JP2009188621A - 集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気結合を用いて高速応答性を向上しながら耐ノイズ性能を向上できるようにする。
【解決手段】入力信号となるデジタル信号が「Ｌ」→「Ｈ」または「Ｈ」→「Ｌ」となるタイミングから所定期間ｔｂ以外にコイル８の誘起電圧のデジタル信号の検出出力変化がある場合（１５）には、異常信号として診断信号電圧を入力信号補正回路に出力し、この場合には、入力信号補正回路は補正用のパルス信号Ｙを入力信号に重畳してコイル６に印加する。すると、出力端子ＯＵＴに出力されるデジタル信号が補正されるようになり、正常なデジタル信号を出力端子ＯＵＴから出力できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、入出力の電気的絶縁を保持しつつ信号を伝送するための集積回路装置およびその製造方法に関する。

この種の集積回路装置としてフォトカプラが一般に知られている。このフォトカプラは、発光素子と受光素子が対向配置して構成され、入力信号が発光素子に通電されると発光素子が発光し、当該発光を受光素子が受光し当該受光信号を増幅するように構成され、一次側の入力信号が二次側に伝達されるように構成されている。尚、フォトカプラ以外では、一次側と二次側とにコイルを磁気結合するように設け、電気的に絶縁した状態で信号を伝達する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００１−５１３２７６号公報

最近の情報社会においては情報処理能力の向上が期待されており、より高速応答性能が要求されている。しかしながら、フォトカプラを用いて伝送処理を行うと高速応答性に乏しく、この欠点を補うため、上記特許文献１の技術思想を適用しても、当該技術思想では磁気結合を用いて伝送しており耐ノイズ性に乏しい。

本発明は、磁気結合を用いて高速応答性を向上しながら耐ノイズ性能を向上できるようにした集積回路装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の集積回路装置は、入力信号を通電する一次側の送信用コイルと、入力信号が送信用コイルに通電され当該送信用コイルに生じる磁界に応じて電圧を誘起する二次側の送受信用コイルと、前記送受信用コイルの誘起電圧を検出する二次側信号検出手段と、前記二次側信号検出手段により検出された誘起電圧に応じて確認信号を前記送受信用コイルを通じて送信する二次側確認信号送信手段と、前記二次側確認信号送信手段により前記送受信用コイルを通じて送信された確認信号に応じて一次側に与えられる電圧を誘起する一次側の検出用コイルと、前記検出用コイルの誘起電圧を検出する一次側誘起電圧検出手段と、前記一次側誘起電圧検出手段により検出された誘起電圧と前記入力信号の電圧変化との比較に応じて前記送信用コイルに入力する入力信号を補正する入力信号補正手段とを備えていることを特徴としている。

本発明の集積回路装置の製造方法の一態様は、一のパッケージ内に互いに対向配置された第１〜第３コイルを、それぞれ、入力信号を通電する一次側の送信用コイル、前記一次側の送信用コイルに生じる磁界に応じて電圧を誘起し当該電圧誘起状態に応じて確認信号を送信する二次側の送受信用コイル、前記二次側の送受信用コイルから送信された確認信号に応じて一次側に与えられる電圧を誘起する一次側の検出用コイル、のうち何れかに適用して前記一次側の検出用コイルの誘起電圧と入力信号の電圧変化との比較に応じて一次側の送信用コイルに入力する入力信号を補正し一次側の入力信号を電気的に絶縁した状態で二次側にデジタル信号を伝送するように構成された集積回路装置の製造方法であって、支持基板上に第１軟磁性体を形成する第１工程と、前記第１軟磁性体上に前記第１コイルを形成する第２工程と、前記第１コイル上に第１絶縁体を形成する第３工程と、前記第１絶縁体上に前記第２コイルを形成する第４工程と、前記第２コイル上に第２絶縁体を形成する第５工程と、前記第２絶縁体上に前記第３コイルを形成する第６工程と、前記第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第７工程とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、磁気結合を用いて高速応答性を向上しながら耐ノイズ性能を向上できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図1ないし図３を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、ＭＥＭＳコイルを用いて磁気結合回路を構成した集積回路装置内の配置構造を概略的な断面図によって示しており、図１（ｂ）は、磁気結合回路の平面図を概略的に示している。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って示す縦断面図である。尚、以下に示す参照図面は模式的に示すもので、各図面における構成要素の厚み、幅、長さ寸法などは実際の構造とは異なることに留意する必要がある。

図１（ａ）に示すように、集積回路装置Ｃは、エポキシ樹脂などの外装材（図示せず）により樹脂封止されることによってパッケージ化され、当該外装材の内側に空洞が設けられており、当該空洞内に磁気結合を用いて絶縁型デジタル入出力処理を行う入出力回路Ｃ１が構成されている。

入出力回路Ｃ１は、シリコン基板等による支持基板１と、この支持基板１の上面上にシリコン酸化膜などの絶縁体２を介して形成された軟磁性体３と、この軟磁性体３の上面上に接触したコイル４と、このコイル４の上に配置された絶縁体５（非磁性体）を介して形成された一次側送信用のコイル６と、このコイル６の上に配置された絶縁体７を介して形成された一次側受信用のコイル８と、コイル８の上に配置された軟磁性体９と、二次側信号伝達用の引出線１０と、受信回路１１と、一次側信号伝達用の引出線１２と、送信回路１３とを電気的または磁気的に結合して構成されている。

このうち、磁気結合回路Ｚは、軟磁性体３、９、絶縁体５、７、コイル４、６、８によって構成されており、これらの構成要素３〜９はそれぞれ別部材によって構成されている。絶縁体５、７は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタ法により成膜したり、あるいはポリイミド等の有機膜をスピンコート法や蒸着法を用いて成膜されているものであり、コイル４、６の機械的な保護を行うと共に、絶縁耐圧を向上するために設けられている。

コイル４、６、８は、それぞれ平面渦巻き状に数ターンないし数１０ターン形成されており、平面的に同一配置で互いに対向配置され段重ね状態に重構造で構成されている。これにより平面的な実装領域を縮小化して薄く構成している。これらのコイル４、６、８は、例えば銅、アルミ、金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、或いはメッキ法により構成される。

なお、コイル８は、コイル４、６に比較して短く形成されていてもよい。コイル６、８は一次側に形成されており互いに絶縁する必要がないため、互いに導通接続されていても良い。この場合、一次側のコイル６に通電された場合には磁束が図１（ａ）の上下方向に生じ、コイル４は当該磁束が交鎖すると起電力を発生する。

コイル４は、引出線１０を通じて受信回路１１に電気的に接続されている。コイル６は引出線１２ａ（１２）を通じて送信回路１３に電気的に接続されている。コイル８は、引出線１２ｂ（１２）を通じて送信回路１３に接続されている。受信回路１１は支持基板１の片脇に構成されており、送信回路１３はその反対側脇に構成されている。すなわち、送信回路１３および受信回路１１は平面的には磁気結合回路Ｚを挟んで構成されている。この場合、支持基板１としてシリコン基板を適用した場合には、送信回路１３、受信回路１１の電気的構成要素を所望の半導体プロセスによって内部に実装できるため小型化できる。

軟磁性体３は、コイル４の下面を覆うように構成されており、軟磁性体９はコイル８の上面およびコイル４、６、８の外側面を覆うように構成されている。したがって、軟磁性体３、９は、コイル４、６、８の全外周を覆うように構成されている。軟磁性体３、９は、それぞれ、例えばフェライトによって構成されている。この軟磁性体３、９は、磁束通過の際に磁気飽和現象を生じない程度の膜厚で平面的には円盤型またはドーナツ円板型に構成されている。

以下、図６（ａ）〜図６（ｇ）を参照して製造方法を説明する。
図６（ａ）に示すように、厚さ数１００μｍ程度のシリコン基板等の支持基板１の表層に所望の半導体プロセスによって受信回路１１、送信回路１３を形成する。この支持基板１としては、単結晶のシリコン基板、ガラスやセラミックなどの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板を適用できる。次に、支持基板１としてシリコン基板を適用した場合には、シリコン基板１の上面上に絶縁膜２を形成する。支持基板１として無機基板、有機基板を適用した場合には絶縁膜２は形成する必要はない。尚、受信回路１１、送信回路１３の製造方法は、本実施形態の特徴には特に関係しないためその詳細説明を省略する。

次に、図６（ｂ）に示すように、支持基板１の上面上に絶縁膜２を介して軟磁性体３を形成する。尚、この軟磁性体３を形成する前後に引出線１０を形成するための領域に開口や配線パターンなどを形成する。尚、図示しないが、引出線１０の周囲に当該引出線１０と軟磁性体３との間で構造的な非接触状態を保持するように絶縁膜（図示せず）を形成すると良い。

軟磁性体３は、電磁的な結合を向上するために形成されるもので、その材質としては、例えばフェライト、鉄・シリコン、鉄・シリコン・アルミニウム合金(センダスト)、ニッケル・鉄合金(パーマロイ)、または鉄（Ｆｅ）基やコバルト（Ｃｏ）基のアモルファス合金が用いられる。このような軟磁性体３は、スパッタ、蒸着あるいはメッキ法などで形成される。軟磁性体３の膜厚は、磁束が通過する際に磁気飽和を生じない膜厚を設定すれば良く、例えば数１０〜数１００μｍ程度に設定されている。

次に、図６（ｃ）に示すように、軟磁性体３の上面上に渦巻き状のコイル４を形成する。このコイル４は、銅或いはアルミ或いは金などの導電性材料を用いてスパッタ、蒸着、或いはメッキ法により形成される。コイル４は、例えば、厚さ数１０ｎｍから数ミクロン程度で、数ターンから数１０ターン形成される。コイル４は、対向するコイル６との間を磁束が通過でき、受信側のコイル４に数Ｖ程度の必要な誘起電圧が発生すれば良いので、渦巻状でも矩形状でもまたその組合せ形状等でも構わない。

次に、図６（ｄ）に示すように、コイル４の上面上にスパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ）またはシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を絶縁体５として形成する。また、この絶縁体５としては、スピンコート法、蒸着法を用いて成膜したポリイミドなどの有機膜を適用しても良い。絶縁体５の膜厚を増加すると絶縁耐圧が向上するため、数μｍ〜数１０μｍ程度形成すると良い。

次に、図７（ｅ）に示すように、絶縁体５の上面上に銅或いはアルミニウムまたは金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法により渦巻状のコイル６を形成する。このコイル６は、その膜厚がコイル４とほぼ同一の膜厚に構成される。このコイル６はコイル４と同等の形状に形成される。

次に、図７（ｆ）に示すように、コイル６の上面上にスパッタ法、メッキ法などによりシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）またはシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を絶縁体７として形成する。また、この絶縁体７としては、スピンコート法、蒸着法を用いて成膜したポリイミドなどの有機膜を適用しても良い。

次に、図７（ｇ）に示すように、絶縁体７の上面上に銅或いはアルミニウムまたは金などの導電性材料を用いてスパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法により渦巻状のコイル８を形成する。

次に、図７（ｈ）に示すように、コイル８の上面を覆うように軟磁性体９を形成する。軟磁性体９の形成方法は軟磁性体３と同様の形成方法で形成すると良い。この軟磁性体９を形成するときには、この図７（ｈ）に示すように、コイル４、６、８の外側周を囲むように形成すると良好な磁気結合を得ることができる。尚、コイル４、６、８の内側周を囲むように形成しても良い。このようにして磁気結合回路Ｚを形成する。

このようにして受信回路１１、送信回路１３、磁気結合回路Ｚを支持基板１に実装した後、貫通電極や金線やアルミ線などによるワイヤボンディング法などを用いて引出線１２を形成することで、磁気結合回路Ｚを送信回路１３に電気的に接続し、また、金線やアルミ線などによるワイヤボンディングなどを用いて引出線１０を受信回路１１に結合することによって磁気結合回路Ｚのコイル４を受信回路１１に対し電気的に接続する。その後、エポキシ樹脂などの外装材により射出成型して全体を覆うようにユニットパッケージ化して集積回路装置Ｃを構成することができる。

図２は、集積回路装置内の電気的構成ブロックを概略的に示している。この図２に示すように、入力端子ＩＮには入力信号補正回路１４が接続されている。入力信号補正回路１４の出力は、一次側の送信用のコイル６、二次側信号診断回路１５に接続されている。また、一次側の検出用のコイル８には抵抗Ｒ１が並列接続されており、この検出端子はコンパレータ１６に接続されている。このコンパレータ１６は、一次側誘起電圧検出手段、二次側確認信号検出手段として機能し、コンパレータ１６の出力は二次側信号診断回路１５に接続されている。二次側信号診断回路１５の出力は、入力信号補正回路１４に入力されている。このようにして送信回路（入力回路）１３が構成されている。

他方、受信出力側においては、受信用のコイル４と並列に抵抗Ｒ２が接続されており、この出力が切替回路１７に接続されている。切替回路１７は、例えばトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２等の制御入力型のスイッチング素子により構成され、二次側の送信機能および受信機能を切り替えるために設けられており、その受信出力は、二次側信号検出手段としてのコンパレータ１８、１９に接続されている。

トランジスタＴｒ１は、コイル４とコンパレータ１８との間の通電経路に接続されており、後述するエッジ検出回路２１からの送信／受信切替信号に応じてオンオフする。トランジスタＴｒ２は、コイル４と二次側確認信号送信回路２２との間に介在して構成されており、エッジ検出回路２１からの送信／受信切替信号に応じてオンオフする。トランジスタＴｒ１がオン、トランジスタＴｒ２がオフに切り替えられている場合には、一次側からの信号を受信可能に構成され、トランジスタＴｒ１がオフ、トランジスタＴｒ２がオンに切り替えられている場合には、二次側から一次側に信号を送信可能になる。

信号受信時において、コンパレータ１８、１９は、それぞれ、受信信号電圧を所定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２と比較し、その比較結果をデジタル信号として保持手段としてのラッチ回路２０に保持させるように構成されている。ラッチ回路２０の出力は、出力端子ＯＵＴに接続されており、保持されたデジタル信号を出力端子ＯＵＴを介して出力するように構成されている。ラッチ回路２０の出力は、エッジ検出回路２１および二次側確認信号送信回路２２に接続されている。

エッジ検出回路２１は、出力端子ＯＵＴのデジタル出力信号電圧の変化を検出し、ＮＯＴゲート２３および抵抗Ｒ３、Ｒ４を通じて切替回路１７に送信／受信切替信号を出力する。

二次側確認信号送信回路２２は、出力端子ＯＵＴに接続されており、出力端子ＯＵＴの出力電圧変化に基づいてエッジ検出回路２１が送信／受信切替信号を切替回路１７に送信し、当該切替回路１７が送受信機能を切替えて送信可能となっているときに、確認信号を切替回路１７を通じてコイル４に送信するように構成されている。このようにして受信回路（出力回路）１１が構成されている。

図３は、上述説明した電気的構成を機能的手段として示している。この図３に示すように、入力信号補正回路１４は入力信号補正手段として機能し、二次側信号診断回路１５は二次側信号診断手段として機能し、コンパレータ１６は二次側確認信号検出手段として機能し、コンパレータ１８、１９は二次側信号検出手段として機能し、ラッチ回路２０は保持手段として機能し、切替回路１７は送信受信切替手段として機能し、二次側確認信号送信回路２２は二次側確認信号送信手段として機能する。

上記構成の作用について説明する。本実施形態においては、デジタル信号を伝送する場合の補正処理に特徴を備えているため、ノイズが混入した場合の各端子の信号変化について説明する。受信回路（出力回路）１１は送受信機能を備えているが、この実施形態では最初に受信機能に切り替えられていることを前提として説明を行う。尚、図４に示すタイミングチャートのタイミングは、説明を理解しやすくするため幅を誇張して示しており、実際の時間とは異なるころに留意する必要がある。

送信回路１３が入力端子ＩＮから入力信号としてデジタル信号（ロウ「Ｌ」、ハイ「Ｈ」）を入力した場合を考慮する。送信回路１３が「Ｌ」→「Ｈ」の矩形波信号電圧の立上り電圧をコイル６に通電する（図４の（１）のタイミング）。この入力信号は電磁誘導作用によって一次側のコイル６から二次側のコイル４に伝達される。

コイル４の両端電圧は原理的には入力信号の立上り電圧を微分するように急峻に立ち上がり、その後、徐々に元の電圧（グランドレベル）に戻る。このコイル４の両端電圧の上昇時の時定数はコイル４および６に生じる浮遊容量を主として決定され、下降時の時定数はコイル４および６に生じるインダクタンス成分および抵抗成分を主として決定される。

コンパレータ１８、１９は、コイル４の出力電圧をそれぞれしきい値電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２と比較し、ラッチ回路２０は、コンパレータ１８の出力が「Ｈ」となるタイミングから「Ｈ」を出力し、コンパレータ１９の出力が「Ｌ」となるタイミング直前まで「Ｈ」を保持する。また、ラッチ回路２０は、コンパレータ１９の出力が「Ｌ」となるタイミングから「Ｌ」を出力し、コンパレータ１８の出力が「Ｈ」となるタイミング直前まで「Ｌ」を保持する。

したがって、コイル４の出力電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆ１以上となるタイミングにおいてラッチ回路２０は「Ｈ」レベルを保持し、出力端子ＯＵＴのレベルを「Ｈ」にする（図４の（２）のタイミング）。

出力端子ＯＵＴのレベルが「Ｌ」から「Ｈ」になるため、エッジ検出回路２１はこの信号変化状態を検出し、ＮＯＴゲート２３、抵抗Ｒ３およびＲ４を介して送信受信切替信号を送信する。エッジ検出回路２１は、トランジスタＴｒ１をオフ、トランジスタＴｒ２をオンとするように制御する送信切替信号を制御信号として送信する。

他方、二次側確認信号送信回路２２は、出力端子ＯＵＴのレベルが「Ｌ」から「Ｈ」になると、この信号変化状態を検出した時点から送信切替が行われるのに十分な所定時間を経過したことを計測し当該確実に送信可能となった後にパルス状の確認信号を送信する（図４の（３）のタイミング）。

尚、エッジ検出回路２１は、トランジスタＴｒ１をオフ、トランジスタＴｒ２をオンとするように制御する送信（ＴＸ）用の切替制御信号を送信したタイミングから所定時間ｔｃが経過した後、トランジスタＴｒ１をオン、トランジスタＴｒ２をオフとするように制御する受信（ＲＸ）用の切替制御信号を送信する。

すなわち、二次側確認信号送信回路２２が確認信号を送信する間は、コイル４が送信用のコイルとして機能し、コイル８が検出用のコイルとして機能する。逆に、それ以外の受信時においては、コイル４は受信用のコイルとして機能する。

二次側確認信号送信回路２２が確認信号を送信するときには、トランジスタＴｒ２はオンしトランジスタＴｒ１はオフしているため、コイル４に確認信号電圧が通電される。すると、コイル４に対向配置されたコイル８には、確認信号電圧に応じた電圧が誘起される。

コンパレータ１６は、コイル８の誘起電圧と所定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ３とを比較し、当該誘起電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆ３以下となったときに確認信号として検出する（図４の（４）のタイミング）。本実施形態では立ち下がりを検出する実施形態を示すが、誘起電圧が所定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ３以上となった場合をトリガとして立ち上がりを検出するようにしても良い。

二次側信号診断回路１５は、コイル８によって受信した信号と入力信号とを比較し、入力信号が二次側に正常に送信されたか否かを診断する。入力信号補正回路１４は、二次側信号診断回路１５の診断結果に基づいて入力信号を必要に応じて補正する。

具体的には、二次側信号診断回路１５は、コンパレータ１６の出力信号電圧と入力端子ＩＮに入力される入力信号とを比較し、入力端子ＩＮの入力信号が「Ｈ」→「Ｌ」または「Ｌ」→「Ｈ」に移行したタイミングから所定時間ｔｂ内にコンパレータ１６の出力電圧がパルス状に検出された場合に入力信号が二次側に確実に伝達されたことを確認する。このように確認された場合には、二次側信号診断回路１５は、「Ｈ」となる異常信号を入力信号補正回路１４に与えることがない（図４の（１）から（５）に示す期間）。

したがって、入力信号補正回路１４は何も補正することなく入力端子ＩＮの入力信号をそのままコイル６に印加し続ける。このとき、出力端子ＯＵＴの電圧レベルは正常に「Ｈ」状態に保持される（図４の（６）に示す期間）。

その後、送信回路１３が入力信号として「Ｈ」→「Ｌ」の矩形波信号電圧の立下り電圧をコイル６に通電する（図４の（７）のタイミング）。すると、コイル４の両端電圧は原理的には入力信号の立下り電圧を微分するように急峻に立下がり、その後、除々に元の電圧（グランドレベル）に戻る。このコイル４の両端電圧の下降時の時定数はコイル４および６に生じる浮遊容量を主として決定され、上昇回復時の時定数はコイル４および６に生じるインダクタンス成分および抵抗成分を主として決定される。この入力信号は電磁誘導作用によって一次側から二次側に絶縁状態を保持しながら伝達される。

この時点では、ラッチ回路２０は、コンパレータ１８の出力が「Ｈ」となったときに「Ｈ」を保持出力している（図４の（２）参照）ため、コンパレータ１９がコイル４の出力電圧をしきい値電圧Ｖｒｅｆ２と比較した結果「Ｌ」を出力すると、ラッチ回路２０はコンパレータ１９の出力が「Ｌ」となるタイミングから「Ｌ」を出力する（図４の（８）のタイミング）。

すると、出力端子ＯＵＴのレベルが「Ｈ」から「Ｌ」になるため、エッジ検出回路２１はこの信号変化状態を検出し、ＮＯＴゲート２３、抵抗Ｒ３およびＲ４を介して送信受信切替信号を送信する。エッジ検出回路２１は、トランジスタＴｒ１をオフ、トランジスタＴｒ２をオンとするように制御する送信切替信号を制御信号として送信する。

他方、二次側確認信号送信回路２２は、出力端子ＯＵＴのレベルが「Ｈ」から「Ｌ」になると、この信号変化状態を検出した時点から送信切替が行われるのに十分な所定時間を経過したことを計測し当該確実に送信可能となった後にパルス状の確認信号を所定期間ｔｃ内に送信する（図４の（９）のタイミング）。尚、所定期間ｔｃが経過すると、エッジ検出回路２０はトランジスタＴｒ１をオン、トランジスタＴｒ２をオフとするように制御する受信切替信号を制御信号として送信する。

前述と同様に、二次側確認信号送信回路２２が確認信号を送信するときには、トランジスタＴｒ２はオンしトランジスタＴｒ１はオフしているため、確認信号の電圧がコイル４に通電される。すると、コイル４に対向配置されたコイル８には確認信号の電圧に応じた電圧が入出力絶縁状態で誘起される。コンパレータ１６は、確認信号を検出する（図４の（１０）のタイミング）。

二次側信号診断回路１５は、「Ｈ」→「Ｌ」に移行したタイミングから所定期間ｔｂ内にコンパレータ１６の出力電圧がパルス状に検出された場合に入力信号が二次側に確実に伝達されたことを確認するため、二次側信号診断回路１５は、「Ｈ」となる異常信号を入力信号補正回路１４に与えることがない（図４の（１１）のタイミング）。したがって、入力信号補正回路１４は何も補正することなく入力端子ＩＮの入力信号をそのままコイル６に印加し続け、出力端子ＯＵＴの電圧レベルは正常に「Ｌ」状態に保持される（図４の（１２）に示す期間）。

その後、何らかの外的要因によってコイル４の出力にパルス状のノイズＮが混入した場合を考慮する（図４の（１３）に示すタイミング）。この場合、コイル４の出力電圧が大幅に変化するとコイル４の出力電圧が例えばしきい値電圧Ｖｒｅｆ１以上となってしまう。すると、一次側の入力信号が変化していないにも関わらず、出力端子ＯＵＴの電圧レベルが「Ｌ」から「Ｈ」に移行する。これは、一旦しきい値電圧Ｖｒｅｆ１以上の電圧を検出してしまうと、ラッチ回路２０が「Ｈ」を出力するためである。

このとき、エッジ検出回路２１が出力端子ＯＵＴの「Ｌ」→「Ｈ」の変化を検出し送信イネーブル状態にして二次側確認信号送信回路２２が確認信号を送信する（図４の（１４）に示すタイミング）。

その後、二次側信号診断回路１５は、コンパレータ１６の検出結果（図４の（１５）参照）と入力端子ＩＮの入力信号とを比較するが、入力端子ＯＵＴの入力信号が「Ｈ」→「Ｌ」に変化したタイミングから所定期間ｔｂを超える時間が経過してしまっているため、このコンパレータ１６の出力電圧をノイズＮが混入したことに起因した検出電圧であると判断し、「Ｈ」のパルス診断信号電圧を異常信号として入力信号補正回路１４に印加する（図４の（１６）参照）。

入力信号補正回路１４は、二次側信号診断回路１５の診断信号電圧を受けて補正用のパルス信号（立上り入力信号＋立下り入力信号：補正信号）Ｙをコイル６に印加する（図４の（１７）参照）。すると、コイル４の出力電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆ１以上となるときに、ラッチ回路２０は「Ｈ」状態を保持し続けるが、しきい値電圧Ｖｒｅｆ２以下となるとラッチ回路２０の出力は「Ｈ」→「Ｌ」に移行し、出力端子ＯＵＴのレベルが「Ｌ」に移行する（図４の（１８）のタイミング）。このようにして、出力端子ＯＵＴのデジタル信号レベルを正常な「Ｌ」状態に補正して保つことができる。

図５は、本実施形態の比較対象となるタイミングチャートを示しており、ノイズＮが混入した場合にこの影響を補正しない場合について各端子の電圧やデジタル信号を図４に対応して概略的に示している。この図５に示すように、補正信号入力がない場合には、ノイズＮが発生すると、入力信号のデジタル信号レベルが変化するまで誤出力状態が続いてしまう。例えば、デジタル伝送周波数が低い場合、もしくは信号変化の少ない直流成分に近い周波数を伝送する場合には、ノイズＮの影響が無視できなくなってしまう。また、例えばフォトカプラなどの構成が考慮されるもののフォトカプラは一般にＤＣ〜数十ＭＨｚ程度の周波数範囲において電気的に絶縁した状態で信号伝達が可能な素子であり、今後要求される高速応答性能の向上には不向きと考えられる。

本実施形態では、出力端子ＯＵＴの電圧レベルを補正して正常な「Ｌ」状態に補正して保つことができる。尚、このようなデジタル伝送処理においては、本来のデジタル伝送周波数の数百分の１、数千分の１程度のパルス性のデジタルノイズが許容されており、ノイズＮに起因した誘起電圧が発生しこの影響が出力端子ＯＵＴのデジタル信号に生じたとしても、直ぐに補正処理が行われるためデジタル信号の伝送処理を信頼性良く正常に通信を継続して行うことができる。この場合であっても低周波数における特性を向上することができる。

このような実施形態によれば、一次側のコイル６に入力信号が通電されると、コイル６に生じる磁界に応じて二次側のコイル４に電圧が誘起される。コンパレータ１８、１９は当該誘起電圧を検出し、この誘起電圧を所定のしきい値電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２と比較する。ラッチ回路２０はこの比較結果を出力端子ＯＵＴから出力するが、この出力結果に応じて送受信機能が切替えられ、二次側確認信号送信回路２２は確認信号をコイル４からフィードバックして送信する。コイル４から送信された確認信号に応じてコイル８には電圧が誘起されるが、コンパレータ１６はこのコイル８の誘起電圧の変化を検出する。

二次側信号診断回路１５は、補正後の入力信号のデジタル信号が「Ｌ」→「Ｈ」または「Ｈ」→「Ｌ」となるタイミングから所定期間ｔｂ以内にコイル８の誘起電圧のデジタル信号出力変化がある場合には異常信号を出力することなく入力信号補正回路１４は入力端子ＩＮの入力信号をそのままコイル６に出力する。

他方、二次側信号診断回路１５は、補正後の入力信号となるデジタル信号が「Ｌ」→「Ｈ」または「Ｈ」→「Ｌ」となるタイミングから所定期間ｔｂ以外にコイル８の誘起電圧に応じたコンパレータ１６のデジタル信号の出力変化がある場合には、異常信号として診断信号電圧を入力信号補正回路１４に出力し、この場合には入力信号補正回路１４はパルス状の補正信号を入力信号に重畳してコイル６に印加する。この場合、入力信号補正回路１４はコイル８の誘起電圧と入力信号の電圧変化との比較に応じて入力信号を補正することになる。するとデジタル信号が補正されて出力端子ＯＵＴに出力されるようになり、正常なデジタル信号を出力端子ＯＵＴから出力できる。これにより元の信号を再現することができるようになり、デジタル信号の耐ノイズ性能を向上できる。しかも磁気結合を用いているため、高速応答性を向上できる。

切替回路１７を設けてコイル４の送受信機能を切り替えているため、送信用、受信用のコイルを別体に設けることなく構成することができる。
コイル４、６および８が重構造に構成されているため、集積回路装置Ｃの配設領域をコンパクト化することができる。具体的には、支持基板１上に絶縁体２を介して軟磁性体３、コイル４、絶縁体５、コイル６、絶縁体７、コイル８、軟磁性体９を順に形成しているため、平面的に同一配置に構成することができ実装スペースを縮小化できる。

コイル８の上面、およびコイル４、６、８の外側面を覆うように軟磁性体７を形成しているため、磁気結合率を向上できる。
二次側確認信号送信回路２２は、コンパレータ１８、１９により誘起電圧が検出されてから予め定められた所定期間の間に確認信号を送信しているため、一次側から二次側に送信されたか否かを一次側で直ぐに確認することができデジタル伝送の信頼性を向上できる。

（第２の実施形態）
図８および図９は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、前述実施形態における出力端子の出力電圧をさらに整形してデジタルノイズを生じさせないように構成したところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。

図８は、本実施形態に係る機能ブロックの変更部分を図３に対応して示しており、図９は、タイミングチャートを図４に対応して示している。
図８に示すように、ラッチ回路（保持手段）２０の出力が出力診断判断回路（出力診断判断手段）２４に接続されており、この出力診断判断回路２４の出力が出力端子ＯＵＴに与えられている。出力診断判断回路２４は、ラッチ回路２０の立上り／立下り信号を検出し、このタイミングから所定期間ｔａを計測し、この所定期間ｔａ中に再度ラッチ回路２０の出力変化を検出した場合にはデジタル出力を変化させず、所定期間ｔａ中にラッチ回路２０の出力変化を検出しない場合にはデジタル出力を変化させるように構成されている。すなわち、ラッチ回路２０のデジタル出力をプレ出力信号として所定条件が満たされたときにデジタル信号の状態を変化させるように構成されている。

図９のタイミングチャートに示すように、出力診断判断回路２４は、ラッチ回路２０の立上り／立下り信号を検出すると、このタイミングから所定期間ｔａが経過するまで当該出力信号を変化させずに待機する（図８の（１９）（２１）（２３）参照）。所定期間ｔａは、一次側で補正用のパルス信号Ｙが出力された後当該パルス信号Ｙを二次側で十分に受信可能な期間として予め定められている。

出力診断判断回路２４は、所定期間ｔａが経過すると当該経過前にラッチ回路２０の出力変化が生じていないことを条件として出力信号を変化させる（図８の（２０）（２２）のタイミング）。しかし、出力診断判断回路２４は、ノイズＮが発生したことに起因して二次側信号診断回路１５が異常信号として診断信号電圧「Ｈ」を発生し（図８の（１８）参照）、パルス信号Ｙが入力されたことに応じてラッチ回路２０の出力変化が所定期間ｔａの経過前に生じる（図８の（２５）のタイミング）と、所定期間ｔａが経過したとしても出力を変化させない（図８の（２４）のタイミング）。すると、出力信号が入力信号と合致するようになり、正常な出力を得ることができる。

本実施形態によれば、出力診断判断回路２４は、ラッチ回路２０が出力するデジタル信号レベルが変化したとしても、補正用のパルス信号Ｙを二次側で受信可能な期間として予め定められた所定期間ｔａだけ待機し、当該所定期間ｔａ中にパルス信号Ｙを受信しなければラッチ回路２０のデジタル信号レベル出力変化を反映して出力端子ＯＵＴにデジタル出力し、逆にパルス信号Ｙを受信すればラッチ回路２０のデジタル信号レベル変化を反映させずに前回ラッチ回路２０が保持していたデジタル信号レベルを出力端子ＯＵＴに出力しているため、正常なデジタル信号を出力端子ＯＵＴから確実に出力できるようになる。これにより、信号伝送の正確性を向上できる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、送信用コイルと検出用コイルとの間に絶縁体を設けたところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図１０は、集積回路装置Ｃに代わる集積回路装置Ｄの構造断面を示している。集積回路装置Ｄは、入出力回路Ｃ１に代わる入出力回路Ｄ１を具備している。入出力回路Ｄ１は磁気結合回路Ｚに代わる磁気結合回路Ｚ１を具備している。図１０に磁気結合回路Ｚ１の構造断面を示すように、絶縁体７がコイル６の上面および外側周（外側面）を覆うように構成されている。また、コイル８と軟磁性体９との間には絶縁体２５が介在して設けられている。この絶縁体２５は、渦巻状のコイル８間に軟磁性体９が形成されないようにするために設けられている。絶縁体２５は、コイル８の上面および側面を覆うように構成されているため、より磁気結合率を向上できる。

この絶縁体２５は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜したり、或いはスピンコート法や蒸着法を用いてポリイミドなどの有機膜を成膜すると良い。絶縁体２５の形成方法は絶縁体５、７の形成方法と同様の方法を適用すると良い。本実施形態では、絶縁体２５がコイル８の外側周（外側面）を覆うように形成されている。このような実施形態においてもほぼ同様の作用効果が得られると共に、磁気結合率をさらに向上できる。

（第４の実施形態）
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、本発明の第４の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、送信用コイルと検出用コイルとを一体に同一層（同一平面）内に構成されており、一体構成されたコイルの途中位置に引出線が接続されており、当該コイルの途中位置が入力信号の通電端子、誘起電圧の検出端子として構成されているところにある。また、送信用コイルと検出用コイルとを同一層内に同時に形成したところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図１１（ａ）は、図１（ａ）に対応して集積回路装置Ｃに代わる集積回路装置Ｅの断面を示しており、図１１（ｂ）は、図１（ｂ）に対応した断面を示している。集積回路装置Ｅは、入出力回路Ｃ１に代わる入出力回路Ｅ１を具備しており、入出力回路Ｅ１は磁気結合回路Ｚに代わる磁気結合回路Ｚ２を具備している。

これらの図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、コイル６、８は同一平面内に一体構成されると共にコイル４の上方に位置して構成されている。軟磁性体９は、コイル６、８の上面および外側面を覆うように構成されている。コイル６、８には、入力信号を入力するための入力端子ＩＮの入力線とコイル８の誘起電圧の検出線として引出線１２が形成されており、送信回路１３と電気的に接続されている。

このような実施形態によれば、前述実施形態と同様の作用効果が得られると共に、コイル６、８を一体化して構成できるため、部品構成数を削減できる。また、コイル６、８を同時に形成できるため、製造工程数を削減できる。軟磁性体９がコイル６、８の上面および外側面を覆うように形成されるため、磁気結合率を向上できる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
軟磁性体７が、渦巻状コイル８の上面、および渦巻状コイル４、６、８の外側面を覆うように形成された実施形態を示したが、これに代えて、または、これに加えて、渦巻状コイル４、６、８の内側周（内側面）を覆うように形成されていても良い。尚、コイル４、６、８の内側面とは、それぞれ渦巻状コイル４、６、８の渦巻中心側の当該コイルの側面を示している。このような構造を適用しても前述実施形態と同様に磁気結合率を向上できる。

支持基板１として、シリコン基板、ガラスやセラミックの無機基板、エポキシ等を基材とする有機基板を必要に応じて選択的に適用できる。
上述実施形態では軟磁性体３、９としてフェライトを設けたが必要に応じて設ければ良い。また、軟磁性体３、９はフェライトに限らず、鉄シリコン（ＦｅＳｉ）、鉄シリコンアルミ（ＦｅＳｉＡｌ）合金（センダスト）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金（パーマロイ）、鉄（Ｆｅ）基やコバルト（Ｃｏ）基のアモルファス合金を適用しても良い。

コイル４、６、８がそれぞれ渦巻き状に構成された実施形態を示したが、これらのコイル４、６、８は矩形状でも渦巻きと矩形の組み合わせ形状に成型されていても良い。
コイル４、６、８を、それぞれ二次側の送受信用コイル、一次側の送信用コイル、一次側の検出用コイルとして構成したが、必要に応じて、互いに入れ替えて機能させるようにしても良い。

コイル４、６、８の基端部と末端部の送信回路１３、受信回路１１との接続方法としては、フェライト３または／および９に貫通電極（図示せず）を形成してコイル４、６、８の外部配線に接続するように構成しても良いし、絶縁体５内に接続配線層（図示せず）を形成することで磁気送受信部Ｚの外部に電極を取り出して電気的に接続するようにしても良い。

コイル６、８の巻始めと終わりに相当する基端部と末端部とから配線を取り出す手段として貫通電極を用いたり、軟磁性体９の外周部などから金やアルミ等のワイヤボンディング法で引出線１２を接続すればよい。

本発明の第１の実施形態における構造説明図（（ａ）は要部の縦断面構造を示す図（（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図）、（ｂ）は磁気結合回路の構造を示す平面図） 電気的構成を示すブロック図 図２の電気的構成を機能的要素によって示す説明図 タイミングチャート 比較対象を示す図４相当図 製造工程の説明図（その１） 製造工程の説明図（その２） 本発明の第２の実施形態を示す図２、図３相当図 図４相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１（ａ）相当図 本発明の第４の実施形態を示す図１（ａ）、図１（ｂ）相当図

符号の説明

図面中、４はコイル（二次側の送受信用コイル）、５は絶縁体、６はコイル（一次側の送信用コイル）、７は軟磁性体、８はコイル（一次側の検出用コイル）、１１は受信回路、１３は送信回路、１４は入力信号補正回路（入力信号補正手段）、１５は二次側信号診断回路（二次側信号診断手段）、１６はコンパレータ（一次側誘起電圧検出手段、二次側確認信号検出手段）、１８、１９はコンパレータ（二次側信号検出手段）、２２は二次側確認信号送信回路（二次側確認信号送信手段）、Ｃは集積回路装置、Ｃ１は入出力回路、Ｚは磁気結合回路を示す。

Claims (17)

1. 入力信号を通電する一次側の送信用コイルと、
   入力信号が送信用コイルに通電され当該送信用コイルに生じる磁界に応じて電圧を誘起する二次側の送受信用コイルと、
   前記送受信用コイルの誘起電圧を検出する二次側信号検出手段と、
   前記二次側信号検出手段により検出された誘起電圧に応じて確認信号を前記送受信用コイルを通じて送信する二次側確認信号送信手段と、
   前記二次側確認信号送信手段により前記送受信用コイルを通じて送信された確認信号に応じて一次側に与えられる電圧を誘起する一次側の検出用コイルと、
   前記検出用コイルの誘起電圧を検出する一次側誘起電圧検出手段と、
   前記一次側誘起電圧検出手段により検出された誘起電圧と前記入力信号の電圧変化との比較に応じて前記送信用コイルに入力する入力信号を補正する入力信号補正手段とを備えていることを特徴とする集積回路装置。
2. 一のパッケージ内に、一次側の前記送信用コイルおよび前記検出用コイルと、二次側の前記送受信用コイルとがそれぞれ互いに対向配置され一次側の入力信号を電気的に絶縁した状態で二次側にデジタル信号を伝送することを特徴とする請求項１記載の集積回路装置。
3. 前記送受信用コイルの送受信機能を切り替える送信受信切替手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集積回路装置。
4. 入力信号のデジタル信号変化が生じたタイミングから予め定められた第１所定期間以外に前記一次側誘起電圧検出手段のデジタル信号の出力変化がある場合には異常信号を入力信号補正手段に出力する二次側信号診断手段を備え、
   前記入力信号補正手段は、前記二次側信号診断手段から異常信号が出力されたときにはパルス状の補正信号を入力信号に重畳することで当該入力信号を補正することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の集積回路装置。
5. 前記一次側の送信用コイルおよび検出用コイルが別体で重構造に構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の集積回路装置。
6. 前記一次側の送信用コイルと検出用コイルとは一体に同一平面内に構成され、
   前記一体構成されたコイルの途中位置に引出線が接続されることにより、当該途中位置が前記入力信号の通電端子、前記一次側誘起電圧検出手段による誘起電圧の検出端子として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の集積回路装置。
7. 前記二次側確認信号送信手段は、前記二次側電圧検出手段により誘起電圧が検出されてから予め定められた第２所定期間の間に確認信号を送信することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の集積回路装置。
8. 前記二次側誘起電圧検出手段により検出された誘起電圧に応じて変化するデジタル信号レベルを保持する保持手段と、
   変化した前記デジタル信号レベルを前記保持手段が保持したタイミングから前記入力信号補正手段が補正した入力信号を二次側で受信可能に予め定められた第３所定期間だけ待機し、当該待機中に前記デジタル信号レベルが再度変化しないときには前記保持手段の前記デジタル信号レベルを出力し、当該待機中に前記デジタル信号レベルが再度変化したときには待機後に出力を変化させず前記保持手段が前回保持していたデジタル信号レベルを出力する出力診断判断手段とを備えたことを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の集積回路装置。
9. 前記一次側の送信用コイル、前記二次側の送受信用コイル、前記一次側の検出用コイルは共に平面状に形成された状態で積層して構成され、
   前記一次側の送信用コイル、前記二次側の送受信用コイル、前記一次側の検出用コイルの外側面を覆うように形成された軟磁性体を備えたことを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の集積回路装置。
10. 前記一次側の送信用コイル、前記二次側の送受信用コイル、前記一次側の検出用コイルは共に平面状に形成された状態で積層して構成され、
    前記一次側の送信用コイル、前記二次側の送受信用コイル、前記一次側の検出用コイルの内側面を覆うように形成された軟磁性体を備えたことを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の集積回路装置。
11. 一のパッケージ内に互いに対向配置された第１〜第３コイルを、それぞれ、
    入力信号を通電する一次側の送信用コイル、
    前記一次側の送信用コイルに生じる磁界に応じて電圧を誘起し当該電圧誘起状態に応じて確認信号を送信する二次側の送受信用コイル、
    前記二次側の送受信用コイルから送信された確認信号に応じて一次側に与えられる電圧を誘起する一次側の検出用コイル、
    のうち何れかに適用して、前記一次側の検出用コイルの誘起電圧と入力信号の電圧との比較に応じて一次側の送信用コイルに入力する入力信号を補正し一次側の入力信号を電気的に絶縁した状態で二次側にデジタル信号を伝送するように構成された集積回路装置の製造方法であって、
    支持基板上に第１軟磁性体を形成する第１工程と、
    前記第１軟磁性体上に前記第１コイルを形成する第２工程と、
    前記第１コイル上に第１絶縁体を形成する第３工程と、
    前記第１絶縁体上に前記第２コイルを形成する第４工程と、
    前記第２コイル上に第２絶縁体を形成する第５工程と、
    前記第２絶縁体上に前記第３コイルを形成する第６工程と、
    前記第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第７工程とを備えたことを特徴とする集積回路装置の製造方法。
12. 前記第２絶縁体上に第３コイルを形成する第６工程と前記第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第７工程との間に、前記第３コイル上に第３絶縁体を形成する第８工程を備えたことを特徴とする請求項１１記載の集積回路装置の製造方法。
13. 前記第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第７工程では、前記第３コイルの上面および前記第１ないし第３コイルの外側面を覆うように第２軟磁性体を形成することを特徴とする請求項１１または１２記載の集積回路装置の製造方法。
14. 前記第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第７工程では、前記第３コイルの上面および前記第１ないし第３コイルの内側面を覆うように第２軟磁性体を形成することを特徴とする請求項１１ないし１３の何れかに記載の集積回路装置の製造方法。
15. 前記第２、第３コイルをそれぞれ一次側の送信用コイル、検出用コイルとして適用した場合、
    前記第４ないし第７工程に代えて、前記第１絶縁体上に前記第２および第３コイルを一体に同一平面内に同時に形成する第９工程と、当該第２および第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第１０工程とを備えたことを特徴とする請求項１１または１２記載の集積回路装置の製造方法。
16. 前記第２および第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第１０工程では、前記第２および第３コイルの上面および前記第１ないし第３コイルの外側面を覆うように第２軟磁性体を形成することを特徴とする請求項１５記載の集積回路装置の製造方法。
17. 前記第２および第３コイル上に第２軟磁性体を形成する第１０工程では、前記第２および第３コイルの上面および前記第１ないし第３コイルの内側面を覆うように第２軟磁性体を形成することを特徴とする請求項１５または１６記載の集積回路装置の製造方法。

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