KR101403953B1 - 전자기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 전자파 방해(EMI)를 저감시킴과 동시에 정전기 방전(ESD)으로 인한 인쇄회로기판 상의 집적회로와 전자부품의 오작동 및 손상을 방지할 수 있는 전자기기를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 전자기기는 외관을 형성하는 케이스; 전자파를 차폐하기 위해 상기 케이스 내부에 마련되는 메탈 쉴드; 상기 메탈 쉴드의 내부에 위치하며, 집적회로와 전자부품들이 실장되고 그라운드 층을 가지는 인쇄회로기판; 상기 메탈 쉴드와 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 메탈 쉴드에 형성되는 복수의 전도성 접속부; 상기 전도성 접속부와 상기 메탈 쉴드 사이에 연결되는 복수의 전압 클램핑부를 포함한다.

Description

전자기기{Electronic device}
본 발명은 전자기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파 방해(EMI)를 저감시킴과 동시에 정전기 방전(ESD)으로 인한 인쇄회로기판 상의 집적회로와 전자부품의 오작동 및 손상을 방지할 수 있는 전자기기에 관한 것이다.
일반적으로 휴대전화 등의 전자기기는 표시패널이나 조작버튼 등을 포함하는 조작부를 갖는 기기 케이스(case)와, 이 기기 케이스의 내부에 수용되며 집적회로(Integrated Circuit: IC)와 전자 부품 등이 탑재된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구성된다.
전기 에너지를 사용하는 모든 전자기기는 전자파를 외부로 방출한다. 텔레비전, 라디오, 냉장고, 컴퓨터, 휴대전화, 캠코더 등과 같은 전자기기로부터 방출된 전자파는 공간 중으로 방출되거나 기기에 연결된 전원선 또는 케이블을 통해서 방출된다.
즉, 전자기기가 전자파를 외부로 방출하여 다른 전자기기에 영향을 미치는 간섭 현상을 전자파 방해(또는 전자파 간섭, Electromagnetic Interference; EMI)라 한다. 특히, 모니터나 평판 디스플레이 장치를 이용하는 고화질 디스플레이 시 스템이 증가하면서 데이터 전송 속도와 클럭 신호의 주파수가 더욱 높아지고, 처리되는 데이터의 양도 많아지면서 EMI 문제가 더욱 심각해지고 있다.
따라서 각국의 EMI에 대한 표준은 점점 까다로워지고 있다. 특히, EMI를 테스트하는 과정은 전자기기(제품) 설계과정 중의 끝부분에 이루어지고 있으므로 EMI 기준을 통과하지 못하는 경우 제품을 다시 설계해야 하는 문제점과 설계에 투자되는 시간의 손실이 막대하다.
일반적으로 EMI 특성을 향상시키기 위해 즉, 전자기기로부터 방출되는 전자파를 차폐(遮蔽, Shielding)하기 위해 기기 케이스를 금속 등과 같은 전도성 물질로 구성하거나, 플라스틱 등의 부도체 물질을 기기 케이스로 이용 시에는 부도체의 기기 케이스 내부에 메탈 쉴드(Metal shield)를 장착하는 방법을 이용해 왔다.
이에 나아가 EMI 특성을 보다 더 향상시키고자 제안된 것으로 메탈 쉴드와 인쇄회로기판의 그라운드 층(Ground layer)을 전기적으로 연결하는 방안이 미국 공개특허공보 US 2005/0276027에 개시되어 있다. 종래의 전자기기는 도 1 및 도 2a(도 2b)에 도시한 바와 같이 기기의 외관을 형성하며 외부의 충격 등으로부터 기기 내부의 부품이 손상되는 것을 방지(내부 부품을 보호)하기 위해 마련되는 케이스(10), 기기로부터 발생하는 전자파를 차폐하기 위해 케이스(10)의 내부에 마련되는 메탈 쉴드(20), 메탈 쉴드(20)의 내부에 위치하며, 집적회로(36)와 전자부품(38)들이 실장되고 그라운드 층(40)을 가지는 인쇄회로기판(30)을 포함하여 이루어져 있다.
메탈 쉴드(20)에는 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40)을 전기적으로 연결하기 위한 복수의 전도성 접속부(22)가 마련되어 있다.
또한 인쇄회로기판(30)에는 그라운드 층(40)과의 전기 신호를 연결하기 위한 복수의 비아 홀(via hole, 34)이 형성되어 있고, 인쇄회로기판(30)의 비아 홀(34) 형성 부분에는 복수의 전도성 그라운드 패드(32)가 배치되어 있다. 따라서, 메탈 쉴드(20)에 마련된 전도성 접속부(22)는 전도성 가스켓(gasket)이나 클립(clip), 스크류(screw) 등을 이용해 그라운드 패드(32)에 연결되어 비아 홀(34)을 통해 그라운드 층(40)에 전기적으로 연결된다. 즉, 전도성 접속부(22)를 전기적 연결 매개(경로)로 하여 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40)이 전기적으로 접속하게 되는 것이다.
상술한 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40)간의 전기적 연결 방식은 EMI의 발생을 억제하는데는 상당한 효과가 있지만, 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40) 간의 전기적 연결 경로가 정전기 방전(Electrostatic Discharge; ESD)으로 인한 전압, 전류의 유입 경로가 되어 인쇄회로기판(30) 상에 탑재된 집적회로(36)나 전자부품(38) 등에 영향을 미치는 문제점을 발생시켰다.
여기서 정전기 방전(ESD)이란 대전된 물체와 전위차가 있는 다른 물체가 접촉하여 짧은 순간에 전하이동이 발생하는 현상으로, ESD로 인한 누설전류 등은 인쇄회로기판 상의 집적회로나 전자부품의 물리적 결함(소자나 부품의 손상)을 발생시키는 하드 에러(hard-error)와 기기의 동작 이상 등을 발생시키는 소프트 에러(soft-error)의 원인이 된다.
도 2a는 종래 데스크탑(Desktop, 설치형) 전자기기의 종단면도이고, 도 2b는 종래 휴대형(Mobile) 전자기기의 종단면도이다. 도 2a에 도시한 바와 같이 종래의 전자기기에서는 데이터의 입력 및 출력을 위해 인쇄회로기판(30) 상에 마련된 데이터 입출력(I/O) 케이블(50)과 메탈 쉴드(20) 사이에 배리스터(varistor) 또는 제너 다이오드(zener diode) 등의 전압 클램핑 부품(voltage clamping device, 52)을 연결하여 전자기기 외부(예: 인체)로부터의 ESD로 인한 전압 또는 전류가 인쇄회로기판(30) 내로 유입되는 것을 방지해 왔다.
전압 클램핑 부품의 일종인 배리스터는 전압에 따라 저항이 변하는 부품(가변저항)으로, 전압이 증가하면 저항이 감소하는 특성을 가지고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 전자기기 내로 입력되는 전압이 전자기기의 정상 동작 전압 범위 내에 있을 경우에는 저항이 거의 무한대(∞)가 되어 배리스터로 전류가 흐르지 않게 되며(거의 open 상태), 반대로 전자기기 내로 입력되는 전압이 전자기기의 정상 동작 전압 범위 내를 벗어나 보호 단계(과도 전압)에 진입하게 되면 입력 전압값이 증가함에 따라 저항값이 감소하게 된다. 따라서, 상당히 높은 전압이 입력되면 저항이 거의 0(zero)가 되어 배리스터측으로 모든 전류가 흐르게 된다(거의 short 상태). 즉, 배리스터와 같은 전압 클램핑 부품(52)을 인쇄회로기판(30) 상의 집적회로(36)나 전자부품(38)과 병렬로 연결해 놓으면 입력전압이 증가할 때 저항값이 작은 병렬회로를 형성하여 과도한 전압으로부터 회로소자들을 보호할 수 있게 되는 것이다.
도 2a에 점선으로 도시한 경로를 살펴보면 그라운드(접지) 연결이 잘 되어 있는 컴퓨터, 텔레비전 등의 데스크탑 전자기기들은 전압 클램핑 부품(52)에 의해 외부로부터의 정전기가 메탈 쉴드(20)를 통해 그라운드로 방전되어 ESD로 인한 전압 또는 전류가 인쇄회로기판(30) 내로 유입되지 않으나, 도 2b에 도시한 바와 같이 휴대전화나 캠코더 등의 휴대형 전자기기들은 비접지(Ungrounded) 상태로 사용하기 때문에 EMI 발생 억제를 위한 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40) 간의 전기적 연결 경로를 통해 ESD로 인한 전압 또는 전류가 인쇄회로기판(30) 내로 유입되어 인쇄회로기판(30) 상의 집적회로(36)나 전자부품(38)에 영향을 미치게 된다(도 2b에 점선으로 도시한 경로 참조). 즉, 휴대형 전자기기의 경우 데스크탑 전자기기에 비해 ESD로 인한 피해 발생가능성이 훨씬 더 높아진다.
또한 데스크탑 전자기기의 경우에도 외부로부터 발생한 전압 또는 전류가 데이터 입출력 케이블(50)을 통해 유입될 때에는 ESD로 인한 부품의 손상이나 오작동을 방지할 수 있지만, 데이터 입출력 케이블(50)이 아닌 다른 경로, 예를 들면 메탈 쉴드(20)를 통해 직접 ESD로 인한 전압 또는 전류가 유입되면 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40) 간의 전기적 연결 경로가 이러한 전압 또는 전류의 유입 경로가 되어 ESD로 인한 피해로부터 벗어날 수 없게 된다. 물론 휴대형 전자기기의 경우에도 이같은 상황은 마찬가지이다.
따라서, 인쇄회로기판(30) 상으로의 ESD로 인한 전압 또는 전류의 유입을 차단하기 위해서는 메탈 쉴드(20)와 그라운드 층(40) 사이의 전기적 연결이 없어야 하나, 이와 같은 경우에는 EMI 발생을 억제하기 어려운 문제점이 발생한다.
즉, 상술한 종래 전자기기 구조상의 EMI 특성과 ESD 문제는 어느 한 쪽을 개선시키면 다른 한 쪽의 상황이 악화되는 관계(trade-off)를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전자파 방해(EMI)를 저감시킴과 동시에 정전기 방전(ESD)으로 인한 인쇄회로기판 상의 집적회로와 전자부품의 오작동 및 손상을 방지할 수 있는 전자기기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기기는 외관을 형성하며 전도성 물질로 구성되는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하며, 집적회로와 전자부품들이 실장되고 그라운드 층을 가지는 인쇄회로기판; 상기 케이스와 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 케이스에 형성되는 복수의 전도성 접속부; 상기 전도성 접속부와 상기 케이스 사이에 연결되는 복수의 전압 클램핑부를 포함한다.
또한 상기 케이스에는 상기 전압 클램핑부를 연결하기 위한 복수의 전도성 연결부가 형성되어 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기기는 외관을 형성하는 케이스; 전자파를 차폐하기 위해 상기 케이스 내부에 마련되는 메탈 쉴드; 상기 메탈 쉴드의 내부에 위치하며, 집적회로와 전자부품들이 실장되고 그라운드 층을 가지는 인쇄회로기판; 상기 메탈 쉴드와 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 메탈 쉴드에 형성되는 복수의 전도성 접속부; 상기 전도성 접속부와 상기 메탈 쉴드 사이에 연결되는 복수의 전압 클램핑부를 포함한다.
또한 상기 메탈 쉴드에는 상기 전압 클램핑부를 연결하기 위한 복수의 전도성 연결부가 형성되어 있다.
또한 상기 인쇄회로기판에는 상기 그라운드 층과의 전기 신호를 연결하기 위한 복수의 비아 홀(via hole)이 형성되어 있고, 상기 비아 홀 형성 부분에는 복수의 그라운드 패드가 마련되어 있다.
또한 상기 전도성 접속부는 상기 그라운드 패드에 연결되어 상기 비아 홀을 통해 상기 그라운드 층에 연결된다.
또한 상기 전압 클램핑부는 배리스터 또는 제너 다이오드이다.
본 발명에 의할 경우 전자파 방해(EMI)를 저감시킴과 동시에 정전기 방전(ESD)으로 인한 인쇄회로기판 상의 집적회로와 전자부품의 오작동 및 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자기기는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 기기의 외관을 형성하며 외부의 충격 등으로부터 기기 내부의 부품이 손상되는 것을 방지(내부 부품을 보호)하기 위해 마련되는 케이스(100), 기기로부터 발생하는 전자파를 차폐하기 위해 케이스(100)의 내부에 마련되는 메탈 쉴드(200), 메탈 쉴드(200)의 내부에 위치하며, 집적회로(360)와 전자부품(380)들이 실장되고 그라운드 층(400)을 가지는 인쇄회로기판(300)을 포함하여 이루어진다.
이 때, 케이스(100)는 플라스틱 등의 부도체(비전도성) 물질 또는 금속 등과 같은 전도성 물질을 이용하여 구성할 수 있다. 또한 케이스(100)의 내부에는 메탈 쉴드(200)가 형성되는데, 이러한 메탈 쉴드(200)는 케이스(100)의 형상에 맞춰 제작된 전도성 성형물을 부착하거나 액체 또는 기체 상태의 전도성 물질을 케이스(100)의 내벽에 분사(spray)하는 방식 등으로 형성할 수 있다.
메탈 쉴드(200)에는 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400)을 전기적으로 연결하기 위한 복수의 전도성 접속부(220)가 마련되어 있다. 이 전도성 접속부(220)는 메탈 쉴드(200)의 성형 시 메탈 쉴드(200)에 돌출부를 형성하거나, 전도성 물질로 제작된 별도의 성형물을 메탈 쉴드(200)의 내벽에 장착함으로써 형성할 수 있다.
또한 인쇄회로기판(300)에는 그라운드 층(400)과의 전기 신호를 연결하기 위한 복수의 비아 홀(via hole, 340)이 형성되어 있고, 인쇄회로기판(300)의 비아 홀(340) 형성 부분에는 복수의 전도성 그라운드 패드(320)가 배치되어 있다. 따라서, 메탈 쉴드(200)에 마련된 전도성 접속부(220)는 전도성 가스켓(gasket)이나 클립(clip), 스크류(screw) 등을 이용해 그라운드 패드(320)에 연결되어 비아 홀(340)을 통해 그라운드 층(400)에 전기적으로 연결된다. 즉, 전도성 접속부(220)를 전기적 연결 매개체로 하여 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400)이 전기적으로 접속하게 되는 것이다.
본 실시예에서는 상술한 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400) 간의 전기적 연 결 구조에 의해 EMI의 발생을 억제하는 효과를 갖도록 함과 동시에, 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400) 간의 전기적 연결 매개체인 전도성 접속부(220)와 메탈 쉴드(200) 사이에 배리스터 등의 전압 클램핑부를 연결하는 구조를 제안함으로써 ESD로 인한 인쇄회로기판(300) 상의 집적회로(360)와 전자부품(380)의 오작동 및 손상을 방지하는 효과 또한 가질 수 있도록 한다.
여기서, 전도성 접속부(220)와 메탈 쉴드(200) 사이에 전압 클램핑부(260)를 연결하기 위해 메탈 쉴드(200)에는 복수의 전도성 연결부(240)가 형성된다. 이 전도성 연결부(240) 역시 전도성 접속부(220)의 형성 과정과 마찬가지로 메탈 쉴드(200)의 성형 시 메탈 쉴드(200)에 돌출부를 형성하거나, 전도성 물질로 제작된 별도의 성형물을 메탈 쉴드(200)의 내벽에 장착함으로써 형성할 수 있다.
또한 전압 클램핑부(260)는 배리스터 또는 제너 다이오드 등으로 구성할 수 있다.
도 4b에 점선으로 도시한 경로를 살펴보면 전자기기 외부(예: 인체)로부터의 ESD로 인한 전압 또는 전류가 데이터 입출력 케이블(500)을 통해 유입될 때, 데이터 입출력(I/O) 케이블(500)과 메탈 쉴드(200) 사이에 연결된 전압 클램핑부(520)에 의해 메탈 쉴드(200) 쪽으로 전압 또는 전류가 흐르게 된다. 또한 이 전압 또는 전류는 다시 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400) 간의 전기적 연결 매개체인 전도성 접속부(220)와 메탈 쉴드(200)에 마련된 전도성 연결부(240) 사이에 연결된 전압 클램핑부(260)에 의해 메탈 쉴드(200)와 그라운드 층(400) 간의 전기적 연결 경로가 아닌 메탈 쉴드(200) 쪽으로 흐르게 된다. 즉, 전도성 접속부(220)와 메탈 쉴드(200) 사이에 연결된 전압 클램핑부(260)에 의해 ESD로 인한 전압 또는 전류가 인쇄회로기판(300) 내로 유입되지 못하고 메탈 쉴드(200)로 흐르게 되어 인쇄회로기판(300) 상의 집적회로(360)와 전자부품(380)들을 보호할 수 있게 되는 것이다.
물론 ESD로 인한 전압 또는 전류가 데이터 입출력 케이블(500)이 아닌 다른 경로, 예를 들면 메탈 쉴드(200)를 통해 직접 ESD로 인한 전압 또는 전류가 유입되더라도 상술한 바와 같은 효과를 거둘 수 있다.
또한 본 실시예에서는 휴대형 전자기기의 경우(도 4b에 도시한 전자기기는 비접지 상태임)를 예로 들어서 설명하였으나, 데스크탑 전자기기의 경우에도 마찬가지 효과를 거둘 수 있음은 물론이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기기의 평단면도 및 종단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예는 케이스(100)를 구성하는 물질의 재질 및 메탈 쉴드(200)의 존재 유무에 그 차이점이 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자기기의 경우에는 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 케이스(100) 내부에 기기로부터 발생하는 전자파를 차폐하기 위한 메탈 쉴드(200)를 구비하는 반면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기기의 경우에는 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 메탈 쉴드(200) 없이 케이스(100a)만 구비되어 있다. 또한 제 1 실시예에 따른 전자기기의 케이스(100)는 부도체(비전도성) 물질 또는 전도성 물질 중 어느 것으로 구성되어도 무관하나(다만, 케이스(100)가 플라스틱 등의 부도체 물질로 구성된 경우에 메탈 쉴드(200)를 형성하는 것이 일반적임), 제 2 실시예에 따른 전자기기는 전도성 물질로 구성된 케이스(100a, 이하 '전도성 케이스'라 한다)만을 이용하는 것으로 한정한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기기에서와 같이 케이스를 금속 등의 전도성 물질로 구성하게 되면 전도성 케이스(100a) 자체가 기기로부터 발생하는 전자파를 차폐하는 역할을 수행할 수 있으므로 별도의 메탈 쉴드(200)는 필요로 하지 않게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자기기의 메탈 쉴드(200)와 제 2 실시예에 따른 전자기기의 전도성 케이스(100a)는 전자파 차폐와 관련하여 거의 동일한 작용을 하는 구성요소이고, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 전자기기 간에 케이스 (100, 100a) 및 메탈 쉴드(200)를 제외한 그 이외의 구성은 모두 동일하다. 따라서 도 5a 및 도 5b에 도시한 제 2 실시예에 따른 전자기기의 전도성 케이스(100a) 구성을 도 4a 및 도 4b에 도시한 제 1 실시예에 따른 전자기기의 케이스(100) 및 메탈 쉴드(200) 구성에 준하여 판단하면 되므로, 여기서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기기의 구성, 작용 및 효과에 관한 별도의 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 종래 전자기기의 평단면도이다.
도 2a는 종래 데스크탑(Desktop, 설치형) 전자기기의 종단면도이고, 도 2b는 종래 휴대형(Mobile) 전자기기의 종단면도이다.
도 3은 전압 클램핑 부품의 일종인 배리스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자기기의 평단면도 및 종단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자기기의 평단면도 및 종단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
100 : 케이스(case) 100a : 전도성 케이스
200 : 메탈 쉴드 220 : 전도성 접속부
240 : 전도성 연결부 260 : 전압 클램핑부
300 : 인쇄회로기판 320 : 그라운드 패드
340 : 비아 홀(via hole) 360 : 집적회로
380 : 전자부품 400 : 그라운드 층

Claims (7)

  1. 외관을 형성하며 전도성 물질로 구성되는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 위치하며, 집적회로와 전자부품들이 실장되고 그라운드 층을 가지는 인쇄회로기판;
    상기 케이스와 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 케이스에 형성되는 복수의 전도성 접속부;
    상기 전도성 접속부와 상기 케이스 사이에 연결되는 복수의 전압 클램핑부를 포함하는 전자기기
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스에는 상기 전압 클램핑부를 연결하기 위한 복수의 전도성 연결부가 형성되어 있는 전자기기
  3. 외관을 형성하는 케이스;
    전자파를 차폐하기 위해 상기 케이스 내부에 마련되는 메탈 쉴드;
    상기 메탈 쉴드의 내부에 위치하며, 집적회로와 전자부품들이 실장되고 그라운드 층을 가지는 인쇄회로기판;
    상기 메탈 쉴드와 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하기 위해 상기 메탈 쉴드에 형성되는 복수의 전도성 접속부;
    상기 전도성 접속부와 상기 메탈 쉴드 사이에 연결되는 복수의 전압 클램핑부를 포함하는 전자기기
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메탈 쉴드에는 상기 전압 클램핑부를 연결하기 위한 복수의 전도성 연결부가 형성되어 있는 전자기기
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에는 상기 그라운드 층과의 전기 신호를 연결하기 위한 복수의 비아 홀(via hole)이 형성되어 있고, 상기 비아 홀 형성 부분에는 복수의 그라운드 패드가 마련되어 있는 전자기기
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전도성 접속부는 상기 그라운드 패드에 연결되어 상기 비아 홀을 통해 상기 그라운드 층에 연결되는 전자기기
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 클램핑부는 배리스터 또는 제너 다이오드인 전자기기
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