CN101640968B - 利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构 - Google Patents

Abstract

一种利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，其包括：金属壳体、氧化层、系统接地层和至少一导体。金属壳体提供有一容置空间，并且系统接地层和导体位于容置空间内。金属壳体经过阳极处理后，于其表面上形成有氧化层。导体电性连接至金属壳体内侧表面上的氧化层和系统接地层，以致使形成于金属壳体上的静电能被释放到系统接地层。

Description

利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构

技术领域

本发明涉及一种静电释放结构，特别涉及一种利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构。

背景技术

电子设备大多数处于静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)的环境中，静电放电因带电荷物体所形成的电场使附近的气体电离所产生的放电现象，静电的干扰会破坏了电子组件或者电路，而其它处于静电释放危险的电子组件虽没有立即损害影响，但已造成电子设备质量降低，亦缩短电子设备使用寿命。

ESD产生的电压相当高。当环境中的相对湿度低于50％以下时，人体上所累积的静电电荷的电压可能超过3万伏特，然而多数的静电敏感组件所能承受的电压大多小于100伏特，甚至有些电子组件仅10伏特就会遭到破坏。特别是具有微电子组件的电子设备，其中的微电子组件对于ESD更是敏感。此些微电子组件多是由绝缘层、导电层或半导体层等极微小的结构迭合而成，因此瞬间的静电放电将可能导致微电子组件内部的结构损坏。易受到ESD伤害的微电子组件例如为处理器、特殊应用集成电路组件(ASICS)和诸如存取内存(RAM)和只读存储器(ROM)等存储组件等。

此外，ESD还会形成作业环境的干扰。ESD所传递或发射出来的能量可能会被操作系统误认为是有效的数据，因而造成数据在传输过程中引发暂时性的错误。

在静电相关的法规要求下，于电子设备及其相关组件的制造过程中，通常会采用与接地或负电压电性连接的方式来防止静电产生。

近几年来，台式计算机、移动计算机、移动电话、数字影音装置等消费性电子设备日趋普遍。由于金属色泽具有较高雅的视觉效果，许多电子设备多采用金属壳体做为外壳。将金属壳体直接电性连接至接地或负电压，虽能降低静电放电的效应。然而，使用者于接触外壳时，往往会感觉到触电的现象。此状况则是因为漏电流的关系。漏电流的产生不但会造成使用者的不适，过大时亦有可能危害人体。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，以解决现有技术所存在静电放电及漏电流的问题。

本发明所揭露的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，适用于电子设备。此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构包括：金属壳体、氧化层、系统接地层和至少一导体。

金属壳体，并且系统接地层和导体位于金属壳体内。金属壳体经过阳极处理后，于其表面上形成有氧化层。

导体电性连接至金属壳体内侧表面上的氧化层和系统接地层，以致使形成于金属壳体上的静电能被释放到系统接地层。

其中，金属壳体内容置有电路板，并且此电路板上设置有至少一电子组件。此些电子组件用以执行应用本发明一实施例的电子设备的功能运作。

再者，可使用塑料壳体将执行电子设备的功能运作的各种组件(例如：电路板和电子组件)与金属壳体隔离。

于此，塑料壳体位于金属壳体的一侧，即容置于金属壳体内。塑料壳体相对于金属壳体的另一侧的表面上可形成有另一系统接地层，并且此系统接地层会与电路板上的接地接点电性相连，以致使电子设备能具有较大面积的系统接地。

本发明所揭露的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，适用于用以提供电力的电子设备。以电池组件为例，在一实施例中，此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构包括：塑料壳体、金属壳体、氧化层和至少一导体。电池组件具有至少一电池(cell)，且此电池用以提供电力。

塑料壳体设置于金属壳体的容置空间内，即金属壳体位于塑料壳体外侧。

电池设置于塑料壳体内侧。

金属壳体经过阳极处理后，于其表面上形成有氧化层。

导体电性连接至金属壳体近塑料壳体的一侧的表面上的氧化层，以提供氧化层和电子设备的系统接地之间的电性连结。

其中，电池组件上可设置有第一接地接脚。此第一接地接脚会对应于设置于电子设备上的第二接地接脚。第一接地接脚电性连接导体。且第二接地接脚电性连接电子设备的系统接地。

当电池组件与电子设备结合时，第一接地接脚会与第二接地接脚接触而电性导通，以形成氧化层和电子设备的系统接地之间的电性连结。

导体可单纯由连接单元(例如：导电片和导线等组件)实现。连接单元具有导电性，能提供系统接地(即系统接地层)和金属壳体内侧表面上的氧化层之间的电性连接。

此外，导体亦可由连接单元和金属膜实现。金属膜具有导电性，能提供氧化层和连接单元之间的电性连结。连接单元具有导电性，能提供系统接地和金属膜之间的电性连结。换言之，系统接地和氧化层可由金属膜和连接单元而电性导通。

金属膜可为诸如铝箔或铜箔等金属箔、利用诸如溅镀或蒸镀等技术所形成的金属镀膜、导电布或导电泡棉。

本发明所揭露的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，包括：塑料壳体、金属壳体、氧化层和至少一导体。塑料壳体的表面上具有一系统接地层。金属壳体位于塑料壳体外侧，且氧化层形成于金属壳体的表面上。其中，氧化层的厚度介于约6μm(微米)到约50μm之间，且导体电性连接氧化层和系统接地层。

于此，氧化层可提供高阻抗，以抑制漏电流。其中，氧化层的厚度较佳介于约6μm到约50μm之间。

除了通过控制氧化层的厚度来达到有效地排除静电之外，另外可再加入控制封孔的程度以加速电荷的传导，进而有利于排除静电。

综上所述，应用根据本发明的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，均能有效地排除形成于金属壳体上的静电，且有效的抑制于金属壳体上的漏电流现象。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图2为根据本发明第二实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图3为根据本发明第三实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图4为根据本发明第四实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图5为根据本发明第五实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图6为根据本发明第六实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的概要结构图；

图7为根据本发明第七实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；

图8为根据本发明第八实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的示意图；以及

图9为根据本发明的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的静电放电的排除测试和漏电流测试结果。

其中，附图标记

10   计算机

20   电子设备

22   第二接地接脚

110  金属层

112  金属壳体

114  容置空间

120  氧化层

130  导体

132  连接单元

134  金属膜

136  第一接地接脚

140  系统接地层

142  接地接点

150  电路板

160  电子组件

170  塑料壳体

172  容置空间

180  锁固组件

190  电池

GND  系统接地

具体实施方式

以下叙述的关于本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

本技术在于排除形成于金属壳体的静电。于此，通过电性连结的方式，将金属壳体与内部系统接地电性结合，以致将金属壳体上的静电引导至系统接地。

参照图1，为根据本发明一实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构。此静电导引结构可应用于一电子设备或一电子组件。

此静电导引结构包括一金属层110、一氧化层120和一导体130。此金属层110可用以做为电子设备或电子组件的金属壳体(或金属外壳)。

氧化层120形成于金属层110的表面上。此氧化层120为在金属层110进行阳极处理后，于金属层110的表面形成的氧化金属。举例来说，假若金属层110的材质为铝时，在金属层110进行阳极处理之后，会于金属层110的表面生成的氧化铝的薄层，此即为氧化层120。

由于金属层110长时间暴露于空气中，容易因为湿度、温度等环境因素而发生氧化或变色的情况。故先行将金属层110进行阳极处理，以于金属层110形成氧化层120，以避免日后非必要的氧化或变色的情况发生。

于此，氧化层120可局部形成于金属层110的表面上。此外，氧化层120亦可完全覆盖金属层110的表面，如图2所示。

导体130电性连接至金属层110和应用的电子设备的内部的系统接地GND或相关于电子组件的系统接地GND，以致使形成于金属壳体(即上述金属层110)上的静电能被释放到系统接地GND。

再者，氧化层120可提供高达数十MΩ(奥姆)到数百MΩ(奥姆)的阻抗，可视为内部接地(系统接地)和外部接地(金属层)各自独立，以抑制漏电流。此时，若静电由金属层110的一侧(以下称外侧)打到金属层110上，静电可跳过金属层110外侧表面上的氧化层120到达金属层110的内部。然后再经由金属层110的另一侧(以下称内侧)表面上的氧化层120跳到导体130上，进而被导引至系统接地GND。如此一来，即可达成排除金属壳体(即上述金属层110)上的静电。

其中，导体130与氧化层120之间的接触可为点接触亦可为面接触。并且，当金属层110的面积较大时，可利用二个或二个以上的导体130来提供氧化层120与系统接地GND之间的电性连结，以致使能更有效地将金属层110上的静电引导至系统接地GND。

参照图3，其中，导体130可包括连接单元132，例如：导电片和导线等组件。连接单元132连接至系统接地层140(即前述的系统接地GND)和金属层110表面的氧化层120，换言之，连接单元132接触系统接地层140和氧化层120，以提供系统接地层140和氧化层120之间的电性连结。

参照图4，再者，导体130可还包括金属膜134。金属膜134位于金属层110表面的氧化层120上。即金属膜134电性连接氧化层120。

于此，连接单元132的一端接触金属膜134，而连接单元132的另一端则接触系统接地层140，以提供系统接地层140和金属膜134之间的电性连结。换言之，系统接地层140和氧化层120可由金属膜134和连接单元132而电性导通。其中，连接单元132可通过焊锡焊接于金属膜134和/或系统接地层140上。

于此，金属膜134可局部或完全覆盖金属层110内侧表面上的氧化层120。金属膜134可为诸如铝箔或铜箔等金属箔、利用诸如溅镀或蒸镀等技术所形成的金属镀膜、导电布或导电泡棉。

以应用于电子设备为例，参照图5及图6，为根据本发明一实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构。此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构包括：金属壳体112、氧化层120、系统接地层140和至少一导体130。

金属壳体112(即前述的金属层110)提供有一容置空间114。金属壳体112经过阳极处理后，于其表面上形成有氧化层120。

系统接地层140(即前述的系统接地GND)和导体130位于容置空间114内。

导体130电性连接至金属壳体112内侧表面上的氧化层120和系统接地层140。换言之，导体130具有导电性，并且接触氧化层120和系统接地层140。

于此，导体130可由连接单元132实现(请合并参照图3。连接单元132(即导体130)连接至系统接地层140和金属壳体112(即前述的金属层110)内侧表面上的氧化层120。换言之，连接单元132具有导电性，并且接触氧化层120和系统接地层140。

此外，导体130可由连接单元132和金属膜134实现(请合并参照图4)。金属膜134位于金属壳体112(即前述的金属层110)内侧表面上的氧化层120上。连接单元132的一端接触金属膜134，而连接单元132的另一端则接触系统接地层140，以系统接地层140和金属膜134之间的电性连结。换言之，金属膜134提供该氧化层和连接单元132之间的电性连结。

当根据本发明的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构应用于电子设备时，金属壳体112可由电子设备的金属壳体实现，而系统接地层140则可由电子设备的系统接地实现。其中，金属壳体112内容置有电路板150，并且于电路板150上设置有至少一电子组件160(例如：集成电路(IC)、处理器、电容、电阻、晶体管等组件)。此些电子组件160可用以执行此电子设备的功能运作。举例来说，若此电子设备为一计算机10，此些电子组件160则可实现计算机10的信息处理功能。

参照图7，于此，可设置一塑料壳体170，并将电子设备的电路板150设置在塑料壳体170内。换言之，可使用塑料壳体170将执行电子设备的功能运作的各种组件(例如：电路板150和电子组件160)与金属壳体112隔离。举例来说，可于金属壳体112的内侧表面上设置塑料壳体170，且电路板150则固定于塑料壳体170相对于金属壳体112的另一侧的表面上。其中，塑料壳体170可由电子设备的塑料壳体实现。

于此，塑料壳体170相对于金属壳体112的另一侧的表面上可形成有系统接地层140(即前述的系统接地GND)。而导体130电性连接至金属壳体112内侧表面上的氧化层120和塑料壳体170表面上的系统接地层140。换言之，导体130具有导电性，并且接触氧化层120和系统接地层140。

此外，电路板150表面上的接地接点142可电性连接至塑料壳体170表面上的系统接地层140，致使电子设备具有较大面积的系统接地。其中，电路板150表面上的接地接点142和塑料壳体170表面上的系统接地层140的电性连结可通过具导电性的锁固组件180实现，并且同时可将电路板150固定于塑料壳体170上。举例来说，锁固组件180可为金属螺丝，此金属螺丝贯穿电路板150而锁固于表面具有系统接地层140的塑料壳体170上。

其中，金属壳体112可为形成封闭式容置空间的壳体结构或开放式容置空间的壳体结构。塑料壳体170亦可为形成封闭式容置空间的壳体结构或开放式容置空间的壳体结构。

再以应用于电池组件为例，参照图8，为根据本发明一实施例的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构。此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构适用于一电池组件。此电池组件具有至少一电池190，以提供电力给电子设备20。此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构包括：金属壳体112、氧化层120、至少一导体130和塑料壳体170。

金属壳体112具有开放式的容置空间114。塑料壳体170设置于金属壳体112的内侧，即设置于容置空间114内。塑料壳体170亦具有容置空间172，以容置执行此电池组件的功能运作的功能组件，例如：电池190。

电池190设置于塑料壳体170的内侧，即设置于容置空间172内。电池190用以执行此利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的功能运作，换言之，电池190储存有电力，当电池组件与电子设备20结合(即电池组件装设于电子设备20上)时，可通过电池组件与电子设备20的电性结合处将电池190储存的电力提供给电子设备20。

金属壳体112经过阳极处理后，于其表面上形成有氧化层120。并且，金属壳体112与塑料壳体170之间可由氧化层120而彼此隔离。

导体130电性连接至金属壳体112近塑料壳体170的一侧的表面上的氧化层120。于此，导体130可部份夹设于金属壳体112和塑料壳体170之间。

当电池组件与电子设备20结合时，导体130可将金属壳体112表面上的氧化层120电性连接至电子设备20的系统接地GND。换言之，导体130可提供氧化层120和电子设备20的系统接地GND之间的电性连结。

其中，电池组件上可设置有第一接地接脚136。此第一接地接脚136会对应于设置于电子设备20上的第二接地接脚22。

第一接地接脚136电性连接导体130。且第二接地接脚22电性连接电子设备20的系统接地GND。

当电池组件与电子设备20结合时，第一接地接脚136会与第二接地接脚22接触而电性导通，以形成氧化层120和电子设备20的系统接地GND之间的电性连结。

于此，以不同厚度的氧化层120进行静电放电的排除测试和漏电流测试，结果如图9所示。于此，以15KV(千伏特)的ESD(静电放电)进行测试。通过阳极处理分别形成厚度约为0μm(微米)、4μm、6μm、8μm、15μm、25μm、50μm、75μm和100μm的氧化层。

于静电放电的排除测试上，氧化层的厚度在约50μm以内都能有效地排除静电放电(Y)，而氧化层的厚度在大于约50μm(如，约75μm和约100μm)则不容易排除静电放电(N)。

由于氧化层的厚度越厚对电荷传导会越不容易，因此无法有效地排除静电。若要达到静电排除效果，则需要累积一定程度的静电荷，以提供较大的能量使电荷足以传导穿过氧化层。举例来说，就50μm以上厚度的氧化层在施加好几十下ESD或更高KV值的ESD(例如：25KV或35KV)时，一样会有放电的情况产生。但法规只测试到8KV，而在特定电子仪器(例如：笔记型计算机等)上则要求到15KV。

然而，经过特殊处理的氧化层产生表面的阻抗会影响静电消除的效果；举例来说，当氧化层的阻抗低的时候，由于氧化层阻抗较小，因此在静电打到表面时，电子电洞的移动速度较快，使得能量能快速进入设备接地端，造成数字信号干扰而影响电子设备的正常运作，换言之，于此情况下，静电将造成设备干扰或损坏；但当氧化层的阻抗高的时候，由于氧化层的阻抗较大，因此在静电打到表面时，电子电洞的移动速度较缓慢造成能量耗损，接着在静电能量越过另一端氧化层，因表面阻抗较大的缘故，使电子电洞缓慢移动而减少能量直接大量进入到设备接地端来干扰数字信号，进而达到静电消除效果。

此外，上述试验都是在封孔程度100％下进行。然而，搭配适当地封孔处理能够有效改善电荷传导的速度，举例来说，降低封孔的程度有利于改善电荷传导的速度，进而加速静电排除。因此，除了通过控制氧化层的厚度来达到有效地排除静电之外，另外可再加入控制封孔的程度以加速电荷的传导，进而有利于排除静电。

再者，当氧化层过薄(例如：约6μm以下)时，虽然仍然可以排除静电。但氧化层过薄时，氧化层的表面阻抗会降低。按照奥姆定律V＝IR(电压等于电流与阻抗的乘积)，因而在相同的电压下，氧化层的表面阻抗变低，会使得流经氧化层的电流变大，然而在瞬间使大量的能量引导到接地(ground)容易使接地电位产生跳动，进而使电子信号的参考接地电位无法判读，甚至产生机器故障的风险。此时，亦可通过结合阳极处理封孔来达到与6μm以上厚度的氧化层相同排除静电的效果，即可避免静电对周围或人体造成伤害。

在阳极处理封孔的过程中，封孔的程度会决定电荷在氧化层中传导的能力。在另一个实验中，在阳极处理过程中，形成厚度在6μm以下的氧化层对静电排除方式，并进行封孔的处理。实验证实，封孔程度在50％正负20％的内，氧化层厚度约在4～6μm对静电能够有效排除，且不会对周围或人体造成伤害。

于此，氧化层的膜厚和封孔程度的控制可以因应不同领域的规范要求而做调整及搭配。而涵盖领域可包括各种工业的应用，如航天、军工业或电子电机工业等。即，氧化层的膜厚和封孔程度会根据所应用的领域的相关法规、规范或规格所需达到的静电排除效果而有不同有效使用范围。

于来自系统端(电子设备)的漏电流测试上，氧化层的厚度在约15μm左右所量测到的电压皆低于10-20mV(毫伏)(L)，而氧化层的厚度在约4μm所量测到的电压则高于20mV(H)以上。

综上所述，应用根据本发明的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构的电子设备和电池组件，能有效地排除形成于金属壳体上的静电，且有效的抑制于金属壳体上的漏电流现象。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，适用于一电池组件，该电池组件具有至少一电池，该电池用以提供电力给一电子设备，其特征在于，包括：

一塑料壳体，用以容设该电池；

一金属壳体，位于该塑料壳体外侧；

一氧化层，形成于该金属壳体的表面上，该氧化层的厚度介于6μm至50μm之间；以及

至少一导体，电性连接至该金属壳体近塑料壳体的一侧的表面上的该氧化层，以提供该氧化层和该电子设备的一系统接地之间的电性连结。

2.根据权利要求1所述的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，其特征在于，该导体包括：

至少一连接单元，连接至该氧化层，以提供该氧化层和该电子设备的该系统接地之间的电性连结。

3.根据权利要求1所述的利用阳极处理所产生的金属氧化物的静电导引结构，其特征在于，该导体包括：

至少一金属膜，位于该金属壳体内侧表面上的该氧化层上，以电性连接该氧化层；以及

至少一连接单元，连接至该金属膜，以提供该金属膜和该电子设备的该系统接地之间的电性连结。

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