一种具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳机，无需使用静电放电元件，而直接在接口区、电源区设置放电尖端和电容，在布线区设置放电尖端和电容或者设置开槽，通过放电尖端、电容和开槽就能很好的对电路板进行静电防护，降低了电路板成本。
【专利说明】—种具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路板【技术领域】，尤其涉及一种具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳机。
【背景技术】
[0002]在各种电子设备上，由于电路封装、装配、正在使用的过程中，其各个元器件之间的相互作用，在其电路板上也非常容易聚积静电；这些静电，对电子元器件都是非常危险的，静电放电(ESD)会给电子器件环境会带来破坏性的后果，常会击穿并损坏电路板上的电子器件，有时虽然电子器件未被击穿，但也会影响其正常工作的寿命，而且为了实现越来越多的功能，现在电子设备的PCB上的器件也越来越多，布板空间越来越小，静电的危害也越来越显著。
[0003]此外，由于静电产生的宽频高压的电磁干扰，还可以耦合到电路板的电路上，会对电子器件进行干扰，甚至使器件失灵或者误动作，使得电子设备工作的可靠性大大降低。
[0004]因此，提高电子设备上电路板的静电防护能力，是电子设备能够免遭损坏，保证其正常工作，是目如急需解决的问题。
[0005]现有的解决静电放电(ESD)的方法主要有添加抗静电器件，比如钳位二极管、压敏电阻、TVS 二极管，这种方法成本比较高，而且还有漏电流的问题。也容易达不到预期效果O
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳机，无需额外添加抗静电器件就能很好进行静电防护。
[0007]为解决上述问题，本实用新型提供一种具有静电防护功能的电路板，包括接口区、电源区和布线区；所述接口区的缝隙位置设置有第一类放电尖端和电容；所述电源区设置有第二类放电尖端和滤波电路；所述布线区设置有防静电的开槽和/或所述布线区设置有第三类放电尖端和电容。
[0008]进一步的，所述接口区包括USB接口、按键、存储卡接口、LED指示灯、麦克风、扬声器、摄像头和照明灯中的至少一种。
[0009]进一步的，所述布线区包括天线和信号线。
[0010]进一步的，所述天线的缝隙位置设置有第一类开槽。
[0011]进一步的，相邻两信号线为非差分走线时，两信号线之间设置有第二类开槽；相邻两信号线为差分走线时，两信号线之间设置有第三类放电尖端和电容。
[0012]进一步的，所述第一类开槽、第二类开槽为矩形槽或者椭圆形槽或者两头为三角形、中间为矩形的组合槽。
[0013]进一步的，所述开槽在板层上的槽口大小不同，位于表层板的槽口大于内层板的槽口，所述开槽的槽长为1mm。
[0014]进一步的，所述电源区中，靠近电源接口端的位置设置有由电阻和电容配置成的RC滤波电路，远离电源接口端的位置设置有滤波电容，所述滤波电容的两端与所述RC滤波电路中的电容两端并联。
[0015]进一步的，所述电路板上，围绕边缘区域设置有保护地区，所述保护地区设有至少一个开口，所述电源区、布线区以及接口区的边缘走线与保护地区相对的位置上设有第四类放电尖端和储能电容。
[0016]本实用新型还提供一种蓝牙耳机，包括上述之一的电路板。
[0017]与现有技术相比，本实用新型提供的具有静电防护功能的电路板及一种蓝牙耳机，无需使用静电放电元件，而直接在接口区、电源区设置放电尖端和电容，在布线区设置放电尖端和电容或者设置开槽，通过放电尖端、电容和开槽就能很好的对电路板进行静电防护，降低了电路板成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1A至IC是本实用新型具体实施例的蓝牙耳机结构示意图；
[0019]图2是本实用新型具体实施例的蓝牙耳机PCB板的板层图；
[0020]图3A至3B是本实用新型具体实施例的接口区的静电放电电路示意图；
[0021]图4A至4B是本实用新型具体实施例的电源区的静电放电电路示意图；
[0022]图5是本实用新型具体实施例布线区的天线位置开槽示意图；
[0023]图6是本实用新型具体实施例的布线区的非差分走线开槽图；
[0024]图7是本实用新型具体实施例的开槽在PCB上的立体图；
[0025]图8是本实用新型具体实施例的开槽的等效电路图；
[0026]图9至图11是本实用新型具体实施例的不同开槽的抗静电测试结果图；
[0027]图12是本实用新型具体实施例的不同开槽形状的抗静电测试结果图；
[0028]图13是本实用新型具体实施例的蓝牙耳机PCB板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。
[0030]本实用新型提供一种具有静电防护功能的电路板(PCB板)，可以是一个主要由信号层、地层、电源层及信号层依次组成的四层电路板，也可以是一个主要由信号层、信号层、地层、电源层、信号层及信号层依次组成的六层电路板，还可以是一个主要由信号层、信号层、地层、信号层、信号层、电源层、信号层及信号层依次组成的八层电路板。为了提高PCB板的静电防护(ESD)性能，在靠近缝隙的信号地方(接口区)，比如按键、USB接口等处设置放电尖端和电容，在电源端口加入一个RC滤波电路，在容易放电的线路之间开一个槽。
[0031 ] 下面以蓝牙耳机电路板为例，详细论述本实用新型的技术方案。
[0032]请参考图1A至1C，本实施例的蓝牙耳机包括:USB接口 10、开关机按键11、状态指示灯12、麦克风13、音量调节键14、扬声器15、PCB板16、电池以及蓝牙天线。
[0033]请参考图2，本实施例的PCB板16为四层电路板，其中，SI层布设信号线，G层铺地，P层铺电源，S2层布设信号线，可以保证信号快速回流到地平面，并给电源一个良好的耦合平面，有效地提高静电放电(ESD)性能。
[0034]根据上述的蓝牙耳机包含的电子器件，本实施例的电路板具体可以划分为接口区、电源区和布线区。所述接口区主要是指PCB板上用来设置USB接口、音频接口、按键、存储卡接口、LED指示灯、麦克风、扬声器、摄像头和照明灯等器件的区域，这些区域一般是非连续区域，通常分布于PCB板边缘的不同位置，这些区域设置的器件一般需要通过蓝牙耳机外壳的缝隙裸露在蓝牙耳机外壳表面，同时这些器件与电路板的连接也比较容易有缝隙，这些缝隙容易引进外来静电。因此，本实施例在这些比较容易有缝隙的位置设置第一类放电尖端和电容。请参考图3A，在按键此类比较容易有缝隙的位置设置第一类放电尖端Dl的同时，再加入一个电容Cl, Cl 一般选4.7 μ F或更大,来吸收第一类放电尖端在静电放电时的能量，图3Β为图3Α的等效电路图，第一类放电尖端Dl相当于一个ESD 二极管，放电尖端D5是由双尖端结构组成，其中一个尖端是走线的过程中通过添加尖端三角形而形成的，尖端三角形的大小根据0402焊盘设计,为0.5mm*0.6mm的锐角三角形,另一个尖端是通过直接在电路板边上的地与走线上尖端三角形相对应的位置处添加尖端三角形而形成。由于当来自外界的静电电荷经由按键缝隙或者使用者按压按键进入蓝牙耳机的PCB板时，可通过第一类放电尖端Dl和储能电容Cl快速传导至PCB板的地层G，以避免静电电荷经由按键影响电路板上的功能电路和其他电子器件，或者使得PCB板上的重要芯片受损。
[0035]在PCB板尺寸允许的情况下，为了实现接口区更好的静电放电效果，可以设置多组第一类放电尖端和电容。
[0036]请参考图4A和4B，在电源区设置第二类放电尖端的D2、D3、D4的同时，再加入一个电阻R1、两个电容C2、C3，其中Rl、C3组成RC滤波电路来吸收来自电源端的第二类放电尖端静电放电的能量，C2对电源有滤波作用，并保护蓝牙耳机的蓝牙芯片以及其他功能芯片。Rl，C2放在靠近电源接口端的位置，C3放在芯片端(即远离电源接口端的位置)，C2和C3并联，滤波电容C2除了可以进一步吸收第二类放电尖端静电放电的余波能量的作用之外，还可以对电源向PCB板上功能电路和其他电子器件的供电起到稳定作用。第二类放电尖端的D2、D3、D4均相当于一个ESD 二极管，均由双尖端结构组成，其中一个尖端是走线的过程中通过添加尖端三角形而形成的，尖端三角形的大小根据0402焊盘设计，为0.5mm*0.6mm的锐角三角形，另一个尖端是通过直接在电路板边上的地与走线上尖端三角形相对应的位置处添加尖端三角形而形成。由于电源充电输入或者供电输出而产生的静电电荷经由电源引脚或者电源线路进入蓝牙耳机的PCB板时，可通过第二类放电尖端D2、D3、D4、RC滤波电路以及滤波电容C2快速传导至PCB板的地层G，以避免静电电荷经由电源电路影响电路板上的功能电路和其他电子器件，或者使得PCB板上的重要芯片受损。
[0037]同样地，在PCB板尺寸允许的情况下，为了实现电源区更好的静电放电效果，可以设置多组第二类放电尖端和电容。
[0038]本实施例的布线区包括天线和信号线。请参考图5，在布线区中，靠近天线17的位置处开一个槽，即开槽18，同时请参考图6，在容易放电的信号走线之间开一个槽，即信号走线191与192之间设置开槽20，请参考图7，开槽18、20的表层开口的要比内层大0.5mm,槽长均大于1mm，槽宽至少为0.5mm(例如是Imm)。其中，容易放电的信号走线191与192，可以是位于同一信号层且相邻较近的射频信号走线与音频信号走线，也可以是同类型的非差分信号走线，开槽18、20可以有效增加爬电距离，提高敏感信号的抗静电放电(ESD)能力。
[0039]请参考图8，图8所示为开槽18、20的等效电路，蓝牙耳机PCB板的厚度按照1.0mm计算，电容C8趋向于无穷大，LI是0.8nH左右，由此可见，开槽18、20主要引入电容效应，因此可以较好的吸收信号线放出的静电，进而大大提高了蓝牙耳机的抗静电放电(ESD)能力。
[0040]图9至图11是不同开槽形状以及开槽大小对电路板静电防护的效果验证图。图9标示出了不同圆形开槽大小的抗接触放电8KV状况，O代表没通过，I代表通过，从图中可以看出，当开槽大于Imm的时候，打接触放电的时候，信号间抗8KV通过，但是这种开槽占的面积比较大，要求PCB尺寸较大，适合大尺寸的头戴式蓝牙耳机，不太适合图1A至图1C中所示的小型蓝牙耳机；
[0041]图10标示出了不同椭圆形开槽大小的抗接触放电8KV状况，O代表没通过，I代表通过，从图中可以看出，当开槽大于0.5mm*Imm的时候,打接触放电的时候，信号间抗8KV通过，这种相对占的面积能小些，可以在图1A至图1C中所示的蓝牙耳机上应用。
[0042]图11标示出了四种不同形状开槽201、202、203、204的抗接触放电8KV状况，四种不同形状开槽201、202、203、204分别为尖角矩形槽、两头为三角形而中间为矩形的组合槽、椭圆形槽以及圆角矩形槽。从中可以看出，不管开槽是尖的还是圆的，打接触放电的时候，信号间抗8KV都通过。在电路板制作中，一般选用第4种开槽方式，这种方式比较节约空间，而且对于电路板制程也比较容易。
[0043]请参考图12，进一步的，相邻两条信号走线为差分走线时，例如接扬声器的音频信号输出线、接麦克风的音频信号输入线、接蓝牙芯片或者天线的射频信号输入线、接蓝牙芯片或者天线的射频信号输出线，在各条信号走线的一端分别添加第三类放电尖端D5、D6以及储能电容C4、C5。第三类放电尖端的D5、D6均相当于一个ESD 二极管，均由双尖端结构组成，其中一个尖端是走线的过程中通过添加尖端三角形而形成的，尖端三角形的大小根据0402焊盘设计，为0.5mm*0.6mm的锐角三角形，另一个尖端是通过直接在电路板边上的地与走线上尖端三角形相对应的位置处添加尖端三角形而形成。
[0044]请参考图13，进一步的，本实用新型的蓝牙耳机PCB板中，PCB板上围绕边缘区域设置有保护地区23，保护地区23设有至少一个开口 231，电源区、布线区以及接口区的边缘走线193与保护地区23相对的位置上设有第四类放电尖端D5以及储能电容C7。即第四类放电尖端D5由双尖端结构组成，其中一个尖端是由位于电源区、布线区以及接口区的边缘的接线或者信号线在布线的过程中通过添加尖端三角形而形成，尖端三角形的大小根据0402焊盘设计，为0.5mm*0.6mm的锐角三角形，另一个尖端是通过直接在保护地区23的地与走线上尖端三角形相对应的位置处添加尖端三角形而形成。储能电容C7可以是表面贴片式电容，容值为O?10pf、耐压值大于或等于1000V。当存在两个以上开口 231时，开口231的大小和形状可以相同，也可以不同，可以是例如梯形、矩形、星形、弧形、以及上述各种形状的组合。
[0045]保护地区23通过开口不完全包围电源区、布线区外侧，且保护地区23与边缘线之间设有第四类放电尖端和储能电容，同时在接口区也采取了静电防护措施，进一步的解决电路板上静电防护的问题，快捷地将接口区的地、电源区的地以及布线区的地的静电释放到所述保护地区，避免了由于静电产生的宽频高压的电磁干扰耦合到PCB板的芯片电路上而对电子器件进行干扰，甚至使器件失灵或者误动作的问题，以及由于人为或其他情况下接触各个接口产生大量静电而影响蓝牙耳机可靠性的问题。
[0046]本实施例以蓝牙耳机为例，详细论述了本实用新型的技术方案，然而上述电路板并不仅仅适用于蓝牙耳机产品，也可以用应用到头戴影院、智能手表、智能眼镜、智能手机等电子产品上，其中的天线也不仅仅是指蓝牙天线，可以是红外天线、NFC天线等。
[0047]显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种具有静电防护功能的电路板，其特征在于，包括接口区、电源区和布线区；所述接口区的缝隙位置设置有第一类放电尖端和电容；所述电源区设置有第二类放电尖端和滤波电路；所述布线区设置有防静电的开槽和/或所述布线区设置有第三类放电尖端和电容。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述接口区包括USB接口、音频接口、按键、存储卡接口、LED指示灯、麦克风、扬声器、摄像头和照明灯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述布线区包括天线和信号线。
4.如权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述天线的缝隙位置设置有第一类开槽。
5.如权利要求3所述的电路板，其特征在于，相邻两信号线为非差分走线时，两信号线之间设置有第二类开槽；相邻两信号线为差分走线时，两信号线之间设置有第三类放电尖端和电容。
6.如权利要求5所述的电路板，其特征在于，所述第一类开槽、第二类开槽为矩形槽或者椭圆形槽或者两头为三角形、中间为矩形的组合槽。
7.如权利要求6所述的电路板，其特征在于，所述电源区中，所述开槽在板层上的槽口大小不同，位于表层板的槽口大于内层板的槽口，所述开槽的槽长为1mm。
8.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述电源区中，靠近电源接口端的位置设置有由电阻和电容配置成的RC滤波电路，远离电源接口端的位置设置有滤波电容，所述滤波电容的两端与所述RC滤波电路中的电容两端并联。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电路板，其特征在于，所述电路板上，围绕边缘区域设置有保护地区，所述保护地区设有至少一个开口，所述电源区、布线区以及接口区的边缘走线与保护地区相对的位置上设有第四类放电尖端和储能电容。
10.一种蓝牙耳机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电路板。
【文档编号】H04R1/10GK204031426SQ201420356755
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】刘晓颖, 薛林 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司