宽、高传输效率、高隔离等级和小基板覆盖面积在高频下工作。在一些实施例中，导电板的长度l和宽度w可以是100微米的尺度。在一些实施例中，导电板的长度可以在200μm和800μm之间，包括该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，导电板的长度l与宽度w的比率可以在1.5和3.5之间，包括在该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，导电板的长度l与宽度w可以被配置为具有0.005mm2和0.05mm2之间的值的乘积。在一些实施例中，隔离器部件中两个导电板之间的间隙的值g可以在10μm和80μm之间，包括在该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，两个隔离器部件之间的距离d可以在20μm至500μm的范围内，在20μm-300μm的范围内，或在20μm至150μm的，包括这些范围内的任何值或值范围。
[0069]
在一些实施例中，集成隔离器装置可以具有背靠背配置。在一些实施例中，具有背靠背配置的集成隔离器设备可以包括耦合到在第一电压域操作的第一电路的第一隔离器部件和耦合到在第二电压域操作第二电路的第二隔离器部件。第一隔离器部件和第二隔离器部件可以彼此电隔离。第一隔离器部件和第二隔离器部件可以通过多个隔离器元件(例如，至少两个隔离机部件)电容耦合，以实现更高的绝缘额定值，并具有至少两个隔离器部件的累积绝缘性能。集成隔离器装置的隔离器部件可以被配置为具有相同的谐振频率，使得通过多个隔离器部件的能量继电器可以保持高的传输效率，例如，在大的工作带宽上小于3db的损耗。图7a-7b描绘了根据一些实施例的具有背靠背配置的集成隔离器装置。
[0070]
图7a描绘了集成隔离器装置600，其可包括耦合到在第一电压域操作的第一电路(例如，发射器104)的第一隔离器部件614a。集成隔离器装置600可包括耦合到在第二电压
域操作的第二电路(例如，接收器106)的第二隔离器部件614b。第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b可以彼此电隔离并电容耦合。
[0071]
第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b可以通过第三隔离器部件614c和第四隔离器部件614d彼此电容耦合。第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b可以设置在基板上的第一平面中。第三隔离器部件614c和第四隔离器部件614d可以设置在基板上的第二平面中。第三隔离器部件614c和第四隔离器部件614d可以与第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b电隔离。
[0072]
第一隔离器部件614a可以包括第二导电板602b、第四导电板602d以及包括第三迹线604c和第四迹线604d的一对迹线。第二隔离器部件614b可以包括第六导电板602f、第八导电板602h以及包括第五迹线604e和第六迹线604f的一对迹线。第三迹线604c、第四迹线604d、第五迹线604e和第六迹线604f可以分别从第二导电板602b、第四导电板602d、第六导电板602f和第八导电板602h延伸。
[0073]
第三隔离器部件614c可以包括第一导电板602a和第三导电板602c。第四隔离器部件614d可以包括第五导电板602e和第七导电板602g。第一迹线604a可以在第一导电板602a和第五导电板602e之间延伸并电耦合。第二迹线604b可以在第三导电板602c和第七导电板602g之间延伸并电耦合。
[0074]
第一隔离器部件614a的第二导电板602b和第三隔离器部件614c的第一导电板602a可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第一隔离器部件614a的第四导电板602d和第三隔离器部件614c的第三导电板602c可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第一隔离器部件614a的第三迹线604c和第四迹线604d可以不与第三隔离器部件614c重叠。
[0075]
第二隔离器部件614b的第六导电板602f和第四隔离器部件614d的第五导电板602e可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第二隔离器部件614b的第八导电板602h和第四隔离器部件614d的第七导电板602g可以通过例如彼此垂直对齐而彼此电容耦合。第二隔离器部件614b的第五迹线604e和第六迹线604f可以不与第四隔离器部件614d重叠。第一迹线604a和第二迹线604b可以不与第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b重叠。
[0076]
类似于隔离器装置200，隔离器装置600的隔离器部件可被配置为使隔离器装置600以高带宽、高传输效率、高隔离等级和小基板占地面积在高频下操作。在一些实施例中，隔离器部件中的两个导电板可以通过值g1的间隙分开。在一些实施例中，隔离器部件中的两个导电板之间的间隙的值g1可以在10μm和80μm之间,包括该范围内的任何值或值范围。在一些实施例中，第一迹线604a和第二迹线604b可以由值g2的间隙分开，该值g2可以被配置为小于隔离器部件中的两个导电板之间的间隙的值g1。
[0077]
尽管在图7a所示的示例中，第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b通过两个隔离器部件彼此电容耦合，但是应该认识到，第一隔离器部件614a和第二隔离器部件614b可以通过两个以上的隔离器部件彼此电容耦合，例如以实现例如更高的隔离额定值，并具有增加数量的隔离者部件的累积隔离性能。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，第一平面可以位于第二平面下方。尽管如图所示，集成隔离器装置600包括制造在单个基板上的隔离器部件，但是应当理解，集成隔离器装置600可以包括制造在不同基板上并通过例如接合技术耦合在一起的隔离器部件。例如，第一隔离器部件614a和第三隔离器部件614c可以在一个基板上制造，并且第二隔离器部件614b和第
四隔离器部件614d可以在另一基板上制造。第三和第四隔离器部件614c和614d可以通过接合线电短路在一起。
[0078]
图7b描绘了根据一些实施例的集成隔离器装置700在图7a中标记为7b的平面上的横截面图。集成隔离器装置700可以制造在基板720上，并通过绝缘层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)。第五导电板602e可以位于第一金属化层742中并被绝缘层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可以位于第一金属化层742中，并且被配置为提供对第四隔离器部件的访问。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)。第六导电元件602f可以位于第二金属化层744中并被绝缘层730覆盖。一个或多个焊盘734可以位于第二金属化层744中，并且被配置为提供对第二隔离器部件的访问。第二金属化层744可以由与第一金属化层742相似或不同的合适材料形成。第二金属化层744可以具有合适的厚度，其可以与第一金属化层742相似或不同。第二和第四隔离器部件714b和714d可以通过一个或多个感应层彼此隔离。在所示示例中，第五导电板602e和第六导电板602f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，例如在20μm和500μm之间(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，这些示例不是限制性的。
[0079]
本文所述的集成隔离器器件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，本文所述的感应回路能够使用各种制造工艺，因为本文所述感应回路比传统隔离器(例如，螺旋电感器)更简单，因此可以利用诸如具有粗略设计规则的pcb工艺的技术来制造。图8描绘了根据一些实施例的使用再分配层(rdl)工艺制造的隔离器系统800。图9a-9b描绘了根据一些实施例的在封装工艺中使用器件制造的隔离器系统900。
[0080]
图8描绘了根据一些实施例的隔离器系统800的截面图。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操作的第一电路(例如，发射器104)。第三管芯806可以包括在第二电压域操作的第二电路(例如，接收器106)。管芯可以通过绝缘层808彼此隔离，并通过再分配层812彼此耦合。绝缘层808可以由合适的材料例如层压材料形成。再分布层812可以由诸如金的适当材料形成。再分布层812的至少一部分可以被绝缘层816(例如聚酰亚胺)覆盖。一个或多个焊盘818可以位于再分布层812中。
[0081]
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沿着图9a中标记为9b的线的系统900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部件902a，以及形成在pcb第二金属化层并与第一隔离器部件902a电隔离的第二隔离器部件902b。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操作的第一电路(例如发射器104)。第二管芯906可以包括在第二电压域操作的第二电路(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/或一个或多个pcb金属化层耦合到集成隔离器器件902。第一管芯904和第二管芯906可以被模制层908覆盖，该模制层由诸如聚酰亚胺
的合适材料形成。
[0082]
本文所述类型的集成隔离器装置可用于各种装置和设置中。例如，集成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集成隔离器系统在便携式电子设备设置中的非限制性应用的示意图。集成隔离器系统1000可用于便携式电子设备1001中，以在高操作频率下以高传输效率和高隔离额定值通过隔离屏障传输功率。便携式电子设备1001可以是智能手机、个人数字助理(pda)、平板电脑或其他便携式设备。其他此类装置可使用本文所述类型的集成隔离器系统。
[0083]
虽然图10示出了结合本技术的方面的便携式电子设备1001的示例，但其他用途也是可能的。例如，一个或多个集成隔离器系统1000可用于汽车或医疗器械中。可以实施本技术的各种实施例以在高操作频率下提供高传输效率和高隔离等级。
[0084]
已经将各种实施例描述为提供具有绝缘材料的隔离器，其可以具有不同的介电常数值。材料的比介电常数值不是限制性的，因为可以使用具有相对较高和较低介电常数的各种材料。然而，现在提供了非限制性示例。可以在感应回路的电弧周围使用的高介电常数介电材料的非限制性实例，例如绝缘层724和730，包括氮化硅(sin)、氧化铝(al2o3)、五氧化二钽(ta2o5)、钛酸锶(srtio3)、铁酸铋(bifeo3)、二氧化硅(sio2)和钛酸锶钡(bst)。
[0085]
可用于本文所述介电区域的实施例中的低介电常数介电材料的非限制性示例，例如低介电率介电区域726和728，包括聚酰亚胺。
[0086]
在本文所述的集成隔离器装置的实施例中，可用于形成隔离器部件(例如，电感回路、电容器、迹线)的导电材料的实例包括金和铜，或任何其他合适的导电材料。
[0087]
可用于本文所述集成隔离器装置的实施例中的基板材料的实例，例如基板204和720，包括硅、石英和层压材料。在一些实施例中，集成隔离器装置的基板可以是绝缘基板。
[0088]
本文所述的集成隔离器装置可用于各种应用(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实现。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隔离。例如，正在执行手术的房间中的一件医学成像设备和/或监视器可以与控制成像设备和或显示器的操作的系统隔离。隔离器可以是本文描述的任何类型的集成隔离器装置和/或系统，并且隔离信号路径可以是模拟或数字的。
[0089]
作为另一示例，工业设备可以与控制设备的控制系统隔离。例如，高瓦数电机可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。控制系统可以比工业设备使用的高瓦数电机低的瓦数运行。隔离器可以设置在电路板上，电路板上包括连接到电机和/或控制设备的各种电路部件。
[0090]
这里描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。
[0091]
术语“近似”和“大约”可用于表示在一些实施例中在目标值的
±
20％以内，在一些实施方案中在目标数值的
±
10％以内，在某些实施方案中是在目标数值
±
5％以内，但在一些实施方式中是在目标数值的
±
2％以内。术语“近似”和“大约”可能包括目标值。

技术特征：
1.一种集成隔离器装置，包括：基板；在所述基板上的绝缘层；第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板；和第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板，其中，所述第一导电板和所述第三导电板位于第一金属化层中并且通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离，使得所述集成隔离器装置能够在20ghz和200ghz之间的频率下操作。2.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，其中：所述第二导电板和所述第四导电板位于通过所述绝缘层与所述第一金属化层分离的第二金属化层中，和所述第二导电板和所述第四导电板通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离。3.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，包括：第一对迹线，包括从所述第一导电板延伸的第一迹线和从所述第三导电板延伸的第二迹线，和第二对迹线，包括从所述第二导电板延伸的第三迹线和从所述第四导电板延伸的第四迹线，其中所述第一对迹线和所述第二对迹线被成形和定尺寸以提供电容和电感，使得包括所述第一导电板、所述第三导电板和所述第一对迹线的第一隔离器部件与包括所述第二传导板、所述第四导电板和所述第二对迹线的第二隔离器部件谐振操作。4.根据权利要求3所述的集成隔离器装置，其中所述第一对迹线和所述第二对迹线是旋转对称的。5.根据权利要求3所述的集成隔离器装置，其中所述第一导电板的长度尺寸在200μm和800μm之间,并且宽度的大小使得导电板的长度与宽度之比在1.5和3.5之间。6.根据权利要求5所述的集成隔离器装置，其中：所述第一对迹线中的第一迹线和第二迹线通过第二间隙彼此分离，第二间隙的尺寸被设定为小于所述第一导电板和所述第三导体板之间的所述第一间隙。7.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，其中所述第一对导电板和所述第二对导电板的尺寸被设定为使得所述集成隔离器装置具有50欧姆至150欧姆之间的值的特性阻抗。8.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，其中所述绝缘层包括第一材料的第一绝缘层和第二材料的第二绝缘层，所述第二材料不同于所述第一材料并堆叠在所述第一绝缘层的顶部。9.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，其中所述绝缘层的厚度值在20μm和150μm之间。10.根据权利要求1所述的集成隔离器装置，其中所述第一导电板的宽度和长度被配置为具有0.005mm2和0.05mm2之间值的乘积。11.一种集成隔离器装置，包括：基板；在所述基板上的绝缘层；
第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板；第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板；第三对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第五导电板和第六导电板；第四对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第七导电板和第八导电板；第一迹线，在所述第一导电板和所述第五导电板之间延伸并电耦合；和第二迹线，在所述第三导电板和所述第七导电板之间延伸并电耦合，其中：所述第一导电板和所述第三导电板位于第一金属化层中并且通过具有第一值的第一间隙彼此分离，所述第一迹线和所述第二迹线通过具有第二值的第二间隙彼此分离，所述第二值小于所述第一值，所述第二导电板和所述第四导电板被配置为接收输入信号，和所述第六导电板和所述第八导电板被配置为提供输出信号。12.根据权利要求11所述的集成隔离器装置，其中：所述第五导电板和所述第七导电板位于所述第一金属化层中，和所述第二导电板、所述第四导电板、所述第六导电板和所述第八导电板位于通过所述绝缘层与所述第一金属化层分离的第二金属化层中。13.根据权利要求11所述的集成隔离器装置，包括：第一对迹线，包括从所述第二导电板延伸的第三迹线和从所述第四导电板延伸的第四迹线，其中所述第三迹线和所述第四迹线通过具有第二值的第三间隙分离。14.根据权利要求13所述的集成隔离器装置，包括：第二对迹线，包括从所述第六导电板延伸的第五迹线和从所述第八导电板延伸的第六迹线，其中所述第一对迹线和所述第二对迹线是旋转对称的。15.根据权利要求11所述的集成隔离器装置，其中所述第一迹线和所述第二迹线是对称的。16.根据权利要求11所述的集成隔离器装置，其中所述第一导电板的长度尺寸在200μm和800μm之间。17.一种系统，包括：集成隔离器装置，包括：绝缘层，第一对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第一导电板和第二导电板，和第二对导电板，包括通过所述绝缘层彼此分离的第三导电板和第四导电板；发射器，耦合到包括所述第一导电板和所述第三导电板的第一隔离器部件，并且被配置为在第一电压域中操作；和接收器，耦合到包括所述第二导电板和所述第四导电板的第二隔离器部件，并且被配置为在不同于所述第一电压域的第二电压域中操作，其中所述第一导电板和所述第三导电板位于第一金属化层中并且通过尺寸在10μm和80μm之间的第一间隙彼此分离。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述第一电压域和所述第二电压域之间的电压
差的值在100v和2kv之间。19.根据权利要求17所述的系统，包括：基板，其中所述集成隔离器装置、发射器和接收器位于所述基板上，并通过一个或多个再分配层耦合。20.根据权利要求17所述的系统，包括：印刷电路板，包括所述第一金属化层和所述第二金属化层，其中所述集成隔离器装置的第二对导电板位于所述印刷电路板的第二金属化层中。

技术总结
本公开涉及用于高频电流隔离器的电容耦合谐振器。提供了用于在配置为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以高带宽、高传输效率、高隔离额定值和小基板占地面积在高频下工作的谐振器。在一些实施例中，隔离器可以在不小于30GHz、不小于60GHz或在20GHz和200GHz之间的频率下操作，包括在该范围内的任何值或值范围。隔离器可以包括彼此电隔离并电容耦合的隔离器部件。隔离器部件的尺寸和形状可以被配置为控制隔离器的等效电感和电容的值，以便于操作中的谐振。隔离器与不同的制造工艺兼容，包括例如微制造和PCB制造工艺。括例如微制造和PCB制造工艺。括例如微制造和PCB制造工艺。


技术研发人员：许敬琳 P
受保护的技术使用者：亚德诺半导体国际无限责任公司
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/8/5