KR101036327B1 - 접지 ｐｉｎ을 구비한 전기적 커넥터 - Google Patents

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Abstract

호스트 디바이스에 커넥터를 반대로 삽입할 때 전기적 단락 및 손상을 막는 접지 핀(120)을 구비한 쉬스리스 커넥터(102)를 포함하는 반도체 디바이스(100)가 개시된다. 만약 전기적 커넥터가 반대로 삽입된다면, 접지 핀이 소켓(36)의 신호 접지 단자(46)와 결합하고, 그리고 남아있는 단자들과의 접촉을 피한다. 결과적으로, 종래 디바이스의 반대로 삽입시 일어나는 손상을 본 발명에 의해 없앨 수 있다.

Description

접지 ＰＩＮ을 구비한 전기적 커넥터{ELECTRICAL CONNECTOR WITH GROUNDING PIN}
본 발명의 실시예는, 호스트 디바이스에 커넥터를 반대로 삽입할 때 회로 단락 및 손상을 막는 접지 핀(grounding pin)을 구비한 쉬스리스 커넥터(sheathless connector)에 관한 것이다.
휴대용 가전제품를 사용하고자 하는 강한 요구로 인해 고용량의 저장 디바이스의 필요성이 증가하고 있다. 비휘발성 반도체 메모리 디바이스, 예를 들어 플래시 메모리 저장 카드는 디지털 정보 저장 및 교환에 있어 계속 증가하고 있는 요구를 충족시키기 위해 널리 사용되고 있다. 이들의 높은 신뢰도 및 큰 저장 용량과 함께 이들의 휴대성, 다양도성, 및 내구력 강한 디자인은 이러한 메모리 디바이스들이 광범위한 전자 디바이스들(예를 들어, 디지털 카메라, 디지털 음악 재생기, 비디오 게임 콘솔, PDA, 및 셀률러 전화기를 포함)에서 이상적으로 사용될 수 있게 한다.
앞서 명명된 것들과 같은 디바이스들과 예를 들어 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 다른 컴포넌트들 간의 신호 전달을 위한 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus, USB)가 널리 보급되어 있다. USB 인터페이스는 수플러그(male plug) 및 암소 켓(female socket) 커넥터로 구성된다. 플러그는 일반적으로 결합 소켓 내의 개구에 삽입되는 하나 또는 그 이상의 핀들을 구비한다. 대여섯 타입의 USB 커넥터가 존재하지만, 가장 일반적으로 사용되는 것은 타입-A 플러그이고, 이러한 타입-A 플러그 상에는 4-핀 커넥터가 있으며, 쉴드(shield)로 둘러싸여 있다. 종래의 타입-A USB 플러그 및 소켓의 단면도가 도 1 내지 도 3에서 도시되어 있다. 도 1에 도시된 종래의 USB 플러그(20)는 예를 들어 전자 디바이스에 부착될 수 있고, 그리고 베이스(base)(22)를 포함할 수 있으며, 베이스(22) 상에는 신호 파워 핀(24), 한 쌍의 신호 핀들(26, 28), 및 신호 접지 핀(30)이 형성된다. 베이스 및 핀들은 슈라우드(shroud)(32)에 의해 커버된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 USB 소켓(36)은 호스트 디바이스에 통합될 수 있고, 그리고 베이스(38) 및 상기 베이스(38) 상에 형성된 네 개의 단자(40 내지 46)를 포함할 수 있다(명확한 설명을 위해 점선으로도 도시됨). 도 3에 도시된 바와 같이, 플러그가 소켓 내로 수납되어, 전자 디바이스와 호스트 디바이스 간의 신호 전달이 가능하도록 핀(24 내지 30)이 핀(40 내지 46)과 결합한다.
종래 USB 접속에 있어서, 슈라우드는 전자 디바이스의 정전기 전하를 소산(dissipate)시키기 위한 접지 경로를 제공한다. 그러나, 일부 프로파일(profile)이 낮은 USB 접속 디바이스는 현재 슈라우드 없이 만들어지고 있다(예를 들어, 종래 기술을 나타낸 도 4 및 도 5에 도시된 플러그(50)). 쉬스(sheath) 없이 접지로의 경로를 제공하기 위해, 신호 핀들의 반대편에 있는 베이스 면 상의 접지 플레이트(grounding plate)를 포함하여 소켓(36)의 전도 면(conductive sides)과 접촉하 도록 하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허번호 제6,896,527호(발명의 명칭: "Slim USB Male Connector with System Grounding")는 베이스의 제 1 면 상에는 신호 핀들을 구비하고 그리고 상기 베이스의 반대편 면 상에는 접지로의 경로를 제공하기 위한 접지 플레이트를 포함하는 USB 접속 디바이스를 개시한다.
그러나, 공지된 커넥터의 단점은 슈라우드가 없는 경우 USB 플러그를 잘못된 방향(orientation) 즉, 반대로 소켓에 삽입하는 것이 종종 가능하다는 것이다. 즉, 도 6에서 종래 기술로서 도시된 바와 같이, 핀들(24 내지 30)이 잘못된 면에 접하도록 플러그가 삽입되었다. '527 특허에서 개시된 것과 같은 종래 기술의 커넥터들에 있어서, 플러그를 반대로 삽입하면, 플레이트(52)가 호스트 디바이스 소켓의 파워 단자 및 접지 단자와 맞물리게 한다. 플레이트(52)를 통해 호스트 디바이스의 접지 단자가 파워 단자와 접속되면, 호스트 디바이스는 단락 회로가 될 수 있고, 호스트 디바이스에 손상을 줄 수 있다. 따라서, 접지 경로를 가지면서 호스트 디바이스로의 커넥터를 반대로 삽입할 때 전기적 단락의 위험 혹은 손상을 없애는 전기적 커넥터의 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 호스트 디바이스에 커넥터를 반대로(backwards) 삽입할 때 전기적 단락 및 손상을 막는 접지 핀(grounding pin)을 구비한 쉬스리스 커넥터(sheathless connector)를 포함하는 반도체 디바이스에 관한 것이다. 반도체 디바이스는 전기적 커넥터에 연결된 집적 회로를 포함한다. 커넥터의 상부는 복수의 신호 핀들을 포함할 수 있고, 그리고 커넥터의 제 1 에지에 인접하고 아울러 집적 회로의 접지 평면 혹은 회로에 연결된 신호 접지 핀을 포함할 수 있다. 커넥터의 하부는 커넥터의 제 2 에지에 인접하고 아울러 마찬가지로 집적 회로의 접지 평면 혹은 회로에 연결된 접지 핀을 포함할 수 있다.
반도체 디바이스는 또한 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 신호 핀 및 접지 핀은 인쇄 회로 기판 상에 형성될 수 있어, 전기적 커넥터는 접적 회로와 함께 통합적으로 형성된다. 대안적 실시예에서, 전기적 커넥터는 인쇄 회로 기판과 분리되어 형성될 수 있고, 그리고 전기적 커넥터와 인쇄 회로 기판이 형성된 이후 전기적 커넥터는 인쇄 회로 기판에 부착될 수 있다.
전기적 커넥터는 앞서 배경기술 분분에서 설명된 바와 같이, 신호 접지 단자를 포함하는 신호 단자를 구비한 호스트 디바이스의 소켓에 삽입될 수 있다. 커넥터가 소켓에 적절하게 삽입될 때, 신호 핀은 소켓에서 그 각각의 단자와 맞물린다. 적절하게 삽입되면, 접지 핀은 또한 소켓의 전기적 전도성의 표면과 맞물려 반도체 디바이스에 접지 경로를 제공한다. 그러나, 만약 전기적 커넥터가 반대로 삽입된다면, 접지 핀은 소켓의 신호 접지 단자와 결합하고, 그리고 나머지 단자들과의 접촉을 피한다. 결과적으로, 종래 기술의 반대로 삽입할 때 일어나는 손상이 피해진다.
도 1은 슈라우드를 포함하는 종래 USB 플러그의 단면도이다.
도 2는 호스트 디바이스의 종래 USB 소켓의 단면도이다.
도 3은 USB 소켓 내에서 슈라우드가 결합된 종래 USB 플러그의 단면도이다.
도 4는 종래의 슈라우드가 없는 USB 플러그의 단면도이다.
도 5는 호스트 디바이스의 소켓 내에서의 종래 슈라우드가 없는 USB 플러그의 단면도이다.
도 6은 호스트 디바이스의 USB 소켓 안으로 반대로 삽입된 종래 슈라우드가 없는 USB 플러그의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 상부도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 하부도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 측면의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전기적 커넥터의 말단의 단면도이다.
도 11은 호스트 디바이스 소켓에 적절하게 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 전기적 커넥터의 말단의 단면도이다.
도 12는 호스트 디바이스 소켓 내에 부적절하게 삽입된 본 발명의 실시예에 따른 전기적 커넥터의 말단의 단면도이다.
도 13은 호스트 디바이스 소켓 내에 부적절하게 삽입된 본 발명의 대안적 실시예에 따른 전기적 커넥터의 말단의 단면도이다.
이제 도 7 내지 도 13을 참조하여 여러 실시예들이 설명되며, 이런한 것은, 커넥터의 호스트 디바이스로의 반대로 삽입시 전기적 단락 및 손상을 방지하는 접지 핀을 구비한 쉬스리스 커넥터에 관한 것이다. 이해할 것으로, 본 발명은 다른 많은 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 실시예들로만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시내용이 완전히 전체적으로 이해될 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들에게 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 실시예들에 대한 대안적인 것, 수정된 것, 및 등가적인 것을 포괄하도록 의도되었고, 이것은 첨부되는 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위 및 사상 내에 포함된다. 더욱이, 본 발명의 다음의 상세한 설명에서, 특정된 많은 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이러한 특정적 세부사항 없이도 본 발명이 실시될 수 있다는 사실은 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 자들에게는 명백하다.
도 7, 도 8, 도 9는 각각 상부도, 하부도, 단면도를 나타낸 것으로, 이제 이러한 도면들을 참조하면, 제1측에는 USB 커넥터(102)를 포함하고, 제2측에는 집적 회로(104)를 포함하는 반도체 디바이스(100)가 도시된다. 본 발명에 있어 필수적인 것은 아니지만, 집적 회로(104)는 적어도 반도체 다이(104a 및 104b) 및 수동 컴포넌트(104c)를 포함할 수 있다. 집적 회로(104)의 타입 및 기능 또한 본 발명에 있어 필수적인 것이 아니지만, 여러 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 플래시 메모리 다이 및 ASIC과 같은 하나 또는 그 이상의 제어기 다이를 포함하는 플래시 메모리 디바이스일 수 있다.
호스트 디바이스로의 타입-A USB 접속을 위한 커넥터(102)가 도시되었지만, 다른 타입의 USB 커넥터들이 이후 설명되는 바와 같은 본 발명을 포함할 수 있다. 전기적 커넥터(102)는 제 1 에지(102a) 및 상기 제 1 에지(102a)의 반대편에 있는 제 2 에지(102b)을 포함한다.
도 7의 상부도 및 도 9의 단면도에 나타난 바와 같이, 커넥터(102)의 상부 표면은 복수의 신호 핀들(106-112)을 포함한다. 신호 핀들(106-112)은 종래 타입-A USB 커넥터 내의 신호 핀들일 수 있다. 핀(106)은 커넥터의 에지(102a)에 인접할 수 있고, 그리고 이후 설명되는 바와 같이 USB 커넥터(100)가 부착된 반도체 디바이스에 전압을 공급하기 위한 신호 파워 핀일 수 있다. 신호 핀(108 및 110)은 반도체 디바이스와 USB 커넥터(100)가 접속된 호스트 디바이스 간에 신호를 전송할 수 있다. 핀(112)은 에지(102b)에 인접할 수 있고, 그리고 집적 회로(104) 내의 접지 평면 혹은 회로에 접속된 신호 접지 핀일 수 있다. 접지 평면 혹은 회로는 반도체 디바이스(104)에 대해 접지로의 경로를 제공한다. 핀들(106-112) 각각은 반도체 디바이스(100)의 상부 표면에 노출될 수 있다.
신호 핀들(106-112) 및 집적 회로(104)는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, "PCB")(118) 상에 형성될 수 있다. 종래 기술에서 알려진 바와 같이, PCB(118)는 코어(core)로 형성될 수 있고, 코어의 상부 표면 상에는 상부 전도성 층이 형성되고, 코어의 하부 표면 상에는 하부 전도성 층이 형성된다. PCB(118) 상의 집적 회로(104)의 제조 동안, PCB(118)의 전도성 층들은 에칭되어 제 1 표면 상에 핀들(106-112)을 정의하고, 그리고 반대편 표면 상에 접지 핀(120)(아래에서 설명됨)을 정의한다. 컨덕턴스 패턴(conductance pattern)은 핀들(106-112)을 집적 회로(104)에 전기적으로 연결시키기 위한 전기적 트레이스들(112)을 포함할 수 있다. 패터닝되면, PCB(118)는 종래 기술에서 알려진 솔더 마스크를 사용하여 래미네이트(laminate)될 수 있다.
이제 본 발명에 따른 도 8의 하부도 및 도 9의 단면도를 참조하면, 접지 핀(120)이 PCB(118) 상에, 에지(102b)에 인접하여, 핀들(106-112)의 반대편 면 상에 형성될 수 있다. 접지 핀(120)은 다양한 방법들 중 하나, 예를 들어 트레이스(124)에 의해, 그리고 PCB(118) 상에 형성된 비아(126)에 의해, 집적 회로(104)의 접지 평면 또는 회로에 연결될 수 있다. 접지 핀(120)은, 공지된 도금 공정에 의해 금, 니켈/금 합금 또는 다른 도금 물질로 도금될 수 있다.
도 7 및 도 8에서는 생략되었지만, 도 9에 도시된 바와 같이, PCB(118)는 공지된 캡슐화 공정에 의해 몰딩 화합물(128) 내에 캡슐링될 수 있다. 상부 표면 상의 핀들(106-112) 및 하부 표면 상의 접지 핀(120)은 몰딩 화합물(128)의 표면을 통해 노출된다. 대안적 실시예에서, 집적 회로(104) 및 커넥터(102)는, 몰딩 화합물(128) 대신에 또는 몰딩 화합물(128)에 추가하여, 두껑(lid) 혹은 프레임(frame) 내에 포함될 수 있다.
앞서 설명된 실시예들에서, 전기적 커넥터(102)는 인쇄 회로 기판(118)의 일부로서 통합되어 형성된다. 본 발명에 대한 대안적 실시예에서, 신호 핀들(106-112) 및 접지 핀(120)을 포함하는 전기적 커넥터(102)는 PCB(118)로부터 분리되어 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서, PCB(118)가 집적 회로를 갖도록 형성된 이후, 전기적 커넥터가 PCB(118)에 부착될 수 있다. 부착되면, 신호 핀들(106-112)이 PCB(118) 상의 콘택 패드에 솔더링 되어 핀들(106-112)이 집접 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 접지 핀(120)이 PCB(118) 상의 콘택 패드에 솔더링되어 접지 핀(120)이 접지 평면 또는 회로에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10은 전기적 커넥터(102)의 단면도이고, 몰딩 화합물(122) 내에서의 인쇄 회로 기판(118) 상의 신호 핀들(106-112) 및 접지 핀(120)이 도시되어 있다. 도 11은 호스트 디바이스의 종래의 소켓(36)(배경기술 부분에서 설명됨) 내에 장착된 전기적 커넥터(102)의 단면도이다. 소켓(36)은 신호 파워 단자(40), 신호 단자들(42 및 44), 신호 접지 단자(46)를 포함할 수 있다(소켓(36)은 명확한 설명을 위해 점선으로 도시됨).
적절하게 삽입되는 경우, 핀들(106-112)은 단자들(40-46)과 각각 맞물려, 종래 기술에서 알려진 바와 같이, 반도체 디바이스(100)와 호스트 디바이스 간의 신호 교환이 가능하게 된다. 마찬가지로, 접지 핀(120)은 소켓(36)의 전기적으로 전도성인 표면과 맞물려, 반도체 디바이스(100)에 대해 호스트 디바이스를 통한 접지 경로를 제공한다.
그러나, 배경기술 부분에서 설명된 바와 같이. 프로파일이 낮은 USB 커넥터는 반대로 부적절하게 삽입될 수 있다. 이러한 상황이 도 12에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 반대로 삽입되는 경우, 접지 핀(120)은 신호 접지 단자(46)와 맞물리고, 그리고 단자(40-44)와는 접촉하지 않게 된다. 결과적으로, 종래 기술의 디바이스의 반대로 삽입시에 일어나는 손상은 본 발명에서는 일어나지 않게된다. 이해할 것으로, 핀(120)의 폭(즉, 에지(102a)와 에지(102b) 사이에서 연장된 치수)은 대안적 실시예에서는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 핀(120)의 폭은 대응하는 단자(46)의 폭보다 더 클 수 있다. 여러 실시예들에서, 접지 핀(120)의 폭은, 접지 핀(120)이 단자(44)에 가깝게 있지만 접촉하지는 않는 지점까지 증가할 수 있다.
본 발명의 앞서의 상세한 설명은 예시적이고 설명적 목적으로 제공되었다. 이러한 것이 본 발명의 전부를 말하는 것이 아니며, 또한 개시되는 이러한 형태에 본 발명을 정확히 한정하려는 것도 아니다. 앞서의 설명을 기반으로 많은 수정 및 변형이 가능하다. 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 원리 및 그 실제 응용을 가장 잘 설명하여 본 발명의 기술분야의 다른 숙련된 자로 하여금 원하는 특정 사용에 적합하게 다양한 실시예에서 그리고 다양한 수정을 통해 본 발명을 가장 잘 사용할 수 있도록 하기 위해 선택된 것이다. 본 발명의 범위는 그 첨부되는 특허청구범위에 의해 정의된다.

Claims (10)

  1. 호스트 디바이스에 전자 디바이스를 부착하기 위한 전기적 커넥터로서, 상기 전기적 커넥터는,
    서로 대향하고 있는 제 1 표면 및 제 2 표면과, 그리고 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에서 연장하며 서로 대향하는 제 1 에지 및 제 2 에지를 포함하는 베이스와;
    상기 제 1 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스를 접지 퍼텐셜에 연결하는 신호 접지 핀과, 여기서 상기 신호 접지 핀은 상기 제 1 에지에 인접하여 위치하고;
    상기 제 1 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스와 상기 호스트 디바이스 간에 신호들을 전송하기 위한 신호 핀과, 여기서 상기 신호 핀은 상기 신호 접지 핀에 인접하여 위치하고 그리고 상기 제 1 에지로부터 일정 거리 만큼 이격되어 있으며; 그리고
    상기 제 2 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스를 접지시키기 위한 접지 핀을 포함하여 구성되고,
    여기서 상기 접지 핀은 상기 제 2 에지에 인접하여 위치하고 그리고 상기 제 1 에지와 상기 제 2 에지 사이에서 일정 방향의 폭을 가지며, 상기 폭은 상기 신호 핀이 상기 제 1 에지로부터 이격된 상기 일정 거리보다 더 작은 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접지 핀의 크기는 상기 신호 접지 핀의 크기와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접지 핀의 폭은 상기 신호 접지 핀의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접지 핀의 폭은 상기 신호 접지 핀의 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 표면은 제 2 신호 핀과, 그리고 상기 신호 핀에 인접한 신호 파워 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 커넥터는 상기 호스트 디바이스의 USB 리셉터클(receptacle)에 맞을 수 있는 것을 특징으로 하는 전기적 커넥터.
  7. 호스트 디바이스의 USB 리셉터클을 통해 상기 호스트 디바이스와 함께 동작할 수 있는 플래시 메모리 디바이스로서, 상기 플래시 메모리 디바이스는,
    전자 디바이스와; 그리고
    상기 호스트의 상기 USB 리셉터클에 맞을 수 있는 전기적 커넥터를 포함하여 구성되고,
    상기 전기적 커넥터는,
    서로 대향하고 있는 제 1 표면 및 제 2 표면과, 그리고 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에서 연장하며 서로 대향하는 제 1 에지 및 제 2 에지를 포함하는 베이스와;
    상기 제 1 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스를 접지 퍼텐셜에 연결하는 신호 접지 핀과, 여기서 상기 신호 접지 핀은 상기 제 1 에지에 인접하여 위치하고;
    상기 제 1 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스와 상기 호스트 디바이스 간에 신호들을 전송하기 위한 신호 핀과, 여기서 상기 신호 핀은 상기 신호 접지 핀에 인접하여 위치하고 그리고 상기 제 1 에지로부터 일정 거리 만큼 이격되어 있으며; 그리고
    상기 제 2 표면 상에 위치하여 상기 전자 디바이스를 접지시키기 위한 접지 핀을 포함하고,
    여기서 상기 접지 핀은 상기 제 2 에지에 인접하여 위치하고 그리고 상기 신호 핀이 상기 제 1 에지로부터 이격된 상기 일정 거리보다 더 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접지 핀의 크기는 상기 신호 접지 핀의 크기와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 접지 핀의 폭은 상기 신호 접지 핀의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 디바이스.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 접지 핀의 폭은 상기 신호 접지 핀의 폭보다 더 작은 것을 특징으로 하는 플래시 메모리 디바이스.
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