TW200414830A - Electrostatic protection design on circuit board - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種電路板上之靜電防護設計，尤指一 ，於設置有積體電路（1C)之電路板上設置具有電傳導特性 大狀物，直接將電擊電流引導至地電位之靜電防護設計 由，半導體產業之進步，許多電子產品如微波爐、洗 衣機、况車、通訊產品以及各種光碟影音裝置，均採用微 控制為（MCU，Micro Controller Unit)及各式積體電路 =件作為人機操作介面或產品内部控制，微控制器之優點 疋，其可程式化之特色適合多樣化產品設計，不僅加速產 了，^，同時提供少量多樣的變化需求；而基於對電子產 口口口口貝之要求’電子產品於出廠前均需經過靜電防護 ($ESD)測试胃，利用南達數千伏特（κ ν )之電壓放電來測試 電子產品是否能夠在如此惡劣的環境中正常工作。本發明 ^目的即在於以防止瞬間放電電流亂竄至抗靜電放電能力 車父弱之7L件上，造成積體電路元件或系統的損壞。 首先舉一例說明一般靜電測試之裝置及其測試方式， 請參閱圖一所示，其係於一木質測試台11()上設置一水平 耦。板1 2 0以及一垂直耦合板丨3 〇，均為銅金屬版，再將待 測試物140置放於水平耦合板12〇上，並距離該垂直耦合板 1 3 0約1 0公分距離’該水平耦合板丨2 〇之長寬規格約為丨· 6 公尺乘0.8公尺，上鋪厚度約〇·5公分之絕緣物，並經由

200414830 五、發明說明（2) 470k歐姆之電阻接地，而該垂直耦合板13〇之長寬規格約 為0 · 5公尺乘0 · 5公尺，並經由4 7 0 k電阻接地；藉此，以 2、4、6、8千伏四種電壓等級對待測試物1 4 〇進行直接放 電（Contact Discharge)測試，再以2、4、8、15四種電壓 等級對水平麵合板1 2 0、垂直麵合板1 3 〇進行間接放電（a i r Di scharge)湏丨J 試 ° 靜電放電電流感應電壓之關係式如下·· Κ3<^Δι·Α/Δΐ·0 △ i :靜電放電瞬間電流變化； A :被干擾電路等效面積； △ t :靜電放電電流上升時間； D :被干擾電路至靜電放電電流通路距離； 由上式可知，防靜電之基本原則在於··降低靜電放電 瞬間電流變化△ i及被干擾電路等效面積A，及增加靜電放電 電流上升時間△ t及被干擾電路至靜電放電電流通路距離D， 基於上述防靜電原則，應用微控制器之電子產品於生產過 程時，應避免引起靜電放電機會之方式如下： 一、電子產品之殼體或電路板容置裝置應密封，以避免因 空氣被離子化形成通路而對電路直接放電； 一、若電子產品之殼體或電路板容置裝置無法密封，則虡 將^路板之地電位隔離，以避免對電路直接放電；“ 易受干擾之電路零件應遠離可能之放電源，如電路板 邊緣，或電路板上及電路板附近之金屬突起物； 第5頁 200414830 五、發明說明（3) 四1受干擾之電路零件週邊應設置地 放雷洁务故· 私视师局， 放電流旁路； _ 丨儿即局，以形成 五 六 七 電路布局應避免形成銳角而造成二次放 零件配置應以最短走線距離為考量， ’ 面積； 以減少電路感應 電路佈局線路不宜太粗，以減少電路 電路感抗，以減緩靜電放電電流上升速度。貝及增加 以，由於積體電路（I C )之製造技術層欠古 採用之積體電繼），絕大部；二由=品 =商：行製·，而1向專業積體電路(IC)製造商購買。: 並不孰路(ic)之靜電防護特性 “…"吊v致八電子產品無法通過靜電防護測古式。 習知靜電防護設計，如圖二所示之1「靜電^ 機」（中華民國新型公告第1 04492號），其設計重點二— 設置—具有多數針尖18之針尖座17 ’藉由電子線路 2〇輸出端產生高壓，促使空氣游離，並藉由風扇丨9自針，,、 ，以消除靜電；該習知結構主要係針對精密機： 或精始、零件生產環境之無塵室之除靜電及除塵，對於設置 有積體電路（1C)之電路板並不具有直接的防靜電功能： 再如圖三所示一種「防止光罩靜電破壞的解決方法」 (中華民國發明公告第4 41 0 7 1號），其設計重點在於形成一 含微細導線之圖案1〇〇於光罩微影圖案之外圍，該微細導 線之圖案1 〇 〇，係用以產生靜電放電之用；惟，該方式僅 適用於晶圓製造程序之專業製造廠家，對於設置有積體電

第6頁 200414830 五、發明說明（4) 路（1C)之電路板並不具有直接的防靜電功能。 再如圖四所示一種「尖端放電之靜電放電保護電路」 (中華民國發明公告第371 37 1號），其特徵係將輪入銲墊、 尚電位電源線、低電位電源線設置具有相對應之尖端放電 結構’用以在積體電路中達到靜電放電保護之目的；惟， 該方式僅適用於積體電路設計及製造程序之專業製造廠 家，對於設置有積體電路（1C)之電路板並不具有直接的防 靜電功能。 再如圖五所示一種「具有絕緣體之電路板結構」（美 國專利第 6,295，193 號，ELECTRONIC CIRCUIT B0ARD，AN ARRANGEMENT COMPRISING AN INSULATING MATERIAL AND AN ECECTRONIC CIRCUIT BOARD)，該習知技術係於電路板 6上設置傳導部7，於電路板6上設有絕緣層3，於該絕緣層 3之相對應於傳導部7處設有孔洞8，該孔洞8之朝向傳導部 7之一端之外徑大於該傳導部7外徑，於孔洞8内設有絕緣 體9 ’再於傳導部7外圍且不超過孔洞8範圍，設有至少一 傳導區1 0，該案主要實施對象為手機之鋰電池，前述該傳 導部7、孔洞8係供電池於製造過程測試之用，一般而言， 於測试彳^會將孔洞8封閉或貼上標籤，然而，因為絕緣層3 文破壞，使该傳導部7、孔洞8形成靜電放電之入侵點， 容易導致電池損壞甚至爆炸，因此，該案於孔洞8設置絕 緣體9 ’並由傳導區1〇吸引靜電放電，藉此提高電路板6之 靜電放電抵抗特性’避免靜電放電竄至電路板6其他部位 而破壞電路或電池；惟，該孔洞8之分佈位置分散於電路

200414830 五、發明說明（5) 板6各處，而該傳導區1 0必須相對應設置於孔洞8下之該傳 導部7外圍，不僅佔用電路板6面積，同時提高電路設計之 困難度，使得設計成本提高，並不適用於一般函積體電路 元件之電路板，與本發明所欲解決的問題不同。 再如圖六所示一種「具有靜電放電保護之製造及使用 智慧卡之圖形接觸模組之方法及系統」（美國專利第

6,370,029 號，METHOD AND SYSTEM FOR CREATING AND USING EXECTROSTATIC DISCHARGE (ESD) PROTECTED LOGOTYPE CONTACT MODULE WITH A SMART CARD)，半導體 晶片61設置於基體51背面，半導體晶片61與基體51之間設 有接合墊62〜69、52〜59以接合線72〜79相互連接，於接合 墊52〜59外圍設有傳導路徑60，該傳導路徑60連接接合塾 52之地電位點52a，藉傳導路徑將靜電放電引導至地電 位，避免竄至半導體6 1而破壞半導體6 1内部電路；惟該案 屬於傳統解決靜電放電問題的一般做法，並將其應用在智 慧卡上，與本案的發明概念不同。 綜觀上述多種習知有關靜電放電保護之技術，幾乎全 部集中於元件本身的設計及製造程序，於採用積體電路元 件之電子產品製造廠家而言，除了積體電路内部電路具有 靜電放電保護措施之外，其設置積體電路之電路板並不具 備任何靜電防護功能，對於整體電子產品電路、電路板上 其他元件仍會造成嚴重損害。

200414830 五、發明說明（6) 【發明内容 爰是， 於提供一種 有電傳導特 放電電流引 流流竄至電 路板抗靜電 裝置不受靜 本發明 設計，其設 靜電放電電 抗靜電最力 本發明 設計’尤適 本發明之又 计’其實施 廉家者。 有鏗於 電路板 性之尖 導至電 路板上 放電特 電放電 之次要 置位置 流具有 之地電 之另 於設有 一目的 方式簡 習知技術之缺失，本發明之主要目的在 上之靜電防護設計，於電路板上設置具 狀物’藉由該尖狀物直接將可能之靜電 路中抗靜電最力之地電位，避免電極電 不具杬電擊之其他元件，以達到提高電 1*生，保護電路板以及電路板設置系統或 才貝害之目的。 目=在於提供一種電路板上之靜電防護 以遠離主要元件之電路板邊緣為佳，對 集中作用，並可將靜電放電電流至 位者。 目的在於提供一種電路板上 微控制器（MCU)之電路板者。好電防 ΐ於提供一種電路才反上之靜電防護設 早成本低，尤適於一般電子產品製造 【實施方式】 為使貴審查委員能對本發明之特料 更進一步的認知與瞭解，兹配合 1 :、的及功能有 請參閱圖七及圖八，本發；：式說明如後。 護設計，其係於電路板80上設置且；J =上之靜電防 9。，本實施例中，該尖狀物90呈圓錐：傳狀物 200414830

五、發明說明（7) 部91，該尖狀物90之最佳設置位置為電路板8〇 路佈局範圍8 1内，且尖狀物9 0與地電位電路之地電位電 有電性連通，通常，該地電位電路佈局範 局範圍8 1具 板8 0之邊緣；原則上，該尖部9 1之延伸方向以2位於電路 80呈直交為適當，使尖部91盡量高於電路板^ =該電路^ 離電路佈線，而尖狀物9 0之高度或外徑，目丨二面 以运 寸及其設置空間而異，於同-電路板80上!;U路板80尺 高度之尖狀物90，該尖狀物90之材質可採用二 同之金屬材質。 H路佈線相 依靜電防護原則，電路板不應有銳角之電路鋁羯佈線 方式，以免引起尖端放電現象，換言之，當靜電隔空放電 至電子產品時，靜電最易由銳角入侵，因而造成電子元件 損壞；本發明即根據此一電傳導特性，於電路板80上設置 該具有電傳導特性之尖狀物90，其尖部91有如避雷針二 般，可直接將靜電放電電流引導至電路中抗靜電最力之地 電位電路佈局範圍81，如此，可避免靜電電流流竄至電路 板8 0上不具抗電擊之積體電路電子元件82，可達到提高電 路板80抗靜電放電特性，保護電路板8〇以及電路板8〇設置 系統或裝置不受靜電放電損害之目的，尤適於設有如微控 制器（MCU)等積體電路之電路板。 另’亦可直接將該尖狀物9 〇複數設置於抗靜電較弱之 電f板上的特定位置，即與外界接觸或最接近處或裸露於 二氣中之位置’同樣地，尖狀物9 0與地電位電路佈局範圍 8 1具有電性連通，如此，亦可將電擊電流引導至地電位電

第10頁 200414830 五、發明說明（8) 路佈局範圍81 ’可保護電路板上的積體電路電子元件82不 致受損。 再請參閱圖九，有別於圖七所示之圓錐狀尖狀物9 0， 本實施例之該尖狀物1 9 0係呈細針狀，該尖狀物丨9 〇具有電 傳導特性，其頂部具有尖部1 9 1 ;將尖狀物1 9 〇設置於電路 板上並連設於電路板之地電位，藉由該尖部1 9 1可導引電 極電流至地電位，避免電及電流亂竄至電子元件。 綜上所述，本發明於設置有積體電路（丨c )之電路板上 设置具有電傳導特性尖狀物，直接將靜電放電電流引導至 地，位，其實施方式簡單，靜電防護效果彰顯，產業性及 =頑=應具，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例， 二之限制本發明的範圍，例如尖狀物之造型只要適 明申4 ΐ C即τ ’並不限於何種形狀。即大凡依本發 之要羞所/ &圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明 本發明Μ $，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為 本毛明的進一步實施狀況。

200414830 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 圖一係傳統靜费 肝電測試之裝置圖。 圖二係中華民、心衣直口 圖。 民國公告第1 04492號新型案之實施例示意 圖三係中華民 圖。 民國公告第441〇了1號發明案之實施例示意 圖四係中華民國公止 W Α σ弟d 7 1 3 7 1唬發明案之實施例示意 圖五係美國專利第6, 295, 1 93號發明案之實施例示意 圖六係美國專利第6, 370, 029號發明案之實施例示意 圖七係本發明之一較佳實施例示意圖。 圖八係圖七之實施例實施於電路板上之示意圖。 圖九係本發明之尖狀物之另一較佳實施例圖。 圖號說明： 3 -絕緣層 6 -電路板 7-傳導部 8 -孔洞 9 -絕緣體 1 0 -傳導區 17-針尖座

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第13頁 圖式簡單說明 18- 針尖 19- 風扇 20- 電子線路 51- 基體 52a -地電位點 52〜 59-接合墊 60- 傳導路徑 61- 半導體 62〜 6 9 -接合墊 72〜 7 9 -接合線 80- 電路板 81- 地電位電路佈局範圍 82- 積體電路電子元件 90 、1 9 0 -尖狀物 91 、1 9 1 -尖部 100 -微細導線之圖案 110 _測試台 120 -水平搞合板 130 -垂直麵合板 140 -待測試物

Claims (1)

1. 200414830 六、申請專利範圍 1 · 一種電路板上之靜電放電防護設計，其係於電路板上設 置具有電傳導特性之尖狀物，藉由該尖狀物將靜電放= 電流引導至電路板之抗靜電較強之部位者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之電路板上之靜電放電防護 設計，其中，該具有電傳導特性之尖狀物之設置位置， 係以靠近電路板與外界接觸之該電路板邊緣為佳者。 3·如申請專利範圍第2項所述之電路板上之靜電放電防護 $又片’其中’該電路板邊緣尤指電路板之地電位電路佈 肩範圍者。 4·如申請專利範圍第丨項所述之電路板上之靜電放電防護 設計’其中，該尖狀物具有一尖部，該尖部之延伸方向 以與該電路板平面呈直交為適當者。 5 ·如申明專利範圍第1項所述之電路板上之靜電防護設 計’其中’該具有電傳導特性之尖狀物係由至少一細針 狀結構構成者。