KR101036487B1 - 서지보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서지보호장치에 관한 것으로, 일정크기 이상의 전압이 유입될 경우 이를 접지시키기 위한 인쇄회로 기판을 이용한 서지 보호 장치에 있어서, 상기 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 형성되며 일정크기 이상의 전압이 유입되면 이를 접지시키기 위하여 전원에서 접지까지 전기적 연결된 통로를 제공하는 도전성 박막, 상기 인쇄회로 기판을 천공하여 형성되며 상기 인쇄회로 기판의 상면에 형성된 도전성 박막 및 상기 인쇄회로 기판의 하면에 형성된 도전성 박막 간에 전기적으로 연결된 통로를 제공하는 관통공을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 서지보호장치에 따르면 인쇄회로 기판을 이용한 서지보호장치에 있어서 인쇄회로 기판에 다수의 관통공을 구비하여 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 존재하는 도전성 박막이 상호 전기적으로 연결되게 하여 통전 단면적을 증가시킴으로써 인쇄회로 기판에 순간적인 과전류가 인가되어도 상기 도전성 박막이 용융되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

서지보호장치{A Surge Protector}

본 발명은 서지보호장치에 관한 것으로, 특히 인쇄회로 기판을 이용한 서지보호장치에 있어서 순간적인 과전류가 인가되어도 인쇄회로 기판상에 형성된 도전성 박막 손상 방지를 위한 관통공을 구비한 서지보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 서지보호장치는 순간적으로 과전류가 흐르기 때문에 도선으로 전류용량이 큰 평각동전선이나 굵은 동도체를 사용하는 것이 일반적이다.

그러나 평각동전선이나 굵은 동도체를 이용하여 인쇄회로 기판에 서지보호장치를 구성하는 경우 평각동전선이나 굵은 동도체와 인쇄회로기판의 접촉부가 외부 충격에 의하여 단선될 수 있으며, 평각동전선이나 굵은 동도체의 부피로 인하여 소형 경량화하기 어려울 뿐만 아니라 조립이 곤란한 문제점이 있었다.

따라서, 인쇄회로 기판에 과전류를 흘리기 위한 도선으로 인쇄회로 기판의 양면에 도전성 박막을 형성하는 구조가 제안되었다. 그러나 상기와 같은 구조에서 순간적인 과전류가 흐르는 경우 상기 인쇄회로 기판상에 형성된 도전성 박막이 용융되거나 손상되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 인쇄회로 기판을 이용한 서지 보호장치에 있어서, 인쇄회로 기판에 다수의 관통공을 구비하여 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 존재하는 도전성 박막이 전기적으로 연결되게 함으로써 인쇄회로 기판에 순간적인 과전류가 인가되어도 상기 도전성 박막이 용융되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 관통공을 구비한 서지보호장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 서지 보호 장치는, 일정크기 이상의 전압이 유입될 경우 이를 접지시키기 위한 인쇄회로 기판을 이용한 서지 보호 장치에 있어서, 상기 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 형성되며 일정크기 이상의 전압이 유입되면 이를 접지시키기 위하여 전원에서 접지까지 전기적 연결된 통로를 제공하는 도전성 박막, 상기 인쇄회로 기판을 천공하여 형성되며 상기 인쇄회로 기판의 상면에 형성된 도전성 박막 및 상기 인쇄회로 기판의 하면에 형성된 도전성 박막 간에 전기적으로 연결된 통로를 제공하는 관통공을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관통공의 전기적으로 연결된 통로는 상기 관통공의 내주면에 도전성 박막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관통공의 내주면에 형성된 도전성 박막은 상기 도전성 박막을 이루는 물질과 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도전성 물질은 은, 동, 동 및 주석의 합금 또는 납인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관통공은 상기 인쇄회로 기판에 복수개 형성되어 있으며, 상기 관통공의 직경은 1.3~1.7㎜이고 인접한 관통공과의 중심거리는 1.9 ~ 2.3㎜인 것을 특징으로 한다.

또한, 일정크기 이상의 전압이 유입될 경우 이를 감지하기 위한 서지감지회로, 과전류를 변류하여 상기 서지감지회로에 공급하기 위한 변류기, 일정크기 이상의 전압을 접지시키는 바리스터를 더 포함하되, 상기 도전성 박막은 전기적으로 분리된 제1도전성 박막 및 제2도전성 박막, 중성선 박막으로 구성되며, 상기 제1도전성 박막은 전원에 연결되며, 상기 제1도전성 박막 및 상기 제2도전성 박막은 동도선을 통하여 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 동도선에는 변류기가 위치하며, 상기 제2도전성 박막과 상기 중성선 박막 사이에는 상기 바리스터가 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 서지보호장치에 의하면, 인쇄회로 기판을 이용한 서지보호장치에 있어서 인쇄회로 기판에 다수의 관통공을 구비하여 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 존재하는 도전성 박막이 상호 전기적으로 연결되게 하여 통전 단면적을 증가시킴으로써 인쇄회로 기판에 순간적인 과전류가 인가되어도 상기 도전성 박막이 용융되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 보호장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 서지 보호장치의 인쇄회로 기판의 평면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 서지 보호장치의 인쇄회로 기판의 배면도이다.
도 4은 도 2의 A부분을 확대한 확대도이다.

본 발명은 큰 전류 용량을 필요로 하는 서지 보호 장치에 있어서 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 형성된 도전성 박막이 다수의 관통공(through hole)을 통하여 전기적으로 연결되는 구성을 가짐으로써 상기 전력 장치의 인쇄회로 기판에서 통전 면적이 증가하여 전류용량이 증가함으로써 과전류로 인한 회로패턴의 훼손을 방지할 수 있는 서지보호장치의 구조에 관한 것이다.

여기서, 관통공이란 인쇄회로 기판(PCB)을 천공하여 형성하는 것으로서 회로소자를 삽입하여 고정할 뿐만 아니라 상기 회로 소자와 인쇄회로 기판(PCB)에 형성된 회로패턴을 전기적으로 연결시키고 인쇄회로 기판(PCB)의 양면에 형성된 도전성 박막을 상호 연결하기 위하여 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위한 구멍(hole)이며, 특히 본 발명에서는 관통공 내주면에 도전성 박막이 형성된 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 서지보호장치의 구조의 일 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 자세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 서지 보호장치의 사시도이고, 도 2는 상기 서지 보호장치의 인쇄회로 기판의 상면(100a)을 도시한 도면이고, 도 3은 상기 서지 보호장치의 인쇄회로 기판의 하면(100b)을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 A부분의 확대도이다.

도 1에 따르면 본 발명에 따른 서지 보호장치(10)는 인쇄회로 기판(100), 단자부(200), 변류부(300), 바리스터(400) 및 온도퓨즈(500)로 구성된다.

인쇄회로 기판(100)은 전원에서 접지까지 전기적 연결된 통로를 제공하기 위한 것이고, 단자부(200)는 전원선, 중성선 및 접지선이 각각 연결되는 전원 단자(210), 중성선 단자(220), 접지 단자(230)로 구성되며 이들은 후술할 제1도전성 박막(110), 중성선 박막(130) 및 제3도전성 박막(140)과 각각 전기적으로 접속되어 있다.

변류부(300)는 서지전압에 의하여 유입되는 과전류를 계측가능한 전류로 변류시키는 것으로서 과전류가 흐를 수 있는 도전선(310)과 상기 도전선을 포위하여 위치할 수 있도록 링형상을 가지는 변류기(320)로 구성된다.

상기 도전선(310)은 동도체나 동전선을 사용할 수 있으며 허용 전류 값에 따라 1개 이상의 도전선을 사용할 수 있다. 상기 도전선은(310)은 후술하는 바와 같이 전기적으로 이격된 제1도전성 박막(110)과 제2도전성 박막(120)을 전기적으로 연결하도록 구비되며, 상기 변류부(300)에는 상기 도전선(310)에 전류가 흐르면 상기 변류기(320)에 유도되는 기전력에 의하여 서지전압의 유입여부를 알 수 있는 서지감지회로(도면 미도시)가 더 구비될 수도 있다.

제1바리스터(400) 및 제2바리스터(400')는 일정 수준 이상의 전압이 유입되면 이를 접지시키기 위한 것이며, 도 1에 도시한 바와 같이 제1바리스터(400)는 후술할 제2도전성 박막(120)과 중성선 박막(130) 사이에 위치하며, 제2바리스터(400')는 후술할 중성선 박막(130)과 제3도전성 박막(140) 사이에 위치한다. 또한, 제1바리스터(400) 및 제2바리스터(400')에는 온도퓨즈(500)가 더 구비될 수 있으며 제1바리스터(400) 및 제2바리스터(400')의 과열시 전원을 차단함으로써 서지 보호장치(10)가 손상되는 것을 방지한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 인쇄회로 기판(100)은 전원에서 접지까지 전기적 연결된 통로를 제공하기 위하여 그 양면에 도전성 박막이 형성되어 있다. 도전성 박막을 이루는 물질로 은, 동, 동 및 주석의 합금 또는 납이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않고 회로의 특성에 따라 다양한 물질이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 설명상 편의를 위하여 상기 도전성 박막을 제1도전성 박막(110), 제2도전성 박막(120), 중성선 박막(130) 및 제3도전성 박막(140)으로 나누어 도시하였다. 또한, 도 1 내지 도 3에는 3상 전원을 기준으로 도시하였으나 이에 한정되지 아니하고 2상 또는 다상에도 적용될 수 있음은 물론이다.

제1도전성 박막(110)은 전원 단자(210)와 후술할 변류부(300) 사이에 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위한 것이고, 제2도전성 박막(120)은 변류부(300)와 제1바리스터(400) 사이에 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위한 것이고, 중성선 박막(130)은 제1바리스터(400), 제2바리스터(400') 및 중성선 단자(220) 사이에 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위한 것이고, 제3도전성 박막(140)은 제2바리스터(400')와 접지 단자(230) 사이에 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위한 것이다.

인쇄회로 기판(100)의 상면에 형성된 도전성 박막과 인쇄회로 기판(100)의 하면에 형성된 도전성 박막 사이에 전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위하여 상기 인쇄회로 기판(100)을 천공하여 관통공(150)이 구비된다. 서지 보호장치(10)에 있어서 상기 관통공(150)은 필요에 따라 도전성 물질이 충진될 수도 있다.

전기적으로 연결된 통로를 제공하기 위하여 도 4에 도시한 바와 같이 상기 관통공(150)의 내주면에도 도전성 박막(151)이 형성되어 있다. 상기 관통공(150)의 내주면에 형성된 도전성 박막(151)은 접촉저항을 감소시키기 위하여 상기 도전성 박막(110, 120, 140)과 동일한 물질인 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 관통공(150)을 통하여 상기 인쇄회로 기판(10)의 상면에 존재하는 도전성 물질과 상기 인쇄회로 기판(10)의 하면에 존재하는 도전성 물질 사이에 전기적으로 연결된 통로를 형성함으로써 통전되는 단면적이 증가하여 전류용량이 커지게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 서지 보호장치(10)가 최적의 전류용량을 확보하기 위한 단면적 확보와 적절한 작업성을 확보를 위하여 상기 도전성 박막(110, 120, 140)의 단면적이 최대로 하여야 하는데 이는 관통공(150)의 직경 및 인접한 관통공(150) 간의 간격과 관련이 있다.

상기 도전성 물질이 동인 경우 반복적인 실험결과 관통공(150)의 직경이 1.3~1.7㎜이고 인접한 관통공(150) 간의 중심거리는 1.9~2.3㎜인 경우 납의 표면 장력에 의하여 가장 많은 동이 도포되었다. 여기서 중심거리는 상기 관통공(150) 중 하나의 관통공의 중심에서 이와 인접한 다른 하나의 관통공의 중심 사이의 거리를 의미한다. 관통공(150)의 직경이 1.3㎜이하이거나 관통공(150) 간의 중심거리는 1.9㎜인 경우 도포된 납이 떨어져 나가는 경우가 많았으며, 관통공(150)의 직경이 1.7㎜이상이거나 관통공(150) 간의 중심거리는 2.3㎜이상인 경우 관통공(150) 충분한 통전 면적을 확보하지 못하여 하기와 같이 과전류를 통전시킨 결과 인쇄회로 기판상에 도포된 도전성 물질은 용융되거나 파열되는 현상이 관찰되었다.

관통공(150)로 인한 효과를 검증해 보기 위하여 관통공(150)을 구비한 본발명에 의한 인쇄회로 기판과 관통공(150)을 구비하지 않은 종래기술에 의한 인쇄회로 기판에 각각 40kA의 전류를 통전시켜 보았다. 본 실험에서 도전성 물질은 납을 사용하다. 실험 결과 종래기술에 의한 인쇄회로 기판상에 도포된 도전성 물질은 용융되거나 파열되었으나 본 발명에 의한 인쇄회로 기판에 도포된 도전성 물질은 종래기술과 같은 문제점이 발생되지 않았다.

중성선 박막(130)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 굴곡된 부분이 다수 존재하여 저항 성분이 크므로 상기 도전성 박막(110, 120, 140)과 같이 관통공(150)을 구비하지 않고 상기 인쇄회로 기판(100)의 하면에 도전성 물질을 도포할 수 있는 도전성 박막을 구비하는 것이 바람직하다. 예시적으로 도전성 물질로 납을 사용하는 경우 상기 도전성 박막에 도포되는 도전성 물질의 두께는 0.8㎜ 내지 1.2㎜인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 서지 보호장치(10)에서 서지 전압이 단자부(200)를 통하여 서지 보호장치(10)에 유입되면 서지 전압에 의한 전류는 제1도전성 박막(110), 변류부(300), 제2도전성 박막(120), 제1바리스터(400), 중성선 단자(220), 제2바리스터(400'), 접지 단자(230) 순으로 흐른 후 접지된다.

상기에서 서지 전압에 의한 전류가 변류부(300)를 통과하면 상기 변류부(300)에 유도된 기전력에 의하여 서지 전압 감시소자(도면 미도시)에 소전류가 흐르게 되며 상기 서지 감시소자에 연결된 서지 디스플레이 소자(도면 미도시)를 통해 서지 발생 여부를 외부에 표시한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자가 적절하게 변경하여 실시할 수도 있는 범위에도 미칠 수 있음은 물론이다.

10: 서지 보호장치 100: 인쇄회로 기판
200: 단자부 150: 관통공
300: 변류부 400: 제1바리스터
400': 제2바리스터

Claims (6)

1. 일정크기 이상의 전압이 유입될 경우 이를 접지시키기 위한 인쇄회로 기판을 이용한 서지 보호 장치에 있어서,
   상기 인쇄회로 기판의 상면 및 하면에 형성되며 일정크기 이상의 전압이 유입되면 이를 접지시키기 위하여 전원에서 접지까지 전기적 연결된 통로를 제공하는 도전성 박막;
   상기 인쇄회로 기판을 천공하여 형성되며 상기 인쇄회로 기판의 상면에 형성된 도전성 박막 및 상기 인쇄회로 기판의 하면에 형성된 도전성 박막 간에 전기적으로 연결된 통로를 제공하여 통전 면적을 증가시켜 대전류가 흐르게 하기 위하여 상기 인쇄회로 기판상에 복수 개 형성되는 관통공;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 관통공의 전기적으로 연결된 통로는 상기 관통공의 내주면에 도전성 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 관통공의 내주면에 형성된 도전성 박막은 상기 도전성 박막을 이루는 물질과 동일한 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 도전성 물질은 은, 동, 동 및 주석의 합금 또는 납인 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 인쇄회로 기판에 복수개 형성되어 있으며,
   상기 관통공의 직경은 1.3~1.7㎜이고 인접한 관통공과의 중심거리는 1.9 ~ 2.3㎜인 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
6. 제1항에 있어서,
   일정크기 이상의 전압이 유입될 경우 이를 감지하기 위한 서지감지회로;
   과전류를 변류하여 상기 서지감지회로에 공급하기 위한 변류기;
   일정크기 이상의 전압을 접지시키는 바리스터;
   를 더 포함하되,
   상기 도전성 박막은 전기적으로 분리된 제1도전성 박막 및 제2도전성 박막, 중성선 박막으로 구성되며,
   상기 제1도전성 박막은 전원에 연결되며, 상기 제1도전성 박막 및 상기 제2도전성 박막은 동도선을 통하여 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 동도선에는 변류기가 위치하며, 상기 제2도전성 박막과 상기 중성선 박막 사이에는 상기 바리스터가 위치하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.

Images