KR101789243B1 - 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents

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조승훈
이동석
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주식회사 모다이노칩
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Abstract

본 발명은 본체; 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 내부 전극; 상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 마련된 하나 이상의 보호부; 상기 둘 이상의 내부 전극과 연결되도록 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 연결 전극; 상기 둘 이상의 연결 전극과 연결되도록 상기 본체 외부에 형성된 둘 이상의 외부 전극을 포함하고, 상기 연결 전극은 상기 보호부와 적어도 일부 중첩되도록 형성된 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기가 제시된다.

Description

복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기{Complex protection device and electronic device having the same}
본 발명은 복합 보호 소자에 관한 것으로, 특히 각종 전자기기에 마련되어 전압 및 전류로부터 전자기기 또는 사용자를 보호할 수 있는 복합 보호 소자에 관한 것이다.
스마트폰 등과 같이 다기능을 가지는 전자기기에는 그 기능에 따라 다양한 부품들이 집적되어 있다. 또한, 전자기기에는 기능 별로 다양한 주파수 대역 무선 LAN(wireless LAN), 블루투스(bluetooth), GPS(Global Positioning System) 등 다른 주파수 대역 등을 수신할 수 있는 안테나가 구비되며, 이중 일부는 내장형 안테나로서, 전자기기를 구성하는 케이스에 설치될 수 있다. 따라서, 케이스에 설치된 안테나와 전자기기의 내부 회로 사이에 전기적 접속을 위한 컨택터가 설치된다.
한편, 최근 들어 스마트폰의 고급스런 이미지와 내구성이 강조되면서 금속 소재를 이용한 단말기의 보급이 증가하고 있다. 즉, 테두리를 금속으로 제작하거나, 전면의 화면 표시부를 제외한 나머지 케이스를 금속으로 제작한 스마트폰의 보급이 증가하고 있다.
그런데, 금속 케이스를 이용한 스마트폰에 비정품 충전기를 이용한 충전 중 스마트폰을 이용하면 감전 사고가 발생할 수 있다. 즉, 과전류 보호 회로가 내장되지 않거나 저품질의 소자를 사용한 비정품 충전기 또는 불량 충전기를 이용하여 충전함으로써 쇼크 전류(Shock Current)가 발생되고, 이러한 쇼크 전류는 스마트폰의 그라운드 단자로 도전되고, 다시 금속 케이스로 도전되어 금속 케이스에 접촉된 사용자가 감전될 수 있다.
따라서, 정전기에 의한 내부 회로의 파손 및 사용자의 감전 사고를 방지할 수 있는 부품이 필요하다.
이를 위한 소자의 예로서 한국등록특허 제10-1585604호에는 소체의 하면에 회로기판에 실장하기 위한 외부 전극이 구비되고, 상면은 도전성 가스켓과 연결하기 위한 연결 전극이 구비된다. 또한, 선행특허에는 소체 내부의 양측, 즉 가장자리에 외부 전극과 각각 연결되는 중간 전극이 마련된다. 이러한 감전 보호 소자는 700㎒∼3㎓의 무선통신주파수 영역에서 S21(입력 후 출력되는 주파수 특성) 삽입 손실이 -0.5dB 이상 커지면 안된다. 그런데, 상기 선행특허는 캐패시턴스를 구성하는 전극의 길이가 길고 좁은 지름의 비아를 통해 중간 전극이 형성되므로 기생 저항과 기생 인덕턴스가 커지게 된다. 따라서, 700㎒∼3㎓의 무선통신주파수 영역에서 S21 삽입 손실이 문제가 된다.
한국등록특허 제10-0876206호 한국등록특허 제10-1585604호
본 발명은 스마트폰 등의 전자기기 내에 마련되어 과전압 및 누설 전류의 적어도 어느 하나로부터 전자기기 및 사용자를 보호하는 복합 보호 소자를 제공한다.
본 발명은 충전기로부터 입력되는 쇼크 전류에 의한 사용자의 감전을 방지할 수 있고, 외부로부터 인가되는 과전압으로부터 내부 회로를 보호할 수 있는 복합 보호 소자를 제공한다.
본 발명은 기생 저항과 기생 인덕턴스를 줄여 무선통신주파수 영역에서의 손실을 줄일 수 있는 복합 보호 소자를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 복합 보호 소자는 본체; 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 내부 전극; 상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 마련된 하나 이상의 보호부; 상기 둘 이상의 내부 전극과 연결되도록 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 연결 전극; 상기 둘 이상의 연결 전극과 연결되도록 상기 본체 외부에 형성된 둘 이상의 외부 전극을 포함하고, 상기 연결 전극은 상기 보호부와 적어도 일부 중첩되도록 형성된다.
상기 본체는 복수의 시트가 적층되어 형성되며, 상기 외부 전극은 상기 시트의 적층 방향으로 서로 대향되는 두 면에 형성된다.
상기 보호부는 상기 본체의 길이, 폭 및 두께 방향의 중앙부에 형성된다.
상기 보호부는 적어도 일 영역의 직경이 다른 영역과 다르게 형성된 확장부를 더 포함한다.
상기 연결 전극은 상기 본체의 길이 방향 및 폭 방향의 중앙부에 형성된다.
상기 연결 전극은 상기 본체 길이의 1% 이상과 상기 본체 폭의 5% 이상의 직경으로 형성된다.
상기 연결 전극은 수평 면적이 상기 내부 전극보다 작거나 같게 형성되고, 상기 보호부는 수평 면적이 상기 연결 전극보다 작거나 같게 형성된다.
상기 연결 전극은 상기 보호부의 높이보다 높거나 같게 형성된다.
상기 둘 이상의 연결 전극의 높이가 100㎛ 내지 1000㎛이거나, 상기 보호부의 높이가 5㎛ 내지 600㎛이다.
상기 둘 이상의 연결 전극은 서로 다른 크기 및 형상의 적어도 하나를 갖는다.
상기 외부 전극의 어느 하나와 연결되도록 마련된 컨택부를 더 포함한다.
상기 적어도 둘 이상의 내부 전극 사이에 캐패시턴스가 형성되고, 상기 내부 전극의 적어도 상기 보호부와 중첩되는 영역이 방전 전극으로 작용한다.
상기 외부 전극의 하나는 전자기기의 내부 회로에 연결되고, 다른 하나는 전자기기 외부의 사용자가 접촉 가능한 도전체에 연결된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 전자기기는 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 마련되어 감전 전압을 차단하고 과전압을 통과시키는 복합 보호 소자를 포함하며, 상기 복합 보호 소자는, 본체; 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 내부 전극; 상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 마련된 하나 이상의 보호부; 상기 둘 이상의 내부 전극과 연결되도록 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 연결 전극; 상기 둘 이상의 연결 전극과 연결되도록 상기 본체 외부에 형성된 둘 이상의 외부 전극을 포함하고, 상기 연결 전극은 상기 보호부와 적어도 일부 중첩되도록 형성된다.
상기 외부 전극의 하나는 상기 내부 회로에 연결되고, 다른 하나는 상기 도전체에 연결된다.
상기 도전체와 상기 복합 보호 소자 사이에 마련된 컨택부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자는 연결 전극이 본체의 바람직하게는 중앙부에 형성되고 보호부의 폭보다 넓은 폭으로 형성됨으로써 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 따라서, 무선통신주파수 영역 700㎒∼3㎓에서 S21의 삽입 손실을 줄일 수 있다.
또한, 연결 전극이 보호부의 폭보다 넓은 폭으로 형성됨으로써 반복적인 ESD 전압에 따른 열화를 방지할 수 있어 방전 개시 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 복합 보호 소자의 제 1 실시 예에 따른 보호부의 단면도 및 단면 사진.
도 5는 본 발명의 복합 보호 소자의 제 2 실시 예에 따른 보호부의 단면도.
도 6은 본 발명의 복합 보호 소자의 제 3 실시 예에 따른 보호부의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 복합 보호 소자의 등가 회로도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 단면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 변형 예들에 따른 복합 보호 소자의 단면도.
도 11은 비교 예에 따른 복합 보호 소자의 단면도.
도 12 및 도 13은 비교 예 및 본 발명의 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 주파수 특성을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 사시도이고, 도 2는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 본체(100)와, 본체(1000) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200) 사이에 마련된 적어도 하나의 보호부(300)와, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과 각각 연결되도록 본체(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 연결 전극(400)과, 연결 전극(400)과 연결되도록 본체(100) 외부에 형성된 외부 전극(500)을 포함한다. 이하, 본 발명은 외부로부터 인가되는 ESD 등의 과전압으로부터 전자기기를 보호하고, 전자기기 내부로부터의 누설 전류를 차단하여 사용자를 감전으로부터 보호하는 복합 보호 소자를 예를 들어 설명한다.
1. 본체
본체(100)는 대략 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 본체(100)는 수평 방향으로 서로 직교하는 일 방향(예를 들어 X 방향) 및 타 방향(예를 들어 Y 방향)으로 각각 소정의 길이 및 폭을 갖고, 수직 방향(예를 들어 Z 방향)으로 소정의 높이를 갖는 대략 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 여기서, X 방향으로의 길이는 Y 방향으로의 폭 및 Z 방향으로의 높이보다 크고, Y 방향으로의 폭은 Z 방향으로의 높이와 같거나 다를 수 있다. 폭(Y 방향)과 높이(Z 방향)가 다를 경우 폭은 높이보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 길이, 폭 및 높이의 비는 2∼5:1:0.3∼1일 수 있다. 즉, 폭을 기준으로 길이가 폭보다 2배 내지 5배 정도 클 수 있고, 높이는 폭보다 0.3배 내지 1배일 수 있다. 그러나, 이러한 X, Y 및 Z 방향의 크기는 하나의 예로서 복합 보호 소자가 연결되는 전자기기의 내부 구조, 복합 보호 소자의 형상 등에 따라 다양하게 변형 가능하다. 또한, 본체(100) 내부에는 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 보호부(300)와, 연결 전극(400)이 형성되며, 본체(100) 외부에는 외부 전극(500)이 형성된다.
본체(100)는 소정 두께를 갖는 복수의 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 본체(100)는 X 방향으로 소정의 길이를 갖고 Y 방향으로 소정의 폭을 가지며, Z 방향으로 소정의 두께를 갖는 복수의 시트를 적층하여 형성될 수 있다. 따라서, 시트의 길이 및 폭에 의해 본체(100)의 길이 및 폭이 결정되고, 시트의 적층 수에 의해 본체(100)의 높이가 결정될 수 있다. 한편, 본체(100)를 이루는 복수의 시트는 MLCC, LTCC, HTCC 등의 유전체 재료를 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, MLCC 유전체 물질은 BaTiO3 및 NdTiO3의 적어도 어느 하나를 주성분으로 Bi2O3, SiO2, CuO, MgO, ZnO 중 적어도 하나 이상이 첨가되고, LTCC 유전체 물질은 Al2O3, SiO2, 글래스 물질을 포함할 수 있다. 또한, 시트는 MLCC, LTCC, HTCC 이외에 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, BaCO3, TiO2, Nd2O3, SiO2, CuO, MgO, Zn0, Al2O3 중의 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 시트는 상기 물질들 이외에 예를 들어 Pr계, Bi계, ST계 세라믹 물질 등 바리스터 특성을 가지는 재료로 형성될 수도 있다. 따라서, 시트는 재질에 따라 각각 소정의 유전율, 예를 들어 5∼20000, 바람직하게는 7∼5000, 더욱 바람직하게는 200∼3000의 유전율을 가질 수 있다.
또한, 복수의 시트는 모두 동일 두께로 형성될 수 있고, 적어도 어느 하나가 다른 것들에 비해 두껍거나 얇게 형성될 수 있다. 즉, 내부 전극(200) 사이에 적어도 하나의 시트가 마련되어 적어도 일부 영역에 ESD 보호부(300)가 형성되고, 내부 전극(200) 상부 및 하부에 복수의 시트가 적층되어 적어도 일부 영역에 연결 전극(400)이 형성되는데, 각 시트의 두께가 모두 동일할 수 있고, 적어도 하나의 시트의 두께가 다른 시트보다 두껍거나 얇을 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200) 사이에 ESD 보호부(300)가 형성되는 시트는 하나의 두께가 다른 시트들 각각의 두께에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 한편, 복수의 시트는 예를 들어 1㎛∼5000㎛의 두께로 형성될 수 있고, 3000㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 본체(100)의 두께에 따라 시트 각각의 두께가 1㎛∼5000㎛일 수 있고, 바람직하게는 5㎛∼300㎛일 수 있다. 또한, 복합 보호 소자의 사이즈에 따라 시트의 두께 및 적층 수 등이 조절될 수 있다. 즉, 사이즈가 작은 복합 보호 소자에 적용되는 경우 시트는 얇은 두께로 형성될 수 있고, 사이즈가 큰 복합 보호 소자에 적용되는 경우 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 또한, 시트들이 동일한 수로 적층되는 경우 복합 보호 소자의 사이즈가 작아 높이가 낮을수록 두께가 얇아지고 복합 보호 소자의 사이즈가 커질수록 두께가 두꺼울 수 있다. 물론, 얇은 시트가 큰 사이즈의 복합 보호 소자에도 적용될 수 있는데, 이 경우 시트의 적층 수가 증가하게 된다. 이때, 시트는 ESD 인가 시 파괴되지 않는 두께로 형성될 수 있다. 즉, 시트들의 적층 수 또는 두께가 다르게 형성되는 경우에도 적어도 하나의 시트가 ESD의 반복적인 인가에 의해 파괴되지 않는 두께로 형성될 수 있다.
한편, 본체(100)는 최하층 및 최상층에 각각 마련된 하부 커버층(미도시) 및 상부 커버층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 물론, 최하층의 시트가 하부 커버층으로 기능하고 최상층의 시트가 상부 커버층으로 기능할 수도 있다. 별도로 마련되는 하부 및 상부 커버층은 동일 두께로 형성될 수 있으며, 자성체 시트가 복수 적층되어 마련될 수 있다. 그러나, 하부 및 상부 커버층은 다른 두께로도 형성될 수 있는데, 예를 들어 상부 커버층이 하부 커버층보다 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 자성체 시트로 이루어진 하부 및 상부 커버층의 표면, 즉 하부 표면 및 상부 표면에 비자성 시트, 예를 들어 유리질 시트가 더 형성될 수 있다. 또한, 하부 및 상부 커버층은 내부의 시트보다 두꺼울 수 있다. 즉, 커버층은 시트 하나의 두께보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 최하층 및 최상층의 시트가 하부 및 상부 커버층으로 기능하는 경우 그 사이의 시트들 각각보다 두껍게 형성될 수 있다. 한편, 하부 및 상부 커버층은 유리질 시트로 형성될 수도 있고, 본체(100)의 표면이 폴리머, 글래스 재질로 코팅될 수도 있다.
2. 내부 전극
적어도 둘 이상의 내부 전극(210, 220; 200)은 본체(100) 내부에 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)는 시트의 적층 방향, 즉 Z 방향으로 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)는 보호부(300)를 사이에 두고 형성될 수 있다. 예를 들어, Z 방향으로 보호부(300)의 하측에 제 1 내부 전극(210)이 형성되고, 보호부(300)의 상측에 제 2 내부 전극(220)이 형성될 수 있다. 물론, 제 1 및 제 2 내부 전극(210)과 최하층 및 최상층 시트 사이에 적어도 하나의 내부 전극이 더 형성될 수 있다. 여기서, 내부 전극(200)은 연결 전극(400)과 각각 연결되고 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 즉, 제 1 내부 전극(210)은 일측이 제 1 연결 전극(410)과 연결되고, 타측이 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 또한, 제 2 내부 전극(220)은 일측이 제 2 연결 전극(420)과 연결되고 타측이 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 이때, 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)은 서로 대면하는 일 면이 보호부(300)와 연결된다.
이러한 내부 전극(200)은 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 Al, Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 합금의 경우 예를 들어 Ag와 Pd 합금을 이용할 수 있다. 한편, Al은 소성 중 표면에 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 형성되고 내부는 Al을 유지할 수 있다. 즉, Al을 시트 상에 형성할 때 공기와 접촉하게 되는데, 이러한 Al은 소성 공정에서 표면이 산화되어 Al2O3가 형성되고, 내부는 Al을 그대로 유지한다. 따라서, 내부 전극(200)은 표면에 다공성의 얇은 절연층인 Al2O3로 피복된 Al로 형성될 수 있다. 물론, Al 이외에 표면에 절연층, 바람직하게는 다공성의 절연층이 형성되는 다양한 금속이 이용될 수 있다. 이렇게 내부 전극(200)의 표면에 다공성의 절연층이 형성되면 ESD 전압을 더욱 용이하고 원활하게 보호부(300)를 통해 방전시킬 수 있다. 즉, 후술하겠지만 보호부(300)는 다공성의 절연 물질을 포함하여 형성되고, 미세 기공을 통해 방전이 이루어지는데, 내부 전극(200)의 표면에 다공성의 절연층이 형성되면 보호부(300)의 미세 기공보다 미세 기공의 수를 더 증가시키고, 그에 따라 방전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 내부 전극(200)은 X 방향으로 소정의 길이를 갖고 Y 방향으로 소정의 폭을 가지며, Z 방향으로 소정의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200)는 1㎛∼10㎛의 두께로 형성할 수 있다. 이때, 내부 전극(200)은 적어도 일 영역의 두께가 얇거나 적어도 일 영역이 제거되어 시트가 노출되도록 형성될 수 있다. 그러나, 내부 전극(200)의 적어도 일 영역의 두께가 얇거나 적어도 일 영역이 제거되더라도 전체적으로 연결된 상태를 유지하므로 전기 전도성에는 전혀 문제가 발생되지 않는다. 또한, 내부 전극(200)은 X 방향의 길이 및 Y 방향의 폭이 본체(100)의 길이 및 폭보다 작게 형성될 수 있다. 즉. 내부 전극(200)은 시트의 길이 및 폭보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200)은 본체(100) 또는 시트의 길이의 10% 내지 90%의 길이와 10% 내지 90%의 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(200)은 시트 각각의 면적 대비 10% 내지 90%의 면적으로 각각 형성될 수 있다. 즉, 본체(100) 내부의 일 시트 상에 형성되는 내부 전극(200)은 시트 면적 대비 10% 내지 90%의 면적으로 형성된다. 한편, 내부 전극(200)은 예를 들어 정사각형, 직사각형, 소정의 패턴 형상, 소정 폭 및 간격을 갖는 스파이럴 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 내부 전극(200)은 캐패시터로 작용하는 동시에 보호부(300)의 방전 전극으로 작용할 수 있다. 캐패시터는 제 1 및 제 2 내부 전극(200)과, 그 사이의 시트에 의해 형성된다. 캐패시턴스는 제 1 및 제 2 내부 전극(200)의 중첩 면적, 제 1 및 제 2 내부 전극(200) 사이의 시트의 두께 등에 따라 조절될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 내부 전극(200)은 적어도 보호부(300)와 중첩되는 영역이 방전 전극으로 작용하는데, 외부로부터 인가되는 ESD 등의 과전압을 보호부(300)로 전달하고, 보호부(300)를 통과하여 예를 들어 전자기기의 접지 단자로 바이패스되는 과전압을 전달한다.
3. 보호부
보호부(300)는 내부 전극(200) 사이에 적어도 하나 마련되며, 외부로부터 유입되는 ESD 등의 과전압을 전자기기의 접지 단자로 바이패스시킨다. 즉, 복합 보호 소자가 채용된 전자기기의 외부로부터의 과전압은 예를 들어 제 2 연결 전극(420), 제 2 내부 전극(220)을 통해 보호부(300)로 유입되고, 다시 제 1 내부 전극(210) 및 제 1 연결 전극(410)을 통해 전자기기 내부 회로로 바이패스된다. 이러한 보호부(300)는 평면 형상 및 단면 형상의 적어도 하나가 대략 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 오각형 이상의 다각형 형상을 가지고 소정의 두께를 가질 수 있다. 즉, 보호부(300)은 원통, 육면체, 다면체 등의 형상으로 형성될 수 있다.
보호부(300)는 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)과 적어도 일부 중첩될 수 있다. 예를 들어, 보호부(300)의 수평 면적의 10% 내지 100% 중첩되도록 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)이 형성될 수 있다. 즉, 보호부(300)는 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)의 X 방향 및 Y 방향으로 각각 10% 내지 100%의 길이 및 폭으로 형성되며, 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)을 벗어나지 않도록 형성된다. 또한, 보호부(300)는 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220) 사이의 중심 영역에 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게, 보호부(300)는 본체(100)의 중심 영역에 형성될 수 있다. 즉, 본체(100)의 길이 방향(즉 X 방향)의 1/2과 폭 방향(즉 Y 방향)의 1/2에 의한 중심 영역에 소정의 직경으로 형성될 수 있다. 물론, 보호부(300)가 둘 이상 복수 형성될 경우 본체(100)의 중심 영역에서 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 따라서, 적어도 하나 이상의 보호부(300)는 중심 영역이 본체(100)의 중심 영역 또는 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)의 중심 영역에 형성될 수 있다.
보호부(300)는 본체(100) 두께의 1%∼20%의 두께로 형성되고, 본체(100)의 일 방향 길이의 3%∼50%의 길이로 형성될 수 있다. 이때, 보호부(300)가 복수로 형성되는 경우 복수의 보호부(300)의 두께의 합은 본체(100) 두께의 1%∼50%로 형성될 수 있다. 또한, 보호부(300)은 적어도 일 방향, 예를 들어 X 방향으로 길이가 긴 장공형으로 형성될 수 있고, 시트의 X 방향 길이의 5%∼75%로 형성될 수 있다. 그리고, 보호부(300)은 Y 방향으로의 폭이 시트의 Y 방향 폭의 3%∼50%로 형성될 수 있다. 이러한 보호부(300)는 연결 전극(400)의 두께보다 작거나 같은 두께와 연결 전극(400)의 직경보다 작거나 같은 직경으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호부(300)는 연결 전극(400) 두께의 1/5배 내지 1배의 두께로 형성될 수 있고, 연결 전극(400)의 직경의 1/10 내지 1배의 직경으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 보호부(300)는 예를 들어 50㎛∼1000㎛의 직경과 5㎛∼600㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 보호부(300)의 두께가 얇을수록 방전 개시 전압이 낮아진다.
이러한 보호부(300)는 내부 전극(200) 사이의 시트의 소정 영역에 형성된 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 개구 각각이 과전압 보ㅎ호(300)로 기능할 수 있다. 여기서, 보호부(300)는 개구 내의 적어도 일부에 과전압 보호 물질이 도포되거나, 개구를 매립하여 형성될 수 있다. 즉, 보호부(300)은 내부가 빈 개구와, 개구의 적어도 일부에 형성된 과전압 보호 물질을 포함할 수 있다. 과전압 보호 물질을 형성하기 위해 내부 전극(200) 사이에 소정 크기의 관통홀을 형성하고, 관통홀의 적어도 일부에 과전압 보호 물질을 도포하거나 관통홀을 매립할 수 있다. 이때, 관통홀 측면의 적어도 일부, 관통홀 상부 및 하부의 적어도 하나의 적어도 일부, 관통홀 내부에 소정 두께로 과전압 보호 물질을 도포할 수 있다. 관통홀의 일부에 과전압 보호 물질을 형성하기 위해 소성 시 휘발되는 고분자 물질 등을 이용할 수 있다.
보호부(300)는 과전압 보호 물질로서, 도전 물질과 절연 물질을 이용할 수 있다. 이때, 절연 물질은 복수의 기공(pore)을 갖는 다공성의 절연 물질일 수 있다. 예를 들어, 도전성 세라믹과 절연성 세라믹의 혼합 물질을 시트 상에 인쇄하여 보호부(300)를 형성할 수 있다. 한편, 보호부(300)는 적어도 하나의 시트 상에 형성될 수도 있다. 즉, 수직 방향으로 적층된 예를 들어 두개의 시트에 보호부(300)가 각각 형성되고, 그 시트 상에 서로 이격되도록 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)이 형성되어 보호부(300)와 연결될 수 있다. 보호부(300)의 구조, 재료 등의 보다 자세한 설명은 후술하도록 하겠다. 한편, 보호부(300)의 구조, 재료, 크기 등에 따라 방전 개시 전압이 조절될 수 있는데, 복합 보호 소자의 방전 개시 전압은 예를 들어 1kV 내지 30kV일 수 있다.
4. 연결 전극
연결 전극(400)은 본체(100) 내부에 형성되며, 내부 전극(300)과 외부 전극(500) 사이에 형성된다. 즉, 연결 전극(400)은 내부 전극(300)과 외부 전극(500)을 연결하도록 형성된다. 따라서, 연결 전극(400)은 제 1 및 제 2 외부 전극(510, 520; 500)과 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220; 200) 사이에서 이들과 각각 연결되는 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420)을 포함할 수 있다. 이러한 연결 전극(400)은 평면 형상 및 단면 형상의 적어도 어느 하나가 대략 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 오각형 이상의 다각형 형상을 갖고 소정의 두께를 가질 수 있다. 즉, 보호부(300)은 원통, 육면체, 다면체 등의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 연결 전극(400)은 보호부(300)와 적어도 중첩되도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 연결 전극(400)은 본체(100)의 중앙부에 형성될 수 있고, 보호부(300)와 중첩되도록 형성될 수 있다.
연결 전극(400)은 내부 전극(200) 상에 적층되는 적어도 하나 이상의 시트의 소정 영역에 개구를 형성하고 도전 물질을 이용하여 개구가 매립되도록 형성된다. 예를 들어, 연결 전극(400)은 Al, Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 물론, 연결 전극(400)은 금속 이외에 다양한 도전성 재료를 이용하여 형성할 수도 있다.
연결 전극(400)은 Z 방향, 즉 수직 방향으로의 높이가 보호부(300)의 높이와 같거나 다르게 형성될 수 있고, X 방향 및 Y 방향으로의 폭이 보호부(300)의 폭보다 같거나 다르게 형성될 수 있다. 즉, 연결 전극(400)은 보호부(300)의 높이보다 크거나 같게 형성되고, 직경 또는 폭보다 넓거나 같게 형성될 수 있다. 바람직하게, 연결 전극(400)의 높이는 보호부(300)의 높이보다 높고, 평면 넓이는 보호부(300)의 평면 넓이보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420) 각각은 보호부(300) 높이의 0.5배 내지 3배의 높이로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420)의 높이의 합은 보호부(300) 높이의 1배 내지 6배로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420)의 높이의 합은 100㎛∼1000㎛, 바람직하게는 200㎛∼900㎛, 더욱 바람직하게는 400㎛∼700㎛로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420)의 높이는 서로 다를 수 있고, 폭 또한 서로 다를 수 있다. 또한, 연결 전극(400)의 X 방향의 폭은 본체(100)의 X 방향 길이의 1% 내지 90%로 형성될 수 있고, Y 방향의 폭은 본체(100)의 Y 방향 폭의 5% 내지 90%로 형성될 수 있다. 이때, 연결 전극(400)의 X 방향 폭과 Y 방향 폭은 서로 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 즉, 연결 전극(400)의 X 방향 폭과 Y 방향 폭을 포함한 적어도 일 영역의 폭은 다른 영역의 폭보다 같거나 다를 수 있다. 다시 말하면, 연결 전극(400)은 적어도 일 영역이 비대칭 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 연결 전극(400)의 X 방향 및 Y 방향의 폭은 보호부(300) X 방향 및 Y 방향 폭의 1배 내지 10배로 형성될 수 있으며, 내부 전극(200)의 X 방향 길이 및 Y 방향 폭의 1/10배 내지 1배로 각각 형성될 수 있다. 즉, 연결 전극(400)의 폭은 본체(100)의 X 방향 및 Y 방향의 길이 및 폭보다 짧고, 보호부(300)의 폭과 같거나 크며, 내부 전극(200)의 폭보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
이러한 연결 전극(400)은 외부 전극(500)과 내부 전극(200)을 연결하는 기능을 한다. 따라서, 외부 전극(500)을 통해 인가되는 ESD 등의 과전압은 연결 전극(400)을 통해 내부 전극(200) 및 보호부(300)로 전달되고, 보호부(300)를 통한 과전압은 다시 내부 전극(200) 및 연결 전극(400)을 통해 외부 전극(500)으로 전달된다. 또한, 연결 전극(400)이 본체(100)의 중앙부에 형성되고 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 즉, 연결 전극(400)이 본체(100)의 외곽에 형성되는 경우에 비해 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 따라서, 무선통신주파수 영역 700㎒∼3㎓에서 S21의 삽입 손실을 줄일 수 있다. 또한, 연결 전극(400)이 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 반복적인 ESD 전압에 따른 열화를 방지할 수 있어 방전 개시 전압의 상승을 억제할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 예를 들어 ESD 에너지에 의해 내부에서 스파크가 발생되어 ESD 전압을 바이패스하는데, 연결 전극(400)의 두께가 얇으면 반복적인 ESD 전압에 따라 연결 전극(400)이 소실되어 방전 개시 전압의 상승 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 연결 전극(400)의 두께를 10㎛ 이상으로 형성함으로써 반복적인 ESD 전압에 의한 연결 전극(400)의 소실을 방지하고, 그에 따라 방전 개시 전압의 상승 현상을 방지할 수 있다.
5. 외부 전극
외부 전극(510, 520; 500)는 본체(100) 외부의 서로 대향되는 두 면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(500)은 Z 방향, 즉 수직 방향으로 본체(100)의 대향되는 두 면. 즉 하부면 및 상부면에 각각 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(500)은 본체(100) 내부의 연결 전극(400)과 각각 연결될 수 있다. 이때, 외부 전극(500)의 어느 하나는 전자기기 내부의 인쇄회로기판 등의 내부 회로와 접속될 수 있고, 다른 하나는 전자기기의 외부, 예를 들어 금속 케이스와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(510)은 내부 회로에 접속될 수 있고, 제 2 외부 전극(520)은 금속 케이스와 연결될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(520)은 도전성 부재, 예를 들어 컨택터 또는 도전성 가스켓을 통해 금속 케이스와 연결될 수 있다.
이러한 외부 전극(500)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(500)은 도전성 페이스트를 이용하여 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 외부 전극(500)은 하부면 및 상부면의 전체면에 형성되거나, 하부면 및 상부면의 일부에 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(500)은 하부면 및 상부면의 가장자리로부터 소정 폭을 제외한 나머지 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(500)은 하부면 및 상부면의 가장자리로부터 소정 폭을 제외한 50% 내지 95%의 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(500)이 하부면 및 상부면의 전체 영역에 형성되고, 그로부터 상부 및 하부로 연장되어 다른 측면에 형성될 수도 있다. 즉, 외부 전극(500)은 Z 방향으로 대향되는 하부면 및 상부면 뿐만 아니라 X 방향 및 Y 방향으로 각각 대향되는 면의 소정 영역까지 연장 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전성 페이스트에 침지하는 경우 Z 방향의 상하면 뿐만 아니라 X 방향 및 Y 방향으로의 측면에도 외부 전극(500)이 형성될 수 있다. 이에 비해, 인쇄, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 경우 Z 방향의 하부면 및 상부면에 소정 면적으로 외부 전극(500)이 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(500)은 인쇄회로기판에 실장되는 하부면 및 금속 케이스와 연결되는 상부면 뿐만 아니라 형성 방법 또는 공정 조건에 따라 그 이외의 영역에도 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(500)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 이때, 연결 전극(400)과 연결되는 외부 전극(500)의 적어도 일부, 즉 본체(100)의 적어도 일 표면에 형성되어 연결 전극(400)과 연결되는 외부 전극(500)의 일부는 연결 전극(400)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 전극(400)이 구리를 이용하여 형성되는 경우 외부 전극(500)의 연결 전극(400)과 접촉되는 영역으로부터 적어도 일부는 구리를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 구리는 앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트를 이용한 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 외부 전극(500)은 도금으로 형성할 수 있다. 도금 공정으로 외부 전극(500)을 형성하기 위해 본체(100)의 상하부면에 시드층을 형성한 후 시드층으로부터 도금층을 형성하여 외부 전극(500)을 형성할 수 있다. 여기서, 외부 전극(500)의 연결 전극(400)과 연결되는 적어도 일부는 외부 전극(500)이 형성되는 본체(100)의 상하부면 전체일 수 있고, 일부 영역일 수도 있다.
또한, 외부 전극(500)은 적어도 하나의 도금층을 더 포함할 수 있다. 외부 전극(500)은 Cu, Ag 등의 금속층으로 형성될 수 있고, 금속층 상에 적어도 하나의 도금층이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 외부 전극(500)은 구리층, Ni 도금층 및 Sn 또는 Sn/Ag 도금층이 적층 형성될 수도 있다. 물론, 도금층은 Cu 도금층 및 Sn 도금층이 적층될 수도 있으며, Cu 도금층, Ni 도금층 및 Sn 도금층이 적층될 수도 있다. 또한, 외부 전극(500)은 예를 들어 0.5%∼20%의 Bi2O3 또는 SiO2를 주성분으로 하는 다성분계의 글래스 프릿(Glass frit)을 금속 분말과 혼합하여 형성할 수 있다. 이때, 글래스 프릿과 금속 분말의 혼합물은 페이스트 형태로 제조되어 본체(100)의 두면에 도포될 수 있다. 이렇게 외부 전극(500)에 글래스 프릿이 포함됨으로써 외부 전극(500)과 본체(100)의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 연결 전극(400)과 외부 전극(500)의 콘택 반응을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스가 포함된 도전성 페이스트가 도포된 후 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(500)이 형성될 수 있다. 즉, 글래스가 포함된 금속층과, 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(500)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(500)은 글래스 프릿과 Ag 및 Cu의 적어도 하나가 포함된 층을 형성한 후 전해 또는 무전해 도금을 통하여 Ni 도금층 및 Sn 도금층 순차적으로 형성할 수 있다. 이때, Sn 도금층은 Ni 도금층과 같거나 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 물론, 외부 전극(5000)은 적어도 하나의 도금층만으로 형성될 수도 있다. 즉, 페이스트를 도포하지 않고 적어도 1회의 도금 공정을 이용하여 적어도 일층의 도금층을 형성하여 외부 전극(500)을 형성할 수도 있다. 한편, 외부 전극(5000)은 2㎛∼100㎛의 두께로 형성될 수 있으며, Ni 도금층이 1㎛∼10㎛의 두께로 형성되고, Sn 또는 Sn/Ag 도금층은 2㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
6. 표면 개질 부재
한편, 본체(100)의 적어도 일 표면에는 표면 개질 부재(미도시)가 형성될 수 있다. 이러한 표면 개질 부재는 외부 전극(500)을 형성하기 이전에 본체(100)의 표면에 예를 들어 산화물을 분포시켜 형성할 수 있다. 여기서, 산화물은 결정 상태 또는 비결정 상태로 본체(100)의 표면에 분산되어 분포될 수 있다. 표면 개질 부재는 도금 공정으로 외부 전극(500)을 형성할 때 도금 공정 이전에 본체(100) 표면에 분포될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 외부 전극(500)의 일부를 인쇄 공정으로 형성하기 이전에 분포시킬 수도 있고, 인쇄 공정 후 도금 공정을 실시하기 이전에 분포시킬 수도 있다. 물론, 인쇄 공정을 실시하지 않는 경우 표면 개질 부재를 분포시킨 후 도금 공정을 실시할 수 있다. 이때, 표면에 분포된 표면 개질 부재는 적어도 일부가 용융될 수 있다.
한편, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 동일한 크기로 본체(100)의 표면에 고르게 분포될 수 있고, 적어도 일부가 서로 다른 크기로 불규칙하게 분포될 수도 있다. 또한, 본체(100)의 적어도 일부 표면에는 오목부가 형성될 수도 있다. 즉, 표면 개질 부재가 형성되어 볼록부가 형성되고 표면 개질 부재가 형성되지 않은 영역의 적어도 일부가 패여 오목부가 형성될 수도 있다. 이때, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 본체(100)의 표면보다 깊이 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 소정 두께가 본체(100)의 소정 깊이로 박히고 나머지 두께가 본체(100)의 표면보다 높게 형성될 수 있다. 이때, 본체(100)에 박히는 두께는 산화물 입자의 평균 직경의 1/20 내지 1일 수 있다. 즉, 산화물 입자는 본체(100) 내부로 모두 함입될 수 있고, 적어도 일부가 함입될 수 있다. 물론, 산화물 입자는 본체(100)의 표면에만 형성될 수 있다. 따라서, 산화물 입자는 본체(100)의 표면에서 반구형으로 형성될 수도 있고, 구 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 표면 개질 부재는 상기한 바와 같이 본체(100)의 표면에 부분적으로 분포될 수도 있으며, 적어도 일 영역에 막 형태로 분포될 수도 있다. 즉, 산화물 입자가 본체(100)의 표면에 섬(island) 형태로 분포되어 표면 개질 부재가 형성될 수 있다. 즉, 본체(100) 표면에 결정 상태 또는 비결정 상태의 산화물이 서로 이격되어 섬 형태로 분포될 수 있고, 그에 따라 본체(100) 표면의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 또한, 산화물은 표면 개질 부재는 적어도 둘 이상이 연결되어 적어도 일 영역에는 막으로 형성되고, 적어도 일부에는 섬 형태로 형성될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 산화물 입자가 응집되거나 인접한 산화물 입자가 연결되어 막 형태를 이룰 수 있다. 그러나, 산화물이 입자 상태로 존재하거나, 둘 이상의 입자가 응집되거나 연결된 경우에도 본체(100) 표면의 적어도 일부는 표면 개질 부재에 의해 외부로 노출된다.
이때, 표면 개질 부재의 총 면적은 본체(100) 표면 전체 면적의 예를 들어 5% 내지 90%일 수 있다. 표면 개질 부재의 면적에 따라 본체(100) 표면의 도금 번짐 현상이 제어될 수 있지만, 표면 개질 부재가 너무 많이 형성되면 본체(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)의 접촉이 어려울 수 있다. 즉, 표면 개질 부재가 본체(100) 표면적의 5% 미만으로 형성될 경우 도금 번짐 현상의 제어가 어렵고, 90%를 초과하여 형성될 경우 본체(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)이 접촉되지 않을 수 있다. 따라서, 표면 개질 부재는 도금 번짐 현상을 제어할 수 있고 본체(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)의 접촉될 수 있는 정도의 면적으로 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 표면 개질 부재는 본체(100) 표면적의 10% 내지 90%로 형성될 수 있고, 바람직하게는 30% 내지 70%의 면적으로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40% 내지 50%의 면적으로 형성될 수 있다. 이때, 본체(100)의 표면적은 일 면의 표면적일 수도 있고, 육면체를 이루는 본체(100)의 여섯면의 표면적일 수도 있다. 한편, 표면 개질 부재는 본체(100) 두께의 10% 이하의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 본체(100) 두께의 0.01% 내지 10%의 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재는 0.1㎛∼50㎛의 크기로 존재할 수 있는데, 그에 따라 표면 개질 부재는 본체(100) 표면으로부터 0.1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 본체(100)의 표면보다 박힌 영역을 제외하고 본체(100) 표면으로부터 0.1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 본체(100) 내측으로 박힌 두께를 포함하면 표면 개질 부재는 0.1㎛∼50㎛보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 표면 개질 부재가 본체(100) 두께의 0.01% 미만의 두께로 형성될 경우 도금 번짐 현상의 제어가 어렵고, 본체(100) 두께의 10%를 초과하는 두께로 형성될 경우 본체(100) 내부의 도전 패턴과 외부 전극(400)이 접촉되지 않을 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 본체(100)의 재료 특성(전도성, 반도성, 절연성, 자성체 등)에 따라 다양한 두께를 가질 수 있고, 산화물 분말의 크기, 분포량, 응집 여부에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
이렇게 본체(100)의 표면에 표면 개질 부재가 형성됨으로써 본체(100)의 표면은 성분이 다른 적어도 두 영역이 존재할 수 있다. 즉, 표면 개질 부재가 형성된 영역과 형성되지 않은 영역은 서로 다른 성분이 검출될 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재가 형성된 영역은 표면 개질 부재에 따른 성분, 즉 산화물이 존재할 수 있고, 형성되지 않은 영역은 본체(100)에 따른 성분, 즉 시트의 성분이 존재할 수 있다. 이렇게 도금 공정 이전에 본체(100)의 표면에 표면 개질 부재를 분포시킴으로써 본체(100) 표면에 거칠기를 부여하여 개질시킬 수 있다. 따라서, 도금 공정이 균일하게 실시될 수 있고, 그에 따라 외부 전극(500)의 형상을 제어할 수 있다. 즉, 본체(100)의 표면은 적어도 일 영역의 저항이 다른 영역의 저항과 다를 수 있는데, 저항이 불균일한 상태에서 도금 공정을 실시하면 도금층의 성장 불균일이 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본체(100)의 표면에 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물을 분산시켜 표면 개질 부재를 형성함으로써 본체(100)의 표면을 개질시킬 수 있고, 도금층의 성장을 제어할 수 있다.
여기서, 본체(100)의 표면 저항을 균일하게 하기 위한 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물은 예를 들어 Bi2O3, BO2, B2O3, ZnO, Co3O4, SiO2, Al2O3, MnO, H2BO3, Ca(CO3)2, Ca(NO3)2, CaCO3 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다. 한편, 표면 개질 부재는 본체(100) 내의 적어도 하나의 시트 상에도 형성될 수 있다. 즉, 시트 상의 다양한 형상의 도전 패턴은 도금 공정으로 형성할 수도 있는데, 표면 개질 부재를 형성함으로써 도전 패턴의 형상을 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 복합 보호 소자의 제 1 실시 예에 따른 보호부(300)의 단면 개략도 및 단면 사진이다. 즉, 보호부(300)은 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역보다 작거나 크게 형성될 수 있는데, 도 3 및 도 4는 보호부(300)의 일부 영역을 확대한 단면 개략도 및 단면 사진이다.
도 3(a) 및 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 보호부(300)는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 이때, 절연성 물질은 복수의 기공(미도시)을 포함하는 다공성 절연 물질을 이용할 수 있다. 즉, 보호부(300)에는 복수의 기공(미도시)이 형성될 수 있다. 기공이 형성됨으로써 ESD 등의 과전압을 더욱 용이하게 바이패스시킬 수 있다. 또한, 보호부(300)는 도전성 물질과 절연성 물질을 혼합하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 보호부(300)는 도전성 세라믹과 절연성 세라믹을 혼합하여 형성할 수 있다. 이 경우 보호부(300)는 도전성 세라믹과 절연성 세라믹을 예를 들어 10:90 내지 90:10의 혼합 비율로 혼합하여 형성할 수 있다. 절연성 세라믹의 혼합 비율이 증가할수록 방전 개시 전압이 높아지고, 도전성 세라믹의 혼합 비율이 증가할수록 방전 개시 전압이 낮아질 수 있다. 따라서, 소정의 방전 개시 전압을 얻을 수 있도록 도전성 세라믹과 절연성 세라믹의 혼합 비율을 조절할 수 있다.
또한, 보호부(300)는 도전층과 절연층을 적층하여 소정의 적층 구조로 형성할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 도전층과 절연층을 적어도 1회 적층하여 도전층과 절연층이 구분되어 형성할 수 있다. 예를 들어, 보호부(300)는 도전층과 절연층이 적층되어 2층 구조로 형성될 수 있고, 도전층, 절연층 및 도전층이 적층되어 3층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 도전층(311, 312; 310)과 절연층(320)이 복수회 반복 적층되어 3층 이상의 적층 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 제 1 도전층(311), 절연층(320) 및 제 2 도전층(312)이 적층된 3층 구조의 보호부(300)가 형성될 수 있다. 도 4(b)는 시트 사이의 내부 전극 사이에 3층 구조의 ESD 보호층이 형성된 사진이다. 한편, 도전층과 절연층을 복수회 적층하는 경우 최상층 및 최하층은 도전층이 위치할 수 있다. 이때, 도전층(310)과 절연층(320)의 적어도 일부에는 복수의 기공(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전층(310) 사이에 형성된 절연층(320)은 다공성 구조로 형성되므로 절연층(320) 내에 복수의 기공이 형성될 수 있다.
또한, 보호부(300)는 소정 영역에 공극(void)이 더 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도전성 물질과 절연성 물질이 혼합된 층의 사이에 공극이 형성될 수 있고, 도전층과 절연층 사이에 공극이 형성될 수도 있다. 즉, 도전성 물질과 절연성 물질의 제 1 혼합층, 공극 및 제 2 혼합층이 적층 형성될 수 있고, 도전층, 공극 및 절연층이 적층 형성될 수도 있다. 예를 들어, 보호부(300)는 도 3(c)에 도시된 바와 같이 제 1 도전층(311), 제 1 절연층(321), 공극(330), 제 2 절연층(322) 및 제 2 도전층(312)이 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 도전층(311, 312; 310) 사이에 절연층(321, 322; 320)이 형성되고, 절연층(320) 사이에 공극(330)이 형성될 수 있다. 도 4(c)에는 이러한 적층 구조를 갖는 보호부(300)의 단면 사진이다. 물론, 도전층, 절연층, 공극이 반복 적층되어 보호부(300)가 형성될 수도 있다. 한편, 도전층(310), 절연층(320) 및 공극(330)이 적층되는 경우 이들 모두의 두께가 모두 동일할 수 있고, 적어도 어느 하나의 두께가 다른 것들에 비해 얇을 수 있다. 예를 들어, 공극(330)이 도전층(310) 및 절연층(320)보다 얇을 수 있다. 또한, 도전층(310)은 절연층(320)과 동일 두께로 형성될 수도 있고, 절연층(320)보다 두껍거나 얇게 형성될 수도 있다. 한편, 공극(330)은 고분자 물질을 충진한 후 소성 공정을 실시하여 고분자 물질을 제거함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 도전성 세라믹이 포함된 제 1 고분자 물질, 절연성 세라믹이 포함된 제 2 고분자 물질, 그리고 도전성 세라믹 또는 절연성 세라믹 등이 포함되지 않은 제 3 고분자 물질을 비아홀 내에 충진한 후 소성 공정을 실시하여 고분자 물질을 제거함으로써 도전층, 절연층 및 공극이 형성될 수 있다. 한편, 공극(330)은 층이 구분되지 않고 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도전층(311, 312) 사이에 절연층(320)이 형성되고 절연층(320) 내에 수직 방향 또는 수평 방향으로 복수의 기공이 연결되어 공극(330)이 형성될 수 있다. 즉, 공극(330)은 절연층(320) 내에 복수의 기공으로 형성될 수 있다. 물론, 공극(330)이 복수의 기공에 의해 도전층(310)에 형성될 수도 있다.
한편, 보호부(300)에 이용되는 도전층(310)은 소정의 저항을 갖고 전류를 흐르게 할 수 있다. 예를 들어, 도전층(310)은 수Ω 내지 수백㏁을 갖는 저항체일 수 있다. 이러한 도전층(310)은 ESD 등이 과전압이 유입될 경우 에너지 레벨을 낮춰 과전압에 의한 복합 보호 소자의 구조적인 파괴가 일어나지 않도록 한다. 즉, 도전층(310)은 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 히트 싱크(heat sink)의 역할을 한다. 이러한 도전층(310)은 도전성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있으며, 도전성 세라믹은 La, Ni, Co, Cu, Zn, Ru, Ag, Pd, Pt, W, Fe, Bi 중의 하나 이상을 포함한 혼합물을 이용할 수 있다. 또한, 도전층(310)은 1㎛∼50㎛의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 도전층(310)이 복수의 층으로 형성될 경우 전체 두께의 합이 1㎛∼50㎛로 형성될 수 있다.
또한, 보호부(300)에 이용되는 절연층(320)은 방전 유도 물질로 이루어질 수 있고, 다공성 구조를 가진 전기 장벽으로 기능할 수 있다. 이러한 절연층(320)은 절연성 세라믹으로 형성될 수 있고, 절연성 세라믹은 50∼50000 정도의 유전율을 갖는 강유전체 물질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 절연성 세라믹은 MLCC 등의 유전체 재료 분말, ZrO, ZnO, BaTiO3, Nd2O5, BaCO3, TiO2, Nd, Bi, Zn, Al2O3 중의 하나 이상을 포함한 혼합물을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 절연층(320)은 1㎚∼5㎛ 정도 크기의 기공이 복수 형성되어 30%∼80%의 기공률로 형성된 다공성 구조로 형성될 수 있다. 이때, 기공 사이의 최단 거리는 1㎚∼5㎛ 정도일 수 있다. 즉, 절연층(320)은 전류가 흐르지 못하는 전기 절연성 물질로 형성되지만, 기공이 형성되므로 기공을 통해 전류가 흐를 수 있다. 이때, 기공의 크기가 커지거나 기공률이 커질수록 방전 개시 전압이 낮아질 수 있고, 이와 반대로 기공의 크기가 작아지거나 기공률이 낮아지면 방전 개시 전압이 높아질 수 있다. 그러나, 기공의 크기가 5㎛를 초과하거나 기공률이 80%를 초과하면 보호부(300)의 형상 유지가 어려울 수 있다. 따라서, 보호부(300)의 형상을 유지하면서 방전 개시 전압을 조절하도록 절연층(320)의 기공 크기 및 기공률을 조절할 수 있다. 한편, 보호부(300)이 절연 물질과 도전 물질의 혼합 물질로 형성되는 경우 절연 물질은 미세 기공 및 기공률을 갖는 절연성 세라믹을 이용할 수 있다. 또한, 절연층(320)은 미세 기공에 의해 시트의 저항보다 낮은 저항을 갖고, 미세 기공을 통해 부분 방전이 이루어질 수 있다. 즉, 절연층(320)은 미세 기공이 형성되어 미세 기공을 통해 부분 방전이 이루어진다. 이러한 절연층(320)은 1㎛∼50㎛의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 절연층(320)이 복수의 층으로 형성될 경우 전체 두께의 합이 1㎛∼50㎛로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 복합 보호 소자의 제 2 실시 예에 따른 보호부(300)의 단면 개략도이다. 즉, 보호부(300)은 도 5(a)에 도시된 바와 같이 공극(330)을 포함할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 시트를 관통하여 형성된 개구 내에 과전압 보호 물질을 충진하지 않고 공극(330)이 형성될 수 있다. 또한, 보호부(300)는 관통홀의 적어도 일 영역에 다공성 절연 물질이 형성될 수 있다. 즉, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 관통홀의 측벽에 다공성 절연 물질이 도포되어 절연층(320)이 형성될 수 있고, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 관통홀의 상부 및 하부의 적어도 하나에 절연층(320)이 형성될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 복합 보호 소자의 제 3 실시 예에 따른 보호부(300)의 단면 개략도로서, 도 6에 도시된 바와 같이 보호부(300)는 내부 전극(210, 220; 200)과 과전압 보호부(300) 사이에 형성된 방전 유도층(340)을 더 포함할 수 있다. 즉, 내부 전극(200)과 보호부(300) 사이에 방전 유도층(340)이 더 형성될 수 있다. 이때, 내부 전극(200)은 도전층(211a, 212a)과, 도전층(211a, 212a)의 적어도 일 표면에 형성된 다공성 절연층(211b, 212b)을 포함할 수 있다. 물론, 내부 전극(200)은 표면에 다공성 절연층이 형성되지 않은 도전층일 수도 있다.
이러한 방전 유도층(340)은 보호부(300)를 다공성 절연 물질을 이용하여 형성하는 경우 형성될 수 있다. 이때, 방전 유도층(340)은 보호부(300)보다 밀도가 높은 유전체층으로 형성될 수 있다. 즉, 방전 유도층(340)은 도전 물질로 형성될 수도 있고, 절연 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 다공성 ZrO를 이용하여 보호부(300)를 형성하고 Al을 이용하여 내부 전극(200)을 형성하는 경우 보호부(300)와 내부 전극(210) 사이에 AlZrO의 방전 유도층(340)이 형성될 수 있다. 한편, 보호부(300)로서 ZrO 대신에 TiO를 이용할 수 있고, 이 경우 방전 유도층(340)은 TiAlO로 형성될 수 있다. 즉, 방전 유도층(340)은 내부 전극(200)과 보호부(300)의 반응으로 형성될 수 있다. 물론, 방전 유도층(340)은 시트 물질이 더 반응하여 형성될 수 있다. 이 경우 방전 유도층(340)은 내부 전극 물질(예를 들어 Al), 보호부 물질(예를 들어 ZrO), 그리고 시트 물질(예를 들어 BaTiO3)의 반응에 의해 형성될 수 있다. 또한, 방전 유도층(340)은 시트 물질과 반응하여 형성될 수 있다. 즉, 보호부(300)가 시트와 접촉되는 영역에는 보호부(300)와 시트의 반응으로 방전 유도층(340)이 형성될 수 있다. 따라서, 방전 유도층(340)은 보호부(300)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 보호부(300)와 방전 전극(310) 사이의 방전 유도층(340)과 보호부(300)와 시트 사이의 방전 유도층(340)은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 한편, 방전 유도층(340)은 적어도 일 영역이 제거되어 형성될 수 있고, 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역과 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 방전 유도층(340)은 적어도 일 영역이 제거되어 불연속적으로 형성될 수 있고, 두께가 적어도 일 영역의 두께가 다르게 불균일하게 형성될 수 있다. 이러한 방전 유도층(340)은 소성 공정 시 형성될 수 있다. 즉, 소정의 온도에서 소성 공정 시 방전 전극 물질, ESD 보호 물질 등이 상호 확산하여 내부 전극(200)과 보호부(300) 사이에 방전 유도층(340)이 형성될 수 있다. 한편, 방전 유도층(340)은 보호부(300) 두께의 10%∼70%의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 보호부(300)의 일부 두께가 방전 유도층(340)으로 변화될 수 있다. 따라서, 방전 유도층(340)은 보호부(300)보다 얇게 형성될 수 있고, 내부 전극(200)보다 두껍거나 같거나 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이러한 방전 유도층(340)에 의해 ESD 전압이 보호부(300)로 유도되거나 보호부(300)로 유도되는 방전 에너지의 레벨을 저하시킬 수 있다. 따라서, ESD 전압을 더욱 용이하게 방전하여 방전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 방전 유도층(340)이 형성됨으로써 이종의 물질의 보호부(300)로의 확산을 방지할 수 있다. 즉, 시트 물질과 내부 전극 물질의 보호부(300)로의 확산을 방지할 수 있고, 과전압 보호 물질의 외부 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 방전 유도층(340)이 확산 배리어(diffusion barrier)로서 이용될 수 있고, 그에 따라 보호부(300)의 파괴를 방지할 수 있다. 한편, 보호부(300)에 도전성 물질을 더 포함할 수 있는데, 이 경우 도전성 물질은 절연성 세라믹으로 코팅할 수 있다. 예를 들어, 도 3(a)를 이용하여 설명한 바와 같이 보호부(300)이 다공성 절연 물질과 도전성 물질이 혼합되어 형성되는 경우 도전 물질은 NiO, CuO, WO 등을 이용하여 코팅할 수 있다. 따라서, 도전성 물질이 다공성 절연 물질과 함께 보호부(300)의 재료로서 이용될 수 있다. 또한, 보호부(300)로 다공성의 절연 물질 이외에 도전 물질을 더 이용하는 경우, 예를 들어 도 3(b) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이 두개의 도전층(311, 312) 사이에 절연층(320)이 형성되는 경우 방전 유도층(340)은 도전층(310)과 절연층(320) 사이에 형성될 수 있다. 한편, 내부 전극(200)은 일부 영역이 제거된 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 내부 전극(200)은 부분적으로 제거되고 제거된 영역에 방전 유도층(340)이 형성될 수 있다. 그러나, 내부 전극(200)이 부분적으로 제거되더라도 평면 상으로 전체적으로 연결된 형상을 유지하므로 전기적인 특성이 저하되지는 않는다.
내부 전극(200)은 표면에 절연층이 형성되는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 즉, 내부 전극(200)은 도전층(211a, 212a)과, 도전층(211a, 212a)의 적어도 일 표면에 형성된 다공성 절연층(211b, 212b)을 포함할 수 있다. 이때, 다공성 절연층(211b, 212b)은 내부 전극(200)의 적어도 일 표면에 형성될 수 있다. 즉, 보호부(300)와 접촉되지 않는 일 표면 및 접촉되는 타 표면에만 각각 형성될 수도 있고, 보호부(300)와 접촉되지 않는 일 표면 및 보호부(300)와 접촉되는 타 표면에 모두 형성될 수 있다. 또한, 다공성 절연층(211b. 212b)은 도전층(211a, 212a)의 적어도 일 표면에 전체적으로 형성될 수도 있고, 적어도 일부에만 형성될 수도 있다. 그리고, 다공성 절연층(211b, 212b)은 적어도 일 영역이 제거되거나 얇은 두께로 형성될 수도 있다. 즉, 도전층(211a, 212a) 상의 적어도 일 영역에 다공성 절연층(211b, 212b)이 형성되지 않을 수 있고, 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역의 두께보다 얇거나 두껍게 형성될 수도 있다. 이러한 내부 전극(200)은 소성 중 표면에 산화막이 형성되고 내부는 도전성을 유지하는 Al로 형성할 수 있다. 즉, Al을 시트 상에 형성할 때 공기와 접촉하게 되는데, 이러한 Al은 소성 공정에서 표면이 산화되어 Al2O3가 형성되고, 내부는 Al을 그대로 유지한다. 따라서, 내부 전극(200)은 표면에 다공성의 얇은 절연층인 Al2O3로 피복된 Al로 형성될 수 있다. 물론, Al 이외에 표면에 절연층, 바람직하게는 다공성의 절연층이 형성되는 다양한 금속이 이용될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 도 7에 도시된 바와 같이 전자기기의 금속 케이스(10)와 내부 회로(20) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 외부 전극(500)의 어느 하나가 접지 단자에 연결될 수 있고, 다른 하나가 전자기기의 금속 케이스(10)에 연결될 수 있다. 이때, 접지 단자는 내부 회로(20) 내에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(510)이 접지 단자에 연결되고, 제 2 외부 전극(520)이 금속 케이스(10)에 연결될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(520)과 금속 케이스(10) 사이에 컨택터, 도전성 가스켓 등 도전성 부재가 더 마련될 수 있다. 따라서, 내부 회로(20)의 접지 단자로부터 금속 케이스(10)로 전달되는 감전 전압을 차단할 수 있고, 외부로부터 내부 회로로 인가되는 ESD 등의 과전압을 접지 단자로 바이패스시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 복합 보호 소자는 정격 전압 및 감전 전압에서는 외부 전극(500) 사이에서 전류가 흐르지 못하고, ESD 전압에서는 보호부(300)를 통해 전류가 흘러 과전압이 접지 단자로 바이패스된다. 한편, 복합 보호 소자는 방전 개시 전압이 정격 전압보다 높고 ESD 전압보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 복합 보호 소자는 정격 전압이 100V 내지 240V일 수 있고, 감전 전압은 회로의 동작 전압과 같거나 높을 수 있으며, 외부의 정전기 등에 의해 발생되는 ESD 전압은 감전 전압보다 높을 수 있다. 또한, 외부로부터의 통신 신호, 즉 교류 주파수는 내부 전극(200) 사이에 형성되는 캐패시터에 의해 내부 회로(20)로 전달될 수 있다. 따라서, 별도의 안테나가 마련되지 않고 금속 케이스(10)를 안테나로 이용하는 경우에도 외부로부터 통신 신호를 인가받을 수 있다. 결국, 본 발명에 따른 복합 보호 소자는 감전 전압을 차단하고, ESD 전압을 접지 단자로 바이패스시키며, 통신 신호를 내부 회로로 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 내압 특성이 높은 시트를 복수 적층하여 본체(100)를 형성함으로써 불량 충전기에 의한 내부 회로(20)에서 금속 케이스(10)로의 예를 들어 310V의 감전 전압이 유입될 때 누설 전류가 흐르지 않도록 절연 저항 상태를 유지할 수 있고, 보호부(300) 역시 금속 케이스(10)에서 내부 회로(20)로의 과전압 유입 시 과전압을 바이패스시켜 소자의 파손없이 높은 절연 저항 상태를 유지할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 다공성 구조로 이루어져 미세 기공을 통해 전류를 흐르게 하는 다공성 절연 물질을 포함하고, 에너지 레벨을 낮춰 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 도전성 물질을 더 포함함으로써 외부로부터 유입되는 과전압을 바이패스시켜 회로를 보호할 수 있다. 따라서, 과전압에 의해서도 절연 파괴되지 않고, 그에 따라 금속 케이스(10)를 구비하는 전자기기 내에 마련되어 불량 충전기에서 발생된 감전 전압이 전자기기의 금속 케이스(10)를 통해 사용자에게 전달되는 것을 지속적으로 방지할 수 있다. 한편, 일반적인 MLCC(Multi Layer Capacitance Circuit)는 감전 전압은 보호하지만 ESD에는 취약한 소자로 이는 반복적인 ESD 인가 시 전하 차징(Charging)에 의한 누설 포인트(Leak point)로 스파크(Spark)가 발생하여 소자 파손 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명은 내부 전극(200) 사이에 다공성 절연 물질을 포함하는 보호부(300)가 형성됨으로써 과전압을 보호부(300)를 통해 패스시킴으로써 본체(100)의 적어도 일부가 파괴되지 않는다.
또한, 연결 전극(400)이 본체(100)의 중앙부에 형성되고 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 즉, 연결 전극(400)이 본체(100)의 외곽에 형성되는 경우에 비해 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 따라서, 무선통신주파수 영역 700㎒∼3㎓에서 S21의 삽입 손실을 줄일 수 있다. 또한, 연결 전극(400)이 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 반복적인 ESD 전압에 따른 열화를 방지할 수 있어 방전 개시 전압의 상승을 억제할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 예를 들어 ESD 에너지에 의해 내부에서 스파크가 발생되어 ESD 전압을 바이패스하는데, 연결 전극(400)의 두께가 얇으면 반복적인 ESD 전압에 따라 연결 전극(400)이 소실되어 방전 개시 전압의 상승 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 연결 전극(400)의 두께를 10㎛ 이상으로 형성함으로써 반복적인 ESD 전압에 의한 연결 전극(400)의 소실을 방지하고, 그에 따라 방전 개시 전압의 상승 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 스마트 폰의 전자기기 내에 마련되어 외부로부터 인가되는 ESD 등의 과전압으로부터 전자기기를 보호하고, 전자기기 내부로부터의 누설 전류를 차단하여 사용자를 보호하는 복합 보호 소자를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 복합 보호 소자는 스마트 폰 이외에 각종 전기전자 기기 내에 마련되어 적어 둘 이상의 보호 기능을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 복수의 시트가 적층된 본체(100)와, 본체(1000) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200) 사이에 마련된 적어도 하나의 보호부(300)와, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과 연결되도록 본체(100) 내부에 마련된 연결 전극(400)과, 연결 전극(400)과 연결되도록 본체(100) 외부에 형성된 외부 전극(500)을 포함한다. 이때, 보호부(300)는 적어도 일 영역의 폭이 넓어지도록 형성된 확장부(350)를 더 포함할 수 있다. 즉, 보호부(300)는 적어도 일 영역의 폭이 넓은 확장부(350)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 확장부(350)는 보호부(300) 직경의 1% 내지 150%의 폭으로 형성될 수 있다. 즉, 확장부(350)의 폭은 확장부(350)가 형성되지 않은 보호부(300)의 다른 영역의 폭 대비 1% 내지 150%의 폭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 확장부(350)는 보호부(300) 직경에 10㎛∼100㎛를 더한 직경으로 형성될 수 있다. 또한, 확장부(350)의 높이는 보호부(300) 전체 높이의 10% 내지 70%의 높이로 형성될 수 있다. 이렇게 확장부(350)가 형성됨으로써 보호부(300)의 쇼트 경로를 차단할 수 있다. 즉, ESD 등의 과전압을 지속적으로 인가받게 되면 연결 전극(400)의 멜팅 현상이 발생되고, 그에 따라 보호부(300)의 관통홀 측벽에 연결 전극 물질이 고착될 수 있어 쇼트 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 보호부(300)에 지름이 다른 확장부(350)가 형성됨으로써 쇼트 경로를 차단할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 예의 변형 예들에 따른 복합 보호 소자의 단면도이다. 본 발명의 변형 예는 복합 보호 소자 상에 금속 케이스(10) 등의 도전체에 접촉되는 컨택부를 더 포함한다. 즉, 금속 케이스(10)와 내부 회로(20) 사이에 복합 보호 소자가 마련되고, 복합 보호 소자의 제 2 외부 전극(520) 상에 도 9 및 도 10에 각각 도시된 바와 같이 클립 형상의 컨택부(610) 또는 도전성 물질층을 이용한 컨택부(620)가 마련될 수 있다. 컨택부(610, 620)는 전자 기기의 외부에서 외력이 가해질 때, 그 충격을 완화할 수 있도록 탄성력을 가지며, 도전성의 물질을 포함하는 재료로 이루어진다. 한편, 복합 보호 소자의 제 1 외부 전극(510)은 내부 회로(20)에 접촉되어 마련될 수 있고, 내부 회로(20)와 제 1 외부 전극(510) 사이에 스테인레스 스틸 등의 금속층이 더 마련될 수 있다.
컨택부는 도 9에 도시된 바와 같이 클립(clip) 형상일 수 있다. 클립 형상의 컨택부는 복합 보호 소자 상에 마련된 지지부(611)와, 지지부(611)의 상측에 마련되어 금속 케이스 등의 도전체와 대향 위치되며 적어도 일부가 도전체와 접촉될 수 있는 접촉부(612)와, 지지부(611) 및 접촉부(612)의 일측 사이에 마련되어 이들을 연결하도록 하며 탄성력을 가지는 연결부(613)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결부(613)는 지지부(611)의 일단과 접촉부(612)의 일단을 연결하도록 형성되는데, 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 연결부(613)은 외력에 의해 가압되면 회로 기판(20)이 위치된 방향으로 눌려지고, 외력이 해제되면 원래 상태로 복원되는 탄성력을 가진다. 따라서, 컨택부(610)는 적어도 연결부(613)가 탄성력을 갖는 금속 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 컨택부는 전도성 및 탄성을 가지는 클립 형태 이외에 전도성 고무, 전도성 실리콘, 내부에 전도성 도선이 삽입된 탄성체, 표면이 도체로 코팅 또는 접합된 가스켓을 포함할 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 컨택부(620)는 전도성 물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 가스켓의 경우 내부는 비전도성 탄성체로 이루어지고 외부는 전도성 물질이 코팅될 수 있다. 전도성 가스켓은 도시되지 않았지만 내부에 관통공이 형성된 절연 탄성 코어와, 절연 탄성 코어를 둘러싸도록 형성된 도전층을 포함할 수 있다. 절연 탄성 코어는 내부에 관통공이 형성된 튜브 형상으로, 단면은 대략 사각형이나 원형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연 탄성 코어는 내부에 관통공이 형성되지 않을 수 있다. 이러한 절연 탄성 코어는 실리콘 또는 탄성 고무 등으로 형성될 수 있다. 도전층은 절연 탄성 코어를 감싸도록 형성될 수 있다. 이러한 도전층은 적어도 하나의 금속층으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 구리 등으로 형성될 수 있다. 한편, 도전층이 형성되지 않고 탄성 코어에 도전성 파우더가 혼합될 수도 있다.
한편, 컨택부(610, 620)는 복합 보호 소자의 본체(100)와 수평 방향으로 마련되어 내부 회로(20)에 실장될 수도 있다. 즉, 도 9 및 도 10의 변형 예는 컨택부(610, 620)가 본체(100)의 상면에 형성된 것으로 도시하여 설명하였지만, 컨택부(610, 620)는 본체(100)와 이격되어 측면에 마련되고 내부 회로(20)에 실장되어 본체(100)의 외부 전극(510)을 통해 연결될 수도 있다.
비교 예 및 실시 예
복합 보호 소자의 연결 전극의 위치 및 크기에 따른 삽입 손실을 확인하였다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 제작하였다. 즉, 본체(100)의 중앙부에 보호부(300)가 형성되고, 보호부(300)의 하부 및 상부에 보호부(300)보다 크게 내부 전극(210, 220)이 각각 형성되며, 내부 전극(210, 220)의 하부 및 상부에 보호부(300)보다 크고 내부 전극(210, 220)보다 작게 연결 전극(410, 420)을 형성하였다. 이때, 연결 전극(410, 420)은 본체(100) 내부의 중앙 영역에 형성되며 보호부(300)와 중첩되도록 형성된다.
또한, 비교 예에 따른 감전 보호 소자는 도 11에 도시된 바와 같이 제작하였다. 즉, 한국등록특허 제10-1585604호에 제시된 구조를 따라 본체(100)의 중앙부에 보호부(300a)를 형성하고, 보호부(300a)의 하부 및 상부에 제 1 내부 전극(210a, 210b)를 형성하였다. 또한, 내부 전극(210a, 210b) 하부 및 상부에 각각 제 2 내부 전극(220a, 220b) 및 제 3 내부 전극(23a, 230b)를 형성하고, 제 1 내지 제 3 내부 전극(210, 220, 230)과 각각 연결되도록 연결 전극(400a, 400b)를 형성하였다. 이때, 비교 예에 따른 보호부(300a)는 실시 예에 따른 보호부(300)와 동일 조건으로 형성하였다. 또한, 비교 예의 연결 전극(410a, 410b)은 본체(100)의 중앙부에 형성하지 않고 가장자리에 인접하여 형성하였는데, 가장자리와 중앙부를 4등분하는 영역의 가장자리로부터 1/4의 영역에 형성하였다. 또한, 비교 예의 연결 전극(410a, 420b)은 실시 예에 따른 연결 전극(410, 420)보다 작은 직경으로 형성하였는데, 비교 예의 연결 전극(410a, 410b)은 실시 예의 연결 전극(410, 420)보다 1/4의 직경으로 형성하였다. 그리고, 그 이외의 조건을 모두 동일하게 하였고, 다면 비교 예는 제 2 및 제 3 내부 전극(220, 230)을 더 형성하였다.
이러한 비교 예에 따른 감전 보호 소자와 본 발명의 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 주파수 특성을 도 13 및 도 14에 도시하였으며, [표 1]에 나타내었다.

주파수		 비교 예 실시 예
S21(IL) S21(IL)
700㎒ -0.1175dB -0.1334dB
1.24㎓ -0.8417dB -
2.45㎓ -1.4080dB -
2.54㎓ - -0.2033dB
3.0㎓ -0.9873dB -0.1424dB
도 13 및 도 14, 그리고 표 1에 나타낸 바와 같이 비교 예에 따른 감전 보호 소자는 1.24㎓ 이상의 주파수에서 -0.5dB 이상의 손실이 발생되지만, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 비교 예보다 적은 손실이 발생된다. 즉, 연결 전극을 본체의 중앙부에 형성하고 넓은 폭으로 형성함으로써 연결 전극을 외곽부에 형성하고 좁은 폭으로 형성하는 것에 비해 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있고, 삽입 손실을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
100 : 본체 200 : 내부 전극
300 : 보호부 400 : 연결 전극
500 : 외부 전극

Claims (17)

  1. 본체;
    상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 내부 전극;
    상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 마련된 하나 이상의 보호부;
    상기 둘 이상의 내부 전극과 연결되도록 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 연결 전극;
    상기 둘 이상의 연결 전극과 연결되도록 상기 본체 외부에 형성된 둘 이상의 외부 전극을 포함하고,
    상기 연결 전극은 상기 본체의 길이 방향 및 폭 방향의 중앙부에 형성된 복합 보호 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 본체는 복수의 시트가 적층되어 형성되며, 상기 외부 전극은 상기 시트의 적층 방향으로 서로 대향되는 두 면에 형성된 복합 보호 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보호부는 상기 본체의 길이, 폭 및 두께 방향의 중앙부에 형성된 복합 보호 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 보호부는 적어도 일 영역의 직경이 다른 영역과 다르게 형성된 확장부를 더 포함하는 복합 보호 소자.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 연결 전극은 상기 본체 길이의 1% 이상과 상기 본체 폭의 5% 이상의 직경으로 형성된 복합 보호 소자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 연결 전극은 수평 면적이 상기 내부 전극보다 작거나 같게 형성되고, 상기 보호부는 수평 면적이 상기 연결 전극보다 작거나 같게 형성된 복합 보호 소자.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 연결 전극은 상기 보호부의 높이보다 높거나 같게 형성된 복합 보호 소자.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 둘 이상의 연결 전극의 높이가 100㎛ 내지 1000㎛이거나, 상기 보호부의 높이가 5㎛ 내지 600㎛인 복합 보호 소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 둘 이상의 연결 전극은 서로 다른 크기 및 형상의 적어도 하나를 갖는 복합 보호 소자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 전극의 어느 하나와 연결되도록 마련된 컨택부를 더 포함하는 복합 보호 소자.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 캐패시턴스가 형성되고, 상기 내부 전극의 적어도 상기 보호부와 중첩되는 영역이 방전 전극으로 작용하는 복합 보호 소자.
  13. 청구항 1 또는 청구항 12에 있어서, 상기 외부 전극의 하나는 전자기기의 내부 회로에 연결되고, 다른 하나는 전자기기 외부의 사용자가 접촉 가능한 도전체에 연결된 복합 보호 소자.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 전극은 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역과 다른 복합 보호 소자.
  15. 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 마련되어 감전 전압을 차단하고 과전압을 통과시키는 복합 보호 소자를 포함하며,
    상기 복합 보호 소자는,
    본체;
    상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 내부 전극;
    상기 둘 이상의 내부 전극 사이에 마련된 하나 이상의 보호부;
    상기 둘 이상의 내부 전극과 연결되도록 상기 본체 내부에 마련된 둘 이상의 연결 전극;
    상기 둘 이상의 연결 전극과 연결되도록 상기 본체 외부에 형성된 둘 이상의 외부 전극을 포함하고,
    상기 연결 전극은 상기 본체의 길이 방향 및 폭 방향의 중앙부에 형성되며,
    상기 연결 전극은 상기 보호부와 적어도 일부 중첩되도록 형성된 전자기기.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 외부 전극의 하나는 상기 내부 회로에 연결되고, 다른 하나는 상기 도전체에 연결된 전자기기.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 도전체와 상기 복합 보호 소자 사이에 마련된 컨택부를 더 포함하는 전자기기.
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