KR101958775B1 - 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기기의 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 마련되는 복합 보호 소자로서, 적어도 일부가 전자기기의 내부 회로와 접촉되는 컨택부; 일면이 상기 컨택부와 결합된 복합 보호부; 일 영역에 상기 복합 보호부의 타면이 결합되고, 상기 전자기기 내부에 고정되는 도전부를 포함하는 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제시한다.

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.
한국등록특허 제10-0876206호
본 발명은 스마트폰 등의 전자기기에 마련되어 전압 및 전류로부터 전자기기 또는 사용자를 보호할 수 있는 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제공한다.
본 발명은 ESD(ElectroStatic Discharge) 등의 과전압에 의해 절연 파괴되지 않는 복합 보호 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 복합 보호 소자는 전자기기의 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 마련되는 복합 보호 소자로서, 적어도 일부가 전자기기의 내부 회로와 접촉되는 컨택부; 일면이 상기 컨택부와 결합된 복합 보호부; 일 영역에 상기 복합 보호부의 타면이 결합되고, 상기 전자기기 내부에 고정되는 도전부를 포함한다.
외부로부터 인가되는 과도 전압을 상기 전자기기 내부의 접지 단자로 바이패스시키고, 상기 전자기기 내부로부터 누설되는 전압 또는 전류를 차단시키며, 통신 신호를 전달한다.
상기 컨택부 상에 마련된 도전성 접착 부재를 더 포함한다.
상기 도전부와 일측이 접촉되어 마련된 지지부를 더 포함한다.
상기 지지부는 상기 컨택부 및 복합 보호부의 높이로 마련되어 일측이 상기 도전부에 접촉되고 타측이 상기 전자기기 내부에 접촉되며, 상기 지지부는 절연성이다.
상기 지지부는 상기 도전부와 상기 전자기기의 고정부 사이에 마련되며, 상기 지지부는 도전성이다.
본 발명의 다른 양태에 따른 전자기기는 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 복합 보호 소자가 마련되는 전자기기로서, 윈도우 및 표시부와, 상기 표시부 하측에 마련된 브라켓과, 상기 브라켓 하측에 마련된 메인 모드와, 상기 메인 보드를 덮도록 마련된 커버 케이스와, 상기 윈도우로부터 커버 케이스 사이의 측면 공간을 폐쇄하는 측면 케이스를 포함하고, 상기 복합 보호 소자가 상기 측면 케이스의 내측에 마련된다.
상기 복합 보호 소자는, 적어도 일부가 전자기기의 내부 회로와 접촉되는 컨택부; 일면이 상기 컨택부와 결합된 복합 보호부; 일 영역에 상기 복합 보호부의 타면이 결합되고, 상기 전자기기 내부에 고정되는 도전부를 포함한다.
상기 측면 케이스의 내측에 마련되어 상기 복합 보호 소자를 고정하는 고정부를 더 포함한다.
상기 도전부가 상기 고정부에 고정된다.
상기 컨택부는 메인 보드의 내부 회로와 전기적으로 연결된다.
상기 브라켓은 적어도 일부가 도전성이고, 상기 상기 컨택부가 상기 브라켓과 접촉되며, 상기 브라켓이 상기 메인 보드의 내부 회로와 연결된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자는 전자기기의 금속 케이스와 내부 회로 사이에 마련되어 감전 전압을 차단하고 ESD 등의 과전압을 접지 단자로 바이패스시킨다. 즉, 복합 보호 소자는 컨택부, 복합 보호부 및 도전부를 포함하여 전자기기의 측면 케이스와 내부 회로 사이에 마련될 수 있다. 즉, 컨택부와 복합 보호부가 결합된 결합체가 판 형상의 도전부의 일단에 고정되고, 도전부의 타단이 측면 케이스의 내측에 마련된 고정부에 의해 고정된다. 이때, 측면 케이스에 지지부가 마련되어 복합 보호 소자의 체결을 원활하게 할 수 있다.
이러한 복합 보호 소자는 절연 상태를 유지하여 내부 회로로부터 누설되는 감전 전압을 차단하고, 내부에 과전압을 방호하여 내부 회로를 보호하기 위한 보호부를 구비하여 과전압이 전자기기 내부로 유입되는 것을 방지한다. 따라서, 전압 및 전류로부터 전자기기 및 사용자를 보호할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자가 적용되는 전자기기의 전면 사시도, 후면 사시도 및 분리 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자가 장착된 전자기기의 일 영역의 도면.
도 5은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 복합 보호 소자가 장착된 전자기기의 일 영역의 확대도.
도 6은 복합 보호 소자의 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 복합 보호부의 사시도 및 단면도.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제 2 내지 제 5 실시 예들에 따른 복합 보호 소자가 장착된 전자기기의 일 영역의 확대도.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부의 도면.
도 18 내지 도 20은 본 발명이 다양한 실시 예들에 따른 복합 보호부의 단면도.
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 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자가 적용되는 전자기기의 전면 사시도, 후면 사시도 및 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전자기기(1000)는 외관을 이루는 케이스(1100)를 포함하고, 케이스(1100) 내부에 전자기기(1000)의 복수의 기능을 수행하기 위한 복수의 기능 모듈 및 회로 등이 마련된다. 이러한 케이스(1100)는 측면 케이스(1110) 및 커버 케이스(1120)를 포함할 수 있다. 여기서, 측면 케이스(1110)는 전자기기(1000)의 적어도 측면을 이룰 수 있고, 커버 케이스(1120)는 전자기기(1000)의 후면에 마련되어 배터리(1200)를 덮도록 마련될 수 있다. 한편, 커버 케이스(1120)는 일체로 마련되거나 착탈 가능하게 마련될 수 있는데, 배터리(1200)가 일체형일 경우 커버 케이스(1120)는 일체로 형성될 수 있고, 배터리(1200)가 착탈 가능할 경우 커버 케이스(1120) 또한 착탈 가능할 수 있다. 물론, 측면 케이스(1110)와 커버 케이스(1120)가 일체로 제작될 수도 있다. 즉, 측면 케이스(1110) 및 커버 케이스(1120)의 구분없이 측면 및 후면을 폐쇄하고 상면을 노출시키도록 케이스(1100)가 형성될 수 있다. 이러한 케이스(1100)는 적어도 일부가 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 재질로 형성될 수 있다. 즉, 측면 케이스(1110) 및 커버 케이스(1120)의 적어도 일부가 금속 재질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 전자기기(1000)의 측면을 이루는 측면 케이스(1110)가 금속 재질로 형성될 수 있다. 물론, 커버 케이스(1120) 또한 금속 재질로 형성될 수 있다. 케이스(1100)로 이용되는 금속 재질로는 예를 들어 스테인레스 스틸(STS), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이 측면 케이스(1110) 내측에 브라켓(1400)이 마련될 수 있고, 브라켓(1400) 상측에 디스플레이부(1310)가 마련될 수 있다. 또한, 브라켓(1400)과 커버 케이스(1120) 사이에 메인 보드(1500) 및 배터리(1200)이 마련될 수 있다. 이때, 배터리(1200)는 메인 보드(1500)의 소정 영역에 마련될 수 있다. 즉, 메인 보드(1500)의 소정 영역이 제거되고 제거된 영역에 배터리(1200)가 마련될 수 있다.
전자기기(1000)의 상면에는 디스플레이부(1310), 음향 출력 모듈(1320), 카메라 모듈(1330a) 등이 배치될 수 있다. 또한, 전자기기(1000)의 일 측면에는 마이크(1340), 인터페이스(1350) 등이 배치될 수 있다. 즉, 전자기기(1000)의 상면에 디스플레이부(1310), 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a) 등이 배치되고, 전자기기(1000)의 측면 케이스(1110)의 소정 영역, 즉 아래 측면에 마이크(1340), 인터페이스(1350) 등이 배치될 수 있다. 디스플레이부(1310)는 전자기기(1000)의 상면에 배치되어 상면의 대부분을 차지한다. 즉, 디스플레이부(1310)는 X 및 Y 방향으로 각각 소정의 길이를 갖는 대략 직사각형의 형상으로 마련되며, 전자기기(1000) 상면의 중앙 영역을 포함하여 전자기기(1000) 상면의 대부분의 영역에 형성된다. 이때, 전자기기(1000)의 상면 외곽, 즉 측면 케이스(1110)와 디스플레이부(1310) 사이에는 디스플레이부(1310)가 차지하지 않는 소정의 공간이 마련되는데, X 방향으로 디스플레이부(1310)의 상측에 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a)이 마련되고, 하측에 전면 입력부(1360)를 포함한 사용자 입력부가 마련될 수 있다. 또한, X 방향으로 연장되는 디스플레이부(1310)의 두 가장자리와 전자기기(1000)의 테두리 사이, 즉 Y 방향으로 디스플레이부(1310)와 전자기기(1000)의 측면 케이스(1110) 사이에 베젤 영역이 마련될 수 있다. 물론, 별도의 베젤 영역이 마련되지 않고 디스플레이부(1310)가 Y 방향으로 전자기기(1000)의 테두리까지 확장되어 마련될 수 있다.
디스플레이부(1310)는 시각 정보를 출력하고 사용자의 촉각 정보를 입력할 수 있다. 이를 위해 디스플레이부(1310)에는 터치 입력 장치가 마련될 수 있다. 터치 입력 장치는 단말기 바디의 전면을 커버하는 윈도우(미도시)와, 시작 정보를 출력하는 예를 들어 액정표시장치 등의 표시부(미도시)와, 윈도우와 표시부 사이에 마련된 터치 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 터치 센서는 예를 들어 소정 두께의 투명한 판 상에 일 방향 및 이와 직교하는 타 방향으로 복수의 전극이 소정 간격 이격되어 형성되고 그 사이에 유전층이 마련되어 사용자의 터치 입력을 검출할 수 있다. 즉, 터치 센서는 복수의 전극이 예를 들어 격자 모양으로 배열되고, 사용자의 터치 입력에 따른 전극 사이의 거리에 따른 정전 용량을 검출할 수 있다. 또한, 디스플레이부(1310)에는 사용자의 터치 또는 압력 정보를 입력하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 따라서, 터치 센서는 사용자가 터치하는 수평 방향, 즉 서로 직교하는 X 방향 및 Y 방향의 좌표를 검출하고, 압력 센서는 X 방향 및 Y 방향 뿐만 아니라 수직 방향, 즉 Z 방향의 좌표를 검출할 수 있다.
한편, 전자기기(1000) 상면의 디스플레이부(1310) 이외의 영역에는 음향 출력 모듈(1320), 카메라 모듈(1330a), 전면 입력부(1360) 등이 마련될 수 있다. 이때, 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a)는 X 방향으로 디스플레이부(1310)의 상측에 마련되고, 전면 입력부(1360) 등의 사용자 입력부는 X 방향으로 디스플레이부(1310)의 하측에 마련될 수 있다. 전면 입력부(1360)는 터치키, 푸쉬키 등으로 구성될 수 있고, 터치 센서 또는 압력 센서를 이용하여 전면 입력부(1350)가 없는 구성도 가능하게 된다. 이때, 전면 입력부(1360)의 하측 내부, 즉 Z 방향으로 전면 입력부(1360) 하측에는 전면 입력부(1360)의 기능을 위한 기능 모듈(미도시)이 마련될 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)의 구동 방식에 따라 터치키 또는 푸쉬키의 기능을 수행하는 기능 모듈이 마련될 수 있고, 터치 센서 또는 압력 센서가 마련될 수 있다. 또한, 전면 입력부(1360)는 지문 인식 센서를 포함할 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)를 통해 사용자의 지문을 인식하고 적법한 사용자인지 검출할 수 있고, 이를 위해 기능 모듈이 지문 인식 센서를 포함할 수 있다. 한편, Y 방향으로 전면 입력부(1360)의 일측 및 타측에는 제 2 압력 센서(미도시)가 마련될 수 있다. 사용자 입력부로서 전면 입력부(1360) 양측에 제 2 압력 센서가 마련됨으로써 사용자의 터치 입력을 검출하여 이전 화면으로 돌아가는 기능 및 디스플레이부(1310)의 화면 설정을 위한 설정 기능을 수행할 수 있다. 이때, 지문 인식 센서를 이용하는 전면 입력부(1360)는 사용자의 지문 인식 뿐만 아니라 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행할 수도 있다. 한편, 디스플레이부(1310)에 접촉되어 압전 진동 장치 등의 햅틱 피드백 장치가 더 마련되어 사용자의 입력 또는 터치에 반응하여 피드백을 제공할 수 있다. 이러한 햅틱 피드백 장치는 디스플레이부(1310) 이외의 전자기기(1000)의 소정 영역에 마련될 수 있다. 예를 들어, 음향 출력 모듈(1310) 외측 영역, 전면 입력부(1360) 외측 영역, 베젤 영역 등에 햅틱 피드백 장치가 마련될 수 있다. 물론, 햅틱 피드백 장치는 디스플레이부(1310) 하측에 마련될 수도 있다.
전자기기(1000)의 측면에는 도시되지 않았지만 전원부 및 측면 입력부가 더 마련될 수 있다. 예를 들어, 전원부 및 측면 입력부가 전자기기의 Y 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 각각 마련될 수 있고, 일 측면에 서로 이격되어 마련될 수도 있다. 전원부는 전자기기를 온/오프시킬 때 이용될 수 있고, 화면을 인에이블 또는 디스에이블할 때 이용할 수 있다. 또한, 측면 입력부는 음향 출력 모듈(1320)에서 출력되는 음향의 크기 조절 등에 이용할 수 있다. 이때, 전원부 및 측면 입력부는 터치키, 푸쉬키 등으로 구성될 수 있고, 압력 센서로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 전자기기는 디스플레이부(1310) 이외의 복수의 영역에 압력 센서가 각각 마련될 수 있다. 예를 들어, 전자기기의 상측의 음향 출력 모듈(1320) 및 카메라 모듈(1330a) 등의 압력 감지, 하측의 전면 입력부(1360)의 압력 제어, 그리고 측면의 전원부 및 측면 입력부 등의 압력을 제어하기 위해 적어도 하나의 압력 센서가 더 마련될 수 있다.
한편, 전자기기(1000)의 후면, 즉 커버 케이스(1120)를 통해 카메라 모듈(1330b)이 추가로 장착될 수 있다. 카메라 모듈(1330b)은 카메라 모듈(1330a)과 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 카메라 모듈(1330a)과 서로 다른 화소를 가지는 카메라일 수 있다. 카메라 모듈(1330b)에 인접하게는 플래시(미도시)가 추가로 배치될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 카메라 모듈(1330b)의 하측에 지문 인식 센서가 마련될 수 있다. 즉, 전면 입력부(1360)에 지문 인식 센서가 마련되지 않고 전자기기(1000)의 후면에 지문 인식 센서가 마련될 수도 있다.
배터리(1200)는 브라켓(1400)과 커버 케이스(1120) 사이에 마련될 수 있다. 이때, 배터리(1200)는 메인 보드(1500) 내측으로 마련될 수 있다. 한편, 배터리(1200)는 고정될 수도 있고, 탈착 가능하게 마련될 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 전자기기(1000) 내부의 측면 케이스(1110) 내측에 브라켓(1400)이 마련되고, 브라켓(1400) 상측에 윈도우, 표시부 및 터치 센서를 포함하는 디스플레이부(1310)가 마련될 수 있다. 즉, 브라켓(1400)은 윈도우, 표시부 및 터치 센서 등을 포함하는 디스플레이부(1310)를 지지한다. 또한, 브라켓(1400)은 디스플레이부(1310) 이외의 영역으로 연장 형성될 수도 있다. 즉, 전면 입력부(1360) 등이 형성된 영역으로 브라켓(1400)이 연장 형성될 수 있다. 또한, 브라켓(1400)의 적어도 일부는 측면 케이스(1110)의 적어도 일부에 접촉되어 측면 케이스(1110)의 적어도 일부에 지지될 수 있다. 한편, 브라켓(1400)은 적어도 일부가 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 마그네슘 또는 그 합금으로 형성될 수 있다. 즉, 브라켓(1400)은 적어도 일부가 금속 물질로 이루어진 제 1 영역과, 비도전성 물질, 예를 들어 PC로 이루어진 제 2 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어 제 2 영역이 소정 두께를 갖는 판 형상으로 이루어지고, 제 1 영역은 제 2 영역 상에 적어도 일부 영역에 마련될 수 있다. 한편, 브라켓(1400)의 금속 물질로 이루어진 제 1 영역은 메인 보드(1500)와 연결될 수 있는데, 제 1 영역은 적어도 일부가 예를 들어 메인 보드(1500)의 접지 단자와 연결될 수 있다.
메인 보드(1500)는 전자기기(1000) 내부에 마련되어 전자기기(1000)의 구동을 위한 각종 회로, 소자 및 기능 모듈 등이 마련될 수 있다. 예를 들어, 메인 보드(1500) 상에는 표시부, 터치 센서, 압력 센서, 햅틱 모듈, 지문 인식 센서 등에 전원을 공급하고 이들로부터 출력되는 신호를 입력하여 검출하기 위한 적어도 하나의 구동 수단이 마련될 수 있고, 각종 신호를 처리하기 위한 제어 수단 등이 마련될 수 있다. 또한, 메인 보드(1500) 상에는 외부로부터 인가되는 ESD 등의 고전압을 바이패스시키기 위한 접지 단자 등이 더 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자가 장착된 전자기기의 일 영역의 도면이다. 또한, 도 5는 복합 보호 소자가 장착된 전자기기의 일 영역의 확대도이고, 도 6는 복합 보호 소자의 개략 단면도이다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 복합 보호부의 사시도 및 단면도이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자(2000)는 전자기기(1000)의 측면 케이스(1110) 내측에 적어도 하나 마련될 수 있다. 예를 들어, 복합 보호 소자(2000)는 배터리(1200)가 위치하는 영역과 대면하는 측면 케이스(1110)의 내면에 마련될 수 있다. 또한, 복합 보호 소자(2000)는 대면하는 배터리(1200)와 접촉되지 않도록 마련될 수 있다. 이때, 복합 보호 소자(2000)는 적어도 하나 마련될 수 있는데, 본 발명의 실시 예는 네개의 복합 보호 소자(2000)가 등간격으로 마련된 경우를 도시한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자(2000)는 측면 케이스(1110)의 내측에 고정부(1600)를 이용하여 고정될 수 있는데, 고정부(1600)는 측면 케이스(1110)의 내측에 마련된 연결 부재(1610)와, 연결 부재(1610)에 복합 보호 소자(2000)가 고정되도록 하는 체결 부재(1620)를 포함할 수 있다. 이때, 연결 부재(1610)는 적어도 일부가 측면 케이스(1110)에 마련되고 적어도 일부가 브라켓(1400)에 마련될 수 있다. 연결 부재(1610)는 측면 케이스(1110)의 내측면에서 내측으로 소정 폭으로 돌출되며, 소정의 높이를 갖도록 마련될 수 있다. 즉, 연결 부재(1610)는 복합 보호 소자(2000)의 적어도 일부를 지지하도록 측면 케이스(1110)의 내측면으로부터 소정의 폭 및 높이로 돌출될 수 있다. 또한, 연결 부재(1610)는 브라켓(1400)으로부터 소정 높이로 돌출될 수 있다. 이때, 측면 케이스(1110)에 형성된 연결 부재(1610)와 브라켓(1400) 상에 형성된 연결 부재는 정렬될 수 있다. 물론, 연결 부재(1610)는 측면 케이스(1110)에만 형성될 수도 있고, 이 경우 연결 부재(1610)의 하측이 브라켓(1400)과 연결될 수 있다. 또한, 연결 부재(1610)는 적어도 일부가 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(1610) 전체가 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 적어도 측면 케이스(1110)에 접촉 형성된 부분이 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 연결 부재(1610)에는 수직 방향으로 홈 또는 개구가 형성될 수 있다. 예를 들어, 측면 케이스(1110)에 형성된 연결 부재(1610)에는 수직 방향으로 관통 개구가 형성되고, 브라켓(1400) 상의 연결 부재(1610)에는 홈이 형성되어 개구와 홈이 정렬될 수 있다. 물론, 측면 케이스(1110)에만 연결 부재(1610)가 형성되는 경우 연결 부재(1610)에는 소정 깊이의 홈이 형성될 수 있다. 이러한 연결 부재(1610)의 개구 또는 홈에 체결 부재(1620)가 삽입될 수 있다. 즉, 측면 케이스(1110)에 형성된 연결 부재(1610)의 개구를 관통하여 브라켓(1400) 상에 형성된 연결 부재(1610)의 홈까지 체결 부재(1620)가 삽입될 수 있다. 체결 부재(1620)는 연결 부재(1610)에 체결되어 복합 보호 소자(2000)가 고정되도록 한다. 체결 부재(1620)는 예를 들어 스크류 등으로 마련될 수 있고, 복합 보호 소자(2000)는 연결 부재(1610) 상에 위치되도록 한 후 연결 부재(1610)에 체결되어 복합 보호 소자(2000)를 고정시킨다. 또한, 체결 부재(1620)는 외면에 나사산이 마련되고 연결 부재(1610)에는 이에 대응하여 나사홈이 형성될 수 있다. 즉, 체결 부재(1620)가 수나사 역할을 하며, 연결 부재(1610)가 암나사 역할을 할 수 있다. 한편, 체결 부재(1620)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 체결 부재(1620)는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 측면 케이스(1110), 연결 부재(1610) 및 체결 부재(1620)가 ESD 등의 과전압 또는 통신 신호의 경로가 될 수 있다. 고정부(1600)는 스크류 이외에 용접, 납땜, 본딩, 접착 테이프 등을 이용하여 도전부(2300)와 측면 케이스(1100)가 전기적으로 연결되도록 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자(2000)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 컨택부(2100)와, 복합 보호부(2200)와, 도전부(2300)와, 지지부(2400)를 포함할 수 있다. 여기서, 도전부(2300)는 고정부(1600)에 적어도 일부가 고정되고, 복합 보호부(2200)는 도전부(2300)의 일 영역 상에 고정되며, 컨택부(2100)는 일 영역이 복합 보호부(2200)와 결합되고 타 영역이 내부 회로, 즉 브라켓(1400)을 통해 메인 보드(1500)와 접촉 가능하도록 마련된다. 또한, 지지부(2400)는 도전부(2300)가 고정부(1600)에 고정될 때 복합 보호 소자(2000)를 지지하도록 한다. 즉, 본 발명의 복합 보호 소자(2000)는 복합 보호부(2200)의 일면과 컨택부(2100)가 예를 들어 도전성 접착제에 의해 결합되고, 복합 보호부(2200)의 타면이 도전부(2300)의 일면 상에 예를 들어 SMD 등의 방법으로 결합되며, 지지부(2400)가 측면 케이스(1110) 또는 브라켓(1400)의 소정 영역에 마련된 후 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)가 실장된 도전부(2300)를 지지부(2400)에 지지되도록 하여 고정부(1600)에 고정시킬 수 있다. 이러한 복합 보호 소자(2000)에 대해 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
1. 컨택부 (2100)
컨택부(2100)는 전자 기기의 외부에서 외력이 가해질 때, 그 충격을 완화할 수 있도록 탄성력을 가지며, 도전성의 물질을 포함하는 재료로 이루어진다. 이러한, 컨택부(2100)는 도 6에 도시된 바와 같이 클립(clip) 형상일 수 있다. 예를 들어, 컨택부(2100)는 복합 보호부(2000)의 일측 상에 마련된 지지부(2110)와, 지지부(2110)의 상측에 마련되어 메인 보드(1500)와 대향 위치되며 적어도 일부가 메인 보드(1500)와 접촉될 수 있는 접촉부(2120)와, 지지부(2110) 및 접촉부(2120)의 일측 사이에 마련되어 이들을 연결하도록 하며 탄성력을 가지는 연결부(2130)를 포함할 수 있다. 따라서, 컨택부(2100)의 높이는 복합 보호부(2200)의 높이보다 높을 수 있다.
지지부(2110)는 복합 보호부(2200)의 상부면에 마련될 수 있다. 지지부(2110)가 복합 보호부(2200)의 상부면에 마련되므로 접촉부(2120), 연결부(2130), 실장부(3000) 등을 지지할 수 있다. 이러한 지지부(2110)는 소정 두께의 판 형상으로 마련될 수 있는데, 예를 들어 소정 두께를 갖는 직사각형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 지지부(2110)는 복합 보호부(2200)의 상부면과 동일 폭으로 마련될 수 있다. 또한, 지지부(2110)는 복합 보호부(2200)의 상부면의 길이보다 짧게 마련될 수 있다. 즉, 지지부(2110)는 복합 보호부(2200)의 외부 전극(2241, 2242; 2240)과 접촉되지 않도록 복합 보호부(2200)의 길이보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 이때, 탄성력에 의해 연결부(2130)가 수축될 때 연결부(2130)가 복합 보호부(2200)의 외부 전극(2240)과 접촉되지 않도록 지지부(2110)는 복합 보호부(2200)의 길이보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 한편, 지지부(2110)와 복합 보호부(2200) 사이에는 결합 부재(미도시)가 마련되어 지지부(2110)와 복합 보호부(2200)를 결합시킬 수 있다. 결합 부재로는 예를 들어 접착 테이프, 접착제 등이 이용될 수 있다. 즉, 지지부(2110)는 접착 테이프, 접착제 등의 접착 부재에 의해 복합 보호부(2200)의 상부면에 접착될 수 있다.
접촉부(2120)는 일단이 연결부(2130)와 연결되고, 연결부(2130)로부터 일 방향으로 연장 형성되며, 일부가 브라켓(1400)을 향해 예컨대, 하향 경사지도록 연장되어 브라켓(1400)와 접촉될 수 있다. 이때, 브라켓(1400)은 적어도 일부가 전도성인 제 1 영역(1400a)과 절연성인 제 2 영역(1400b)을 포함하고, 제 2 영역(1400b) 상에 제 1 영역(1400a)이 마련되는데, 접촉부(2120)는 제 1 영역(1400a)과 접촉될 수 있다. 또한, 접촉부(2120)의 타단과 인접한 영역은 브라켓(1400)이 위치된 방향으로 볼록한 곡률을 가지는 형상일 수 있다. 예를 들어, 접촉부(2120)는 소정 길이로 수평을 이루고 그로부터 소정 길이로 하향 경사지게 형성된 후 다시 소정 길이로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 접촉부(2120)의 브라켓(1400)과 접촉되는 영역은 예를 들어 타원형, 반원형 등의 원형을 이룰 수 있다. 즉, 지지부(2110)의 영역 중, 연결부(2130)와 멀리 위치된 또는 지지부(2110)의 타단을 포함하는 주위 영역이 상측으로 절곡된 절곡부를 가지는 형상일 수 있으며, 절곡부가 브라켓(1400)과 접촉되도록 설치된다.
연결부(2130)는 지지부(2110)의 일단과 접촉부(2120)의 일단을 연결하도록 형성되는데, 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 연결부(2130)는 외력에 의해 가압되면 브라켓(1400)이 위치된 방향으로 눌려지고, 외력이 해제되면, 원래 상태로 복원되는 탄성력을 가진다. 따라서, 컨택부(2100)는 적어도 연결부(2130)가 탄성력을 갖는 금속 물질로 형성될 수 있다.
한편, 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, 컨택부는 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.
2. 복합 보호부
복합 보호부(2200)는 외부로부터 인가되는 ESD 등의 고전압을 내부 회로, 즉 메인 보드(1500)의 접지 단자로 바이패스시키고, 메인 보즈(1500)로부터의 누설 전류를 차단할 수 있다. 이러한 복합 보호부(2200)는 소정 전압 이하에서는 절연 상태를 유지하고, 소정 전압 이상의 전압에서는 전기적으로 도통되는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 복합 보호부(2200)는 소정 전압 이상에서 도통되는 바리스터, 서프레서, 다이오드 등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 복합 보호부(2200)를 도통시키기 위한 전압, 즉 항복 전압 또는 방전 개시 전압은 외부의 정격 전압보다 높고 복합 보호부(2200)의 절연 파괴 전압보다 낮을 수 있다. 즉, 정격 전압보다 높고 절연 파괴 전압보다 낮은 과전압이 인가될 때 복합 보호부(2200)는 도통되어 인가되는 과전압을 메인 보드(1500)의 접지 단자로 바이패스시킬 수 있다. 또한, 복합 보호부(2200)는 통신 신호를 전달하기 위해 캐패시터 등을 더 구비할 수 있다. 이러한 복합 보호부(2200)의 예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 서프레서 타입의 복합 보호부(2200)의 단면도로서, ESD 보호부(2300)와, 적어도 하나의 캐패시터부(2200, 2400)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 복합 보호부(2200)는 복수의 절연 시트(100; 101 내지 111)가 적층된 적층체(2210)과, 적층체(2210) 내에 마련되며 복수의 내부 전극(200; 201 내지 208)을 구비하는 적어도 하나의 캐패시터부(2220a, 2220b; 2220)와, 적어도 하나의 방전 전극(310; 311, 312)과 과전압 보호 부재(320)을 구비하는 과전압 보호부(2230)를 포함할 수 있다. 즉, 적층체(2210) 내의 복수의 절연 시트(100) 중에서 선택된 절연 시트(100) 상에 복수의 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)을 포함하는 도전층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 적층체(2210) 내에 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)가 마련되고, 그 사이에 과전압 보호부(2230)가 마련될 수 있다. 즉, 적층체(2210) 내부에 제 1 캐패시터부(2220a), 과전압보호부(2230), 제 2 캐패시터부(2220b)이 적층되어 복합 보호부(2200)가 구현될 수 있다. 또한, 적층체(2210)의 서로 대향하는 두 측면에 형성되어 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)와 과전압 보호부(2230)와 연결되는 외부 전극(2241, 2242; 2240)을 더 포함할 수 있다. 물론, 복합 보호부(2200)는 적어도 하나의 캐패시터부와 적어도 하나의 과전압 보호부를 포함할 수 있다. 즉, 과전압 보호부(2230)의 하측 또는 상측의 어느 하나에 캐패시터부(2220)가 마련될 수 있고, 서로 이격된 둘 이상의 과전압 보호부(2230)의 상측 및 하측에 적어도 하나의 캐패시터부(2220)가 마련될 수도 있다. 또한, 과전압 보호부(2230)는 적층체(2210) 내부 또는 적층체(2210) 외부에 마련될 수 있는데, 본 실시 예들은 적층체(2210) 내부에 형성되는 경우를 설명하겠다. 과전압 보호부(2230)가 적층체(2210) 외부에 형성되는 경우 과전압 보호 부재(320)가 적층체(2210)와 외부 전극(2240) 사이에 형성되고, 방전 전극(310)이 적층체(2210) 내부에 형성될 수 있다. 한편, 감지 방지부(2200)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.
이렇게 복합 보호부(2200)가 도전부(2300)와 브라켓(1400) 사이에 마련되어 메인 보드(1500)로부터 브라켓(1400)을 통해 인가되는 감전 전압을 차단할 수 있다. 또한, 과전압을 접지 단자로 바이패스시키고, ESD 등의 과전압에 의해 절연이 파괴되지 않아 감전 전압을 지속적으로 차단할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 복합 보호부(2200)는 감전 전압 이하에서 절연 상태를 유지하여 메인 보드(1500)로부터 인가되는 감전 전압을 차단하고, ESD 전압 이상에서 도전 상태를 유지하여 외부로부터 전자기기 내부로 인가되는 ESD 전압을 접지 단자로 바이패스시킨다.
3. 도전부
도전부(2300)는 일단이 고정부(1600)에 고정되고 타단에 복합 보호부(2200)가 고정된다. 이러한 도전부(2300)는 복합 보호부(2200)와 컨택부(2100)를 지지하고 복합 보호부(2200)를 측면 케이스(1110)에 전기적으로 연결시킨다. 따라서, 도전부(2300)는 소정의 두께를 갖는 판 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도전부(2300)는 소정의 두께를 갖는 직사각형의 판 형상을 가질 수 있다. 또한, 도전부(2300)의 일 영역, 즉 고정부(1600)에 고정되는 영역에는 개구가 형성될 수 있다. 즉, 개구를 통해 고정부(1600)의 체결 부재(1620)가 삽입되어 도전부(2300)가 고정부(1600)에 고정될 수 있다. 이러한 도전부(2300)는 금속 물질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 SUS로 이루어질 수 있다. 또한, 도전부(2300)는 측면 케이스(1110)과 동일 재질로 이루어질 수도 있다. 한편, 도전부(2300)는 Ag, Cr, Ni, Au 등으로 도금될 수도 있다. 또한, 도전부(2300)는 약 0.1㎜∼1㎜ 정도의 두께로 마련될 수 있다.
4. 지지부
지지부(2400)는 고정부(1600)와 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200) 사이에 마련될 수 있다. 이러한 지지부(2400)는 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)를 고정부(1600)를 이용하여 고정할 때 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)가 그 상부에서 지지되도록 한다. 즉, 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)는 도전부(2300)의 타 영역에 체결된 상태에서 도전부(2300)의 일 영역이 고정부(1600)에 고정되는데, 이때, 지지부(2400)가 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)를 지지하고 있으므로 도전부(2300)의 체결을 더욱 용이하게 할 수 있다. 이러한 지지부(2400)는 비도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 직육면체 형상을 갖고 탄성력을 갖는 지지부(2400)의 적어도 일면, 예를 들어 측면 케이스(1110)과 접촉되는 면과 측면 케이스(1100) 사이에 접착제 등이 마련되어 지지부(2400)가 측면 케이스(1110)의 내측면에 접착 고정될 수 있다. 이러한 지지부(2400)는 상부 표면이 도전부(2300)과 수평을 이룰 수 있도록 형성된다. 즉, 도전부(2300)의 하부면이 지지부(2400)의 상부면에 접촉되어 도전부(2300)가 수평을 이룰 수 있도록 지지부(2400)의 상부면과 도전부(2300)의 하부면은 수평을 이룰 수 있다. 이를 위해 지지부(2400)의 상부면은 고정부(1600)의 연결 부재(1610)의 상부면과 수평을 이룰 수 있다. 즉, 지지부(2400)의 상부면은 연결 부재(1610)의 상부면과 단차가 형성되지 않고 동일 평면을 이룰 수 있다. 한편, 지지부(2400)의 하면은 브라켓(1400) 상에 접촉될 수 있다. 즉, 지지부(2400)는 적어도 도전성 물질로 이루어진 제 1 영역(1400a) 및 절연성 물질로 이루어진 제 2 영역(1400b)을 포함하여 제 2 영역(1400b) 상에 제 1 영역(1400a)이 마련되는 브라켓(1400)의 제 1 영역(1400a) 상에 마련될 수 있다. 그러나, 지지부(2400)의 하면은 브라켓(1400) 상에서 소정 간격 이격될 수 있다. 따라서, 지지부(2400)의 높이는 컨택부(2100)와 복합 보호부(2200)의 높이의 합과 같거나 작을 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자(2000)는 컨택부(2100), 복합 보호부(2200) 및 도전부(2300)가 결합되어 전자기기(1000)의 내측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 복합 보호 소자(2000)는 전자기기(1000)의 측면 케이스(1110)에 고정되어 브라켓(1400)에 연결되도록 마련될 수 있다. 이때, 복합 보호 소자는 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)가 결합되고, 이러한 결합체가 도전부(2300)의 일단에 고정되며, 도전부(2300)의 타단이 고정부(1600)를 이용하여 측면 케이스(1110)의 내측에 고정될 수 있다. 예를 들어, 측면 케이스(1110)의 내측으로 고정 부재(1610)이 마련되고, 일측에 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)가 마련된 도전부(2300)가 고정 부재(1610) 상에 마련되어 결합 부재(1620)를 이용하여 도전부(2300)와 고정 부재(1610)를 결합하여 도전부(2300)를 고정하게 된다. 이때, 측면 케이스(1110)의 내측에 지지부(2400)가 마련되어 복합 보호 소자(2000)의 체결을 더욱 용이하게 할 수 있다. 따라서, 외부로부터 인가되는 ESD 등의 과전압은 측면 케이스(1110) 및 고정부(1600)를 통해 전달되고, 이는 다시 복합 보호 소자(2000) 및 브라켓(1400)을 통해 메인 보드(1500)의 접지 단자로 바이패스 된다. 즉, 측면 케이스(1110) 및 고정부(1600)를 통해 전달된 과전압을 도전부(2300)를 통해 복합 보호부(2200)로 전달되고, 복합 보호부(2200) 내부에서 방전되어 컨택부(2100)를 통해 브라켓(1400)으로 전달되고 브라켓(1400)과 연결된 메인 보드(1500)의 접지 단자로 바이패스된다. 한편, 불량 충전기 등에 의해 발생된 감전 전압 또는 전류는 메인 모드(1500)를 통해 측면 케이스(1110)로 전달될 수 있지만, 감전 전압 이상에서 절연 상태를 유지하는 복합 보호부(2200)에 의해 차단되어 측면 케이스(1110)로 전달되지 못하고, 그에 따라 사용자의 감전을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자는 다양한 방식으로 전자기기 내에 마련될 수 있는데, 이러한 실시 예들을 도 9 내지 도 12에 도시하였다. 도 9 내지 도 12는 본 발명의 제 2 내지 제 5 실시 예들에 따른 복합 보호 소자의 체결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 지지부(2400)가 도전부(2300)의 타단에 접촉되도록 마련되고, 지지부(2400)와 고정부(1600) 사이에 컨택부(2100) 및 복합 보호부(2200)이 마련될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 제 1 실시 예는 지지부(2400)가 고정부(1600)와 복합 보호부(2200) 사이에 마련되었지만, 도 9에 도시된 바와 같이 지지부(2400)가 도전부(2300)의 말단에 접촉되도록 마련되고 지지부(2400)와 고정부(1600) 사이에 복합 보호부(2200)가 마련될 수 있다. 이때, 지지부(2400)는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 한편, 클립 형상의 컨택부(2100)은 도 6에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 고정부(1600) 사이에 지지부(2400a)가 마련될 수 있다. 즉, 연결 부재(1610)와 체결 부재(1620) 사이에 지지부(2400a)가 마련될 수 있다. 이때, 지지부(2400a)가 연결 부재(1610) 상에 접촉되어 마련되고 지지부(2400a) 상에 도전부(2300)이 접촉되도록 마련될 수 있다. 이를 위해 도전부(2300)의 일단에 지지부(2400a)가 마련되고 지지부(2400a)가 연결 부재(1610) 상에 마련된 후 체결 부재(1620)가 연결 부재(1610)에 체결될 수 있다. 또한, 연결 부재(1610) 상에 지지부(2400a)가 마련되고 지지부(2400a) 상에 도전부(2300)의 일단이 위치되도록 한 후 체결 부재(1620)를 이용하여 연결 부재(1610)와 결합할 수 있다. 따라서, 도 5 및 도 9에 도시된 지지부(2400)를 측면 케이스(1110) 내측에 마련하지 않고도 복합 보호 소자(2000)의 체결을 원활하게 할 수 있다. 한편, 지지부(2400a)는 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 도전성 테이프로 형성될 수 있다. 지지부(2400a)를 도전성 물질로 형성해야 외부로부터 인가되는 과전압이 복합 보호부(2200)를 통해 접지 단자로 바이패스될 수 있다. 즉, 외부로부터 인가되는 과전압을 측면 케이스(1110) 및 고정부(1600)를 통해 전달되는데, 고정부(1600)는 연결 부재(1610) 및 체결 부재(1620)가 결합되므로 이들 사이에 절연성 물질이 마련되는 경우 과전압이 접지 단자로 바이패스될 수 없다. 따라서, 연결 부재(1610)와 체결 부재(1620) 사이에 마련되는 지지부(2400a)는 도전성 물질로 형성되어야 한다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이 도전부(2300a)는 굴곡진 형태로 마련될 수 있다. 즉, 고정부(1600)의 하측에 도전부(2300a)의 일단이 체결되고, 도전부(2300)는 일 영역에서 상향 경사지게 형성된 후 다시 수평하게 형성될 수 있다. 이때, 복합 보호부(2200)는 커버 케이스(1120) 방향으로 수평하게 형성된 부분의 소정 영역에 마련될 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이 도전부(2300)와 브라켓(1400) 사이에 복합 보호부(2200) 및 컨택부(2100a)가 마련되고 이와 이격되어 지지부(2400)가 마련될 수 있다. 이때, 컨택부(2100a)는 전도성 고무, 전도성 실리콘, 내부에 전도성 도선이 삽입된 탄성체, 표면이 도체로 코팅 또는 접합된 가스켓을 포함할 수 있다. 즉, 컨택부(2100a)는 클립 형태로 형성될 수도 있고, 가스켓 형태로 형성될 수도 있다. 여기서, 컨택부(2100a)와 지지부(2400)는 수평을 이룰 수 있다. 또한, 수평을 이루는 컨택부(2100a) 및 지지부(2400)의 각각의 일면과 브라켓(1400) 사이에 전도성 접착제(2500)가 마련될 수 있다. 이를 위해 도전부(2300)의 일 영역에 복합 보호부(2200)를 실장하고 복합 보호부(2200) 상에 가스켓 형태의 컨택부(2100a)를 실장하며, 도전부(2300)의 타 영역에 지지부(2400)를 마련한 후 컨택부(2100a) 및 지지부(2400)의 일면 상에 도전성 접합제(2500)를 마련하고 도전성 접착제(2500)를 브라켓(1400) 상에 부착할 수 있다. 한편, 도전성 접착제(2500)를 이용하는 경우 지지부(2400)를 이용하지 않을 수 있다. 즉, 컨택부(2100a)의 일면 상에 도전성 접착제(2500)를 형성하고 이를 브라켓(1400)에 부착할 수 있으므로 별도의 지지부(2400)를 마련하지 않고 도전부(2300)를 고정부(1600)에 고정시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호부를 도 7 및 도 8을 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시 예를 서프레서 타임의 복합 보호부를 도시하지만, 배리스터 타입의 복합 보호부도 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자의 사시도이고, 도 8은 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 복수의 시트(100; 101 내지 111)가 적층된 적층체(2210)와, 적층체(2210) 내에 마련되며 복수의 내부 전극(200; 201 내지 208)을 구비하는 적어도 하나의 캐패시터부(2220a, 2220b; 2220)와, 적어도 하나의 방전 전극(310; 311, 312)과 과전압 보호 부재(320)를 구비하여 ESD 등의 과전압을 방호하는 과전압 보호부(2230)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적층체(2210) 내에 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)가 마련되고, 그 사이에 과전압 보호부(2230)가 마련될 수 있다. 즉, 적층체(2210) 내부에 제 1 캐패시터부(2220a), 과전압 보호부(2230) 및 제 2 캐패시터부(2220b)가 적층되어 복합 보호 소자가 구현될 수 있다. 또한, 적층체(2210)의 서로 대향하는 두 측면에 형성되어 캐패시터부(2220)와 과전압 보호부(2230)와 연결되는 외부 전극(2241, 2242; 4000)을 더 포함할 수 있다. 물론, 복합 보호 소자는 적어도 하나의 캐패시터부(2220)와 적어도 하나의 과전압 보호부(2230)를 포함할 수 있다. 즉, 과전압 보호부(2230)의 하측 또는 상측의 어느 하나에 캐패시터부(2220)가 마련될 수 있고, 서로 이격된 둘 이상의 과전압 보호부(2230)의 상측 및 하측에 적어도 하나의 캐패시터부(2220)가 마련될 수도 있다. 이러한 복합 보호 소자는 전자기기의 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로, 예를 들어 금속 케이스와 PCB 사이에 마련되어 감전 전압을 차단하며, ESD 전압을 바이패스시키고, ESD에 의해 절연이 파괴되지 않아 감전 전압을 지속적으로 차단할 수 있다.
1. 적층체
적층체(2210)는 대략 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 적층체(2210)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. 즉, 외부 전극(2240)의 형성 방향을 X 방향으로 할 때, 이와 수평 방향으로 직교하는 방향을 Y 방향으로 하고 수직 방향을 Z 방향으로 할 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.
적층체(2210)는 복수의 시트(101 내지 111; 100)가 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 적층체(2210)는 X 방향으로 소정의 길이를 갖고 Y 방향으로 소정의 폭을 가지며, Z 방향으로 소정의 두께를 갖는 복수의 시트(100)를 적층하여 형성될 수 있다. 따라서, 시트(100)의 길이 및 폭에 의해 적층체(2210)의 길이 및 폭이 결정되고, 시트(100)의 적층 수에 의해 적층체(2210)의 높이가 결정될 수 있다. 한편, 적층체(2210)를 이루는 복수의 시트(100)는 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, 시트(100)는 MLCC, LTCC, HTCC 이외에 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, BaCO3, TiO2, Nd2O3, SiO2, CuO, MgO, Zn0, Al2O3 중의 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 시트(100)는 상기 물질들 이외에 예를 들어 Pr계, Bi계, ST계 세라믹 물질 등 바리스터 특성을 가지는 재료로 형성될 수도 있다. 물론, 시트(100)는 MLCC, LTCC, HTCC 및 바리스터 특성을 가지는 재료를 혼합하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 시트(100)는 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3를 포함할 수 있고, 이들 물질의 함량을 조절함으로써 유전율을 조절할 수 있다. 따라서, 시트(100)는 재질에 따라 각각 소정의 유전율, 예를 들어 5∼20000, 바람직하게는 7∼4000, 더욱 바람직하게는 100∼3000의 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 시트(100)는 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3를 포함할 수 있는데, BaTiO3의 함량을 증가시켜 유전율을 높일 수 있고, NdTiO3 및 SiO2의 함량을 증가시켜 유전율을 낮출 수 있다. 한편, 시트(110) 중 적어도 하나는 다른 것과 유전율이 다를 수 있다. 예를 들어, 최외각의 시트, 즉 수직 방향으로 최하층 및 최상층에 위치하는 제 1 및 제 11 시트(101, 111)는 그 사이에 마련된 나머지 시트, 즉 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)와 다른 유전율을 가질 수 있다. 즉, 제 1 및 제 11 시트(101, 111)의 유전율이 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)의 유전율보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 11 시트(101, 111)의 유전율이 100 이하이고, 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)의 유전율이 500 이상일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 11 시트(101, 111)의 유전율이 5∼100이고, 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 111)의 유전율이 500∼3000일 수 있다. 이렇게 시트(100)의 유전율을 다르게 하기 위해 시트를 형성하기 위한 조성물의 함량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 11 시트(101 내지 111)는 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3를 포함할 수 있는데, 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)는 NdTiO3 및 SiO2의 함량을 증가시키고 BaTiO3의 함량을 감소시켜 유전율을 100이하로 형성할 수 있고, 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)은 BaTiO3의 함량을 증가시키고 NdTiO3 및 SiO2의 함량을 감소시켜 유전율을 500 이상으로 형성할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)는 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)에 비해 NdTiO3 및 SiO2의 함량을 증가시키고 BaTiO3의 함량을 감소시켜 유전율이 100 이하가 되도록 할 수 있다. 이에 비해, 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110)는 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)에 비해 BaTiO3의 함량을 증가시키고 NdTiO3 및 SiO2의 함량을 감소시켜 유전율이 500 이상이 되도록 할 수 있다. 이렇게 최외곽 시트의 유전율을 낮게 함으로써 기생 캐패시턴스를 줄일 수 있다. 한편, 제 2 내지 제 10 시트(102 내지 110) 중에서 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)에 인접한 시트, 예를 들어 제 2 및 제 10 시트(102 및 110)는 그 사이의 나머지 시트(103 내지 109)보다 유전율이 낮을 수 있다. 또한, 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)로부터 중앙부로 갈수록 시트들의 유전율이 높아질 수 있다. 이는 적층체(2210)의 소결 시 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)의 조성물이 적층체(2210)의 중앙부로 확산되기 때문이다.
또한, 복수의 시트(100)는 모두 동일 두께로 형성될 수 있고, 적어도 어느 하나가 다른 것들에 비해 두껍거나 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(2230)의 시트는 캐패시터부(2220)의 시트와 다른 두께로 형성될 수 있고, 과전압 보호부(2230)와 캐패시터부(2220) 사이에 형성된 시트가 다른 시트들과 다른 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(2230)와 캐패시터부(2220) 사이의 시트, 즉 제 5 및 제 7 시트(105, 107)의 두께는 과전압 보호부(2230)의 시트, 즉 제 6 시트(106)보다 얇거나 같은 두께로 형성되거나, 캐패시터부(2220)의 내부 전극 사이의 시트(102 내지 104, 108 내지 110)보다 얇거나 같은 두께로 형성될 수 있다. 즉, 과전압 보호부(2230)와 캐패시터부(2220) 사이의 간격은 캐패시터부(2220)의 내부 전극 사이의 간격보다 얇거나 같게 형성되거나, 과전압 보호부(2230)의 두께보다 얇거나 같게 형성될 수 있다. 물론, 캐패시터부(2000, 4000)의 시트(102 내지 104, 108 내지 110)은 동일 두께로 형성될 수 있고, 어느 하나가 다른 하나보다 얇거나 두꺼울 수도 있다. 한편, 복수의 시트(100)는 예를 들어 1㎛∼4000㎛의 두께로 형성될 수 있고, 3000㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 적층체(2210)의 두께에 따라 시트(100) 각각의 두께가 1㎛∼4000㎛일 수 있고, 바람직하게는 5㎛∼300㎛일 수 있다. 또한, 복합 보호 소자의 사이즈에 따라 시트(100)의 두께 및 적층 수 등이 조절될 수 있다. 즉, 사이즈가 작은 복합 보호 소자에 적용되는 경우 시트(100)는 얇은 두께로 형성될 수 있고, 사이즈가 큰 복합 보호 소자에 적용되는 경우 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 또한, 시트들(100)이 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, 시트(100)는 ESD 인가 시 파괴되지 않는 두께로 형성될 수 있다. 즉, 시트들(100)의 적층 수 또는 두께가 다르게 형성되는 경우에도 적어도 하나의 시트가 ESD의 반복적인 인가에 의해 파괴되지 않는 두께로 형성될 수 있다.
또한, 적층체(2210)는 캐패시터부(2220)의 하부 및 상부에 각각 마련된 하부 커버층(미도시) 및 상부 커버층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 적층체(2210)는 최하층 및 최상층에 각각 마련된 하부 및 상부 커버층을 포함할 수 있다. 물론, 최하층의 시트, 즉 제 1 시트(101)가 하부 커버층으로 기능하고, 최상층의 시트, 즉 제 11 시트(111)가 상부 커버층으로 기능할 수도 있다. 시트(100)와 별도로 마련되는 하부 및 상부 커버층은 동일 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 하부 및 상부 커버층은 다른 두께로도 형성될 수 있는데, 예를 들어 상부 커버층이 하부 커버층보다 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 하부 및 상부 커버층은 복수의 자성체 시트가 적층되어 마련될 수 있다. 또한, 자성체 시트로 이루어진 하부 및 상부 커버층의 외측 표면, 즉 적층체(2210)의 하부 표면 및 상부 표면에 비자성 시트, 예를 들어 유리질 시트가 더 형성될 수 있다. 그러나, 하부 및 상부 커버층은 유리질 시트로 형성될 수도 있고, 적층체(2210)의 표면이 폴리머, 글래스 재질로 코팅될 수도 있다. 한편, 하부 및 상부 커버층은 시트들(100) 각각의 두께보다 두꺼울 수 있다. 즉, 커버층은 시트 하나의 두께보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 최하층 및 최상층의 시트, 즉 제 1 및 제 11 시트(101, 111)가 하부 및 상부 커버층으로 기능하는 경우 그 사이의 시트들(102 내지 110) 각각보다 두껍게 형성될 수 있다.
2. 캐패시터부
적어도 하나의 캐패시터부(2220a, 2220b; 2000)가 적층체(2210) 내부에 형성된다. 예를 들어, 과전압 보호부(2230)를 사이에 두고 그 하부 및 상부에 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)가 마련될 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)는 복수의 내부 전극(200)이 과전압 보호부(2230)를 사이에 두고 나뉘어 형성되므로 편의상 지칭한 것이고, 적층체(2210) 내부에는 캐패시터로 기능하는 복수의 내부 전극(200)이 형성될 수 있다.
캐패시터부(2220)는 과전압 보호부(2230)의 하측 및 상측에 각각 마련되며, 적어도 둘 이상의 내부 전극과, 이들 사이에 마련된 적어도 둘 이상의 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 캐패시터부(2220a)는 제 1 내지 4 시트(101 내지 104)와, 제 1 내지 4 시트(101 내지 104) 상에 각각 형성된 제 1 내지 제 4 내부 전극(201 내지 204)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 캐패시터부(2220b)는 제 7 내지 제 10 시트(107 내지 110)와, 제 7 내지 제 10 시트(107 내지 110) 상에 각각 형성된 제 5 내지 제 8 내부 전극(205 내지 208)을 포함할 수 있다. 여기서, 내부 전극(201 내지 208; 200)는 각각 예를 들어 1㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 내부 전극(200)은 X 방향으로 서로 대향되도록 형성된 외부 전극(2241, 2242; 4000)과 일측이 연결되고 타측이 이격되도록 형성된다. 예를 들어, 제 1, 제 3, 제 5 및 제 7 내부 전극(201, 203, 205, 207)은 제 1, 제 3, 제 7 및 제 9 시트(101, 103, 107, 109) 상에 각각 소정 면적으로 형성되며, 일측이 제 2 외부 전극(2242)과 연결되고 타측이 제 1 외부 전극(2241)과 이격되도록 형성된다. 또한, 제 2, 제 4, 제 6 및 제 8 내부 전극(202, 204, 206, 208)은 제 2, 제 4, 제 8 및 제 10 시트(102, 104, 108, 110) 상에 각각 소정 면적으로 형성되며 일측이 제 1 외부 전극(2241)과 연결되고 타측이 제 2 외부 전극(2242)과 이격되도록 형성된다. 즉, 복수의 내부 전극(200)은 외부 전극(2240)의 어느 하나와 교대로 연결되며 그 사이의 시트들(102 내지 104, 108 내지 110)를 사이에 두고 소정 영역 중첩되도록 형성된다. 또한, 내부 전극(200)은 X 방향의 길이 및 Y 방향의 폭이 적층체(2210)의 길이 및 폭보다 작게 형성될 수 있다. 즉. 내부 전극(200)은 시트(100)의 길이 및 폭보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200)은 적층체(2210) 또는 시트(100)의 길이의 10% 내지 90%의 길이와 10% 내지 90%의 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 내부 전극(200)은 시트(100) 각각의 면적 대비 10% 내지 90%의 면적으로 각각 형성될 수 있다. 한편, 복수의 내부 전극(200)은 각각 예를 들어 정사각형, 직사각형, 소정의 패턴 형상, 소정 폭 및 간격을 갖는 스파이럴 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 캐패시터부(2220)는 내부 전극(200) 사이에 캐패시턴스가 각각 형성되며, 캐패시턴스는 내부 전극(200)의 중첩 면적, 시트들(100)의 두께 등에 따라 조절될 수 있다. 한편, 캐패시터부(2220)는 제 1 내지 제 8 내부 전극(201 내지 208) 이외에 적어도 하나 이상의 내부 전극이 더 형성되고, 적어도 하나의 내부 전극이 형성되는 적어도 하나의 시트가 더 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)는 각각 두개의 내부 전극이 형성될 수도 있다. 즉, 본 실시 예는 제 1 및 제 2 캐패시터(2220a, 2220b)의 내부 전극이 각각 네개 형성되는 것을 예로 설명하였으나, 내부 전극은 둘 이상 복수로 형성될 수 있다.
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. 한편, 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.
한편, 제 1 캐패시터부(2220a)의 내부 전극들(201 내지 204)과 제 2 캐패시터부(2220b)의 내부 전극들(205 내지 208)은 동일 형상 및 동일 면적으로 형성될 수 있고, 중첩 면적 또한 동일할 수 있다. 그런데, 제 1 내부 전극(201)과 제 8 내부 전극(208)은 외부 전극(2240)과 중첩될 수 있으며, 이러한 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)은 나머지 내부 전극들(202 내지 207)보다 길게 형성될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)은 말단부가 제 1 및 제 2 외부 전극(2241, 2242)과 각각 일부 중첩되도록 형성되어 이들 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되므로 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)은 나머지 내부 전극들(202 내지 207)보다 예를 들어 10% 정도 더 길게 형성될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)은 외부 전극(2240)과 중첩되는 영역이 나머지 영역보다 넓게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)은 외부 전극(2240)과 중첩되는 영역 또는 그와 인접한 영역이 중첩되지 않는 영역에 비해 10% 정도 더 넓게 형성될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)의 외부 전극(2240)과 중첩되지 않는 영역은 나머지 내부 전극(202 내지 209)의 너비와 동일할 수 있다. 한편, 제 1 캐패시터부(2220a)의 시트들(101 내지 104)와 제 2 캐패시터부(2220b)의 시트들(107 내지 110)은 동일 두께를 가질 수 있다. 이때, 제 1 시트(101)가 하부 커버층으로 기능할 경우 제 1 시트(101)는 나머지 시트들에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)는 캐패시턴스가 동일할 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 캐패시터부(2220a, 2220b)는 캐패시턴스가 다를 수 있으며, 이 경우 내부 전극의 면적, 내부 전극의 중첩 면적, 시트의 두께의 적어도 어느 하나가 서로 다를 수 있다. 또한, 캐패시터부(2220)의 내부 전극(201 내지 208)는 과전압 보호부(2230)의 방전 전극(310)보다 길게 형성될 수 있고, 면적 또한 크게 형성될 수 있다.
3. 과전압 보호부
과전압 보호부(2230)는 수직 방향으로 이격되어 형성된 적어도 두개의 방전 전극(311, 312; 310)과, 방전 전극(310) 사이에 마련된 적어도 하나의 과전압 보호 부재(320)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(2230)는 제 5 및 제 6 시트(105, 106)와, 제 5 및 제 6 시트(105, 106) 상에 각각 형성된 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과, 제 6 시트(106)를 관통하여 형성된 과전압 보호 부재(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 과전압 보호 부재(320)는 적어도 일부가 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 연결되도록 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 캐패시터부(2220)의 내부 전극들(200)과 동일 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 1㎛∼10㎛의 두께로 형성할 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 캐패시터부(2220)의 내부 전극(200)보다 얇거나 두껍게 형성될 수도 있다. 제 1 방전 전극(311)은 제 1 외부 전극(2241)과 연결되어 제 5 시트(105) 상에 형성되며 말단부가 과전압 보호 부재(320)와 연결되도록 형성된다. 제 2 방전 전극(312)은 제 2 외부 전극(2242)과 연결되어 제 6 시트(106) 상에 형성되며 말단부가 과전압 보호 부재(320)와 연결되도록 형성된다.
여기서, 방전 전극(311, 312)은 인접한 내부 전극(200)과 동일 외부 전극(2240)과 연결되도록 형성된다. 즉, 제 1 방전 전극(311)은 인접한 제 4 내부 전극(204)과 제 1 외부 전극(2241)에 연결되며, 제 2 방전 전극(312)은 인접한 제 5 내부 전극(205)과 제 2 외부 전극(2242)에 연결된다. 이렇게 방전 전극(310)과 이와 인접한 내부 전극(200)이 동일 외부 전극(2240)과 연결됨으로써 절연 시트(100)가 열화, 즉 절연 파괴되는 경우에도 ESD 전압이 전자기기 내부로 인가되지 않는다. 즉, 방전 전극(310)과 인접한 내부 전극(200)이 서로 다른 외부 전극(2240)과 연결된 경우 절연 시트(100)가 절연 파괴되면 일 외부 전극(2240)을 통해 인가되는 ESD 전압이 방전 전극(310)과 인접한 내부 전극(200)을 통해 타 외부 전극(2240)으로 흐르게 된다. 예를 들어, 제 1 방전 전극(311)이 제 1 외부 전극(2241)과 연결되고 이와 인접한 제 4 내부 전극(204)이 제 2 외부 전극(2242)과 연결된 경우 절연 시트(100)가 절연 파괴되면 제 1 방전 전극(311)과 제 4 내부 전극(204) 사이에 도전 경로가 형성되어 제 1 외부 전극(2241)을 통해 인가되는 ESD 전압이 제 1 방전 전극(311), 절연 파괴된 제 5 절연 시트(105) 및 제 2 내부 전극(202)으로 흐르게 되고, 그에 따라 제 2 외부 전극(2242)을 통해 내부 회로로 인가될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 절연 시트(100)의 두께를 두껍게 형성할 수 있지만, 이 경우 감전 방지 소자의 사이즈가 커지는 문제가 있다. 그러나, 방전 전극(310)과 이와 인접한 내부 전극(200)이 동일 외부 전극(2240)과 연결됨으로써 절연 시트(100)가 절연 파괴되는 경우에도 ESD 전압이 전자기기 내부로 인가되지 않는다. 또한, 절연 시트(100)의 두께를 두껍게 형성하지 않고도 ESD 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)의 과전압 보호 부재(320)와 접촉되는 영역은 과전압 보호 부재(320)와 동일 크기 또는 이보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 과전압 보호 부재(320)를 벗어나지 않고 완전히 중첩되어 형성될 수도 있다. 즉, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)의 가장자리는 과전압 보호 부재(320)의 가장자리와 수직 성분을 이룰 수 있다. 물론, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 과전압 보호 부재(320)의 일부에 중첩되도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)는 과전압 보호 부재(320)의 수평 면적의 10% 내지 100% 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 과전압 보호 부재(320)를 벗어나게 형성되지 않는다. 한편, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)은 과전압 보호 부재(320)와 접촉되는 일 영역이 접촉되지 않은 영역보다 크게 형성될 수 있다.
과전압 보호 부재(320)는 제 6 시트(106)의 소정 영역, 예를 들어 중심부에 형성되어 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 연결될 수 있다. 이때, 과전압 보호 부재(320)는 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 적어도 일부 중첩되도록 형성될 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)는 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 수평 면적의 10% 내지 100% 중첩되도록 형성될 수 있다. 과전압 보호 부재(320)는 제 6 시트(106)의 소정 영역, 예를 들어 중심부에 소정 크기의 관통홀을 형성하고 후막 인쇄 공정을 이용하여 관통홀을 매립하도록 형성될 수 있다. 보호층(330)은 예를 들어 100㎛∼500㎛의 직경과 10㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 과전압 보호 부재(320)의 두께가 얇을수록 방전 개시 전압이 낮아진다. 과전압 보호 부재(320)는 도전성 물질과 절연성 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 도전성 세라믹과 절연성 세라믹의 혼합 물질을 제 6 시트(106) 상에 인쇄하여 과전압 보호 부재(320)를 형성할 수 있다. 한편, 과전압 보호 부재(320)는 적어도 하나의 시트(100) 상에 형성될 수도 있다. 즉, 수직 방향으로 적층된 적어도 하나, 예를 들어 두개의 시트(100)에 과전압 보호 부재(320)가 각각 형성되고, 그 시트(100) 상에 서로 이격되도록 방전 전극이 형성되어 과전압 보호 부재(320)와 연결될 수 있다. 과전압 보호 부재(320)의 구조, 재료 등의 보다 자세한 설명은 후술하도록 하겠다.
4. 외부 전극
외부 전극(2241, 2242; 4000)는 적층체(2210) 외부의 서로 대향되는 두 면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(2240)은 X 방향, 즉 길이 방향으로 적층체(2210)의 대향되는 두 면에 각각 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(2240)은 적층체(2210) 내부의 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결될 수 있다. 이때, 외부 전극(2240)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(2241)은 내부 회로에 접속될 수 있고, 제 2 외부 전극(2242)은 금속 케이스와 연결될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(2242)은 도전성 부재, 예를 들어 컨택터 또는 도전성 가스켓을 통해 금속 케이스와 연결될 수 있다.
이러한 외부 전극(2240)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(2240)은 도전성 페이스트를 이용하여 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 외부 전극(2240)은 Y 방향 및 Z 방향의 면에 연장 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(2240)은 X 방향으로 대향되는 두 면으로부터 이와 인접한 네 면에 연장 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전성 페이스트에 침지하는 경우 X 방향의 대향되는 두 측면 뿐만 아니라 Y 방향의 전면 및 후면, 그리고 Z 방향의 상면 및 하면에도 외부 전극(2240)이 형성될 수 있다. 이에 비해, 인쇄, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 경우 X 방향의 두면에 외부 전극(2240)이 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(2240)은 인쇄회로기판에 실장되는 일 측면 및 금속 케이스와 연결되는 타 측면 뿐만 아니라 형성 방법 또는 공정 조건에 따라 그 이외의 영역에도 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(2240)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, 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 외부 전극(2240)의 적어도 일부, 즉 적층체(2210)의 적어도 일 표면에 형성되어 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 외부 전극(2240)의 일부는 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)이 구리를 이용하여 형성되는 경우 외부 전극(2240)의 이들과 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(2240)은 도금으로 형성할 수 있다. 도금 공정으로 외부 전극(2240)을 형성하기 위해 적층체(2210)의 상하부면에 시드층을 형성한 후 시드층으로부터 도금층을 형성하여 외부 전극(2240)을 형성할 수 있다. 여기서, 외부 전극(2240)의 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 적어도 일부는 외부 전극(2240)이 형성되는 적층체(2210)의 측면 전체일 수 있고, 일부 영역일 수도 있다.
또한, 외부 전극(2240)은 적어도 하나의 도금층을 더 포함할 수 있다. 외부 전극(2240)은 Cu, Ag 등의 금속층으로 형성될 수 있고, 금속층 상에 적어도 하나의 도금층이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 외부 전극(2240)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(2240)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 적층체(2210)의 두면에 도포될 수 있다. 이렇게 외부 전극(2240)에 글래스 프릿이 포함됨으로써 외부 전극(2240)과 적층체(2210)의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 적층체(2210) 내부의 전극들의 콘택 반응을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스가 포함된 도전성 페이스트가 도포된 후 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(2240)이 형성될 수 있다. 즉, 글래스가 포함된 금속층과, 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(2240)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(2240)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(2240)은 적어도 하나의 도금층만으로 형성될 수도 있다. 즉, 페이스트를 도포하지 않고 적어도 1회의 도금 공정을 이용하여 적어도 일층의 도금층을 형성하여 외부 전극(2240)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.
한편, 외부 전극(2240)은 서로 다른 외부 전극(2240)과 연결되는 내부 전극(200)과 소정 영역 중첩되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(2241)의 적층체(2210) 하부 및 상부로 연장 형성된 부분은 내부 전극들(200)의 소정 영역과 중첩되어 형성될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(2242)의 적층체(2210) 하부 및 상부로 연장 형성된 부분도 내부 전극들(200)의 소정 영역과 중첩되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(2240)의 적층체(2210) 상부 및 하부로 연장된 부분이 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)과 중첩되어 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(2240)의 적어도 하나가 적층체(2210) 상면 및 하면으로 연장 형성되고, 연장된 부분의 적어도 하나가 내부 전극(200)과 일부 중첩되어 형성될 수 있다. 이때, 외부 전극(2240)과 중첩되는 내부 전극(200)의 면적은 내부 전극(200) 전체 면적의 1% 내지 10%일 수 있다. 또한, 외부 전극(2240)은 복수회의 공정에 의해 적층체(2210)의 상면 및 하면의 적어도 어느 하나에 형성되는 면적을 증가시킬 수 있다.
이렇게 외부 전극(2240)과 내부 전극(200)을 중첩함으로써 외부 전극(2240)과 내부 전극(200) 사이에 소정의 기생 캐패시턴스가 생성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 8 내부 전극(201, 208)과 제 1 및 제 2 외부 전극(2241, 2242)의 연장부 사이에 캐패시턴스가 형성될 수 있다. 따라서, 외부 전극(2240)과 내부 전극(200)의 중첩 면적을 조절함으로써 복합 보호 소자의 캐패시턴스를 조절할 수 있다. 그런데, 복합 보호 소자의 캐패시턴스는 전자기기 내의 안테나 성능에 영향을 미치게 되므로 복합 보호 소자의 캐패시턴스의 산포를 20% 이내, 바람직하게는 5% 이내로 유지한다. 이를 위해 높은 유전율을 가진 재료를 이용하여 제작된 시트(100)를 이용하게 된다. 그러나, 시트(100)의 유전율이 높을수록 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이의 기생 캐패시턴스의 영향이 증가하게 된다. 즉, 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이에 마련된 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)의 유전율이 높으면 기생 캐패시턴스가 증가하게 된다. 그러나, 최외곽에 위치하는 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)의 유전율이 나머지 시트들(102 내지 110)의 유전율보다 낮으므로 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이의 기생 캐패시턴스의 영향을 감소시킬 수 있다. 즉, 제 1 및 제 11 시트(101 및 111)의 유전율이 낮으므로 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이의 기생 캐패시턴스를 줄일 수 있다.
5. 표면 개질 부재
한편, 외부 전극(2240)을 형성하기 이전에 적층체(2210)의 표면에 산화물을 분포시켜 표면 개질 부재(미도시), 즉 절연 부재를 형성할 수 있다. 이때, 산화물은 입자 상태 또는 용융 상태로 적층체(2210)의 표면에 분산되어 분포될 수 있다. 또한, 산화물은 외부 전극(2240)의 일부를 인쇄 공정으로 형성하기 이전에 분포시킬 수도 있고, 도금 공정을 실시하기 이전에 분포시킬 수도 있다. 즉, 산화물은 도금 공정으로 외부 전극(2240)을 형성할 때 도금 공정 이전에 적층체(2210) 표면에 분포될 수 있다. 이렇게 도금 공정 이전에 산화물을 분포시킴으로써 적층체(2210) 표면의 저항을 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 도금 공정이 균일하게 실시될 수 있다. 즉, 적층체(2210)의 표면은 적어도 일 영역의 저항이 다른 영역의 저항과 다를 수 있는데, 저항이 불균일한 상태에서 도금 공정을 실시하면 저항이 낮은 영역에 저항이 높은 영역보다 도금이 잘 진행되어 도금층의 성장 불균일이 발생된다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 적층체(2210)의 표면 저항을 균일하게 유지해야 하고, 이를 위해 적층체(2210)의 표면에 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물을 분산시켜 저항 조절 부재를 형성할 수 있다. 이때, 산화물은 적층체(2210)의 표면에 부분적으로 분포될 수도 있으며, 적층체(2210)의 표면에 전체적으로 분포되어 막 형태로 형성될 수 있고, 적어도 일 영역에 막 형태로 형성되고 적어도 일 영역에 부분적으로 분포될 수도 있다. 예를 들어, 산화물이 적층체의 표면에 섬(island) 형태로 분포되어 저항 조절 부재가 형성될 수 있다. 즉, 적층체(2210) 표면에 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물이 서로 이격되어 섬 형태로 분포될 수 있고, 그에 따라 적층체(2210) 표면의 적어도 일부가 노출될 수 있다. 또한, 산화물이 적층체(2210)의 전체 표면에 분포되고, 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물이 서로 연결되어 소정 두께의 산화물 막이 형성될 수 있다. 이때, 적층체(2210) 표면에 산화물 막이 형성되므로 적층체(2210)의 표면은 노출되지 않을 수 있다. 그리고, 산화물은 적어도 일 영역에는 막 형태로 형성되고, 적어도 일부에는 섬 형태로 분포될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 산화물이 연결되어 적어도 일 영역에는 막으로 형성되고, 적어도 일부에는 섬 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 적층체 표면의 적어도 일부가 산화물에 의해 노출될 수 있다. 적어도 일부에 섬 형태로 분포되는 산화물로 이루어진 저항 조절 부재(400)의 총 면적은 적층체(2210) 표면 전체 면적의 예를 들어 10% 내지 90%일 수 있다. 여기서, 적층체(2210)의 표면 저항을 균일하게 하기 위한 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물은 적어도 하나 이상의 산화물이 이용될 수 있는데, 예를 들어 Bi2O3, BO2, B2O3, ZnO, Co3O4, SiO2, Al2O3, MnO, H2BO3, H2BO3, Ca(CO3)2, Ca(NO3)2, CaCO3 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
한편, 표면 개질 부재는 적층체(2210)의 전체 영역에 분포할 수도 있고, 적어도 일 영역에만 분포할 수도 있다. 즉, 표면 개질 부재는 적층체(2210)의 표면 전체에 형성될 수도 있고, 적층체(2210)의 외부 전극(2240)과 접촉되는 영역에만 형성될 수 있다. 다시 말하면, 표면 개질 부재가 적층체(2210) 표면의 일부에 형성되는 표면 개질 부재는 적층체(2210)와 외부 전극(2240) 사이에 형성될 수 있다. 이때, 표면 개질 부재는 외부 전극(2240)의 연장 영역에 접촉되어 형성될 수 있다. 즉, 적층체(2210)의 상부면 및 하부면으로 연장 형성된 외부 전극(2240)의 일 영역과 적층체(2210) 사이에 표면 개질 부재가 마련될 수 있다. 또한, 표면 개질 부재는 그 상부에 형성되는 외부 전극(2240)보다 같거나 다른 크기로 마련될 수 있다. 예를 들어, 적층체(2210)의 상부면 및 하부면으로 연장 형성된 외부 전극(2240)의 일부의 면적보다 50% 내지 150%의 면적으로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 외부 전극(2240)의 연장 영역의 크기보다 작거나 큰 크기로 형성될 수도 있고, 같은 크기로 형성될 수도 있다. 물론, 표면 개질 부재는 적층체(2210)의 측면에 형성된 외부 전극(2240)과의 사이에도 형성될 수 있다. 이러한 표면 개질 부재는 유리(glass) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재는 소정 온도, 예를 들어 950℃ 이하에서 소성 가능한 무(無)붕규산 유리(non-borosilicate glass)(SiO2-CaO-ZnO-MgO계 유리)를 포함할 수 있다. 또한, 표면 개질 부재는 자성체 물질이 더 포함될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재가 형성될 영역이 자성체 시트로 이루어져 있으면 표면 개질 부재와 자성체 시트의 결합을 용이하게 하기 위해 표면 개질 부재 내에 자성체 물질이 일부 포함될 수 있다. 이때, 자성체 물질은 예를 들어 NiZnCu계 자성체 분말을 포함하며, 유리 물질 100wt%에 대하여 자성체 물질이 예를 들어 1∼15wt% 포함될 수 있다. 한편, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 적층체(2210)의 표면에 형성될 수 있다. 이때, 유리 물질은 적어도 일부가 적층체(2210) 표면에 고르게 분포될 수 있고, 적어도 일부가 서로 다른 크기로 불규칙적으로 분포될 수도 있다. 물론, 표면 개질 부재는 적층체(2210)의 표면에 연속적으로 형성되어 막 형태를 가질 수도 있다. 또한, 적층체(2210)의 적어도 일부 표면에는 오목부가 형성될 수도 있다. 즉, 유리 물질이 형성되어 볼록부가 형성되고 유리 물질이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부가 패여 오목부가 형성될 수도 있다. 이때, 유리 물질은 적층체(2210) 표면으로부터 소정 깊이로 형성되어 적어도 일부가 적층체(2210) 표면보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재는 적어도 일부가 적층체(2210)의 표면과 동일 평면을 이룰 수 있고, 적어도 일부가 적층체(2210)의 표면보다 높게 유지될 수 있다. 이렇게 외부 전극(2240) 형성 이전에 적층체(2210)의 일부 영역에 유리 물질을 분포시켜 표면 개질 부재를 형성함으로써 적층체(2210) 표면을 개질시킬 수 있고, 그에 따라 표면의 저항을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 외부 전극(2240)의 형상을 제어할 수 있고, 그에 따라 외부 전극의 형성을 용이하게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 복합 보호부(2000)는 다양한 형상으로 변형 가능하며, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부(2000)를 도 13 내지 도 16에 도시하였다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부의 사시도이고, 도 14는 단면도이다. 또한, 도 15는 본 발명의 다른 실시 예의 변형 예에 따른 복합 보호부의 단면도이다. 그리고, 도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부와 컨택부의 형상을 도시한 단면도이다.
도 13 내지 도 16를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호 소자는 적층체(100)와, 적층체(1000) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200) 사이에 마련된 적어도 하나의 과전압 과전압 보호부(300)와, 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과 각각 연결되도록 적층체(100) 내부에 마련된 적어도 둘 이상의 연결 전극(400)과, 연결 전극(400)과 연결되도록 적층체(100) 외부에 형성된 외부 전극(500)을 포함한다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예는 별도의 방전 전극을 구비하지 않고 과전압 보호 부재가 두개의 내부 전극(200) 사이에 마련된다. 즉,과전압 보호 부재를 사이에 두고 마련된 내부 전극(200)이 외부로부터 방전 전극으로 기능하는 동시에 캐패시턴스를 형성하는 캐패시터부로 기능한다. 여기서, 적층체(100) 및 과전압 과전압 보호부(300)는 본 발명의 일 실시 예에서 설명한 적층체(2110) 및 과전압 보호부(2130)과 동일하고, 내부 전극(200)은 일 실시 예의 캐패시터(2200)의 내부 전극(200)과 그 구성이 동일하며, 외부 전극(500)은 외부 전극(2250)과 형상이 상이하고 구성은 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예는 일 실시 예의 설명과 차이나는 부분을 중심으로 설명하면 다음과 같다.
내부 전극
적어도 둘 이상의 내부 전극(210, 220; 200)은 적층체(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 과전압 보호부(300)를 사이에 두고 형성될 수 있다. 예를 들어, Z 방향으로 과전압 보호부(300)의 하측에 제 1 내부 전극(210)이 형성되고, 과전압 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 과전압 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 즉, 제 1 내부 전극(210)은 일측이 제 1 연결 전극(410)과 연결되고, 타측이 과전압 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 또한, 제 2 내부 전극(220)은 일측이 제 2 연결 전극(420)과 연결되고 타측이 과전압 보호부(300)와 연결되도록 형성된다. 이때, 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)은 서로 대면하는 일 면이 과전압 보호부(300)와 연결된다.
이러한 내부 전극(200)은 캐패시터로 작용하는 동시에 과전압 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 과전압 보호부(300)와 중첩되는 영역이 방전 전극으로 작용하는데, 외부로부터 인가되는 ESD 등의 과전압을 과전압 보호부(300)로 전달하고, 과전압 보호부(300)를 통과하여 예를 들어 전자기기의 접지 단자로 바이패스되는 과전압을 전달한다.
연결 전극
연결 전극(400)은 적층체(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, 과전압 보호부(300)은 원통, 육면체, 다면체 등의 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 연결 전극(400)은 과전압 보호부(300)와 적어도 중첩되도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 연결 전극(400)은 적층체(100)의 중앙부에 형성될 수 있고, 과전압 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 과전압 보호부(300)의 높이와 같거나 다르게 형성될 수 있고, X 방향 및 Y 방향으로의 폭이 과전압 보호부(300)의 폭보다 같거나 다르게 형성될 수 있다. 즉, 연결 전극(400)은 과전압 보호부(300)의 높이보다 크거나 같게 형성되고, 직경 또는 폭보다 넓거나 같게 형성될 수 있다. 바람직하게, 연결 전극(400)의 높이는 과전압 보호부(300)의 높이보다 높고, 평면 넓이는 과전압 보호부(300)의 평면 넓이보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420) 각각은 과전압 보호부(300) 높이의 0.5배 내지 3배의 높이로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 연결 전극(410, 420)의 높이의 합은 과전압 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 적층체(100)의 X 방향 길이의 1% 내지 90%로 형성될 수 있고, Y 방향의 폭은 적층체(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 과전압 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 적층체(100)의 X 방향 및 Y 방향의 길이 및 폭보다 짧고, 과전압 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 과전압 보호부(300)로 전달되고, 과전압 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 적층체(100)의 중앙부에 형성되고 과전압 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 즉, 연결 전극(400)이 적층체(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 과전압 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 반복적인 ESD 전압에 따른 열화를 방지할 수 있어 방전 개시 전압의 상승을 억제할 수 있다. 즉, 과전압 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.
외부 전극
외부 전극(510, 520; 500)는 적층체(100) 외부의 서로 대향되는 두 면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(500)은 Z 방향, 즉 수직 방향으로 적층체(100)의 대향되는 두 면. 즉 하부면 및 상부면에 각각 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(500)은 적층체(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.
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.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부는 도 15에 도시된 바와 같이 과전압 과전압 보호부(300)가 적어도 일 영역의 폭이 넓어지도록 형성된 확장부(350)를 더 포함할 수 있다. 즉, 과전압 보호부(300)는 적어도 일 영역의 폭이 넓은 확장부(350)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 확장부(350)는 과전압 보호부(300) 직경의 1% 내지 150%의 폭으로 형성될 수 있다. 즉, 확장부(350)의 폭은 확장부(350)가 형성되지 않은 과전압 보호부(300)의 다른 영역의 폭 대비 1% 내지 150%의 폭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 확장부(350)는 과전압 보호부(300) 직경에 10㎛∼100㎛를 더한 직경으로 형성될 수 있다. 또한, 확장부(350)의 높이는 과전압 보호부(300) 전체 높이의 10% 내지 70%의 높이로 형성될 수 있다. 이렇게 확장부(350)가 형성됨으로써 과전압 보호부(300)의 쇼트 경로를 차단할 수 있다. 즉, ESD 등의 과전압을 지속적으로 인가받게 되면 연결 전극(400)의 멜팅 현상이 발생되고, 그에 따라 과전압 보호부(300)의 관통홀 측벽에 연결 전극 물질이 고착될 수 있어 쇼트 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 과전압 보호부(300)에 지름이 다른 확장부(350)가 형성됨으로써 쇼트 경로를 차단할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복합 보호부는 연결 전극(400)이 적층체(100)의 중앙부에 형성되고 과전압 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 기생 저항 및 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다. 즉, 연결 전극(400)이 적층체(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 과전압 보호부(300)의 폭보다 바람직하게는 넓은 폭으로 형성됨으로써 반복적인 ESD 전압에 따른 열화를 방지할 수 있어 방전 개시 전압의 상승을 억제할 수 있다. 즉, 과전압 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 발명의 복합 보호 소자는 일 실시 예의 과전압 보호 부재(320) 또는 다른 실시 예의 과전압 보호부(300)를 다양한 형태로 형성할 수 있는데, 이러한 과전압 보호 부재(320) 또는 과전압 보호부(300)의 다양한 실시 예를 도 17 내지 도 19에 도시하였다. 이하의 실시 예는 과전압 보호 부재(320)를 예시하였으나, 다른 실시 예의 과전압 보호부(300) 또한 동일하다.
도 17은 본 발명의 복합 보호 소자의 제 1 실시 예에 따른 과전압 보호 부재(320)의 단면 개략도 및 단면 사진이다. 즉, 과전압 보호 부재(320)는 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역보다 작거나 크게 형성될 수 있는데, 도 17은 과전압 보호 부재(320)의 일부 영역을 확대한 단면 개략도 및 단면 사진이다.
도 17의 (a)에 도시된 바와 같이, 과전압 보호 부재(320)는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 이때, 절연성 물질은 복수의 기공(미도시)을 포함하는 다공성 절연 물질을 이용할 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)에는 복수의 기공(미도시)이 형성될 수 있다. 기공이 형성됨으로써 ESD 등의 과전압을 더욱 용이하게 바이패스시킬 수 있다. 또한, 과전압 보호 부재(320)는 도전성 물질과 절연성 물질을 혼합하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호 부재(320)는 도전성 세라믹과 절연성 세라믹을 혼합하여 형성할 수 있다. 이 경우 과전압 보호 부재(320)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, 과전압 보호 부재(320)는 도전층과 절연층을 적층하여 소정의 적층 구조로 형성할 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)는 도전층과 절연층을 적어도 1회 적층하여 도전층과 절연층이 구분되어 형성할 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호 부재(320)는 도전층과 절연층이 적층되어 2층 구조로 형성될 수 있고, 도전층, 절연층 및 도전층이 적층되어 3층 구조로 형성될 수 있다. 또한, 도전층(321a, 321b; 321)과 절연층(322)이 복수회 반복 적층되어 3층 이상의 적층 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 제 1 도전층(321a), 절연층(322) 및 제 2 도전층(321b)이 적층된 3층 구조의 과전압 보호 부재(320)가 형성될 수 있다. 한편, 도전층과 절연층을 복수회 적층하는 경우 최상층 및 최하층은 도전층이 위치할 수 있다. 이때, 도전층(321)과 절연층(322)의 적어도 일부에는 복수의 기공(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전층(321) 사이에 형성된 절연층(322)은 다공성 구조로 형성되므로 절연층(322) 내에 복수의 기공이 형성될 수 있다.
또한, 과전압 보호 부재(320)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, 과전압 보호 부재(320)는 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이 제 1 도전층(321a), 제 1 절연층(322a), 공극(323), 제 2 절연층(322b) 및 제 2 도전층(321b)이 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 도전층(321a, 321b; 321) 사이에 절연층(322a, 322b; 322)이 형성되고, 절연층(322) 사이에 공극(323)이 형성될 수 있다. 물론, 도전층, 절연층, 공극이 반복 적층되어 과전압 보호 부재(320)가 형성될 수도 있다. 한편, 도전층(321), 절연층(322) 및 공극(323)이 적층되는 경우 이들 모두의 두께가 모두 동일할 수 있고, 적어도 어느 하나의 두께가 다른 것들에 비해 얇을 수 있다. 예를 들어, 공극(323)이 도전층(321) 및 절연층(322)보다 얇을 수 있다. 또한, 도전층(321)은 절연층(322)과 동일 두께로 형성될 수도 있고, 절연층(322)보다 두껍거나 얇게 형성될 수도 있다. 한편, 공극(323)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(323)은 층이 구분되지 않고 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도전층(321a, 321b) 사이에 절연층(322)이 형성되고 절연층(322) 내에 수직 방향 또는 수평 방향으로 복수의 기공이 연결되어 공극(323)이 형성될 수 있다. 즉, 공극(323)은 절연층(322) 내에 복수의 기공으로 형성될 수 있다. 물론, 공극(323)이 복수의 기공에 의해 도전층(321)에 형성될 수도 있다.
한편, 과전압 보호 부재(320)에 이용되는 도전층(321)은 소정의 저항을 갖고 전류를 흐르게 할 수 있다. 예를 들어, 도전층(321)은 수Ω 내지 수백㏁을 갖는 저항체일 수 있다. 이러한 도전층(321)은 ESD 등이 과전압이 유입될 경우 에너지 레벨을 낮춰 과전압에 의한 복합 보호 소자의 구조적인 파괴가 일어나지 않도록 한다. 즉, 도전층(321)은 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 히트 싱크(heat sink)의 역할을 한다. 이러한 도전층(321)은 도전성 세라믹을 이용하여 형성할 수 있으며, 도전성 세라믹은 La, Ni, Co, Cu, Zn, Ru, Bi 중의 하나 이상을 포함한 혼합물을 이용할 수 있다. 또한, 도전층(321)은 1㎛∼50㎛의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 도전층(321)이 복수의 층으로 형성될 경우 전체 두께의 합이 1㎛∼50㎛로 형성될 수 있다.
또한, 과전압 보호 부재(320)에 이용되는 절연층(322)은 방전 유도 물질로 이루어질 수 있고, 다공성 구조를 가진 전기 장벽으로 기능할 수 있다. 이러한 절연층(322)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(322)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(322)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 과전압 보호 부재(320)의 형상 유지가 어려울 수 있다. 따라서, 과전압 보호 부재(320)의 형상을 유지하면서 방전 개시 전압을 조절하도록 절연층(322)의 기공 크기 및 기공률을 조절할 수 있다. 한편, 과전압 보호 부재(320)가 절연 물질과 도전 물질의 혼합 물질로 형성되는 경우 절연 물질은 미세 기공 및 기공률을 갖는 절연성 세라믹을 이용할 수 있다. 또한, 절연층(322)은 미세 기공에 의해 시트의 저항보다 낮은 저항을 갖고, 미세 기공을 통해 부분 방전이 이루어질 수 있다. 즉, 절연층(322)은 미세 기공이 형성되어 미세 기공을 통해 부분 방전이 이루어진다. 이러한 절연층(322)은 1㎛∼50㎛의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 절연층(322)이 복수의 층으로 형성될 경우 전체 두께의 합이 1㎛∼50㎛로 형성될 수 있다.
한편, 과전압 보호 부재(320)는 PVA(Polyvinyl Alcohol) 또는 PVB(Polyvinyl Butyral) 등의 유기물에 Ru, Pt, Pd, Ag, Au, Ni, Cr, W, Fe 등에서 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 혼합한 물질로 형성할 수 있다. 또한, 과전압 보호 부재(320)는 상기 혼합 물질에 ZnO 등의 바리스터 물질 또는 Al2O3 등의 절연성 세라믹 물질을 더 혼합하여 형성할 수도 있다.
도 18은 본 발명의 복합 보호 소자의 제 2 실시 예에 따른 과전압 보호 부재(320)의 단면 개략도이다. 즉, 과전압 보호 부재(320)는 도 18의 (a)에 도시된 바와 같이 공극(323)을 포함할 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)는 시트를 관통하여 형성된 개구 내에 과전압 보호 물질을 충진하지 않고 공극(323)이 형성될 수 있다. 또한, 과전압 보호 부재(320)는 관통홀의 적어도 일 영역에 다공성 절연 물질이 형성될 수 있다. 즉, 도 18의 (b)에 도시된 바와 같이 관통홀의 측벽에 다공성 절연 물질이 도포되어 절연층(322)이 형성될 수 있고, 도 18의 (c)에 도시된 바와 같이 관통홀의 상부 및 하부의 적어도 하나에 절연층(322a, 322b; 322)이 형성될 수 있다.
도 19는 본 발명의 복합 보호 소자의 제 3 실시 예에 따른 과전압 보호 부재(320)의 단면 개략도로서, 도 19에 도시된 바와 같이 과전압 보호 부재(320)는 방전 전극(311, 312; 310)과 과전압 보호 부재(320) 사이에 형성된 방전 유도층(330)을 더 포함할 수 있다. 즉, 방전 전극(310)과 과전압 보호 부재(320) 사이에 방전 유도층(330)이 더 형성될 수 있다. 이때, 방전 전극(310)은 도전층(311a, 312a)과, 도전층(311a, 311a)의 적어도 일 표면에 형성된 다공성 절연층(311b, 312b)을 포함할 수 있다. 물론, 방전 전극(310)은 표면에 다공성 절연층이 형성되지 않은 도전층일 수도 있다.
이러한 방전 유도층(330)은 과전압 보호 부재(320)를 다공성 절연 물질을 이용하여 형성하는 경우 형성될 수 있다. 이때, 방전 유도층(330)은 과전압 보호 부재(320)보다 밀도가 높은 유전체층으로 형성될 수 있다. 즉, 방전 유도층(330)은 도전 물질로 형성될 수도 있고, 절연 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 다공성 ZrO를 이용하여 과전압 보호 부재(320)를 형성하고 Al을 이용하여 내부 전극(200)을 형성하는 경우 과전압 보호 부재(320)와 방전 전극(310) 사이에 AlZrO의 방전 유도층(330)이 형성될 수 있다. 한편, 과전압 보호 부재(320)로서 ZrO 대신에 TiO를 이용할 수 있고, 이 경우 방전 유도층(330)은 TiAlO로 형성될 수 있다. 즉, 방전 유도층(330)은 방전 전극(310)과 과전압 보호 부재(320)의 반응으로 형성될 수 있다. 물론, 방전 유도층(330)은 시트 물질이 더 반응하여 형성될 수 있다. 이 경우 방전 유도층(330)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(330)은 시트 물질과 반응하여 형성될 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)가 시트와 접촉되는 영역에는 과전압 보호 부재(320)와 시트의 반응으로 방전 유도층(330)이 형성될 수 있다. 따라서, 방전 유도층(330)은 과전압 보호 부재(320)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 과전압 보호 부재(320)와 방전 전극(310) 사이의 방전 유도층(330)과 과전압 보호 부재(320)와 시트 사이의 방전 유도층(330)은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 한편, 방전 유도층(330)은 적어도 일 영역이 제거되어 형성될 수 있고, 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역과 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 방전 유도층(330)은 적어도 일 영역이 제거되어 불연속적으로 형성될 수 있고, 두께가 적어도 일 영역의 두께가 다르게 불균일하게 형성될 수 있다. 이러한 방전 유도층(330)은 소성 공정 시 형성될 수 있다. 즉, 소정의 온도에서 소성 공정 시 방전 전극 물질, ESD 보호 물질 등이 상호 확산하여 방전 전극(310)과 과전압 보호 부재(320) 사이에 방전 유도층(330)이 형성될 수 있다. 한편, 방전 유도층(330)은 과전압 보호 부재(320) 두께의 10%∼70%의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)의 일부 두께가 방전 유도층(330)으로 변화될 수 있다. 따라서, 방전 유도층(330)은 과전압 보호 부재(320)보다 얇게 형성될 수 있고, 방전 전극(310)보다 두껍거나 같거나 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이러한 방전 유도층(330)에 의해 과전압 보호 부재(320)으로 유도되는 ESD 전압의 방전 에너지의 레벨을 저하시킬 수 있다. 따라서, ESD 전압을 더욱 용이하게 방전하여 방전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 방전 유도층(330)이 형성됨으로써 이종의 물질의 과전압 보호 부재(320)으로의 확산을 방지할 수 있다. 즉, 시트 물질과 내부 전극 물질의 과전압 보호 부재(320)으로의 확산을 방지할 수 있고, 과전압 보호 물질의 외부 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 방전 유도층(330)이 확산 배리어(diffusion barrier)로서 이용될 수 있고, 그에 따라 과전압 보호 부재(320)의 파괴를 방지할 수 있다. 한편, 과전압 보호 부재(320)에 도전성 물질을 더 포함할 수 있는데, 이 경우 도전성 물질은 절연성 세라믹으로 코팅할 수 있다. 예를 들어, 도 17의 (a)를 이용하여 설명한 바와 같이 과전압 보호 부재(320)가 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 과전압 보호 부재(320)의 재료로서 이용될 수 있다. 또한, 과전압 보호 부재(320)으로 다공성의 절연 물질 이외에 도전 물질을 더 이용하는 경우, 예를 들어 도 17의 (b) 및 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이 두개의 도전층(321a, 321b) 사이에 절연층(322)이 형성되는 경우 방전 유도층(330)은 도전층(321)과 절연층(322) 사이에 형성될 수 있다. 한편, 방전 전극(310)은 일부 영역이 제거된 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 방전 전극(310)은 부분적으로 제거되고 제거된 영역에 방전 유도층(330)이 형성될 수 있다. 그러나, 방전 전극(310)이 부분적으로 제거되더라도 평면 상으로 전체적으로 연결된 형상을 유지하므로 전기적인 특성이 저하되지는 않는다.
방전 전극(310)은 표면에 절연층이 형성되는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 즉, 방전 전극(310)은 도전층(311a, 312a)과, 도전층(311a, 312a)의 적어도 일 표면에 형성된 다공성 절연층(311b, 312b)을 포함할 수 있다. 이때, 다공성 절연층(311b, 312b)은 방전 전극(310)의 적어도 일 표면에 형성될 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)와 접촉되지 않는 일 표면 및 접촉되는 타 표면에만 각각 형성될 수도 있고, 과전압 보호 부재(320)와 접촉되지 않는 일 표면 및 과전압 보호 부재(320)와 접촉되는 타 표면에 모두 형성될 수 있다. 또한, 다공성 절연층(311b. 312b)은 도전층(311a, 312a)의 적어도 일 표면에 전체적으로 형성될 수도 있고, 적어도 일부에만 형성될 수도 있다. 그리고, 다공성 절연층(311b, 312b)은 적어도 일 영역이 제거되거나 얇은 두께로 형성될 수도 있다. 즉, 도전층(311a, 312a) 상의 적어도 일 영역에 다공성 절연층(311b, 312b)이 형성되지 않을 수 있고, 적어도 일 영역의 두께가 다른 영역의 두께보다 얇거나 두껍게 형성될 수도 있다. 이러한 방전 전극(310)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.
한편, 본 발명의 일 실시 예는 과전압 보호 부재(320)가 시트(106)에 형성된 관통홀에 과전압 보호 물질이 매립 또는 도포되어 형성되었다. 그러나, 과전압 보호 부재(320)는 시트의 소정 영역에 형성되고, 과전압 보호 부재(320)에 각각 접촉되도록 방전 전극(310)이 형성될 수 있다. 즉, 도 20의 다른 예의 단면도에 도시된 바와 같이 시트(105) 상에 두 방전 전극(311, 312)이 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 형성되고, 두 방전 전극(311, 312) 사이에 과전압 보호 부재(320)가 형성될 수 있다.
과전압 보호부(2230)는 동일 평면 상에 이격되어 형성된 적어도 두개의 방전 전극(311, 312)과, 적어도 두개의 방전 전극(311, 312) 사이에 마련된 적어도 하나의 ESD 과전압 보호 부재(320)를 포함할 수 있다. 즉, 시트의 소정 영역, 예를 들어 중앙부에서 서로 이격되도록 외부 전극(2240)이 형성된 방향, 즉 X 방향으로 두개의 방전 전극(311, 312)이 마련될 수 있고, 또한 이와 직교하는 방향으로 적어도 둘 이상의 방전 전극(미도시)이 더 마련될 수도 있다. 따라서, 외부 전극(2240)이 형성된 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나의 방전 전극이 형성되고, 소정 간격 이격되어 대향되도록 적어도 하나의 방전 전극이 형성될 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(2230)는 도 9에 도시된 바와 같이 제 5 시트(105)와, 제 5 시트(105) 상에 이격되어 형성된 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과, 제 5 시트(105) 상에 형성된 과전압 보호 부재(320)를 포함할 수 있다. 여기서, 과전압 보호 부재(320)는 적어도 일부가 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 연결되도록 형성될 수 있다. 제 1 방전 전극(311)은 외부 전극(2241)과 연결되어 제 5 시트(105) 상에 형성되며 말단부가 과전압 보호 부재(320)와 연결되도록 형성된다. 제 2 방전 전극(312)은 외부 전극(2242)과 연결되어 제 5 시트(105) 상에 제 1 방전 전극(311)과 이격되어 형성되며 말단부가 과전압 보호 부재(320)와 연결되도록 형성된다. 과전압 보호 부재(320)는 제 5 시트(105)의 소정 영역, 예를 들어 중심부에 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 연결되도록 형성될 수 있다. 이때, 과전압 보호 부재(320)는 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 일부 중첩되도록 형성될 수 있다. 과전압 보호 부재(320)가 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312) 사이의 노출된 제 5 시트(105) 상에 형성되어 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)의 측면과 연결될 수도 있다. 그러나, 이 경우 과전압 보호 부재(320)가 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 접촉되지 않고 이격될 수 있으므로 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 중첩되도록 ESD 과전압 보호 부재(320)를 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 방전 전극(310) 및 과전압 보호 부재(320)가 동일 평면 상에 형성되는 경우에도 외부 전극(2240)이 내부 전극(200)과 적어도 일부 중첩되도록 형성되고, 최외곽 시트, 즉 제 1 및 제 10 시트(101, 110)는 그 사이에 나머지 시트들, 즉 제 2 내지 제 9 시트(102 내지 109)보다 유전율이 낮도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호부는 과전압 보호 부재를 포함하는 서프레서 타입을 위주로 설명하였지만, 본 발명은 다양한 형태의 과전압 보호 부품이 복합 보호부로서 이용될 수 있다. 즉, 과전압을 바이패스시키고 감전 전압 등의 누설 전압 또는 전류를 차단하며, 통신 신호를 전달할 수 있는 기능을 갖는 다양한 형태의 과전압 보호 부품이 복합 보호부로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 바리스터와 캐패시터가 결합된 구조 등이 이용될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 보호 소자는 전자기기의 금속 케이스, 즉 측면 케이스(1110)와 내부 회로, 즉 메인 보드(1500) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 컨택부(2100)가 접지 단자에 연결될 수 있고, 복합 보호부(2200)가 도전부(2300)를 통해 측면 케이스(1110)에 연결될 수 있다. 이때, 접지 단자는 메인 보드(1500) 내에 마련될 수 있다. 따라서, 내부 회로의 접지 단자로부터 금속 케이스로 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 전류가 흐르지 못하고, ESD 전압에서는 과전압 보호 부재(320)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 회로로 전달될 수 있다. 따라서, 별도의 안테나가 마련되지 않고 금속 케이스를 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 소자의 복합 보호부는 내압 특성이 높은 시트를 복수 적층하여 적층체(2210)를 형성함으로써 불량 충전기에 의한 내부 회로에서 금속 케이스)로의 예를 들어 310V의 감전 전압이 유입될 때 누설 전류가 흐르지 않도록 절연 저항 상태를 유지할 수 있고, 과전압 보호 부재(320) 역시 금속 케이스에서 내부 회로로의 과전압 유입 시 과전압을 바이패스시켜 소자의 파손없이 높은 절연 저항 상태를 유지할 수 있다. 즉, 과전압 보호 부재(320)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 케이스를 구비하는 전자기기 내에 마련되어 불량 충전기에서 발생된 감전 전압이 전자기기의 금속 케이스를 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 과전압 보호 부재(320)가 형성됨으로써 과전압을 과전압 보호 부재(320)를 통해 패스시킴으로써 적층체(2210)의 적어도 일부가 파괴되지 않는다.
그리고, 외부 전극(2240)과 내부 전극(200)이 중첩되도록 함으로써 외부 전극(2240)과 내부 전극(200) 사이에 소정의 기생 캐패시턴스가 생성될 수 있고, 외부 전극(2240)과 내부 전극(200)의 중첩 면적을 조절함으로써 복합 보호 소자의 캐패시턴스를 조절할 수 있다. 그런데, 복합 보호 소자의 캐패시턴스는 전자기기 내의 안테나 성능에 영향을 미치게 되므로 복합 보호 소자의 캐패시턴스의 산포를 바람직하게는 5% 이내로 유지하기 위해 높은 유전율을 가진 시트(100)를 이용하게 된다. 따라서, 시트(100)의 유전율이 높을수록 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이의 기생 캐패시턴스의 영향이 증가하게 된다. 그러나, 최외곽에 위치하는 시트의 유전율이 그 사이의 나머지 시트들의 유전율보다 낮으므로 내부 전극(200)과 외부 전극(2240) 사이의 기생 캐패시턴스의 영향을 감소시킬 수 있다.
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.
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.
1000 : 전자기기 2000 : 복합 보호 소자
2100 : 컨택부 2200 : 복합 보호부
2300 : 도전부 2400 : 지지부

Claims (14)

  1. 전자기기의 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 마련되는 복합 보호 소자로서,
    적어도 일부가 전자기기의 내부 회로와 접촉되는 컨택부;
    일면이 상기 컨택부와 결합된 복합 보호부;
    일측에 상기 복합 보호부의 타면이 결합되고, 타측이 상기 전자기기 내부에 고정되는 도전부; 및
    상기 도전부의 일 영역에 접촉되어 상기 컨택부 및 복합 보호부를 지지하는 지지부를 포함하고,
    상기 도전부는 타측이 상기 전자기기의 측면 케이스에 마련된 고정부에 고정되고, 상기 지지부는 상기 컨택부 및 복합 보호부와 상기 고정부 사이에 마련되는 복합 보호 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 외부로부터 인가되는 과도 전압을 상기 전자기기 내부의 접지 단자로 바이패스시키고, 상기 전자기기 내부로부터 누설되는 전압 또는 전류를 차단시키며, 통신 신호를 전달하는 복합 보호 소자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 컨택부 상에 마련된 도전성 접착 부재를 더 포함하는 복합 보호 소자.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부는 상기 컨택부 및 복합 보호부의 높이로 마련되어 일측이 상기 도전부에 접촉되고 타측이 상기 전자기기 내부에 접촉되는 복합 보호 소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부는 절연성인 복합 보호 소자.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부는 도전성인 복합 보호 소자.
  9. 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로 사이에 복합 보호 소자가 마련되는 전자기기로서,
    윈도우 및 표시부와,
    상기 표시부 하측에 마련된 브라켓과,
    상기 브라켓 하측에 마련된 메인 보드와,
    상기 메인 보드를 덮도록 마련된 커버 케이스와,
    상기 윈도우로부터 커버 케이스 사이의 측면 공간을 폐쇄하는 측면 케이스와,
    상기 측면 케이스의 내측에 마련되어 상기 복합 보호 소자를 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 복합 보호 소자는,
    적어도 일부가 전자기기의 내부 회로와 접촉되는 컨택부;
    일면이 상기 컨택부와 결합된 복합 보호부;
    일측에 상기 복합 보호부의 타면이 결합되고, 타측이 상기 전자기기 내부에 고정되는 도전부; 및
    상기 도전부의 일 영역에 접촉되어 상기 컨택부 및 복합 보호부를 지지하는 지지부를 포함하고,
    상기 도전부는 타측이 상기 고정부에 고정되고, 상기 지지부는 상기 컨택부 및 복합 보호부와 상기 고정부 사이에 마련되는 전자기기.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 컨택부는 메인 보드의 내부 회로와 전기적으로 연결된 전자기기.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 브라켓은 적어도 일부가 도전성이고, 상기 컨택부가 상기 브라켓과 접촉되며, 상기 브라켓이 상기 메인 보드의 내부 회로와 연결되는 전자기기.
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