專利名稱：一種電路板接口靜電放電防護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板的靜電防護(hù) ，特別是一種電路板接口靜電放電防護(hù)電路。
背景技術(shù)：
靜電放電(Electro Static Discharge,ESD)防護(hù)技術(shù)是集成電路、電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，有報(bào)道顯示，靜電放電導(dǎo)致的集成電路損壞占集成電路損壞總數(shù)的35% 55%，其中美國每年由于靜電放電問題導(dǎo)致的損失將近300億美元。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，更高傳輸速度的接口成為制約高速通信技術(shù)的重要影響因素。由于接口要在各種環(huán)境下與外界頻繁接觸，通常要求接口的ESD防護(hù)性能達(dá)到上萬伏的ESD HBM模型(HumanBody Model，人體模式)防護(hù)水平，為了解決此問題，傳統(tǒng)的方法是利用一種TVS(TRANSIENTVOLTAGE SUPPRESSOR,瞬變抑制)二極管結(jié)構(gòu)安裝在信號(hào)線與地線之間，極性為地線向信號(hào)線正偏，將ESD電流通過TVS 二極管的反偏擊穿釋放掉。這種技術(shù)存在幾個(gè)問題，其中最重要的是TVS的擊穿電壓要略高于信號(hào)線的工作電壓，此外要獲得大的反偏擊穿電流，勢(shì)必要求TVS面積要做得很大，無法降低TVS的寄生電容，從而導(dǎo)致接口的傳輸速度難于達(dá)到要求。也有在VDD (高壓MPGND (地)之間安裝TVS，在信號(hào)線與VDD之間、GND與信號(hào)線之間安裝二極管的方法，這種方法比放置單個(gè)TVS 二極管的做法有很大的改進(jìn)，但由于TVS擊穿電壓必須高于接口工作電壓，也導(dǎo)致難于將提高接口 ESD防護(hù)能力與降低接口寄生電容兩者有效結(jié)合在一起，難于滿足射頻接口的ESD設(shè)計(jì)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于電路板接口靜電放電防護(hù)的電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)中TVS面積很大，無法降低TVS寄生電容的問題，以及采用信號(hào)線與VDD之間、GND與信號(hào)線之間安裝二極管方案中導(dǎo)致難于將提高接口 ESD防護(hù)能力與降低接口寄生電容兩者有效結(jié)合在一起，難于滿足射頻接口的ESD設(shè)計(jì)需求的問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種電路板接口靜電放電防護(hù)電路，包括高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層，所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有至少I個(gè)被保護(hù)電路，所述被保護(hù)電路通過高壓電源端與所述高壓導(dǎo)線層電連接，所述被保護(hù)電路通過低壓電源端與所述低壓導(dǎo)線層電連接，所述被保護(hù)電路設(shè)有信號(hào)接口，還包括靜電存儲(chǔ)電路、第一二極管電路和第二二極管電路；所述靜電存儲(chǔ)電路電連接于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間，用于臨時(shí)吸收所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間的靜電電荷；所述第一二極管電路電連接于所述高壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間，且所述第一二極管電路的正極端與所述信號(hào)接口連接，所述第一二極管電路的負(fù)極端與所述高壓導(dǎo)線層連接；所述第二二極管電路電連接于所述低壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間，且所述第二二極管電路的負(fù)極端與所述信號(hào)接口連接，所述第二二極管電路的正極端與所述低壓導(dǎo)線層連接。本發(fā)明公開的電路板接口靜電放電防護(hù)電路在靜電放電事件發(fā)生時(shí)，靜電電荷通過上述高壓導(dǎo)線層與信號(hào)接口之間的第一二極管，以及低壓導(dǎo)線層與信號(hào)接口之間的第二二極管傳遞到高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層上，并被高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間的靜電存儲(chǔ)電路吸收掉，靜電存儲(chǔ)電路吸收的電荷，可通過被保護(hù)電路的漏電釋放掉，從而達(dá)到對(duì)被保護(hù)電路進(jìn)行靜電防護(hù)的目的。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述第一二極管電路由I個(gè)第一二極管組成，所述第一二極管的正極與所述信號(hào)接口連接，所述第一二極管的負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接。進(jìn)一步，所述第一二極管電路由至少2個(gè)第一二極管組成，所述至少2個(gè)第一二極管彼此正負(fù)極相連，且與所述信號(hào)接口連接的第一二極管通過其正極與所述信號(hào)接口連接，與所述高壓導(dǎo)線層連接的第一二極管通過其負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接。進(jìn)一步，所述第二二極管電路由I個(gè)第二二極管組成，所述第二二極管的負(fù)極與所述信號(hào)接口連接，所述第二二極管的正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。
進(jìn)一步，所述第二二極管電路由至少2個(gè)第二二極管組成，所述至少2個(gè)第二二極管彼此正負(fù)極相連，且與所述信號(hào)接口連接的第二二極管通過其負(fù)極與所述信號(hào)接口連接，與所述低壓導(dǎo)線層連接的第二二極管通過其正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。進(jìn)一步，所述二極管為PN結(jié)二極管和/或肖特基二極管。進(jìn)一步，所述靜電存儲(chǔ)電路由I個(gè)電容組成，所述電容電連接于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述靜電存儲(chǔ)電路由至少2個(gè)電容組成，所述至少2個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述信號(hào)接口為電信號(hào)接口、磁信號(hào)接口、光信號(hào)接口、氣體信號(hào)接口或者力信號(hào)接口。進(jìn)一步，還包括與所述高壓導(dǎo)線層電連接的高壓接口和與所述低壓導(dǎo)線層電連接的低壓接口。進(jìn)一步，所述高壓導(dǎo)線層為至少I個(gè)，所述低壓導(dǎo)線層為至少I個(gè)；所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有靜電放電保護(hù)單元，用于在所述電路正常工作時(shí)將與所述靜電放電保護(hù)單元電連接的導(dǎo)線層進(jìn)行電性分離，在靜電放電發(fā)生時(shí)將與所述靜電放電保護(hù)單元電連接的導(dǎo)線層進(jìn)行電性短接。進(jìn)一步，所述靜電放電保護(hù)單元由I個(gè)電容組成，所述電容電連接于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述靜電放電保護(hù)單元由至少2個(gè)電容組成，所述至少2個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述靜電放電保護(hù)單元由I個(gè)二極管組成，所述二極管電連接于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述靜電放電保護(hù)單元由至少2個(gè)二極管組成；所述二極管相互串聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者所述二極管為I個(gè)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者所述二極管為2個(gè)以上串聯(lián)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。進(jìn)一步，所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有漏電電阻。進(jìn)一步，所述高壓電源端與低壓電源端之間電連接有漏電電阻。進(jìn)一步，所述被保護(hù)電路內(nèi)部設(shè)有箝位電路。進(jìn)一步，所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間設(shè)有過壓保護(hù)箝位電路。進(jìn)一步，所述過壓保護(hù)箝位電路 為瞬變抑制二極管，所述瞬變抑制二極管的負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接，所述瞬變抑制二極管的正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。進(jìn)一步，所述過壓保護(hù)箝位電路為壓敏電阻，所述壓敏電阻的兩端分別與所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層連接。本發(fā)明在靜電放電事件發(fā)生時(shí)，以信號(hào)接口對(duì)低壓接口發(fā)生正電壓ESD事件為例，靜電脈沖可通過信號(hào)接口進(jìn)入到與高壓導(dǎo)線層之間的第一二極管傳遞到高壓導(dǎo)線層，由安裝在高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間的靜電存儲(chǔ)電路(電容)吸收掉，將高壓導(dǎo)線層、低壓導(dǎo)線層、信號(hào)接口之間的電壓箝位在一個(gè)很低的電壓水平，對(duì)被保護(hù)電路起到靜電放電保護(hù)的作用。由于電容不存在閂鎖問題，高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間的電壓可箝位在一遠(yuǎn)小于工作電壓的水平，由于二極管使用的是正偏特性，達(dá)到相同靜電放電防護(hù)性能的二極管面積可比TVS 二極管小幾十倍，此外，由于高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間的箝位電壓極低，二極管還可進(jìn)一步采用小電容設(shè)計(jì)，如采用串聯(lián)二極管設(shè)計(jì)等，可進(jìn)一步降低寄生電容，達(dá)到同時(shí)解決ESD防護(hù)性能與接口工作速度的目的。


圖I為本發(fā)明電路板接口靜電放電防護(hù)電路的示意 圖2為本發(fā)明在一種多信號(hào)接口時(shí)的應(yīng)用情況示意 圖3為本發(fā)明在較大接口電路里的應(yīng)用情況示意 圖4為圖3所示實(shí)施例中的電容放置分布示意 圖5為本發(fā)明的一種多接口應(yīng)用情況示意 圖6為本發(fā)明的另一種多接口應(yīng)用情況不意 圖7為本發(fā)明的另外第二種多接口應(yīng)用情況示意 圖8為本發(fā)明在一種多電路板接口中的應(yīng)用情況示意 圖9為一種將本發(fā)明應(yīng)用在已裝有TVS結(jié)構(gòu)接口電路里的使用情況示意 圖10為另一種將本發(fā)明應(yīng)用在已裝有TVS結(jié)構(gòu)接口電路里的使用情況示意 圖11為兩種本發(fā)明涉及電容吸收電荷后的釋放方法電路示意圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下
11、高壓導(dǎo)線層，111、第一高壓導(dǎo)線層，112、第二高壓導(dǎo)線層，12、低壓導(dǎo)線層，121、第一低壓導(dǎo)線層，122、第二低壓導(dǎo)線層，13、信號(hào)線，131、第一信號(hào)線，132、第二信號(hào)線，13N、第N信號(hào)線，14、第二二極管，141、二極管，142、二極管，14N、二極管，15、第一二極管，151、二極管，152、二極管，15N、二極管，16、電容，161、電容，16M、電容，17、ESD防護(hù)單元，171、第一 ESD防護(hù)單元，172、第二 ESD防護(hù)單元，30、接口線路，31、高壓接口，311、第一高壓接口，312、第二高壓接口，32、低壓接口，321、第一低壓接口，322、第二低壓接口，33、信號(hào)接口，331、第一信號(hào)接口，332、第二信號(hào)接口，33N第N信號(hào)接口，40、被保護(hù)電路，41、高壓電源端，411、第一高壓電源端，412、第二高壓電源端，42、低壓電源端，421、第一低壓電源端，422、第二低電壓電源端,43、信號(hào)端,431、第一信號(hào)端，432、第二信號(hào)端,43N、第N信號(hào)端，50、TVS 二極管，51、第一 TVS 二極管，52、第二 TVS 二極管，60、第一漏電電阻，61、第二漏電電阻。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I所示，本發(fā)明的電路板接口靜電放電防護(hù)電路中包括高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12 ;高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間電連接有電容16 ;信號(hào)接口 33 (I/O接口)與被保護(hù)電路40的信號(hào)端43通過信號(hào)線13連接在一起；信號(hào)線13與高壓導(dǎo)線層11之間，設(shè)有極性為信號(hào)線13向高壓導(dǎo)線層11正偏的第一二極管15，即第一二極管15的正極連接在信號(hào)線13上，第一二極管15的負(fù)極連接在高壓導(dǎo)線層11上；位于低壓導(dǎo)線層12與信號(hào)線13之間，設(shè)有極性為低壓導(dǎo)線層12向信號(hào)線13正偏的第二二極管14，即第二二極管14的·負(fù)極連接在信號(hào)線13上，第二二極管14的正極連接在低壓導(dǎo)線層12上；一組至少包含信號(hào)接口 33的接口線路30，其中還包括有與高壓導(dǎo)線層11電連接的高壓接口 31和與低壓導(dǎo)線層12電連接的低壓接口 32，信號(hào)接口 33可以為電信號(hào)接口、磁信號(hào)接口、光信號(hào)接口、氣體信號(hào)接口或者力信號(hào)接口等；由與高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12連接在一起的高壓電源端41和低壓電源端42所供電的被保護(hù)電路40 ;該被保護(hù)電路40又通過與信號(hào)端43連接在一起的信號(hào)線13、信號(hào)接口 33與外部電路通信。本發(fā)明中的二極管可采用PN結(jié)二極管和/或肖特基二極管。在靜電放電事件發(fā)生時(shí)，以信號(hào)接口 33對(duì)低壓接口 32發(fā)生正電壓ESD事件為例，靜電脈沖可通過信號(hào)接口 33進(jìn)入到信號(hào)線13，并通過信號(hào)線13與高壓導(dǎo)線層11之間的第一二極管15將靜電脈沖傳遞到高壓導(dǎo)線層11，由安裝在高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間的電容16吸收掉，將高壓導(dǎo)線層11、低壓導(dǎo)線層12、信號(hào)線13之間的電壓箝位在一個(gè)很低的電壓水平，對(duì)被保護(hù)電路40起到靜電放電保護(hù)的作用。由于電容16不存在閂鎖問題，高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間的電壓可箝位在一遠(yuǎn)小于工作電壓的水平，由于第一二極管15使用的是正偏特性，達(dá)到相同靜電放電防護(hù)性能的二極管面積可比TVS 二極管小幾十倍，此外，由于高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間的箝位電壓極低，第一二極管15和第二二極管14還可以進(jìn)一步采用小電容設(shè)計(jì)，如采用串聯(lián)二極管設(shè)計(jì)等，可進(jìn)一步降低寄生電容，達(dá)到同時(shí)解決ESD防護(hù)性能與接口工作速度的目的。電容吸收的電荷，通過集成電路漏電釋放掉。圖I中電容16部分為一個(gè)靜電存儲(chǔ)電路，除了圖I中所采用電容16實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能外，還可以由2個(gè)或者2個(gè)以上的電容組成，多個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12之間，同樣可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。圖I中的第一二極管15部分為一個(gè)第一二極管電路，圖I所示的采用I個(gè)第一二極管15的形式僅為第一二極管電路的一個(gè)最簡單的形式，其還可以由2個(gè)或2個(gè)以上的第一二極管組成，多個(gè)第一二極管彼此正負(fù)極相連，且與信號(hào)接口 33 (即與信號(hào)線13)連接的第一二極管通過其正極與信號(hào)接口 33 (即與信號(hào)線13)連接，與高壓導(dǎo)線層11連接的第一二極管通過其負(fù)極與高壓導(dǎo)線層11連接。
圖I中的第二二極管14部分為一個(gè)第二二極管電路，圖I所示的采用I個(gè)第二二極管14的形式僅為第二二極管電路的一個(gè)最簡單的形式，其還可以由2個(gè)或2個(gè)以上的第二二極管組成，多個(gè)第二二極管彼此正負(fù)極相連，且與信號(hào)接口 33 (即與信號(hào)線13)連接的第二二極管通過其負(fù)極與信號(hào)接口 33 (即與信號(hào)線13)連接，與低壓導(dǎo)線層12連接的第二二極管通過其正極與低壓導(dǎo)線層12連接。如圖2所示為兩個(gè)信號(hào)接口的電路板接口電路示意圖。圖2中，被保護(hù)電路40有兩個(gè)信號(hào)端，分別為第一信號(hào)端431和第二信號(hào)端432 ;接口線路30中有兩個(gè)信號(hào)接口，分別為第一信號(hào)接口 331和第二信號(hào)接口 332 ;第一信號(hào)端431和第一信號(hào)接口 331之間連接有第一信號(hào)線131 ;第二信號(hào)端432和第二信號(hào)接口 332之間連接有第二信號(hào)線132 ;高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12之間連接有電容16 ;高壓導(dǎo)線層11和第一信號(hào)線131之間連接有二極管151，二極管151的正極與第一信號(hào)線131連接，二極管151的負(fù)極與高壓導(dǎo)線層11連接；低壓導(dǎo)線層12和第一信號(hào)線131之間連接有二極管141，二極管141的正極與低壓導(dǎo)線層12連接，二極管141的負(fù)極與第一信號(hào)線131連接；高壓導(dǎo)線層11和第二信 號(hào)線132之間連接有二極管152，二極管152的正極與第二信號(hào)線132連接，二極管152的負(fù)極與高壓導(dǎo)線層11連接；低壓導(dǎo)線層12和第二信號(hào)線132之間連接有二極管142，二極管142的正極與低壓導(dǎo)線層12連接，二極管142的負(fù)極與第二信號(hào)線132連接。在靜電放電事件發(fā)生時(shí)，如第一信號(hào)接口 331對(duì)第二信號(hào)接口 332放正的ESD脈沖，靜電信號(hào)會(huì)通過第一信號(hào)接口 331進(jìn)入第一信號(hào)線131，并通過第一信號(hào)線131與高壓導(dǎo)線層11之間的正偏的二極管151進(jìn)入高壓導(dǎo)線層11，通過高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間的電容16進(jìn)入低壓導(dǎo)線層12，并通過低壓導(dǎo)線層12與第二信號(hào)線132之間的正偏的二極管142進(jìn)入第二信號(hào)線132，最終流出到第二信號(hào)接口 332處。在此過程中，二極管151、二極管142均表現(xiàn)為正偏特性，器件上的電壓降非常小，高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12之間的寄生電阻通?！碠. I歐姆，產(chǎn)生的電壓降也有限，由于靜電脈沖存儲(chǔ)的電荷很少，以5000V HBM (human body model，人體放電模型)靜電為例，存儲(chǔ)的電荷為5000VX IOOpF;電容16按I y F計(jì)算，電容上的最大電壓降為0. 5V，與傳統(tǒng)的TVS等結(jié)構(gòu)相比，可以對(duì)被保護(hù)電路40產(chǎn)生更好的ESD保護(hù)效果。實(shí)際當(dāng)中，接口電路30的信號(hào)接口數(shù)量大小不一，有幾個(gè)的，也有數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)的，在空間上的跨度也有大有小，有幾毫米的，也有將近一分米的。對(duì)于空間跨度較大的接口電路(如I分米)，可以采用圖3所示接口電路的靜電放電防護(hù)結(jié)構(gòu)。圖3中，共有N個(gè)信號(hào)端(第一信號(hào)端431 第N信號(hào)端43N)和N個(gè)信號(hào)接口(第一信號(hào)接口 331 第N信號(hào)接口 33N)，N個(gè)信號(hào)端和N個(gè)信號(hào)接口之間分別通過N個(gè)信號(hào)線(第一信號(hào)線131 第N信號(hào)線13N)連接，其中N大于等于2 ;高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12之間共有M個(gè)電容連接(電容161 電容16M)，其中M大于等于I ;第N信號(hào)線13N和高壓導(dǎo)線層11之間連接有二極管15N，二極管15N的正極與第N信號(hào)線13N連接，二極管15N的負(fù)極與高壓導(dǎo)線層11連接；第N信號(hào)線13N和低壓導(dǎo)線層12之間連接有二極管14N，二極管14N的負(fù)極與第N信號(hào)線13N連接，二極管14N的正極與低壓導(dǎo)線層12連接。在具體實(shí)施時(shí)，可以在接口電路處將一層導(dǎo)電層全部用于制作高壓導(dǎo)線層11，將一層導(dǎo)電層全部用于制作低壓導(dǎo)線層12，并通過電路板上的過孔連接到電路板表面的焊盤上，用于焊接高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間的電容。對(duì)于圖3所示的電路結(jié)構(gòu)，若只在高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間只焊接一個(gè)電容161，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線層之間的走線寄生電感偏大，加大了對(duì)內(nèi)核電路靜電放電保護(hù)失效的風(fēng)險(xiǎn)。為了降低寄生電感，可以在高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間放置多個(gè)電容，特別是在沿著接口分布的位置放置多個(gè)電容，如圖3和圖4所示。以第N信號(hào)接口 33N對(duì)低壓接口 32放正的ESD脈沖為例，靜電脈沖的前沿到達(dá)第N信號(hào)接口 33N后，通過正偏的二極管15N進(jìn)入高壓導(dǎo)線層11，在寄生電感作用下，就近選擇電容16M到達(dá)低壓導(dǎo)線層12，并由低壓接口 32流出；隨著時(shí)間的推移，由感抗理論可知，導(dǎo)線層上寄生電感影響減弱，電容161 電容16(M-1)可以發(fā)揮出與16M同樣的效果，共同發(fā)揮對(duì)高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12箝位的作用，由于就近電容主要是在脈沖前沿到達(dá)時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用，在后繼的時(shí)間里作用大幅度減弱，因此，在電容值方面，可適當(dāng)降低，例如，假設(shè)設(shè)計(jì)需要使用一個(gè)F的電容,采用圖3或者圖4電容放置結(jié)構(gòu)后，以放置5個(gè)電容為例,每個(gè)電容的 電容值可以為111 511 的任何電容值。有些電路板會(huì)使用到多個(gè)電源接口(高壓接口、低壓接口)，如圖5所示。圖5為一種多電源接口應(yīng)用情況，圖5中共有2個(gè)高壓導(dǎo)線層、2個(gè)低壓導(dǎo)線層、2個(gè)高壓接口、2個(gè)低壓接口、2個(gè)信號(hào)線、2個(gè)信號(hào)接口、4個(gè)二極管、2個(gè)電容和I個(gè)ESD防護(hù)單元(靜電放電保護(hù)單元)；被保護(hù)電路40 (被保護(hù)電路)分別通過第一高壓電源端411、第一低壓電源端421、第二高壓電源端412和第二低電壓電源端422與第一高壓導(dǎo)線層111、第一低壓導(dǎo)線層121、第二高壓導(dǎo)線層112和第二低壓導(dǎo)線層122連接；被保護(hù)電路40的第一信號(hào)端431和第一信號(hào)接口 331之間通過第一信號(hào)線131連接，被保護(hù)電路40的第二信號(hào)端432和第二信號(hào)接口 332之間通過第二信號(hào)線132連接；位于第一信號(hào)線131與第一高壓導(dǎo)線層111之間，設(shè)有極性為第一信號(hào)線131向第一高壓導(dǎo)線層111正偏的二極管151，即二極管151的正極連接在第一信號(hào)線131上，二極管151的負(fù)極連接在第一高壓導(dǎo)線層111上；位于第一低壓導(dǎo)線層121與第一信號(hào)線131之間，設(shè)有極性為第一低壓導(dǎo)線層121向第一信號(hào)線131正偏的二極管141，即二極管141的負(fù)極連接在第一信號(hào)線131上，二極管141的正極連接在第一低壓導(dǎo)線層121上；第一高壓導(dǎo)線層111和第一低壓導(dǎo)線層121之間連接有電容161 ;位于第二信號(hào)線132與第二高壓導(dǎo)線層112之間，設(shè)有極性為第二信號(hào)線132向第二高壓導(dǎo)線層112正偏的二極管152，即二極管152的正極連接在第二信號(hào)線132上，二極管152的負(fù)極連接在第二高壓導(dǎo)線層112上；位于第二低壓導(dǎo)線層122與第二信號(hào)線132之間，設(shè)有極性為第二低壓導(dǎo)線層122向第二信號(hào)線132正偏的二極管142，即二極管142的負(fù)極連接在第二信號(hào)線132上，二極管142的正極連接在第二低壓導(dǎo)線層122上；第二高壓導(dǎo)線層112和第二低壓導(dǎo)線層122之間連接有電容162 ;在第一低壓導(dǎo)線層121和第二低壓導(dǎo)線層122之間連接有ESD防護(hù)單元17 ;第一高壓導(dǎo)線層111、第一低壓導(dǎo)線層121、第二高壓導(dǎo)線層112和第二低壓導(dǎo)線層122分別連接有第一高壓接口 311、第一低壓接口321、第二高壓接口 312和第二低壓接口 322。圖5中，第一高壓導(dǎo)線層111/第一低壓導(dǎo)線層121與第二高壓導(dǎo)線層112/第二低壓導(dǎo)線層122在正常工作時(shí)是電性分離的。為了解決此種接口電路的靜電放電防護(hù)問題，需要在第一高壓導(dǎo)線層111/第一低壓導(dǎo)線層121與第二高壓導(dǎo)線層112/第二低壓導(dǎo)線層122之間使用ESD防護(hù)單元結(jié)構(gòu)，如圖5所示。其中，ESD防護(hù)單元17安裝在第一低壓導(dǎo)線層121與第二低壓導(dǎo)線層122之間。靜電放電事件發(fā)生時(shí)，如以第一信號(hào)接口 331對(duì)第二信號(hào)接口 332施加正的ESD脈沖為例，靜電脈沖經(jīng)過第一信號(hào)接口 331進(jìn)入第一信號(hào)線131、正偏二極管151并到達(dá)第一高壓導(dǎo)線層111，通過電容161到達(dá)第一低壓導(dǎo)線層121，并通過ESD防護(hù)單元17進(jìn)入第二低壓導(dǎo)線層122，通過二極管142到達(dá)第二信號(hào)線132，最終由第二信號(hào)接口 332流出，達(dá)到不同電源供電接口之間的靜電放電保護(hù)目的。將ESD防護(hù)單元17放置在高壓導(dǎo)線層之間，或者在高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間，或者各種放置方法的組合，如圖6、圖7所示，均能達(dá)到靜電放電保護(hù)的效果。其中，圖6中，第一高壓導(dǎo)線層111和第二低壓導(dǎo)線層122之間設(shè)有第一 ESD防護(hù)單元171，第一低壓導(dǎo)線層121和第二高壓導(dǎo)線層112之間設(shè)有第二 ESD防護(hù)單元172 ;圖7中，第一高壓導(dǎo)線層111和第二高壓導(dǎo)線層112之間設(shè)有第一 ESD防護(hù)單元171，第一低壓導(dǎo)線層121和第二低壓導(dǎo)線層122之間設(shè)有第二 ESD防護(hù)單元172。上述的ESD防護(hù)單元，通常可以是一個(gè)電容，該電容的兩端分別連接在高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者，該ESD防護(hù)單元由至少2個(gè)電容組成，多個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者，該ESD防護(hù)單元由I個(gè)二極管組成，該二極管 電連接于高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者，該ESD防護(hù)單元由至少2個(gè)二極管組成，多個(gè)二極管相互串聯(lián)在高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者該ESD防護(hù)單元中，所述二極管為I個(gè)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者所述二極管為2個(gè)以上串聯(lián)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。使用二極管結(jié)構(gòu)制作ESD防護(hù)單元時(shí)，具體配置方法需與實(shí)際使用的ESD防護(hù)單元情況決定，以達(dá)到正常工作時(shí)電性隔離，靜電事件發(fā)生時(shí)ESD防護(hù)單元導(dǎo)致的電壓降最小、或者性價(jià)比最高為指導(dǎo)原則。此外，在有些情況下可將導(dǎo)線層的某一層短路，如兩個(gè)低壓導(dǎo)線層相互影響可以忽略的情況，可視為兩個(gè)低壓導(dǎo)線層之間使用了 ESD防護(hù)單元。對(duì)于一些高端的電路板，會(huì)在一個(gè)電路板上使用多個(gè)電路板接口線路，對(duì)于此種類型的電路板，各接口線路可根據(jù)本發(fā)明獨(dú)立制作電路板接口靜電放電防護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖8所示。圖8中，電容161、二極管141、二極管151、第一高壓導(dǎo)線層111、第一低壓導(dǎo)線層121，以及電容162、二極管142、二極管152、第二高壓導(dǎo)線層112、第二低壓導(dǎo)線層122形成了各自的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，并將對(duì)應(yīng)的高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層短接在一起，共同形成對(duì)被保護(hù)電路40的電路板接口靜電放電保護(hù)結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明提供的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，與傳統(tǒng)的在高壓導(dǎo)線層11與低壓導(dǎo)線層12之間放置TVS、壓敏電阻以及被保護(hù)電路內(nèi)部放置箝位電路等過壓保護(hù)結(jié)構(gòu)提高電路板接口靜電放電防護(hù)性能的方法是兼容的，以在高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層放置TVS結(jié)構(gòu)為例，如圖9所示。圖9是在圖I的基礎(chǔ)上在高壓導(dǎo)線層11和低壓導(dǎo)線層12之間連接上TVS 二極管50。在相應(yīng)ESD防護(hù)中，由于安裝在導(dǎo)線層之間的電容16可提供比TVS二極管50更低箝位電壓的ESD防護(hù)通道，可在靜電放電事件發(fā)生時(shí)成為主要的靜電脈沖電流通道，能比未使用本發(fā)明的傳統(tǒng)靜電放電防護(hù)電路提供更好的ESD防護(hù)能力。圖10與圖9類似，只是將圖9中的第一二極管15和第二二極管14分別用第一 TVS 二極管51和第二TVS 二極管52替代，所不同的是圖10放置的第一 TVS 二極管51和第二 TVS 二極管52有一定的反偏擊穿保護(hù)能力，但與第一 TVS 二極管51和第二 TVS 二極管52正偏電壓加電容16的箝位電壓相比仍然要大一些，由第一 TVS 二極管51和第二 TVS 二極管52正偏電壓加電容16的箝位電壓所形成的ESD保護(hù)通道仍然是主要的ESD防護(hù)通道，特別是在射頻電路板接口方面，由于寄生電容問題的限制，第一 TVS 二極管51和第二 TVS 二極管52反偏擊穿所形成的ESD防護(hù)能力有限，由第一 TVS 二極管51和第二 TVS 二極管52正偏電壓加電容16更是優(yōu)選的ESD防護(hù)通道。本發(fā)明所使用的電容吸收的電荷，通?？梢酝ㄟ^被保護(hù)電路40的漏電釋放掉。以
3.3V電壓、ImA漏電為例，當(dāng)貼裝在導(dǎo)線層之間電容為Iii F時(shí)，RC (阻容)時(shí)間為0. 0033s，即使考慮漏電會(huì)隨電壓大小發(fā)生變化，通常也可以滿足電路板接口的靜電放電防護(hù)需求。對(duì)于某些低功耗的電路板，通過被保護(hù)電路40的漏電放電會(huì)導(dǎo)致RC時(shí)間過大(如大于ls)，則可通過圖11中的第一漏電電阻60或者第二漏電電阻61中的一種方式進(jìn)行 放電。圖11中，在圖I的基礎(chǔ)上利用電阻增加了靜電放電防護(hù)的漏電通道，第一漏電電阻60的一端連接在高壓導(dǎo)線層11上，另一端連接在低壓導(dǎo)線層12上，第二漏電電阻61的一端連接在被保護(hù)電路40的高壓電源端41，另一端連接在被保護(hù)電路40的低壓電源端42，由于所放置的漏電電阻遠(yuǎn)大于電源線、導(dǎo)線層等的寄生電阻(如0. 5MQ )，在實(shí)際應(yīng)用中，兩種漏電電阻連接結(jié)構(gòu)選一種即可。采用電容作為ESD防護(hù)單元，在ESD防護(hù)單元存在存儲(chǔ)電荷釋放RC時(shí)間過大時(shí)，也可采用同樣的漏電電阻連接結(jié)構(gòu)減小存儲(chǔ)電荷釋放時(shí)的RC時(shí)間。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電路板接口靜電放電防護(hù)電路，包括高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層，所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有至少I個(gè)被保護(hù)電路，所述被保護(hù)電路通過高壓電源端與所述高壓導(dǎo)線層電連接，所述被保護(hù)電路通過低壓電源端與所述低壓導(dǎo)線層電連接，所述被保護(hù)電路設(shè)有信號(hào)接口，其特征在于還包括靜電存儲(chǔ)電路、第一二極管電路和第二二極管電路；所述靜電存儲(chǔ)電路電連接于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間，用于臨時(shí)吸收所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間的靜電電荷；所述第一二極管電路電連接于所述高壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間，且所述第一二極管電路的正極端與所述信號(hào)接口連接，所述第一二極管電路的負(fù)極端與所述高壓導(dǎo)線層連接；所述第二二極管電路電連接于所述低壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間，且所述第二二極管電路的負(fù)極端與所述信號(hào)接口連接，所述第二二極管電路的正極端與所述低壓導(dǎo)線層連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述第一二極管電路由I個(gè)第一二極管組成，所述第一二極管的正極與所述信號(hào)接口連接，所述第一二極管的負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述第一二極管電路由至少2個(gè)第一二極管組成，所述至少2個(gè)第一二極管彼此正負(fù)極相連，且與所述信號(hào)接口連接的第一二極管通過其正極與所述信號(hào)接口連接，與所述高壓導(dǎo)線層連接的第一二極管通過其負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述第二二極管電路由I個(gè)第二二極管組成，所述第二二極管的負(fù)極與所述信號(hào)接口連接，所述第二二極管的正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述第二二極管電路由至少2個(gè)第二二極管組成，所述至少2個(gè)第二二極管彼此正負(fù)極相連，且與所述信號(hào)接口連接的第二二極管通過其負(fù)極與所述信號(hào)接口連接，與所述低壓導(dǎo)線層連接的第二二極管通過其正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述二極管為PN結(jié)二極管和/或肖特基二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電存儲(chǔ)電路由I個(gè)電容組成，所述電容電連接于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電存儲(chǔ)電路由至少2個(gè)電容組成，所述至少2個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述信號(hào)接口為電信號(hào)接口、磁信號(hào)接口、光信號(hào)接口、氣體信號(hào)接口或者力信號(hào)接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于還包括與所述高壓導(dǎo)線層電連接的高壓接口和與所述低壓導(dǎo)線層電連接的低壓接口。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述高壓導(dǎo)線層為至少I個(gè)，所述低壓導(dǎo)線層為至少I個(gè)；所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有靜電放電保護(hù)單元，用于在所述電路正常工作時(shí)將與所述靜電放電保護(hù)單元電連接的導(dǎo)線層進(jìn)行電性分離，在靜電放電發(fā)生時(shí)將與所述靜電放電保護(hù)單元電連接的導(dǎo)線層進(jìn)行電性短接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電放電保護(hù)單元由I個(gè)電容組成，所述電容電連接于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電放電保護(hù)單元由至少2個(gè)電容組成，所述至少2個(gè)電容彼此相互串聯(lián)和/或并聯(lián)于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電放電保護(hù)單元由I個(gè)二極管組成，所述二極管電連接于所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述靜電放電保護(hù)單元由至少2個(gè)二極管組成；所述二極管相互串聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者所述二極管為I個(gè)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間；或者所述二極管為2個(gè)以上串聯(lián)二極管與I個(gè)或2個(gè)以上串聯(lián)二極管極性相反并聯(lián)在所述高壓導(dǎo)線層之間、低壓導(dǎo)線層之間和/或高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間電連接有漏電電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述高壓電源端與低壓電源端之間電連接有漏電電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至5、7至17任一項(xiàng)所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述被保護(hù)電路內(nèi)部設(shè)有箝位電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求I至5、7至17任一項(xiàng)所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述高壓導(dǎo)線層與低壓導(dǎo)線層之間設(shè)有過壓保護(hù)箝位電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述過壓保護(hù)箝位電路為瞬變抑制二極管，所述瞬變抑制二極管的負(fù)極與所述高壓導(dǎo)線層連接，所述瞬變抑制二極管的正極與所述低壓導(dǎo)線層連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路板接口靜電放電防護(hù)電路，其特征在于所述過壓保護(hù)箝位電路為壓敏電阻，所述壓敏電阻的兩端分別與所述高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路板接口靜電放電防護(hù)電路，包括高壓導(dǎo)線層、低壓導(dǎo)線層、電連接于高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間的帶有信號(hào)接口的被保護(hù)電路；高壓導(dǎo)線層和低壓導(dǎo)線層之間設(shè)有靜電存儲(chǔ)電路；高壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間設(shè)有第一二極管電路，且第一二極管電路的正極端與信號(hào)接口連接，負(fù)極端與所述高壓導(dǎo)線層連接；低壓導(dǎo)線層和信號(hào)接口之間設(shè)有第二二極管電路，且第二二極管電路的負(fù)極端與信號(hào)接口連接，正極端與低壓導(dǎo)線層連接。本發(fā)明在外部接口線路發(fā)生靜電放電事件時(shí)，靜電電荷可通過二極管電路傳遞到導(dǎo)線層，并被導(dǎo)線層之間的靜電存儲(chǔ)電路吸收掉，所吸收的電荷可通過被保護(hù)電路漏電等方式釋放掉，從而達(dá)到對(duì)被保護(hù)電路進(jìn)行靜電防護(hù)的目的。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102769282SQ20111011370
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者曾傳濱, 李多力, 李晶, 海潮和, 羅家俊, 韓鄭生 申請(qǐng)人:曾傳濱