電路板上的靜電防護結構及其方法
2023-10-09 20:28:04 2
專利名稱：電路板上的靜電防護結構及其方法
技術領域：
本發明涉及一種電路板上的靜電防護結構及其方法，尤指一種在設置有集成電路(IC)的電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，直接將電擊電流引導至地電位的靜電防護結構。
背景技術：
由於半導體產業的進步，許多電子產品如微波爐、洗衣機、汽車、通訊產品以及各種光碟影音結構，均採用微控制器(MCU，Micro Controller Unit)及各式集成電路元件作為人機操作接口或產品內部控制，微控制器的優點是，其可程序化的特色適合多樣化產品設計，不僅加速產品開發，同時提供少量多樣的變化需求；而基於對電子產品品質的要求，電子產品在出廠前均需經過靜電防護(ESD)測試，利用高達數千伏特(KV)的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。本發明的目的即在於以防止瞬間放電電流竄至抗靜電放電能力較弱的組件上，造成集成電路組件或系統的損壞。
首先舉一例說明一般靜電測試的結構及其測試方式，如圖1所示，其是於一木質測試臺110上設置一水平耦合板120以及一垂直耦合板130，均為銅金屬板，再將待測試物140置放於水平耦合板120上，並距離該垂直耦合板130約10公分距離，該水平耦合板120的長寬規格約為1.6公尺乘0.8公尺，上鋪厚度約0.5公分的絕緣物，並經470k歐姆的電阻接地，而該垂直耦合板130的長寬規格約為0.5公尺乘0.5公尺，並經470k電阻接地；由此，以2、4、6、8千伏四種電壓等級對待測試物140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耦合板120、垂直耦合板130進行間接放電(Air Discharge)測試。
靜電放電電流感應電壓的關係式如下Vd∝Δi·A/Δt·DΔi靜電瞬間電流變化；
A被幹擾電路等效面積；Δt靜電放電電流上升時間；D被幹擾電路至靜電放電電流通路距離；由上式可知，防靜電的基本原則在於降低靜電放電瞬間電流變化Δi及被幹擾電路等效面積A，及增加靜電放電電流上升時間Δt及被幹擾電路至靜電放電電流通路距離D，基於上述防靜電原則，應用微控制器的電子產品於生產過程時，應避免引起靜電放電機會的方式如下一、電子產品的殼體或電路板容置結構應密封，以避免因空氣被離子化形成通路而對電路直接放電；二、若電子產品的殼體或電路板容置結構無法密封，則應將電路板的地電位隔離，以避免對電路直接放電；三、易受幹擾的電路零件應遠離可能的放電源，如電路板邊緣，或電路板上及電路板附近的金屬突起物；四、易受幹擾的電路零件外圍應設置地電位布局，以形成放電流旁路；五、電路布局應避免形成銳角而造成二次放電；六、零件配置應以最短走線距離為原則，以減少電路感應面積；七、電路布局線路不宜太粗，以減少電路等效面積及增加電路感抗，以減緩靜電放電電流上升速度。
但是，由於集成電路(IC)的製造技術層次高，電子產品製造商所採用的集成電路(IC)，絕大部份並非由電子產品製造商自行製造，而是向專業集成電路(IC)製造商購買，因此，電子產品製造商對於集成電路(IC)的靜電防護特性並不熟悉，常導致其電子產品無法通過靜電防護測試。
現有的靜電防護設計，如圖2所示的一種「靜電消除機」(中國臺灣新型公告第104492號)，其設計重點在於一殼體內設置一具有多個針尖18的針尖座17，由電子線路20輸出端產生高壓，促使空氣游離，並借風扇19自針尖18端吹出，以消除靜電；該現有結構主要是針對精密機械或精密零件生產環境的無塵室的除靜電及除塵，對於設置有集成電路(IC)的電路板並不具有直接的防靜電功能。
再如圖3所示一種「防止光罩靜電破壞的解決方法」(中國臺灣發明公告第441071號)，其設計重點在於形成一含微細導線的圖案100於光罩微影圖案的外圍，該微細導線的圖案100，是用以產生靜電放電使用；只是，該方式僅適用於晶圓製造程序的專業製造廠家，對於設置有集成電路(IC)的電路板並不具有直接的防靜電功能。
再如圖4所示一種「尖端放電的靜電放電保護電路」(中國臺灣發明公告第371371號)，其特徵是將輸入焊墊、高電位電源線、低電位電源線設置具有相對應的尖端放電結構，用以在集成電路中達到靜電放電保護的目的；該方式僅適用於集成電路設計及製造程序的專業製造廠家，對於設置有集成電路(IC)的電路板並不具有直接的防靜電功能。
再如圖5所示一種「具有絕緣體的電路板結構」(美國專利第6,295,193號，ELECTRONIC CIRCUIT BOARD，ANARRANGEMENT COMPRISING ANINSULATING MATERIAL AND AN ECECTRONIC CIRCUIT BOARD)，該現有技術是在電路板6上設置傳導部7，在電路板6上設有絕緣層3，在該絕緣層3的相對應於傳導部7處設有孔洞8，該孔洞8朝向傳導部7的一端的外徑大於該傳導部7外徑，於孔洞8內設有絕緣體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10；該案主要實施對象為手機的鋰電池，前述該傳導部7，孔洞8是供電池於製造過程測試用，一般而言，在測試後會將孔洞8封閉或貼上卷標，然而，因為絕緣層3遭受破壞，使該傳導部7、孔洞8形成靜電放電的入侵點，容易導致電池損壞甚至爆炸，因此，該案在孔洞8設置絕緣體9，並由傳導區10吸引靜電放電，藉此提高電路板6的靜電放電抵抗特性，避免靜電放電竄至電路板6其它部位而破壞電路或電池；只是，該孔洞8的分布位置分散於電路板6各處，而該傳導區10必須相對應設置於孔洞8下的該傳導部7外圍，不僅佔用電路板6面積，同時提高電路設計的困難度，使得設計成本提高，並不適用於一般含集成電路組件的電路板，與本發明所欲解決的問題不同。
再如圖6所示一種「具有靜電放電保護的製造及使用智慧卡的圖形接觸模塊的方法及系統」(美國專利第6,370,029號，METHOD AND SYSTEM FORCREATING AND USING EXECTROSTAIC 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連接接合墊52的地電位點52a，借傳導路徑60將靜電放電引導至地電位，避免竄至半導體61而破壞半導體61內部電路；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。
綜觀上述多種現有的有關靜電放電保護的技術，幾乎全部集中於組件本身的設計及製造程序，在採用集成電路組件的電子產品製造廠家而言，除了集成電路內部電路具有靜電放電保護措施之外，其設置集成電路的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板上其它組件仍會造成嚴重損害。
發明內容
鑑於現有技術的缺陷，本發明的主要目的在於提供一種電路板上的靜電防護結構及其方法，避免電極電流竄至電路板上不具抗電擊的其它組件，達到提高電路板抗靜電放電特性，保護電路板以及電路板設置系統或結構不受靜電放電損害的目的。
為了實現上述目的，本發明提供了一種電路板上的靜電防護結構，在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物直接將可能的靜電放電電流引導至電路中抗靜電最力的地電位。
上述的一種電路板上的靜電防護結構，其設置位置以遠離主要組件的電路板邊緣為佳，對靜電放電電流具有集中作用，並可將靜電放電電流導引至抗靜電最強的地電位。
相應地，本發明還提供了一種電路板上的靜電放電防護方法，在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物將靜電放電電流引導至電路板的抗靜電較強的部位。
上述的電路板上的靜電放電防護方法，其中，所述的具有電傳導特性的尖狀物的設置在靠近電路板與外界接觸的該電路板邊緣。
上述的電路板上的靜電放電防護方法，其中，所述的電路板邊緣是電路板的地電位電路布局範圍。
上述的電路板上的靜電放電防護方法，其中，所述的尖狀物具有一尖部，該尖部的延伸方向與該電路板平面呈垂直。
上述的電路板上的靜電放電防護方法，其中，所述的具有電傳導特性的尖狀物是由至少一細針狀結構構成。
本發明的有益效果是，本發明的提供的一種電路板上的靜電防護結構，尤適於設有微控制器(MCU)的電路板，通過在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物直接將可能的靜電放電電流引導至電路中抗靜電最力的地電位，從而避免了電極電流竄至電路板上不具抗電擊的其它組件，達到提高電路板抗靜電放電特性，保護電路板以及電路板設置系統或結構不受靜電放電損害的效果。
本發明的靜電防護結構，其實施方式簡單，成本低，尤適於一般電子產品製造廠家。
圖1是傳統靜電測試的結構圖；圖2是中國臺灣公告第104492號新型案的實施例示意圖；圖3是中國臺灣公告第441071號發明案的實施例示意圖；圖4是中國臺灣公告第371371號發明案的實施例示意圖；圖5是美國專利第6,295,193號發明案的實施例示意圖；圖6是美國專利第6,370,029號發明案的實施例示意圖；圖7是本發明的一較佳實施例示意圖；圖8是圖7的實施例實施於電路板上的示意圖；圖9是本發明的尖狀物的另一較佳實施例圖。
標號說明3-絕緣層；6-電路板；7-傳導部；8-孔洞；9-絕緣體10-傳導區；17-針尖座；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；62～69-接合墊；72～79-接合線；80-電路板81-地電位電路布局範圍；82-集成電路電子組件；90、190-尖狀物91、191-尖部；100-微細導線的圖案；110-測試臺；120-水平耦合板130-垂直耦合板；140-待測試物
具體實施例方式
如圖7及圖8所示，本發明的一種電路板上的靜電防護設計，其是在電路板80上設置具有電傳導特性的尖狀物90，本實施例中，該尖狀物90呈圓錐狀，其頂部具有一尖部91，該尖狀物90的最佳設置位置為電路板80的地電位電路布局範圍81內，且尖狀物90與地電位電路布局範圍81具有電性連通，通常，該地電位電路布局範圍81是位於電路板80的邊緣；原則上，該尖部91的延伸方向以與該電路板80垂直為適當，使尖部91儘量高於電路板80平面，以遠離電路布線，而尖狀物90的高度或外徑，則依電路板80尺寸及其設置空間而異，於同一電路板80上可設置不同尺寸高度的尖狀物90，該尖狀物90的材質可採用與電路布線相同的金屬材質。
依靜電防護原則，電路板不應有銳角的電路鋁箔布線方式，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，因而造成電子組件損壞；本發明即根據此一電傳導特性，在電路板80上設置該具有電傳導特性的尖狀物90，其尖部91如避雷針一般，可直接將靜電放電電流引導至電路中抗靜電最力的地電位電路布局範圍81，如此，可避免靜電電流竄至電路板80上不具抗電擊的集成電路電子組件82，可達到提高電路板80抗靜電放電特性，保護電路板80以及電路板80設置系統或結構不受靜電放電損害的目的，尤適於設有如微控制器(MCU)等集成電路的電路板。
另外還可直接將多個該尖狀物90設置於抗靜電較弱的電路板上的特定位置，即與外界接觸或最接近處或裸露於空氣中的位置，同樣地，尖狀物90與地電位電路布局範圍81具有電性連通，如此，還可將電擊電流引導至地電位電路布局範圍81，可保護電路板上的集成電路電子組件82不致受損。
再請參閱圖9，有別於圖7所示的圓錐狀尖狀物90，本實施例的該尖狀物190是呈細針狀，該尖狀物190具有電傳導特性，其頂部具有尖部191；將尖狀物190設置於電路板上並連設於電路板的地電位，由該尖部191可導引電極電流至地電位，避免電擊電流亂竄至電子組件。
綜上所述，本發明在設置有集成電路(IC)的電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，直接將靜電放電電流引導至地電位，其實施方式簡單，靜電防護效果顯著。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，當不能以其限制本發明的範圍，例如尖狀物的造型只要適合引發尖端放電即可，並不限於何種形狀。所以依本發明內容所做的等效變化及修飾，均包含在本發明的專利範圍內。
權利要求
1.一種電路板上的靜電放電防護結構，其特徵在於，在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物將靜電放電電流引導至電路板的抗靜電較強的部位。
2.如權利要求1所述的電路板上的靜電放電防護結構，其特徵在於，所述的具有電傳導特性的尖狀物的設置在靠近電路板與外界接觸的該電路板邊緣。
3.如權利要求2所述的電路板上的靜電放電防護結構，其特徵在於，所述的電路板邊緣是電路板的地電位電路布局範圍。
4.如權利要求1所述的電路板上的靜電放電防護結構，其特徵在於，所述的尖狀物具有一尖部，該尖部的延伸方向與該電路板平面呈垂直。
5.如權利要求1所述的電路板上的靜電放電防護結構，其特徵在於，所述的具有電傳導特性的尖狀物是由至少一細針狀結構構成。
6.一種電路板上的靜電放電防護方法，其特徵在於，在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物將靜電放電電流引導至電路板的抗靜電較強的部位。
7.如權利要求6所述的電路板上的靜電放電防護方法，其特徵在於，所述的具有電傳導特性的尖狀物的設置在靠近電路板與外界接觸的該電路板邊緣。
8.如權利要求7所述的電路板上的靜電放電防護方法，其特徵在於，所述的電路板邊緣是電路板的地電位電路布局範圍。
9.如權利要求6所述的電路板上的靜電放電防護方法，其特徵在於，所述的尖狀物具有一尖部，該尖部的延伸方向與該電路板平面呈垂直。
10.如權利要求6所述的電路板上的靜電放電防護方法，其特徵在於，所述的具有電傳導特性的尖狀物是由至少一細針狀結構構成。
全文摘要
本發明公開了一種電路板上的靜電防護結構及其方法，尤指一種根據尖端放電原理，在電路板上設置具有電傳導特性的尖狀物，由該尖狀物直接將可能的靜電放電(ESD)電流引導至電路中最抗靜電的地電位，避免放電電流流竄至電路板上不具靜電防護能力的其它組件，以達到提高電路板抗靜電放電的特性，保護電路板以及電路板所設置的系統或結構不受靜電放電損害的目的。
文檔編號H05K1/02GK1522103SQ03102640
公開日2004年8月18日 申請日期2003年2月14日 優先權日2003年2月14日
發明者王勝和, 李兆國 申請人:盛群半導體股份有限公司