TWI669991B - 具靜電放電保護機制的電路板及具有此電路板的電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種具靜電放電保護機制的電路板及具有此電路板的電子裝置。電路板包括基板、至少一信號走線以及導電元件。此至少一信號走線設置於基板上。導電元件電性連接基板的接地平面並跨設於此至少一信號走線。導電元件具有至少一放電部。此至少一放電部的位置對應於此至少一信號走線。此至少一放電部與此至少一信號走線之間具有間隙。此至少一信號走線對此至少一放電部進行靜電放電。
Description
本發明是有關於一種電路板,且特別是有關於一種具靜電放電保護機制的電路板以及具有此電路板的電子裝置。
一般來說,電路板的信號走線通常會設置靜電放電(electrostatic discharge,ESD)防護元件,例如壓敏電阻(varistor)、齊納二極體(zener diode)或瞬態電壓抑制器(transient voltage suppresser,TVS)等等,以避免電路板的電子元件或整個電子裝置受到過度的電性應力(Electrical Overstress,EOS)而導致故障或永久性的毀壞。
然而,由於上述的ESD防護元件乃是設置在電路板上,且ESD防護元件具有固定的尺寸,因此ESD防護元件通常會占用電路板的部份面積,導致電路板上可供佈線的面積變少而使電路板的信號走線的佈局受到限制。除此之外,一旦電路板的信號走線佈局完成之後,若基於特定因素而須在電路板上新增額外的ESD防護元件,也可能會因電路板上已無足夠的區域可供設置此額外的ESD防護元件,這將不利於電路板設計上的彈性。
有鑑於此,本發明提供一種具靜電放電保護機制的電路板及具有此電路板的電子裝置,可在不影響電路板的信號走線的佈局的情況下實現靜電放電防護的功能,以提升電路板設計上的彈性。
本發明的具靜電放電保護機制的電路板包括基板、至少一信號走線以及導電元件。此至少一信號走線設置於基板。導電元件電性連接基板的接地平面並跨設於此至少一信號走線。導電元件具有至少一放電部。此至少一放電部的位置對應於此至少一信號走線。此至少一放電部與此至少一信號走線之間具有間隙。此至少一信號走線對此至少一放電部進行靜電放電。
在本發明的一實施例中,上述的至少一信號走線對上述的至少一放電部進行靜電放電的最低放電電壓由上述間隙的距離來決定。
在本發明的一實施例中,上述的最低放電電壓由以下等式來決定:
,其中
Vd為此最低放電電壓,
B為常數,
P為氣壓值,
D為上述間隙的距離,且
k為與氣壓值及間隙的距離相關聯的參數。
在本發明的一實施例中,上述的放電部為鋸齒狀結構,且間隙的距離為鋸齒狀結構的尖端至信號走線的距離。
在本發明的一實施例中,上述的放電部為針狀結構,且間隙的距離為針狀結構的尖端至信號走線的距離。
本發明的電子裝置包括上述所提及的具靜電放電保護機制的電路板。
基於上述,本發明實施例所提出的具靜電放電保護機制的電路板及具有此電路板的電子裝置,係將導電元件立體地設置在基板的接地平面上並跨越信號走線,以對信號走線進行靜電放電保護。由於導電元件不占用基板上用來佈線的區域,故可在不影響電路板的信號走線的佈局的情況下實現靜電放電防護的功能,有效地提升電路板設計上的彈性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下請合併參照圖1及圖2,圖1是依照本發明一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板的部份線路的佈局示意圖,圖2是依照本發明一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。電路板100可包括基板120、至少一信號走線以及導電元件160,其中導電元件160具有至少一放電部。但為了便於說明,圖1及圖2的實施例係以兩條信號走線141、142以及對應的兩個放電部161、162為範例來進行說明。至於一條信號走線搭配對應的一個放電部,或是三條(含)以上信號走線搭配對應的三個(含)以上放電部的實施方式,則可依據以下說明而類推得知。
信號走線141、142設置於基板120上。導電元件160電性連接基板120的接地平面GP並跨越設置於信號走線141、142上,如圖2所示。詳細來說,基板120的接地平面GP上設有銲墊122,而導電元件160的兩端可透過銲錫而銲接在銲墊122上,致使導電元件160電性連接至接地平面GP。放電部161的位置對應於信號走線141,且放電部161與信號走線141之間具有間隙GA1,其中信號走線141的靜電可透過間隙GA1放電至放電部161,並透過放電部161宣洩至接地平面GP。同樣地,放電部162的位置對應於信號走線142,且放電部162與信號走線142之間具有間隙GA2,其中信號走線142的靜電可透過間隙GA2放電至放電部162,並透過放電部162宣洩至接地平面GP。可以理解的是,信號走線141與放電部161(或信號走線142與放電部162)之間乃是透過電弧放電(arc discharge)的方式來實現電路板100的靜電放電保護的功能。
由於導電元件160乃是立體地設置在基板120的接地平面GP上並跨越信號走線141、142,因此導電元件160不占用基板120上用來佈線的區域。如此一來,導電元件160在不影響電路板100的信號走線的佈局的情況下實現靜電放電防護的功能,故可提升電路板100設計上的彈性。
在圖2所示的實施例中,放電部161、162為鋸齒狀結構,但本發明不限於此。本發明並不對放電部161、162的形狀加以限制,只要其能實現靜電放電防護的功能即可。
在本發明的一實施例中,信號走線141對放電部161進行靜電放電(或電弧放電)的最低放電電壓由間隙GA1的距離D1來決定,其中間隙GA1的距離D1為放電部161的鋸齒狀結構的尖端至信號走線142的(最短)距離。同樣地,信號走線142對放電部162進行靜電放電(或電弧放電)的最低放電電壓由間隙GA2的距離D2來決定,其中間隙GA2的距離D2為放電部162的鋸齒狀結構的尖端至信號走線142的(最短)距離。
更進一步來說,信號走線141對放電部161進行靜電放電(或電弧放電)的最低放電電壓可根據帕邢定律(Paschen’s law)來推算,而帕邢定律如下列式(1)所示,其中
Vd為上述最低放電電壓,
B為常數,
P為電路板100所在環境的氣壓值,
D為間隙GA1的距離D1,且
k為與氣壓值
P及間隙GA1的距離D1相關聯的參數。
式(1)
詳細來說,若式(1)中的
P × D的數值介於0.0133千帕-公分(kPa-cm)至0.2千帕-公分之間,則式(1)中的參數
k可根據下列式(2)來決定。另外,若式(1)中的
P × D的數值介於0.2千帕-公分至100千帕-公分之間,則式(1)中的參數
k可根據下列式(3)來決定。而常數B可例如是2737.5 V/(kPa-cm),但本發明並不以此為限。
式(2)
式(3)
因此,只要得知目前電路板100所在環境的氣壓值以及信號走線141與放電部161之間的間隙GA1的距離D1,即可透過上述式(1)~式(3)推算出信號走線141對放電部161進行靜電放電(或電弧放電)的最低放電電壓。也就是說,一旦信號走線141上的電壓上升至大於或等於此最低放電電壓時,間隙GA1的氣體將會發生電擊穿現象,使得信號走線141對放電部161進行放電。類似地,信號走線142對放電部162進行靜電放電(或電弧放電)的最低放電電壓可依據上述說明而類推得知,故不再贅述。
請合併參照圖2及圖3,圖3是依照本發明一實施例所繪示的
P × D的數值與上述最低放電電壓的關係示意圖,根據圖3可知,
P × D的數值與上述最低放電電壓成正向關係。也就是說,
P × D的數值越大,則上述最低放電電壓越高,反之亦然。因此,在氣壓值
P不變的情況下,設計者可依據實際應用或設計需求,透過調整上述圖2的間隙GA1的距離D1,即可達到調整信號走線141對放電部161進行靜電放電的最低放電電壓的效果。或者是,透過調整上述圖2的間隙GA2的距離D2,即可達到調整信號走線142對放電部162進行靜電放電的最低放電電壓的效果。
以下請合併參照圖2及圖4,圖4是依照本發明另一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。類似於圖2的電路板100,圖4的電路板100’同樣包括基板120、信號走線141、142以及導電元件160’。圖2的電路板100與圖4的電路板100’的差異僅在於:圖2的導電元件160具有兩個放電部161、162,而圖4的導電元件160’僅具有一個放電部163。圖4的放電部163的位置對應於信號走線141及142。放電部163與信號走線141之間具有間隙GA1’,其中間隙GA1’的距離D1’為放電部163的鋸齒狀結構的尖端至信號走線141的(最短)距離。信號走線141的靜電可透過間隙GA1’放電至放電部163,並透過放電部163而宣洩至接地平面GP。同樣地,放電部163與信號走線142之間具有間隙GA2’,其中間隙GA2’的距離D2’為放電部163的鋸齒狀結構的尖端至信號走線142的(最短)距離。信號走線142的靜電可透過間隙GA2’放電至放電部163,並透過放電部163而宣洩至接地平面GP。另外,圖4的電路板100’的其他實施細節可參酌上述圖1~圖3的相關說明而類推得知,故在此不再贅述。
以下請合併參照圖2及圖5,圖5是依照本發明又一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。類似於圖2的電路板100,圖5的電路板200同樣包括基板120、信號走線141、142以及導電元件260。圖2的電路板100與圖4的電路板200的差異僅在於:圖2的放電部161、162為鋸齒狀結構,而圖4的放電部261、262為針狀結構。放電部261與信號走線141之間具有間隙GA11,其中間隙GA11的距離D11為放電部261的針狀結構的尖端至信號走線141的(最短)距離。信號走線141的靜電可透過間隙GA11放電至放電部261,並透過放電部261而宣洩至接地平面GP。同樣地,放電部262與信號走線142之間具有間隙GA12,其中間隙GA12的距離D12為放電部262的針狀結構的尖端至信號走線142的(最短)距離。信號走線142的靜電可透過間隙GA12放電至放電部262,並透過放電部262而宣洩至接地平面GP。另外,圖5的電路板200的其他實施細節可參酌上述圖1~圖3的相關說明而類推得知,故在此不再贅述。
本發明上述實施例中所提及的具靜電放電保護機制的電路板可用於例如(但不限於)以下各種類型的電子裝置中:伺服器、個人電腦、筆記型電腦、平板電腦、行動電話、智慧型電話、個人數位助理(PDA)、數位音樂播放器或有線或無線電子裝置等等。如此一來,可避免電子裝置內部的電子元件受到過度的電性應力而導致故障或永久性的毀壞。
綜上所述,本發明實施例所提出的具靜電放電保護機制的電路板及具有此電路板的電子裝置,將導電元件立體地設置在基板的接地平面上並跨越信號走線,以對信號走線進行靜電放電保護。由於導電元件不占用基板上用來佈線的區域,故可在不影響電路板的信號走線的佈局的情況下實現靜電放電防護的功能,有效地提升電路板設計上的彈性。
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、100’、200:電路板 120:基板 122:銲墊 141、142:信號走線 160、160’、260:導電元件 161、162、163、261、262:放電部 A-B:剖面線 D1、D2、D1’、D2’、D11、D12:距離 GA1、GA2、GA1’、GA2’、GA11、GA12:間隙 GP:接地平面
圖1是依照本發明一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板的部份線路的佈局示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。 圖3是依照本發明一實施例所繪示的
P × D的數值與最低放電電壓的關係示意圖。 圖4是依照本發明另一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。 圖5是依照本發明又一實施例所繪示的具靜電放電保護機制的電路板沿著圖1的剖面線A-B的剖面示意圖。
Claims (10)
- 一種具靜電放電保護機制的電路板,包括:一基板;至少一信號走線,平面地設置於該基板的表面上;以及一導電元件,電性連接該基板的一接地平面並跨設於該至少一信號走線,該導電元件具有至少一放電部,該至少一放電部的位置對應於該至少一信號走線,且該至少一放電部與該至少一信號走線之間具有一間隙,其中該至少一信號走線對該至少一放電部進行靜電放電。
- 如申請專利範圍第1項所述的具靜電放電保護機制的電路板,其中該至少一信號走線對該至少一放電部進行靜電放電的一最低放電電壓由該間隙的距離來決定。
- 如申請專利範圍第2項所述的具靜電放電保護機制的電路板,其中該至少一放電部為鋸齒狀結構,且該間隙的距離為該鋸齒狀結構的尖端至該至少一信號走線的距離。
- 如申請專利範圍第2項所述的具靜電放電保護機制的電路板,其中該至少一放電部為針狀結構,且該間隙的距離為該針狀結構的尖端至該至少一信號走線的距離。
- 一種電子裝置,包括:一電路板,包括:一基板;至少一信號走線,平面地設置於該基板的表面上;以及一導電元件,電性連接該基板的一接地平面並跨設於該至少一信號走線,該導電元件具有至少一放電部,該至少一放電部的位置對應於該至少一信號走線,且該至少一放電部與該至少一信號走線之間具有一間隙,其中該至少一信號走線對該至少一放電部進行靜電放電。
- 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置,其中該至少一信號走線對該至少一放電部進行靜電放電的一最低放電電壓由該間隙的距離來決定。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中該至少一放電部為鋸齒狀結構,且該間隙的距離為該鋸齒狀結構的尖端至該至少一信號走線的距離。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中該至少一放電部為針狀結構,且該間隙的距離為該針狀結構的尖端至該至少一信號走線的距離。
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