CN109975622A - 静电侦测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静电侦测装置，适于侦测待测物，所述的静电侦测装置包含载板、感测电极、介电膜层及接地电极。载板具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。感测电极设于第一表面上且具有感测面，所述的感测面背向第一表面且用于面向待测物。介电膜层设于第二表面且介电膜层的介电常数大于1。接地电极与感测电极间隔设置，且介电膜层位于感测电极与接地电极之间。

Description

静电侦测装置

技术领域

本发明涉及一种静电侦测装置，特别是涉及一种具有高介电常数的介电膜层的静电侦测装置。

背景技术

随着科技的发展及市场需求，电子产品如智能型手机、平板等设计趋势，均朝向轻、薄、短、小及多功能发展，然而这却使得装配于模块中的电子元/组件于高精密且微型化的制造过程中，经常会遇到突发性静电干扰，从而导致元件或模块结构被击穿破坏而功能失效，进一步影响生产良率及产品品质。

再者，现有的静电感测器大都属于手持式或定点测量，无法满足即时监测需求。另外，静电侦测器正朝向逐渐开始与机台进行整合发展。然而，对于狭小的侦测空间来说，近距侦测会导致元件感度因瞬间高静电量而失效的问题，为本领域的极需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种静电侦测装置，通过具有高介电常数的介电膜层结合于感测电极，以调控电场型分布及静电侦测动态范围。

为达上述目的，本发明公开一种静电侦测装置，适于侦测待测物。所述的静电侦测装置包含载板、感测电极、介电膜层及接地电极。载板具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。感测电极设于第一表面上且具有感测面，所述的感测面背向第一表面且用于面向待测物。介电膜层设于第二表面。接地电极与感测电极间隔设置，且介电膜层位于感测电极与接地电极之间。

本发明还公开一种静电侦测装置，适于侦测待测物。所述的静电侦测装置包含载板、感测电极、介电膜层及接地电极。载板具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。感测电极设于第一表面上且具有感测面。所述的感测面背向第一表面。介电膜层设于感测电极的感测面上，且用于与待测物间隔设置。接地电极与载板间隔设置，且第二表面朝向接地电极。

综上所述，在本发明的静电侦测装置中，主要通过将介电膜层与感测电极整合作为侦测结构主体，以操控空间电场分布及调整静电侦测动态范围，快速解析出待测物表面的静电压分布，以取得即时干扰监控信息，进而解决瞬间高静电量使元件进入侦测饱和区导致感度失效的问题，另一方面，也可以提升静电侦测装置的感测强度。

以上的关于本发明的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明的一实施例所绘示的静电侦测装置的结构示意图；

图2为本发明的一实施例所绘示的静电侦测装置对应不同介电常数k的感应电压变化示意图；

图3为本发明的一实施例所绘示的不同介电膜层对于感测信号的变化示意图；

图4为本发明的一实施例所绘示的不同介电膜层对侦测动态范围测试示意图；

图5为本发明的另一实施例所绘示的静电侦测装置的结构示意图；

图6为本发明的一实施例所绘示的感测度的变化示意图。

符号说明

1、3 静电侦测装置

10、30 载板

12、32 感测电极

14、34 介电膜层

16、36 接地电极

20、40 待测物

501 电源供应单元

503 放大器

505 数据分析单元

507 电脑监控单元

d 感测距离

S1、S1’ 第一表面

S2、S2’ 第二表面

S3、S3’ 感测面

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为本发明的一实施例所绘示的静电侦测装置的结构示意图。如图1所示，静电侦测装置1适用于待测物20，其包含载板10、感测电极12、介电膜层14及接地电极16。载板10具有第一表面S1及相对于第一表面的第二表面S2。在实务上，所述的载板10可以为设置有所需电路的电路板，其包含有不导电的材质，例如软性电路板等。感测电极12设于载板10的第一表面S1上且具有感测面S3。所述的感测面S3背向第一表面S1且用于面向待测物20，以侦测待测物20表面的电荷量。在一个例子中，所述的感测电极12可以为单一平面、蛇状、曲面或立体状及上述任意组合所构成的群组其中之一。在一个例子中，所述的待测物20可为金属、绝缘及上述任意组合所构成的群组其中之一。在另一个例子中，所述的待测物20可以为硅基板、玻璃基板、塑胶基板及上述任意组合所构成的群组其中之一。

介电膜层14设于载板10的第二表面S2。接地电极16与感测电极12间隔设置，且介电膜层14位于感测电极12与接地电极16之间。在实务上，感测电极12及/或接地电极16的材质可以为导体铜、银或白金及上述任意组合所构成的群组其中之一。而在一个例子中，介电膜层14的材质可为具钙钛矿结构的氧化物ABO₃，其中A为Ba、Pb、Mg及其上述任一组合；B为Ti、Zr、Hf、Sn、Ta、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Al、Mg及其上述任一组合。在一实施例中，介电膜层14为单一块材或多层复材。以上所述的电极与待测物的型态或材质仅用于举例说明，本发明不以此为限。在一例子中，介电膜层的厚度可以为1毫米。在一实施例中，介电膜层14的介电常数大于1。在另一实施例中，介电膜层14的介电常数大于2。再在另一实施例中，介电膜层14的介电常数大于10。在实务上，将具有低介电常数的介电膜层置换为具有相对较高的介电常数的介电膜层时，可有效地降低静电侦测装置的感应信号强度，以避免元件被过度饱和而导致侦测功能失效。

以一个实际的例子来说，假设图1的感测电极12、接地电极16及待测物20的大小为10毫米×10毫米，且介电膜层14与待测物20的厚度均为1毫米。以图1的相对排列位置来说，由下至上依序为待测物20、感测电极12、介电膜层14及接地电极16。在此设置状态下的静电侦测装置对应不同介电常数k的评估结果请进一步参照图2所示，图2为本发明的一实施例所绘示的静电侦测装置对应不同介电常数k的感应电压变化示意图，其中纵轴系标示为感应电压，横轴系标示为介电常数(以对数log表示)。以实务上来说，当介电常数k等于1(空气介质)时的感应电压约略为空间中的分压，当介电常数k大于1时，介电膜层内部电场约降为1/k。以固定感测距离d＝10毫米或d＝5毫米来看，当于静电侦测装置所设置的介电膜层的介电常数k为10时，其感应电压会比空气介质(介电常数k＝1)约略降低为1/10。如图2所示，当介电常数k的值由1往上提升至1000时，感应电压大约由110伏特下降至20伏特。介电常数k为3.5时，感应电压大约50伏特；介电常数k为7.5时，感应电压大约35伏特；介电常数k为10时，感应电压大约30伏特；介电常数k为100时，感应电压大约25伏特。由此可知将介电膜层设置于感测电极的背面可有效降低感应信号的强度，从而避免静电侦测装置的元件于侦测过程中被过度饱和，其有利于近距离测量调整侦测动态范围。在实务上，当使用静电侦测装置进行待测物的静电测量时，如图1所示，静电侦测装置还包含有电源供应单元501、放大器503、数据分析单元505及电脑监控单元507等元件，其中，电源供应单元501用于供电予放大器503、数据分析单元505及电脑监控单元507，而放大器503电连接感测电极12且用于将感测电极12所感测到的信号进行放大。换言之，当待测物20发生静电干扰时，静电侦测装置1的感测电极12感测到感应信号且将其传送至放大器503以进行信号的放大。进一步地，放大器503将放大后的信号输出至数据分析单元505进行分析。数据分析单元505将信号分析后的相关信息传送至电脑监控单元507，以使工程人员得以获知待测物的静电测量情形。在实务上，前述的电源供应单元501、数据分析单元505及电脑监控单元507可分别为电源供应器、具备运算功能的处理器及电脑显示器。由于上述该些元件为所属领域的人可依据实际需求而建置，故于此不予以赘述。

在实务上，本发明的静电侦测装置所能感测到的感测信号取决于介电膜层所具有的介电常数。举例来说，请进一步参照图3，图3为本发明的一实施例所绘示的不同介电膜层对于感测信号的变化示意图。如图3所示，具有不同介电常数的介电膜层所具有的感测信号的变化有所差异。具有介电常数k＝1的介电膜层(空气介质)所能够侦测到的感测信号范围大约为2800伏特。具有介电常数k＝3150的介电膜层所能够侦测到的感测信号范围大约为3800伏特。而具有介电常数k＝30000的介电膜层所能够侦测到的感测信号范围大约为5000伏特。换言之，由图3可得知，当置入具有高介电常数k的介电膜层时，静电侦测装置所能侦测的范围随的提升。例如将介电常数k＝1的介电膜层置换为具有介电常数k＝30000的介电膜层时，感测信号的侦测范围大致提升77％。在实务上，介电膜层的介电常数越高，其侦测动态范围测越大。请进一步参照图4，图4为本发明的一实施例所绘示的不同介电膜层对侦测动态范围测试示意图。如图4所示的，当导入具有不同介电常数k的介电膜层时，其因空间静电场型重新被调适，而使得侦测动态范围变宽。由此，静电侦测装置可因应近距离的突发高静电量的威胁，进而避免静电侦测的失效及维持其侦测效能。介电膜层的厚度可依使用者实际情况如代测电压与侦测距离等条件，搭配介电常数做适当的选择，例如薄膜材料(厚度～纳米等级)、厚膜材料(厚度～微米等级)、或块材(厚度毫米等级)都不脱离本发明的精神和范围内。

请参照图5，图5为本发明的另一实施例所绘示的静电侦测装置的结构示意图。图5实施例所示的静电侦测装置3大致与图1实施例所示的静电侦测装置1具有相同的元件，差异在于介电膜层的设置位置。具体来说，如图5所示，静电侦测装置3适于侦测待测物40。所述的静电侦测装置3包含载板30、感测电极32、介电膜层34及接地电极36。载板30具有第一表面S1’及相对于第一表面S1’的第二表面S2’。在实务上，所述的载板30可以为设置有所需电路的电路板，其包含有不导电的材质，例如软性电路板等。感测电极32设于第一表面S1’上且具有感测面S3’。所述的感测面S3’背向第一表面S1’，且用于侦测待测物40表面的电荷量。介电膜层34设于感测电极32的感测面S3’上，且用于与待测物40间隔设置，且载板30的第二表面S2’朝向接地电极36。

在一个例子中，所述的感测电极32可以为单一平面、蛇状、曲面或立体状及上述任意组合所构成的群组其中之一。在一个例子中，而所述的待测物40可为金属、绝缘及上述任意组合所构成的群组其中之一。在另一个例子中，所述的待测物40也可以为硅基板、玻璃基板、塑胶基板及上述任意组合所构成的群组其中之一。在实务上，感测电极32及/或接地电极36的材质可以为导体铜、银或白金及上述任意组合所构成的群组其中之一。而在一个例子中，介电膜层34的材质可为具钙钛矿结构的氧化物ABO₃，其中A为Ba、Pb、Mg及其上述任一组合；B为Ti、Zr、Hf、Sn、Ta、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Al、Mg及其上述任一组合。介电膜层34为单一块材或多层复材。在一个例子中，介电膜层34的厚度为1毫米。在一实施例中，介电膜层34的介电常数大于1。在另一实施例中，介电膜层34的介电常数大于2。再在另一实施例中，介电膜层34的介电常数大于10。以上所述的电极与待测物的型态或材质仅用于举例说明，本发明不以此为限。

本发明的图5实施例主要通过将介电膜层34设置于感测电极32的下层，可以有效提升静电侦测装置进行进电侦测时的感测度(sensitivity)。以实际的例子来说，请进一步参照图6，图6为本发明的一实施例所绘示的感测度的变化示意图。图6所示的介电膜层34的介电常数k为3000。由图6可以得知，不同大小的介电膜层在不同的感测距离d之下，所获得的感测度的增益(％)也有所变化。所述的增益(％)等于(V-V₀)/V₀*100％，其中V为设有介电膜层34所感测到的感应信号，而V₀为未有介电膜层34(即空气介质)所感测到的感应信号。以介电膜层(k材)大小为8毫米×6毫米来说，当感测距离为16毫米时，感测的灵敏度的增益可接近38％；感测距离为19毫米时，增益接近16％；感测距离为22～25毫米时，增益接近4％。以介电膜层(k材)大小为18毫米×12毫米来说，当感测距离为22毫米时，感测的灵敏度的增益可接近75％；感测距离为16毫米时，增益接近65％；感测距离为19毫米时，增益接近75％；感测距离为22毫米时，增益接近76％；感测距离为25毫米时，增益接近65％。然而，无论感测距离d为何，如图5所示，当介电膜层34设置于感测电极32的下层时，便可以增加感测度(增益)。换言之，图5的静电侦测装置的结构的优势在于可以有效地提升感测的灵敏度且增加读取距离。可以理解的是，在一个例子中，所属领域具有通常知识者可参照图1与图5的结构特征，设计一静电侦测装置具有上二个介电膜层，分别设置于载板与接地电极之间，以及感测电极下层，从而达到调整静电侦测动态范围及提升感测强度的目的。

综合以上所述，在本发明的静电侦测装置中，主要是整合介电膜层及感测电极，通过运用介电膜层电耦合性质来操控空间电场分布，据以调整静电侦测的动态范围。所述的结构优势在于可解决有限制程机台空间内，瞬间高静电量迫使侦测元件提早进入侦测饱和区所引发的感度降低及侦测失效的问题。再者，本发明所提供的侦测复合结构体通过介电膜层的添加，可调整侦测动态范围，以提供改善近距静电监测效能的解决方案。

Claims (8)

1.一种静电侦测装置，适于侦测一待测物，其特征在于，该静电侦测装置包含：

载板，具有第一表面及相对于该第一表面的第二表面；

感测电极，设于该第一表面上且具有一感测面，该感测面背向该第一表面且用于面向该待测物；

介电膜层，设于该第二表面且该介电膜层的介电常数大于1；以及

接地电极，与该感测电极间隔设置，且该介电膜层位于该感测电极与该接地电极之间。

2.如权利要求1所述的静电侦测装置，其中该介电膜层的介电常数大于2。

3.如权利要求1所述的静电侦测装置，其中该介电膜层的材质为具钙钛矿结构的氧化物ABO₃，其中A为Ba、Pb、Mg及其上述任一组合；B为Ti、Zr、Hf、Sn、Ta、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Al、Mg及其上述任一组合。

4.如权利要求1所述的静电侦测装置，其中该介电膜层为单一块材或多层复材。

5.一种静电侦测装置，适于侦测一待测物，其特征在于，该静电侦测装置包含：

载板，具有第一表面及相对于该第一表面的第二表面；

感测电极，设于该第一表面上且具有一感测面，该感测面背向该第一表面；

介电膜层，设于该感测电极的该感测面上，且用于与该待测物间隔设置，该介电膜层的介电常数大于1；以及

接地电极，该接地电极与该载板间隔设置，且该第二表面朝向该接地电极。

6.如权利要求5所述的静电侦测装置，其中该介电膜层的介电常数大于2。

7.如权利要求5所述的静电侦测装置，其中该介电膜层的材质为具钙钛矿结构的氧化物ABO₃，其中A为Ba、Pb、Mg及其上述任一组合；B为Ti、Zr、Hf、Sn、Ta、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Al、Mg及其上述任一组合。

8.如权利要求5所述的静电侦测装置，其中该介电膜层为单一块材或多层复材。