KR100977659B1

KR100977659B1 - 정전기 방전 보호를 위한 장치, 시스템, 및 방법

Info

Publication number: KR100977659B1
Application number: KR1020077028518A
Authority: KR
Inventors: 린 루; 앤드류 스티븐 포이노트
Original assignee: 키오세라 와이어리스 코포레이션
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2010-08-24
Also published as: CN101194545B; CN101194545A; JP4777421B2; US8908347B2; EP1889529A1; US20060279887A1; WO2006135582A1; US7567419B2; JP2008546138A; US20090262481A1; KR20080027247A

Abstract

장치, 시스템, 및 방법은 정전하를 전기 절연 시트 내의 ESD 채널을 통해 그라운드로 안내함으로써 전자 기기에서의 정전기 방전(ESD)을 제공한다. ESD 채널은 전기 절연 시트 내에 배치되어, 전기 절연 시트에 의해 덮인 보호 영역으로의 전기 경로보다 임피던스가 낮은 그라운드로의 전기 경로를 제공한다. 따라서 ESD는 최소 저항 경로를 따라 전자 기기 내의 중요 부품이 아닌 그라운드로 안전하게 간다. 실시예에서, ESD 채널은 돔 접촉층에 있는 개구인데, 이 개구들은 인쇄회로기판(PCB)의 하나 이상의 그라운드 영역 위에 배치되고, 돔 접촉층의 절연 재료는 ESD로부터 보호된 PCB의 영역을 덮는다. 전용 GPIO 라인을 실현함으로써, 접지된 금속 돔은 표적 방전 영역 내의 신호 패드를 덮어 ESD로부터 GPIO 라인을 보호한다. 기기 부품들은 추가적인 포트나 절연 없이 ESD로부터 보호된다.

Description

정전기 방전 보호를 위한 장치, 시스템, 및 방법{APPRATUS, SYSTEM, AND METHOD FOR ELECTROSTATIC DISCHARGE PROTECTION}

본 발명은 전반적으로 전자 기기에 관한 것으로서, 더 구체적으로 말해 전자기기에서의 정전기 방전(ESD) 보호 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다.

예를 들어 휴대폰, 개인휴대단말기(personal digital assistant, PDA), 휴대용 미디어 플레이어, 및 휴대용 컴퓨터와 같은 전자 기기들은 정전기 방전(ESD)에 의한 손상을 받기 쉽다. ESD란 두 물체 간의 빠르고 자발적인 전기 전하의 이동이다. 특히 건조한 기후에서 경험할 수 있는 ESD의 한 가지 예로는, 카펫 상의 발끌림으로 인해 정전하(electrostatic charge)가 형성된 후에 손이나 사람이 문손잡이 근처에 있을 때 정전하의 방출에 기인하는 "쇼크" 또는 스파크가 있다. 그러나 ESD는 여러가지 상황에서 발생하고, 전자 기기 내의 민감한 부품에 큰 손상을 일으키려면 느껴질 정도가 되어야할 필요는 없다. 전자 기기상의 키패드, 버튼, 및 기타 유저 인터페이스는, 정전하가 전자 기기의 부품에 도달하는 특히 취약한 진입점을 제공한다.

종래의 일부 설계들은 취약한 영역에서 절연 재료의 두께를 증가시켜 ESD에 대한 전자 기기의 감성(susceptibility)을 감소시킨다. 예를 들어 기기의 키패드를 형성하는 형상을 가진 고무층의 두께를 증가시켜 민감한 부품을 ESD로부터 절연시킬 수 있다. 이러한 기법은, 두께의 증가로 인해 전자 기기의 전체 크기가 증가한다는 점에서 제한된다. 뿐만 아니라, 키패드가 더 두꺼우면 더 많은 재료가 필요하고 조작이 더 어렵기 때문에 전자 기기의 제조 난이도과 비용이 더 커질 수 있다. 또한, 더 두꺼운 재료는 부피가 더 크고 감도가 떨어지며 사용하기 더 어려운 키패드를 초래할 수 있다.

ESD에 대한 감성을 감소시키기 위한 종래의 다른 기법으로는, ESD를 "쇼트 아웃(short out)"시키고 전하를 그라운드(ground)로 안내하는 다이오드와 같은 회로 소자의 배치가 있다. 그러나 이러한 방법들은 전자 기기의 복잡성과 비용이 증가한다는 점에서 제한된다.

다른 종래의 설계로는 키패드의 적어도 일부 버튼들을 둘러싸고 전자 기기의 그라운드에 접속된 도전성 이스커천이 있다. 이 기법은 이스커천이 제조하기 어렵고 비용이 많이 든다는 점에서 제약을 받는다. 또한, 이스커천은 대개 ESD의 침투에 취약한 영역을 충분히 보호할 정도로 형성되지 못한다. 예를 들어 키패드의 키의 크기가 감소하면, 도전성 이스커천 영역의 배치를 위한 가용한 공간도 감소하여 ESD에 대하여 충분히 보호받지 못하는 기기 영역을 발생시킨다.

따라서 전자 기기에서의 정전기 방전(ESD) 보호를 위한 장치, 시스템, 및 방법이 필요하다.

장치, 시스템, 및 방법은 전기 절연 시트 내의 ESD 채널을 통해 정전하를 그라운드로 안내함으로써 전자 기기에서의 정전기 방전(ESD) 보호를 제공한다. ESD 채널은 전기 절연 시트 내에 배치되어, 전기 절연 시트에 의해 덮인 보호 영역으로의 전기 경로보다 임피던스가 낮은 그라운드로의 전기 경로를 제공한다. 따라서 ESD는 최소 저항 경로를 따라, 전자 기기 내의 중요 부품이 아닌 그라운드로 안전하게 간다. 실시예에서는, ESD 채널이 키패드의 돔(dome) 접촉층에 있는 개구(opening)들인데, 개구들은 인쇄회로기판(PCB)의 하나 이상의 그라운드 구역 위에 배치되고, 돔 접촉층의 절연 재료는 ESD로부터 보호되는 PCB 영역을 덮는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기의 측면도의 블록다이어그램이다.

도 2는 전자 기기의 인쇄회로기판 상의 전기 절연 시트(sheet)의 평면도의 블록다이어그램이다.

도 3은 전기 절연 시트가 돔 접촉 시트를 포함하는, 실시예에 따른 ESD 보호 조립체의 사시전개도이다.

도 4는 실시예에 따른 PCB의 일부의 평면도를 도시한다.

도 5는 전자 기기가 휴대폰인, 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기의 전개도를 도시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기의 ESD 보호 조립체(100)의 측면도의 블록다이어그램이고, 도 2는 평면도이다. 도 1 및 도 2의 블록들은 전반적으로 인쇄회로기판(102)과, 정전기 방전(ESD)으로부터 전자 기기 내의 영역들(114)을 보호하는 전기 절연 시트(104)의 상대적인 구성의 예를 나타내며, 반드시 도시된 부품들의 상대적인 크기나 위치를 모두 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서, 전기 절연 시트(104)는 예를 들어, 휴대폰이나 무선 PDA와 같은 휴대용 통신 기기의 일부로서 구현된다.

전술한 바와 같이, 전자 기기들은 ESD로부터 손상되기 쉽다. 사람이나 손, 기기 상의 금속 버튼, 또는 기타 정전하를 축적할 수 있는 물체들과 같은 ESD 소스(108)는, ESD 소스(108)로부터 전자 기기로의 임의의 경로 상의 임피던스가 충분히 낮으면 정전기 방전(ESD)(106)을 일으킨다. ESD 경로가 중요 부품을 통과하거나 거기에서 끝나면, 손상이 있을 수 있다. 본 실시예에서 ESD(106)는 방전 회피 영역(114) 내의 신호 트레이스(trace)와 전기 부품을 피하는 방전 경로를 통해 안내된다.

전기 절연 시트(104) 내의 방전 채널(110)은 전자 기기의 그라운드 전위(potential)로의, 임피던스가 비교적 낮은 경로를 제공한다. 방전 채널(110)은 전기 절연 시트(104)의 절연 시트 임피던스보다 작은 채널 임피더스를 갖는다. 방전 채널(110)은 인쇄회로기판(102)의 노출된 그라운드 영역(112)에 인접하여 배치된다. 따라서 그라운드 영역(112)의 적어도 일부는 방전 채널(110)의 아래에 노출되어, ESD(106)를 위한 기기 그라운드로의 폐쇄 전기 경로를 제공한다. 본 실시예에서 그라운드 영역(112)은 PCB(102) 표면상의 구리(copper) 구역이다. 그라운드 영역(112)은 PCB(102) 내의 다른 그라운드층에 대한 바이어스(bias)를 포함할 수 있고, 여러 형태와 크기를 가질 수 있다.

본 실시예에서 전기 절연 시트(104)는 전기 절연 시트(104)에 있는 개구에 의해 형성된 복수의 방전 채널(110)을 포함한다. 그러나 방전 채널(110)은 다른 기법이나 부품을 사용하여 형성될 수도 있다. 예를 들어 일부 경우에 방전 채널(110)은 절연 시트(104)보다 얇은 절연 재료층을 포함할 수 있다. 또한 도전성 재료가 삽입되거나 아니면 전기 절연 시트(104)를 통해 배치되어 노출된 그라운드 영역(112)으로의 전기 경로를 제공할 수도 있다. 따라서 방전 채널(110)은, ESD(106)를 전자 기기 내의 표적 방전 영역으로 안내하여 방전 회피 영역(114)을 회피하기 위해 절연 시트(104)보다 전기 임피던스가 낮은 경로를 형성하는 임의의 구성, 기구, 또는 재료이다.

도 3은 본 실시예에 따른 ESD 보호 조립체(100)의 사시전개도를 도시하는데, 전기 절연 시트(104)는 돔 접촉 시트(302)를 포함한다. 돔 접촉 시트(302)는 ESD 보호 조립체(100)가 조립될 때 회로 기판(102) 상의 접촉 패드(306~308) 세트와 정렬되는 복수의 돔 접촉부(304)를 포함한다. 돔 접촉부(304)와 인쇄회로기판(102) 상의 접촉 패드(306~308)는 전자 기기의 외부에서 접근 가능한 버튼에 대한 돔 접촉 스위치를 형성한다. 각 돔 접촉부(304)는, 중앙 접속 패드(310)와 주변 접촉 패드(312)를 포함하는 접촉 패드(306, 308) 세트와 정렬된다. 도 4를 참조하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 주변 접촉 패드(312)는 표적 방전 영역(314) 내의 접촉 패드(306)에 대한 그라운드 영역(112)의 일부이다.

본 실시예에서 방전 채널(110)은 돔 접촉 시트(302)를 통해 연장하는 복수의 개구를 포함한다. 개구들은 표적 방전 영역(314) 내의 PCB(102) 상의 표적 방전 위 치(316)와 전략적으로 정렬된다. ESD(106)로 인한 전자 기기의 손상은, ESD(106)를 받기 쉬운 부품 및 트레이스로부터 안전한 거리에 있는 PCB(102)의 노출된 그라운드 영역(112) 상의 표적 방전 위치(316)를 선택함으로써 최소화된다. 따라서 표적 방전 위치(316)로의 정전기 방전(106)은 방전 회피 영역(114)을 회피하는 방전을 일으킨다.

도 4는 본 실시예에 따른 PCB(102)의 평면도를 도시한다. 알려진 기법에 따라, 돔 접촉부(304)가 눌리면 한 쌍의 접촉 패드(306, 308) 사이에 전기 접속이 형성된다. 돔 접촉부(304)는 눌리면, 변형되어 중앙 접촉 패드(310)와 접촉하는 동안, 전기 전도성 돔 접촉부(304)의 일부는 주변 접촉 패드(312)와 접촉한다. 그 결과 중앙 접촉 패드(310)와 주변 접촉 패드(312) 간의 전기 접속이 일어난다. 하나 이상의 접촉 패드(310, 312)는 신호 라인에 접속된다. 여러 상황에서, 구동(drive) 라인과 감지(sense) 라인을 포함한 다중 신호 라인으로 형성된 매트릭스(matrix)는 프로세서가 신호들 간의 고유한 콤비네이션 접속에 기초하여 활성화된 스위치를 결정하도록 허용한다. 이러한 구성은 키패드 전용의 범용 입출력(General Purpose Input Output)(GPIO) 라인의 수를 최소화시킨다. 그러나 표적 방전 영역(314) 내의 접촉 패드(306)는 그라운드 영역(112)의 일부인 주변 접촉 패드(312)를 포함한다. 신호 라인으로의 돔 접촉부(304)를 통한 ESD(106)의 가능성을 최소화시키기 위해, 주변 접촉부(312)가 접지되는 한편, 중앙 접촉부(310)는 주변 접촉부(312)와 접촉하고 있는 돔 접촉부(304)에 의해 ESD(106)로부터 보호된다. 주변 접촉 패드들(312) 중 하나는 그라운드에 접속되므로, 돔 접촉 스위치들에 대응하는 버튼의 활성화를 감지하기 위해 전용 GPIO가 필요하다. 전자 기기에서 많은 GPIO 라인들이 사용되지 않고 있으므로, 이러한 필요성은 일반적으로 대부분의 설계에서 문제가 되지 않는다.

도 5는 전자 기기가 휴대폰과 같은 휴대용 통신 기기인, 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기의 전개도를 도시한다. 여러 구성과 부품들 중 어느 것이라도 본 설명에 따른 ESD 보호 방법 및 장치를 포함하는 여러 유형의 기기들 중 어느 것을 형성하도록 사용될 수 있다. 유연한 키패드(502)는 하우징(504)의 전면부를 통해 연장하여, 돔 접촉 스위치를 활성화시키는 기구를 제공한다. 하우징(504)의 전면부에 있는 개구를 통해 접근가능한 크롬 키패드(506)는 스피커(508) 근처의 돔 접촉 스위치를 활성화시키는 버튼을 포함한다. 본 실시예에서 스피커(508)는 크롬 키패드(506) 뒤의 플라스틱 스피커 하우징(510) 내에 배치된다. 스피커 하우징(510)은 유연한 키패드(502)에 있는 리세스(recessed) 영역 내에 배치된다. 비주얼 디스플레이(512)와 같은 다른 부품들도 하우징(504) 내의 개구들을 통해 연장한다.

본 실시예에서 크롬 키패드(506)는 전하를 축적하는 부유(floating) 금속 물체이다. 그 결과 전기 전위의 상승은 결국 방전할 전기 경로를 찾는다. 전자 기기(500)가 있는 부품에 대한 손상을 피하기 위해, 돔 접촉 시트(302)에 방전 채널(112)을 전략적으로 배치함으로써 기기 그라운드로의 적어도 하나의 기기 방전 경로(514)를 생성한다. 따라서 방전 경로는 전기 절연 시트(104)(돔 접촉 시트(302))를 통한 방전 채널들(112) 중 하나를 포함한다. 방전 경로(514)는 전자 기기(500)의 외부로부터의 다른 경로보다 임피던스가 낮은 그라운드 영역(112)으로의 저 임피던스 경로를 제공한다. 따라서 어떤 ESD(106)도 방전 회피 영역(114)을 통해 지나가는 일이 없이 전자 기기(500)를 통해 안내되어 기기 부품들에 대한 손상을 최소화한다.

따라서 본 발명에서 휴대용 통신 기기와 같은 전자 기기(500)는 ESD(106)를 인쇄회로기판(102)의 그라운드 영역(112)으로 안내하는 방전 경로(514)를 포함한다. 전기 절연 시트(104) 내의 하나 이상의 방전 채널(110)은 전기 절연 시트의 절연 전기 임피던스보다 작은 채널 임피던스를 가지고 있어, 그라운드로의 ESD(106)를 위한 비교적 임피던스가 낮은 경로를 제공한다. 본 실시예에서 전기 절연 시트(104)는 표적 방전 영역(316)이 노출된 그라운드 영역(112) 위에 형성되는 돔 접촉 시트(302)를 포함한다. 따라서 추가적인 부품이나 절연 없이 ESD(106)에 대한 감성이 최소화된다.

이러한 내용의 관점에서 볼 때 분명히 본 기술분야의 일반적인 기술을 가진 이들에게 본 발명의 다른 실시와 수정이 쉽게 일어날 수 있다. 상기의 설명은 예시적인 것이며, 제한적인 것이 아니다. 본 발명은, 상기의 명세서 및 첨부 도면과 연계하여 보았을 때 그러한 모든 실시와 수정을 포함하는 하기의 청구항에 의해서만 제한된다. 따라서 본 발명의 범위는 상기의 설명을 기준으로 결정되어야 할 것이 아니라 등가물들에 대한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항을 기준으로 결정되어야 한다.

Claims

전기 절연 시트는 절연 전기 임피던스를 가지고, 상기 전기 절연 시트의 다른 영역들보다 더 얇은 상기 전기 절연 시트 내의 전기 절연 재료 층을 포함하여 방전 채널의 채널 전기 임피던스는 상기 절연 전기 임피던스보다 작고, 정전기 방전을 상기 전기 절연 시트에 인접한 그라운드 전위 영역으로 안내하도록 구성된 상기 방전 채널을 가진 상기 전기 절연 시트를 포함하는 정전기 방전(ESD) 보호 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 방전 채널은, 인쇄회로기판의 상기 그라운드 전위 영역에 인접한, ESD 보호 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 전기 절연 시트는, 변형되었을 때 상기 인쇄회로기판 상에 전기 접속을 이루도록 구성된 복수의 돔 접촉부를 포함하는 돔 접촉 시트인, ESD 보호 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전기 절연 시트는 상기 절연 전기 임피던스보다 작은 상기 채널 전기 임피던스를 갖는 복수의 방전 채널을 갖는, ESD 보호 장치.
그라운드 영역 및 주변 접촉 영역에 인접한 중앙 접촉 영역을 각각 포함하는 복수의 접촉 패드들을 포함하는 인쇄회로기판; 및

절연 전기 임피던스를 가지는 전기 절연 시트를 포함하고,

상기 전기 절연 시트는, 복수의 돔 접촉부들은 상기 복수의 접촉 패드들과 정렬되고, 각 돔 접촉부는 상기 각 돔 접촉부가 변형되었을 때 상기 정렬된 접촉 패드의 상기 주변 접촉 영역 및 상기 중앙 접촉 영역의 사이에 전기 접속을 형성하는, 상기 복수의 돔 접촉부들; 및

복수의 방전 채널들은 상기 전기 절연 시트의 다른 영역들보다 더 엷은 상기 전기 절연 시트 내의 전기 절연 재료 층을 포함하고, 상기 절연 전기 임피던스보다 작은 채널 전기 임피던스를 가지고, 상기 그라운드 영역의 적어도 일부 상에 정렬되는 상기 복수의 방전 채널들을 포함하는 휴대용 전자 기기.
청구항 5에 있어서,

상기 복수의 방전 채널들은 상기 휴대용 전자 기기의 외부에서 기원하는 정전기 방전을 상기 그라운드 영역으로 안내하도록 구성되는, 휴대용 전자 기기.
청구항 5에 있어서,

상기 복수의 돔 접촉부들은 유저가 상기 휴대용 전자 기기의 외부에 버튼을 누를 때 변형되는, 휴대용 전자 기기.
청구항 7에 있어서,

상기 주변 접촉 패드는 그라운드 전위 접촉 영역을 포함하는, 휴대용 전자 기기.
청구항 8에 있어서,

상기 인쇄회로기판과 상기 전기 절연 시트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징; 및

방전 회피 영역 내의 기기 회로를 더 포함하고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 복수의 방전 채널들의 방전 채널을 통해 상기 그라운드 영역으로 연장하는 적어도 하나의 기기 방전 경로를 가지며, 상기 기기 회로를 지나가는 방전 경로보다도 작은 경로 임피던스를 갖는 휴대용 전자 기기.
청구항 9에 있어서,

상기 기기 회로는 상기 인쇄회로기판 상의 신호 트레이스(trace)를 포함하는, 휴대용 전자 기기.
청구항 9에 있어서,

상기 기기 회로는 상기 인쇄회로기판 상의 전기 부품들을 포함하는, 휴대용 전자 기기.
청구항 9에 있어서,

상기 기기 회로는 상기 인쇄회로기판으로부터 연장하는 전선을 포함하는, 휴대용 전자 기기.
청구항 5에 있어서,

상기 휴대용 전자 기기는 휴대용 통신 기기를 포함하는, 휴대용 전자 기기.