DE102021213774A1

DE102021213774A1 - Digital-Isolator

Info

Publication number: DE102021213774A1
Application number: DE102021213774.1A
Authority: DE
Inventors: Nobuhide Yamada
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2022-09-08
Also published as: CN114999795A; US20220285490A1; US11736134B2; JP2022133847A

Abstract

Ein Digital-Isolator gemäß einer Ausführungsform umfasst eine erste Elektrode, einen ersten Isolierteil, eine zweite Elektrode, einen zweiten Isolierteil und einen ersten dielektrischen Teil. Das erste Isolierteil befindet sich unter der ersten Elektrode. Die zweite Elektrode befindet sich unter dem ersten Isolierteil. Der zweite Isolierteil ist um die erste Elektrode herum entlang einer ersten Ebene angeordnet, die senkrecht zu einer ersten Richtung verläuft. Die erste Richtung verläuft von der zweiten Elektrode zur ersten Elektrode. Der erste dielektrische Teil befindet sich zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Isolierteil in einer zweiten Richtung entlang der ersten Ebene. Der erste dielektrische Teil kontaktiert die erste Elektrode. Eine relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils ist größer als eine relative Dielektrizitätskonstante des ersten Isolierteils.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-032765 , die am 2. März 2021 eingereicht wurde und beansprucht deren Priorität; der gesamte Inhalt dieser Anmeldung ist durch Bezugnahme hierin enthalten.
GEBIET
Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf einen digitalen Isolator (Digital-Isolator).
HINTERGRUND
Ein Digital-Isolator überträgt ein Signal, indem er die Änderung eines Magnetfeldes oder eines elektrischen Feldes in einem Zustand nutzt, in dem der Strom blockiert ist. Es ist wünschenswert, den Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch des digitalen Isolators zu erhöhen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Digital-Isolator gemäß einer Ausführungsform umfasst eine erste Elektrode, einen ersten Isolierteil, eine zweite Elektrode, einen zweiten Isolierteil und einen ersten dielektrischen Teil. Das erste Isolierteil befindet sich unter der ersten Elektrode. Die zweite Elektrode befindet sich unter dem ersten Isolierteil. Der zweite Isolierteil ist um die erste Elektrode herum entlang einer ersten Ebene senkrecht zu einer ersten Richtung angeordnet; und die erste Richtung verläuft von der zweiten Elektrode in Richtung der ersten Elektrode. Der erste dielektrische Teil befindet sich zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Isolierteil in einer zweiten Richtung entlang der ersten Ebene und kontaktiert die erste Elektrode. Eine relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils ist größer als eine relative Dielektrizitätskonstante des ersten Isolierteils.
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Zeichnungen sind schematisch oder konzeptionell; und die Beziehungen zwischen der Dicke und der Breite von Abschnitten, die proportionalen Koeffizienten von Größen zwischen Abschnitten usw. sind nicht notwendigerweise die gleichen wie die tatsächlichen Werte davon. Darüber hinaus können die Abmessungen und Proportionalitätskoeffizienten in den Zeichnungen selbst für identische Teile unterschiedlich dargestellt sein.
In der Beschreibung der Anmeldung und in den Zeichnungen sind Komponenten, die denen ähnlich sind, die in einer der obigen Zeichnungen beschrieben sind, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der digitale Isolator 100 gemäß der ersten Ausführungsform eine erste Elektrode 11, eine zweite Elektrode 12, ein erstes Isolierteil 21, ein zweites Isolierteil 22, ein drittes Isolierteil 23, ein oberes Isolierteil 28, ein erstes dielektrisches Teil 31, ein zweites dielektrisches Teil 32, ein erstes dielektrisches Zwischenteil 33, ein zweites dielektrisches Zwischenteil 34, Isolierschichten 41 bis 43 und einen leitenden Körper 50.
Bei der Beschreibung der Ausführungsformen wird ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem verwendet. Die Richtung von der zweiten Elektrode 12 zur ersten Elektrode 11 wird als Z-Richtung (eine erste Richtung) betrachtet. Zwei zueinander orthogonale Richtungen, die senkrecht zur Z-Richtung verlaufen, werden als X-Richtung (eine zweite Richtung) und Y-Richtung (eine dritte Richtung) bezeichnet. In der Beschreibung wird die Richtung von der zweiten Elektrode 12 zur ersten Elektrode 11 als „oben“ und die entgegengesetzte Richtung als „unten“ bezeichnet. Diese Richtungen beruhen auf der relativen Lagebeziehung zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 und sind unabhängig von der Richtung der Schwerkraft.
Der erste Isolierteil 21 befindet sich unter der ersten Elektrode 11. Die zweite Elektrode 12 befindet sich unter dem ersten Isolierteil 21. Das heißt, das erste Isolierteil 21 befindet sich zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 in Z-Richtung. Auf diese Weise sind die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 elektrisch voneinander isoliert. Die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 sind einander in Z-Richtung zugewandt. Zumindest ein Teil der zweiten Elektrode 12 überlappt zumindest einen Teil der ersten Elektrode 11 in Z-Richtung.
Der zweite Isolierteil 22 ist um die erste Elektrode 11 entlang der X-Y-Ebene (einer ersten Ebene) senkrecht zur Z-Richtung angeordnet. Der dritte Isolierteil 23 ist um die zweite Elektrode 12 entlang der X-Y-Ebene (einer zweiten Ebene) senkrecht zur Z-Richtung angeordnet.
Der erste dielektrische Teil 31 befindet sich zwischen der ersten Elektrode 11 und dem zweiten Isolierteil 22 in der X- und Y-Richtung. Der erste dielektrische Teil 31 kontaktiert die erste Elektrode 11. Die relative dielektrische Konstante des ersten dielektrischen Teils 31 ist größer als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils 21.
Der zweite dielektrische Teil 32 befindet sich zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem dritten Isolierteil 23 in X- und Y-Richtung. Der zweite dielektrische Teil 32 kontaktiert die zweite Elektrode 12. Die relative dielektrische Konstante des zweiten dielektrischen Teils 32 ist größer als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils 21.
In diesem Beispiel sind die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 Spulen, die entlang der X-Y-Ebene spiralförmig sind. Das heißt, der digitale Isolator 100 ist ein magnetisch gekoppelter Digital-Isolator. Die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 können flache Plattenelektroden in der X-Y-Ebene sein. Das heißt, der digitale Isolator 100 kann ein kapazitiv gekoppelter Digital-Isolator sein.
Das erste dielektrische Zwischenteil 33 befindet sich entlang der X-Y-Ebene zwischen der Spule der ersten Elektrode 11. Die relative dielektrische Konstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 ist größer als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils 21. Das zweite dielektrische Zwischenteil 34 befindet sich entlang der X-Y-Ebene zwischen der Spule der zweiten Elektrode 12. Die relative dielektrische Konstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 ist größer als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils 21.
Die Isolierschicht 41 befindet sich auf der ersten Elektrode 11. Die Isolierschicht 41 befindet sich zwischen der ersten Elektrode 11 und dem oberen Isolierteil 28 in Z-Richtung. Die Isolierschicht 41 kontaktiert beispielsweise die erste Elektrode 11. Die Isolierschicht 42 befindet sich unter der ersten Elektrode 11. Die Isolierschicht 42 befindet sich in Z-Richtung zwischen der ersten Elektrode 11 und dem ersten Isolierteil 21. Die Isolierschicht 42 kontaktiert beispielsweise die erste Elektrode 11. Die Isolierschicht 43 befindet sich auf der zweiten Elektrode 12. Die Isolierschicht 43 befindet sich in Z-Richtung zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem ersten Isolierteil 21. Die Isolierschicht 43 kontaktiert zum Beispiel die zweite Elektrode 12.
Der leitende Körper 50 befindet sich an einer Stelle, die in X-Richtung von der ersten und zweiten Elektrode 11 und 12 getrennt ist. Beispielsweise ist der leitende Körper 50 um die erste Elektrode 11 und die zweite Elektrode 12 entlang der ersten Ebene angeordnet. In diesem Beispiel umfasst der leitende Körper 50 einen ersten leitenden Abschnitt 51, einen zweiten leitenden Abschnitt 52 und einen dritten leitenden Abschnitt 53.
Der erste leitende Abschnitt 51 befindet sich an einer Position, die von der ersten Elektrode 11 in X-Richtung getrennt ist. Der zweite Isolierteil 22 und der erste dielektrische Teil 31 sind zwischen dem ersten leitenden Abschnitt 51 und der ersten Elektrode 11 in X-Richtung angeordnet. Der zweite Isolierteil 22 kontaktiert den ersten leitenden Abschnitt 51. Der zweite leitende Abschnitt 52 befindet sich unter dem ersten leitenden Abschnitt 51. Der erste Isolierteil 21 kontaktiert den zweiten leitenden Abschnitt 52. Der dritte leitende Abschnitt 53 befindet sich unter dem zweiten leitenden Abschnitt 52. Der dritte leitende Abschnitt 53 befindet sich an einer Stelle, die in X-Richtung von der zweiten Elektrode 12 getrennt ist. Der dritte Isolierteil 23 und der zweite dielektrische Teil 32 sind zwischen dem dritten leitenden Abschnitt 53 und der zweiten Elektrode 12 in X-Richtung angeordnet. Der dritte Isolierteil 23 kontaktiert den dritten leitenden Abschnitt 53.
Ein Teil der Isolierschicht 41 befindet sich auf dem ersten leitenden Abschnitt 51. Zum Beispiel kontaktiert ein Teil der Isolierschicht 41 den ersten leitenden Abschnitt 51. Ein Teil der Isolierschicht 42 befindet sich um den unteren Teil des ersten leitenden Abschnitts 51 entlang der X-Y-Ebene. Zum Beispiel kontaktiert ein Teil der Isolierschicht 42 den ersten leitenden Teil 51. Ein Teil der Isolierschicht 43 befindet sich um den unteren Teil des zweiten leitenden Teils 52 entlang der X-Y-Ebene. Ein Teil der Isolierschicht 43 kontaktiert beispielsweise den zweiten und dritten leitenden Teil 52 und 53.
Die beiden Enden der ersten Elektrode 11 (die beiden Enden der Spule) sind über eine Verdrahtung mit einem nicht abgebildeten ersten Stromkreis elektrisch verbunden. Die beiden Enden der zweiten Elektrode 12 (die beiden Enden der Spule) sind über eine Verdrahtung elektrisch mit einem nicht dargestellten zweiten Stromkreis verbunden.
Im Beispiel ist die zweite Elektrode 12 über den leitenden Körper 50 elektrisch mit dem zweiten Stromkreis verbunden. Das heißt, in diesem Beispiel fungiert der leitende Körper 50 als Elektrode, um die Verdrahtung der zweiten Elektrode 12 nach oben zu ziehen. Beispielsweise ist die zweite Elektrode 12 über den dritten leitenden Abschnitt 53 elektrisch mit dem leitenden Körper 50 verbunden. Der leitende Körper 50 ist beispielsweise über ein Verbindungsteil 60, das den ersten leitenden Abschnitt 51 oberhalb des ersten leitenden Abschnitts 51 kontaktiert, elektrisch mit dem zweiten Stromkreis verbunden. Der leitende Körper 50 ist möglicherweise nicht elektrisch mit der zweiten Elektrode 12 verbunden. Der leitende Körper 50 kann zum Beispiel eine Elektrode, eine Schaltung oder eine ähnliche Komponente sein, die sich neben dem digitalen Isolator 100 befindet.
Das obere Isolierteil 28 befindet sich auf der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50. Genauer gesagt befindet sich das obere Isolierteil 28 auf der ersten Elektrode 11, dem ersten dielektrischen Zwischenteil 33, dem ersten dielektrischen Teil 31, dem zweiten Isolierteil 22 und dem ersten leitenden Abschnitt 51. Der Verbindungsteil 60 befindet sich innerhalb des oberen Isolierteils 28.
Eine der beiden Schaltungen, die erste oder die zweite, wird als Sendeschaltung verwendet. Der andere der ersten Schaltung oder der zweiten Schaltung wird als Empfangsschaltung verwendet. In der vorliegenden Beschreibung ist die erste Schaltung eine Sendeschaltung, und die zweite Schaltung ist eine Empfangsschaltung.
Der erste Schaltkreis überträgt ein wellenförmiges Signal (Strom) an die erste Elektrode 11, das für die Übertragung geeignet ist. Wenn ein Strom durch die erste Elektrode 11 fließt, wird ein magnetisches Feld erzeugt, das durch die spiralförmige erste Elektrode 11 verläuft. Zumindest ein Teil der ersten Elektrode 11 ist mit zumindest einem Teil der zweiten Elektrode 12 in Z-Richtung angeordnet. Ein Teil der erzeugten magnetischen Kraftlinien verläuft durch die zweite Elektrode 12. Durch die Änderung des Magnetfeldes in der zweiten Elektrode 12 wird eine induzierte elektromotorische Kraft in der zweiten Elektrode 12 erzeugt, und ein Strom fließt durch die zweite Elektrode 12. Die zweite Schaltung detektiert den durch die zweite Elektrode 12 fließenden Strom und erzeugt ein dem Detektionsergebnis entsprechendes Signal. Dabei wird das Signal oder die Energie in dem Zustand übertragen, in dem der Strom zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 blockiert (isoliert) ist.
Im Folgenden werden Beispiele für die Materialien der Komponenten des digitalen Isolators 100 beschrieben.
Die erste Elektrode 11, die zweite Elektrode 12 und der leitende Körper 50 umfassen zum Beispiel aus einem Metall. Die erste Elektrode 11, die zweite Elektrode 12 und der leitende Körper 50 umfassen beispielsweise mindestens einem Metall, das aus der Gruppe umfassend aus Kupfer und Aluminium ausgewählt wird.
Der erste Isolierteil 21, der zweite Isolierteil 22, der dritte Isolierteil 23 und der obere Isolierteil 28 enthalten Silizium und Sauerstoff. Der erste Isolierteil 21, der zweite Isolierteil 22, der dritte Isolierteil 23 und der obere Isolierteil 28 enthalten zum Beispiel Siliziumoxid. Der erste Isolierteil 21, der zweite Isolierteil 22, der dritte Isolierteil 23 und der obere Isolierteil 28 können außerdem Kohlenstoff oder Stickstoff enthalten.
Die Isolierschichten 41 bis 43 enthalten Silizium und Stickstoff. Die Isolierschichten 41 bis 43 umfassen beispielsweise Siliziumnitrid. Die Isolierschichten 41 bis 43 können auch Kohlenstoff enthalten.
Der erste dielektrische Teil 31, der zweite dielektrische Teil 32, der erste dielektrische Zwischenteil 33 und der zweite dielektrische Zwischenteil 34 enthalten beispielsweise Silizium und Stickstoff. Der erste dielektrische Teil 31, der zweite dielektrische Teil 32, der erste dielektrische Zwischenteil 33 und der zweite dielektrische Zwischenteil 34 enthalten zum Beispiel Siliziumnitrid. Der erste dielektrische Teil 31, der zweite dielektrische Teil 32, der erste dielektrische Zwischenteil 33 und der zweite dielektrische Zwischenteil 34 können außerdem Kohlenstoff enthalten.
Die relative dielektrische Konstante (Dielektrizitätskonstante) des ersten dielektrischen Teils 31 ist größer als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils 21. Zum Beispiel ist die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils 31 größer als die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten Isolierteils 22. Die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 ist größer als die relative Dielektrizitätskonstante des ersten Isolierteils 21. Zum Beispiel ist die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 größer als die relative Dielektrizitätskonstante des dritten Isolierteils 23. Zum Beispiel sind die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils 31 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 gleich. Die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils 31 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 können voneinander verschieden sein.
Die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 ist größer als die relative Dielektrizitätskonstante des ersten Isolierteils 21. Zum Beispiel sind die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 und die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils 31 gleich. Die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 und die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Teils 31 können voneinander verschieden sein. Die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 ist größer als die relative Dielektrizitätskonstante des ersten Isolierteils 21. Zum Beispiel sind die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 gleich. Die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Teils 32 können voneinander verschieden sein. Zum Beispiel sind die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 gleich. Die relative Dielektrizitätskonstante des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 und die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 können voneinander verschieden sein.
Eine Breite W1 in X-Richtung des zweiten Isolierteils 22 ist beispielsweise größer als eine Breite W2 in X-Richtung des ersten dielektrischen Teils 31. Die Breite W2 ist beispielsweise kleiner als die Hälfte des Abstands in X-Richtung zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 (dem ersten leitenden Abschnitt 51). Eine Breite W3 in X-Richtung des dritten Isolierteils 23 ist beispielsweise größer als eine Breite W4 in X-Richtung des zweiten dielektrischen Teils 32. Die Breite W4 ist beispielsweise kleiner als die Hälfte des Abstands in X-Richtung zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50 (dem dritten leitenden Teil 53). Zum Beispiel sind die Breite W2 und die Breite W4 gleich. Die Breite W2 und die Breite W4 können voneinander verschieden sein.
Eine Dicke T1 in Z-Richtung des ersten dielektrischen Teils 31 ist zum Beispiel gleich einer Dicke T2 in Z-Richtung der ersten Elektrode 11. Die Dicke T1 ist beispielsweise gleich einer Dicke T3 in Z-Richtung des zweiten Isolierteils 22. Die Dicke T1 ist zum Beispiel gleich einer Dicke T4 in Z-Richtung des ersten dielektrischen Zwischenteils 33. Eine Dicke T5 in Z-Richtung des zweiten dielektrischen Teils 32 ist beispielsweise gleich einer Dicke T6 in Z-Richtung der zweiten Elektrode 12. Die Dicke T5 ist beispielsweise gleich einer Dicke T7 in Z-Richtung des dritten Isolierteils 23. Die Dicke T5 ist zum Beispiel gleich einer Dicke T8 in Z-Richtung des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34.
Die Effekte der ersten Ausführungsform werden nun beschrieben.
Zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 entsteht eine Potentialdifferenz, wenn ein Signal zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 übertragen wird. Dadurch kommt es in der Nähe des unteren Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des oberen Endes der zweiten Elektrode 12 zu einer Konzentration des elektrischen Feldes, und es besteht die Gefahr, dass es zu einem dielektrischen Durchschlag kommt. In der Nähe des unteren Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des oberen Endes der zweiten Elektrode 12 kann es aufgrund der Ansteuerspannungen des ersten und des zweiten Stromkreises, der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Stromkreis und dem zweiten Stromkreis, einer unerwarteten Hoch- oder Überspannung, die im ersten Stromkreis und/oder im zweiten Stromkreis erzeugt wird, usw. zu einer Konzentration des elektrischen Feldes kommen, und es besteht die Gefahr, dass es zu einem dielektrischen Durchschlag kommt.
Es kann beispielsweise erwogen werden, die Dicke des ersten Isolierteils 21 in Z-Richtung zu erhöhen, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber dielektrischem Durchschlag zu verbessern. Wenn jedoch die Dicke in Z-Richtung des ersten Isolierteils 21 erhöht wird, besteht die Gefahr, dass sich das Trägermaterial (Substrat) (beispielsweise ein Wafer oder ähnliches), auf dem der digitale Isolator in den Herstellungsprozessen geformt wird, verzieht, und die Herstellungskosten können steigen.
Umgekehrt können in dem digitalen Isolator 100 gemäß der ersten Ausführungsform die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 zur Seite des ersten dielektrischen Teils 31 gezogen werden, indem der erste dielektrische Teil 31, der eine höhere relative Dielektrizitätskonstante als der erste Isolierteil 21 aufweist, an einer Position neben der ersten Elektrode 11 bereitgestellt wird. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des unteren Endes der ersten Elektrode 11 wird dadurch entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchschlag kann verbessert werden, ohne die Dicke des ersten Isolierteils 21 in Z-Richtung zu erhöhen.
Zum Beispiel kann der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch im Vergleich zu dem Fall, dass der gesamte Bereich zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 als erster dielektrischer Teil 31 festgelegt ist, verbessert werden, indem sowohl der zweite Isolierteil 22 als auch der erste dielektrische Teil 31 zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 vorgesehen werden, da der zweite Isolierteil 22 eine höhere Durchbruchspannung aufweist. Außerdem kann der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch weiter verbessert werden, indem die Breite W1 in der X-Richtung des zweiten Isolierteils 22 größer als die Breite W2 in der X-Richtung des ersten dielektrischen Teils 31 eingestellt wird, da der zweite Isolierteil 22 eine höhere Durchbruchspannung hat.
Die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 können zur Seite des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 gezogen werden, indem das erste dielektrische Zwischenteil 33 mit einer höheren relativen Dielektrizitätskonstante als das erste Isolierteil 21 zwischen der Spule der ersten Elektrode 11 vorgesehen wird. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des unteren Endes der ersten Elektrode 11 wird dadurch weiter entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann weiter verbessert werden.
In ähnlicher Weise können die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 zur Seite des zweiten dielektrischen Teils 32 gezogen werden, indem der zweite dielektrische Teil 32, der eine höhere relative Dielektrizitätskonstante als der erste Isolierteil 21 aufweist, an einer Position neben der zweiten Elektrode 12 bereitgestellt wird. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des oberen Endes der zweiten Elektrode 12 wird dadurch entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchschlag kann verbessert werden, ohne die Dicke des ersten Isolierteils 21 in Z-Richtung zu erhöhen.
Beispielsweise kann der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch im Vergleich zu dem Fall, dass der gesamte Bereich zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50 als zweiter dielektrischer Teil 32 festgelegt ist, verbessert werden, indem sowohl der dritte Isolierteil 23 als auch der zweite dielektrische Teil 32 zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50 vorgesehen werden, da der dritte Isolierteil 23 eine höhere Durchbruchspannung aufweist. Auch kann der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch weiter verbessert werden, indem die Breite W3 in der X-Richtung des dritten Isolierteils 23 größer als die Breite W4 in der X-Richtung des zweiten dielektrischen Teils 32 eingestellt wird, weil der dritte Isolierteil 23 eine höhere Durchbruchspannung hat.
Die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 können zur Seite des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 gezogen werden, indem das zweite dielektrische Zwischenteil 34 mit einer höheren relativen Dielektrizitätskonstante als das erste Isolierteil 21 zwischen der Spule der zweiten Elektrode 12 vorgesehen wird. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des oberen Endes der zweiten Elektrode 12 kann dadurch weiter entspannt werden, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann weiter verbessert werden.
Zweite Ausführungsform
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der digitale Isolator 200 gemäß der zweiten Ausführungsform die erste Elektrode 11, die zweite Elektrode 12, den ersten Isolierteil 21, den zweiten Isolierteil 22, den dritten Isolierteil 23, den oberen Isolierteil 28, eine erste dielektrische Schicht 36, eine zweite dielektrische Schicht 37, die isolierenden Schichten 41 bis 43 und den leitenden Körper 50.
Der digitale Isolator 200 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält nicht den ersten dielektrischen Teil 31, den zweiten dielektrischen Teil 32, den ersten dielektrischen Zwischenteil 33 und den zweiten dielektrischen Zwischenteil 34, sondern enthält eine erste dielektrische Schicht 36 und eine zweite dielektrische Schicht 37; ansonsten ist der digitale Isolator 200 der gleiche wie der digitale Isolator 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Auf eine Beschreibung ähnlicher Konfigurationen wird verzichtet.
Der zweite Isolierteil 22 befindet sich über den gesamten Bereich zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50. Das zweite Isolierteil 22 befindet sich auch zwischen der Spule der ersten Elektrode 11. Das dritte Isolierteil 23 befindet sich über den gesamten Bereich zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50. Der dritte Isolierteil 23 befindet sich ebenfalls zwischen der Spule der zweiten Elektrode 12.
Die erste dielektrische Schicht 36 und die zweite dielektrische Schicht 37 befinden sich jeweils innerhalb des oberen Isolierteils 28. Die erste dielektrische Schicht 36 befindet sich entweder auf der ersten Elektrode 11 oder auf dem leitenden Körper 50. Die zweite dielektrische Schicht 37 befindet sich auf der anderen der ersten Elektrode 11 oder dem leitenden Körper 50. In diesem Beispiel befindet sich die erste dielektrische Schicht 36 auf der ersten Elektrode 11 und die zweite dielektrische Schicht 37 auf dem leitenden Körper 50.
Die erste dielektrische Schicht 36 und die zweite dielektrische Schicht 37 umfassen beispielsweise Silizium und Stickstoff. Die erste dielektrische Schicht 36 und die zweite dielektrische Schicht 37 umfassen beispielsweise Siliziumnitrid. Die erste dielektrische Schicht 36 und die zweite dielektrische Schicht 37 können außerdem Kohlenstoff enthalten.
Die relative dielektrische Konstante der ersten dielektrischen Schicht 36 ist größer als die relative dielektrische Konstante des zweiten Isolierteils 22. Die relative Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht 36 ist beispielsweise größer als die relative Dielektrizitätskonstante des oberen Isolierteils 28. Die relative Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 37 ist größer als die relative Dielektrizitätskonstante des zweiten Isolierteils 22. Die relative Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 37 ist beispielsweise größer als die relative Dielektrizitätskonstante des oberen Isolierteils 28. Zum Beispiel sind die relative Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht 36 und die relative Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 37 gleich. Die relative Dielektrizitätskonstante der ersten dielektrischen Schicht 36 und die relative Dielektrizitätskonstante der zweiten dielektrischen Schicht 37 können voneinander verschieden sein.
Eine Breite W11 in X-Richtung der ersten dielektrischen Schicht 36 ist beispielsweise gleich einer Breite W13 in X-Richtung des Spulenabschnitts der ersten Elektrode 11. Die Breite W11 kann beispielsweise größer sein als die Breite W13. Eine Breite W12 in der X-Richtung der zweiten dielektrischen Schicht 37 ist beispielsweise gleich einer Breite W14 in der X-Richtung des ersten leitenden Abschnitts 51. Die Breite W12 kann beispielsweise größer sein als die Breite W14.
Eine Dicke T11 in Z-Richtung der ersten dielektrischen Schicht 36 ist zum Beispiel nicht größer als eine Dicke T13 in Z-Richtung des oberen Isolierteils 28. Die Dicke T11 ist beispielsweise etwa gleich der Dicke T2 in Z-Richtung der ersten Elektrode 11. Die Dicke T11 kann größer als die Dicke T2 oder kleiner als die Dicke T2 sein. Eine Dicke T12 in Z-Richtung der zweiten dielektrischen Schicht 37 ist beispielsweise nicht größer als die Dicke T13. Die Dicke T12 ist beispielsweise etwa gleich der Dicke T2. Die Dicke T12 kann größer als die Dicke T2 oder kleiner als die Dicke T2 sein.
Die Effekte der zweiten Ausführungsform werden nun beschrieben.
Wenn sich der leitende Körper 50 in der Nähe der ersten und zweiten Elektrode 11 und 12 befindet, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50, wenn ein Signal zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 übertragen wird. Dadurch kommt es zu einer Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des seitlichen Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des seitlichen Endes des leitfähigen Körpers 50, und es besteht die Gefahr, dass es zu einem dielektrischen Durchschlag kommt. Außerdem kommt es in der Nähe des seitlichen Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des seitlichen Endes des leitfähigen Körpers 50 zu einer Konzentration des elektrischen Feldes aufgrund der Ansteuerspannungen des ersten und des zweiten Stromkreises, der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten Stromkreis und dem zweiten Stromkreis, einer unerwarteten Hochspannung oder eines Stromstoßes, die jeweils im ersten Stromkreis und/oder im zweiten Stromkreis erzeugt wird, usw., und es besteht die Gefahr, dass es zu einem dielektrischen Durchschlag kommt.
Es kann zum Beispiel erwogen werden, den Abstand zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 zu vergrößern, um den Widerstand gegen dielektrischen Durchschlag zu erhöhen. Wenn jedoch der Abstand zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 vergrößert wird, besteht die Gefahr, dass die Chipfläche vergrößert wird. Eine Vergrößerung der Chipfläche kann zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führen.
Umgekehrt können bei dem digitalen Isolator 200 gemäß der zweiten Ausführungsform die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 zur Seite der ersten dielektrischen Schicht 36 gezogen werden, indem die erste dielektrische Schicht 36 mit einer höheren relativen Dielektrizitätskonstante als der zweite Isolierteil 22 auf der ersten Elektrode 11 oder dem leitenden Körper 50 vorgesehen wird. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des seitlichen Endes der ersten Elektrode 11 oder des leitenden Körpers 50 wird dadurch entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchschlag kann ohne Vergrößerung der Chipfläche verbessert werden.
In ähnlicher Weise können die elektrischen Kraftlinien zwischen der ersten Elektrode 11 und dem leitenden Körper 50 zur Seite der zweiten dielektrischen Schicht 37 gezogen werden, indem die zweite dielektrische Schicht 37 mit einer höheren relativen Dielektrizitätskonstante versehen wird als der zweite Isolierteil 22 auf der anderen Seite der ersten Elektrode 11 oder des leitenden Körpers 50. Die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des seitlichen Endes der anderen der ersten Elektrode 11 oder des leitenden Körpers 50 wird dadurch entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann ohne Vergrößerung der Chipfläche verbessert werden.
Wenn der leitende Körper 50 und die zweite Elektrode 12 nicht elektrisch verbunden sind, besteht die Gefahr, dass eine Potentialdifferenz zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50 entsteht. In einem solchen Fall können sich beispielsweise dielektrische Schichten unter der zweiten Elektrode 12 und unter dem dritten leitenden Abschnitt 53 befinden. Wenn diese dielektrischen Schichten vorgesehen sind, werden die relativen
Dielektrizitätskonstanten dieser dielektrischen Schichten so eingestellt, dass sie größer sind als die relative Dielektrizitätskonstante des dritten Isolierteils 23. Ähnlich wie bei der ersten dielektrischen Schicht 36 und der zweiten dielektrischen Schicht 37, die oben beschrieben wurden, wird die Konzentration des elektrischen Feldes zwischen der zweiten Elektrode 12 und dem leitenden Körper 50 dadurch entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann verbessert werden, ohne die Chipfläche zu vergrößern.
Dritte Ausführungsform
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen digitalen Isolator gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst der digitale Isolator 300 gemäß der dritten Ausführungsform die erste Elektrode 11, die zweite Elektrode 12, den ersten Isolierteil 21, den zweiten Isolierteil 22, den dritten Isolierteil 23, den oberen Isolierteil 28, den ersten dielektrischen Teil 31, den zweiten dielektrischen Teil 32, den ersten dielektrischen Zwischenteil 33, den zweiten dielektrischen Zwischenteil 34, die erste dielektrische Schicht 36, die zweite dielektrische Schicht 37, die isolierenden Schichten 41 bis 43 und den leitenden Körper 50.
Der digitale Isolator 300 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die ersten und zweiten dielektrischen Schichten 36 und 37 des digitalen Isolators 200 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu dem ersten dielektrischen Teil 31, dem zweiten dielektrischen Teil 32, dem ersten dielektrischen Zwischenteil 33 und dem zweiten dielektrischen Zwischenteil 34 des digitalen Isolators 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Konfigurationen der Komponenten sind die gleichen wie die der ersten und zweiten Ausführungsform; daher wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Auch im digitalen Isolator 300 gemäß der dritten Ausführungsform wird die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des unteren Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des oberen Endes der zweiten Elektrode 12 durch die Bereitstellung des ersten dielektrischen Teils 31, des zweiten dielektrischen Teils 32, des ersten dielektrischen Zwischenteils 33 und des zweiten dielektrischen Zwischenteils 34 entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann verbessert werden, ohne die Dicke des ersten Isolierteils 21 in Z-Richtung zu erhöhen.
In dem digitalen Isolator 300 gemäß der dritten Ausführungsform wird die Konzentration des elektrischen Feldes in der Nähe des seitlichen Endes der ersten Elektrode 11 und in der Nähe des seitlichen Endes des leitenden Körpers 50 durch Bereitstellen der ersten dielektrischen Schicht 36 und der zweiten dielektrischen Schicht 37 entspannt, und der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch kann ohne Vergrößerung der Chipfläche verbessert werden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein Digital-Isolator bereitgestellt, bei dem der Widerstand gegen dielektrischen Durchbruch verbessert werden kann.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt worden und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. In der Tat können die hier beschriebenen neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert werden; darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Geist der Erfindungen fallen würden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021032765 [0001]

Claims

Ein Digital-Isolator, umfassend: eine erste Elektrode; ein erstes Isolierteil, das unter der ersten Elektrode angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die unter dem ersten Isolierteil angeordnet ist; ein zweites Isolierteil, das um die erste Elektrode herum entlang einer ersten Ebene senkrecht zu einer ersten Richtung angeordnet ist, wobei die erste Richtung von der zweiten Elektrode in Richtung der ersten Elektrode verläuft; und ein erstes dielektrisches Teil, das zwischen der ersten Elektrode und dem zweiten Isolierteil in einer zweiten Richtung entlang der ersten Ebene angeordnet ist, wobei der erste dielektrische Teil die erste Elektrode kontaktiert, wobei eine relative dielektrische Konstante des ersten dielektrischen Teils größer ist als eine relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils.
Isolator nach Anspruch 1, wobei eine Breite in der zweiten Richtung des zweiten Isolierteils größer ist als eine Breite in der zweiten Richtung des ersten dielektrischen Teils.
Isolator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode eine Spule ist, die entlang der ersten Ebene eine Spiralform aufweist, der Isolator ferner ein erstes dielektrisches Zwischenteil umfasst, das sich zwischen der Spule entlang der ersten Ebene befindet, und eine relative dielektrische Konstante des ersten dielektrischen Zwischenteils größer ist als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils.
Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: ein drittes Isolierteil, das um die zweite Elektrode entlang einer zweiten Ebene senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist; und ein zweites dielektrisches Teil, das zwischen der zweiten Elektrode und dem dritten Isolierteil in der zweiten Richtung angeordnet ist, wobei der zweite dielektrische Teil die zweite Elektrode kontaktiert, wobei eine relative dielektrische Konstante des zweiten dielektrischen Teils größer ist als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils.
Isolator nach Anspruch 4, wobei eine Breite in der zweiten Richtung des dritten Isolierteils größer ist als eine Breite in der zweiten Richtung des zweiten dielektrischen Teils.
Isolator nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Elektrode eine Spule ist, die entlang der zweiten Ebene eine Spiralform aufweist, der Isolator ferner ein zweites dielektrisches Zwischenteil umfasst, das sich zwischen der Spule entlang der zweiten Ebene befindet, und eine relative dielektrische Konstante des zweiten dielektrischen Zwischenteils größer ist als die relative dielektrische Konstante des ersten Isolierteils.
Ein Digital-Isolator, umfassend: eine erste Elektrode; ein erstes Isolierteil, das sich unter der ersten Elektrode befindet; eine zweite Elektrode, die sich unter dem ersten Isolierteil befindet; einen leitenden Körper, der sich an einer Position befindet, die von der ersten Elektrode in einer zweiten Richtung senkrecht zu einer ersten Richtung getrennt ist, wobei die erste Richtung von der zweiten Elektrode zur ersten Elektrode verläuft; ein zweites Isolierteil, das sich zwischen der ersten Elektrode und dem leitenden Körper in der zweiten Richtung befindet; ein oberes Isolierteil, das sich auf der ersten Elektrode und dem leitenden Körper befindet; und eine erste dielektrische Schicht, die sich innerhalb des oberen Isolierteils befindet und entweder auf der ersten Elektrode oder dem leitenden Körper angeordnet ist, wobei eine relative dielektrische Konstante der ersten dielektrischen Schicht größer ist als eine relative dielektrische Konstante des zweiten Isolierteils.
Isolator nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine zweite dielektrische Schicht, die sich innerhalb des oberen Isolierteils befindet und auf der anderen der ersten Elektrode oder des leitenden Körpers angeordnet ist, eine relative dielektrische Konstante der zweiten dielektrischen Schicht, die größer ist als die relative dielektrische Konstante des zweiten Isolierteils.