1301341 *·九、發明說明： 一【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種穿、、由R卩、士 > • 风丨，、裡大波限波杈組保護方法及電路，
尤指其技術上提供一種利用順Α斗、S 〜用順向或疋順向反極性並聯接設 之半導體場發射過壓保譜哭 »0 /41 保°又态，提供咼頻電路輪出入端之突 波抑制。 【先前技術】 v 〇uige; , /玍土祝疋 T里日恐的現豕 。當空中帶電雲層堆積日夺’與地面間電場強度超過特定之 臨界值，1生局部的空氣絕緣崩潰，造成瞬間大電流導通 的路徑，就會在路徑附近的電 古^ 处们冤子裝置之輸出入端，感應出 π強度的突波。其次，如太陽$ ^ ^ w…、于活動劇烈時期的太陽核 爆所引起的核爆電磁波’也將引發電子電路感應出程度大 小不同的突波，常常影響到地面的通訊。 另突波以電磁波的形式 t旦 將強大此置由爆點傳至數 A里之遙。以進過程中，電磁波會對電子 力、光電、微波...等設施產生破壞。 電 由於電子設.備中的部份零件受到突波的侵襲而損评 (如半導體絕緣層、積體電路厲、- --種；從而引起整個設備之功能失疋屬於硬殺 ’未經修復是無法再正常工作久性的損壞 使得設備發生功能紊謝,, 擾乃引進信號 “ #作失常栓鎖等各種故障規象 為暫時性的干擾，並不損毀踅 早見象， 新啟動就會恢復正常運作。將糸統電源關閉後，重 5 1301341 / 如前所述，突波之產生原因中，自然產生之閃 :=其中之一。被雷電擊中，是一種燒毀損害。此外電 •犯里可藉由外露天線、地線等路徑，進入電子電路中 成電子兀件燒毀，電路短路，進而使各項數位系統失 外在有許多防護方法，當外在防護方法，無法 阻斷感應突波進人電子或是電力系…统内部電路，例如 ，一但感應突波進入系統，就可能使得一些電路元件 藝瞬間的電流過大而燒毀，此乃本發明欲解決之問題。 此外’由於半導體技術的發展，半導體元件的 越來越小，對於外界感應的靜電防護能力也隨著尺寸 小而變差，所以外加靜電保護元件也是一個重要的待 問題。也是本發明欲解決之另一個問題。 有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造 與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估 終得一確具實用性之本發明。 φ 【發明内容】 欲解決之技術問題點：傳統電子設備之輸出入 電路，通常設計上均不能承受突波之襲擊，但突波極 雷擊或電子作戰或人體靜電產生，典型突波可達5K 至以上，如無突波抑制之保護裝i，電路輸出入前端 文到突波襲擊時，將產生破壞性斷裂，而使電路永久 。為此，習知作法中，利用許多不同電路對於雷達、 電之收發模組，在緊接著電路進入電子裝置輸出入端 ，加裝二極體限波模組（如第一 A、第一 B圖所示） 電便 磁波 ，造 效。 完全 天線 因為 尺寸 的縮 解決 開發 後， 前端 易在 V甚 電路 損壞 無線 之前 ，該 6 1301341 二極體限波模組為單一之二極體（1 1 )構成（如第一 A ；圖所示），單一之二極體（1 1 )只能承受單向0 · 7伏 特電壓。二極體限波模組或可兩個二極體（1 1 )、（ • 2 )順向或是順向反極性並聯而成（如第一 B圖所示）， 兩個二極體（1 1 ) 、（ 1 2 )可.承受雙向〇 · 7伏特電 壓；惟，現有的二極體限波模組，反應較慢，耐壓較低（ 約0 . 7伏特），且電容較大，將造成插入損失 (Insertion Loss)衰減，即輸入與輸出訊號的振幅電壓 比衰減。 上述第一 A、第一 b圖所示，其中顯示一可用於傳統 限波模組採用的二極體洩放電路，'其中第一 A圖所顯示之 二極體洩放電路，可以洩放超過正常範圍之正向脈衝電壓 ，而第一 B圖所顯示之順向或是順向反極性並聯接設一 極體，其二極體洩放電路可以洩放超過正常範圍之正向或 負向脈衝電壓，惟其對於電磁波或雷擊之防護力仍嫌不足 » ° 解決問題之技術特點：提供一種突波限波模組保護方 法及電路’其中該電路利用至少一半導體場發射過壓保護 ☆組成’使其半導體場發射過壓保護器形成順向或是順向 反極|±並聯’並藕合在輸出入前端電路或輸出及接地之間 ’突波發生時’其一半導體場發射過壓保護器導通，產生 低阻抗低電容洩放路徑，以保護電路者。 對照先前技術之功效： 一、本發明之半導體場發射過壓保護器，其反應快速 7 1301341 ’ ’對於突波之快速反應，效果較二極體佳。 ； 二、本發明之半導體場發射過壓保護器， ’可承受約正負4伏特以上之電壓，較習用者 三、本發明之半導體場發射過壓保護器， 不會造成插入損失（Inserti〇n Loss)衰減， 出訊號的振幅電壓比衰減。 有關本發明所採用之技術、手段及其功效 _佳實施例並配合圖式詳細說明於后，相信本發 的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的 【實施方式】 本發明利用半導體場發射過壓保護器使 出入前端，作為突波抑制，在正常輸出入前端 間，半導體場發射過壓保護器係為關閉，當輸 路連接之電壓超過正常範圍時（即突波發生時 導體場發射過壓保護器之尖端放電形成導通， i低阻抗洩放電路，以保護輸出入前端電路。 參閱第二A圖所示，電路之間串接一半導 壓保護器（2 1 )，半導體場發射過壓保護器 順向接设，該半導體場發射過壓保護器（2 1 業中’半導體場發射過壓保護器（2丄）係關 田電路連接之正向脈衝電壓超過正常範圍時， 射過壓保護器、（2 1 )因過壓而導通，據以形 低電奋洩放路徑，而其半導體場發射過壓保護 耐壓至少可達到4伏特。 其耐壓較高 高出許多。 電容較小， 即輸入與輸 ，茲舉一較 明上述之目 瞭解。 用於電路輸 電路作業期 出入前端電 )，其一半 據以產生_ 體場發射過 (2 1 )係 )在正常作 閉未導通， 半導體場發 $ 一低阻抗 器（2 1 ) 8 1301341 ·' 參閱第二B圖所示，電路之間設至少一半 :壓保護器，圖面僅舉一較佳實施例說明，該 導體場發射過壓保護器（21) 、 （22) •射過壓保護器（2 1 ) 、 （ 2 2 )以順向反 ，該半導體場發射過壓保護器（2 i )、( 作業中’半導體場發射過壓保護器（2 1 ) 關閉未導通’當電路連接之正向或負向脈衝 範圍時’半導體場發射過壓保護器（2 1 ) ®其一因過壓而導通，使其不論由正極或負極 ，據以產生一低阻抗低電容洩放路徑，而其 到4伏特。 上述該半導體場發射過壓保護器（2 1 在電壓超過預定值時，半導體場發射過壓保 、（2 2 )之其一將會導通，將突波導流洩 壓保護，另一方面由於場發射元件之場發射 ❿常小，所以此種場發射元件的電容量非常小 反應速率的通信電路使用，以減少其插入損 L 〇 s s)衰減，即輸入與輸出訊號的振幅電壓 利用本發明在正常作業時，半導體場發射過 1 ) 、 （ 2 2 )均為關閉，而欲保護之電路 入前端電路）則功能正常，但如在電路輸出 ，電壓將急速竄升超過正常值，半導體場發 (21) 、 （ 2 2 )其一立即觸發導通，觸 發射過壓保護器（2 1 )或（2 2 )產生一 導體場發射過 圖面上為兩半 ，半導體場發 極性並聯接設 2 2 )在正常 、（2 2 )係 電壓超過正常 、（2 2 )之 過壓均受保護 耐壓至少可達 )、（2 2 ) 護器（2 1 ) 放，進行過電 乂^的面積非 ’相當適合高 失（Insertion 比衣減減少。 覆保護器（2 (如天線輸出 入端出現突波 射過壓保護器 發之半導體場 低阻抗路< 徑使 1301341 之放電，目而可抵制輪出入前端電壓突波。放電事件過後 ’半導體場發射過壓保護器（2"或（22)即自動關 閉，前端電路又回復正常作業。 由其上述可知，一種突波限波模組保護方法其中： 裝設-突波限波模組保護電路於輸出入電路或輸 接地之間，突波消除之步驟為： < _
a放電步驟··當突波發生時， 之半導體場發射過壓保護器超過放 犬波限波模組保護電路 電電壓，尖端開始放電 b洩放步驟：半導體場發射過壓保護器放電導通，產 生一低阻抗低電容洩放路徑； c回復步驟：洩放突波，使電路回復正常。 上述電路結構包含具有輸出入端點（23)、參考端 (24)及電路輸出端（25)(如第二B圖所示）；— 限波模組保護電路，.包含至少一半導體場發射過壓保護器 (21)或（22) •，輸出入端點（23)與參考端 4 )之間串接有限波模組保護電路。以之達成其靜電、閃 電脈衝或電磁脈衝之突波洩放，保護電路者。 參閱第三圖所示，係為習用場發射顯示元件之剖示圖 ’該習用場發射顯示元件之製法為習知技術，如申請案穿 第 83112134 號、第 851 0 9003 號、第 83202246 號......等 ’均係關於習用場發射顯示元件之製造方法，本發明不再 寶述’該習用場發射顯示元件（3 〇 ) —般分為P極（3 1 ) 、N極（3 2 )、陰極（3 3 )、陽極（3 4 )及問 10 1301341 極控制（3 5 )，電子（3 6 )由陰 (3 4 )而達到導通之目的，陽極（ π色電子（3 6 )射向該顏色得使 6 )射向何顏色則靠閘極（3 5 )控 係作為控制電子（3 6 )發射之方向 .、、、頁不元件製作成為螢幕之使用態樣時 之三原色之混色成為彩色螢幕之表現 參閱第四圖所示，本發明半導體 含有P極（4 1 ) v N極（4 2 )、 (44)，因為不需要控制電子發射 到閘極的位置，如此可以少一個腳位 更節省時間，也可直接取用習用大量 示元件成品使用，僅在使用製作場發 不需要用到閘極腳位，習用之場發射 產後反而降低成本者。 參閱弟五圖所示，本發明半導體 可在製程上節省閘極的製作，所以僅 )、N極（52)、陰極（53)與 製程，也讓製作成品得以因製程少而 參閱第六圖所示，該半導體場發 米碳管場發射元件，而針對奈米碳管 術上，亦疋為習知技術，如申請案號 請案號第92 1 04868號、申請案號第 以就製法將不再贅述，其奈米碳管場 極（3 3 )射向陽極 3 4 )塗佈红、綠、 其顯色，而電子（3 制，閘極（3 5 )僅 ，如此在習用場發射 ’才能有紅、綠、藍 〇 場發射過壓保護器& 陰極（43)與陽極 方向，所以無需使用 的使用，加工製程可 生產之習用場發射顯 射過壓保護電路時， 顯示元件可在大量生 場發射過壓保護器更 需要製作P極（5 1 陽極（5 4 )，加快 較為節省成本者。 射過壓保護器可為奈 場發射元件之製作技 第91137890號、申 92 1 0 7 1 8 1 ......等，所 發射元件（6 〇 )主 1301341 …要在基板（6 1 )上利用印刷法或氣相沈積法製出微小的 :奈米碳管（6 2 )，而基板（6 1 )上則製設有陰極（6 3 )，而陰極（6 3 )之上設有陽極（6 4 )，據此構成 奈米碳管場發射元件（6 0 )，其當奈米碳管場發射過壓 保護器電壓超過正常範園，奈米碳管（6 2)放電而導通 陰極（6 3 )與陽極（6 4 )，而可產生一低阻抗低電容 洩放電路者。 _ 參閱第七圖所示，奈米碳管場發射元件（6 〇 )(如 第六圖所示）之管徑大小，關係到其導通電壓，即當管徑 小時，所需的導通電壓較小，而當管徑漸漸變大時，其導 通電壓也隨之變大。 參閱第八圖所示，場發射元件製成之半導體場發射過 壓保護器（7 0 )分別串聯至電路，或場發射元件製成之 半導體場發射過壓保護器（7 1 )、（ 7 2 )串聯，再連 接至電路，而電路中並串聯一内部電路（73〉 v 1 ° ; 该内部 籲電路（73)就是主要保護的電路’該主要保護的電路是 針對I C (積體電路）、電路製程之保護，而t向# 叉 叫具内部電路 (7 3 )並可串接直流隔絕偶合元件（7 4、 ^ 4 ;，直流隔絕 偶合元件（74)並可接至二半導體場發射過壓保護器（ 71)、 （72)間，及中端（75)。 上述第八圖，主要針對1C (積體電路）、 电路製程 ’其電路分為輸入端（7 6)、輸出端（77、 κ (()，而輪出 端（77)又可分為偏壓端（78)、中嫂 鴒Q 7 5 )與地 端（79)三端，此電路的耐壓能力，可視前面電路給夕 12 1301341 ' 少伏特的電壓，就可耐壓多少電壓，不限定只有四伏特， :而直流隔絕偶合元件（7 4 )可為電容，其只讓訊號進入 而隔離前一級的直流。 針對於高頻訊號，尤其大哥大基地台之前端，裝設大 的避雷針以防雷擊，但大的避雷針放電能力越大電容量越 大，會將高頻訊號吸收，造成基地台要大避雷針防雷擊， 但避雷針又不能太大造成電容量太大會吸收高頻訊號，造 _ 成基地台通訊不良之缺失，形成二難的狀況，此時就需要 用到場發射元件所製成之突波限波模組保護電路，其場發 射元件之容許大電流又沒有電容，不會有吸收高頻電波的 問題，特別適合於通訊設備之使用者。 本發明功效增進之處如下： 1、 提供一種突波限波模組保護方法及電路，包含至 少一半導體場發射過壓保護器，半導體場發射過壓保護器 以順向或是順向反極性並聯接設，並藕合在保護電路之前 ⑩知r ’或輸出及接地之間’當電壓超過正常範圍時，半導體 場發射過壓保護器之一因過壓而導通，產生一低阻抗低電 容洩放路徑，使突波得以洩放而回復正常。 2、 本發明之突波限波模組保護方法及電路，其具有 反應較快、耐壓較高、且電容較小諸多優點，且因為電容 較小而沒有插入損失（I ns er t i on Los s )衰減的問題，即 輸入與輸出訊號的振幅電壓比衰減的問題，也沒有吸收高 頻机號之問題，係相當適合應用於電信設備，而本發明之 突波限波模組保護方法及電路並可防雷擊、防靜電及防電 13 1301341 •:磁波者。 - 前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵 進行具體之說明；惟，熟悉此項技術之人士當可在不脫離 "本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改，而該等 變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇 中。 【圖式簡單說明】 第一 A圖：係習知限波模組二極體洩放電路圖。 ® 第一 B圖：係另一習知限波模組二極體洩放電路圖。 第二A圖：係本發明突波限波模組保護方法及電路之其一 例電路圖。 第二B圖：係本發明突波限波模組保護方法及電路之另一 例電路圖。 第三圖：係習用場發射元件之剖示圖。 第四圖：係本發明其一例場發射元件之剖示圖。 ❿第五圖：係本發明另一例場發射元件之剖示圖。 第六圖：係本發明又一例場發射元件之剖示圖。 第七圖：係奈米碳管之電流電壓特性曲線圖。 第八圖：係本發明再一例之電路圖。 【主要元件符號說明】 (1 1 )二極體 （1 2 )二極體 (2 1 )半導體場發射過壓保護器 (2 2 )半導體場發射過壓保護器 (23)輸出入端點 （24)參考端 14 1301341 ’ (25)電路輸出端 （30)場發射元件 (3 1 ) P 極 (3 3 )陰極 (3 5 )閘極 (4 1 ) P 極 (4 3 )陰極 (5 1 ) P 極 (5 3 )陰極 (3 2 ) N 極 (3 4 )陽極 (3 6 )電子 (4 2 ) N 極 (4 4 )陽極 (5 2 ) N極 (5 4 )陽極 ~ ( 6 0 )奈米碳管場發射元件 (6 1 )基板 （6 2 )奈米碳管 (63)陰極 （64)陽極 (7 0 )半導體場發射過壓保護器 (7 1 )半導體場發射過壓保護器 (7 2 )半導體場發射過壓保護器 (7 3 )内部電路 φ ( 7 4 )直流隔絕偶合元件 (7 5 )中端 (7 6 )輸入端 (7 7 )輸出端 * (7 8 )偏壓端 (7 9 )地端 15