(57)【要約】【目的】本発明は、静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置を提供する。【解決手段】回路基板は、基板と、少なくとも一つの信号トレースと、導電素子と、を含む。この少なくとも一つの信号トレースは、基板に設けられる。導電素子は、基板の接地平面に電気的に接続され、この少なくとも一つの信号トレースを跨って設けられる。導電素子は、少なくとも一つの放電部を有する。この少なくとも一つの放電部の位置は、この少なくとも一つの信号トレースに対応する。この少なくとも一つの放電部の位置とこの少なくとも一つの信号トレースの間に、隙間を有する。この少なくとも一つの信号トレースがこの少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う。【選択図】図２
2019125772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられる少なくとも一つの信号トレースと、
前記基板の接地平面に電気的に接続され、前記少なくとも一つの信号トレースを跨って設けられる導電素子と、を含み、
前記導電素子は、少なくとも一つの放電部を有し、
前記少なくとも一つの放電部の位置は、前記少なくとも一つの信号トレースに対応し、
前記少なくとも一つの放電部と前記少なくとも一つの信号トレースの間に、隙間を有し、
前記少なくとも一つの信号トレースが前記少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う、
静電放電保護メカニズムを有する回路基板。
【請求項２】
前記少なくとも一つの信号トレースが前記少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う最低放電電圧は、前記隙間の距離によって決まる請求項１に記載の静電放電保護メカニズムを有する回路基板。
【請求項３】
前記最低放電電圧は、以下の等式によって決まる請求項２に記載の静電放電保護メカニズムを有する回路基板。
【数１】
2019125772.tif 000007
Ｖｄは前記最低放電電圧、Ｂは定数、Ｐは気圧値、Ｄは前記隙間の距離、ｋは前記気圧値と前記隙間の距離に関連するパラメータである。
【請求項４】
前記少なくとも一つの放電部は、鋸歯状構造であり、
前記隙間の距離は、前記鋸歯状構造の先端から前記少なくとも一つの信号トレースまでの距離である請求項２に記載の静電放電保護メカニズムを有する回路基板。
【請求項５】
前記少なくとも一つの放電部は、針状構造であり、
前記隙間の距離は、前記針状構造の先端から前記少なくとも一つの信号トレースまでの距離である請求項２に記載の静電放電保護メカニズムを有する回路基板。
【請求項６】
基板と、
前記基板に設けられる少なくとも一つの信号トレースと、
前記基板の接地平面に電気的に接続され、前記少なくとも一つの信号トレースを跨って設けられる導電素子と、を含み、
前記導電素子は、少なくとも一つの放電部を有し、
前記少なくとも一つの放電部の位置は、前記少なくとも一つの信号トレースに対応し、
前記少なくとも一つの放電部と前記少なくとも一つの信号トレースの間に、隙間を有し、
前記少なくとも一つの信号トレースが前記少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う、
静電放電保護メカニズムを有する回路基板を含む電子装置。
【請求項７】
前記少なくとも一つの信号トレースが前記少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う最低放電電圧は、前記隙間の距離によって決まる請求項６に記載の電子装置。
【請求項８】
前記最低放電電圧は、以下の等式によって決まる請求項７に記載の電子装置。
【数２】
2019125772.tif 000008
Ｖｄは前記最低放電電圧、Ｂは定数、Ｐは気圧値、Ｄは前記隙間の距離、ｋは前記気圧値と前記隙間の距離に関連するパラメータである。
【請求項９】
前記少なくとも一つの放電部は、鋸歯状構造であり、
前記隙間の距離は、前記鋸歯状構造の先端から前記少なくとも一つの信号トレースまでの距離である請求項７に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの放電部は、針状構造であり、
前記隙間の距離は、前記針状構造の先端から前記少なくとも一つの信号トレースまでの距離である請求項７に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板に関し、特に静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、回路基板の信号トレースは、通常、例えば、バリスタ（ｖａｒｉｓｔｏｒ）、ツェナーダイオード（ｚｅｎｅｒ  ｄｉｏｄｅ）または過渡電圧サプレッサ（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｒ，ＴＶＳ）等の静電放電（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＥＳＤ）保護素子が設けられ、回路基板の電子素子または電子装置全体は、過度の電気的過大応力（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｏｖｅｒｓｔｒｅｓｓ，ＥＯＳ）による故障または永久的な破壊を回避している。
【０００３】
しかしながら、上記ＥＳＤ保護素子は、回路基板に設けられ、ＥＳＤ保護素子は、一定のサイズを有することから、ＥＳＤ保護素子は、回路基板の一部の面積を占め、回路基板のレイアウトのための面積を少なくして、回路基板の信号トレースのレイアウトを制限してしまう。これ以外に、一旦、回路基板の信号トレースのレイアウトが完了した後、特定の要因に基づき、回路基板に追加のＥＳＤ保護素子を必要とする場合、回路基板において、この追加のＥＳＤ保護素子を設けるための十分な領域が無い可能性もあり、これは、回路基板設計上の柔軟性に不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに鑑みて、本発明は、回路基板の信号トレースのレイアウトに影響しない状況下で、静電放電保護機能を実現し、回路基板設計上の柔軟性を向上できる、静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の静電放電保護メカニズムを有する回路基板は、基板と、少なくとも一つの信号トレースと、導電素子と、を含む。この少なくとも一つの信号トレースは、基板に設けられる。導電素子は、基板の接地平面に電気的に接続され、この少なくとも一つの信号トレースを跨って設けられる。導電素子は、少なくとも一つの放電部を有する。この少なくとも一つの放電部の位置は、この少なくとも一つの信号トレースに対応する。この少なくとも一つの放電部の位置とこの少なくとも一つの信号トレースの間に、隙間を有する。この少なくとも一つの信号トレースがこの少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う。
【０００６】
本発明の実施形態において、前記少なくとも一つの信号トレースが前記少なくとも一つの放電部に対して静電放電を行う最低放電電圧は、前記隙間の距離によって決まる。
【０００７】
本発明の実施形態において、前記最低放電電圧は、以下の等式によって決まる。
【０００８】
【数１】
2019125772.tif 000003
【０００９】
ここで、Ｖｄは前記最低放電電圧、Ｂは定数、Ｐは気圧値、Ｄは前記隙間の距離、ｋは気圧値と隙間の距離に関連するパラメータである。
【００１０】
本発明の実施形態において、前記放電部は、鋸歯状構造であり、前記隙間の距離は、鋸歯状構造の先端から信号トレースまでの距離である。
【００１１】
本発明の実施形態において、前記放電部は、針状構造であり、前記隙間の距離は、針状構造の先端から信号トレースまでの距離である。
【００１２】
本発明の電子装置は、上記静電放電保護メカニズムを有する回路基板を含む。
【発明の効果】
【００１３】
上述に基づき、本発明の実施形態が提出する静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置は、導電素子を基板の接地平面に立体配置し、信号トレースを跨って、信号トレースに対して静電放電保護を行う。導電素子は、基板上でレイアウトのための領域を占めないことから、回路基板の信号トレースのレイアウトに影響しない状況下で、静電放電保護機能を実現し、回路基板設計上の柔軟性を有効的に向上できる。
【００１４】
本発明の上述した特徴と利点を更に明確化するために、以下に、実施例を挙げて図面と共に詳細な内容を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の一部の回路のレイアウト模式図である。
【図２】本発明の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態に基づき図示されたＰ×Ｄの数値と最低放電電圧の関係模式図である。
【図４】本発明の別の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１と図２を併せて参照すると、図１は、本発明の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の一部の回路のレイアウト模式図である。図２は、本発明の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。回路基板１００は、基板１２０と、少なくとも一つの信号トレースと、導電素子１６０と、を含んでもよく、導電素子１６０は、少なくとも一つの放電部を有する。説明しやすくするために、図１及び図２の実施形態は、二つの信号トレース１４１、１４２と、対応する二つの放電部１６１、１６２を例にして説明する。一本の信号トレースは、対応する一つの放電部と合わせる、または、三本以上の信号トレースは、三つ以上の放電部と合わせる実施形態については、以下の説明によって類推して知り得ることができる。
【００１７】
信号トレース１４１、１４２は、基板１２０に設けられる。図２に示すように、導電素子１６０は、基板１２０の接地平面ＧＰに電気的に接続され、信号トレース１４１、１４２を跨って設けられる。詳細には、基板１２０の接地平面ＧＰにはんだパッド１２２が設けられ、導電素子１６０の両端は、はんだによってはんだパッド１２２においてはんだ付けされ、導電素子１６０を接地平面ＧＰに電気的に接続させてもよい。放電部１６１の位置は、信号トレース１４１に対応し、放電部１６１と信号トレース１４１の間に、隙間ＧＡ１を有し、信号トレース１４１の静電気は、隙間ＧＡ１によって放電部１６１に放電され、放電部１６１によって接地平面ＧＰに流れる。同様に、放電部１６２の位置は、信号トレース１４２に対応し、放電部１６２と信号トレース１４２の間に、隙間ＧＡ２を有し、信号トレース１４２の静電気は、隙間ＧＡ２によって放電部１６２に放電され、放電部１６２によって接地平面ＧＰに流れる。理解できることは、信号トレース１４１と放電部１６１（または信号トレース１４２と放電部１６２）の間は、アーク放電（ａｒｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）によって回路基板１００の静電放電保護機能を実現する。
【００１８】
導電素子１６０は、基板１２０の接地平面ＧＰに立体配置され、信号トレース１４１、１４２を跨ることから、導電素子１６０は、基板１２０のレイアウトのための領域を占めない。このようにして、導電素子１６０は、回路基板１００の信号トレースのレイアウトに影響しない状況下で、静電放電保護機能を実現し、回路基板１００設計上の柔軟性を向上できる。
【００１９】
図２に示す実施形態において、放電部１６１、１６２は、鋸歯状構造であるが、本発明はこれに限定しない。本発明は、放電部１６１、１６２の形状に対して限定せず、静電放電保護機能を実現できればよい。
【００２０】
本発明の実施形態において、信号トレース１４１が放電部１６１に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧は、隙間ＧＡ１の距離Ｄ１によって決まり、隙間ＧＡ１の距離Ｄ１は、放電部１６１の鋸歯状構造の先端から信号トレース１４１までの（最短）距離である。同様に、信号トレース１４２が放電部１６２に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧は、隙間ＧＡ２の距離Ｄ２によって決まり、隙間ＧＡ２の距離Ｄ２は、放電部１６２の鋸歯状構造の先端から信号トレース１４２までの（最短）距離である。
【００２１】
さらに、信号トレース１４１が放電部１６１に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧は、パッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓ  ｌａｗ）に基づき、見積もることができ、パッシェンの法則は、下記式（１）で示される。ここで、Ｖｄは上記最低放電電圧、Ｂは定数、Ｐは回路基板１００がある環境の気圧値、Ｄは隙間ＧＡ１の距離Ｄ１、ｋは気圧値Ｐと隙間ＧＡ１の距離Ｄ１に関連するパラメータである。
【数２】
2019125772.tif 000004
【００２２】
詳細には、式（１）のＰ×Ｄの数値が０．１３３ｋＰａ−ｃｍ〜０．２  ｋＰａ−ｃｍの間にあると、式（１）のパラメータｋは、下記式（２）に基づいて決まる。また、式（１）のＰ×Ｄの数値が０．２ｋＰａ−ｃｍ〜１００ｋＰａ−ｃｍの間にあると、式（１）のパラメータｋは、下記式（３）に基づいて決まる。定数Ｂは、例えば、２７３７．５Ｖ／（ｋＰａ−ｃｍ）であってもよいが、本発明はこれに限定しない。
【数３】
2019125772.tif 000005
【数４】
2019125772.tif 000006
【００２３】
したがって、現在の回路基板１００がある環境の気圧値及び信号トレース１４１と放電部１６１の間の隙間ＧＡ１の距離Ｄ１を知り得るだけで、上記式（１）〜式（３）によって信号トレース１４１が放電部１６１に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧を見積もることができる。即ち、信号トレース１４１の電圧が、一旦、この最低放電電圧以上に上昇すると、隙間ＧＡ１の気体は、電気絶縁破壊現象が発生して、信号トレース１４１を、放電部１６１に対して放電させる。同様に、信号トレース１４２が放電部１６２に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧は、上記説明に基づき類推して知り得ることができることから、繰り返し述べない。
【００２４】
図２と図３を併せて参照すると、図３は、本発明の実施形態に基づき図示されたＰ×Ｄの数値と最低放電電圧の関係模式図である。図３からわかるように、Ｐ×Ｄの数値と上記最低放電電圧は、正の関係にある。即ち、Ｐ×Ｄの数値が大きくなるほど、上記最低放電電圧は高くなり、逆も然りである。したがって、気圧値Ｐが変わらない状況下では、設計者は、実際の使用または設計要求に応じて、上記図２の隙間ＧＡ１の距離Ｄ１を調整することで、信号トレース１４１が放電部１６１に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧を調整する効果を達成できる。または、上記図２の隙間ＧＡ２の距離Ｄ２を調整することで、信号トレース１４２が放電部１６２に対して静電放電（またはアーク放電）を行う最低放電電圧を調整する効果を達成できる。
【００２５】
図２と図４を併せて参照すると、図４は、本発明の別の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。図２の回路基板１００に類似しており、図４の回路基板１００’は、同様に、基板１２０と、信号トレース１４１、１４２と、導電素子１６０’と、を含む。図２の回路基板１００と図４の回路基板１００’との差異は、図２の導電素子１６０は、二つの放電部１６１、１６２を有し、図４の導電素子１６０’は一つの放電部１６３しか有さないことである。図４の放電部１６３の位置は、信号トレース１４１、１４２に対応する。放電部１６３と信号トレース１４１の間に、隙間ＧＡ１’を有し、隙間ＧＡ１’の距離Ｄ１’は、放電部１６３の鋸歯状構造の先端から、信号トレース１４１までの（最短）距離である。信号トレース１４１の静電気は、隙間ＧＡ１’によって放電部１６３に放電され、放電部１６３によって接地平面ＧＰに流れる。同様に、放電部１６３と信号トレース１４２の間に、隙間ＧＡ２’を有し、隙間ＧＡ２’の距離Ｄ２’は、放電部１６３の鋸歯状構造の先端から、信号トレース１４２までの（最短）距離である。信号トレース１４２の静電気は、隙間ＧＡ２’によって放電部１６３に放電され、放電部１６３によって接地平面ＧＰに流れる。また、図４の回路基板１００’のその他の実施形態の詳細は、上記図１〜図３の関連説明を参照すると、類推して知り得ることができることから、ここでは、繰り返し述べない。
【００２６】
図２と図５を併せて参照すると、図５は、本発明の他の実施形態に基づき図示された静電放電保護メカニズムを有する回路基板の図１の断面線Ａ−Ｂに沿った断面模式図である。図２の回路基板１００に類似しており、図５の回路基板２００は、同様に、基板１２０と、信号トレース１４１、１４２と、導電素子２６０と、を含む。図２の回路基板１００と図５の回路基板２００との差異は、図２の放電部１６１、１６２は、鋸歯状構造であり、図５の放電部２６１、２６２は、針状構造であることである。放電部２６１と信号トレース１４１の間に、隙間ＧＡ１１を有し、隙間ＧＡ１１の距離Ｄ１１は、放電部２６１の針状構造の先端から、信号トレース１４１までの（最短）距離である。信号トレース１４１の静電気は、隙間ＧＡ１１によって放電部２６１に放電され、放電部２６１によって接地平面ＧＰに流れる。同様に、放電部２６２と信号トレース１４２の間に、隙間ＧＡ１２を有し、隙間ＧＡ１２の距離Ｄ１２は、放電部２６２の針状構造の先端から、信号トレース１４２までの（最短）距離である。信号トレース１４２の静電気は、隙間ＧＡ１２によって放電部２６２に放電され、放電部２６２によって接地平面ＧＰに流れる。また、図５の回路基板２００のその他の実施形態の詳細は、上記図１〜図３の関連説明を参照すると、類推して知り得ることができることから、ここでは、繰り返し述べない。
【００２７】
本発明の上記実施形態で言及された静電放電保護メカニズムを有する回路基板は、例えば、サーバー、パソコン、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、個人用デジタル補助装置（ＰＤＡ）、デジタル音楽プレイヤーまたは有線またはワイヤレス電子装置等の各種種類の電子装置に用いてもよい（が限定しない）。このようにして、電子装置内部の電子素子は、過度の電気的過大応力による故障または永久的な破壊を回避できる。
【００２８】
以上より、本発明の実施形態が提出する静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置は、導電素子を基板の接地平面に立体配置し、信号トレースを跨って、信号トレースに対して静電放電保護を行う。導電素子は、基板上でレイアウトのための領域を占めないことから、回路基板の信号トレースのレイアウトに影響しない状況下で、静電放電保護機能を実現し、回路基板設計上の柔軟性を向上できる。
【００２９】
本文は以上の実施例のように示したが、これに限られるものではなく、当業者が本発明の精神の範囲から逸脱しない範囲において、変更又は修正することが可能であるが故に、本発明の保護範囲は均等の範囲にまで及ぶものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、回路基板の信号トレースのレイアウトに影響しない状況下で、静電放電保護機能を実現し、回路基板設計上の柔軟性を向上できる、静電放電保護メカニズムを有する回路基板及びこの回路基板を有する電子装置を提供する。
【符号の説明】
【００３１】
１００、１００’、２００：回路基板
１２０：基板
１２２：はんだパッド
１４１、１４２：信号トレース
１６０、１６０’、２６０：導電素子
１６１、１６２、１６３、２６１、２６２：放電部
Ａ−Ｂ：断面線
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ１１、Ｄ１２：距離
ＧＡ１、ＧＡ２、ＧＡ１’、ＧＡ２’、ＧＡ１１、ＧＡ１２：隙間
ＧＰ：接地平面
【図１】
2019125772.tif 000009
【図２】
2019125772.tif 000010
【図３】
2019125772.tif 000011
【図４】
2019125772.tif 000012
【図５】
2019125772.tif 000013