KR101743988B1 - 탄성을 갖는 복합 필터 - Google Patents

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Abstract

탄성을 갖는 복합 필터가 커패시터를 구비하여 노이즈를 제거하도록 한 기술이 개시된다. 상기 복합 필터는, 전기전도성 베이스; 상기 전기전도성 베이스 위에 적층되어 접착되는 유전체층; 및 상기 유전체층 위에 적층되어 접착되는 전기전도성의 탄성부재를 포함하며, 상기 베이스와 상기 탄성부재는 각각 전극으로 사용되고, 상기 유전체층과 함께 커패시터를 형성하며, 상기 탄성부재는 대향하는 전기전도성 대상물 사이에서 상기 대상물의 가압에 의해 눌려 탄성을 제공한다.

Description

탄성을 갖는 복합 필터{Elastic composite filter}
본 발명은 복합 필터에 관한 것으로, 특히 전기전도성 대상물 사이에 개재하여 대상물 중 하나와 탄성적으로 접촉하며 커패시터(capacitor)를 구비하여 노이즈(noise)를 제거하도록 한 기술에 관련한다.
안테나 또는 금속 케이스와 같은 도전성 대상물과 회로기판의 도전 패턴을 전기적으로 연결하거나, 정전기나 전자파 장애(Electromagnetic Interference; EMI)를 제거하기 위해 접지에 전기적으로 연결하는데 탄성을 갖는 전기접속단자가 사용된다.
전기접속단자는 회로기판의 도전 패턴에 솔더링 되어 고정되거나 대상물 사이에 끼워져 사용될 수 있다.
이들 전기접속단자가 상하 방향으로 전기를 연결해주기 위해 사용되는 경우, 전기저항이 작으면서 전기적으로 연결하려는 전기전도성 대상물의 상하 방향의 치수 공차를 수용할 수 있도록 가능한 상하 방향으로 작동거리가 크고, 탄성 및 탄성 복원력이 좋은 구조와 재질이 요구된다.
이러한 탄성 전기접속단자의 예로는, 본 출원인에 의한 국내 특허등록 제1001354호 및 제1381127호 등이 있다.
그러나, 이들 전기접속단자는 전기전도성 대상물 사이에서 개재되어 대향하는 대상물을 탄성을 갖고 전기적으로 접속하는 역할을 하였지만, 전기접속단자 자체가 유입되는 노이즈를 제거하는 기능은 구비하고 있지 않다.
통상, 노이즈는 신호선이나 전원선을 통하여 전파되는 전도 노이즈(conduction noise)와 전자유도나 정전유도로 전파하는 유도 노이즈(induction noise), 그리고 전자파 형태로 공중으로 전파되는 방사 노이즈(radiation noise)로 이루어진다.
이들 노이즈를 제거하기 위해 커패시터를 적용하는 것을 고려할 수 있지만, 통상의 커패시터는 인쇄회로기판에 장착되고, 탄성이 없어 전기전도성 대상물 사이에서 장착되기 어렵고 또한 작동거리를 가지고 탄성적으로 접촉하지 못하고, 외부 충격에 의해 파손될 위험성이 크다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄성을 가지며 커패시터를 구비하여 노이즈 제거 기능을 구비한 복합 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 및 장착이 용이하며 경제성이 있는 복합 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작동거리가 크고 탄성 및 탄성 복원률이 좋으며, 대상물에 의해 눌리더라도 커패시턴스의 변화에 영향을 미치지 않는 복합 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 표면실장이 용이하고 솔더링이 가능한 복합 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접지를 통한 감전을 방지할 수 있는 복합 필터를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 전기전도성 베이스; 상기 전기전도성 베이스 위에 적층되어 접착되는 유전체층; 및 상기 유전체층 위에 적층되어 접착되는 전기전도성의 탄성부재를 포함하며, 상기 베이스와 상기 탄성부재는 각각 전극으로 사용되고, 상기 유전체층과 함께 커패시터를 형성하며, 상기 탄성부재는 대향하는 전기전도성 대상물 사이에서 상기 대상물의 가압에 의해 눌려 탄성을 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 베이스는 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 또는 전기전도성 폴리머 코팅층일 수 있다.
바람직하게, 상기 베이스가 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름인 경우 별도의 접착제를 적용하여 상기 유전체층에 접착되고, 상기 베이스가 폴리머 코팅층인 경우 상기 유전체층의 하면과 상면에 상기 폴리머 코팅층에 의해 일체로 접착된다.
바람직하게, 상기 유전체층은 시트 형상이거나 블록(block) 형상을 구비하며, 고유전성 세라믹 파우더가 혼합되어 경화된 유전체 폴리머, 또는 고유전성 파우더를 소성하여 형성한 유전체 세라믹일 수 있다.
바람직하게, 상기 유전체 폴리머는 실리콘고무, 에폭시수지 또는 폴리이미드수지 중 어느 하나이고, 상기 유전체 세라믹은 세라믹 캐패시터 또는 세라믹 바리스터일 수 있다.
바람직하게, 상기 유전체 세라믹은 내부전극 사이에 에어 갭(air gap)이 형성되어 감전방지 기능을 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 탄성부재는 오픈 셀(open cell) 구조의 폴리머 발포체로, 상면과 하면 그리고 기공의 내면에 전기전도성 파우더가 고루 혼합된 액상의 전기전도성 폴리머가 경화에 의해 접착 형성되어 전기적으로 서로 연결된 전기전도성 폴리머 탄성 코팅층이 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 탄성부재는, a) 발포체와 고무 튜브를 포함하는 탄성 코어와 이를 감싸 접착된 전기전도성 천으로 구성되는 탄성부재, b) 상기 탄성 코어와 이를 감싸 형성된 금속층이나 전기전도성 폴리머 코팅층으로 구성되는 탄성부재, c) 금속 판 스프링이나 금속 코일 스프링, 또는 d) 전기전도성 탄성고무일 수 있다.
바람직하게, 상기 유전체층과 상기 베이스 사이, 또는 상기 유전체층과 상기 탄성부재 사이 중 적어도 어느 하나에 서로를 접착시키는 전기전도성 접착층이 개재될 수 있다.
바람직하게, 상기 유전체층과 상기 탄성부재 사이, 또는 상기 유전체층과 상기 베이스 사이에 각각 상기 탄성부재 또는 상기 베이스의 전기저항보다 낮은 전기저항을 갖는 다른 전기전도층이 개재될 수 있다.
바람직하게, 상기 다른 전기전도층은, 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 또는 전기전도성 폴리머 코팅층일 수 있다.
바람직하게, 상기 탄성부재 또는 상기 베이스의 노출된 면 중 적어도 어느 한 면 위에는 다른 전기전도층이 적층되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 베이스 또는 상기 탄성부재 중 적어도 어느 하나는 솔더 크림에 의한 리플로우 솔더링을 만족할 수 있다.
바람직하게, 상기 베이스의 노출면 또는 상기 탄성부재의 노출면에 양면 전기전도성 점착테이프가 점착될 수 있다.
상기의 목적은, 상면과 하면에 각각 외부전극이 형성되고, 내부에 상기 외부전극과 전기적으로 연결되는 내부전극이 매립된 세라믹 물질로 구성된 세라믹 칩; 및 상기 세라믹 칩의 상면에 형성된 외부전극에 솔더 또는 전기전도성 접착제에 의해 접착된 금속 판 스프링을 포함하며, 상기 세라믹 칩의 하면에 형성된 외부전극과 상기 판 스프링은 각각 전극으로 사용되고, 상기 세라믹 칩과 함께 커패시터를 형성하며, 상기 판 스프링은 대향하는 전기전도성 대상물 사이에서 상기 대상물의 가압에 의해 눌려 탄성을 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 내부전극과 상기 외부전극은 비아 홀을 통하여 전기적으로 연결된다.
바람직하게, 상기 내부전극 사이에 에어 갭(air gap)이 형성되어 감전방지 기능을 구비할 수 있다.
상기의 목적은, 이면에 금속층이 형성된 폴리머 필름; 상기 폴리머 필름의 표면 위에 접착되어 형성되는 유전체층; 및 상기 유전체층 위에 접착되어 적층되는 전기전도성의 탄성부재를 포함하며, 상기 금속층과 상기 탄성부재가 각각 전극으로 사용되고, 상기 유전체층과 함께 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.
상기의 목적은, 상면과 하면에 각각 금속층이 형성된 유전체 세라믹 몸체; 및 상기 세라믹 몸체의 상면에 형성된 금속층에 솔더 또는 전기전도성 접착제에 의해 접착된 금속 판 스프링을 포함하며, 상기 세라믹 몸체의 하면에 형성된 금속층과 상기 판 스프링은 각각 전극으로 사용되고, 상기 세라믹 몸체와 함께 커패시터를 형성하며, 상기 판 스프링은 대향하는 전기전도성 대상물 사이에서 상기 대상물의 가압에 의해 눌려 탄성을 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.
상기의 목적은, 대향하는 전기전도성 대상물 사이에 개재되어 상하방향으로 전기적으로 연결하며, 상기 대상물 중 어느 하나에 적층되는 유연성을 갖는 폴리머 재질의 유전체 시트; 및 상기 유전체 시트 위에 접착되어 적층되고, 두께 방향으로 전기가 통하는 전기전도성의 탄성부재를 포함하며, 상기 대상물 중 어느 하나와 상기 탄성부재가 각각 전극으로 사용되고, 상기 유전체층과 함께 커패시터를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 탄성부재는 금속 스프링 또는 탄성을 갖는 전기전도성 개스킷을 포함할 수 있다.
상기의 구성에 의하면, 복합 필터가 대향하는 작동거리를 제공하는 탄성 및 노이즈 제거에 적합한 커패시턴스를 구비하여 대향하는 전기전도성 대상물과 탄성을 갖고 접촉하면서 유입 또는 유출되는 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 유전체 시트와 도전시트의 적층체 구조의 시트 형상으로 제조한 후 사각형으로 절단하여 제조하므로 제조가 경제성 있고 용이하다.
또한, 전기전도성 대상물 사이에 끼워져 사용되거나 두께 방향으로 전기가 통하는 양면 전기전도성 점착테이프 또는 솔더링에 의해 대향하는 전기전도성 대상물 중 어느 하나에 장착이 용이하다.
또한, 발포체의 두께가 유전체 시트의 두께보다 크므로 작동거리가 크고 탄성 및 탄성 복원률이 좋다.
또한, 금속 판 스프링의 높이를 조절하여 작동거리를 쉽게 조절할 수 있고 금속 재질에 의해 탄성 및 탄성 복원률이 좋다.
또한, 복합 필터가 대상물에 의해 눌리더라도 두 개의 전극 간의 거리 변화가 없으므로 복합 필터의 커패시턴스의 변화에 영향을 주지 않는다.
또한, 커패시터에 의해 유입되는 과전류에 의한 감전 또는 노이즈를 접지를 통하여 방지 또는 감쇄할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 2(a)는 복합 필터의 사용을 보여주고, 도 2(b)는 등가회로를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 4는 도 3의 복합 필터를 길이방향으로 절단한 단면도이다.
도 5(a)와 5(b)는 각각 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 복합 필터를 나타내고, 도 2(a)는 복합 필터의 사용을 보여주고, 도 2(b)는 등가회로를 나타낸다.
유전체층(120)의 하면에 금속층이 형성되어 전기전도성 베이스(110)를 구성하고, 유전체층(120)의 상면에 형성된 금속층(122) 위에 금속 재질의 탄성 판 스프링(130)이 적층되고 전기전도성 접착제 또는 솔더에 의해 접착되어 복합 필터(100)를 구성한다.
전기전도성 베이스(110)와 판 스프링(130)이 각각 전극으로 사용되고 유전체층(120)과 함께 커패시터를 형성하며, 판 스프링(130)이 전기전도성 대상물의 가압에 의해 눌려 사용된다.
전기전도성 베이스(110)가 솔더링이 가능한 금속 박인 경우, 도 2에 나타낸 것처럼, 복합 필터(100)는 릴 테이핑(Reel Taping)된 후 판 스프링(130)을 진공 픽업하여 회로기판(10)의 도전패턴(12) 위에 표면 실장한 후 솔더 크림에 의한 리플로우 솔더링에 의해 접착되며, 상부로부터 금속 케이스(20)에 의해 판 스프링(130)이 눌림으로써 복합 필터(100)의 압착과 복원을 제공한다.
판 스프링(130)은 유전체층(120) 위에 접착되는데, 접착은 접착과 점착을 모두 포함하는 의미로 사용되며, 광의적으로 해석하여 물리적인 결합도 포함할 수 있다. 따라서, 전기전도성 접착제를 이용하여 판 스프링(130)을 유전체층(120) 위에 접착하는 경우, 금속층(122)은 생략할 수 있다.
판 스프링(130)은 고정되거나 접촉 또는 연결되는 부분이 모두 판 형상을 이루는 것을 의미하며, 이 실시 예에서, 판 스프링(130)은 측면에서 볼 때 'Z' 형상을 이루지만 이에 한정되지 않고 'C' 형상 등을 이룰 수 있으며, 코일형 또는 압접형 스프링이 적용될 수 있다.
판 스프링(130)은 단일체로 이루어지며, 가령 두께가 0.05㎜ 내지 0.15㎜인 인청동이나 구리 합금 등의 탄성이 좋은 금속 포일을 프레스 금형을 이용하여 프레스로 연속하여 제작할 수 있다.
여기서, 산화 방지를 위하여 프레스 한 후 주석, 은 또는 금을 도금하여 판 스프링(130)을 제조할 수 있다.
판 스프링(130)의 상면은 비교적 넓은 면적을 가지고 평면을 이루어 다양한 구조를 갖는 대향하는 대상물과 전기적 접촉이 용이하며 대상물과 전기적 접촉을 증가시켜 전기저항을 줄여준다는 이점이 있다. 특히, 안테나 등과 전기적 접촉할 때 전기 접촉저항이 작아지고 신뢰성 있게 기구적으로 접촉한다는 이점이 있다.
판 스프링(130)의 하면의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 유전체층(120)의 상면의 크기와 같거나 유사할 수 있다. 또한, 유전체층(120)이 큰 경우에 작은 크기의 다수의 판 스프링을 유전체층(120) 위에 장착하는 것도 고려할 수 있다.
도 2(b)의 등가회로에서 알 수 있는 것처럼, 복합 필터(100)의 판 스프링(130)은 커패시터의 전극의 하나로 사용되면서 복합 필터(100)의 압착과 탄성 복원을 제공하는 역할을 한다. 이와 같이, 판 스프링(130)은 금속 재질의 전기전도성으로 탄성을 갖는 전극의 역할을 하는데, 판 스프링(130)의 비유전율이 워낙 작기 때문에 상대적으로 큰 높이를 갖는 판 스프링(130)이 전기전도성 대상물 사이에 개재되어 눌려 판 스프링(130)의 높이가 변하더라고 판 스프링(130)에 의한 기생 커패시턴스의 변화가 크지 않다.
복합 필터(100)의 치수는 한정되지 않지만, 일 예로 폭이 1㎜ 내지 3㎜이고, 길이가 1㎜ 내지 10㎜이며, 높이가 0.5㎜ 내지 2.0㎜ 정도일 수 있고 커패시턴스 및 대향하는 대상물의 간격 등을 고려하여 결정한다.
전기전도성 베이스(110)와 판 스프링(130) 및 그 사이에 개재되는 유전체층(120)에 의해 주로 생성되는 커패시터의 용량인 커패시턴스(capacitance)는, 한정되지 않지만, 관련된 주파수에 대응하는 노이즈를 제거하기 용이한 값이면 되는데, 일 예로 LTE 밴드 등에서는 2㎊ 내지 50㎊의 커패시턴스일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 가령, 커패시턴스는 원하지 않는 정전기나 접지를 통한 감전을 방지하는 등 원하지 않는 노이즈 등을 감쇄시켜 줄 수 있는 값일 수도 있다.
판 스프링(130)에 의한 복합 필터(100)의 눌림률은 바람직하게 원래의 높이의 25% 이상일 수 있고, 눌린 후 탄성 복원률은 90% 이상을 유지한다.
전기전도성 베이스(110)는 구리 박과 같은 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 또는 전기저항이 비교적 낮은 전기전도성의 폴리머 코팅층일 수 있으며, 여기서 폴리머는 고무를 포함하고 폴리머 코팅층은 가령 실리콘고무 코팅층일 수 있다.
또한, 전기전도성 베이스(110)가 금속 박 또는 금속 층이 형성된 폴리머 필름인 경우, 금속 박 또는 금속 층 위에 주석, 은 또는 니켈과 금 등의 내 환경성 금속이 도금되거나, 또는 그 위에 전기저항이 낮은 전기전도성 폴리머 수지나 전기전도성 실리콘고무가 코팅되어 부식을 방지할 수 있다.
유전체층(120)과 마찬가지로, 전기전도성 베이스(110)는 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름인 경우 별도의 접착제를 적용하여 각각 유전체층(120)에 접착될 수 있는데, 접착제로는 탄성과 유연성을 갖는 실리콘고무 접착제가 적용될 수 있다. 또한, 전기전도성 베이스(110)가 전기전도성 폴리머 코팅층인 경우 유전체층(120)의 하면이나 상면에, 가령 캐스팅(casting)에 의해 일체로 접착되어 단일체로 형성될 수 있다.
유전체층(120)은 전기 절연으로, 가령 폴리머 수지에 비유전율이 18,000 정도인 Y5V(-30℃ ~ +85℃, 25℃에서의 커패시턴스 대비 -82% ~ +22% 이내 커패시턴스 변화율) 또는 비유전율이 3,000 정도인 X7R(-55℃ ~ +125℃, 25℃에서의 커패시턴스 대비 ±15% 이내 커패시턴스 변화율) 등의 티탄산바륨(BaTiO3)을 주성분으로 하는 고유전성 세라믹 파우더가 혼합되어 경화된 유전체 폴리머이거나, 바리스터와 같이 ZnO2와 같은 고유전성 세라믹 파우더를 소성하여 형성한 유전체 세라믹일 수 있다.
유전체 폴리머는 유연성이 있고 경도가 낮아 칼날 절단 등의 가공성이 용이한데, 소성된 유전체 세라믹보다는 유전율이 낮아 커패시턴스 값이 작다는 단점이 있다.
유전체층(120)을 제외하고 다른 구성부분은 모두 유전체층(120)보다 매우 낮은 유전율을 갖기 때문에, 후술하는 것처럼, 전기전도성 베이스(110)와 탄성부재(130) 간의 간격과 함께 유전체층(120)의 유전율에 의해 복합 필터(100)의 커패시턴스가 주로 결정된다.
복합 필터(100)의 커패시턴스는 다음의 식 1에 의해 산출된다.
Figure 112017020244813-pat00001
여기서, S는 스프링 하면 또는 베이스의 대향 면적이고, d는 수평을 이루는 베이스와 스프링 하면 간의 간격이며, ε0은 진공 상태의 유전율(8.85 × 10-12F/m)이고 εr은 유전체층을 구성하는 물질의 비유전율이다.
따라서, 복합 필터(100)의 커패시턴스는 전극으로 사용되는 전기전도성 베이스(110) 또는 판 스프링(130) 하면의 면적에 비례하고 유전체층(120)의 비유전율이 비례하며, 전기전도성 베이스(110)와 판 스프링(130) 하면 간의 간격에 반비례한다.
도 2에 나타낸 것처럼, 복합 필터(100)가 회로기판(10)의 도전패턴(12) 위에 솔더링 되어 접착되면, 판 스프링(130)의 탄성에 의해 금속 케이스(20)를 탄성적으로 지지하고, 복합 필터(100)의 커패시턴스에 의해 금속 케이스(20)를 통하여 유입되는 고주파 노이즈가 필터링되어 회로기판(10)으로 유입되지 않으며, 마찬가지로 금속 케이스(20)를 통하여 유입되는 ESD는 유전체층(120)의 두께가 얇기 때문에 유전체층(120) 측면에 인접하는 대기를 통하여 판 스프링(130)으로부터 베이스(110)로 직접 전달된다.
또한, 회로기판(10)의 도전패턴(12)을 통하여 유입되는 상용전원은 복합 필터(100)의 커패시턴스에 의해 차단되어 금속 케이스(20)로 전달되지 않기 때문에 감전 방지 기능을 갖게 된다.
한편, 복합 필터(100)의 커패시턴스가 다른 관련 주파수, 가령 저주파에 대응하도록 설정된 경우, 판 스프링(130)을 통하여 유입되는 저주파 노이즈가 전기전도성 베이스(110)를 통하여 회로기판(10)의 접지로 유출될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 고주파와 저주파의 의미는, 복합 필터(100)의 용도에 따라 정해질 수 있는 상대적인 개념으로, 예를 들어 스마트폰의 경우 고주파는 대략 30㎒ 이상을 의미하고 저주파는 1㎑ 이하로 가정할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
따라서, 복합 필터(100)의 커패시턴스의 크기에 의해 제거되거나 억제되는 노이즈가 다르므로 제거하려는 노이즈의 주파수와 크기를 고려하여 커패시턴스를 설정할 수 있다.
복합 필터(100)의 커패시턴스의 공차, 다시 말해, 복합 필터(100)를 최대로 누른 경우와 최소로 누른 경우 복합 필터(100)의 커패시턴스의 변화치는 ±10% 이내인 것이 바람직한데 이에 한정하지는 않는다.
한편, 복합 필터(100)가 금속 케이스(20)와 회로기판(10) 사이에서 눌리는 경우 판 스프링(130)이 압착되지만, 판 스프링(130)의 하면과 전기전도성 베이스(110) 사이의 간격은 변하지 않으므로 결과적으로 상기의 식 1과 같이 복합 필터(100)의 커패시턴스의 변화가 크지 않다.
복합 필터(100)가 양면 전기전도성 점착테이프 또는 솔더링에 의해 전기전도성 대상물에 고정되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 전기전도성 대상물 사이에 끼워져 사용될 수도 있다.
여기서, 솔더링을 위해서 유전체층(120)은 솔더 크림에 의한 솔더링 조건을 만족할 수 있는 정도의 내열성을 구비할 필요가 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타내고, 도 4는 도 3의 복합 필터를 길이방향으로 절단한 단면도이다.
유전체층(220)의 상면에 금속 재질의 전기전도성 금속 판 스프링(230)이 접착 적층되어 복합 필터(200)를 구성한다.
유전체층(220)은, 상기한 것처럼, 유전체 폴리머이거나 유전체 세라믹일 수 있는데, 이 실시 예에서 유전체층(220)으로 세라믹 칩이 적용된다.
도 4를 참조하면, 세라믹 칩(220)의 상면과 하면에는 각각 외부전극(221, 222)이 형성되고, 내부에는 일부가 서로 겹치는 내부전극(223, 224)이 형성되며, 내부전극(223, 224)은 각각 비아홀(225, 226)을 통하여 외부전극(221, 222)에 전기적으로 연결된다.
판 스프링(230)은 세라믹 칩(220)의 상면에 형성된 외부전극(212) 위에 솔더 또는 전기전도성 접착제를 이용하여 접착될 수 있다.
세라믹 칩(220)은 세라믹 바리스터나 세라믹 커패시터일 수 있으며, 내부전극(223, 224) 사이에 에어 갭(air gap)을 형성하여 감전방지 기능을 구비할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 내부전극(223, 224) 사이의 간극을 좁게 형성하여 복합 필터(200)의 전체적인 커패시턴스를 증가시킬 수 있으면서 세라믹 칩(220)의 두께를 확보하여 일정한 강도를 보장할 수 있다.
다시 말해, 상기한 것처럼, 복합 필터의 커패시턴스를 증가시키려면 전극 간의 거리를 줄여야 하는데, 유전체층이 유전체 세라믹인 경우 장점이 많지만 두께를 얇게 하면 외부의 충격에 의해 깨지기 때문에 한계가 있다. 그러나, 이 실시 예에 의하면, 세라믹 칩 소자를 유전체층으로 적용함으로써 이러한 문제를 해결하면서 유전체층으로 유전체 세라믹의 이점을 충분히 얻을 수 있게 된다.
한편, 세라믹 칩(220)의 하면에 형성된 외부전극(221)을 이용하여 회로기판 등에 솔더링할 수 있으므로 별도의 전기전도성 베이스를 생략할 수 있다. 그 결과, 재료비를 줄일 수 있고, 제조공정이 간략화되어 제조비용을 줄이면서 제조 수율을 높일 수 있다.
이 실시 예에서 세라믹 칩(220)의 하면에 전기전도성 베이스가 생략되고, 외부전극(221)이 형성되어 외부전극(221)을 이용하여 회로기판에 솔더링 할 수 있는데, 두께 방향으로 전기가 통하는 양면 전기전도성 점착테이프를 개재하여, 가령 접지 역할을 하는 케이스에 점착될 수 있다.
도 5(a)와 5(b)는 각각 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 5(a)를 참조하면, 복합 필터(300)를 구성하는 전기전도성 탄성부재(330)는 고무를 포함하는 탄성 코어(331)와 탄성 코어(331)를 감싸 접착되는 전기전도성 시트(332)로 구성될 수 있다.
여기서, 전기전도성 시트(332)는 전기전도성 천, 또는 이면에 금속층이 일체로 형성되거나 금속 박이 접착된 전기전도성 내열 폴리머 필름일 수 있다. 폴리머 필름도 유전체로 사용될 수 있지만, 폴리머 필름의 유전율은 유전체층(320)의 유전율보다 작기 때문에 큰 의미는 없다.
탄성 코어(331)로 전기전도성 또는 절연성의 고무튜브가 적용될 수 있으며, 복합 필터(300)의 압착과 탄성 복원을 제공하고, 탄성 코어(331)를 감싸는 전기전도성 시트(332)가 커패시터의 전극의 하나로 사용된다.
도 5(b)를 참조하면, 탄성부재(430)는, 내부에 길이방향으로 적어도 하나 이상의 관통 구멍이 형성된 코어(431)와, 코어(431)의 외면을 감싸 형성된 전기전도성 고무층이나 폴리머 코팅층(432)으로 구성된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
탄성부재(530)는, 이 실시 예에서 두께가 일정한 시트 형상으로 전기전도성을 구비하고 폴리머 재질로 구성될 수 있는데, 가령 본 출원인에 의한 국내 특허 제1381127호에 개시된 전기전도성 폴리머 발포 탄성체가 적용될 수 있으며, 상기 문헌은 본 발명에 참고로 포함된다.
탄성부재(530)는 발포체에 한정되지 않고, 발포체와 고무 튜브를 포함하는 탄성 코어와 이를 감싸 접착된 전기전도성 천으로 구성되는 탄성부재, 탄성 코어와 이를 감싸 형성된 금속층이나 전기전도성 폴리머 코팅층으로 구성되는 탄성부재, 또는 전기전도성 탄성고무이거나, 전기전도성 개스킷을 포함할 수 있다.
상기 문헌에 기재된 것처럼, 탄성부재(530)는, 두께 방향으로 연결되는 다수의 기공이 형성된 오픈 셀(open cell) 구조로 폴리머 재질로 구성되며, 상면과 하면 그리고 기공의 내면에 전도성 파우더가 고루 혼합된 액상의 전도성 폴리머가 경화에 의해 접착 형성되어 전기적으로 서로 연결된 전도성 폴리머 탄성 코팅층이 형성된다.
탄성부재(530)는 커패시터의 전극의 하나로 사용되면서 복합 필터(500)의 압착과 탄성 복원을 제공하는 역할을 한다.
이와 같이, 탄성부재(530)는 전기전도성으로 탄성을 갖는 전극의 역할을 하는데, 탄성부재(530)의 비유전율이 워낙 작기 때문에 상대적으로 두께가 두꺼운 탄성부재(530)가 전기전도성 대상물 사이에 개재되어 눌려 탄성부재(530)의 두께가 변하더라고 탄성부재(530)에 의한 기생 커패시턴스의 변화가 크지 않다.
유전체층(520)의 경도는 탄성을 제공하는 탄성부재(530)의 경도보다 높고, 유전체층(520)의 두께는 탄성부재(530)의 두께보다 많이 얇다.
유전체층(520)은 별도의 시트 형상이나 블록(block) 형상의 부재로 구성하여 접착제, 가령 탄성과 유연성을 갖는 실리콘고무 접착제를 이용하여 탄성부재(530)에 접착하거나, 또는 액상의 유전체, 가령 액상 폴리머를 탄성부재(530)의 하면에 캐스팅으로 일체로 접착하여 유전체층(520)과 탄성부재(530)를 서로 접착할 수 있다.
복합 필터(500)는, 예들 들어, 가로와 세로가 대략 150㎜ × 150㎜ 정도인 두께가 균일한 탄성부재(530), 유전체층(520) 및 전기전도성 베이스(510) 등을 연속으로 적층하고 접착한 후 칼날에 의해 사각형으로 절단하여 제조함으로써 제조가 용이하고 전체적으로 품질이 안정적이고 균일하다.
만일 전기전도성 양면 점착테이프가 필요한 경우 절단 이전에 전기전도성 양면 점착테이프를 부착한 후 절단을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 탄성부재(530) 위에 다른 전기전도층(550)이 추가로 적층되어 접착될 수 있다.
한정되지 않지만 전기전도층(550)은 상기 포함된 특허 제1381127호에 서술된 제조공정에서와 같이 경화에 의해 탄성부재(530)에 접착될 수 있다.
전기전도층(550)은, 한정되지는 않지만, 전기저항이 매우 낮은, 예를 들어 0.1ohm 이하인 구리 박과 같은 금속 박, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 도금된 전기전도성 섬유, 또는 전기전도성 폴리머 코팅층일 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 탄성부재(530)의 수평방향의 전기저항이 다소 크거나 불균일하거나 또는 눌릴 때 크게 변하는 경우, 수평방향의 전기저항이 매우 적도록 하고 눌릴 때 전기저항의 변화가 적도록 하여 복합 필터(500)의 신뢰성을 향상시킨다.
이렇게 수평방향으로 전기저항이 작은 전기전도층(550)을 추가함으로써 복합 필터(500)의 품질 신뢰성이 향상되고 눌릴 때 커패시턴스의 변화가 작은 값을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
전기전도층(550)은 별도의 전기전도성 부재가 전기전도성 접착제에 의해 탄성부재(530)에 접착되거나, 액상의 전기전도성 재료가 탄성부재(530) 위에 캐스팅에 의해 일체로 접착되어 형성될 수 있다.
한편, 유전체층(520)과 전기전도성 베이스(510) 사이에 보강층(540)이 개재될 수 있다.
보강층(540)은 복합 필터(500)의 기계적 강도를 강화하는 역할을 하는바, 가령, 전기전도성 베이스(510)가 금속 박으로 이루어진 경우, 전기전도성 베이스(510)의 노출면이 부분적으로 눌려도 보강층(540)이 이를 지지하기 때문에 전기전도성 베이스(510)에 흠집이 생기는 것을 줄여준다.
보강층(540)은 폴리이미드(PI) 또는 폴리에스터(PET) 등의 절연 폴리머 필름이나 섬유, 또는 FR-4 등의 복합 절연 회로기판으로 구성될 수 있다.
일 예로, 보강층(540)을 복합 절연 회로기판으로 구성할 수 있는데, 이때 회로기판의 하면에 금속층을 일체로 형성할 경우 단면 연성 적층 금속판(FCCL)의 구조가 되며, 전기전도성 베이스(510)를 생략하고 금속층이 그 역할을 하도록 할 수 있다.
필요한 경우, 보강층(540, 42)은 내열성을 구비하여 전기전도성 베이스(510)에서의 솔더 크림에 의한 솔더링을 견딜 수 있다.
보강층(540)을 복합 필터(500)의 기계적 강도를 강화하는 용도로 사용하는 경우에는 보강층(540)을 지지하기 위한 접착제가 별도로 사용될 수 있다.
보강층(540)은 유전체층(520)과 탄성부재(530) 사이에도 형성될 수 있음은 물론이다.
기계적 강도를 강화하는 보강층(540) 대신에 유전체층(520)과 전기전도성 베이스(510), 또는 유전체층(520)과 탄성부재(530)를 서로 접착시키는 기능만을 수행하는 접착제층을 형성할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 유전체층(520)과 탄성부재(530) 사이에 전기전도층(560)이 개재된다.
전기전도층(560)은 탄성부재(530)의 전기저항보다 낮은 전기저항을 갖는데, 탄성부재(530)에 의한 기생 커패시턴스의 영향을 최소화할 수 있다.
전기전도층(560)으로는 금속 박, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 도금된 전기전도성 섬유, 또는 전기전도성 폴리머 코팅층일 수 있다.
탄성부재(530)의 전기저항이 다소 크거나 불균일하거나 또는 눌릴 때 크게 변하는 경우, 탄성부재(530) 위에 전기저항이 매우 작고 눌릴 때 전기저항의 변화가 작은 전기전도층(560)을 추가함으로써, 유전체층(520)의 전극 역할을 한다.
이렇게 전기전도층(560)을 추가함으로써 품질이 신뢰성 있고, 복합 필터(500)가 눌릴 때 커패시턴스의 변화가 작은 값을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
이상의 실시 예에서는, 금속 케이스와 회로기판 사이에 개재되고 대상물 중 하나가 접지로 사용되어 복합 필터가 정전기, 서지 또는 노이즈를 제거하기 위해 사용되는 것을 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고 스마트 워치를 비롯한 웨어러블(wearable) 기기나 스마트 신발 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 ~ 500: 복합 필터
110, 210, 310, 410, 510: 베이스
120, 220, 320, 420, 520: 유전체층
130, 230: 판 스프링
140, 142: 보강층
330, 430, 530: 전기전도성 탄성부재

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 전기전도성 대상물 사이에 개재되고,
    유전체층;
    상기 유전체층의 하면에 접착되는 전기전도성 베이스;
    상기 유전체층의 상면에 접착되는 금속층; 및
    상기 금속층 위에 접착되는 전기전도성의 탄성부재를 포함하며,
    상기 베이스와 상기 금속층은 각각 외부전극으로 사용되어 상기 유전체층과 함께 커패시터를 형성하고,
    상기 탄성부재는 상기 전기전도성 대상물 중 어느 하나에 직접 탄성적으로 접촉하고, 상기 베이스는 상기 전기전도성 대상물 중 다른 하나에 접촉하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  2. 청구항 1에서,
    상기 베이스는 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 또는 전기전도성 폴리머 코팅층인 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  3. 청구항 2에서,
    상기 베이스가 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름인 경우 별도의 접착제를 적용하여 상기 유전체층에 접착되고, 상기 베이스가 폴리머 코팅층인 경우 상기 유전체층의 하면과 상면에 상기 폴리머 코팅층에 의해 일체로 접착되는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  4. 청구항 1에서,
    상기 유전체층은 시트 형상이거나 블록(block) 형상을 구비하며, 고유전성 세라믹 파우더가 혼합되어 경화된 유전체 폴리머, 또는 고유전성 파우더를 소성하여 형성한 유전체 세라믹인 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  5. 청구항 4에서,
    상기 유전체 폴리머는 실리콘고무, 에폭시수지 또는 폴리이미드수지 중 어느 하나이고, 상기 유전체 세라믹은 세라믹 캐패시터 또는 세라믹 바리스터인 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  6. 청구항 5에서,
    상기 유전체 세라믹은 내부전극 사이에 에어 갭(air gap)이 형성되어 감전방지 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  7. 청구항 1에서,
    상기 탄성부재는 오픈 셀(open cell) 구조의 폴리머 발포체로, 상면과 하면 그리고 기공의 내면에 전기전도성 파우더가 고루 혼합된 액상의 전기전도성 폴리머가 경화에 의해 접착 형성되어 전기적으로 서로 연결된 전기전도성 폴리머 탄성 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  8. 청구항 1에서,
    상기 탄성부재는,
    a) 발포체와 고무 튜브를 포함하는 탄성 코어와 이를 감싸 접착된 전기전도성 천으로 구성되는 탄성부재,
    b) 상기 탄성 코어와 이를 감싸 형성된 금속층이나 전기전도성 폴리머 코팅층으로 구성되는 탄성부재,
    c) 금속 판 스프링이나 금속 코일 스프링, 또는
    d) 전기전도성 탄성고무인 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  9. 청구항 1에서,
    상기 베이스 또는 상기 탄성부재 중 적어도 어느 하나는 솔더 크림에 의한 리플로우 솔더링을 만족하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
  10. 청구항 1에서,
    상기 베이스의 노출면 또는 상기 탄성부재의 노출면에 양면 전기전도성 점착테이프가 점착되는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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