專利名稱：高密度印刷電路板的靜電放電保護器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及到電子電路的靜電放電保護，更確切地說是涉及到容易集成到被保護產(chǎn)品中的非移動靜電放電結(jié)構(gòu)。
對靜電放電(ESD)靈敏的電子元件被用在包括計算機、對講機和蜂窩電話的廣泛的產(chǎn)品范圍中。靜電放電的通常原因是例如在替換噴墨打印機打印頭或可充電電池的過程中，人對包含ESD敏感電子元件的產(chǎn)品進行的物理接觸和處置。確切地說，當產(chǎn)品被物理處置時，可能已經(jīng)被人積累的靜電電荷將放電。產(chǎn)品中的放電路徑是從電荷轉(zhuǎn)換位置算起阻抗最小的路徑，并可以包括ESD敏感的電子元件。用來防止ESD引起的損害的已知方法，包括將保護電路集成到電子元件中、抗靜電封裝、用來防止接觸導電元件的屏蔽罩、以及諸如抗靜電毯和桌墊之類的消除靜電荷的家具。對于將保護電路集成到電子元件中的考慮，包括難以達到所需的保護水平，以及重新設計現(xiàn)有電子元件特別是那些包括集成電路的電子元件的負擔。美國專利4160210試圖過借助于在印刷電路板(PCB)上制造蛇形導體，然后將PCB安裝在接收機調(diào)諧器的接地的金屬底板上，使蛇形導體和接地的底板構(gòu)成用來匹配接收機天線網(wǎng)絡與調(diào)諧器電路的阻抗的傳輸線，來部分地解決ESD問題。連接蛇形導體到天線網(wǎng)絡和調(diào)諧電路的小針眼，延伸通過印刷電路的介電材料進入底板的切口區(qū)。薄片從切口區(qū)周邊向小針眼延伸，以形成用來使可能由雷電感應的過高的能量放電的火花間隙。
然而，抗靜電封裝和屏蔽罩增大了成本，而且在移去之后不再提供ESD保護。使用消除靜電的家具的負擔可能比較大，因而不容易實現(xiàn)，而且可能提供不了充分的ESD保護。在底板中加入小針眼和相關的連接器，消耗了大量的空間，因而對當前緊湊的高密度電路來說不是一種行得通的解決辦法。
圖1是火花間隙的平面圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的暴露于位于通孔上方且鄰近通孔邊沿的金屬化圖形的導電的地。
圖2是根據(jù)本發(fā)明圖1通過截面2-2的剖面圖。
圖3是本發(fā)明的變通實施例的平面圖。
一種高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，它由開始于具有接地導體的底層的層狀結(jié)構(gòu)組成。介電層覆蓋著接地導體，以便將其電隔離于介電層頂部上的電路線。通孔被制作在介電層中，使部分接地導體被暴露，并有策略地放置通孔，使通孔的邊沿正切于電路線的邊沿部分。通孔構(gòu)成電路線邊沿部分與下方接地導體之間的用空氣作為介電媒質(zhì)的火花間隙。本發(fā)明利用高密度互連(HDI)PCB技術，來使間隙更小并使結(jié)構(gòu)能夠消除較低的ESD電壓，從而提供相對于其它現(xiàn)有技術火花間隙的明顯的改進。此新穎的設計占用較小的空間，且不要求接地導體位于與被保護電路相同的平面或?qū)由稀?br>
雖然本說明書以確定被認為新穎的本發(fā)明的特點的權(quán)利要求來結(jié)束，但相信從結(jié)合附圖的下列描述的考慮，能夠更好地理解本發(fā)明，在這些附圖中使用了相同的參考號。如在下面將要詳細地討論的那樣，本發(fā)明采用了新的和新穎的大批量制造工藝，特別是高密度互連(HDI)微孔通孔工藝和精細線條工藝?，F(xiàn)參照圖1和2，在本發(fā)明的最佳實施例中，接地導體即接地平面10被排列在介電襯底20上。此介電襯底通常是諸如FR-4或聚酰亞胺之類的玻璃加固的印刷電路板，但也可以使用其它的PCB構(gòu)造以及諸如陶瓷或通常包含柔性平面膜的“柔軟”電路之類的其它類型的介電襯底。接地導體10可以是覆蓋大部分襯底表面的接地平面，或可以就是連接到地的線路，但不一定是接地平面。介電材料組成的薄層30覆蓋著接地導體10和襯底20的任何暴露的部分。窗口或通孔40被制作在介電層30中，使接地導體10的一部分15被腐蝕暴露出來，例如用HDI微通孔光刻方法暴露部分介電層。雖然在圖中表示為圓形窗口，但通孔40也可以是細長的、正方的或任何其它所希望的形狀。通常用參考號50表示的一個或多個電路導體，被排列在介電材料層30的頂部上。電路導體50是通常用來承載電子器件的各種信號的細長的導線，而在HDI電路的情況下，有大量的非常靠近的電路線。為了說明的目的，僅僅示出了某些電路線。一個或多個電路線50被安置成使線的部分52被排列在通孔40附近，以便產(chǎn)生用作電路線與ESD導電接地圖形之間的放電路徑的火花間隙?？拷?0排列的部分52最好正切于通孔的周邊，然而，由于在PCB制造過程中能夠出現(xiàn)的各種各樣的不對齊誤差，有可能出現(xiàn)正切部分52不準確地但基本上正切于通孔周邊的情況。亦即，不對齊誤差能夠使其偏離周邊高達2mm，而仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。當然，隨著正切部分52離通孔40的距離的增大，靜電放電機制的效率下降，故希望將其置于盡可能靠近邊沿。在最佳實施例中，如圖1所示，電路線50的部分52從線的邊沿突出。為了使靜電放電集中，突出52的最佳形狀是三角形，但當然能夠使用諸如弧形末端、直角形末端或多角形末端之類的其它的形狀。應該理解的是，能夠用其它火花間隙構(gòu)造來提供窄的導電薄片之間的間隙，從而提供阻抗較低的靜電能量放電路徑。目的是提供場擊穿電壓明顯低于組成互連線和焊點的鄰近的導電元件之間的擊穿電壓的場集中區(qū)；亦即，火花間隙被構(gòu)造成使在火花間隙中產(chǎn)生火花所要求的電壓低于鄰近的導電互連元件之間產(chǎn)生火花所要求的電壓。
通常借助于提供從電路線50上的一個或多個選定的點52到已經(jīng)被介電層中的窗口40暴露了部分15的下方地10的有效放電路徑，上述ESD保護結(jié)構(gòu)起作用。火花間隙防止了相鄰互連之間的電位差超過已知對互連電路所互連的電路安全的且通常由間隙尺寸確定的一定的限制范圍。例如，若帶有靜電電荷的人觸及到未接地的附件的互連焊點，則引起的放電將通過火花間隙提供的較低阻抗行進到接地的金屬化圖形和襯底的地，以便使電位差保持小于確定的限制范圍。換言之，ESD保護電路促使靜電荷選取限制互連線之間的電位差的預定路徑。接地導體提供了可能存儲在互連電路和互連元件中的靜電荷或被使用電子器件的人員放出的靜電荷的放電路徑。
圖1示出了彼此直接交叉的二個火花間隙，但本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)。當然可以使用從單個導體延伸到下方的地連接的單個火花間隙。圖3示出了本發(fā)明的一個變通實施例，其中電路線的正切部分52實際上從微通孔40的邊沿伸出。借助于在突出的電路線端點與下方接地導體之間形成火花間隙，這種安排還提供了受控的靜電放電。只要電路線50和接地導體20被電隔離，火花間隙就如所希望的那樣起作用。此外，也可以在電路線和HDI電介質(zhì)上涂敷焊料掩模層，但應該小心確保窗口61被制作在直接在通孔40上的焊料掩模中。二個窗口61和40最好是同軸的，以便確?；鸹ㄩg隙中有空氣。
上面已經(jīng)公開了集成在PCB布局中的ESD保護結(jié)構(gòu)。此ESD結(jié)構(gòu)具有不移動的或可移去的部分，其表面面積比常規(guī)火花間隙更小，而且在其組合的產(chǎn)品的制造過程中有助于提供ESD保護。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的最佳實施例，但顯然本發(fā)明不局限于此。對于本技術領域的熟練人員，將出現(xiàn)大量的修正、改變、變化、替換和等效而不偏離下列權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的構(gòu)思與范圍。
權(quán)利要求
1．一種高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，它包含在第一主面上安置有接地導體的印刷電路板；覆蓋接地導體的介電層；確定在介電層上的電路線，所述電路線電隔離于所述接地導體；制作在介電層中使部分接地導體露出來的通孔，所述通孔位于至少基本上正切于部分電路線，使所述通孔構(gòu)成所述部分電路線與接地導體之間的以空氣作為介電媒質(zhì)的火花間隙。
2．權(quán)利要求1所述的高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，其中所述部分電路線突出在通孔之外。
3．權(quán)利要求1所述的高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，其中所述部分電路線是突出物或薄片。
4．權(quán)利要求1所述的高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，其中的薄片具有尖端、弧形端、直角端或多角端。
5．權(quán)利要求1所述的高密度印刷電路板的靜電放電保護器件，還包含排列在電路線和介電層上的焊料掩模層，所述焊料掩模層具有直接覆蓋所述通孔的窗口。
6．一種制作在互連電路襯底上的靜電放電保護結(jié)構(gòu)，它包含在第一主面上安置有電路線的印刷電路板；覆蓋電路線的介電層；確定在介電層上的接地導體，所述接地導體電隔離于所述電路線；制作在介電層中使部分電路線露出來的通孔，所述通孔位于至少基本上正切于部分接地導體，使所述通孔構(gòu)成所述部分電路線與所述部分接地導體之間的以空氣作為介電媒質(zhì)的火花間隙。
全文摘要
一種高密度印刷電路板的靜電放電保護器件,它由開始于具有接地導體(10)的底層的層狀結(jié)構(gòu)組成。介電層(30)覆蓋著接地導體,以便將其電隔離于介電層頂部上的電路線(50)。通孔(40)被制作在介電層中,使部分(15)接地導體被暴露,并有策略地放置通孔,使通孔的邊沿正切于電路線的邊沿部分(52)。通孔構(gòu)成電路線邊沿部分與下方接地導體之間的用空氣作為介電媒質(zhì)的火花間隙。
文檔編號H01T4/08GK1310578SQ0110452
公開日2001年8月29日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月22日
發(fā)明者約翰·K.·阿利奇, 杰奎里·A.安德伍德, 喬奎因·巴勒托 申請人:摩托羅拉公司