CN105680434A - 一种基于元器件的静电保护结构和一种元器件封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于元器件的静电保护结构和一种元器件封装结构，其中，静电保护结构中包括至少一对放电部，每对放电部中包括第一放电部和第二放电部，且第一放电部和第二放电部中都包括用于放电的尖端；第一放电部和第二放电部一一对应设置，且第一放电部中的尖端和第二放电部中的尖端相对设置；每对放电部中的第一放电部与信号线连接、第二放电部接地。当元器件通信端口处聚集了静电，则与该通信线连接的第一放电部就会借由尖端放电现象将静电荷转移到第二放电部，第二放电部随即将静电荷直接转移到地表，从而达到放电的目的，增强元器件抗静电能力。

Description

一种基于元器件的静电保护结构和一种元器件封装结构

技术领域

本发明涉及静电保护技术领域，尤其涉及一种基于元器件的静电保护结构和一种元器件封装结构。

背景技术

元器件在工作过程中，不管是由外部环境或者元器件内部原因引起的在管脚上累积了静电荷，当这些静电荷通过元器件的管脚流入或流出元器件内部时，会产生瞬间电流或瞬间电压，这样，无疑会损坏元器件内部集成的电路，严重的话致使元器件功能失效。

当外界工作人员发现到静电存在时，其产生的静电已经高达到了数万伏特，由静电冲击的频谱很宽，且幅度近乎无限，元器件不可能做到完全对静电免疫，故其足以损坏绝大部分的电子元器件。再有，在这种情况下，工作人员想要做出相应的措施已经来不及，不能及时挽回静电带来的损失。

在强电场作用下，物体表面曲率大的地方(如尖锐、细小物的顶端)，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，此现象称电晕放电。尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。这种电晕形式的尖端放电只在尖端附近局部区域内进行，使这部分区域的空气电离,并伴有微弱的荧光和嘶嘶声。因放电能量较小，这种放电一般不会成为易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于元器件的静电保护结构和一种元器件封装结构，其通过在元器件的通信接口端设置至少一对放电部，达到消除静电的目的。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于元器件的静电保护结构，包括至少一对放电部，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，且所述第一放电部和所述第二放电部中都包括用于放电的尖端；每对所述放电部中的所述第一放电部和所述第二放电部一一对应设置，且所述第一放电部中的尖端和所述第二放电部中的尖端相对设置；

每对所述放电部中的所述第一放电部与信号线连接、第二放电部接地。

在本技术方案中，通过相对设置的放电部实现元器件的静电防护。我们知道，塑性元器件通常不会出现静电，因此，上面所说的元器件一般指金属元器件。该静电保护结构与元器件连接的时候，把静电保护结构的一端设于元器件与外界数据通信的那个端口的信号线上、另一端接地。这样，元器件的接口处累积了静电荷时，就会通过该静电保护装置进行放电，以保护该元器件不被烧毁。当然，当元器件中没有出现静电，自然该静电保护结构不工作，元器件处于正常状态。

进一步优选地，所述静电保护结构中包括多对放电部，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部；

所述多对放电部中的第一放电部通过第一连接部相互连接，所述第一连接部与信号线连接；

所述多对放电部中的第二放电部通过第二连接部相互相接，所述第二连接部接地。

在本技术方案中，我们在静电保护结构中设置了多对放电部，以防止与之连接的元器件中静电的电场过强时，一对放电部来不及放掉所有的静电荷，这样，元器件仍然会受到静电的冲击，给元器件带来损失。

进一步优选地，所述第一放电部和第二放电部的形状为三角形或者为锥形。

进一步优选地，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，第一放电部和第二放电中都包括曲率相同的多个尖端，且第一放电部中尖端的数量和第二放电部中尖端的数量相同、一一对应设置。

在本技术方案中，在同一个放电部中设置多个放电的尖端，以达到快速静电防护的作用。

进一步优选地，所述第一放电部和所述第二放电部由导电硬质材料制成，所述导电硬质材料为铜或铝或合金金属。

进一步优选地，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，且第一放电部中的尖端正对第二放电部的尖端设置。

进一步优选地，每对所述放电部中的第一放电部和第二放电部之间设有一气隙层。

在本技术方案中，由第一放电部和第二放电部配合使用进行放电时，利用的是尖端放电的原理，故在第一放电部和第二放电部之间需要设置气隙层，当放电时，电离实现放电。

进一步优选地，所述气隙层为空气层。

在本技术方案中，使用空气层作为气隙层，简单方便。

本发明还提供了一种元器件封装结构，所述元器件封装结构中包括上述静电保护结构，所述静电保护结构集成封装在所述元器件的信号输入/输出端口，且所述静电保护结构中的第一放电部与信号线连接、第二放电部接地。

本发明提供的基于元器件的静电保护结构和元器件封装结构，能够带来以下有益效果：

在本发明中，我们在元器件的通信端口处设置静电保护结构以实现对该元器件的静电防护。具体来说，在静电保护结构中包括至少一对放电部，每对放电部中包括相对设置的第一放电部和第二放电部，其中，其第一放电部与元器件通信端口处的通信线连接，第二放电部接地。这样，当元器件通信端口处累积了静电荷，则与该通信线连接的第一放电部就会借由尖端放电现象将静电荷转移到第二放电部，第二放电部进而将该静电荷直接转移到地表，从而达到放电的目的，增强元器件抗静电能力。另外，在本发明中，我们在同一元器件中设置多对放电部或者在同一放电部中设置多个曲率相同的尖端，进一步保证了静电防护的能力。

再有，在本发明中，从封装层面解决元器件的静电防护问题，简单方便，也不需要增加额外成本。不但避免了在元器件上进行静电保护所要面对的工艺复杂/工艺限制等问题，也使得静电保护设计不再依附于工艺，通过合理地利用尖端放电现象并且结合封装技术，转害为利，使得基于元器件的电子产品具备了静电防护能力。简单来说，为提高元器件的防静电能力，在封装工艺中可以直接将本发明提供的静电保护结构进行封装。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明中静电保护结构与元器件的连接示意图；

图2为本发明中静电保护结构第一种实施方式结构示意图；

图3为本发明中静电保护结构第二种实施方式结构示意图；

图4为本发明中静电保护结构第二种实施方式结构示意图；

图5为本发明中静电保护结构在开关按钮中应用的结构示意图。

附图标号说明：

100-静电保护结构，110-元器件，110-第一放电部，120-第二放电部，130-第一连接部，140-第二连接部，A-通信线，SW-开关按钮，1～4-开关按钮中的4个端口，R1/R2-电阻，C-电容，RST_PBC-复位信号，VCC-电源。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本发明提供的静电保护结构100与元器件110之间的连接关系示意图，从图中可以看出，为了提升元器件110的防静电能力，在元器件110通信端口和接地端口之间设置一静电保护结构100，这样，当元器件110的通信端口处累积了静电荷，可以通过该静电保护结构100进行释放，从而保护元器件110不会因为静电的冲击而损伤。当然，我们知道，一般来说塑性元器件110不会产生静电，故这里说的元器件110指的是金属元器件，如开关、传感器等。

具体来说，如图2所示为本发明提供的静电保护结构100第一种实施方式的结构示意图，从图中可以看出，在该静电保护结构100中包括至少一对放电部，每对放电部中包括第一放电部110和第二放电部120，且第一放电部110和第二放电部120中都包括用于放电的尖端，每对放电部中的第一放电部110与信号线连接、第二放电部120接地。更具体来说，如图所示，当静电保护结构100中包括多对放电部时，则每对放电部中自身包括第一放电部110和第二放电部120对应设置，且第一放电部110中的尖端和第二放电部120中的尖端相对设置，以便第一放电部110中的静电电荷顺利的转移到第二放电部120中。

我们知道，尖端放电的产生与尖端的曲率和施加在该尖端的电压有关系，且尖端处的静电荷密度相较于其他地方会更加密集，故很明显尖端附近的电场强度较于其他地方会更强。在实际应用中，若元器件110的通信端口处累积了较多的静电荷，且通过通信线A传递至每对静电保护结构100中的第一放电部110并对其产生冲击；此时，如果第一放电部110中的静电荷产生的电位大于空气电离临界值，则该第一放电部110周围的空气就会产生电离，从而将第一放电部110的静电荷转移到第二放电部120中；最后，第二放电部120将转移过来的静电荷导入地表进而完全释放。这样，静电静电荷就不再会经由通信端口流入元器件110中，而是释放于地表，达到提高元器件110静电防护能力的目的。当然，如果元器件110端口处并没有静电，则静电保护结构100不会工作，元器件110也正常工作。

在一个具体实施例中，静电保护结构100中包括两对放电部，每对放电部中分别包括一第一放电部110和一第二放电部120，且每对放电部中的第一放电部110和其包括的第二放电部120对应设置。另外，两对放电部中的第一放电部110分别与该元器件110的通信线A连接、第二放电部120分别接地。在工作过程中，这两对放电部同时工作对元器件110进行静电防护，保障元器件110的正常工作。当然，在其他实施例中，我们对放电部的数量不做限定，可以根据实际情况进行设定。

对上述第一种实施方式进行改进得到第二种实施方式，如图3所示，从图中可以看出，在该静电保护结构100中包括多对放电部，每对放电部中包括第一放电部110和第二放电部120。且该多对放电部中的第一放电部110通过与信号线连接的第一连接部130相互连接；多对放电部中的第二放电部120通过接地的第二连接部140相互相接。要说明的是，第一连接部130作为第一放电部110与通信线A之间的传输媒介、第二连接部140作为第二放电部120与接地线之间的传输媒介，故第一连接部130和第二连接部140都为导电介质材料制成，导电介质可以为铜、铝等，以保证第一导电部和通信线A之间的连接、第二导电部与地线之间的连接。

在工作过程中，当有静电冲击第一连接部130时，则与之连接的第一放电部110电离周边空气将静电荷转移到与该第一放电部110对应的第二放电部120中，最后通过第二连接部140将静电荷释放到地表。

在一个具体实施例中，静电保护结构100中包括两对放电部，每对放电部中分别包括一第一放电部110和一第二放电部120，且每对放电部中的第一放电部110和其包括的第二放电部120对应设置。其中，两对放电部中的第一放电部110分别与第一连接部130连接，第一连接部130与该元器件110的通信线A连接；两对放电部中的第二放电部120分别与第二放电部120连接，第二连接部140接地。在工作过程中，这两对放电部同时工作对元器件110进行静电防护，保障元器件110的正常工作。当然，这里我们对放电部的数量同样不做限定，可以根据实际情况进行设定。

在另一具体实施例中，第一放电部110和第二放电部120的形状为三角形或者为锥形。当第一放电部110和第二放电部120的形状为三角形时，则以曲率最大的那个角(角度最小的角)作为放电的尖端，如图2-3所示第一放电部110和第二放电部120的形状为三角形。当第一放电部110和第二放电部120都为锥形时，则以锥角作为放电的尖端。在实际应用中，第一放电部110和第二放电部120中的尖端相对设置。

对上述第二种实施方式进行改进，得到如图4所示的第三种实施方式，从图中可以看出，在该实施方式中，每对放电部中包括第一放电部110和第二放电部120，第一放电部110和第二放电中都包括曲率相同的多个尖端，且第一放电部110中尖端的数量和第二放电部120中尖端的数量相同、一一对应设置。工作原理与第二实施方式和第三实施方式中相同，在此不做赘述。

在一个具体实施例中，每对放电部中包括的第一放电部110中包括两个尖端，两个放电尖端通过同一条线与元器件110的通信线A连接。在工作过程中，冲击在该第一放电部110中的静电会同时通过这两个尖端同时进行放电，实现目的。要说明的是，在本实施方式中，我们通过在同一放电部中设置多个尖端来实现目的，至于同一放电部中包括的尖端的数量、静电保护结构100中包括的放电部的数量都不做具体限定，技术人员可以根据实际情况进行选定。另外，在本实施方式中，静电保护结构100中包括的多对放电部可以分别与通信线A连接，如第一种实施方式中采用的连接方式；也可以通过第一连接部130再与通信线A连接，如第二种实施方式中采用的连接方式。

更具体来说，在上述三种实施方式中，第一放电部110和第二放电部120由导电硬质材料制成，导电硬质材料为铜或铝或合金金属，且第一放电部110中的尖端正对第二放电部120的尖端设置。

更进一步来说，由尖端放电的原理我们可以知道，每对放电部中的第一放电部110和第二放电部120之间都设有一气隙层(即第一放电部110和第二放电部120的尖端不宜紧靠在一起设置)，如空气层。这样，第一放电部110和第二放电部120配合使用进行放电时，通过电离气隙层中的空气实现静电荷的转移，达到尖端放电的目的，保护元器件110不被静电充电进而损坏。

本发明还提供了一种元器件110封装结构，具体如图1所示，在该元器件110封装结构中包括上述静电保护结构100，静电保护结构100集成封装在元器件110的信号输入/输出端口，且静电保护结构100中的第一放电部110与信号线连接、第二放电部120接地。至于放电部的结构设计参见上述三种实施方式，在此不做赘述。

作为一个完整实施例，以下以元器件为开关按钮SW，静电保护结构中包括一对放电部为例：

如图5所示，该开关按钮SW中包括4个端口(图示中1/2/3/4)，其中端口2/3/4都与地连接，端口1与外界进行通信。第一放电部连接于端口1与外界通信的通信线A上，第二放电部与地连接。这样，当开关按钮SW的通信端口(端口1)周围累积了静电，就会通过该对放电部进行放电，将静电荷接地进行释放，简单直接。

另外，如图所示，在该电路图中还包括电阻R1和R2、电容C以及供电电源VCC，其中电阻R1和R2、电容C用于辅助配置该开关按钮SW正常工作，供电电源VCC用于给开关按钮SW、电阻R1和R2、电容C等电子器件供电。

在工作过程中，当开关按钮SW按下，则开关按钮SW接通，发送复位信号RST_PBC至与该电路连接的线路中。更具体来说，在本实施例中，开关按钮为一型号为TS-6601A的贴片轻触开关，电阻R1为0R，电阻R2的阻值为4.7K，电容C的容量为0.1uF。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于元器件的静电保护结构，其特征在于，所述静电保护结构中包括至少一对放电部，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，且所述第一放电部和所述第二放电部中都包括用于放电的尖端；第一放电部和所述第二放电部一一对应设置，且所述第一放电部中的尖端和所述第二放电部中的尖端相对设置；

每对所述放电部中的所述第一放电部与信号线连接、第二放电部接地。

2.如权利要求1所述的静电保护结构，其特征在于，所述静电保护结构中包括多对放电部，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部；

所述多对放电部中的第一放电部通过第一连接部相互连接，所述第一连接部与信号线连接；

所述多对放电部中的第二放电部通过第二连接部相互相接，所述第二连接部接地。

3.如权利要求1或2所述的静电保护结构，其特征在于，所述第一放电部和第二放电部的形状为三角形或者为锥形。

4.如权利要求1或2所述的静电保护结构，其特征在于，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，第一放电部和第二放电中都包括曲率相同的多个尖端，且第一放电部中尖端的数量和第二放电部中尖端的数量相同、一一对应设置。

5.如权利要求4所述的静电保护结构，其特征在于，所述第一放电部和所述第二放电部由导电硬质材料制成，所述导电硬质材料为铜或铝或合金金属。

6.如权利要求5所述的静电保护结构，其特征在于，每对所述放电部中包括第一放电部和第二放电部，且第一放电部中的尖端正对第二放电部的尖端设置。

7.如权利要求1或2或5或6所述的静电保护结构，其特征在于，每对所述放电部中的第一放电部和第二放电部之间设有一气隙层。

8.如权利要求7所述的静电保护结构，其特征在于，所述气隙层为空气层。

9.一种元器件封装结构，其特征在于，所述元器件封装结构中包括如权利要求8所述的静电保护结构，所述静电保护结构集成封装在所述元器件的信号输入/输出端口，且所述静电保护结构中的第一放电部与信号线连接、第二放电部接地。