本發(fā)明涉及一種信號傳輸技術(shù)，且特別涉及一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)及電隔離器的制造方法。

背景技術(shù)：

在信號傳輸領(lǐng)域中，時常需要將信號或能量從一個電壓域的電路中傳遞到另一個電壓域的電路，或是將信號或能量從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)。然而，由于電壓域或介質(zhì)種類的不同，信號在傳遞過程中可能會藉由寄生路徑來干擾或擊穿周邊的電路而造成毀損。因此，為了電路的可靠度著想，通常會藉由電隔離器、耦合器或是隔離護(hù)欄(isolation barrier)用以在不同電壓域的電路之間傳遞信號，藉以保護(hù)電路。

電隔離器可以適用于許多電源電路領(lǐng)域中，例如電源系統(tǒng)(如，電源供應(yīng)器、馬達(dá)控制系統(tǒng)、服務(wù)器供電系統(tǒng)、家電…等)、照明控制系統(tǒng)(如，LED控制器)以及工業(yè)馬達(dá)系統(tǒng)(如，機(jī)器手臂、車用馬達(dá))…等。上述這些電源電路系統(tǒng)通常是通過控制電路來產(chǎn)生信號或命令，藉以控制輸出級電路并將能量傳遞到負(fù)載。

目前來說，電隔離器通常采用光耦合器、電容器或是變壓器來實現(xiàn)。若以光耦合器作為電隔離器，由于發(fā)光二極管(LED)的工藝無法相容于晶體管工藝(例如，CMOS工藝)，并且LED本身具有光衰、熱損…等議題，因此無法將LED整合到芯片中而需另外封裝。若采用可整合至芯片上的變壓器或電容器來做為電隔離器，則可能需要傳輸高頻的信號才能達(dá)到有效的傳輸效率，導(dǎo)致采用此種電隔離器的電路需要另外設(shè)計調(diào)制與解調(diào)制功能，才能順利地傳輸信號。因此，目前廠商仍然在積極尋求可以節(jié)省功耗并具備低信號失真度的電隔離器實現(xiàn)技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)以及電隔離器的制造方法，其利用線 圈與磁場傳感器并通過磁性耦合(magnetic coupling)來實現(xiàn)電隔離器的功能。

本發(fā)明一實施例的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)包括第一基板、第二基板、線圈以及磁場傳感器。線圈設(shè)置于所述第一基板。磁場傳感器設(shè)置于所述第二基板。所述線圈的位置依照所述磁場傳感器的位置而相應(yīng)設(shè)置，以使所述線圈傳遞信號至所述磁場傳感器。

本發(fā)明一實施例的電隔離器的制造方法包括下列步驟。在第一基板上設(shè)置線圈。以及，在第二基板的上設(shè)置磁場傳感器，所述線圈的位置依照所述磁場傳感器的位置而相應(yīng)設(shè)置，以使所述線圈傳遞信號至所述磁場傳感器。

基于上述，本發(fā)明實施例所述的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)利用線圈與磁場傳感器，并通過磁性耦合(magnetic coupling)來實現(xiàn)電隔離器的功能。本發(fā)明實施例的電隔離器可與芯片工藝相結(jié)合，其傳輸?shù)男盘柨梢詾楦哳l信號與低頻信號，且不需要將信號進(jìn)行調(diào)制及解調(diào)。藉此，本發(fā)明實施例利用線圈與磁場傳感器來實現(xiàn)的電隔離器可使功耗降低、減少信號失真度。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是依照本發(fā)明一實施例的一種采用電隔離器的電路的示意圖。

圖2是依照本發(fā)明一實施例的一種電隔離器的電路圖。

圖3是依照本發(fā)明第一實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是依照本發(fā)明第二實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5A及圖5B是依照本發(fā)明第三實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6A及圖6B是依照本發(fā)明第四實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖7是依照本發(fā)明第一實施例的電隔離器的制造方法的流程圖。

【符號說明】

100：電路

110：電隔離器

120：第一電路

130：第二電路

140：負(fù)載

VD1：第一電壓域

VD2：第二電壓域

210：線圈

220：磁場感應(yīng)器

300、400、500、600：電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)

310、410、510、610：第一基板

320、420、520、620：第二基板

330、430、530、630：線圈

340、440、540、640：磁場感應(yīng)器

350、450：隔離電位層

360、460、560、660：第一焊墊

370、470、570、670：輸入放大器

380、480、580、680：第二焊墊

390、490、590、690：輸出放大器

S1：第一表面

S2：第二表面

S3：第三表面

S4：第四表面

615：第三基板

665：第三焊墊

具體實施方式

圖1是依照本發(fā)明一實施例的一種采用電隔離器110的電路100的示意圖。電路100包括電隔離器110、第一電路120、第二電路130以及負(fù)載140。第一電路120的電源連接至第一電壓域VD1，且第二電路130的電源連接至第二電壓域VD2。第一電路120可以是輸入級電路或控制電路，而第二電路130則可以是輸出級電路。負(fù)載140連接至第二電路130的輸出端。

在本實施例中，第一電壓域VD1與第二電壓域VD2可以不相同。電路100可適用于電源電路系統(tǒng)中，因此第二電壓域VD2可能為20V至35kV不等，端視應(yīng)用的電源電路系統(tǒng)而定。第一電壓域VD1則為控制電路常用的電 壓范圍，例如1.25V、3.3V、5V…等。此外，依照電源電路系統(tǒng)的應(yīng)用不同，負(fù)載140可以是電源供應(yīng)器、照明設(shè)備、馬達(dá)、家電、機(jī)器手臂、車用馬達(dá)…等。本發(fā)明實施例并不受限于此。

圖2是依照本發(fā)明一實施例的一種電隔離器110的電路圖。請參照圖2，電隔離器110包括線圈210以及磁場感應(yīng)器220。在本實施例中，磁場傳感器220可以利用霍爾感應(yīng)器(或稱為，霍爾元件)來實現(xiàn)。線圈210的兩端可連接至由控制電路所控制的電流產(chǎn)生器，且藉由電流產(chǎn)生器所產(chǎn)生的電流在線圈210中流動而產(chǎn)生磁場信號。藉此，電隔離器110可藉由線圈210來發(fā)射磁場信號，并經(jīng)由磁場感應(yīng)器220來接收此磁場信號以轉(zhuǎn)化為電壓信號，并將此電壓信號傳遞給后方的電路，從而達(dá)成電隔離或電耦合的功能。經(jīng)實驗得知，磁場信號以及磁場感應(yīng)器220所產(chǎn)生的電壓信號的操作頻率范圍十分寬廣，例如磁場信號及電壓信號可操作在100kHz至2MHz的頻率之間，因此可依據(jù)其需求而適用于低頻或是高頻信號傳輸。

由于線圈210以及磁場傳感器220皆可通過半導(dǎo)體工藝來實現(xiàn)，因此可輕易地整合至芯片中而不需另外封裝電隔離器110，藉以降低工藝成本以及封裝成本。若是以現(xiàn)有的變壓器或電容器來實現(xiàn)電隔離器，在傳輸信號的過程中，通常會需要將信號進(jìn)行調(diào)制以及解調(diào)制之后才能順利地進(jìn)行傳輸，而調(diào)制以及解調(diào)制皆會使信號波形略為失真。相對來說，本發(fā)明實施例的電隔離器110則可直接將圖1中第一電路120輸入到電隔離器的控制信號(如，PWM信號)藉由電流編碼器以及電流產(chǎn)生器來使圖2中的線圈210產(chǎn)生磁場信號，磁場感應(yīng)器220便可直接藉由磁場信號來直接得知其控制信號的內(nèi)容，而不需將信號進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)制的操作，從而避免信號失真。換句話說，本發(fā)明實施例的電隔離器110不需要進(jìn)行信號的調(diào)制以及解調(diào)制，因此將會降低電能消耗，還可具備較低的信號失真度。此外，本發(fā)明實施例所述的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)無需設(shè)置噪聲濾除功能的模塊，因此并不會發(fā)生回路延遲的情況，可相對應(yīng)地提升電路的操作速度以及電路回路的穩(wěn)定度。

圖3是依照本發(fā)明第一實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)300的示意圖。圖3用以例舉說明以單一芯片來實現(xiàn)電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)300。電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)300主要包括第一基板310、第二基板320、線圈330以及磁場傳感器340。第一基板310以及第二基板320可以是P型硅基板。本實施例是將第二基板320作為芯片基板，并將第一基板310通過隔離電位層350而設(shè)置在第 二基板320當(dāng)中。第一基板310具有第一表面S1以及相對于第一表面S1的第二表面S2。第二基板320具有第三表面S3以及相對于第三表面S3的第四表面S4。線圈330的位置依照磁場傳感器340的位置而相應(yīng)設(shè)置，以使線圈330傳遞信號至磁場傳感器340。為使電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)300能夠?qū)崿F(xiàn)在單一芯片上，第一基板310與第二基板320之間設(shè)置有隔離電位層350，藉以隔離第一基板310與第二基板320的電位。

在此詳細(xì)描述第一基板310以及線圈330。第一基板310的第一表面S1上除了線圈330以外還包括多個第一焊墊360以及輸入放大器370，但不以此為限，線圈330的位置可依照磁場傳感器340的位置而相應(yīng)設(shè)置。輸入放大器370的輸入端通過多個第一焊墊360以及導(dǎo)線而耦接至輸入級電路。換句話說，輸入級電路可通過導(dǎo)線以及第一焊墊360以耦接至輸入放大器370的輸入端，藉以傳送輸入信號至輸入放大器370。輸入放大器370的輸出端連接至線圈330的兩端，藉以通過線圈330來將輸入信號以磁場耦合方式來傳遞磁場信號給位于第二基板320上第三表面S3的磁場傳感器340。在本實施例中，線圈330的位置設(shè)置在磁場傳感器340的上方，且線圈330與磁場傳感器340之間具備不會妨礙磁場信號的隔離層。在其他實施例中，線圈330的位置也可設(shè)置在磁場傳感器340的下方或是兩側(cè)，使得線圈330的磁場信號得以傳遞至磁場傳感器340即可。

在此詳細(xì)描述第二基板320以及磁場感應(yīng)器340。第二基板320的第三表面S3上除了磁場感應(yīng)器340以外，還包括多個第二焊墊380以及輸出放大器390。輸出放大器390的接收端連接至磁場傳感器340的輸出端，且輸出放大器390的輸出端則連接至多個第二焊墊380。也就是說，磁場傳感器340通過輸出放大器390以電性連接第二焊墊380。輸出級電路可通過導(dǎo)線與第二焊墊380相耦接。藉此，當(dāng)磁場感應(yīng)器340接收到磁場信號時，便會將磁場信號轉(zhuǎn)換為輸出信號，并將此輸出信號提供給輸出放大器390。在本實施例中，此處的輸出信號為一種電壓信號。輸出放大器390將此輸出信號放大后，通過導(dǎo)線以及第二焊墊380以將輸出放大器390的輸出信號傳送給輸出級電路。藉此，輸出級電路便可藉由此輸出信號來將能量或信號提供給耦接至輸出級電路的輸出端的負(fù)載。

圖4是依照本發(fā)明第二實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)400的示意圖。圖4與圖3之間的不同處在于，圖4的實施例是將第一基板410作為芯片基 板，并將第二基板420通過隔離電位層450而設(shè)置在第一基板410當(dāng)中。圖4中的線圈430、磁場傳感器440、第一焊墊460、輸入放大器470、第二焊墊480及輸出放大器490皆與圖3中的線圈330、磁場傳感器340、第一焊墊360、輸入放大器370、第二焊墊380及輸出放大器390相似。

圖5A及圖5B是依照本發(fā)明第三實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)500的示意圖。圖5A及圖5B用以例舉說明以兩個芯片來實現(xiàn)電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)500的做法。電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)500主要包括第一基板510、第二基板520、線圈530以及磁場傳感器540。第一基板510包括第一表面S1以及對應(yīng)的第二表面S2，且第二基板520包括第三表面S3以及對應(yīng)的第四表面S4。第一基板510與第二基板520分別屬于不同芯片。本實施例在第一基板510的第一表面S1上設(shè)置線圈530、多個第一焊墊560以及輸入放大器570。并且，在第二基板520的第三表面S3上設(shè)置磁場傳感器540、多個第二焊墊580以及輸出放大器590。當(dāng)兩個基板510、520完成配置后(如圖5A所示)，本發(fā)明實施例便將第一基板510的第二表面S2配置在第二基板520的第三表面S3的上方(如圖5B所示)，并使線圈530的位置設(shè)置在磁場傳感器540的正上方，藉以使線圈530與磁場傳感器540之間的距離最短。藉此，線圈530便可傳送磁場信號給磁場傳感器540。圖5A與圖5B中的線圈530、磁場傳感器540、第一焊墊560、輸入放大器570、第二焊墊580及輸出放大器590與圖3及圖4具相同名稱的元件相類似，在此不予贅述。在某些實施例中，線圈530的位置也可設(shè)置在磁場傳感器540的下方或是兩側(cè)，例如將第一基板510設(shè)置在第二基板520的下方。應(yīng)用本實施例者并不僅限于圖5A、5B的教示，而可適度調(diào)整元件之間的擺放位置。

圖6A及圖6B是依照本發(fā)明第四實施例的一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)600的示意圖。圖6A及圖6B用以例舉說明以三個或三個以上的芯片來實現(xiàn)電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)300。圖6A、圖6B與上述圖5A、圖5B的不同之處在于，圖6中的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)600除了具備第一基板610與第二基板620以外，還包括第三基板615。也就是說，第一基板610、第二基板620與第三基板615可以分別屬于不同的芯片。在本實施例中，第一基板610的第一表面S1上可以僅具備線圈630以及第一焊墊660。第一焊墊660與線圈630的兩端相互電性連接。輸入放大器670并非設(shè)置于第一基板610，而是設(shè)置于第三基板615上。

特別說明的是，應(yīng)用本實施例者還可將控制電路675配置在第三基板615上，藉以讓具有第三基板615的芯片作為控制芯片。詳細(xì)來說，本發(fā)明實施例將輸入放大器670整合到控制電路675當(dāng)中，并將控制電路675電性連接至第三基板615中的多個第三焊墊665，以耦接至線圈630。線圈630連接至第一基板610中第一表面S1上的多個第一焊墊660。控制電路675藉由第三基板615中的第三焊墊665、第一基板610中的第一焊墊660以及當(dāng)中的導(dǎo)線而電性連接至線圈630。控制電路675還可藉由第三焊墊665來連接器其他芯片上的電路來實現(xiàn)相應(yīng)功能。在本實施例中，控制電路675可包括輸入放大器670、電流編碼器以及電流產(chǎn)生器。電流編碼器接收控制信號，并將控制信號通過電流產(chǎn)生器轉(zhuǎn)換為電流，藉以產(chǎn)生磁場信號。圖6A與圖6B中的線圈630、磁場傳感器640、第一焊墊660、輸入放大器670、第二焊墊680及輸出放大器690與圖3、圖4、圖5A及圖5B具相同名稱的元件功能相類似，在此不予贅述。

圖7是依照本發(fā)明第一實施例的電隔離器的制造方法的流程圖。請參照圖7，在步驟S710中，在第一基板設(shè)置線圈。此第一基板具有第一表面以及對應(yīng)的第二表面。在步驟S720中，在第二基板設(shè)置磁場傳感器。此第二基板具有第三表面以及對應(yīng)的第四表面。線圈的位置依照磁場傳感器的位置而相應(yīng)設(shè)置，以使此線圈傳遞信號至磁場傳感器。電隔離器的制造方法相關(guān)描述已公開于上述其他實施例中，應(yīng)用本實施例者可依照其需求，并以適當(dāng)?shù)牟襟E流程來實現(xiàn)圖3至圖6B中任一種電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)實施例。

綜上所述，本發(fā)明實施例所述的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)利用線圈與磁場傳感器(如，霍爾傳感器)，并通過磁性耦合(magnetic coupling)來實現(xiàn)電隔離器的功能。本發(fā)明實施例的電隔離器可與芯片工藝相結(jié)合，其傳輸?shù)男盘柨梢詾楦哳l信號與低頻信號，且不需要將信號進(jìn)行調(diào)制及解調(diào)制。藉此，本發(fā)明實施例利用線圈與磁場傳感器來實現(xiàn)的電隔離器可使功耗降低、減少信號失真度。此外，本發(fā)明實施例所述的電隔離器構(gòu)裝結(jié)構(gòu)無需設(shè)置調(diào)制/解調(diào)制/噪聲濾除功能的模塊，因而相對應(yīng)地提升操作速度以及電路回路的穩(wěn)定度。

雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書界定范圍為準(zhǔn)。