JP2015050455A - Printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電気をグラウンドに誘導して接地するために基板の表面に形成されるスパークギャップを含む印刷回路基板に関する。 The present invention relates to a printed circuit board including a spark gap formed on a surface of a substrate for inducing static electricity to ground and grounding.
電子機器の軽薄短小化の傾向に伴い、小型の移動機器およびその他の電子製品の密度が高くなっており、部品間の間隔が狭く配線密度が高くて、静電気による誤作動によって製品品質低下および異常現象が発生し、深刻な問題をもたらしうる。 As electronic devices become lighter, thinner and smaller, the density of small mobile devices and other electronic products is increasing. The spacing between components is narrow and the wiring density is high. Phenomena occur and can cause serious problems.
特に、マイクロ波のRF(radio frequency)装置は、ESD衝撃に対して非常に低い許容限界(tolerance)を有する。実際、小さいESDパルスが敏感なRF装置およびその他の構成部品に損傷を与えることがある。 In particular, microwave RF (radio frequency) devices have a very low tolerance for ESD impact. In fact, small ESD pulses can damage sensitive RF devices and other components.
一部のRF装置は、はるかに大きいESD放電に対する抵抗を要求するため、これは回路構成において欠点となり、多くの制約を伴う。 Since some RF devices require resistance to much larger ESD discharges, this is a drawback in circuit configuration and involves many limitations.
また、多くのRF装置は、それらの動作周波数によって並列容量に非常に敏感である。並列容量に対するかかる敏感度は、ESD保護回路が非常に低い静電容量を有しなければならないという要求事項がさらに必要となりうる。 Many RF devices are also very sensitive to parallel capacitance due to their operating frequency. Such sensitivity to parallel capacitance may further require the requirement that the ESD protection circuit must have very low capacitance.
そのため、印刷回路基板には、静電気に脆い部分(部品、パターン、ビア、など)を保護するために静電気を予め遮断させるか特定の位置に放電させることができる静電気保護素子が設けられており、静電気保護素子は、通常、電話線、電力線、アンテナフィードライン(feed‐line)に用いられて、建物および/またはこれに連結された回路を稲妻や他のESD事故から保護する。 Therefore, the printed circuit board is provided with an electrostatic protection element that can block the static electricity in advance or discharge it to a specific position in order to protect a portion (component, pattern, via, etc.) that is vulnerable to static electricity. Electrostatic protection elements are typically used in telephone lines, power lines, and antenna feed lines to protect buildings and / or circuits connected thereto from lightning and other ESD incidents.
しかし、電子機器の軽薄短小化の傾向を鑑みて、静電気保護素子の実装は、回路パターンの設計および微小素子の実装の空間的制約をもたらし、時代の流れに逆らう結果をまねくという問題点があった。 However, in view of the trend of electronic devices to be lighter, thinner, and smaller, the mounting of electrostatic protection elements has the problem of causing spatial constraints in circuit pattern design and micro-element mounting, resulting in countering the trend of the times. It was.
本発明は、従来の印刷回路基板において挙げられる前記諸欠点と問題点を解決するために導き出されたものであって、接地パターンと静電気保護体との間に設けられた異種材質の二つのスパークギャップに形成された電位差を利用することで静電気から保護体を保護できる印刷回路基板を提供することを発明の目的とする。 The present invention has been derived in order to solve the above-mentioned drawbacks and problems mentioned in the conventional printed circuit board, and includes two sparks of different materials provided between a ground pattern and an electrostatic protection body. It is an object of the present invention to provide a printed circuit board capable of protecting a protector from static electricity by utilizing a potential difference formed in a gap.
本発明の前記目的は、接地パターンと、保護体と、前記接地パターンと前記保護体との間に介在されるスパークギャップと、を含む印刷回路基板を提供することによって達成することができる。 The object of the present invention can be achieved by providing a printed circuit board including a ground pattern, a protector, and a spark gap interposed between the ground pattern and the protector.
この際、前記スパークギャップは、第1金属パターンと、前記第1金属パターンに対向するように設けられた第2金属パターンと、からなることができる。 At this time, the spark gap may include a first metal pattern and a second metal pattern provided to face the first metal pattern.
また、前記第1金属パターンと第2金属パターンは離隔して形成されていることができる。 In addition, the first metal pattern and the second metal pattern may be spaced apart.
また、前記第1金属パターンと第2金属パターンが対向する片面または両面に突起が形成されていることができる。 In addition, protrusions may be formed on one side or both sides of the first metal pattern and the second metal pattern facing each other.
また、前記突起は三角形状に徐々に狭くなり、互いに対向する部分はとがった先端を有することができる。 In addition, the protrusions are gradually narrowed in a triangular shape, and the portions facing each other can have pointed tips.
また、前記第2金属パターンの側面に突起が形成されていることができる。 In addition, a protrusion may be formed on a side surface of the second metal pattern.
また、前記第1金属パターンと第2金属パターンは互いに異なる材質の金属からなることができる。 The first metal pattern and the second metal pattern may be made of different metals.
また、前記第1金属パターンは、前記接地パターンに内設されていることができる。 The first metal pattern may be provided in the ground pattern.
また、前記第2金属パターンは、前記保護体の外周面に離隔して形成され、前記第2金属パターンと前記保護体の外周面との間に絶縁材が形成されていることができる。 The second metal pattern may be formed apart from the outer peripheral surface of the protector, and an insulating material may be formed between the second metal pattern and the outer peripheral surface of the protector.
また、前記第1金属パターンは銅(Cu)からなり、前記第2金属パターンは銀(Ag)からなることができる。 The first metal pattern may be made of copper (Cu), and the second metal pattern may be made of silver (Ag).
また、前記スパークギャップは、前記接地パターンに内設された第1金属パターンからなることができる。 The spark gap may include a first metal pattern provided in the ground pattern.
また、前記第1金属パターンと前記保護体は離隔して形成され、前記第1金属パターンと前記保護体との間に絶縁材が形成されていることができる。 The first metal pattern and the protector may be formed apart from each other, and an insulating material may be formed between the first metal pattern and the protector.
また、前記第1金属パターンには、前記保護体に向かって突起が形成されていることができる。 In addition, the first metal pattern may have a protrusion toward the protector.
上述したように、本発明に係る印刷回路基板は、接地パターンに連結された第1金属パターンと、第1金属パターンと離隔して形成された第2金属パターンと、を備え、静電気を接地に誘導するか保護体により静電気が誘起されることを防止することができ、これにより静電気に脆い部品を保護できるという利点がある。 As described above, the printed circuit board according to the present invention includes the first metal pattern connected to the ground pattern and the second metal pattern formed apart from the first metal pattern, and static electricity is grounded. It is possible to prevent the static electricity from being induced or induced by the protective body, and this has the advantage that the parts vulnerable to the static electricity can be protected.
また、本発明によれば、印刷回路基板上にスパークギャップが形成されることができ、これにより作製が容易となり、別の静電気防止素子を付着する必要がないため、印刷回路基板の製造工程における便宜性が向上するという利点がある。 In addition, according to the present invention, a spark gap can be formed on the printed circuit board, which facilitates production and eliminates the need for attaching another antistatic element. There is an advantage that convenience is improved.
本発明の利点および特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付の図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、互いに異なる様々な形態に具現することができる。本実施形態は、本発明の開示を完全にするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。 Advantages and features of the present invention, and methods for accomplishing them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and can be embodied in various different forms. The embodiments can be provided to complete the disclosure of the present invention and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention belongs.
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において、単数型は文章で特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む(comprise)」および/又は「含んでいる(comprising)」は言及された構成要素、段階、動作および/又は素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作および/又は素子の存在又は追加を排除しない。 The terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular forms include plural forms unless otherwise specified in the text. As used herein, “comprise” and / or “comprising” refers to a component, stage, operation and / or element referred to is one or more other components, stages, operations and Do not exclude the presence or addition of elements.
図1は本発明に係る印刷回路基板の一実施形態の平面図であり、図2は図1のスパークギャップの拡大図である。 FIG. 1 is a plan view of an embodiment of a printed circuit board according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the spark gap of FIG.
図1に示されたように、本発明は、接地パターン110と、スパークギャップ120と、保護体130と、からなることができる。
As shown in FIG. 1, the present invention may include a
接地パターン110は、電源部の接地端に連結されて、印刷回路基板100およびこれに実装される素子が動作するか否かを判断する基準電位となってもよく、印刷回路基板100に実装される部品は、接地パターン110に連結されて、電気的信号の高低を判断する基準電流および/または基準電圧となってもよい。
The
スパークギャップ120は、接地パターン110と保護体130との間に介在され、第1金属パターン121と第2金属パターン122が互いに対向するように形成されていてもよく、第1金属パターン121は接地パターン110に内設されており、第1金属パターン121は接地パターン110と等電位を形成してもよい。
The
第1金属パターン121は、接地パターン110と電気的に連結されて、接地パターン110と同じ基準電位を有するため、各種の素子および回路を互いに連結する導電パターンまたはビアなどに形成された静電気より低い電位が形成されてもよい。
Since the
第1金属パターン121と第2金属パターン122は所定距離離隔して形成されてもよい。第1金属パターン121と第2金属パターン122が連結されて電気的に短絡すると、接地パターン110から誘起される静電気から保護体130を保護できないため、所定距離おきに形成される構成が妥当でありうる。
The
また、第1金属パターン121と第2金属パターン122は平行に対向するように構成されてもよく、対向する片面または両面にはそれぞれ突起123a、123bが形成されてもよい。
In addition, the
突起123a、123bは、三角形状に徐々に狭くなり、互いに対向する部分はとがった先端を有してもよい。すなわち、突起123a、123bは、複数個の三角形状が隣接して鋸歯状からなってもよく、三角形状が離隔するパターンからなってもよい。
The
例えば、第2金属パターン122の面にのみ第1金属パターン121に向かって突起123bが形成されるか、第1金属パターン121の面にのみ第2金属パターン122に向かって突起123aが形成されるか、第1金属パターンおよび第2金属パターン122の対向する両面に突起123a、123bが形成されてもよい。これは、金属表面に形成される電荷がとがった箇所に容易に集まる性質を利用するものである。
For example, the
第1金属パターン121は、接地パターンに内設されて電気的に連結されており、第1金属パターン121と第2金属パターン122との間に絶縁材が介在されているため、第1金属パターン121から瞬間印加された静電気が第2金属パターン122へ転移することは困難になりうる。
The
また、第2金属パターン122に向かって誘起した静電気は、接地パターン110に連結された第1金属パターン121を経てスパーク放電されることができ、接地パターンに移動して接地されると静電気は容易に除去されることができる。
In addition, static electricity induced toward the
第2金属パターン122の側面は突起123cをさらに含んでもよい。第2金属パターン122の側面は、絶縁材を挟んで接地パターン110と離隔してもよく、接地パターン110に向かって狭くなる三角形状を有し、とがった先端を有する形状からなると、第2金属パターン122に形成された静電気が接地パターン110に容易に誘導されることができる。
The side surface of the
印刷回路基板100が軽薄短小化の傾向にあるため、第1金属パターン121と第2金属パターン122とはできるだけ近く形成することが有利でありうるが、製造工程において近すぎる距離で形成すると、基板の収縮および反りなどの外部環境要因によって短絡が発生しうるため、二つの箇所の間隔は0.1mm以上に設計されることが好ましい。
Since the printed
一方、本発明は、第1金属パターン121および第2金属パターン122の両端に形成された電位差を利用して静電気を接地パターン110に誘導するか、接地パターン110に誘起した静電気が瞬間的に第2金属パターン122に転移しないようにするために、第1金属パターン121および第2金属パターン122を互いに異なる材質の金属で構成してもよい。
Meanwhile, according to the present invention, static electricity is induced to the
図3は導体間に形成される瞬間電位を測定するシミュレーション図である。これを参照すると、第1金属パターン121と第2金属パターン122が同じ材質からなる場合(Cu‐Cu、Au‐Au、Ag‐Agの組み合わせ)の両端に形成される電位差は3.054e−9(V/m)である反面、異種材質からなる場合(Cu‐Au、Cu‐Ag、Au‐Agの組み合わせ)の両端に形成される電位差は3.058e−9(V/m)であるため、異種材質を選択すると電位差がより高く形成されることが分かる。
FIG. 3 is a simulation diagram for measuring an instantaneous potential formed between conductors. Referring to this, when the
静電気が電位の高い箇所に誘起されると低い箇所に放出されるように誘導し、電位の低い箇所に誘起されると高い箇所に移動しないようにすることができる。 When static electricity is induced at a high potential location, it can be induced to be released to a low location, and when induced at a low potential location, it can be prevented from moving to a high location.
すなわち、第1金属パターン121に静電気が誘起されても第2金属パターン122に電位が移動しないことができ、第2金属パターン122に静電気が誘起されると第1金属パターン121に向かってより容易に移動することができる。
That is, even if static electricity is induced in the
第2金属パターン122は、保護体130の外周面に離隔して形成されることができる。第2金属パターン122は、接地パターン110に連結された第1金属パターン121と対をなしてスパークギャップ120を形成するにあたり、両端の間には電位差が形成されており、第2金属パターン122は、保護体130を静電気から保護するために設けられる構成であるため、静電気の移動を防止するために保護体130と離隔して形成されることができる。
The
また、第2金属パターン122と保護体130との間には絶縁材が形成されることで、第2金属パターン122に形成された静電気が保護体130に移動しないようにすることができる。絶縁材は、基板に用いられる一般的なソルダレジスト(solder resist)であってもよく、類似の機能を発揮する公知の材質から選択されてもよい。
In addition, since an insulating material is formed between the
一方、スパークギャップ120は、接地パターン110に内設された第1金属パターン121のみからなってもよい。また、第1金属パターン121と保護体130は離隔して形成されてもよく、第1金属パターン121と保護体130との間に電気的な絶縁状態を形成するための絶縁材が設けられてもよい。
Meanwhile, the
また、第1金属パターン121には保護体130に向かって突起123aが形成されることで、保護体130に誘起された静電気を第1金属パターン121に向かってスパーク放電して除去するか、接地パターンで臨界値以上に入力された静電気を保護体130に誘起しないようにすることができる。
Further, the
印刷回路基板100に存在する銅箔層は、めっきやスクリーン印刷等により形成されることができ、絶縁材と交互に積層されるとともに複数層からなることで、絶縁材で塗布した面からフォトリソグラフィやエッチング工程などにより特定箇所のみを容易に除去することができる。これにより、第1金属パターン121または第2金属パターン122が銅箔層からなる場合に、特別な工程を付加する必要がないため、製造工程において利点がある。
The copper foil layer present on the printed
また、銅箔層ではない他の材質でスパークギャップ120を形成したい場合には、スクリーン印刷方法などにより容易に塗布することができるため、別の静電気保護体130を実装することに比べて費用を低減できるだけでなく、基板内で占める体積を著しく減少することができ、軽薄短小化の傾向において好適である。
In addition, when it is desired to form the
一方、互いに異なる材質でスパークギャップ120を形成する場合には、第1金属パターン121および第2金属パターン122の両端にかかる電位差は最も優先して考慮する要素であってもよく、導電率および抵抗率はスパークギャップ120を形成する材料を選定するために考慮する二次的な要素であってもよい。
On the other hand, in the case where the
互いに異なる材質でスパークギャップ120を形成する場合には、第1金属パターン121と第2金属パターン122の材質の多様性にもかかわらず電位差が所定範囲から離脱しない。金属ごとに導電率および抵抗率が異なるため、電位差は、スパークギャップ120の材料選定において重要な指標になりうる。
When the
金属の導電率とは、導体に流れる電流の大きさを示す定数であって、抵抗率の逆数(1/Ω・m)で表される。金属の抵抗率とは、単位断面積と単位長さを有する導体の電気抵抗比を示すものである。 The electrical conductivity of the metal is a constant indicating the magnitude of the current flowing through the conductor, and is represented by the reciprocal of the resistivity (1 / Ω · m). The metal resistivity indicates an electrical resistance ratio of a conductor having a unit cross-sectional area and a unit length.
表1は銅の導電率を100%としたときに、他の金属の電気が流れる程度を表現したものであって、導電率が高く、抵抗率が小さいほど静電気が迅速に移動するため、このようなものをスパークギャップ120の材料として選択すれば静電気除去効果に優れる。
Table 1 shows the degree to which the electricity of other metals flows when the conductivity of copper is 100%. The higher the conductivity and the lower the resistivity, the faster the static electricity moves. If such a material is selected as the material of the
表1から分かるように、銀は標準軟質銅より導電率が高く、抵抗率が低いだけでなく、簡単に腐食しない特性を有する。また、標準軟質銅は安価であり、標準軟質銅の導電率と銀の導電率はあまり差がないため、標準軟質銅をスパークギャップ120の材質として選択することが好ましい。
As can be seen from Table 1, silver not only has higher conductivity and lower resistivity than standard soft copper, but also has the property of not easily corroding. Moreover, since standard soft copper is cheap and there is not much difference between the conductivity of standard soft copper and the conductivity of silver, it is preferable to select standard soft copper as the material of the
したがって、スパークギャップ120の第1金属パターン121または第2金属パターン122のいずれか一つを銀と選定すると、他のものは銅箔層からなってもよい。
Therefore, if one of the
この際、第1金属パターン121が銅(Cu)からなり、第2金属パターン122が銀(Ag)からなると、異種材質金属によって第2金属パターン122に高い電位差を形成するとともに、導電率が高く抵抗率が低いため、接地パターン110に向かって静電気が容易に移動し、且つ保護体130に向かって静電気が移動することを阻止することができ、保護体のESD保護という発明の目的に最も適する組み合わせになる。
At this time, if the
銅箔層は基板のソルダレジストをエッチングして設計することができ、第1金属パターン121を銅箔と選定し、第2金属パターン122を銀でスクリーン印刷してスパークギャップ120を製造することが利点を有し得る。
The copper foil layer can be designed by etching the solder resist of the substrate, and the
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は、様々な相違する組み合わせ、変更および環境において用いることができる。本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲および/または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、また発明の具体的な適用分野および用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。 The above detailed description illustrates the invention. Also, the foregoing is merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention and the present invention can be used in various different combinations, modifications and environments. Changes or modifications may be made within the scope of the inventive concept disclosed herein, the scope equivalent to the disclosed disclosure, and / or the skill or knowledge of the art. The above-described embodiments are for explaining the best state in practicing the present invention, and are used in other states known in the art in using other inventions such as the present invention. Various modifications required for specific application fields and applications are possible. Accordingly, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other implementations.
100 印刷回路基板
110 接地パターン
120 スパークギャップ
121 第1金属パターン
122 第2金属パターン
123a、123b、123c 突起
130 保護体
DESCRIPTION OF
Claims (13)
保護体と、
前記接地パターンと前記保護体との間に介在されるスパークギャップと、を含む、印刷回路基板。 A grounding pattern;
A protector,
A printed circuit board comprising a spark gap interposed between the ground pattern and the protector.
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