TWI644494B

TWI644494B - 電子裝置及其過壓保護結構

Info

Publication number: TWI644494B
Application number: TW106116303A
Authority: TW
Inventors: 黃鐘賢; 曾至健
Original assignee: 合勤科技股份有限公司
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-12-11
Also published as: US10574051B2; CN108631286B; US20180278051A1; TW201836226A; CN108631286A

Abstract

電子裝置及其過壓保護結構。過壓保護結構包括第一信號傳輸端以及第二信號傳輸端。第一信號傳輸端具有至少一第一側邊，並透過傳輸導線耦接受保護元件。第二信號傳輸端具有至少一第二側邊，至少一第二側邊對應至少一第一側邊並與至少一第一側邊相鄰。其中，至少一第二側邊與至少一第一側邊相隔至少一間距，其中間距與過壓保護結構的臨界電壓正關聯。

Description

電子裝置及其過壓保護結構

本發明是有關於一種電子裝置及其過壓保護結構，且特別是有關於一種設置在電路基板上的過壓保護結構與電子裝置。

當電子裝置在發生過度電性應力（Electrical Over Stress, EOS）或靜電放電（electrostatic discharge, ESD）現象時，常造成電子裝置中的電路元件發生損壞。在習知的技術領域中，常見電子裝置中設置所謂的瞬間電壓抑制二極體（Transient-Voltage-Suppression Diode, TVS）來做為EOS及ESD現象的防護機制。瞬間電壓抑制二極體用以連接保護的元件，並執行電壓箝制之功能。當施加於保護的元件上的電壓值超過電路元件可承受的臨界值時，瞬間電壓抑制二極體可對應被導通並使過多的電能可被宣洩至接地面，以避免電路元件受到損壞。然而，習知技術的瞬間電壓抑制二極體常具有較高的寄生電容值，且其元件面積與其所承受的耐壓正相關，並且，習知技術透過TVS元件所進行的過電壓保護動作，只能針對電路中特定區域的電路元件進行保護。具體來說明，習知技術設置TVS元件的位置需要依據所要保護的元件的佈局位置來進行調整，方能使TVS元件有效的發揮過電壓保護的功效。此外，單一TVS元件的過電壓保護的能力是有限制的，當需要提供較大能量的過電壓保護動作時，則需要多個TVS元件方能完成，造成過大電路面積的浪費。。因此，應用瞬間電壓抑制二極體來進行過壓保護常造成電子裝置的成本和體積的增加，降低產品競爭力。

本發明提供一種過壓保護結構，透過簡單的結構設計以完成受保護元件的過電壓保護動作。

本發明的過壓保護結構包括第一信號傳輸端及第二信號傳輸端。第一信號傳輸端具有至少一第一側邊，並透過傳輸導線耦接受保護元件。第二信號傳輸端具有至少一第二側邊，其中第二側邊對應第一側邊並與第一側邊相鄰，其中，第二側邊與第一側邊相隔一間距，並且，間距與過壓保護結構的臨界電壓正相關。

本發明的過壓保護結構的電子裝置包括核心電路、多數條傳輸導線及過壓保護結構。過壓保護結構耦接傳輸導線的其中之一受保護導線。

本發明的電子裝置包括核心電路、電子元件以及至少一如上所述的過壓保護結構。過壓保護結構耦接該些信號線的至少其中之一的該受保護信號線。

基於上述，本發明實施例提供了一種過壓保護結構。透過在電路基板上，設置相互隔離的第一信號傳輸端及第二信號傳輸端。透過使第一信號傳輸端及第二信號傳輸端相對應側邊具有的間距，來使過壓保護結構可在所設計的電壓大於一臨界電壓時導通，提供能量宣洩的路徑。其中，過壓保護結構透過傳輸導線耦接至受保護元件。因此，過壓保護結構可被佈局在電路基板的閒置區域上，在不增加成本的條件下達成過電壓保護的功效。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的一過壓保護結構的示意圖。過壓保護結構100包括第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11。第一信號傳輸端10具有多個側邊TS1-TS3，第二信號傳輸端11具有多個側邊RS1-RS3。第一信號傳輸端10耦接至傳輸導線12，並透過傳輸導線12耦接至受保護元件PC。第二信號傳輸端11則可耦接至參考接地端。在過壓保護結構100中，第一信號傳輸端10可做為發射端，第二信號傳輸端11則可做為接收端。過壓保護結構100可被設置在電路基板上，其中，電路基板可以是硬式的印刷電路板，或也可以是軟式的可撓性電路基板。

此外，第一信號傳輸端10的側邊TS1-TS3分別與第二信號傳輸端11的側邊RS1-RS3相對應，第一信號傳輸端10與第二信號傳輸端11不相接觸，且第一信號傳輸端10的側邊TS1-TS3及分別相對應的第二信號傳輸端11的側邊RS1-RS3間分別具有一個間距D1~D3，其中，間距D1~D3的長度是相同的。

在執行過壓保護時，當施加於第一信號傳輸端10上的電壓與第二信號傳輸端11上的電壓（參考接地電壓，可約等於V）的電壓差大於一個臨界電壓時，過壓保護結構100（第一信號傳輸端10與第二信號傳輸端11間）將產生導通現象，藉以執行放電動作，並使第一信號傳輸端10上的電荷可透過第二信號傳輸端11宣洩至參考接地端。而值得注意的，上述的臨界電壓與間距D1~D3的長度正相關。

相對的，在通常狀態之下，施加於第一信號傳輸端10上的電壓與第二信號傳輸端11的電壓所產生的電壓差不會大於上述的臨界電壓，過壓保護結構100的第一信號傳輸端10與第二信號傳輸端11保持為開路的狀態。受保護元件PC可維持正常的運作。

也就是說，在本發明實施例中，設計者可依據實際電路需求，對間距D1~D3的長度進行調整，並藉以調整過壓保護結構100的臨界電壓。

在另一方面，在本發明實施例中，第一信號傳輸端10透過傳輸導線12耦接至受保護元件PC。在當受保護元件PC承受較大的電壓時，受保護元件PC所可能承受的大量的能量，可透過傳輸導線12傳送至第一信號傳輸端10，並透過導通的過壓保護結構100，被宣洩至參考接地端，以使受保護元件PC避免因能量過大而被燒壞。而值得注意的，傳輸導線12的信號傳輸面的寬度W2小於第一信號傳輸端10的信號傳輸面的寬度W1。

此外，由於本發明實施例的過壓保護結構100是透過傳輸導線12來耦接至受保護元件PC，因此，過壓保護結構100可以選擇電路基板上的閒置空間進行佈局，並透過小面積的傳輸導線12與受保護元件PC連接即可。

在本發明另一實施例中，第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11可另分別覆蓋第一導電層以及第二導電層（未繪示）。第一導電層以及第二導電層分別用以增加第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11的厚度。而透過控制第一導電層以及第二導電層的厚度，可調整第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11尚可承受的電荷放電的能量的大小。其中，上述導電層的厚度與對應的傳輸端所能承受的放電的能量的大小正相關。

第一導電層以及第二導電層可以為錫層，或是其他各種導電材料所形成的導電層。

在另一方面，第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11的表面不為介電材質所覆蓋。簡單來說，電路基板上的綠漆層（介電層）不會覆蓋第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11的表面。

並且，第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11相對應的側邊的總長度可以增加過壓保護結構100導通時所進行的能量宣洩的放電動作的次數，並保持每一次能量宣洩動作時的釋放能量的穩定度。值得注意的是，本發明實施例的過壓保護結構100並非透過信號傳輸端的尖端來進行放電，而是透過第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11相對應的側邊來進行放電。

換句話說，第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11相對應的面積亦可以增加過壓保護結構100導通時所進行的能量宣洩的放電動作的次數。

基於本發明實施例的過壓保護結構100的能量的宣洩是透過第一信號傳輸端10以及第二信號傳輸端11相對應側邊的截面來進行的，因此，電荷不會集中於部分區域來進行宣洩。並且，本發明實施例的過壓保護結構100可透過多個相對應側邊的至少其中之一進行放電動作，並可維持過壓保護結構100的臨界電壓在多次放電動作中實質上不發生改變。

接著請參照圖2，圖2繪示依照本發明另一實施例的過壓保護結構的示意圖。過電壓結構200包括第一信號傳輸端20、第二信號傳輸端21以及傳輸導線22。不同於圖1之過電壓保護結構100，過電壓保護結構200的第一信號傳輸端20、第二信號傳輸端21與電壓保護結構100的第一信號傳輸端10、第二信號傳輸端11的形狀並不相同。並且，第一信號傳輸端20具有兩個第一側邊TS1及TS2。其中，第二信號傳輸端21上的第二側邊RS1及RS2分別與第一信號傳輸端20的兩個第一側邊TS1及TS2相對應。與前述實施例相同的，第一側邊TS1以及第二側邊RS1間、第一側邊TS2以及第二側邊RS2間具有相同長度的間距。且此間距與過電壓保護結構200的臨界電壓大小正相關。

第二信號傳輸端21耦接至參考接地端，並做為電荷的接收端。第一信號傳輸端20則耦接傳輸導線22並透過傳輸導線22耦接至受保護元件。第一信號傳輸端20可做為電荷的發射端。其中，第一信號傳輸端20的信號傳輸面的寬度W1大於傳輸導線22的信號傳輸面的寬度W2。

以下請參照圖3A至圖3D，圖3A至圖3D繪示本發明實施例中的過壓保護結構的不同實施方式的示意圖。其中，過壓保護結構的信號傳輸端的形狀，以及信號傳輸端所具有的相對應的側邊的數量及側邊的形狀，沒有一定的限制。在圖3A中，第一信號傳輸端310的形狀可以為矩形，而第二信號傳輸端311的形狀可以為具有內凹的矩形，其中，第一信號傳輸端310與第二信號傳輸端311相對應的側邊有三個，且其形狀皆為直線。

在圖3B中，第一信號傳輸端320的形狀可以為矩形與梯形的結合。而第二信號傳輸端321的形狀則對應第一信號傳輸端320的形狀態來設置。其中，第一信號傳輸端320與第二信號傳輸端321相對應的側邊的數量為5，且對應的側邊的形狀皆為直線。

在圖3C中，第一信號傳輸端330的形狀可以為矩形與六邊形的結合。而第二信號傳輸端331的形狀則對應第一信號傳輸端330的形狀態來設置。其中，第一信號傳輸端330與第二信號傳輸端331相對應的側邊的數量為8，且對應的側邊的形狀皆為直線。

在圖3D中，第一信號傳輸端340的形狀可以為矩形與具有圓弧邊角的矩形的結合。而第二信號傳輸端341的形狀則對應第一信號傳輸端340的形狀態來設置。其中，第一信號傳輸端340與第二信號傳輸端341相對應的側邊的形狀可以是直線或是弧線。

由上述的說明不難發現，本發明實施例中的第一、第二信號傳輸端的形狀並沒有固定的限制，且其對應的側邊的形狀也沒有固定的限制。其中，第一、第二信號傳輸端對應的側邊的形狀可以是直線、弧形或任意不規則形狀，或是上述的組合。

請參照圖4，圖4繪示本發明一實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置400包括核心電路410、變壓器TR1-TR4、傳輸導線PW1-PW4以及過電壓保護結構OVPD1-OVPD4，其中傳輸導線PW1-PW4分別耦接至變壓器TR1-TR4的一側邊，核心電路410並耦接至變壓器TR1-TR4。過電壓保護結構OVPD1-OVPD4分別耦接在傳輸導線PW1-PW4之一側並耦接參考接地端GND，其中，各過電壓保護結構OVPD1-OVPD4的第一信號傳輸端耦接至各傳輸導線PW1-PW4，各過電壓保護結構OVPD1-OVPD4的第二信號傳輸端耦接至參考接地端GND。

在本實施例中，變壓器TR1-TR4為受保護元件，以變壓器TR1為範例，當變壓器TR1上被施加過大的能量時（例如產生EOS或ESD現象），這個過大的能量可透過傳輸導線PW1傳輸至過電壓保護結構OVPD1的第一信號傳輸端。當此過大的能量造成的電壓大於過電壓保護結構OVPD1的臨界電壓時，過電壓保護結構OVPD1被導通，即透過過電壓保護結構OVPD1的第二信號傳輸端將此過大的能量導入接地。如此便使變壓器TR1上的能量透過傳輸導線PW1傳輸至過電壓保護結構OVPD1，並透過過電壓保護結構OVPD1進行宣洩動作。如此一來，變壓器TR1可避免被燒毀的風險。

值得一提的，本實施例中，受保護元件為變壓器僅只是一個說明範例，在電路基板上任意主動或被動元件，或甚至是信號傳輸導線都可以做為受保護元件。

綜上所述，本發明提供的過壓保護結構提供兩個信號傳輸端，並使兩個信號傳輸端相對應的側邊具有一個間距。過壓保護結構透過因其兩個信號傳輸端間的電壓差以被導通或形成開路，並在導通時進行電荷宣洩動作。有效進行電路元件的保護動作，使電路元件可免於因承受高電壓而燒毀，維持電子裝置的正常工作。此外，本發明的過壓保護結構透過傳輸導線耦接至受保護元件，因此可選擇在電路基板中的閒置區域進行佈局，在不增加成本的條件下，可完成電路元件的高電壓保護動作。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200：過壓保護結構 10、20、310、320、330、340：第一信號傳輸端 11、21、311、321、331、341：第二信號傳輸端 12、22：傳輸導線 PC：受保護元件 D1~D3：間距 W1、W2：信號傳輸面的寬度 TS1~TS3：第一側邊 RS1~RS3：第二側邊 400：電子裝置 410：核心電路 TR1~TR4：變壓器 PW1~PW4：傳輸導線 OVPD1~OVPD4：過壓保護結構 GND：參考接地端

圖1繪示本發明一實施例的一過壓保護結構的示意圖。圖2繪示依照本發明另一實施例的過壓保護結構的示意圖。圖3A至圖3D繪示本發明實施例所的過壓保護結構的不同實施方式的示意圖。圖4繪示本發明一實施例的電子裝置的示意圖。

Claims

一種過壓保護結構，包括：一第一信號傳輸端，具有至少一第一側邊，透過一傳輸導線耦接一受保護元件；一第二信號傳輸端，具有至少一第二側邊，其中該至少一第二側邊對應該至少一第一側邊並與該至少一第一側邊相鄰，其中，該第一信號傳輸端與該第二信號傳輸端設置在一電路基板上，並且該至少一第二側邊與該至少一第一側邊相隔至少一間距，其中該間距與該過壓保護結構的臨界電壓正相關。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中當該至少一第一側邊的數量為多個時，該至少一第二側邊的數量與該至少一第一側邊的數量相同，且該些第一側邊分別對應該些第二側邊，各該些第一側邊與對應的各該些第二側邊的各該間距相同。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中若該第一信號傳輸端與該第二信號傳輸端之電壓差大於一臨界電壓時，則該過壓保護結構被導通，若電壓差不大於該臨界電壓時，則該過電壓結構為開路。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該第一信號傳輸端及該第二信號傳輸端分別覆蓋一第一導電層以及一第二導電層，其中該第一導電層及該第二導電層的厚度正相關於該第一信號傳輸端及該第二信號傳輸端所能承受之放電能量。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該至少一第一側邊的總長度與該過壓保護結構導通時發生的放電動作的次數正相關。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該第一信號傳輸端與該第二信號傳輸端與該電路基板上的介電層不相重疊。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該第一信號傳輸端的信號傳輸面的寬度大於該傳輸導線的信號傳輸面的寬度。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該電路基板包括軟式電路基板或硬式電路基板。
如申請專利範圍第1項所述的過壓保護結構，其中該至少一第一側邊的形狀為弧形、直線或不規則形。
一種電子裝置，包括：一核心電路；多數個電子元件；以及至少一如請求項1的過壓保護結構，耦接該些電子元件的至少其中之一的該受保護元件。