專利名稱：用于電子電路中的靜電放電保護(hù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子電路中的靜電放電保護(hù)的系統(tǒng)和方法。
圖1是電子電路100的傳統(tǒng)示意圖，該電路具有典型的ESD保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置能用來保護(hù)元件免受可能由ESD造成的過電流電平的損害。在圖1中，受保護(hù)的元件110可包括受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130和用來為電子電路實(shí)現(xiàn)部分ESD保護(hù)配置的電流分流節(jié)點(diǎn)131。該受保護(hù)節(jié)點(diǎn)通?？梢允强赡艹惺芡獠縀SD的、諸如天線或電池接線端的暴露的信號節(jié)點(diǎn)。從而，在受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130和電流分流節(jié)點(diǎn)131之間也電耦合了ESD保護(hù)裝置120，以便在可能源于ESD的高電平瞬變電流出現(xiàn)時提供電流分流路徑。
通常，根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130處出現(xiàn)低電壓、低電流、穩(wěn)態(tài)信號時，ESD保護(hù)裝置120呈開路狀態(tài)。相反地，根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130處出現(xiàn)高電壓、高電流、瞬變信號時，ESD保護(hù)裝置120呈短路狀態(tài)。這樣，當(dāng)運(yùn)行正常時，受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130處的信號將以正常的方式進(jìn)行傳播，仿佛ESD保護(hù)裝置120不是整個電路100的一部分。然而，當(dāng)信號超過某一閾值(電壓或電流)時，ESD保護(hù)裝置120便被“啟動”，并將高電平的瞬變信號通過電流分流節(jié)點(diǎn)131從受保護(hù)節(jié)點(diǎn)110處轉(zhuǎn)移，并最終到達(dá)電路100中能夠處理該過量瞬變信號的點(diǎn)，如地或電池。
例如，ESD事件可造成高電平的瞬變電壓(通常高達(dá)16KV)，該電壓將最終損壞受保護(hù)元件110。然而，由上述16KV的ESD在受保護(hù)節(jié)點(diǎn)130處引發(fā)的電流觸發(fā)了ESD保護(hù)裝置120，從而將高電流通過ESD保護(hù)裝置120移至通常為接地點(diǎn)的電流分流節(jié)點(diǎn)131。從而，在不安全的電流有機(jī)會對受保護(hù)元件110造成損害之前已經(jīng)被耗散。
在本領(lǐng)域中，公知各種類型的ESD保護(hù)裝置120。這樣的裝置的例子包括到地的二極管箝位電路、到電池的二極管箝位電路和各種利用電阻器-二極管箝位電路與有源鐵心-分流箝位電路的ESD保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。然而，在每個這樣的例子中，由于上述元件(即二極管、電阻器等等)的本身特性，因而將這些ESD保護(hù)裝置制造成集成電路(IC)的一部分，并要求用大量的管芯面積來予以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)IC中僅為此保留有限空間時，管芯面積將成為一個重要問題，而由于在IC中缺乏足夠的可用空間，ESD保護(hù)配置將會受到影響。此外，通常僅在IC的上表面實(shí)現(xiàn)這些ESD裝置，從而，需要大量的信號通路用于最優(yōu)ESD保護(hù)。
在另一種過去的解決方案中，可以將上述的ESD保護(hù)裝置以表面安裝技術(shù)(SMT)裝置的形式予以實(shí)施。即，將這些ESD保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)安裝到PCB，且這些裝置的實(shí)現(xiàn)需要通過PCB上的引出線或焊盤來與PCB上的其他元件進(jìn)行對接。然而，PCB空間再次成為一個重要問題，因?yàn)槊總€額外的SMT裝置需要至少一條引出線或焊盤來將電信號送往PCB或從PCB接收電信號。此外，由于SMT裝置所需的片外芯片的額外空間的緣故，SMT裝置更加昂貴并增加了包裹PCB的包裝的尺寸。而且，PCB中的信號路由也仍然是一個問題。
在另一種過去的解決方案中，可通過沿PCB制造的“襯墊層”實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)配置。該襯墊層為各個信號點(diǎn)之間的ESD電流提供了矩陣連接形式的路徑以及各自的接地路徑、電池路徑或其他信號路徑。然而，由于進(jìn)行傳遞的信號使用了該襯墊層的兩個導(dǎo)電層，因而該具有兩個導(dǎo)電層的襯墊層必須嚴(yán)格用于ESD保護(hù)。因而，不僅需將額外的層完全用于ESD保護(hù)，而且，該層也不能用于其他目的，如電池信號或地信號的路由。而且，用于ESD電流的路由路徑也變得更長，從而，比所希望的路徑更具電感性和電阻性。
上述的每個過去的解決方案均要求彌足珍貴的板或管芯空間中的額外面積，從而，它們并不是為PCB和相關(guān)的電氣元件提供ESD保護(hù)的好方法。而且，上述的每個解決方案的路由路徑比所希望的路徑更長，這增加了放電路徑的復(fù)雜性、電阻和電感。此外，更長的路由路徑、增加的板或管芯空間以及額外的層均增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的成本。因此，希望給出具有更短的ESD電流放電路徑的更為優(yōu)化的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例針對用于保護(hù)電子元件免受靜電放電損害的電子電路。PCB或IC可包括靜電放電保護(hù)層，該保護(hù)層具有由半導(dǎo)體介質(zhì)層分隔的第一和第二導(dǎo)電層。而且，上述PCB或IC可包括電耦合到上述第一導(dǎo)電層的受保護(hù)節(jié)點(diǎn)和電耦合到上述第二導(dǎo)電層的電流分流節(jié)點(diǎn)，使得受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的處于閾值量之下的信號通過受保護(hù)節(jié)點(diǎn)在正常的工作路徑上傳播，而受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的超過閾值量的信號被轉(zhuǎn)移并通過上述半導(dǎo)體介質(zhì)層傳播到電流分流路徑中的電流分流節(jié)點(diǎn)。以這種方式，可以將PCB或IC的現(xiàn)有的層既用于ESD保護(hù)又用于其他功能，例如，根據(jù)層的預(yù)期用途，通過將層的特定部分隔離，可以將上述層用作地平面(ground plane)或電池平面(batteryplane)。
由于一些原因，利用PCB或IC中的現(xiàn)有層來實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)配置是有利的。其中一個原因是，不必僅為提供ESD保護(hù)的目的而制造額外的層。而且，信號路由和信號路徑也較為簡單和易懂，因?yàn)?，通常地平面或電池平面遍布于PCB或IC的所有區(qū)域。結(jié)果，PCB或IC的線路變得較為簡單，而這導(dǎo)致在設(shè)計(jì)和制造方面耗費(fèi)的勞動更少，并導(dǎo)致了更小的PCB和/或IC。而這些優(yōu)點(diǎn)又導(dǎo)致PCB和/或IC的制造和設(shè)計(jì)更加便宜。取決于該ESD配置的特定路由，由于半導(dǎo)體介質(zhì)材料的性質(zhì)和其接近于若干地節(jié)點(diǎn)，可在PCB或IC內(nèi)實(shí)現(xiàn)更為可靠的耗散區(qū)。最后，通過不讓所需的任何SMT裝置成為ESD保護(hù)配置的一部分，可以節(jié)約空間和金錢。


通過參考結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說明，可以更好地理解本發(fā)明的前述幾個方面和所附的優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是電子電路的傳統(tǒng)示意圖，該電子電路具有典型的ESD保護(hù)裝置，該裝置可用于保護(hù)元件免受可能由ESD產(chǎn)生的過電流電平的損害；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的PCB的剖面圖，該P(yáng)CB用于將靜電放電信號從電子元件之類的裝置處轉(zhuǎn)移；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB的剖面圖，它示出了信號節(jié)點(diǎn)和地節(jié)點(diǎn)之間的分流的ESD信號路徑；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB的剖面圖，它示出了信號節(jié)點(diǎn)和電池節(jié)點(diǎn)之間的分流的ESD信號路徑；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB或IC的剖面圖，它示出了處于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一級和第二級分流的ESD信號路徑；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB的剖面圖，它示出了處于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一級和第二級分流的ESD信號路徑，其中，第二級分流的ESD信號路徑包括SMT裝置；和圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電子系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括受保護(hù)的電子元件和PCB或IC，且上述PCB或IC具有將ESD信號從受保護(hù)電路上轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
給出了以下討論，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能制造和使用本發(fā)明。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可將此處說明的一般原則用于不同于以上詳細(xì)說明的例子的實(shí)施例和應(yīng)用。本發(fā)明不是要限于所描述的實(shí)施例，而是本發(fā)明應(yīng)當(dāng)處于與此處公開或建議的原理和特征一致的最寬范圍內(nèi)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的PCB 200的剖面圖，該P(yáng)CB200用于將靜電放電信號從電子元件之類的裝置處轉(zhuǎn)移。典型的PCB200可包括幾個層210，可將這幾個層制造成實(shí)現(xiàn)通往、來自和穿過上述PCB的各種互連結(jié)構(gòu)和信號路徑。在圖2的實(shí)施例中，示出具有6個不同的導(dǎo)電平面層210a-210f的PCB 200。在本公開中，從頂部開始，將這些層210a-210f簡單地以層1-6命名。本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，可以在具有更多或更少層的PCB中實(shí)施本發(fā)明，并且，示出6個層210a-210f的實(shí)施例絕不是對本發(fā)明的限制。
在該實(shí)施例中，可以將層3 210c和層4 210d制造成在它們之間具有半導(dǎo)體介質(zhì)212。半導(dǎo)體介質(zhì)212可以是基于聚合物的組成或聚合物解決方案，且將這些組成或方案設(shè)計(jì)成具有能提供ESD保護(hù)功能的特定的電特性。配制半導(dǎo)體介質(zhì)212，使其對高電平瞬變信號敏感，使得ESD浪涌事件或其他類似的瞬變干擾激發(fā)半導(dǎo)體介質(zhì)212的導(dǎo)電屬性。當(dāng)未遭遇ESD事件時，半導(dǎo)體介質(zhì)212保持不導(dǎo)電。總體上，可將層3 210c，層4 210d和半導(dǎo)體介質(zhì)212稱為ESD保護(hù)裝置層215。
在ESD保護(hù)裝置層215中可具有若干工作區(qū)，如工作區(qū)245，在該區(qū)中層3 210c和層4 210d重疊。工作區(qū)245可讓高電流瞬變信號通過，但阻塞低電平穩(wěn)態(tài)信號。每個工作區(qū)245用作受保護(hù)節(jié)點(diǎn)240和電流分流節(jié)點(diǎn)241之間的ESD保護(hù)裝置。
在圖2的實(shí)施例中，除了ESD保護(hù)裝置層215，PCB 200還包括第一層210a，層210a包括兩個可用來將電子元件(未示出)電耦合到PCB 200的信號節(jié)點(diǎn)220和221。從而，根據(jù)本實(shí)例，可以合作使用第一信號節(jié)點(diǎn)220和第二信號節(jié)點(diǎn)221來接口分離的元件。以這種方式，通過PCB 200可將信號傳遞到上述元件并接收來自該元件的信號。
每個信號節(jié)點(diǎn)220和221可通過各自的導(dǎo)通孔230和231連接到每個層210a-210f。從而，通過第一導(dǎo)通孔230，可將第一信號節(jié)點(diǎn)220處的信號傳遞到任何其他層210a-210f。同樣地，通過第二導(dǎo)通孔231可將第二信號節(jié)點(diǎn)221處的信號傳遞到任何其他層210a-210f。結(jié)果，可以為信號節(jié)點(diǎn)220和221中任一節(jié)點(diǎn)處的任一信號提供到達(dá)如圖2所示的ESD保護(hù)裝置層215的路由路徑，或是根據(jù)特定應(yīng)用的需要，提供到達(dá)任何其他層的路由路徑。
例如，將第一信號節(jié)點(diǎn)220電耦合到第一導(dǎo)通孔230，而該導(dǎo)通孔提供了到每個層210a-210f的電耦合。然而，僅制造了一個另外的層(層3 210c)來將信號運(yùn)送到超出導(dǎo)通孔230的位置。從而，如圖所示，任何第一信號節(jié)點(diǎn)220處的信號也將出現(xiàn)在層3 210c上的受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處。如果該信號是正常信號(即不是高電流瞬變信號)，則該信號不通過工作區(qū)245進(jìn)行傳播。然而，如果該信號是高電流瞬變信號，則該信號通過工作區(qū)245到達(dá)電流分流節(jié)點(diǎn)241。然后，該高電流瞬變信號將到達(dá)第二導(dǎo)通孔231并最終到達(dá)第二信號節(jié)點(diǎn)221。第二信號節(jié)點(diǎn)221通常是能處理高電流瞬變信號的電路節(jié)點(diǎn)，如接地端子等等。在下面的圖3中示出了從信號引腳到地的ESD保護(hù)配置的具體實(shí)例。然而，對圖2中的該實(shí)例來說，示出了信號引腳到信號引腳的ESD保護(hù)配置，該配置具有將高電流瞬變信號在連接于信號節(jié)點(diǎn)220和221之間的電子元件周圍進(jìn)行分流的功能。
由于在制造過程中可以將每個層的不同部分隔離，因而也可以制造層3 210c和層4 210d用于雙重用途。即，在一個部分中，可以用隔離的信號路徑來給來自受保護(hù)節(jié)點(diǎn)(即工作區(qū)245)的分流路徑定路線。然而，每一層的其他部分可用作地平面或電源平面，以將這些經(jīng)常使用的信號傳遞到PCB 200中的許多其他點(diǎn)。從而，如圖2所示，可以將包含受保護(hù)節(jié)點(diǎn)240的層3 210c的那個部分與層3 210c的任何其他部分隔離。結(jié)果，層3 210c的其他區(qū)域(未示出)也可用來傳遞來自電池(未示出)的電池信號。同樣地，可以將包含電流分流節(jié)點(diǎn)241的層4 210d的那個部分與層4 210d的任何其他部分隔離。結(jié)果，層4 210d的其他區(qū)域(未示出)也可用來給耦合到地的地節(jié)點(diǎn)(未示出)定路線。以這種方式，通常僅分別用作電池平面和地平面的層3 210c和層4 210d也可用作具有ESD保護(hù)配置的工作區(qū)245的ESD裝置。
因?yàn)橐恍┰?，利用PCB 200中的現(xiàn)有層來實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)配置是有利的。其中一個原因是，不必僅為提供ESD保護(hù)的目的來制造額外的層。而且，信號路由和信號路徑也較為簡單和易懂，因?yàn)椋ǔ５仄矫?如層4 210d)或電源平面(如層3 210c)遍布于PCB 200的所有區(qū)域。結(jié)果，PCB的電路變得較為簡單，而這導(dǎo)致在設(shè)計(jì)和制造方面耗費(fèi)的勞動更少，并導(dǎo)致更小的PCB 200。而這些優(yōu)點(diǎn)又導(dǎo)致PCB的制造和設(shè)計(jì)更加便宜。取決于該ESD配置的特定路由，由于半導(dǎo)體介質(zhì)材料212的屬性和其接近于若干地節(jié)點(diǎn)，可在PCB內(nèi)實(shí)現(xiàn)更為可靠的耗散區(qū)。最后，通過不讓任何所需的SMT裝置成為ESD保護(hù)配置的一部分，可以節(jié)約空間和金錢。
使用圖2所示的例子，可以使用圖2中的基本工作區(qū)路由模型來設(shè)計(jì)整個ESD保護(hù)配置。通過提供從每個信號節(jié)點(diǎn)(如信號節(jié)點(diǎn)220和221)到ESD保護(hù)層215的路由路徑，使得高電流瞬變信號可通過半導(dǎo)體介質(zhì)層212的工作區(qū)245到達(dá)電流分流節(jié)點(diǎn)241，可以有效率地并有力地保護(hù)每種可能的引腳組合免受ESD的損害。信號節(jié)點(diǎn)220和221可代表任何信號引腳、接地端子、電池接線端、天線接線端等等。從而，可以在電子電路(整個電路可能在同一塊板上)中的任兩個節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)。圖3-6示出了各種保護(hù)配置和方法的各種實(shí)例，這些配置和方法可以是在PCB(如PCB 200)中實(shí)現(xiàn)的整體ESD保護(hù)配置的一部分。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB 300的剖面圖，它示出了處于信號節(jié)點(diǎn)和地節(jié)點(diǎn)之間的ESD保護(hù)配置。如之前一樣，典型的PCB 300可包括幾個層310a-310f，可將這幾個層制造成實(shí)現(xiàn)通往、來自和穿過PCB 300的各種互連結(jié)構(gòu)和信號路徑。在圖3的實(shí)施例中，示出PCB 300具有六個不同的導(dǎo)電平面層310a-310f。如之前的實(shí)施例中一樣，可將層3 310c和層4 310d制造成在它們之間具有半導(dǎo)體介質(zhì)312。總體上，可將層3 310c、層4 310d和半導(dǎo)體介質(zhì)312稱為ESD保護(hù)裝置層315。
在ESD保護(hù)裝置層315中可具有幾個工作區(qū)，如工作區(qū)345，在該區(qū)中層3 310c和層4 310d重疊。如前所述，工作區(qū)345可讓高電流瞬變信號通過，但阻塞低電平穩(wěn)態(tài)信號。每個工作區(qū)345用作受保護(hù)節(jié)點(diǎn)340和電流分流節(jié)點(diǎn)341之間的ESD保護(hù)裝置。
在圖3的實(shí)施例中，除了ESD保護(hù)裝置層315，PCB 300還包括第一層310a，層310a包括可用來將電子元件(未示出)電耦合到PCB300的信號節(jié)點(diǎn)320。通過導(dǎo)通孔330，可以將信號節(jié)點(diǎn)320連接到每個層310a-310f。從而，通過第一導(dǎo)通孔330，可將第一信號節(jié)點(diǎn)320處的信號傳遞到任何其他層310a-310f。結(jié)果，可以為信號節(jié)點(diǎn)320處的信號提供到達(dá)如圖3所示的ESD保護(hù)層315的路由路徑，或是根據(jù)特定應(yīng)用的需要，提供到達(dá)任何其他層310a-310f的路由路徑。
而且，圖3示出了可分別耦合到電池和地(均未示出)的電池導(dǎo)通孔331和地導(dǎo)通孔332。讓層310a-310f中的任一層均具有分別用于電池和接地端子的導(dǎo)通孔331和332，則為這些平面其中之一提供了將其作為工作區(qū)345的參考平面的大量機(jī)會。從圖3中可看出，電流分流節(jié)點(diǎn)341電耦合到地導(dǎo)通孔332，從而為將高電流瞬變信號耗散到接地端子提供了電流分流路徑。從而，在信號節(jié)點(diǎn)320和地332之間實(shí)現(xiàn)了電流分流路徑，且該路徑提供了PCB 300以及通常電子電路中的這兩點(diǎn)之間的ESD保護(hù)。
類似地，圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB的剖面圖，它示出了信號節(jié)點(diǎn)和電池節(jié)點(diǎn)之間的ESD保護(hù)配置。如之前一樣，典型的PCB 400可包括幾個層410a-410f，可將這幾個層制造成實(shí)現(xiàn)通往、來自和穿過PCB 400的各種互連結(jié)構(gòu)和信號路徑。在圖4的實(shí)施例中，示出PCB 400具有六個不同的導(dǎo)電平面層410a-410f。如之前的實(shí)施例中一樣，可將層3 410c和層4 410d制造成在它們之間具有半導(dǎo)體介質(zhì)412?？傮w上，可將層3 410c、層4 410d和半導(dǎo)體介質(zhì)412稱為ESD保護(hù)裝置層415。
在ESD保護(hù)裝置層415中可具有幾個工作區(qū)，如工作區(qū)445，在該區(qū)中層3 410c和層4 410d重疊。如前所述，工作區(qū)445可讓高電流瞬變信號通過，但阻塞低電平穩(wěn)態(tài)信號。每個工作區(qū)445用作受保護(hù)節(jié)點(diǎn)440和電流分流節(jié)點(diǎn)441之間的ESD保護(hù)裝置。
在圖4的實(shí)施例中，除了ESD保護(hù)裝置層415，PCB 400還包括第一層410a，層410a包括可用來將電子元件(未示出)電耦合到PCB400的信號節(jié)點(diǎn)420。通過導(dǎo)通孔430，可以將信號節(jié)點(diǎn)420連接到每個層410a-410f。從而，通過第一導(dǎo)通孔430，可將第一信號節(jié)點(diǎn)420處的信號傳遞到任何其他層410a-410f。結(jié)果，可以為信號節(jié)點(diǎn)420處的信號提供到達(dá)如圖4所示的ESD保護(hù)層415的路由路徑，或是根據(jù)特定應(yīng)用的需要，提供到達(dá)任何其他層410a-410f的路由路徑。
而且，圖4示出了可耦合到電池的電池導(dǎo)通孔431。讓層410a-410f中的任一層均具有電池導(dǎo)通孔431，這樣便為電池平面提供了將其作為工作區(qū)445的參考平面的大量機(jī)會。從圖4中可看出，電流分流節(jié)點(diǎn)441電耦合到電池導(dǎo)通孔431，從而為將高電流瞬變信號耗散到電池提供了電流分流路徑。從而，在信號節(jié)點(diǎn)420和電池431之間實(shí)現(xiàn)了電流分流路徑，且該路徑提供了PCB 400以及通常電子電路中的這兩點(diǎn)之間的ESD保護(hù)。
使用電池平面、地平面和其他信號節(jié)點(diǎn)，可將PCB或通常電子電路中幾乎任意兩個信號點(diǎn)的組合包括在ESD保護(hù)配置中，以提供通過工作區(qū)的分流路徑。將提供通過工作區(qū)的單一路由路徑稱為第一級ESD保護(hù)路徑。更為精細(xì)的ESD保護(hù)配置可為幾種(即使不是全部)可能的信號節(jié)點(diǎn)組合提供第二級ESD保護(hù)。圖5和圖6示出了兩級ESD保護(hù)配置的兩個例子。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的PCB 500的剖面圖，它示出了處于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一級和第二級ESD保護(hù)配置。如以下進(jìn)一步所述的一樣，圖5所示的實(shí)施例也可以是IC 500。在PCB 500的實(shí)施例中，對于可能存在于信號節(jié)點(diǎn)/導(dǎo)通孔530處的高電平瞬變信號，存在兩條獨(dú)立的電流分流路徑。結(jié)果，可以通過這兩條不同的分流路徑來轉(zhuǎn)移和耗散高電平電流，而這便為PCB 500提供了第二層ESD保護(hù)。
在實(shí)現(xiàn)兩級ESD保護(hù)配置時，PCB(如PCB 500)可包括兩個而不是如前所述的一個ESD保護(hù)層。從圖中可看出，圖5中的PCB 500仍包括六個層510a-510f，然而，層1 510a、層2 510b和第一半導(dǎo)體介質(zhì)裝置層512a形成了第一ESD保護(hù)層515，且層5510e、層6510f和第一半導(dǎo)體介質(zhì)層512b形成了第二ESD保護(hù)裝置層516。這樣，便具有了更多的ESD路由選擇，并且，也可以更有效地實(shí)現(xiàn)兩級ESD路徑。然而，對于實(shí)現(xiàn)兩級ESD保護(hù)配置，雖然提供更有效路由選擇的兩個ESD保護(hù)層515和516卻不一定是必需的，如下面關(guān)于圖6所示。
圖5所示的實(shí)施例示出了用于一個信號節(jié)點(diǎn)530的分流/串聯(lián)/分流兩級ESD保護(hù)。例如，在信號導(dǎo)通孔530處可能由ESD引發(fā)高電平瞬變電流。一部分引發(fā)的電流將轉(zhuǎn)移到第一受保護(hù)節(jié)點(diǎn)540(通過隔直流電容器550，該電容器用于部分地吸收ESD的能量并隔離保護(hù)的兩級，從而增加它們的組合有效性)并最終通過第一工作區(qū)545到達(dá)電耦合到地導(dǎo)通孔532的第一電流分流節(jié)點(diǎn)541。類似地，一部分引發(fā)的電流將轉(zhuǎn)移到第二受保護(hù)節(jié)點(diǎn)560并最終通過第二工作區(qū)565到達(dá)同樣電耦合到地導(dǎo)通孔532的第二電流分流節(jié)點(diǎn)561。從而，高電平瞬變電流被成比例地沿兩條電流分流路徑進(jìn)行拆分，并最終耗散在地處或到達(dá)電池。
在另一個實(shí)施例中，在制造IC期間，可在內(nèi)有一個或多個ESD保護(hù)層的IC中實(shí)施本發(fā)明。一般而言，本發(fā)明關(guān)于PCB的上述方面同樣適用于在IC中實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，由于幾個概念同樣適用于PCB和IC兩種實(shí)施形式，因此，根據(jù)本發(fā)明形成的ESD保護(hù)配置可在PCB或IC中實(shí)現(xiàn)。這樣，也可將圖5的PCB 500描述成IC 500。
從而，與所描述的PCB實(shí)施例類似，圖5中的IC 500可包括兩個層，其中，層1 510a、層2 510b和第一半導(dǎo)體介質(zhì)裝置層512a形成第一ESD保護(hù)層515。形成附加ESD保護(hù)層的交替的導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的附加層也是可能的。如之前的例子一樣，可具有更多的ESD路由選擇，且可采用更有效的方式實(shí)現(xiàn)多級ESD路徑。
盡管在通常情況下層515和516并不位于管芯的上部和下部，但仍可將這些ESD保護(hù)層515和516中的任一個制成IC 500的一部分。從而，在制造過程中，可在制造過程的最后一步中制造單個的ESD保護(hù)層(如層515)。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，盡管圖5示出層510a-510f為對稱，但是，也可根據(jù)IC的應(yīng)用將PCB的各層制成最佳的輪廓。從而，盡管在PCB中希望有圖5中的對稱屬性，但是在IC實(shí)施例中的情形卻不一定如此。
如上面簡要提到的，圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的PCB 600的剖面圖，它示出了處于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一級和第二級ESD保護(hù)配置，其中，第二級包括SMT裝置。在這個實(shí)施例中，PCB 600也包括六個層610a-610f，并包括一個ESD保護(hù)層615，該保護(hù)層由層3 610c、層4 610d和半導(dǎo)體介質(zhì)層612組成。
圖6所示的實(shí)施例示出了用于一個信號節(jié)點(diǎn)620的分流/串聯(lián)/分流兩級ESD保護(hù)。例如，在信號節(jié)點(diǎn)620處可能由ESD引發(fā)高電平瞬變電流。一部分引發(fā)的電流將轉(zhuǎn)移至第一受保護(hù)節(jié)點(diǎn)640(通過隔直流電容器650)，一部分電流通過第一裝置645并受到衰減，直流電平被電容器650阻塞，剩余的電流則通過第二裝置651到達(dá)節(jié)點(diǎn)632，并最終通過第一工作區(qū)645到達(dá)電耦合到地導(dǎo)通孔632的第一電流分流節(jié)點(diǎn)641。類似地，一部分引發(fā)的電流轉(zhuǎn)移到SMT ESD裝置，該裝置最終也將電流轉(zhuǎn)移到地632。從而，高電平瞬變電流又一次被成比例地沿兩條電流分流路徑進(jìn)行拆分，并最終在地632處耗散。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電子系統(tǒng)700的框圖，該系統(tǒng)包括受保護(hù)的電子元件和PCB/IC，上述PCB/IC具有將ESD信號從受保護(hù)電路轉(zhuǎn)移出去的配置?？芍圃霵CB/IC來為一個或多個敏感元件實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)。例如，圖7所示的電子系統(tǒng)示出了電耦合到三個受保護(hù)元件710-712的PCB/IC 701。在本實(shí)例中，第一受保護(hù)電子元件710耦合到接地端子720和第一信號節(jié)點(diǎn)721。對于該第一電子元件710，可以實(shí)現(xiàn)與上面圖3所示類似的ESD路由路徑，以保護(hù)第一電子元件710免受高電平瞬變電流的損害。
類似地，圖7所示的電子系統(tǒng)也示出了通過第一信號節(jié)點(diǎn)721和第二信號節(jié)點(diǎn)722電耦合到第二受保護(hù)電子元件711的PCB/IC701。對于第二電子元件711，可以實(shí)現(xiàn)與上面圖2所示類似的ESD路由路徑，以保護(hù)第二電子元件711免受高電平瞬變電流的損害。
同樣類似地，圖7所示的電子系統(tǒng)示出了通過第二信號節(jié)點(diǎn)722和電池接線端723電耦合到第三受保護(hù)電子元件712的PCB/IC 701。對于第三電子元件，可以實(shí)現(xiàn)與上面圖4所示類似的ESD路由路徑，以保護(hù)第三電子元件712免受高電平瞬變電流的損害。
此外，在板上和板外可為另外的電子元件(未示出)實(shí)現(xiàn)另外的ESD路由路徑。盡管在圖7中示出電子裝置710-712處于板外，但是也可以將它們配置在芯片上，同樣地，所有ESD電流分流路徑也可在板上實(shí)現(xiàn)。結(jié)果，僅PCB/IC 701的外部接口(如電池和地)參與信號傳遞。實(shí)際上，可以在任何電子系統(tǒng)內(nèi)使用根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例制造的PCB/IC來在該電子系統(tǒng)中的幾乎任意兩個電氣點(diǎn)之間提供實(shí)現(xiàn)電流分流路徑的ESD保護(hù)配置。以下詳細(xì)說明了這樣的電子系統(tǒng)的實(shí)例。
在一個實(shí)施例中，在射頻(RF)PCB應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)具有根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的ESD保護(hù)配置的PCB。這樣，可以由ESD配置來保護(hù)與RF應(yīng)用相關(guān)的各個電子元件，使得過量的ESD信號從RF電子電路中的敏感電子元件中轉(zhuǎn)移出去。例如，RF放大器對高電平瞬變電流尤為敏感。從而，可以在板上實(shí)現(xiàn)RF放大器，或是將其與PCB電耦合，而該P(yáng)CB包括用于將這些具有潛在危害的ESD電流從所述RF放大器上轉(zhuǎn)移出去的電流分流路徑?？墒褂镁哂蠩SD保護(hù)配置的PCB進(jìn)行保護(hù)而免受ESD危害的其他元件包括前端模塊、雙工濾波器、RF點(diǎn)濾波器等等。當(dāng)然，事實(shí)上可以將任何需要進(jìn)行保護(hù)以免受ESD信號損害的應(yīng)用和根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例制造的PCB一起進(jìn)行實(shí)施。
在另一個實(shí)施例中，可以在毫米波PCB應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)具有根據(jù)本發(fā)明的各個實(shí)施例的ESD保護(hù)配置的PCB。這樣，便可由ESD配置來保護(hù)與毫米波應(yīng)用相關(guān)的各種電子元件，使得過量的ESD信號從毫米波電子電路中的敏感電子元件中轉(zhuǎn)移出去。例如，單片微波集成電路(MMIC)可能對高電平瞬變電流尤其敏感。從而，可以在板上實(shí)現(xiàn)MMIC，或是將其與PCB電耦合，而該P(yáng)CB包括用于將這些具有潛在危害的ESD電流從所述MMIC中轉(zhuǎn)移出去的電流分流路徑。
盡管可對本發(fā)明進(jìn)行各種修改并使其具有各種構(gòu)造，但是，以上僅示出并詳細(xì)說明了其幾個特定的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)懂得，不期望將本發(fā)明局限于公開的這幾種具體形式，相反的，目的是要涵蓋落在本發(fā)明的精神和范圍之中的所有修改、其他構(gòu)造和等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)電子元件免受靜電放電損害的電子電路，所述電路包括具有由半導(dǎo)體介質(zhì)層分隔的第一和第二導(dǎo)電層的靜電放電保護(hù)層；和電耦合到所述第一導(dǎo)電層的受保護(hù)節(jié)點(diǎn)和電耦合到所述第二導(dǎo)電層的電流分流節(jié)點(diǎn)，使得閾值量以下的所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的信號通過所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)在正常工作路徑上傳播，而超出閾值量的所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的信號被轉(zhuǎn)移并通過所述半導(dǎo)體介質(zhì)層在電流分流路徑上傳播到所述電流分流節(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)包括信號節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述電流分流節(jié)點(diǎn)包括由以下幾種節(jié)點(diǎn)組成的組中的至少一種類型的節(jié)點(diǎn)信號節(jié)點(diǎn)、地節(jié)點(diǎn)、電池節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述閾值量包括電壓閾值量。
5.如權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述閾值量包括電流閾值量。
6.如權(quán)利要求1所述的電子電路，還包括多個層，使得所述靜電放電層包括一個層，并且在至少一個其它層中設(shè)置至少一個受保護(hù)節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的電子電路，還包括第二電流分流節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)是用來進(jìn)一步耗散超出所述閾值量的信號的第二電流分流路徑的一部分，使得超出所述閾值量的信號通過第一和第二電流分流節(jié)點(diǎn)成比例地傳播。
8.如權(quán)利要求7所述的電子電路，其中所述第二電流分流路徑包括通過所述半導(dǎo)體介質(zhì)層的路徑。
9.如權(quán)利要求7所述的電子電路，其中所述第二電流分流路徑包括通過表面安裝的靜電放電裝置的路徑。
10.如權(quán)利要求1所述的電子電路，設(shè)置在集成電路中。
11.如權(quán)利要求1所述的電子電路，設(shè)置在印刷電路板中。
12.一種用于轉(zhuǎn)移靜電放電信號的電子電路，所述電子電路包括保護(hù)電路，所述電路包括具有由半導(dǎo)體介質(zhì)層分隔的第一和第二導(dǎo)電層的靜電放電保護(hù)層；和電耦合到所述第一導(dǎo)電層的受保護(hù)節(jié)點(diǎn)和電耦合到所述第二導(dǎo)電層的電流分流節(jié)點(diǎn)，使得閾值量以下的所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的信號通過所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)在正常工作路徑上傳播，而超出閾值量的所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的信號被轉(zhuǎn)移并通過所述半導(dǎo)體介質(zhì)層在電流分流路徑上傳播到所述電流分流節(jié)點(diǎn)；和電耦合到所述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的保護(hù)電路的受保護(hù)元件，使得將超過所述閾值量的靜電放電信號從所述受保護(hù)元件上轉(zhuǎn)移。
13.如權(quán)利要求12所述的電子電路，其中所述受保護(hù)元件包括毫米波組件。
14.如權(quán)利要求12所述的電子電路，其中所述受保護(hù)元件包括射頻放大器。
15.如權(quán)利要求12所述的電子電路，其中所述受保護(hù)元件包括雙工濾波器。
16.如權(quán)利要求12所述的電子電路，其中所述受保護(hù)元件包括射頻點(diǎn)濾波器。
17.一種用于耗散電子電路中的靜電放電信號的方法，所述方法包括檢測某節(jié)點(diǎn)處的打算送給正常工作路徑的信號，所述信號超過了某一閾值量；將所述信號從所述正常工作路徑轉(zhuǎn)移至電流分流路徑，所述電流分流路徑包括半導(dǎo)體介質(zhì)層和電路分流節(jié)點(diǎn)；和耗散電耦合到所述半導(dǎo)體介質(zhì)層的所述電流分流節(jié)點(diǎn)處的信號。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括將所述信號從所述正常工作路徑轉(zhuǎn)移至第二電流分流路徑，所述第二電流分流路徑包括第二半導(dǎo)體介質(zhì)層和第二電流分流節(jié)點(diǎn)；和耗散電耦合到所述半導(dǎo)體介質(zhì)層的所述第二電流分流節(jié)點(diǎn)處的信號。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中耗散所述電流分流節(jié)點(diǎn)處的所述信號包括在地平面中耗散所述信號。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中耗散所述電流分流節(jié)點(diǎn)處的所述信號包括在電池平面中耗散所述信號。
全文摘要
公開了一種用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)電子元件免受ESD損害的電子電路的系統(tǒng)和方法。PCB或IC可包括靜電放電保護(hù)層，該保護(hù)層具有由半導(dǎo)體介質(zhì)層分隔的第一和第二導(dǎo)電層。而且，該P(yáng)CB/IC可包括耦合到上述第一導(dǎo)電層的受保護(hù)節(jié)點(diǎn)和電耦合到上述第二導(dǎo)電層的電流分流節(jié)點(diǎn)，使得處于閾值量之下的上述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的信號通過上述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)在正常工作路徑上傳播，而上述受保護(hù)節(jié)點(diǎn)處的超過閾值量的信號被轉(zhuǎn)移至上述半導(dǎo)體介質(zhì)層而到達(dá)電流分流路徑中的上述電流分流節(jié)點(diǎn)。以這種方式，可以將PCB/IC的現(xiàn)有的各層用于ESD保護(hù)和其他功能，例如，根據(jù)層的預(yù)期用途，通過將層的特定部分隔離，可以將上述層用作地平面或電池平面。
文檔編號H05F3/00GK1897785SQ20061008190
公開日2007年1月17日 申請日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者R·M·帕克赫斯特, R·魯布斯思, C·賈, J·西克勒 申請人:阿瓦戈科技無線Ip(新加坡)股份有限公司