CN1522103A - 电路板上的静电防护结构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板上的静电防护结构及其方法，尤指一种根据尖端放电原理，在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物直接将可能的静电放电(ESD)电流引导至电路中最抗静电的地电位，避免放电电流流窜至电路板上不具静电防护能力的其它组件，以达到提高电路板抗静电放电的特性，保护电路板以及电路板所设置的系统或结构不受静电放电损害的目的。

Description

电路板上的静电防护结构及其方法

技术领域

本发明涉及一种电路板上的静电防护结构及其方法，尤指一种在设置有集成电路(IC)的电路板上设置具有电传导特性的尖状物，直接将电击电流引导至地电位的静电防护结构。

背景技术

由于半导体产业的进步，许多电子产品如微波炉、洗衣机、汽车、通讯产品以及各种光盘影音结构，均采用微控制器(MCU，Micro Controller Unit)及各式集成电路元件作为人机操作接口或产品内部控制，微控制器的优点是，其可程序化的特色适合多样化产品设计，不仅加速产品开发，同时提供少量多样的变化需求；而基于对电子产品品质的要求，电子产品在出厂前均需经过静电防护(ESD)测试，利用高达数千伏特(KV)的电压放电来测试电子产品是否能够在如此恶劣的环境中正常工作。本发明的目的即在于以防止瞬间放电电流窜至抗静电放电能力较弱的组件上，造成集成电路组件或系统的损坏。

首先举一例说明一般静电测试的结构及其测试方式，如图1所示，其是于一木质测试台110上设置一水平耦合板120以及一垂直耦合板130，均为铜金属板，再将待测试物140置放于水平耦合板120上，并距离该垂直耦合板130约10公分距离，该水平耦合板120的长宽规格约为1.6公尺乘0.8公尺，上铺厚度约0.5公分的绝缘物，并经470k欧姆的电阻接地，而该垂直耦合板130的长宽规格约为0.5公尺乘0.5公尺，并经470k电阻接地；由此，以2、4、6、8千伏四种电压等级对待测试物140进行直接放电(contact Discharge)测试，再以2、4、8、15四种电压等级对水平耦合板120、垂直耦合板130进行间接放电(Air Discharge)测试。

静电放电电流感应电压的关系式如下：

Vd∝Δi·A/Δt·D

Δi：静电瞬间电流变化；

A：被干扰电路等效面积；

Δt：静电放电电流上升时间；

D：被干扰电路至静电放电电流通路距离；

由上式可知，防静电的基本原则在于：降低静电放电瞬间电流变化Δi及被干扰电路等效面积A，及增加静电放电电流上升时间Δt及被干扰电路至静电放电电流通路距离D，基于上述防静电原则，应用微控制器的电子产品于生产过程时，应避免引起静电放电机会的方式如下：

一、电子产品的壳体或电路板容置结构应密封，以避免因空气被离子化形成通路而对电路直接放电；

二、若电子产品的壳体或电路板容置结构无法密封，则应将电路板的地电位隔离，以避免对电路直接放电；

三、易受干扰的电路零件应远离可能的放电源，如电路板边缘，或电路板上及电路板附近的金属突起物；

四、易受干扰的电路零件外围应设置地电位布局，以形成放电流旁路；

五、电路布局应避免形成锐角而造成二次放电；

六、零件配置应以最短走线距离为原则，以减少电路感应面积；

七、电路布局线路不宜太粗，以减少电路等效面积及增加电路感抗，以减缓静电放电电流上升速度。

但是，由于集成电路(IC)的制造技术层次高，电子产品制造商所采用的集成电路(IC)，绝大部份并非由电子产品制造商自行制造，而是向专业集成电路(IC)制造商购买，因此，电子产品制造商对于集成电路(IC)的静电防护特性并不熟悉，常导致其电子产品无法通过静电防护测试。

现有的静电防护设计，如图2所示的一种“静电消除机”(中国台湾新型公告第104492号)，其设计重点在于一壳体内设置一具有多个针尖18的针尖座17，由电子线路20输出端产生高压，促使空气游离，并借风扇19自针尖18端吹出，以消除静电；该现有结构主要是针对精密机械或精密零件生产环境的无尘室的除静电及除尘，对于设置有集成电路(IC)的电路板并不具有直接的防静电功能。

再如图3所示一种“防止光罩静电破坏的解决方法”(中国台湾发明公告第441071号)，其设计重点在于形成一含微细导线的图案100于光罩微影图案的外围，该微细导线的图案100，是用以产生静电放电使用；只是，该方式仅适用于晶圆制造程序的专业制造厂家，对于设置有集成电路(IC)的电路板并不具有直接的防静电功能。

再如图4所示一种“尖端放电的静电放电保护电路”(中国台湾发明公告第371371号)，其特征是将输入焊垫、高电位电源线、低电位电源线设置具有相对应的尖端放电结构，用以在集成电路中达到静电放电保护的目的；该方式仅适用于集成电路设计及制造程序的专业制造厂家，对于设置有集成电路(IC)的电路板并不具有直接的防静电功能。

再如图5所示一种“具有绝缘体的电路板结构”(美国专利第6,295,193号，ELECTRONIC CIRCUIT BOARD，ANARRANGEMENT COMPRISING ANINSULATING MATERIAL AND AN ECECTRONIC CIRCUIT BOARD)，该现有技术是在电路板6上设置传导部7，在电路板6上设有绝缘层3，在该绝缘层3的相对应于传导部7处设有孔洞8，该孔洞8朝向传导部7的一端的外径大于该传导部7外径，于孔洞8内设有绝缘体9，再于传导部7外围且不超过孔洞8范围，设有至少一传导区10；该案主要实施对象为手机的锂电池，前述该传导部7，孔洞8是供电池于制造过程测试用，一般而言，在测试后会将孔洞8封闭或贴上卷标，然而，因为绝缘层3遭受破坏，使该传导部7、孔洞8形成静电放电的入侵点，容易导致电池损坏甚至爆炸，因此，该案在孔洞8设置绝缘体9，并由传导区10吸引静电放电，借此提高电路板6的静电放电抵抗特性，避免静电放电窜至电路板6其它部位而破坏电路或电池；只是，该孔洞8的分布位置分散于电路板6各处，而该传导区10必须相对应设置于孔洞8下的该传导部7外围，不仅占用电路板6面积，同时提高电路设计的困难度，使得设计成本提高，并不适用于一般含集成电路组件的电路板，与本发明所欲解决的问题不同。

再如图6所示一种“具有静电放电保护的制造及使用智能卡的图形接触模块的方法及系统”(美国专利第6,370,029号，METHOD AND SYSTEM FORCREATING AND USING EXECTROSTAIC DISCHARGE(ESD)PROTECTED LOGOTYPE CONTACT MODULE WITH A SMART CARD)，半导体芯片61设置于基体51背面，半导体芯片61与基体51之间设有接合垫62～69、52～59以接合线72～79相互连接，于接合垫52～59外围设有传导路径60，该传导路径60连接接合垫52的地电位点52a，借传导路径60将静电放电引导至地电位，避免窜至半导体61而破坏半导体61内部电路；该案属于传统解决静电放电问题的一般做法，并将其应用在智能卡上，与本案的发明概念不同。

综观上述多种现有的有关静电放电保护的技术，几乎全部集中于组件本身的设计及制造程序，在采用集成电路组件的电子产品制造厂家而言，除了集成电路内部电路具有静电放电保护措施之外，其设置集成电路的电路板并不具备任何静电防护功能，对于整体电子产品电路板上其它组件仍会造成严重损害。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种电路板上的静电防护结构及其方法，避免电极电流窜至电路板上不具抗电击的其它组件，达到提高电路板抗静电放电特性，保护电路板以及电路板设置系统或结构不受静电放电损害的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电路板上的静电防护结构，在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物直接将可能的静电放电电流引导至电路中抗静电最力的地电位。

上述的一种电路板上的静电防护结构，其设置位置以远离主要组件的电路板边缘为佳，对静电放电电流具有集中作用，并可将静电放电电流导引至抗静电最强的地电位。

相应地，本发明还提供了一种电路板上的静电放电防护方法，在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物将静电放电电流引导至电路板的抗静电较强的部位。

上述的电路板上的静电放电防护方法，其中，所述的具有电传导特性的尖状物的设置在靠近电路板与外界接触的该电路板边缘。

上述的电路板上的静电放电防护方法，其中，所述的电路板边缘是电路板的地电位电路布局范围。

上述的电路板上的静电放电防护方法，其中，所述的尖状物具有一尖部，该尖部的延伸方向与该电路板平面呈垂直。

上述的电路板上的静电放电防护方法，其中，所述的具有电传导特性的尖状物是由至少一细针状结构构成。

本发明的有益效果是，本发明的提供的一种电路板上的静电防护结构，尤适于设有微控制器(MCU)的电路板，通过在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物直接将可能的静电放电电流引导至电路中抗静电最力的地电位，从而避免了电极电流窜至电路板上不具抗电击的其它组件，达到提高电路板抗静电放电特性，保护电路板以及电路板设置系统或结构不受静电放电损害的效果。

本发明的静电防护结构，其实施方式简单，成本低，尤适于一般电子产品制造厂家。

附图说明

图1是传统静电测试的结构图；

图2是中国台湾公告第104492号新型案的实施例示意图；

图3是中国台湾公告第441071号发明案的实施例示意图；

图4是中国台湾公告第371371号发明案的实施例示意图；

图5是美国专利第6,295,193号发明案的实施例示意图；

图6是美国专利第6,370,029号发明案的实施例示意图；

图7是本发明的一较佳实施例示意图；

图8是图7的实施例实施于电路板上的示意图；

图9是本发明的尖状物的另一较佳实施例图。

标号说明：

3-绝缘层；6-电路板；7-传导部；8-孔洞；9-绝缘体

10-传导区；17-针尖座；18-针尖；19-风扇；20-电子线路

51-基体；52a-地电位点；52～59-接合垫；60-传导路径

61-半导体；62～69-接合垫；72～79-接合线；80-电路板

81-地电位电路布局范围；82-集成电路电子组件；90、190-尖状物

91、191-尖部；100-微细导线的图案；110-测试台；120-水平耦合板

130-垂直耦合板；140-待测试物

具体实施方式

如图7及图8所示，本发明的一种电路板上的静电防护设计，其是在电路板80上设置具有电传导特性的尖状物90，本实施例中，该尖状物90呈圆锥状，其顶部具有一尖部91，该尖状物90的最佳设置位置为电路板80的地电位电路布局范围81内，且尖状物90与地电位电路布局范围81具有电性连通，通常，该地电位电路布局范围81是位于电路板80的边缘；原则上，该尖部91的延伸方向以与该电路板80垂直为适当，使尖部91尽量高于电路板80平面，以远离电路布线，而尖状物90的高度或外径，则依电路板80尺寸及其设置空间而异，于同一电路板80上可设置不同尺寸高度的尖状物90，该尖状物90的材质可采用与电路布线相同的金属材质。

依静电防护原则，电路板不应有锐角的电路铝箔布线方式，以免引起尖端放电现象，换言之，当静电隔空放电至电子产品时，静电最易由锐角入侵，因而造成电子组件损坏；本发明即根据此一电传导特性，在电路板80上设置该具有电传导特性的尖状物90，其尖部91如避雷针一般，可直接将静电放电电流引导至电路中抗静电最力的地电位电路布局范围81，如此，可避免静电电流窜至电路板80上不具抗电击的集成电路电子组件82，可达到提高电路板80抗静电放电特性，保护电路板80以及电路板80设置系统或结构不受静电放电损害的目的，尤适于设有如微控制器(MCU)等集成电路的电路板。

另外还可直接将多个该尖状物90设置于抗静电较弱的电路板上的特定位置，即与外界接触或最接近处或裸露于空气中的位置，同样地，尖状物90与地电位电路布局范围81具有电性连通，如此，还可将电击电流引导至地电位电路布局范围81，可保护电路板上的集成电路电子组件82不致受损。

再请参阅图9，有别于图7所示的圆锥状尖状物90，本实施例的该尖状物190是呈细针状，该尖状物190具有电传导特性，其顶部具有尖部191；将尖状物190设置于电路板上并连设于电路板的地电位，由该尖部191可导引电极电流至地电位，避免电击电流乱窜至电子组件。

综上所述，本发明在设置有集成电路(IC)的电路板上设置具有电传导特性的尖状物，直接将静电放电电流引导至地电位，其实施方式简单，静电防护效果显著。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以其限制本发明的范围，例如尖状物的造型只要适合引发尖端放电即可，并不限于何种形状。所以依本发明内容所做的等效变化及修饰，均包含在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种电路板上的静电放电防护结构，其特征在于，在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物将静电放电电流引导至电路板的抗静电较强的部位。

2.如权利要求1所述的电路板上的静电放电防护结构，其特征在于，所述的具有电传导特性的尖状物的设置在靠近电路板与外界接触的该电路板边缘。

3.如权利要求2所述的电路板上的静电放电防护结构，其特征在于，所述的电路板边缘是电路板的地电位电路布局范围。

4.如权利要求1所述的电路板上的静电放电防护结构，其特征在于，所述的尖状物具有一尖部，该尖部的延伸方向与该电路板平面呈垂直。

5.如权利要求1所述的电路板上的静电放电防护结构，其特征在于，所述的具有电传导特性的尖状物是由至少一细针状结构构成。

6.一种电路板上的静电放电防护方法，其特征在于，在电路板上设置具有电传导特性的尖状物，由该尖状物将静电放电电流引导至电路板的抗静电较强的部位。

7.如权利要求6所述的电路板上的静电放电防护方法，其特征在于，所述的具有电传导特性的尖状物的设置在靠近电路板与外界接触的该电路板边缘。

8.如权利要求7所述的电路板上的静电放电防护方法，其特征在于，所述的电路板边缘是电路板的地电位电路布局范围。

9.如权利要求6所述的电路板上的静电放电防护方法，其特征在于，所述的尖状物具有一尖部，该尖部的延伸方向与该电路板平面呈垂直。

10.如权利要求6所述的电路板上的静电放电防护方法，其特征在于，所述的具有电传导特性的尖状物是由至少一细针状结构构成。

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