基于系统级封装的磁隔离系统的制作方法

本发明涉及半导体，具体涉及一种基于系统级封装的磁隔离系统。

背景技术：

1、磁隔离器件具有高数据传输率、高集成度、低功耗等优点，且可实现能量的传输。目前，磁隔离器件普遍将集成变压器置于芯片之上，同时，将部分电路与线圈集成在一个衬底上。该方式有利于提高磁隔离器件的集成度，但工艺复杂、成本高。其次，该方式不利于集成更多的信号通路，也不能同时传递数字信号、模拟信号和功率，增加了实际应用中的硬件成本和系统体积。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于系统级封装的磁隔离系统，其具有低成本、多通路、易拓展、具备能量传输能力的优点。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种基于系统级封装的磁隔离系统，由平铺设置在一个封装内部的第一芯片、集成变压器组及第二芯片构成，第一芯片与集成变压器组之间、集成变压器组与第二芯片之间均通过金属键合线相连；集成变压器组上集成一个用于功率传输的变压器以及集成至少一个用于信号传输的变压器；用于功率传输的变压器用于第一芯片到第二芯片的能量传递。堆叠式磁隔离器件要求变压器的长和宽不能大于底部芯片的长和宽。该尺寸限制了信号通道的数量，不能满足多通道的要求。该发明采用的平铺式则“解耦”了芯片和变压器的尺寸。

3、进一步的技术方案是，用于信号传输的变压器设有若干个，用于信号传输的变压器用于第一芯片和第二芯片之间的数字信号和模拟信号的双向传递。

4、另一种技术方案是，用于信号传输的变压器设有若干个，其中一个用于将第二芯片的功率信息传递回第一芯片以提高或降低第一芯片输出的功率，直到第二芯片接收到的功率符合要求，以实现功率传输的全局控制。

5、进一步的技术方案为，金属键合线由金、银、铜或铝制作而成；每个变压器均包括衬底、底层线圈、介质层和顶层线圈；介质层采用绝缘材料制成，底层线圈和顶层线圈由金属线构成；顶层线圈设置在介质层上，底层线圈设置在衬底上，介质层上还设置分别作为顶层线圈的输入端口的第一pad和第二pad以及作为底层线圈的输入端口的第三pad和第四pad。

6、进一步的技术方案为，衬底由玻璃或硅制作而成；介质层由二氧化硅或聚酰亚胺制作而成以实现底层线圈和顶层线圈的电气隔离；所述金属线由铝、铜、金或银制作而成。

7、进一步的技术方案为，第一芯片包括数字信号输入通道、数字信号输出通道、模拟信号输入通道、模拟信号输出通道以及功率模块；数字信号输入通道与边沿检测电路相连，边沿检测电路与脉冲产生电路相连；模拟信号输入通道与模数信号转换器相连，模数信号转换器与第二边沿检测电路相连；数字信号输出通道与信号解调电路相连，信号解调电路与脉冲检测电路相连；模拟信号输出通道与数模信号转换器相连，数模信号转换器与第二信号解调电路相连，第二信号解调电路与第二脉冲检测电路相连；

8、数字信号输入通道用于数字信号的输入，边沿检测电路用于检测输入的数字信号的上升沿和下降沿，脉冲产生电路产生脉冲电流，以驱动变压器的源边，脉冲电流在变压器副边产生脉冲电压，用于将信号传导至第二芯片；

9、模拟信号输入通道用于模拟信号的输入，模数信号转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并通过串行方式输出到第二边沿检测电路；

10、脉冲检测电路用于检测第一芯片接收到的变压器副边输出的脉冲电压，信号解调电路用于将脉冲检测电路检测到的脉冲电压还原成数字信号后通过数字信号输出通道输出；

11、第二脉冲检测电路用于检测第一芯片接收到的变压器副边输出的脉冲电压，第二信号解调电路用于将脉冲电压还原成数字信号后通过数模信号转换器转换成模拟信号后通过模拟信号输出通道输出。

12、进一步的技术方案为，功率模块包括振荡器、与振荡器相连的功率放大器；与振荡器连接有第三信号解调电路，第三信号解调电路与第三脉冲检测电路相连；

13、振荡器用于产生高频振荡信号，功率放大器接收到高频振荡信号后产生高频的正弦电流以用于驱动用于功率传输的变压器以实现功率传输；

14、第三脉冲检测电路用于检测来自第二芯片的直流输出电压，第三信号解调电路用于将第三脉冲检测电路检测的直流输出电压还原成作为全局控制信号的数字信号输出给振荡器，振荡器还用于在接收全局控制信号后调整振荡器输出频率，功率放大器还用于在振荡器接收到全局控制信号后调节功率放大器的工作电压，或者调节功率放大器中功率器件的占空比以实现输出功率的提高或降低，直到第二芯片获得预设的输出电压。

15、进一步的技术方案为，第二芯片包括数字信号输入通道、数字信号输出通道、模拟信号输入通道、模拟信号输出通道、功率模块、整流器与直流电压转换电路；数字信号输出通道与信号解调电路相连，信号解调电路与脉冲检测电路相连；模拟信号输出通道与数模信号转换器相连，数模信号转换器与第二信号解调电路相连，第二信号解调电路与第二脉冲检测电路相连；整流器与直流电压转换电路相连；输出电压检测电路与直流电压转换电路相连；输出电压检测电路还与第三脉冲检测电路相连；

16、数字信号输入通道用于数字信号的输入，边沿检测电路用于检测输入的数字信号的上升沿和下降沿，脉冲产生电路产生脉冲电流，以驱动变压器的源边，脉冲电流在变压器副边产生脉冲电压，用于将信号传导至第一芯片；

17、模拟信号输入通道用于模拟信号的输入，模数信号转换器用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并通过串行方式输出到第二边沿检测电路；

18、整流器用于在第二芯片接收第一芯片传输的功率时对正弦电流整流以获得一个直流电压，然后通过直流电压转换电路，最后输出；

19、输出电压检测电路用于检测输出的直流电压是否满足系统要求，并输出一个本地控制信号和全局控制信号；本地控制信号控制直流电压转换电路的工作状态，形成本地控制环路以对输出直流电压进行快速调节；全局控制信号通过变压器传递至第一芯片，通过提高或降低第一芯片的输出功率来调节输出直流电压的大小，形成全局控制环路。

20、本发明的优点和有益效果在于：1. 堆叠式磁隔离器件要求变压器的长和宽不能大于底部芯片的长和宽。该尺寸限制了信号通道的数量，不能满足多通道的要求。该发明采用的平铺式则“解耦”了芯片和变压器的尺寸；

21、2. 堆叠式器件中，由于变压器和其底部芯片距离过近，其产生的磁场容易干扰芯片的正常工作，尤其是进行能量传输时，磁场干扰会很强；

22、3. 堆叠式器件要求变压器的制作工艺和芯片的制作工艺相兼容，工艺难度高，成本大。本发明则允许芯片和变压器使用不同工艺制作，实现了芯片和变压器的工艺“解耦”，降低了工艺难度和成本；

23、4. 由于芯片和变压器的尺寸和工艺的“解耦”，该发明能够更加方便的将数字信号双向传输通道、模拟信号双向传输通道和功率传输集成在一个封装内。通过一个器件，满足客户多方面的需求。

1.基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，由平铺设置在一个封装内部的第一芯片、集成变压器组及第二芯片构成，第一芯片与集成变压器组之间、集成变压器组与第二芯片之间均通过金属键合线相连；集成变压器组上集成一个用于功率传输的变压器以及集成至少一个用于信号传输的变压器；用于功率传输的变压器用于第一芯片到第二芯片的能量传递。

2.根据权利要求1所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述用于信号传输的变压器设有若干个，用于信号传输的变压器用于第一芯片和第二芯片之间的数字信号和模拟信号的双向传递。

3.根据权利要求1所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述用于信号传输的变压器设有若干个，其中一个用于将第二芯片的功率信息传递回第一芯片以提高或降低第一芯片输出的功率，直到第二芯片接收到的功率符合要求，以实现功率传输的全局控制。

4.根据权利要求2或3所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述金属键合线由金、银、铜或铝制作而成；每个变压器均包括衬底、底层线圈、介质层和顶层线圈；介质层采用绝缘材料制成，底层线圈和顶层线圈由金属线构成；顶层线圈设置在介质层上，底层线圈设置在衬底上，介质层上还设置分别作为顶层线圈的输入端口的第一焊盘和第二焊盘以及作为底层线圈的输入端口的第三焊盘和第四焊盘。

5.根据权利要求4所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述衬底由玻璃或硅制作而成；介质层由二氧化硅或聚酰亚胺制作而成以实现底层线圈和顶层线圈的电气隔离；所述金属线由铝、铜、金或银制作而成。

6.根据权利要求5所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述第一芯片包括数字信号输入通道、数字信号输出通道、模拟信号输入通道、模拟信号输出通道以及功率模块；数字信号输入通道与边沿检测电路相连，边沿检测电路与脉冲产生电路相连；模拟信号输入通道与模数信号转换器相连，模数信号转换器与第二边沿检测电路相连；数字信号输出通道与信号解调电路相连，信号解调电路与脉冲检测电路相连；模拟信号输出通道与数模信号转换器相连，数模信号转换器与第二信号解调电路相连，第二信号解调电路与第二脉冲检测电路相连；

7.根据权利要求6所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述功率模块包括振荡器、与振荡器相连的功率放大器；与振荡器连接有第三信号解调电路，第三信号解调电路与第三脉冲检测电路相连；

8.根据权利要求7所述的基于系统级封装的磁隔离系统，其特征在于，所述第二芯片包括数字信号输入通道、数字信号输出通道、模拟信号输入通道、模拟信号输出通道、功率模块、整流器与直流电压转换电路；数字信号输出通道与信号解调电路相连，信号解调电路与脉冲检测电路相连；模拟信号输出通道与数模信号转换器相连，数模信号转换器与第二信号解调电路相连，第二信号解调电路与第二脉冲检测电路相连；整流器与直流电压转换电路相连；输出电压检测电路与直流电压转换电路相连；输出电压检测电路还与第三脉冲检测电路相连；