TW201134313A - Battery cell and electronic apparatus with electrostatic discharge protection - Google Patents

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201134313 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及一種具靜電放電防護之電池組及電子裝 置，特別係指一種利用有條件導通路徑來設計的具靜電放 電防護之電池組及電子裝置。 【先前技術】 自然界中的物質經由某種過程(如：摩擦或感應起電） 而獲得或失去電子，這類的電荷即稱為靜電。當正電荷或 是負電荷逐漸累積而與周圍環境產生電位差，並且再經由 放電路徑來產生在不同電位之間的移轉現象，即稱之為靜 電放電(Electrostatic Discharge，ESD)現象。這種瞬間放電 所產生的大電流會導致電子元件形成永久性的毀壞，進而 影響電子系統的電路功能，讓產品運作不正常。 然而，靜電放電現象的產生是很難避免，電子元件或 電子系統在製造、生產、組裝、測試、存放及搬運等過程 中，靜電會自然地累積在人體、儀器及儲放設備，甚至是 電子元件本身之中。如此一來，在不知不覺中，當這些物 體相互接觸而構成了放電路徑時，電子元件或電子系統即 會遭受到靜電放電的破壞。此外，由於目前越來越多電子 產品為了符合規格需求(如：遮蔽電磁干擾），甚至是外觀設 計上的考量，紛紛採用了金屬外殼，而這樣一來更是容易 累積靜電荷在金屬外殼，而導致引起靜電放電的現象。 目前各家業者除了嚴格控制本身製造環境對靜電的累 積之外，更重要的是要在電子產品中加入具有防護靜電放 電破壞的相關設計’以避免電子產品在使用者端發生靜電 破壞的情形。而在防護設計上，除了可以從加強積體電路 4/18 201134313

曰公告之新型專利第M339787號所述， 其是揭露一種薄 型電池，i 並且透過電池蓋體的上蓋或下蓋的外露來形成系 本身對靜電放電的耐受能力上著手之外， ，4養县 *3^ .... 統接地，而達到靜電放電防護的效果。 在貝際。又。十上，糸統的接地通常是透過電源韓換哭 ㈤讀將靜電傳導到電源插座的地端二=換; 系統未連接電源轉換II，或者電源轉換器未實際插接到電 源插座時’難生的靜電放電仍可能對產品本身的電路板 及電路板上的相關元件造成損壞。 因此’目則針對電子產品中的靜電放電之宣洩途徑設 計來看，仍有進一步改善的空間。 【發明内容】 有鑑於此’本發明所要解決的技術問題在於，在不需 大幅增加複雜製程及產品成本的情況下，利用有條件導通 路梭之設計來形成靜電放電的宣洩途徑，有效地將導電外 冗又上所累積的靜電荷傳導至電子產品的電源接地點。 根據本發明所提出之一方案，提供一種具靜電放電防 護之電池組，包括：一導電殼體、一電路板及一電池。其 5/18 201134313 中，電路板是設置於導電殼體内，並且電路板包含一電源 接地點及有條件導通路徑，所述的有條件導通路徑雜接 於導電殼體與電源接地點之間，益包含：一導電元件及一 靜電放電元件。導電元件的-端是電性連接導電殼體，而 靜電放電元件是電性連接於導電元件的另—端與電源接地 點之間。虽靜電放電元件兩端之電壓差變化滿足於一預設 條件時’靜電放電元件導通；當靜電放電元件兩端之電壓 差^_匕不滿足於職條件時，靜電放電元件對電源接地點 而吕等效於-高阻抗元件，且靜電放電元件之元件特性決 設條件。電池的—電極是電性連接電源接地點，以 在靜電放電7L件導通時，提供靜電放電防護。 防護==之另-方案，提供-種具靜電放1 4電子裝置，包括：一導電殼體及-電路板。苴中， =板電殼體内，並且電路板包含-電_ .，及-有條件導通路徑，所述的有條件 電殼體與電源接地點之間，並包含:-導電元件= 放電疋件。導電元件的—端是電性連接導電殼體，而㈣ 放電7L件是電性連接於導電元件的另一# f ^ ;。當靜電放電元件兩端之電卿化:i於：= :不;Γ電元件導通;當靜電放電元件兩端之電二 =二 =:時’靜電放電元件對電源接地點J 寻狀㈤邮7C件，且靜電元件 形時，靜二 =二 ===:: 201134313

阻抗’讓電子裝置的導電殼體避免因此而帶有電極，而I 導電殼體因累積靜電荷而瞬間產生靜電放電時，靜電砍均 元件會形成導通狀態，以有效地將靜電荷傳導至電源接地 點來進行宣洩。藉此，本發明之設計可以在不大幅i曾力口產 品成本的條件下，實現靜電放電防護及增加電子裝薏 性。 戈全 以上之概述與接下來的詳細說明及附圖’皆是為了# 進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段$ 鲁 功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說 及圖式中加以闡述。 【實施方式】 本發明是針對具有導電殼體的電子裝置來進行靜電敌 電防護的設計。在電路設計上，利用電子裝置的電源接地 點’搭配電子元件的電氣特性，以完成靜電放電的宣茂途 徑。如此一來’在導電殼體尚未產生靜電放電的正常狀態 下，導電殼體與電源接地點之間是形成電路開路；而當導 • 電殼體產生靜電放電時，導電殼體上所累積的靜電荷又隨 即可以透過電源接地點來進行宣洩。 此外，在電路設計上’通常會規劃有不同功用的接地 點’大致可分為電源接地點及資料信號接地點等。而由於 本發明是為了提供靜電放電防護，因此在設計上，較佳是 選擇透過電源接地點來做為靜電放電的宣洩途徑，避免靜 電放電損壞電子裴置上的電子元件，在此先予以敘明。 请參考第一圖，為本發明具靜電放電防護之電子裝置 的實施例方塊示意圖。如圖所示，本實施例所示的電子裝 置是以設計為一電池組來舉例說明，用來應用在一應用系 7/18 201134313 統，以做為該應用系統的供電來源，其包含：一導電殼體】 、一電路板2及至少一電池3。其中，導電殼體丨在實際設 a十上可直接採用導電材質（例如金屬）來設計，當然也可 以是採用非導電材質（例如塑膠），但透過電鍍或其它已知 技術來形成導電殼體1。 電路板2是設置於導電殼體丨内，用來做為電子裝置 的電路基板。此外，電路板2上是形成有一電源接地點200 及有條件導通路徑(Conditional Conducting Path)2】。其中 ，電源接地點200是屬於電子裝置在電源供應源方面所設 置的接地電路。而可以了解本實施例所示的電池組態樣是 以電池3(如：鋰電池)來做為電源供應源，因此電源接地點 20〇是電性連接於電池3的一負極。 當然，電子裝置除了電池組的設計態樣之外，所屬技 術領域具有通常知識者可以了解，一般用來提供特定功能 的電子A置在電源供應源的設計上，也可分為是直接接收 電池3的供電，或者是採用電壓調節器、直流/直流轉換器 、交流/直流轉換器等不同的電源轉換元件來接收外部電源（ 如：通用序列匯流排(USB)、市電）的供電，以轉換為電子 裝置運作所需之電能。而不管在何種電源供應源的設計態 樣之下’電源接地點20G都是直接透過電路佈線來做為電 源供應源所需的接地電路。 有條件導通路徑21進一步包含：一靜電放電元件211 及一導電元件212。其中，靜電放電元件211的一端是電性 ，接電源接地點200 ’如此以和電子裝置的電源供應源(本 只施例的電池3的負極)形成一並聯接地的電路態樣.。就特 性上來講’當靜電放電元件211兩端之電壓差變化滿足於 8/18 201134313 一預設條件(例如高於一電壓準位)時，靜電放電元件211導 I而田靜電放電元件211兩端之電壓差變化不滿足於該 =條件，’靜電放電元件211對電源接地點而言是 、效於一咼阻抗元件。換句話說，靜電放電元件211的導 通短路現象是伴_激電壓來發生。附帶-提的是，上述 勺靜電放電元件川的預設條件是由靜電放電元件之 =特性^定。至於設計時所__贿件之規格， 貝疋依據’、際所需的靜電放電防護來選用不同的靜電放電 元件211，在本實施例中並無加以限制。 、導電元件加的-固接端是電性連接靜電放電元件2ιι 2另广’並且導電耕犯的—接觸端是實體電性接觸 、電奴體1。冑此’讓有條件導通路徑21做為導電殼體1 及電源接地點200之間的傳導路徑。 值知注意的是，如果直接將導電殼體1連接到電池3 的f極此一沒计會導致外殼導電殼體1帶負電，可能無 法符合產品的安規，纽容易因異電位間產生電流流動而 %熱而造成安全性的問題。由於電池產品首重安全性，故 本，月係在以女全性考量為前提下，提出前述的電路架構 電路架構的電路特性來看，靜電放電元件211在預 設狀態下，也就是靜電放電元件211兩端之電壓差變化在 尚未滿預設條件時，靜電放電元件211對電源接地點 200而δ ’疋形成—高阻抗的開路狀態。因此，藉由靜電放 電το件211有條件導通的特性，在導電殼體丨尚未產生靜 電放電的狀態下，有條件導通路徑21可以有效阻隔導電殼 體1和電源接地點2〇〇直接連接，避免導電殼體.i帶有與 1^原接地點200實質相等之電極電位；而當導電殼體i產 9/18 201134313 =靜象而與電源接地點2。〇之電壓差滿足靜電放 ==預設條件時，有條件導通路徑2〗又可以有效 士， 、1上所累積的靜電荷傳導到電源接地點200 以、過池3的負極進行宣$，而達到靜電放電防護。 ‘進。-步說明的是’靜電放電元件2H可採用電容器、 變阻器（Vanstor)及暫態電壓抑制器（τ麵㈣砸哪 SUPPr謹’ TVS)等其中之—姑設計。然上述例子並非對 本發月之限fj a要此如本發明所述之有條件地進行導通 的已知元件，均可為本發明所採用。 電今器疋由兩^金屬材質，中間再隔以絕緣物質(介質 所組成，因此可以讓導電殼體1與電源接地點200之間是 length)，^ 謂:崩度所能承受的最大編’也就是所 朋/貝電[(Breakdown Voltage)，換算為計算單位 :是-單位時間内的電壓變化(亦即前述的靜電放電元件 間產是，_殼體1 _電荷之後瞬 _電放電時，突然升高的電壓會使導電殼體1上所 ^體1上累積的靜電荷傳導至電源接地點細。 ，||(又_敏電阻），#所接受的麵正常時( ^導^位），變阻器是具有高阻抗而為良好的絕緣體，ί 電殼體11與電源接地點200之間形成開路。但是當導 的電壓會讓=靜電荷之後瞬間產生靜電放電時，突然升高 一 I讓變阻器崩潰(具低阻抗)而形成導通，而其崩潰的 此，此日^即是前述的靜電放電元件211之預設條件。因 令導通的變阻器可以將導電殼體丨上累積的靜電荷 10/18 201134313 傳導至電源接地點200。

暫態電壓抑制器是一種具電壓依存性的變阻器，其原 理與變阻器大致相同。當電壓增加到-電壓準位(前述的靜 電放電元件211之預設條件)之後會造成暫態電壓抑制器的 阻夬速下降’讓導電殼體丨上累積的靜電荷可以從暫態 電壓抑制器通過而傳導到電源接地端2 〇 〇。此外，暫態電^ 抑制器相較於變阻器是具有較低的箝位電壓 Voltage)，更能迅速地將靜電荷傳導到電源接地端2㈧。 另一方面，導電元件212則是可例如採用彈片、頂針 、、螺絲及彈簧等其中之一或任意組合之機構元件的設計。 導電元件212的穩固連接（例如焊接）電路板2來 放電元件211電性連接，而導電元件212的接觸端 貝J可電性接觸導電殼體1。 當然’上述所舉例的靜電放電元件211及導電元件212 的，類並非對本發明之關，任何具有相同特性及功效的 凡件，都是屬於本發明所保護的範圍。 ^此’透過上述實闕的詳細說明，本技術領域具有 通吊知識者得以瞭解如何實施本發明。 按卜采 ，一芡h楚說明本發明之電子裝置在| 構上的設計態樣，請進—步參考第二圖，為料 4電放電防紅電子裝置的架構實補爆炸示意圖。 一 第二圖所示，導電殼體1可進-步包含-上蓋η及 f 12 ’並且電路板2是設置於上蓋11及下蓋12之間 本實施例的電路板2是以上表面來進行舉例說明 ’因此在導電殼體1的科士+ μ * 巧 電材Μ··㈣’上盍11的部分是設計為導 貝次電财導電材料之蓋體，而下蓋12的部分無需限 11/18 201134313 ㈣通常知識者μ依縣發明之揭露 之材質⑨計料電材質或電鍍有導電材料 =蓋體，而上蓋U則無需限制，其它的均等變 本發明所欲保護之範圍。 電路板2是透過一印刷電路板製程來在電路板2的-緣表面20上形成電源接地點2〇〇、一靜電放電元件固接 Ϊ 5一树固接區2〇2。其中，靜f放電元件_ 2^2廿疋日楚―步具有一第一固接點2011及一第二固接點 。並且第-固接點則及第二固接點2012是透過原

本的電路佈線而分別電性連接於電源接地點 件固接點202。 mTC “進而，電路板2再經過電子元件組裝製程，例如表面 黏者技術製程(SMT Pr〇cess)，以將靜電放電元件211的兩 端分別穩固連接（例如焊接）於第一固接點咖及第二固 接點2012 ’並將導電元件212的固接端穩固連接於導電元 件固接點202。然其它已知可將靜電放電元件2ιι及導電元 件212 ^以穩固連接之方法’均可為本發明所採用。 本實施例之電子裝置仍是利用電池3來做為電源供應 源以進行舉例說明。所屬技術領域具有通常知識者可以了^ 解’電池3是透過目前習知的方法（例如焊接鱼 板=連接。此外’由於本發明是透過電源接地點·來 進灯宣戌靜電荷，因此第二圖中僅標示電源接地點是 對應搞接電池3的負極，而至於電池3的正極所穩固連接 的固接點就不再另外標示及描述。當然，若電子裝置的電 源供應源是採用電源轉換元件來接受外部電源的話，則電 源轉換it件便可以透過SMT製程來完成咖連接。、 12/18 201134313 承上所述，透過本實施例的架構設計，當電子裝置整 體完成組裝時，上蓋11會實體電性接觸導電元件212的接 觸端’並且透過導電元件212及靜電放電元件211所形成 的有條件導通路徑21來與電源接地點200電性連接。藉此 ’以完成本發明之具靜電放電防護之電子裝置的設計。 進一步以電池組的實際態樣來說明，由於在電池組的 設計中，絕緣是很重要的，若電池組的導電殼體1帶電的 話，有可能會造成短路的情形而發生危險。因此，透過本 發明的設計’當導電殼體1與電源接地點200之電位差高 於預設電壓準位時，有條件導通路徑21會形成導通狀態， 以，用電源接地點20G來有效地宣祕電荷；在該電二差 未尚於預設電壓準位時，有條件導通路徑21則會形成開路 狀，，讓導電殼體丨不會因此帶有電源接地點細之電位 。藉此，以加強電池組的安全性。 補充說明的是，由於本實施例之電子裝置是 殼體卜因此當電子裝置有需要内嵌裝設於應用系統時(令 如、：上述的電池纟且在使用時是裝設於應㈣統内部），則； =進_步透過導電殼體1與應用系統的-導電部c圖未示 進行電性接觸，以透過制純的接地設計來做為靜㊂ 電的另-宣冷途徑。對此，相關的附加設計都是本 可加以應用的範圍。 Λ =4 參考第二圖，為本發明具靜電放電防護之 裝置的防護方法，其步驟包括：首先，建構-有條件 電性連接於電子裝置的—電源接地點及一導電 士二（301)。其中，有條件導通路徑包含一靜電放電 ’雜電放電元件是屬於#其_的電麼錢化滿足— 13/18 201134313 設，件(如：高於一電壓準位)才會導通的元件。因此，在導 電殼體與電源接地點之電壓差尚未高於該電廢準位的情形 I ’靜電放電元件不會料，於是賴魏接地點而言， 條件導通路郷成—高阻抗之開路狀t⑻叫，以阻隔導 電殼體及電源接地點。 體條件導通路徑維持在開路狀態，直到導電殼 體。電源接地點的電壓差高於該電堡準位時 =;二Γ態(S3。5)，以將導咖 何傳導至電源接地點(S307)。 之德在tri07)之後，瞬間產生的高電壓在靜電荷的料 因此有佟：^體與電源接地點的電壓差低於電壓準位， 因此有條件導通路徑因靜 土千徂 的開路狀_〇9)。最後重柄^之特性而恢復成預設. 步驟流程，以完成本、⑽執仃步驟_)及其爾後的 法。 4本以例針對靜電放電職供的防護方 及圖=上具體實施例之詳細說明 以下述之申請專利範圍為ij= ^發明之所有範圍應 二域 【圖式簡單說明】 方塊=圖圖係本發明具靜電放電防護之電子裝置的實施例 施例發:具靜電放電防護之電子裝置的架構實 第三圖係本發明具靜電放電防護之電子装置的防護方 14/18 201134313 法的實施例流程圖。 【主要元件符號說明】 1導電殼體 11上蓋 12下蓋 2電路板 20絕緣表面 200電源接地點 • 201靜電放電元件固接區 2011第一固接點 2012第二固接點 202導電元件固接點 21有條件導通路徑 211靜電放電元件 212導電元件 3電池 • S3〇l至S3〇9流程圖步驟說明 15/18

Claims (1)

1. 201134313 七、申請專利範園： ί· 一種具靜電放電防護之電池組，包括： 一導電殼體； -電路板，係設置於該導電殼體内，並且該 一電源接地點及-有條件導通路徑，其$該有條件^ j路絲接於該導電殼體與該電源接地點之間，並包 守黾7L件 ，·及 钱导1： 7〇件之一端電 性連接該導電殼體 一靜^放電元件，該靜電放電元件電性連接於該導電 1之另—端與該電源接地點之間，當該靜電放電 =兩端之^差縣滿足於—預設條 ::電元件導通’當該靜電放電元件兩端之電屡差 ;化不滿足於該預設條件時，該靜電放電元件= 電源接地點而言等效於一荠卩且p % 忏耵3 蕾、阿阻抗兀件，且該靜電放 一*電件之兀件特性決定該預設條件；以及 ::f一電極電性連接該電源接地點 ^電讀導料，提供靜電放電防護。 .如申睛專利範圍第1 ，其中替減U财具靜電放電防護之電池組 ^ 負極，且該負極與該 —並聯接地的電路態樣。 请電放電π件形成 3·如申請專利範圍第丨 ，其中該靜電放電元二;?電放;防護之電池組 電壓抑制器。 午係、一變阻器或一暫態 ，如申請專利範圍第3. ，當該靜電放電元件為電放電防護伽^ 电谷态時，該預設條件係指一 16/18 201134313 單位時間内的電壓變化，而當該靜電放電元件為該變阻 器或該暫態電壓抑制器時，該預設條件係指一電壓準位 0 5·如申請專利範圍第1項所述之具靜電放電防護之電池組 ，其中該導電元件係包含彈片、頂針、螺絲及彈簧的其 中之一或任意組合。 6. —種具靜電放電防護之電子裝置，包括： 一導電殼體；以及 一電路板，係設置於該導電殼體内，並且該電路板包含 一電源接地點及一有條件導通路徑，其中 通路徑耦接於該導電殼體與該電源接地點=間;、並包 含： 一導電it件，該導電元件之—端f性連接該導電殼選 ，及 一靜電放電元件，該靜電放電元件電性連接於該導電 〗件之另—端與該電源接地點之間，當該靜電放電 凡件兩端之電壓差變化滿足於—預設條件時，該^ ，放電科導通，當該靜電放電元件兩端之電麼差 =化不収於該預設條件時，該靜電放電元件對該 =接地點而言等效於—高阻抗元件，且該靜電放 電π件之7G件特性決定該預設條件； 其源接地點電性連接一電池，以利用該電池達 到靜電放電防護之效果。 7.^申=利範圍第6項所述之具靜電放電防護之電子裝 ”:池1=池的一負極係電性連接該電源接地點，使 4池的負極與該靜電放電元件係形成—並聯接地的 17/18 201134313 電路態樣。 8.如申4專利範圍第6項所述之具靜電放電防護之電子裝 置其中该靜電放電元件係一電容器、一變阻器或一 態電壓抑制器。 9’ 之具靜電放電防護之電子裝 -單位時間内的電壓變=;::夺：_她 阻器或該暫態電壓抑::時而件為該變 位。 丁 邊預5又條件係指一電壓準 10.如申凊專利範圍第6項 置，其中該導電元件係、包含;;靜電放電防護之電子裝 其中之一或任意組合。 頂針、螺絲及彈簧的

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