JP2008288092A - 静電気保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子回路の動作に静電気の影響を与えない静電気保護構造を得る。
【解決手段】プリント基板に搭載された半導体素子を静電気から保護する静電気保護構造において、静電気放電用金属板が、半導体素子と対向する部分に開口部を備えていて、上記半導体素子と上記静電気放電用金属板との間の距離が、上記静電気放電用金属板を流れる放電電流による電磁場が上記半導体素子に干渉せぬような距離である。
【効果】放電用金属板にグランドへの電流が流れても基板の半導体素子に影響しない。
【選択図】図１

Description

この発明は回路基板に印加される静電気に対する保護構造に関するものであり、特に、プリント基板に搭載された半導体素子を静電気から保護するために、静電気印加地点とグランド間に静電気放電経路を形成するための静電気放電用金属板を備えた静電気保護構造に関するものである。

従来の回路基板に対する静電気保護構造においては、静電気印加地点とグランドまでを低インピーダンスで繋ぐことが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２４１８８８号公報（図１、図１０）

このような静電気保護構造に対しては、静電気印加地点とグランドまでを低インピーダンスで繋ぐため、静電気をグランドへ逃がす経路の金属部分（静電気放電用金属）の寸法を大きくする必要があった。その結果、静電気放電用金属部分と半導体素子との間の距離が小さくなり、静電気放電用金属を流れる静電気放電電流が発生する電磁場と、回路基板上の半導体素子とが干渉し、素子が誤動作する虞があった。

従ってこの発明の目的は、静電気が回路基板の動作に実質的な影響を与えないような静電気保護構造を得ることである。

この発明によれば、プリント基板に搭載された半導体素子を静電気から保護するために、静電気印加地点とグランド間に静電気放電経路を形成するための静電気放電用金属板を備えた静電気保護構造において、上記静電気放電用金属板が、上記半導体素子の上方で上記プリント基板と平行に配置されており、上記半導体素子と対向する部分が、開口部を備えていて、上記半導体素子と上記静電気放電用金属板との間を所定距離離したこと(上記静電気放電用金属板を流れる放電電流による電磁場が上記半導体素子に干渉することによる素子誤動作が実質的に無視できるような距離にされていること)を特徴とする静電気保護構造が得られる。

この発明によれば、静電気放電用金属部分に穴、あるいは切り欠きなどの開口部を設けることにより、静電気によるノイズ電圧が印加され、静電気放電用金属板を静電気電流が流れた場合においても、回路基板上の半導体素子に誤動作という点で実質的な影響を無くして、静電気をグランドに逃がすことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による静電気保護構造を適用した半導体装置１を示す概略平面図であり、図２は図１の線II−IIに沿った概略側面図である。これらの図において、半導体装置１は、プリント基板２上に搭載された半導体素子３を静電気から保護するために、矢印Ａで示す静電気印加地点（例えば外部アクセス用コネクタ４あるいは人体接触部分５など）とグランド６との間に静電気の放電電流路７を形成するための静電気放電用金属板９を備えた静電気保護構造を持っている。

静電気放電用金属板９は、図示の例では正方形の導電性金属板部材であって、プリント基板２に設けられた支持体１０によって、半導体素子３から所定の距離離間した位置で、プリント基板２に対して平行に支持されている。静電気放電用金属板９の、半導体素子３と対向する部分には、半導体素子３から離間して、半導体素子３を囲む閉じた縁１１持つ正方形の穴である開口部１２が設けられている。開口部１２は、静電気放電用金属板９に、プリント基板２に設置されている半導体素子３を垂直投影した場合の投影像よりも大きいことが望ましく、図１、図２はその具体例を示したものである。

静電気放電用金属板９とプリント基板２上の半導体素子３との間の距離は、静電気印加地点である外部アクセス用コネクタ４あるいは人体接触部分５からグランド６に向かって静電気放電用金属板９内を流れる放電電流による電磁場の半導体素子３への干渉による半導体素子３の誤動作の確率を所定値以下に抑えることのできる距離に設定される。静電気放電用金属板９の開口部１２の縁１１と静電気放電用金属板９の外縁１３との間の距離、すなわち放電電流路７の幅となる寸法は、放電電流に対して低いインピーダンスとなるように十分に大きくされている。ここで「低インピーダンス」とは、静電気放電用金属板９の電位が実質的に接地電位とみなせて、それにより半導体素子が実質的に誤動作しないようなインピーダンスのことを言う。

このような構成によれば、放電電流路７の幅寸法が大きいため、静電気印加地点である外部アクセス用コネクタ４や人体接触部分５などのその他の印加地点から静電気放電用金属板９に印加された静電気ノイズを低インピーダンスの電流路を介してグランドへ逃がすことが出来る。また、静電気放電用金属板９には開口部１２が空けられていて半導体素子３から所定の距離離間しているので、静電気放電用金属板９上を流れる静電気電流による電磁場の半導体素子３への干渉による半導体素子３の誤動作の確率を所定値以下に抑えることができるため回路動作への悪影響も実質的になくすことができる。

実施の形態２．
また、静電気放電用金属板９をこのような開口部１２を持つ穴空き構造にすることによって、図３のような静電気印加地点である外部アクセス用コネクタ４が複数あるような場合にも、プリント基板２上の半導体素子３の動作への影響を実質的に無くすことができ、全ての静電気印加地点Ａから低インピーダンスでグランド６へ静電気ノイズを逃がすことが出来る。

実施の形態３．
同様に、図４のように金属筐体を持った外部アクセス用コネクタ４などが無い部分において人体接触部分５などのようにプリント基板２の周辺に外部から静電気が印加される場合を想定しても、静電気放電用金属板９が静電気ノイズの避雷針となり、プリント基板２上の回路動作への悪影響を実質的に無くして、静電気ノイズをグランド６へ低インピーダンスで逃がすことが出来る。

実施の形態４．
また、静電気放電用金属板９の外形形状は正方形に限らない。開口部１２の形状も、閉じた縁１１を持つ正方形の開口部１２などの穴あき構造には限られない。例えば図５に示すように半導体素子３を距離をおいて囲む開いた縁１４を持つ切欠１５を持つＵ字型の静電気放電用金属板９であっても良い。静電気を接地に逃がす低インピーダンス電流路を確保することができ、且つ、半導体素子３の近傍が電流路にならないような構造であれば、同様な効果を奏することができる。

実施の形態５．
また、図６に示すように半導体素子３を離間して部分的に囲む縁１６を持つ切欠１７を持つＬ字型の静電気放電用金属板９でも良い。このような構成においても、静電気印加地点Ａ（外部アクセス用コネクタ４など）からグランド６へと至る静電気の放電電流路７とプリント基板２上の半導体素子３は干渉せず、その結果、回路動作への悪影響を実質的に無くして、静電気ノイズをグランド６へ速やかに逃がすことが出来る。その他の構成は図１および２に示すものと同様である。

実施の形態６．
図７および図８には、静電気放電用金属板１８が半導体素子３の放熱板としても兼用された場合の実施の形態を示す。半導体素子３は非導電性の熱伝導性部材１９を介して、放電用金属板に熱的に接続されていて、半導体素子３の熱が非導電性の熱伝導性部材１９を介して静電気放電用金属板１８に伝達され、静電気放電用金属板１８から放熱される。このように半導体素子３と静電気放電用金属板１８を繋ぐものとして、非導電性の熱伝導性部材１９を用いていても、静電気が印加された際に放電用金属板を流れる静電気電流と半導体素子は干渉することはない。その他の構成は図１および２に示すものと同様である。

実施の形態７．
図９および図１０に示す静電気保護構造においては、静電気放電用金属板２０に開口部２１が設けられており、この開口部２１内に半導体素子３に熱的に接続された放熱金属板２２が設けられている。図示の例では放熱金属板２２は、静電気放電用金属板２０から連続して一体に延びた細い吊りピン状の接続部材２３によって支持されていて、接続部材２３はまた、放熱金属板２２にも一体的に連続したものであり、例えば一枚の金属板を打ち抜き加工などすることにより図９に示すような平面形を得ることができる。このような細い吊りピン状の接続部材２３によって放熱金属板２２を開口部２１内に支持すれば、放熱金属板２２は静電気放電用金属板２０からインピーダンス的に分離されているので、静電気印加地点Ａである例えば外部アクセス用コネクタ４に静電気が印加されても、放熱金属板２２に実質的な放電電流が流れることがなく、半導体素子３に静電気による実質的な影響がおよぶことがない。

実施の形態８．
図１１および図１２に示す静電気保護構造においても、静電気放電用金属板２０に開口部２１が設けられており、この開口部２１内に半導体素子３に熱導通関係に接続された放熱金属板２２が設けられている。図示の例では開口部２１内の接続部材２４は、静電気放電用金属板２０から連続して一体に十文字型に延びた細い吊りピン状の部材である。開口部２１内に配置された放熱金属板２２は、この十文字型の接続部材２４の上に、非導電性の熱伝導性部材２５を介して固着されている。このように放熱金属板２２は、熱伝導性部材２５によって接続部材２４に熱的に接続され、接続部材２４は半導体素子３に熱的に接続されている。このような細い吊りピン状の接続部材２４によって放熱金属板２２を開口部２１内に支持すれば、放熱金属板２２は静電気放電用金属板２０からインピーダンス的に分離されているので、静電気印加地点Ａである例えば外部アクセス用コネクタ４に静電気が印加されても、放熱金属板２２に実質的な放電電流が流れることがなく、半導体素子３に静電気による実質的な影響がおよぶことがない。

実施の形態９．
図１３および図１４に示す静電気保護構造は、静電気放電用金属板２６と開口部２７内に配置された放熱金属板２８とが互いに離間していて電気的にも構造的にも完全に分離された構造である。放熱金属板２８は絶縁性の熱伝導性部材２９によって半導体素子３上に固着されて支持されている。この静電気保護構造においては、印加された静電気ノイズを放電するための金属部分である静電気放電用金属板２６と半導体素子３の熱を放熱するための金属部分である放熱金属板２８とは電気的に完全に分離されており、放熱金属板２８は半導体素子３には熱的に接続されているため、静電気ノイズの速やかな放電と半導体素子３の放熱を両方とも効率的に行える構造となっている。

本発明の静電気保護構造を適用した半導体装置の概略平面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って静電気保護構造を示す半導体装置の概略断面図である。 本発明の静電気保護構造の別の例を示す概略平面図である。 本発明の静電気保護構造のさらに別の例を示す概略平面図である。 本発明の静電気保護構造のさらに別の例を示す概略平面図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った概略断面図である。 本発明の静電気保護構造のなお別の例を示す概略平面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った概略断面図である。 本発明の静電気保護構造のまた別の例を示す図である。 図９の線Ｘ−Ｘに沿った概略断面図である。 本発明の静電気保護構造のさらにまた別の例を示す図である。 図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った概略断面図である。 本発明の静電気保護構造の別の例を示す図である。 図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った概略断面図である。

符号の説明

２ プリント基板、３ 半導体素子、６ グランド、７ 静電気放電経路、９ 静電気放電用金属板、１１、１４、１６ 縁、１２、１５、１７、２１、２７ 開口部、１５、１７ 切欠、１９ 熱伝導性部材、２２ 放熱金属板、２３、２４ 接続部材、２５ 熱伝導部材、２６ 静電気放電用金属板、２８ 放熱金属板、Ａ 静電気印加地点。

Claims (9)

1. プリント基板に搭載された半導体素子を静電気から保護するために、静電気印加地点とグランド間に静電気放電経路を形成するための静電気放電用金属板を備えた静電気保護構造において、
   上記静電気放電用金属板が、上記半導体素子の上方で上記プリント基板と平行に配置されており、上記半導体素子と対向する部分が、開口部を備えていて、上記半導体素子と上記静電気放電用金属板との間を所定距離離したことを特徴とする静電気保護構造。
2. 上記開口部が、上記静電気放電用金属板に設けられて上記半導体素子を囲む閉じた縁を持つ穴であることを特徴とする請求項１記載の静電気保護構造。
3. 上記開口部が、上記静電気放電用金属板に設けられて上記半導体素子を囲む開いた縁を持つ切欠であることを特徴とする請求項１記載の静電気保護構造。
4. 上記半導体素子と上記静電気放電用金属板とを互いに熱的に接続する非導電性の熱伝導性部材を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の静電気保護構造。
5. 上記開口部内に上記半導体素子に熱的に接続された放熱金属板を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載の静電気保護構造。
6. 上記放熱金属板が上記開口部の上記縁から連続して延びた上記静電気放電用金属板と一体の接続部材によってインピーダンス的に分離されて支持されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項記載の静電気保護構造。
7. 上記接続部材が、上記放熱金属板にも連続して一体に延びたものであることを特徴とする請求項６記載の静電気保護構造。
8. 上記接続部材と上記放熱金属板との間に、上記接続部材と上記放熱金属板とを熱的に接続する非導電性の放熱板を備えたことを特徴とする請求項６記載の静電気保護構造。
9. 上記放熱金属板が、上記静電気放電用金属板に対して離間していて、上記半導体素子により支持されていることを特徴とする請求項６記載の静電気保護構造。

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