CN101194545B - 用于静电放电保护的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

通过经由电绝缘片之中的ESD通道将静电电荷引入地，在电子装置中提供一种静电放电(ESD)保护的设备、系统和方法。ESD通道位于电绝缘片之中，从而提供到达地的电通路，该ESD通道具有比电通路更低的阻抗，从而保护由电绝缘片覆盖的区域。因此，ESD就沿着最小电阻的通路安全到达地，而不会到达电子装置之中的关键元件。在示例性实施方式中，ESD通道是键盘的半球接触层中的开孔，其中开孔位于印刷电路板(PCB)的一个或多个接地区上方，且半球接触层的绝缘材料覆盖PCB的防止ESD的区域。通过实施专用GPIO线，接地金属半球覆盖受到ESD保护的目标放电区中的信号焊盘。不用附加的端口或绝缘体的情况下，防止装置元件受到ESD的影响。

Description

用于静电放电保护的设备、系统和方法
技术领域
本发明一般性地涉及电子装置，更具体地涉及一种用于在电子装置中静电放电(ESD)保护的设备、系统和方法。
背景技术
电子装置例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放机和便携式计算机都易受到静电放电(ESD)的损坏。ESD是在两个物体之间电荷的快速且自发转移。在干燥环境下的ESD的一个例子包括：在因拖曳地毯已经形成静电电荷之后，将手或身体靠近门把手时，因静电电荷的放电而导致“点击”或电火花。在各种情况下ESD都会发生，然而，不必触摸也会对电子装置中的敏感元件导致严重损坏。键盘、按钮和电子装置中的其它用户接口为静电电荷进入电子装置部件，提供了极其容易的进入点。
一些常规的设计通过在易受损伤区域处增加绝缘材料的厚度来减少电子装置对ESD的敏感性。例如，可以增加形成键盘的成形橡胶层的厚度来使灵敏元件与ESD绝缘。这种技术的局限性在于，随着厚度的增加，电子装置的总体尺寸也会增加。而且，由于更厚的键盘需要更多的材料，所以这种电子装置就更加难于制造且更加昂贵，并且这种电子装置更加难于操纵。更厚的材料还会导致体积更大、灵敏度更低的键盘，且更加难于使用。
用于减少对ESD的敏感性的其它现有技术包括设置电路元件，诸如二极管，以“短路”ESD并将电荷直接引到地。然而，这些方法的局限性在于，增加了电子装置的复杂性和成本。
其它常规设计包括环绕于键盘的至少一些按键处、且被连接到电子装置的地的导电孔罩(conductive escutcheon)。这种技术的局限性在于，孔罩难于制造且会增加成本。而且，孔罩通常不能被形成为适合保护其易受ESD穿透攻击的区域。例如，当键盘的按键的尺寸减小时，用于定位导电孔罩的部分也因此而减少，这样就会产生不能够受到ESD保护的装置区域。
因此，在电子装置中就需要一种用于静电放电(ESD)保护的设备、系统和方法。
附图说明
图1是根据本发明的具体实施例的电子装置的侧视方框图；
图2是位于电子装置的印刷电路板上方的电绝缘片的俯视方框图；
图3是根据其中电绝缘片包括半球接触片的示例性性实施方式的ESD保护组件的分解透视图；
图4是根据示例性性实施方式的PCB的一部分的俯视图；以及
图5是根据其中电子装置是蜂窝电话的示例性性实施方式的电子装置的分解图。
具体实施方式
通过经由电绝缘片之中的ESD通道将静电电荷引入地，在电子装置中提供一种静电放电(ESD)保护的设备、系统和方法。ESD通道位于电绝缘片之中，从而提供到达地的电通路，该ESD通道具有比电通路更低的阻抗，从而保护由电绝缘片覆盖的区域。因此，ESD就沿着最小电阻的通路安全到达地，而不会到达电子装置之中的关键元件。在示例性实施方式中，ESD通道是键盘的半球接触层中的开孔(opening)，其中开孔位于印刷电路板(PCB)的一个或多个接地区上方，且半球接触层的绝缘材料覆盖PCB的防止ESD的区域。
图1是根据本发明的示例性实施方式的电子装置的ESD防护组件100的侧视方框图，且图2是其俯视图。在图1和图2中的方框通常表示用于防止电子装置中的区域114受到静电放电(ESD)影响的电绝缘片104、和印刷电路板102的示意性相对配置结构，并且所有各元件不一定需要示出的相关尺寸或位置。在示例性实施方式中，将电绝缘片104实现为便携式通讯装置例如蜂窝电话或无线PDA的一部分。
如上所讨论的，电子装置易于受到ESD的影响而损坏。当沿着从ESD源108到电子装置的任何通路的阻抗非常低时，ESD源108，诸如人体或手、装置上的金属按键或能够集聚静电电荷的其它物体，就会产生静电放电(ESD)106。如果ESD通路穿过关键元件或在关键元件处终止，就会导致损坏。在示例性实施方式中，ESD 106被引导通过放电路径，该放电路径避开了放电防止区114之中的电子元件和信号路线。
在电绝缘片104之中的放电通道110提供到达电子装置的地电位的相对低的阻抗通路。放电通道110具有比电绝缘片104的绝缘片阻抗更小的通道阻抗。放电通道110邻近于印刷电路板102的暴露接地区112。因此，接地区112的至少一部分暴露于放电通道110之下，从而为ESD 106提供到达装置地的封闭电通路。在示例性实施方式中，接地区112是PCB 102表面上的铜的一部分。接地区112可以包括到达PCB 102之中的其它接地层的通孔，并且可具有任意的形状和尺寸。
在示例性实施方式中，电绝缘片104包括多个放电通道110，放电通道110由电绝缘片104中的开孔形成。然而，可以采用其它技术或元件来形成放电通道110。例如，在一些情况下，放电通道110可以包括比绝缘片104更薄的绝缘材料层。此外，可以将导电材料插入通过电绝缘片104，或者将其定位在电绝缘片104中，以便提供到达暴露接地区112的电通路。因此，放电通道110可以是为了将ESD 106引入电子装置之中的目标放电区，以避开放电防止区114而形成的、具有比绝缘片104更低的电阻抗的任意的配置、机制或材料。
图3是根据本发明的示意性实施方式的ESD保护组件100的分解透视图，其中电绝缘片104包括半球接触片302。半球接触片302包括多个半球接触304，当装配ESD保护组件100时，半球接触304与电路板102上的一组接触焊盘306-308对准。半球接触304和印刷电路板102上的接触焊盘306-308形成用于从电子装置外部可接触的按键的半球接触开关。每个半球接触304都与一组接触焊盘306、308对准，该接触焊盘包括中心连接焊盘310和外围接触焊盘312。如参照图4进一步详细讨论的，外围接触焊盘312是接地区112的、用于目标放电区314中的接触焊盘306的一部分。
在示例性实施方式中，放电通道110包括通过半球接触片302延伸的多个开孔。各开孔战略地与在目标放电区314之中的、PCB 102上的目标放电位置316对准。通过使PCB 102的暴露接地区112上的目标放电位置316处于距离易受ESD 106影响的元件和路线的安全距离处，就能够使ESD 106导致的对电子装置的损坏最小化。因此，到达目标放电位置316的静电放电106就会避开放电防止区114进行放电。
图4是根据示例性实施方式的PCB102的俯视图。根据公知的技术，当按压半球接触304时，就会在一对接触焊盘306、308之间形成电连接。当按压半球接触304时，它就会变形接触中心接触焊盘310，同时导电半球接触304的一部分与外围接触焊盘312接触，导致中心接触焊盘310和外围接触焊盘312之间的电连接。一个或多个接触焊盘310、312就会连接到信号线。在许多情况下，由包含驱动线和传感信号线的多条信号线形成的阵列，允许处理器基于在各信号之间的独特组合连接，确定激活的开关。这种结构就会使专用于键盘的通用并行输入输出(GPIO)线的数量最小化。然而，在目标放电区314内的接触焊盘306包括作为接地区112的一部分的外围接触312。为了使ESD 106通过半球接触304到达信号线的几率最小化，将外围接触312接地，同时与外围接触312接触的半球接触304防止中心接触310受到ESD 106的影响。由于将接触焊盘312之一接地，所以就需要专用GPIO线检测对应于半球接触开关的按键的激活。由于在电子装置中许多GPIO线保持未使用，因此在绝大多数设计中这种需求不成问题。
图5是根据本发明的示例性实施方式的、在其中电子装置是便携式通讯装置(诸如蜂窝电话)的电子装置500的分解图。可以使用任何数量的结构和元件，以形成包括在本文中描述的ESD保护方法和设备的各种类型的任何装置。柔性键盘502通过壳体504的前部分延伸，从而提供一种用于激活半球接触开关的机制。铬键盘506可通过壳体504前部分的开孔接触，并包括用于激活靠近扬声器508的半球接触开关的按键。在示例性实施方式中，扬声器508在塑料扬声器壳体510中位于铬键盘506之后。扬声器壳体510位于柔性键盘502中的凹陷区之内。其它元件诸如视觉显示器512也通过壳体504内的开孔延伸。
在示例性实施方式中，铬键盘506是积累电荷的不固定的金属物体。电位的增加将最终找到用于放电的电通路。为了防止电子装置500的元件的损坏，通过战略性地使得放电通道112位于半球接触片302上，建立至少一个到达装置地的装置放电通路514。因此，放电通路包括通过电绝缘片104(半球接触片302)的放电通道112中的一个。放电通路514提供到达接地区112的低阻抗通路，该阻抗通路和装置500外部的其它通路相比，具有更低阻抗。因此，任何ESD 106都是在不穿过放电防止区114的情况下，路由通过电子装置500，由此使对装置元件的损坏可能性最小化。
因此，在示例性实施方式中，电子装置500，诸如便携式通讯装置，包括用于将ESD 106引导至印刷电路板102的接地区112的放电通路514。电绝缘片104中的一个或多个放电通道110具有比电绝缘片的绝缘电阻抗更低的通道阻抗，以提供用于ESD 106到达地的相对低的阻抗通路。在示例性实施方式中，电绝缘片104包括半球接触片302，其中在暴露的接地区112之上形成目标放电区316。因此，不用附加的元件或绝缘，就能够使受到ESD 106的影响最小化。
显然，根据本发明的教导，本领域普通技术人员可以对本发明进行其它的实现和修改。上述描述是说明性的而不是限制性的。本发明仅由所述的权利要求书进行限定，当结合上述说明和附图进行理解时权利要求书包括所有这些实施例和修改。因此，不能参照上述说明书来确定本发明的范围，而应当参照所附的权利要求书及其它们的等同含义的所有范围来确定本发明的范围。

Claims (8)

1.一种静电放电保护装置，包括：
电绝缘片，具有多个放电通道，多个所述放电通道包括电绝缘材料层，所述电绝缘材料层比所述电绝缘片中除了所述放电通道之外的其它区域要薄，从而使得每个所述放电通道具有的通道电阻抗比所述电绝缘片的绝缘电阻抗小，所述电绝缘片被配置为将静电放电引导到与所述电绝缘片相邻的地电位区。
2.根据权利要求1所述的静电放电保护装置，还包括印刷电路板，所述电绝缘片位于所述印刷电路板上方，所述放电通道为与所述地电位区相邻的开孔，所述地电位区设置于所述印刷电路板。
3.根据权利要求2所述的静电放电保护装置，其中，所述电绝缘片是包括多个半球接触的半球接触片，所述半球接触被配置以当变形时在所述印刷电路板上形成电连接。
4.一种便携式电子装置，包括：
具有接地区和多个接触焊盘的印刷电路板，所述多个接触焊盘中的每一个包括中心连接焊盘和与中心连接焊盘邻近的外围接触焊盘；以及
电绝缘片，包括：
与所述多个接触焊盘对准的多个半球接触，其中，每一个所述半球接触变形时，在所述中心连接焊盘和所述外围接触焊盘之间形成电连接；以及
多个放电通道，多个所述放电通道包括电绝缘材料层，所述电绝缘材料层比所述电绝缘片中除了所述放电通道之外的其它区域要薄，所述放电通道具有的通道电阻抗比所述电绝缘片的绝缘电阻抗小，所述电绝缘片位于与所述印刷电路板相邻的位置，以将所述放电通道排列于接地区的至少一部分上方。
5.根据权利要求4所述的便携式电子装置，其中，多个所述放电通道被配置为，将来源于所述印刷电路板的相对一侧的静电放电引导至所述接地区。
6.根据权利要求4所述的便携式电子装置，其中，当用户按压位于所述便携式电子装置外部上的按键时，所述多个半球接触变形。
7.根据权利要求6所述的便携式电子装置，其中，外围接触焊盘包括地电位接触区。
8.根据权利要求4所述的便携式电子装置，其中，所述便携式电子装置包括便携式通讯装置。
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