KR102027129B1

KR102027129B1 - 탄성을 갖는 복합 필터

Info

Publication number: KR102027129B1
Application number: KR1020160113152A
Authority: KR
Inventors: 김선기; 정병선; 최정섭; 이승진; 최광휘
Original assignee: 조인셋 주식회사
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2019-10-02
Also published as: KR20170031040A; KR20170031010A; KR20170031018A; KR101813197B1

Abstract

탄성을 갖는 복합 필터가 커패시터를 구비하여 노이즈를 제거하도록 한 기술이 개시된다. 상기 복합 필터는, 유전체; 상기 물질층의 상부면과 하부면에 각각 형성되는 전극패턴; 및 상기 상부면 전극패턴 위에 접착되는 전기전도성 탄성부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 상기 상부면 전극패턴에 전기적 및 기구적으로 결합하여 전극으로 사용되고, 상기 탄성부재는 대향하는 전기전도성 대상물에 직접 접촉하여 탄성을 제공한다.

Description

탄성을 갖는 복합 필터{Elastic composite filter}

본 발명은 복합 필터에 관한 것으로, 특히 전기전도성 대상물 사이에 개재하여 대상물 중 하나와 탄성적으로 접촉하며 기능성을 구비하면서 내부 방전이 원활하고 정전기 등의 노이즈(noise)를 제거하도록 한 기술에 관련한다.

안테나 또는 금속 케이스와 같은 도전성 대상물과 회로기판의 도전 패턴을 전기적으로 연결하거나, 정전기나 전자파 장애(Electromagnetic Interference;EMI)를 제거하기 위해 접지에 전기적으로 연결하는데 탄성을 갖는 전기접속단자가 사용된다.

전기접속단자는 회로기판의 도전 패턴에 솔더링 되어 고정되거나 대상물 사이에 끼워져 사용될 수 있다.

이들 전기접속단자가 상하 방향으로 전기를 연결해주기 위해 사용되는 경우, 전기저항이 작으면서 전기적으로 연결하려는 전기전도성 대상물의 상하 방향의 치수 공차를 수용할 수 있도록 가능한 상하 방향으로 작동거리가 크고, 탄성 및 탄성복원력이 좋은 구조와 재질이 요구된다.

이러한 탄성 전기접속단자의 예로는, 본 출원인에 의한 국내 특허등록 제1001354호 및 제1381127호 등이 있다.

그러나, 이들 전기접속단자는 전기전도성 대상물 사이에서 개재되어 대향하는 대상물을 탄성을 갖고 전기적으로 접속하는 역할을 하였지만, 전기접속단자 자체가 유입되는 노이즈를 제거하는 기능은 구비하고 있지 않다.

통상, 노이즈는 신호선이나 전원선을 통하여 전파되는 전도 노이즈(conduction noise)와 전자유도나 정전유도로 전파하는 유도 노이즈(inductionnoise), 그리고 전자파 형태로 공중으로 전파되는 방사 노이즈(radiation noise)로 이루어진다.

이들 노이즈를 제거하기 위해 커패시터를 적용하는 것을 고려할 수 있지만, 통상의 커패시터는 인쇄회로기판에 장착되고, 탄성이 없어 전기전도성 대상물 사이에서 장착되기 어렵고 또한 작동거리를 가지고 탄성적으로 접촉하지 못하고, 외부 충격에 의해 파손될 위험성이 크다.

따라서, 본 발명의 목적은 탄성을 가지며 과전류에 의한 감전 또는 노이즈를 접지를 통하여 방지 또는 감쇄할 수 있는 복합 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조 및 장착이 용이하며 경제성이 있는 복합 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 작동거리가 크고 탄성 및 탄성 복원률이 좋으며, 대상물에 의해 눌리더라도 커패시턴스의 변화에 영향을 미치지 않는 복합 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 표면실장이 용이하고 솔더링이 가능한 복합 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내부 방전이 용이한 복합 필터를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 기능성 물질층; 상기 물질층의 상부면과 하부면에 각각 형성되는 전극패턴; 및 상기 상부면 전극패턴 위에 접착되는 전기전도성 탄성부재를 포함하며, 상기 탄성부재는 상기 상부면 전극패턴에 전기적 및 기구적으로 결합하여 전극으로 사용되고, 상기 탄성부재는 대향하는 전기전도성 대상물에 직접 접촉하여 탄성을 제공하는 것을 특징으로 하는 탄성을 갖는 복합 필터에 의해 달성된다.

상기의 구성에 의하면, 복합 필터가 대향하는 작동거리를 제공하는 탄성 및 노이즈 제거에 적합한 커패시턴스를 구비하여 대향하는 전기전도성 대상물과 탄성을 갖고 접촉하면서 유입 또는 유출되는 노이즈를 제거할 수 있다.

또한, 전기전도성 대상물 사이에 끼워져 사용되거나 두께 방향으로 전기가 통하는 양면 전기전도성 점착테이프 또는 솔더링에 의해 대향하는 전기전도성 대상물 중 어느 하나에 장착이 용이하다.

또한, 탄성부재인 판 스프링의 높이를 조절하여 작동거리를 쉽게 조절할 수 있고 금속 재질에 의해 탄성 및 탄성 복원률이 좋다.

또한, 복합 필터가 대상물에 의해 눌리더라도 두 개의 전극 간의 거리 변화가 없으므로 복합 필터의 커패시턴스의 변화에 영향을 주지 않는다.

또한, 기능성 물질층을 구성하는 커패시터에 의해 유입되는 과전류에 의한 감전 또는 노이즈를 접지를 통하여 방지 또는 감쇄할 수 있다.

또한, 외부로부터 탄성부재를 통하여 정전기가 유입되면, 기능성 물질층 내부에 개재된 방전 경로를 통해 정전기는 빛 에너지로 변환되는 과정을 통해 감쇄된다.

또한, 절연 코팅층에 의해 외부 방전 거리가 길어짐으로써 외부 방전 저항이 증가하거나 비어 홀 내부로 연장하는 전극 팁에 의해 내부 방전 경로를 더 짧게 함으로써 내부 방전이 더 쉽게 일어나도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 2는 도 1의 복합 필터를 수직으로 절단한 단면도이다.
도 3(a)은 복합 필터의 사용을 보여주고, 도 3(b)은 등가회로를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타내는 단면도이다.
도 6(a)과 6(b)은 각각 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 복합 필터를 나타내고, 도 2는 도 1의 복합 필터를 수직으로 절단한 단면도이며, 도 3(a)은 복합 필터의 사용을 보여주고, 도 3(b)은 등가회로를 나타낸다.

복합 필터(100)는 평판형 소자(110)와 평판형 소자(110)에 전기전도성 접착제 또는 솔더(120)에 의해 접착되는 탄성을 구비한 금속 재질의 판 스프링(130)으로 구성된다.

평판형 소자(110)는 기능성 물질층(111)과, 기능성 물질층(111)의 상면과 하면에 각각 형성된 전극패턴(112, 113)으로 구성되며, 상부면 전극패턴(113) 위에 판 스프링(130)이 실장된다.

평판형 소자(110)를 구성하는 기능성 물질층(111)은 유전체를 적용할 수 있으며, 이 실시 예에서는 커패시터를 예로 든다. 유전체로는 세라믹 소재, 세라믹과 폴리머의 복합소재, 그리고 폴리머 소재가 있을 수 있다.

하부면 전극패턴(112)과 판 스프링(130)이 각각 전극으로 사용되고 기능성 물질층(111)과 함께 커패시터를 형성하며, 판 스프링(130)이 전기전도성 대상물, 가령 금속 케이스(20)의 가압에 의해 눌려 사용된다.

전극패턴(112, 113)의 가장자리는 기능성 물질층(111)의 가장자리로부터 안쪽으로 들어와 형성되어 풀백 마진(pull back margin)을 가질 수 있다. 풀백 마진의 거리는 최소 0.01㎜ 이상으로 형성되도록 하여, 표면 실장이 필요한 경우 상부면 전극패턴(113)과 하부면 전극패턴(112) 사이의 전기적인 쇼트를 방지하도록 할 수 있다.

하부면 전극패턴(112)이 솔더링이 가능한 금속 박인 경우, 도 3(a)에 나타낸 것처럼, 복합 필터(100)는 릴 테이핑(Reel Taping)된 후 판 스프링(130)을 진공 픽업하여 회로기판(10)의 도전패턴(12) 위에 표면 실장한 후 솔더 크림에 의한 리플로우 솔더링에 의해 접착되며, 상부로부터 금속 케이스(20)에 의해 판 스프링(130)이 눌림으로써 복합 필터(100)의 압축과 복원을 제공한다.

판 스프링(130)은 고정되거나 접촉 또는 연결되는 부분이 모두 판 형상을 이루는 것을 의미하며, 이 실시 예에서, 판 스프링(130)은 측면에서 볼 때 'Z' 형상을 이루지만 이에 한정되지 않고 'C' 형상 등을 이룰 수 있으며, 코일형 또는 압접형 스프링이 적용될 수 있다.

판 스프링(130)은 단일체로 이루어지며, 가령 두께가 0.05㎜ 내지 0.15㎜인 인청동이나 구리 합금 등의 탄성이 좋은 금속 포일을 프레스 금형을 이용하여 프레스로 연속하여 제작할 수 있다.

여기서, 산화 방지를 위하여 프레스 한 후 주석, 은 또는 금을 도금하여 판스프링(130)을 제조할 수 있다.

판 스프링(130)의 상면은 비교적 넓은 면적을 가지고 평면을 이루어 다양한 구조를 갖는 대향하는 대상물과 전기적 접촉이 용이하며 대상물과 전기적 접촉을 증가시켜 전기저항을 줄여준다는 이점이 있다. 특히, 안테나 등과 전기적 접촉할 때 전기 접촉저항이 작아지고 신뢰성 있게 기구적으로 접촉한다는 이점이 있다.

판 스프링(130)의 하면의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 상부면 전극패턴(113)의 크기와 같거나 유사할 수 있다.

도 3(b)의 등가회로에서 알 수 있는 것처럼, 복합 필터(100)의 판 스프링(130)은 상부면 전극패턴(113) 위에 전기적 및 기구적으로 결합하여 커패시터의 전극의 하나로 사용되면서 복합 필터(100)의 압축과 탄성 복원을 제공하는 역할을 한다. 이와 같이, 판 스프링(130)은 금속 재질의 전기전도성으로 탄성을 갖는 전극의 역할을 하는데, 판 스프링(130)의 비유전율이 워낙 작기 때문에 상대적으로 큰 높이를 갖는 판 스프링(130)이 전기전도성 대상물 사이에 개재되어 눌려 판 스프링(130)의 높이가 변하더라고 판 스프링(130)에 의한 기생 커패시턴스의 변화가 크지 않다.

복합 필터(100)의 치수는 한정되지 않지만, 일 예로 폭이 1㎜ 내지 3㎜이고, 길이가 1㎜ 내지 10㎜이며, 높이가 0.5㎜ 내지 2.0㎜ 정도일 수 있고 커패시턴스 및 대향하는 대상물의 간격 등을 고려하여 결정한다.

하부면 전극패턴(112)과 상부면 전극패턴(113) 및 그 사이에 개재되는 기능성 물질층(111)에 의해 주로 생성되는 커패시터의 용량인 커패시턴스(capacitance)는, 한정되지 않지만, 관련된 주파수에 대응하는 노이즈를 제거하기 용이한 값이면 되는데, 일 예로 LTE 밴드 등에서는 2㎊ 내지 50㎊의 커패시턴스일 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 가령, 커패시턴스는 원하지 않는 정전기나 접지를 통한 감전을 방지하는 등 원하지 않는 노이즈 등을 감쇄시켜 줄 수 있는 값일 수도 있다.

판 스프링(130)에 의한 복합 필터(100)의 눌림률은 바람직하게 원래의 높이의 25% 이상일 수 있고, 눌린 후 탄성 복원률은 90% 이상을 유지한다.

전극패턴(112, 113)은 구리 박과 같은 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름, 또는 전기저항이 비교적 낮은 전기전도성의 폴리머 코팅층일 수 있으며, 여기서 폴리머는 고무를 포함하고 폴리머 코팅층은 가령 실리콘고무 코팅층일 수 있다.

또한, 전극패턴(112, 113)이 금속 박 또는 금속 층이 형성된 폴리머 필름인 경우, 금속 박 또는 금속 층 위에 주석, 은 또는 니켈과 금 등의 내 환경성 금속이 도금되거나, 또는 그 위에 전기저항이 낮은 전기전도성 폴리머 수지나 전기전도성 실리콘고무가 코팅되어 부식을 방지할 수 있다.

기능성 물질층(111)과 마찬가지로, 전극패턴(112, 113)은 금속 박, 도금된 전기전도성 섬유, 외면에 금속층이 형성된 폴리머 필름인 경우 별도의 접착제를 적용하여 각각 기능성 물질층(111)에 접착될 수 있는데, 접착제로는 탄성과 유연성을 갖는 실리콘고무 접착제가 적용될 수 있다. 또한, 전극패턴(112, 113)이 전기전도성 폴리머 코팅층인 경우 기능성 물질층(111)의 하면이나 상면에, 가령 캐스팅(casting)에 의해 일체로 접착되어 단일체로 형성될 수 있다.

기능성 물질층(111)은 전기 절연으로, 가령 폴리머 수지에 비유전율이 18,000 정도인 Y5V(-30℃ ~ +85℃, 25℃에서의 커패시턴스 대비 -82% ~ +22% 이내 커패시턴스 변화율) 또는 비유전율이 3,000 정도인 X7R(-55℃ ~ +125℃, 25℃에서의 커패시턴스 대비 ±15% 이내 커패시턴스 변화율) 등의 티탄산바륨(BaTiO3)을 주성분으로 하는 고유전성 세라믹 파우더가 혼합되어 경화된 유전체 폴리머이거나, 바리스터와 같이 ZnO2와 같은 고유전성 세라믹 파우더를 소성하여 형성한 유전체 세라믹일 수 있다.

유전체 폴리머는 유연성이 있고 경도가 낮아 칼날 절단 등의 가공성이 용이한데, 소성된 유전체 세라믹보다는 유전율이 낮아 커패시턴스 값이 작다는 단점이 있다.

기능성 물질층(111)을 제외하고 다른 구성부분은 모두 기능성 물질층(111)보다 매우 낮은 유전율을 갖기 때문에, 후술하는 것처럼, 하부면 전극패턴(112)와 상부면 전극패턴(113) 간의 간격과 함께 기능성 물질층(111)의 유전율에 의해 복합필터(100)의 커패시턴스가 주로 결정된다.

복합 필터(100)의 커패시턴스는 다음의 식 1에 의해 산출된다.

여기서, S는 스프링 하면 또는 베이스의 대향 면적이고, d는 수평을 이루는 베이스와 스프링 하면 간의 간격이며, ε0은 진공 상태의 유전율(8.85 × 10-12F/m)이고 εr은 유전체층을 구성하는 물질의 비유전율이다.

따라서, 복합 필터(100)의 커패시턴스는 전극으로 사용되는 전극패턴(112, 113)의 면적에 비례하고 기능성 물질층(111)의 비유전율이 비례하며, 전극패턴(112, 113) 간의 간격에 반비례한다.

도 3(a)에 나타낸 것처럼, 복합 필터(100)가 회로기판(10)의 도전패턴(12)위에 솔더링 되어 접착되면, 판 스프링(130)의 탄성에 의해 금속 케이스(20)를 탄성적으로 지지하고, 복합 필터(100)의 커패시턴스에 의해 금속 케이스(20)를 통하여 유입되는 고주파 노이즈가 필터링되어 회로기판(10)으로 유입되지 않으며, 마찬가지로 금속 케이스(20)를 통하여 유입되는 ESD는 기능성 물질층(111)의 두께가 얇기 때문에 기능성 물질층(111) 측면에 인접하는 대기를 통하여 판 스프링(130)이나 상부면 전극패턴(113)으로부터 하부면 전극패턴(112)으로 직접 전달된다.

또한, 회로기판(10)의 도전패턴(12)을 통하여 유입되는 상용전원은 복합 필터(100)의 커패시턴스에 의해 차단되어 금속 케이스(20)로 전달되지 않기 때문에 감전 방지 기능을 갖게 된다.

한편, 복합 필터(100)의 커패시턴스가 다른 관련 주파수, 가령 저주파에 대응하도록 설정된 경우, 판 스프링(130)을 통하여 유입되는 저주파 노이즈가 하부면 전극패턴(112)를 통하여 회로기판(10)의 접지로 유출될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 고주파와 저주파의 의미는, 복합 필터(100)의 용도에 따라 정해질 수 있는 상대적인 개념으로, 예를 들어 스마트폰의 경우 고주파는 대략 30㎒ 이상을 의미하고 저주파는 1㎑ 이하로 가정할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.

따라서, 복합 필터(100)의 커패시턴스의 크기에 의해 제거되거나 억제되는 노이즈가 다르므로 제거하려는 노이즈의 주파수와 크기를 고려하여 커패시턴스를 설정할 수 있다.

복합 필터(100)의 커패시턴스의 공차, 다시 말해, 복합 필터(100)를 최대로 누른 경우와 최소로 누른 경우 복합 필터(100)의 커패시턴스의 변화치는 ±10% 이내인 것이 바람직한데 이에 한정하지는 않는다.

한편, 복합 필터(100)가 금속 케이스(20)와 회로기판(10) 사이에서 눌리는 경우 판 스프링(130)이 압착되지만, 상부면 전극패턴(113)과 하부면 전극패턴(112) 사이의 간격은 변하지 않으므로 결과적으로 상기의 식 1과 같이 복합 필터(100)의 커패시턴스의 변화가 크지 않다.

복합 필터(100)가 양면 전기전도성 점착테이프 또는 솔더링에 의해 전기전도성 대상물에 고정되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 전기전도성 대상물 사이에 끼워져 사용될 수도 있다.

여기서, 솔더링을 위해서 기능성 물질층(111)은 솔더 크림에 의한 솔더링 조건을 만족할 수 있는 정도의 내열성을 구비할 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.

이 실시 예에 의하면, 상부면 및 하부면 전극패턴(112, 113)의 양측 가장자리 위에 솔더 레지스트(115)가 일정한 폭으로 형성되고, 솔더 레지스트(115)와 전극패턴(112, 113)을 덮도록 도금층(116)이 형성된다.

단면이 C 형상의 판 스프링(132)이 솔더(120)를 개재하여 도금층(116) 위에 접착된다.

종래 판 스프링(130, 132)에 압력이 가해질 때 전체적으로 균일하게 압력이 가해지지 않거나, 판 스프링(130, 132)의 형상 자체에 기인하여 판 스프링(130, 132)이 지렛대처럼 동작하는 경우가 발생할 수 있는데, 이 경우 상부면 전극패턴(113)의 한쪽 가장자리가 기능성 물질층(111)으로부터 떨어져서 들뜨게 될 수 있다. 그 결과, 기능성 물질층의 종류에 따라 다르겠지만, 커패시터의 경우 커패시턴스가 변화한다는 문제가 발생한다.

이 실시 예에 의하면, 판 스프링(132)과 직접 접촉하는 도금층(116)의 양쪽 가장자리에서 유리성분을 다량 함유하는 솔더 레지스트(115)를 도금층(116)과 상부면 전극패턴(113) 사이에 개재함으로써 판 스프링(132)이 지렛대처럼 동작하는 경우에도 한쪽 방향에서 솔더 레지스트(115)와 상부면 전극패턴(113) 사이에서 틈이 벌어져 들뜨게 함으로써 상부면 전극패턴(113)을 보호하도록 할 수 있다.

또한, 도금층(116)이 상부면 전극패턴(113)과 하부면 전극패턴(112) 모두를 덮도록 형성함으로써 고착 강도를 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타내는 단면도이다.

기능성 물질층(211)의 상면과 하면에 각각 전극패턴(212, 213)이 형성되고, 상부면 전극패턴(213) 위에 솔더(220)나 전기전도성 접착제를 개재하여 전기전도성 금속 판 스프링(230)이 접착되어 복합 필터(200)를 구성한다.

기능성 물질층(211)은, 상기한 것처럼, 유전체 폴리머이거나 유전체 세라믹일 수 있는데, 이 실시 예에서 기능성 물질층(211)으로 세라믹 칩이 적용된다.

이 실시 예에 의하면, 세라믹 칩(211)의 내부에는 일부가 서로 겹치는 내부전극(216, 217)이 형성되고, 내부전극(216, 217)은 각각 비어 홀(214, 215)을 통하여 전극패턴(212, 213)에 전기적으로 연결된다.

세라믹 칩(211)은 세라믹 바리스터나 세라믹 커패시터일 수 있으며, 내부전극(216, 217) 사이에 에어 갭(air gap)을 형성하여 감전방지 기능을 구비할 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 내부전극(216, 217) 사이의 간극을 좁게 형성하여 복합 필터(200)의 전체적인 커패시턴스를 증가시킬 수 있으면서 세라믹 칩(211)의 두께를 확보하여 일정한 강도를 보장할 수 있다.

다시 말해, 상기한 것처럼, 복합 필터의 커패시턴스를 증가시키려면 전극 간의 거리를 줄여야 하는데, 유전체층이 유전체 세라믹인 경우 장점이 많지만 두께를 얇게 하면 외부의 충격에 의해 깨지기 때문에 한계가 있다. 그러나, 이 실시 예에 의하면, 세라믹 칩 소자를 유전체층으로 적용함으로써 이러한 문제를 해결하면서 유전체층으로 유전체 세라믹의 이점을 충분히 얻을 수 있게 된다.

한편, 세라믹 칩(211)의 하부면 전극패턴(212)을 이용하여 회로기판 등에 솔더링할 수 있는데, 이에 한정하지 않고 두께 방향으로 전기가 통하는 양면 전기전도성 점착테이프를 개재하여, 가령 접지 역할을 하는 금속 케이스에 점착될 수 있다.

도 6(a)과 6(b)은 각각 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.

도 6(a)을 참조하면, 복합 필터(300)를 구성하는 전기전도성 탄성부재(330)는 고무를 포함하는 탄성 코어(331)와 탄성 코어(331)를 감싸 접착되는 전기전도성 시트(332)로 구성될 수 있다.

여기서, 전기전도성 시트(332)는 전기전도성 천, 또는 이면에 금속층이 일체로 형성되거나 금속 박이 접착된 전기전도성 내열 폴리머 필름일 수 있다. 폴리머 필름도 유전체로 사용될 수 있지만, 폴리머 필름의 유전율은 유전체층(320)의 유전율보다 작기 때문에 큰 의미는 없다.

탄성 코어(331)로 전기전도성 또는 절연성의 고무튜브가 적용될 수 있으며, 복합 필터(300)의 압착과 탄성 복원을 제공하고, 탄성 코어(331)를 감싸는 전기전도성 시트(332)가 커패시터의 전극의 하나로 사용된다.

도 6(b)을 참조하면, 탄성부재(430)는, 내부에 길이방향으로 적어도 하나 이상의 관통 구멍이 형성된 코어(431)와, 코어(431)의 외면을 감싸 형성된 전기전도성 고무층이나 폴리머 코팅층(432)으로 구성된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.

기능성 물질층(511)의 상면과 하면에는 각각 전극패턴(512, 513)이 형성되고, 내부에는 각 전극패턴(512, 513)과 직접 연결되어 전기적으로 도통하고 기능성 물질층(511)의 내부에서 상하방향으로 수직으로 연장하는 내부전극(516, 517), 및 내부전극(516, 517) 사이에 형성되는 정전기 방전부(515)로 구성된다.

정전기 방전부(515)는 정전기 방전 경로를 제공하며, 공극(이격 공간)이거나 방전 유도가 가능한 반도체 물질 층일 수 있다.

정전기 방전부(515)는 다수 개 형성될 수 있고, 정전기 방전부(515) 각각에 대응하는 내부전극(516, 517)이 형성될 수 있다.

복합 필터(500)는 진공 픽업에 의한 표면 실장과 리플로우 솔더링에 의해 인쇄회로기판에 장착될 수 있다.

이 실시 예에서도, 상기와 같이, 전극패턴(512, 513)의 가장자리는 기능성 물질층(511)의 가장자리로부터 안쪽으로 들어와 형성되어 풀백 마진(pull back margin)을 구비하여 표면 실장이 필요한 경우 상부면 전극패턴(513)과 하부면 전극 패턴(512) 사이의 전기적인 쇼트를 방지하도록 할 수 있다.

기능성 물질층(511)는 유전율을 가지는 모든 종류의 유전체, 전압 및 전류 또는 온도변화에 대해 저항이 변화되는 반도체 중 어느 하나일 수 있으며, 일정 전압에 대해 절연 특성을 구비한 경우, 외부 전원에 대해 차단이 가능하여 감전 보호 기능을 구현할 수 있다.

상기와 같이, 기능성 물질층(511)의 외부 전원에 대한 차단 기능은 기능성 물질층의 단위 두께당 내전압 특성 평가를 통해 관리될 수 있다.

또한, 내부전극(516, 517)이 상면과 하면의 전극패턴(512, 513)에 대해 수직으로 형성되고 이들 사이에 정전기 방전부(515)가 형성되기 때문에 수평방향으로 정전기 파괴 경로에 대응하는 충분한 두께를 확보할 수 있다.

또한, 내부전극(516, 517)이 상면과 하면의 전극패턴(512, 513)과 직접 전기적으로 연결되기 때문에 종래와 같이 중간전극을 위한 비어 홀이 형성하고 금속 페이스트를 충진할 필요가 없으며, 그 결과 제조공정이 간단하고 제조원가가 줄어들게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복합 필터를 나타낸다.

복합 필터(600)는, 기능성 물질층(611), 기능성 물질층(611)의 상부면과 하부면에 각각 형성된 전극패턴(612, 613) 및 기능성 물질층(611)과 전극패턴(612, 613)을 상하 관통하는 비어 홀(614)을 포함한다. 상부면 전극패턴(613)에 솔더를 개재하여 접착되는 판 스프링은 편의상 생략한다.

이 실시 예에서, 비어 홀(614)의 가장자리에서 전극패턴(612, 613)은 비어 홀(614)의 안쪽으로 구부러져 전극 팁(tip, 612a, 613a)을 연장 형성한다.

비어 홀(614)은 레이저 가공이나 금형 펀칭 가공을 이용하여 형성할 수 있고, 전극 팁(612a, 613a)은 액상 금속 페이스트를 전극패턴(612, 613) 위에 인쇄하여 형성할 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 기능성 물질층(611)의 내부에 형성된 비어 홀(614)의 안쪽으로 연장된 전극 팁(612a, 613a)은 비어 홀(614)을 이격 공간으로 하여 수직으로 대면하는 구조를 가진다.

판 스프링으로부터 상부면 전극패턴(613)을 통해 정전기가 유입되는 경우, 정전기는 상부면 전극패턴(613)의 전극 팁(613a)으로부터 하부면 전극패턴(612)의 전극 팁(612a)으로 전달되면서 빛 에너지로 소멸되며, 이때 비어 홀(614)은 일종의 방전 경로를 제공하게 된다.

상부면 전극패턴(613)의 전극 팁(613a)과 하부면 전극패턴(612)의 전극팁(612a) 사이의 거리는 기능성 물질층(611)의 두께와 같거나 이보다 작게 형성하는 것이 중요하다. 이는 정전기 방전의 경로를 평판형 소자의 안쪽의 비어 홀(614)로 유도하기 위한 설계 조건이며, 상부면의 전극 팁(613a)과 하부면의 전극 팁(612a) 사이의 거리는 기능성 물질층(611)의 두께의 95% 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 8에 나타낸 것처럼, 기능성 물질층(611)에 형성되는 방전 경로는 내부 방전 경로 Ain와 외부 방전 경로 Aout를 포함하는데, 상기의 실시 예에서, 내부 방전 저항이 외부 방전 저항보다 작기 때문에 주로 내부 방전 경로를 통한 내부 방전이 발생함으로써 높은 정전기 방전 내성 기능을 구비할 수 있다.

여기서, 내부 방전 저항을 줄이는 방법 외에 외부 방전 저항을 크게 하기 위한 방법으로 가령 풀백 마진을 확보하고 있으나, 풀백 마진의 치수상 한계가 있을 수밖에 없다.

그런데, 외부 방전 저항은 온도와 습도 및 사용환경에 따라 다양하게 변화하며, 주변에 실장되는 부품에 따라 영향을 받는다.

따라서, 도 8과 같이, 기능성 물질층(611)과 상부면 및 하부면 전극패턴(612, 613)의 가장자리를 덮는 코팅층(640)에 의해 외부 방전 저항을 증가시킬 수 있다.

즉, 코팅층(640)이 기능성 물질층(611)의 모든 노출 부분과 상부면 전극패턴(613) 및 하부면 전극패턴(612)의 가장자리에서 일정 폭 부분에 형성되어, 결과적으로 상부면 전극패턴(613)과 하부면 전극패턴(612)만이 외부로 노출되도록 한다.

여기서, 하부면 전극패턴(612) 위에는 솔더링을 고려하여 코팅층(640)이 형성되지 않을 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 코팅층(640)에 의해 외부 방전 거리가 길어짐으로써 외부 방전 저항이 증가하게 됨으로써, 외부 방전 Aout은 일어나기 어렵고 내부 방전 Ain이 더 쉽게 일어나도록 할 수 있다.

코팅층(640)은, 가령 절연 글래스 페이스트로 디핑한 후 열처리하여 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

코팅층(640)은 절연층인 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않는다.

이 실시 예에서는, 기능성 물질층(611)의 노출부분에 코팅층(640)이 형성되는 것을 예로 들었지만, 제조 방법에서 효율성이 확보될 수 있으면, 상기한 구조에 한정되지 않고 코팅층(640)이 상부면 전극패턴(613)의 가장자리에서 일정한 폭 부분만 덮도록 형성하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상의 실시 예에서는, 금속 케이스와 회로기판 사이에 개재되고 대상물 중 하나가 접지로 사용되어 복합 필터가 정전기, 서지 또는 노이즈를 제거하기 위해 사용되는 것을 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고 스마트 워치를 비롯한 웨어러블(wearable) 기기나 스마트 신발 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 ~ 600 : 복합 필터
110 : 평판형 소자
112, 113 : 전극패턴
120, 220 : 솔더
130, 230 : 판 스프링

Claims

서로 대향하는 전기전도성 대상물 사이에 개재되고,
유전체;
상기 유전체의 상면과 하면에 각각 형성되는 전극패턴;
상기 상부면 전극패턴 위에 접착되는 전기전도성 탄성부재;
상기 전극패턴 각각에 전기적으로 도통하고, 상기 유전체의 내부에서 상하방향으로 수직으로 연장하되 서로 전기적으로 연결되지 않는 내부전극; 및
상기 내부전극 사이에 형성되는 정전기 방전부를 포함하며,
상기 내부전극 각각의 단부는 상기 정전기 방전부 내에서 서로 이격하여 대향하고,
상기 탄성부재는 상기 전기전도성 대상물 중 어느 하나에 직접 탄성적으로 접촉하고, 상기 하면에 형성된 전극패턴은 상기 전기전도성 대상물 중 다른 하나에 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
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청구항 1에서,
상기 정전기 방전부는 공극(이격 공간) 또는 방전 유도가 가능한 반도체 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
청구항 1에서,
상기 정전기 방전부는 다수 개 형성되고,
상기 정전기 방전부 각각에 대응하는 내부전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
서로 대향하는 전기전도성 대상물 사이에 개재되고,
유전체; 및
상기 유전체의 상면과 하면에 각각 형성되는 전극패턴; 및
상기 상면 전극패턴 위에 접착되는 전기전도성 탄성부재를 포함하며,
상기 탄성부재는 상기 전기전도성 대상물 중 어느 하나에 직접 탄성적으로 접촉하고, 상기 하면 전극패턴은 상기 전기전도성 대상물 중 다른 하나에 접촉하고,
상기 전극패턴의 가장자리는 상기 유전체의 가장자리로부터 안쪽으로 들어와 형성되어 풀백 마진(pull back margin)을 가지고,
상기 유전체와 상기 각 전극패턴을 상하 관통하는 비어 홀을 구비하며,
상기 비어 홀의 양쪽 입구의 가장자리에서 상기 각 전극패턴은 상기 비어 홀의 안쪽으로 구부러져 전극 팁(tip)을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
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청구항 9에서,
상기 전극 팁 사이의 거리는 상기 유전체의 두께와 같거나 이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
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청구항 9에서,
상기 유전체의 노출부분, 상기 상면 전극패턴의 가장자리 또는 양자에서 일정 폭 부분은 절연 코팅층으로 덮인 것을 특징으로 하는 복합 필터.
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