專利名稱：用于靜電放電保護的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及電子裝置,更具體地涉及一種用于在電子裝置中
靜電放電(ESD)保護的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電子裝置例如蜂窩電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放機 和便攜式計算機都易受到靜電放電(ESD)的損壞。ESD是在兩個物體之間 電荷的快速且自發(fā)轉(zhuǎn)移。在干燥環(huán)境下的ESD的一個例子包括在因拖 曳地毯已經(jīng)形成靜電電荷之后，將手或身體靠近門把手時，因靜電電荷的 放電而導(dǎo)致"點擊，，或電火花。在各種情況下ESD都會發(fā)生，然而，不必觸 摸也會對電子裝置中的敏感元件導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞。鍵盤、按鈕和電子裝置中 的其它用戶接口為靜電電荷進入電子裝置部件，提供了極其容易的進入 點。
一些常規(guī)的設(shè)計通過在易受損傷區(qū)域處增加絕緣材料的厚度來減少 電子裝置對ESD的敏感性。例如，可以增加形成鍵盤的成形橡膠層的厚 度來使靈敏元件與ESD絕緣。這種技術(shù)的局限性在于，隨著厚度的增加， 電子裝置的總體尺寸也會增加。而且，由于更厚的鍵盤需要更多的材料， 所以這種電子裝置就更加難于制造且更加昂貴，并且這種電子裝置更加難 于操縱。更厚的材料還會導(dǎo)致體積更大、靈敏度更低的鍵盤，且更加難于 使用。
用于減少對ESD的敏感性的其它現(xiàn)有技術(shù)包括設(shè)置電路元件，諸如 二極管，以"短路"ESD并將電荷直接引到地。然而，這些方法的局限性在 于，增加了電子裝置的復(fù)雜性和成本。
其它常規(guī)設(shè)計包括環(huán)繞于鍵盤的至少 一些按鍵處、且被連接到電子裝 置的地的導(dǎo)電孔罩(conductive escutcheon )。這種技術(shù)的局限性在于，孔 罩難于制造且會增加成本。而且，孔罩通常不能被形成為適合保護其易受
ESD穿透攻擊的區(qū)域。例如，當(dāng)鍵盤的按鍵的尺寸減小時，用于定位導(dǎo)電 孔罩的部分也因此而減少，這樣就會產(chǎn)生不能夠受到ESD保護的裝置區(qū) 域。
因此，在電子裝置中就需要一種用于靜電放電(ESD)保護的設(shè)備、 系統(tǒng)和方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的電子裝置的側(cè)視方框圖2是位于電子裝置的印刷電路板上方的電絕緣片的俯視方框圖3是根據(jù)其中電絕緣片包括半球接觸片的示例性性實施方式的ESD
保護組件的分解透視圖4是根據(jù)示例性性實施方式的PCB的一部分的俯視圖；以及
圖5是根據(jù)其中電子裝置是蜂窩電話的示例性性實施方式的電子裝置
的分解圖。
具體實施例方式
通過經(jīng)由電絕緣片之中的ESD通道將靜電電荷引入地，在電子裝置 中提供一種靜電放電(ESD)保護的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。ESD通道位于電 絕緣片之中，從而提供到達(dá)地的電通路，該ESD通道具有比電通路更低 的阻抗，/人而保護由電絕緣片覆蓋的區(qū)域。因此，ESD就沿著最小電阻的 通路安全到達(dá)地，而不會到達(dá)電子裝置之中的關(guān)鍵元件。在示例性實施方 式中，ESD通道是鍵盤的半球接觸層中的開孔(opening),其中開孔位于 印刷電路板(PCB)的一個或多個接地區(qū)上方，且半球接觸層的絕緣材料 覆蓋PCB的防止ESD的區(qū)域。
圖l是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的電子裝置的ESD防護組件100 的側(cè)視方框圖，且圖2是其俯視圖。在圖1和圖2中的方框通常表示用于 防止電子裝置中的區(qū)域114受到靜電放電(ESD)影響的電絕緣片104、 和印刷電路板102的示意性相對配置結(jié)構(gòu)，并且所有各元件不一定需要示 出的相關(guān)尺寸或位置。在示例性實施方式中，將電絕緣片104實現(xiàn)為便攜 式通訊裝置例如^^窩電話或無線PDA的一部分。
如上所討^論的，電子裝置易于受到ESD的影響而損壞。當(dāng)沿著從ESD 源108到電子裝置的任何通路的阻抗非常低時，ESD源108，諸如人體或 手、裝置上的金屬按鍵或能夠集聚靜電電荷的其它物體，就會產(chǎn)生靜電放 電(ESD)106。如果ESD通路穿過關(guān)鍵元件或在關(guān)鍵元件處終止，就會導(dǎo) 致?lián)p壞。在示例性實施方式中，ESD 106被引導(dǎo)通過放電路徑，該放電路 徑避開了放電防止區(qū)114之中的電子元件和信號路線。
在電絕緣片104之中的放電通道IIO提供到達(dá)電子裝置的地電位的相 對低的阻抗通路。放電通道IIO具有比電絕緣片104的絕緣片阻抗更小的 通道阻抗。放電通道IIO鄰近于印刷電路板102的暴露接地區(qū)112。因此， 接地區(qū)112的至少一部分暴露于放電通道IIO之下，從而為ESD106提供 到達(dá)裝置地的封閉電通路。在示例性實施方式中，接地區(qū)112是PCB 102 表面上的銅的一部分。接地區(qū)112可以包括到達(dá)PCB 102之中的其它接地 層的通孔，并且可具有任意的形狀和尺寸。
在示例性實施方式中，電絕緣片104包括多個放電通道110,放電通 道110由電絕緣片104中的開孔形成。然而，可以采用其它技術(shù)或元件來 形成力支電通道110。例如，在一些情況下，；故電通道110可以包括比絕緣 片104更薄的絕緣材料層。此外，可以將導(dǎo)電材料插入通過電絕緣片104, 或者將其定位在電絕緣片104中，以便提供到達(dá)暴露接地區(qū)112的電通路。 因此，放電通道IIO可以是為了將ESD 106引入電子裝置之中的目標(biāo)放電 區(qū)，以避開》文電防止區(qū)114而形成的、具有比絕^^片104更^f氐的電阻抗的 任意的配置、機制或材料。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示意性實施方式的ESD保護組件100的分解透 視圖，其中電絕緣片104包括半球接觸片302。半球接觸片302包括多個 半球接觸304，當(dāng)裝配ESD保護組件100時，半球接觸304與電路才反102 上的一組接觸焊盤306-308對準(zhǔn)。半球接觸304和印刷電3各板102上的才妻 觸焊盤306-308形成用于從電子裝置外部可接觸的按鍵的半球接觸開關(guān)。 每個半球接觸304都與一組接觸焊盤306、 308對準(zhǔn)，該接觸焊盤包括中 心連接坪盤310和外圍接觸焊盤312。如參照圖4進一步詳細(xì)討論的，外 圍接觸焊盤312是接地區(qū)112的、用于目標(biāo)放電區(qū)314中的接觸焊盤306 的一部分。
在示例性實施方式中，放電通道110包括通過半球接觸片302延伸的 多個開孔。各開孔戰(zhàn)略地與在目標(biāo)放電區(qū)314之中的、PCB102上的目標(biāo) 放電位置316對準(zhǔn)。通過使PCB 102的暴露接地區(qū)U2上的目標(biāo)放電位置 316處于距離易受ESD 106影響的元件和路線的安全距離處，就能夠使 ESD 106導(dǎo)致的對電子裝置的損壞最小化。因此，到達(dá)目標(biāo)放電位置316 的靜電放電106就會避開放電防止區(qū)114進行放電。
圖4是根據(jù)示例性實施方式的PCB102的俯視圖。根據(jù)公知的技術(shù)， 當(dāng)按壓半球接觸304時，就會在一對接觸焊盤306、 308之間形成電連接。 當(dāng)按壓半球接觸304時，它就會變形接觸中心接觸焊盤310，同時導(dǎo)電半 球接觸304的一部分與外圍接觸焊盤312接觸，導(dǎo)致中心接觸焊盤310和 外圍接觸焊盤312之間的電連接。 一個或多個接觸焊盤310、 312就會連 接到信號線。在許多情況下，由包含驅(qū)動線和傳感信號線的多條信號線形 成的陣列，允許處理器基于在各信號之間的獨特組合連接，確定激活的開 關(guān)。這種結(jié)構(gòu)就會使專用于鍵盤的通用并行輸入輸出(GPIO)線的數(shù)量最 小化。然而，在目標(biāo)放電區(qū)314內(nèi)的接觸焊盤306包括作為接地區(qū)112的 一部分的外圍接觸312。為了4吏ESD 106通過半球接觸304到達(dá)信號線的 幾率最小化，將外圍接觸312接地，同時與外圍接觸312接觸的半球接觸 304防止中心接觸310受到ESD 106的影響。由于將接觸焊盤312之一接 地，所以就需要專用GPIO線檢測對應(yīng)于半球接觸開關(guān)的按鍵的激活。由 于在電子裝置中許多GPIO線保持未使用，因此在絕大多數(shù)設(shè)計中這種需 求不成問題。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的、在其中電子裝置是便攜式通 訊裝置(諸如蜂窩電話)的電子裝置500的分解圖?？梢允褂萌魏螖?shù)量的 結(jié)構(gòu)和元件，以形成包括在本文中描述的ESD保護方法和設(shè)備的各種類 型的任何裝置。柔性4建盤502通過殼體504的前部分延伸，從而提供一種 用于激活半球接觸開關(guān)的機制。鉻鍵盤506可通過殼體504前部分的開孔 接觸，并包括用于激活靠近揚聲器508的半球接觸開關(guān)的按鍵。在示例性 實施方式中，揚聲器508在塑料揚聲器殼體510中位于鉻鍵盤506之后。 揚聲器殼體510位于柔性鍵盤502中的凹陷區(qū)之內(nèi)。其它元件諸如視覺顯 示器512也通過殼體504內(nèi)的開孔延伸。
在示例性實施方式中，鉻鍵盤506是積累電荷的不固定的金屬物體。 電位的增加將最終找到用于放電的電通路。為了防止電子裝置500的元件 的損壞，通過戰(zhàn)略性地使得放電通道112位于半球接觸片302上，建立至 少一個到達(dá)裝置地的裝置放電通路514。因此，放電通路包括通過電絕緣 片104(半球接觸片302)的放電通道112中的一個。放電通路514提供 到達(dá)接地區(qū)112的低阻抗通路，該阻抗通^各和裝置500外部的其它通路相 比，具有更低阻抗。因此，任何ESD 106都是在不穿過放電防止區(qū)114的 情況下，路由通過電子裝置500,由此使對裝置元件的損壞可能性最小化。
因此，在示例性實施方式中，電子裝置500，諸如便攜式通訊裝置， 包括用于將ESD 106引導(dǎo)至印刷電路板102的接地區(qū)112的放電通路514。 電絕緣片104中的一個或多個放電通道IIO具有比電絕緣片的絕緣電阻抗 更低的通道阻抗，以提供用于ESD 106到達(dá)地的相對低的阻抗通路。在示 例性實施方式中，電絕緣片104包括半球接觸片302，其中在暴露的接地 區(qū)112之上形成目標(biāo)放電區(qū)316。因此，不用附加的元件或絕緣，就能夠 使受到ESD 106的影響最小化。
顯然，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行其 它的實現(xiàn)和修改。上述描述是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明僅由所述 的權(quán)利要求書進行限定，當(dāng)結(jié)合上述說明和附圖進行理解時權(quán)利要求書包 括所有這些實施例和修改。因此，不能參照上述說明書來確定本發(fā)明的范 圍，而應(yīng)當(dāng)參照所附的權(quán)利要求書及其它們的等同含義的所有范圍來確定 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種靜電放電(ESD)保護裝置，包括地電位；以及電絕緣片，具有絕緣電阻抗和放電通道，所述放電通道具有的通道電阻抗比所述絕緣電阻抗小，所述電絕緣片被配置為將靜電放電引導(dǎo)到便攜式裝置的所述地電位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD保護裝置，其中，所述放電通道是位 于所述電絕緣片中并與印刷電路板的接地區(qū)相鄰的開孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ESD保護裝置，其中，所述電絕緣片是包 括多個半球接觸的半球接觸片，所述半球接觸被配置以當(dāng)變形時在所述印 刷電路板上形成電連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD保護裝置，其中，所述電絕緣片具有 多個放電通道，所述多個放電通道的通道阻抗比所述絕緣電阻抗低。
5. —種便攜式電子裝置，包括 具有接地區(qū)的印刷電路板；以及電絕緣片，具有絕緣電阻抗和放電通道，所述所述放電通道具有的通 道電阻抗比所述絕緣電阻抗小，所述電絕緣片位于與印刷電路板相鄰的位 置，以將所述放電通道排列于接地區(qū)的至少 一部分上方。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式電子裝置，其中，所述放電通道被 配置為，將來源于所述印刷電路板相對一側(cè)的靜電放電引導(dǎo)至所述4妻地 區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式電子裝置，其中，所述電絕緣片包 括與所述印刷電路板的多個接觸焊盤相鄰的多個半球接觸，每個半球接觸 被配置，以當(dāng)其變形時在中心接觸焊盤和外圍接觸焊盤之間形成電連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的便插式電子裝置，其中，外圍接觸焊盤包 括地電位4妻觸區(qū)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式電子裝置，進一步包括 殼體，至少部分地封裝所述印刷電路板和所述電絕緣片；以及 位于靜電防止區(qū)中的裝置電路，所述便攜式電子裝置具有至少一個裝置放電通路，所述至少一個裝置放電通路通過所述放電通道從所述殼體的 外部延伸到所述接地區(qū)，且具有的路徑阻抗小于通過所述裝置電路的任意 不期望的阻抗。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電子裝置，其中，所述裝置電路包 括位于所述印刷電路板的電路線路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電子裝置，其中，所述裝置電路包 括位于所述印刷電路板的電子元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電子裝置，其中，所述裝置電路包 括從所述印刷電路板延伸的導(dǎo)線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式電子裝置，其中，所述便攜式電子 裝置包括便攜式通訊裝置。
全文摘要
通過經(jīng)由電絕緣片之中的ESD通道將靜電電荷引入地，在電子裝置中提供一種靜電放電(ESD)保護的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。ESD通道位于電絕緣片之中，從而提供到達(dá)地的電通路，該ESD通道具有比電通路更低的阻抗，從而保護由電絕緣片覆蓋的區(qū)域。因此，ESD就沿著最小電阻的通路安全到達(dá)地，而不會到達(dá)電子裝置之中的關(guān)鍵元件。在示例性實施方式中，ESD通道是鍵盤的半球接觸層中的開孔，其中開孔位于印刷電路板(PCB)的一個或多個接地區(qū)上方，且半球接觸層的絕緣材料覆蓋PCB的防止ESD的區(qū)域。通過實施專用GPIO線，接地金屬半球覆蓋受到ESD保護的目標(biāo)放電區(qū)中的信號焊盤。不用附加的端口或絕緣體的情況下，防止裝置元件受到ESD的影響。
文檔編號H05K9/00GK101194545SQ200680020155
公開日2008年6月4日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者林 呂, 安德魯·斯蒂芬·波伊諾特 申請人:京瓷無線公司