KR102144560B1

KR102144560B1 - 휴대 무선 단말

Info

Publication number: KR102144560B1
Application number: KR1020197005752A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 토쿠나가; 켄이치 이시즈카
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2020-08-13
Also published as: US20180103531A1; US10327317B2; JP6274369B1; WO2017221686A1; JPWO2017221686A1; KR20190022937A; KR20180012243A; CN207719393U

Abstract

휴대 무선 단말은, 금속 하우징(30a)과, 금속 하우징(30a) 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체(12c)를 가지는 프린트 배선판(10c)과, 금속 하우징(30a)과 그라운드 도체(12c)에 접속된 콘덴서(15)와, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12c)에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자(16)를 포함한다. 과전류 보호 소자(16)의 용량은 콘덴서(15)의 용량보다 작아도 된다. 콘덴서(15)는 적층형 세라믹 콘덴서여도 되고, 과전류 보호 소자(16)는 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자여도 된다.

Description

휴대 무선 단말{PORTABLE WIRELESS TERMINAL}

본 발명은, 휴대 무선 단말에 관한 것이고, 특히 금속 하우징을 포함하는 휴대 무선 단말에 관한 것이다.

종래, 금속 하우징을 포함하는 휴대 무선 단말에서, 해당 금속 하우징을 부스터 안테나로 이용하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 금속 하우징과 프린트 배선판의 그라운드 도체를, 양호한 안테나 특성이 얻어지도록 도통(導通)시키는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제5609922호

그런데 금속 하우징을 포함하는 휴대 무선 단말에 상용 전원과의 절연이 불충분한 충전기를 접속하면, 금속 하우징에 대지 전압이 걸려 감전의 위험이 생기는 경우가 있다.

따라서, 감전의 위험을 저감하면서, 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 양태에 따른 휴대 무선 단말은, 금속 하우징과, 상기 금속 하우징 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체를 가지는 프린트 배선판과, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속된 콘덴서와, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자를 포함한다.

여기서, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체가 전기적으로 분리되어 있으면, 상기 금속 하우징에는, 상기 그라운드 도체와의 사이의 전계에 의해 상기 그라운드 도체로부터 방사되는 전파를 제거하는 유도 전류가 생겨, 안테나 특성이 크게 손상된다. 양호한 안테나 특성은, 상기 그라운드 도체와 상기 금속 하우징을 보다 낮은 임피던스로 접속하여, 상기 그라운드 도체를 흐르는 안테나 전류를 상기 금속 하우징에 보다 많이 공급함으로써 얻어진다.

이에 대하여, 상기의 구성에 의하면, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체가 상기 콘덴서에 의해 접속되므로, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체 사이의 임피던스는, 주파수가 낮은 상용 전원의 누설 전류에 대하여 높게, 주파수가 높은 안테나 전류에 대하여 낮게 설정할 수 있다. 이로써, 상기 그라운드 도체에 흐르는 상기 안테나 전류는 상기 금속 하우징에 양호하게 전달되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다. 또한, 상기 그라운드 도체에 상용 전원으로부터 누설 전류가 유입돼도, 임피던스가 높기 때문에 상기 금속 하우징에 전달되는 전류는 매우 작아지므로 감전의 위험이 저감된다.

그러나 상기 콘덴서에 서지 전압이 반복하여 인가되면, 용량 열화(劣化)에 의해 상기 안테나 전류에 대한 임피던스가 상승하여 안테나 특성이 손상되고, 또한 단락(短絡) 고장에 의해 감전 방지 기능이 상실될 우려가 있다.

따라서, 상기 과전류 보호 소자에 의해, 상기 콘덴서를 서지 전압으로부터 보호한다. 상기 과전류 보호 소자는, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높아 상기 상용 전원의 누설 전류에서는 동작하지 않으므로, 감전 방지 기능을 손상시키지 않고 상기 콘덴서를 상기 서지 전압으로부터 보호하여, 용량 열화나 단락 고장을 회피할 수 있다.

그 결과, 상기 누설 전류에 의한 감전의 위험을 저감하고, 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말이 얻어진다.

또한, 상기 과전류 보호 소자의 용량은 상기 콘덴서의 용량보다 작아도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 그라운드 도체로부터 상기 금속 하우징으로 전달되는 안테나 전류를 주로 상기 콘덴서에 흐르게 할 수 있다. 과전류 보호 소자는, 일반적으로 고주파 특성(예를 들면 Q값)에서 콘덴서보다 뒤떨어지기 때문에, 상기 과전류 보호 소자에 흐르는 안테나 전류를 작게 하고, 상기 콘덴서에 흐르는 안테나 전류를 크게 하는 쪽이 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 상기 과전류 보호 소자는, 세라믹 소체 내에 한 쌍의 방전 전극을 가진 방전 갭(gap) 방식의 과전류 보호 소자여도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자는 초저용량(예를 들면, 상기 콘덴서의 용량보다 몇 자릿수 작은 용량)으로 구성할 수 있으므로, 안테나 특성을 손상시키지 않고 상기 콘덴서를 보호할 수 있다.

또한, 상기 콘덴서는, 세라믹 소체 내에 복수 쌍의 내부전극을 가진 적층형 세라믹 콘덴서여도 된다.

이 구성에 의하면, 적층형 세라믹 콘덴서는, 소형이며 저배(低背)로 구성할 수 있고, 또한 신뢰성 및 용량의 정밀도가 뛰어나므로 양호한 안테나 특성과 소형화의 양쪽을 실현할 수 있다.

또한, 상기 그라운드 도체에서, 상기 콘덴서가 접속되어 있는 영역에 흐르는 안테나 전류는, 상기 과전류 보호 소자가 접속되어 있는 영역에 흐르는 안테나 전류 이상이어도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 콘덴서를, 상기 과전류 보호 소자와 비교하여 동등하거나 보다 많은 안테나 전류가 흐르고 있는 영역에 설치하므로, 주로 상기 콘덴서를 통해 상기 그라운드 도체로부터 상기 금속 하우징으로 안테나 전류를 전달할 수 있다. 이로써, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체는 서로 대향하여 배치되며, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류의 최대점을 포함하는 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 안테나 전류의 경로를 포함하는 영역을 제2 영역으로 하며, 그 밖의 영역을 제3 영역으로 할 때, 상기 콘덴서는, 상기 제1 영역과 상기 제1 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 콘덴서는, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류가 가장 큰 영역과 상기 금속 하우징을 접속하므로, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류는 상기 금속 하우징에 효율적으로 전달된다. 이로써, 보다 많은 안테나 전류가 상기 금속 하우징에 공급되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 상기 휴대 무선 단말은 다른 콘덴서를 더 포함하고, 상기 다른 콘덴서는 상기 제2 영역과 상기 제2 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 콘덴서는, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류가 큰 영역과 상기 금속 하우징을 접속하므로, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류는 상기 금속 하우징에 효율적으로 전달된다. 이로써, 보다 많은 안테나 전류가 상기 금속 하우징에 공급되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 상기 과전류 보호 소자는, 상기 제3 영역과 상기 제3 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 과전류 보호 소자는, 상기 그라운드 도체의 안테나 전류가 작은 영역과 상기 금속 하우징을 접속하므로, 양호한 안테나 특성을 얻기 위한 상기 콘덴서의 배치를 방해하지 않고, 상기 콘덴서를 서지 전압으로부터 보호할 수 있다.

또한, 상기 안테나에 흐르는 전류의 주파수에서 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체 사이의 임피던스는, 상기 상용 전원 전압의 주파수에서 상기 임피던스보다 낮아도 된다.

이 구성에 의하면, 상기 그라운드 도체에 흐르는 상기 안테나 전류는 상기 금속 하우징에 양호하게 전달되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다. 또한, 상기 그라운드 도체에 상용 전원으로부터 누설 전류가 유입돼도, 임피던스가 높기 때문에 상기 금속 하우징에 전달되는 전류는 매우 작아지므로, 감전의 위험이 저감된다.

본 발명에 따른 휴대 무선 단말에 의하면, 상용 전원의 누설 전류에 의한 감전의 위험을 저감하고, 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말이 얻어진다.

도 1은 일반적인 휴대 무선 단말의 외관의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 제1 비교예에 따른 휴대 무선 단말의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 제1 비교예에 따른 휴대 무선 단말의 과제를 설명하는 도면이다.
도 4는 제2 비교예에 따른 휴대 무선 단말의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 제2 비교예에 따른 휴대 무선 단말의 주요부의 일례를 나타내는 확대 측면도이다.
도 6은 제2 비교예에 따른 접속 회로를 등가적으로 나타내는 회로도이다.
도 7은 실시형태 1에 따른 휴대 무선 단말의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 실시형태 1에 따른 휴대 무선 단말의 주요부의 일례를 나타내는 확대 측면도이다.
도 9는 실시형태 1에 따른 접속 회로를 등가적으로 나타내는 회로도이다.
도 10은 실시형태 1의 변형예에 따른 휴대 무선 단말의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다.
도 11은 콘덴서의 열화 시험 환경의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 비교예에 따른 휴대 무선 단말에서의 시험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예에 따른 휴대 무선 단말에서의 시험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시형태 2에 따른 고주파 신호에 대한 등가적인 접속 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 15는 실시형태 2에 따른 평가 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 16은 실시형태 3에 따른 그라운드 도체에 흐르는 안테나 전류의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 17은 실시형태 3에 따른 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 배치의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 18은 실시형태 3에 따른 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 배치의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 19는 실시형태 3에 따른 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 배치의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 20은 실시형태 3에 따른 그라운드 도체에 흐르는 안테나 전류의 일례를 나타내는 상면도이다.
도 21은 실시형태 3에 따른 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 배치의 일례를 나타내는 상면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타나는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주된 취지가 아니다. 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중, 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타나는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지 않다.

실시형태를 설명할 때에, 준비로서, 전술한 감전의 문제에 대해, 본 발명자들이 제1 비교예로 상정하는 휴대 무선 단말의 예를 이용하여 보다 상세하게 설명한다. 그 후, 제2 비교예와의 대비에 의해, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

(제1 비교예)

도 1은 제1 비교예에 따른 휴대 무선 단말의 외관의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 휴대 무선 단말(1)은, 수지 하우징(20)과 금속 하우징(30)으로 구성되는 공간에 프린트 배선판(10)을 넣어 구성되어 있다. 해당 공간에는 도시하지 않은 배터리나 표시 패널이 더 넣어져 있어도 된다.

프린트 배선판(10)에는, 전원 회로, 무선 회로 등, 휴대 무선 단말(1)이 기능을 발휘하기 위한 각종 회로가 구성되어 있다. 수지 하우징(20)은, 휴대 무선 단말(1)의 프론트 커버를 구성하고 있고, 표시 패널의 표시 내용을 투과하는 투명창(21)을 가지고 있다. 금속 하우징(30)은, 휴대 무선 단말(1)의 백 커버를 구성하고 있고, 안테나 전류(고주파 신호 전류)가 급전되어, 프린트 배선판(10)의 그라운드 도체(12)와 함께 원방계(遠方界) 통신용 안테나로서 기능한다.

도 2는 휴대 무선 단말(1)의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이며, 도 2에서는 도 1의 휴대 무선 단말(1)을 상하를 반대로 하여(즉, 뒤집어) 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 프린트 배선판(10)에는, RF 회로 및 전원 회로를 포함하는 회로 블록(11), 그라운드 도체(12), 콘택트 핀(13)이 마련되고, 금속 하우징(30)의 바닥면에는, 콘택트 핀(13)의 대향 위치에 콘택트 패드(31)가 마련되어 있다. 콘택트 핀(13) 및 콘택트 패드(31)는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 알루미늄, 구리, 또는 이들의 합금으로 구성되어도 된다.

회로 블록(11)은, 프린트 배선판(10)의 내층 및 반대 주면(主面)에 걸쳐 마련되어 있어도 된다.

그라운드 도체(12)는, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성한다. 전원 회로로서의 그라운드 도체(12)는, 전원 회로의 기준 전압 및 전류의 귀로로서 기능하고, 안테나로서의 그라운드 도체(12)는, RF 회로로부터 안테나 전류가 공급되어 안테나 전류의 정재파를 형성하여 전파를 방사한다.

콘택트 핀(13)은, 예를 들면, 솔더(solder) 등의 도전성 접합재로 그라운드 도체(12)에 고정되고 전기적으로 접속된다. 콘택트 핀(13)은, 수지 하우징(20)과 금속 하우징(30)을 접합한 상태로 콘택트 패드(31)와 접촉하고, 그라운드 도체(12)와 금속 하우징(30)을 전기적으로 접속한다.

전술한 바와 같이, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12)가 전기적으로 분리되어 있으면, 금속 하우징(30)에는, 그라운드 도체(12)에 의한 전계에 의해 상기 그라운드 도체로부터 방사되는 전파를 제거하는 유도 전류가 생겨, 전파의 방사가 방해된다.

따라서, 콘택트 핀(13) 및 콘택트 패드(31)를 사이에 두고 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12)를 전기적으로 접속한다. 이로써, 그라운드 도체(12)를 흐르는 안테나 전류와 동일 방향으로 흐르는 전류가 금속 하우징(30)에 공급되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12)를 전기적으로 접속하기 위한 구성은, 도 2의 예에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 콘택트 핀(13)이 금속 하우징(30)과 직접적이고 양호하게 접촉할 수 있다면, 콘택트 패드(31)를 생략해도 된다. 또한, 도 2와는 반대로, 콘택트 핀(13)을 금속 하우징(30)에 마련하고, 콘택트 패드(31)를 그라운드 도체(12)에 마련해도 된다. 또한, 콘택트 핀(13) 및 콘택트 패드(31)의 한쪽 또는 양쪽은, 서로의 방향으로 편향된 탄성 금속편으로 구성되어도 된다.

(제1 비교예의 과제)

그러나 이와 같이 구성된 휴대 무선 단말(1)에는, 전술한 바와 같이, 상용 전원의 누설 전류에 의한 감전의 과제가 있다.

도 3은 휴대 무선 단말(1)에서의 과제를 상세하게 설명하는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 휴대 무선 단말(1)에 충전기(92)를 접속하고, 상용 전원(90)으로부터 충전기(92)를 통해 배터리(17)를 충전하는 상황을 생각한다. 여기서 상용 전원(90)이란, 주택용 콘센트로부터 충전기(92)에 공급되는 단상 교류 전압을 말한다. 상용 전원(90)의 실효 전압 및 주파수는 나라마다 다르며, 일례로 일본에서는 100V, 50㎐ 또는 60㎐이다. 세계적으로는 상용 전원(90)으로서 실효 전압이 240V 정도까지의 단상 교류 전압이 공급되고 있다. 상용 전원(90)의 한쪽 단자(91)는 접지되어 있다.

휴대 무선 단말(1)에서 그라운드 도체(12)는, 전원 회로의 그라운드 플레인으로서 충전기(92)의 기준 전압 단자에 접속된다. 그라운드 도체(12)와 금속 하우징(30)은 콘택트 핀(13) 및 콘택트 패드(31)를 통해 전기적으로 접속되어 있다.

이 상황에서, 휴대 무선 단말(1)에, 상용 전원(90)과의 절연이 불충분한 충전기(92)를 접속하면, 금속 하우징(30)에 대지 전압(V)이 걸려 감전의 위험이 생기게 된다. 대지 전압(V)은 예를 들면, 실효 전압이 240V인 교류 전압의 최대 순시값인 340V 정도에 달하는 경우가 있다.

(제2 비교예)

본 발명자들은 이 문제에 대한 대책으로서, 최초로 다음과 같은 휴대 무선 단말을 검토했다. 해당 휴대 무선 단말을 제2 비교예로서 설명한다.

도 4는 제2 비교예에 따른 휴대 무선 단말(1a)의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다. 도 4에서는 수지 하우징(20)의 도시는 생략하고 있다. 휴대 무선 단말(1a)은, 도 2의 휴대 무선 단말(1)과 비교하여 다음 점이 다르다. 프린트 배선판(10a)에 그라운드 도체(12a)로부터 이간한 랜드 도체(14)를 마련하고 있다. 콘택트 핀(13)은 그라운드 도체(12a)가 아닌, 랜드 도체(14)에 고정되고 전기적으로 접속된다. 또한, 그라운드 도체(12a)와 랜드 도체(14)를 접속하는 콘덴서(15)가 추가된다.

콘덴서(15)는 특별히 한정되지 않지만, 일례로 세라믹 소체 내에 복수 쌍의 내부전극을 가진 적층형 세라믹 콘덴서여도 된다. 적층형 세라믹 콘덴서는, 소형이며 저배로 구성할 수 있고, 또한 신뢰성 및 용량의 정밀도가 뛰어나므로, 양호한 안테나 특성과 소형화의 양쪽을 실현할 수 있다.

도 5는 휴대 무선 단말(1a)의 주요부의 구조의 일례를 나타내는 확대 측면도이며, 도 4의 A부에 대응한다. 도 5에는 도 4의 A부에 포함되는 구성 요소와 함께, 상용 전원의 누설 전류(80, 81)를 나타내고 있다.

도 6은 휴대 무선 단말(1a)에서 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12a)를 접속하는 접속 회로(18)를 등가적으로 나타내는 회로도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 접속 회로(18)는 병렬로 접속된 4개의 콘덴서(Cap)(15)로 구성된다.

도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12a)가 콘덴서(15)에 의해 접속되므로, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12a) 사이의 임피던스는, 주파수가 낮은 상용 전원의 누설 전류에 대하여 높게, 주파수가 높은 안테나 전류에 대하여 낮게 설정할 수 있다.

이로써, 그라운드 도체(12a)에 흐르는 안테나 전류는 금속 하우징(30)에 양호하게 전달되므로, 양호한 안테나 특성이 얻어진다. 또한, 그라운드 도체(12a)에 상용 전원으로부터 유입된 누설 전류(80)는, 금속 하우징(30)에 전달될 때에 누설 전류(81)로 감쇠하므로, 감전의 위험이 저감된다.

상술한 바와 같이, 휴대 무선 단말(1a)에 의하면, 감전의 위험을 저감하면서 양호한 안테나 특성을 얻을 수 있다.

(제2 비교예의 과제)

그러나 본 발명자들은, 휴대 무선 단말(1a)에는 다음 과제가 있는 것을 깨달았다. 구체적으로 콘덴서(15)에 서지 전압이 반복하여 인가되면, 콘덴서(15)의 용량 열화에 의해 안테나 전류에 대한 임피던스가 상승하여 안테나 특성이 손상되고, 또한 단락 고장에 의해 감전 방지 기능이 상실되는 과제이다. 해당 서지 전압은, 예를 들면 인체로부터의 정전기 방전에 기인하는 것이며, 수 천V에서 1만 수 천V 정도의 전압이다.

따라서, 본 발명자들은, 감전의 위험을 저감하면서 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말을 예의 검토한 결과, 이하의 휴대 무선 단말을 고안했다.

(실시형태 1)

도 7은 실시형태 1에 따른 휴대 무선 단말(1b)의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다. 휴대 무선 단말(1b)은, 도 4의 휴대 무선 단말(1a)과 비교하여 B부의 구성이 변경된다. 구체적으로 프린트 배선판(10b)의 B부에, 그라운드 도체(12b)와 랜드 도체(14)를 접속하는 과전류 보호 소자(16)가 추가된다. 이로써, 과전류 보호 소자(16)는, 콘덴서(15)와 겸용 콘택트 핀(13)과 랜드 도체(14)를 통해 그라운드 도체(12b)와 금속 하우징(30)에 접속된다.

과전류 보호 소자(16)는 인가 전압에 대하여 비(非)선형의 저항값을 가지는 소자이며, 구체적으로 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 동작 전압 이상의 인가 전압에 대하여, 급격하게 감소하는 저항값을 가지는 2단자 소자이다. 과전류 보호 소자(16)는 특별히 한정되지 않지만, 일례로 세라믹 소체 내에 한 쌍의 방전 전극을 가진 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자여도 된다. 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자는, 초저용량(예를 들면, 상기 콘덴서의 용량보다 몇 자릿수 작은 용량)으로 구성할 수 있으므로, 안테나 특성을 손상시키지 않고 상기 콘덴서를 보호할 수 있는 휴대 무선 단말이 얻어진다.

도 8은 휴대 무선 단말(1b)의 주요부의 구조의 일례를 나타내는 확대 측면도이며, 도 7의 B부에 대응한다. 도 8에는 도 7의 B부에 포함되는 구성 요소와 함께, 상용 전원의 누설 전류(80, 81) 및 서지 전류(82)를 나타내고 있다.

도 9는 휴대 무선 단말(1b)에서 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12b)를 접속하는 접속 회로(19)를 등가적으로 나타내는 회로도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 접속 회로(18)는, 병렬로 접속된 4개의 콘덴서(Cap)(15)와 하나의 과전류 보호 소자(OCP)(16)로 구성된다.

도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 과전류 보호 소자(16)는, 4개의 콘덴서(15)와 병렬로, 금속 하우징(30)과 그라운드 도체(12a)에 접속되어 있다. 그 때문에 금속 하우징(30)에 서지 전압이 인가되면, 과전류 보호 소자(16)가 동작(도통)하고, 해당 서지 전압에 기인하는 서지 전류(82)는 과전류 보호 소자(16)를 통해 그라운드 도체(12b)에 흐른다. 이로써, 콘덴서(15)는 서지 전압으로부터 보호된다.

과전류 보호 소자(16)는, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높아 상기 상용 전원의 누설 전류(80)에서는 동작하지 않으므로, 감전 방지 기능을 손상시키지 않고 콘덴서(15)를 상기 서지 전압으로부터 보호할 수 있다. 이로써, 제2 비교예에서 설명한, 콘덴서(15)의 용량 열화에 의해 안테나 전류에 대한 임피던스가 상승하여 안테나 특성이 손상되고, 또한 단락 고장에 의해 감전 방지 기능이 상실되는 과제가 해소된다. 그 결과, 상용 전원의 누설 전류에 의한 감전의 위험을 저감하고, 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말이 얻어진다.

(실시형태 1의 변형예)

도 7에서는 B부에서, 과전류 보호 소자(16)가, 콘덴서(15)와 공유된 랜드 도체(14) 및 콘택트 핀(13)을 통해 그라운드 도체(12b)와 금속 하우징(30)에 접속되는 예를 나타냈지만, 과전류 보호 소자(16)의 배치는 이 예에는 한정되지 않는다.

도 10은 실시형태 1의 변형예에 따른 휴대 무선 단말(1c)의 구조의 일례를 나타내는 분해 사시도이다. 휴대 무선 단말(1c)은 도 7의 휴대 무선 단말(1b)과 비교하여 C부의 구성이 변경된다. 구체적으로 프린트 배선판(10c)의 C부에 콘택트 핀(13), 랜드 도체(14), 및 콘택트 핀(13)과 랜드 도체(14)를 접속하는 과전류 보호 소자(16)가 추가된다. 금속 하우징(30a)의 C부의 대향 위치에 콘택트 패드(31)가 추가된다. 이로써, 과전류 보호 소자(16)는, 전용 콘택트 핀(13)과 랜드 도체(14)를 통해 그라운드 도체(12c)와 금속 하우징(30)에 접속된다.

휴대 무선 단말(1c)에서 그라운드 도체(12c)와 금속 하우징(30)을 접속하는 접속 회로는 도 9의 접속 회로(19)와 등가이다. 따라서, 휴대 무선 단말(1c)에 의해서도, 휴대 무선 단말(1b)과 마찬가지로 상용 전원의 누설 전류에 의한 감전의 위험을 저감하고, 양호한 안테나 특성을 장기적으로 지속할 수 있는 휴대 무선 단말이 얻어진다.

(콘덴서의 열화 시험)

본 발명자들은 과전류 보호 소자(16)의 효과를 확인하기 위해, 정전기 방전에 의한 콘덴서의 열화 시험을 실시했다. 이하에서는 해당 실험에 대해 설명한다.

도 11은 콘덴서의 열화 시험 환경의 일례를 나타내는 도면이다. 시험 샘플로서, 도 10의 휴대 무선 단말(1c)에서, 과전류 보호 소자(OCP)(16)를 의도적으로 설치하지 않은 비교예와, 과전류 보호 소자(16)를 설치한 실시예를 준비했다. 콘덴서(Cap)(15)에는 용량이 100㎊, 내압이 100V인 적층형 세라믹 콘덴서를 사용하고, 과전류 보호 소자(16)에는 동작 전압이 약 500V인 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자를 사용했다.

시험 규격 IEC 61000-4-2에 따라, ESD(Electrostatic Discharge) 시뮬레이터(94)로부터, 비교예 및 실시예의 각각의 그라운드 도체(12c)와 금속 하우징(30) 사이에 15㎸의 시험 전압을 접촉 방전으로 복수 회 인가했다. 초기 상태 및 소정 회수의 인가마다, 콘택트 핀(13)을 금속 하우징(30)으로부터 제거하여 콘덴서(15)의 용량을 측정했다.

도 12는 비교예에 따른 휴대 무선 단말에서의 시험 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 초기 용량으로부터 10% 이상의 열화가 생긴 란을 회색으로 표시하고 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 모든 콘덴서(15)가, 50회부터 300회의 시험 전압의 인가에 의해 열화되어 초기 용량을 유지할 수 없었다.

도 13은 실시예에 따른 휴대 무선 단말에서의 시험 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 모든 콘덴서(15)가, 500회의 시험 전압의 인가 후, 초기 용량을 정상으로 유지했다.

이 결과로부터, 과전류 보호 소자(16)에 의해 콘덴서(15)가 서지 전압으로부터 보호되는 것이 확인되었다.

(실시형태 2)

실시형태 2에서는, 콘덴서(15)의 용량 및 과전류 보호 소자(16)의 용량에 관한 알맞은 조건에 대해 설명한다.

(양호한 안테나 특성을 위한 조건예)

양호한 안테나 특성을 얻기 위해, 과전류 보호 소자(16)의 용량은 콘덴서(15)의 용량보다 작은 것이 바람직하다. 이것은 다음 이유에 기인한다.

도 14는 안테나 전류에 대한 등가적인 접속 회로의 일례를 나타내는 회로도이며, 도 9의 접속 회로(19)에 대응한다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 안테나 전류에 대하여 콘덴서(15)는, 등가적으로 인덕터(L1), 용량(C1), 및 저항(R1)의 성분을 가지고, 과전류 보호 소자(16)는, 등가적으로 인덕터(L2), 용량(C2), 및 저항(R2)의 성분을 가지고 있다.

과전류 보호 소자(16)는, 콘덴서(15)와 비교하여 저항 성분이 크기(R2＞R1) 때문에 Q=ωL/R로 나타나는 Q값이 작다. 여기서, ω는 안테나 전류의 각(角)주파수이다. 그 때문에 과전류 보호 소자(16)에서의 안테나 전류의 손실은 콘덴서(15)에서의 안테나 전류의 손실보다 크다.

따라서, 과전류 보호 소자(16)의 용량(C2)을 콘덴서(15)의 용량(C1)보다 작게 함(C2＜C1)으로써, 안테나 전류에 대한 과전류 보호 소자(16)의 임피던스를, 콘덴서(15)와 비교하여 크게 한다. 예를 들면, 과전류 보호 소자(16)로서, 초저용량(예를 들면, 콘덴서(15)의 용량보다 몇 자릿수 작은 용량)으로 구성할 수 있는 방전 갭 방식의 과전류 보호 소자를 이용하는 것은 유효하다.

이로써, 그라운드 도체(12b)로부터 금속 하우징(30)으로 전달되는 안테나 전류는 주로 콘덴서(15)에 흐르므로, 과전류 보호 소자(16)에서의 안테나 전류의 손실이 저감되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

(감전 방지 기능을 위한 조건예)

감전 방지 기능을 얻기 위한, 콘덴서(15)의 용량의 상한값의 일례에 대해 설명한다.

도 15는 콘덴서(15)의 용량의 평가에 이용한 평가 회로의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 15의 평가 회로는 상용 전원(95), 그라운드 도체(12b), 접속 회로(19), 금속 하우징(30), 인체(96)를 직렬로 접속하여 구성되고, 상용 전원의 누설 전압이 인가되어 있는 금속 하우징(30)에 사용자가 접촉한 상태를 나타내고 있다. 상용 전원(95)과 인체(96)는 지면에서 접속되어 있다.

상용 전원(95)은 최대 순시값 Vmax, 주파수 f의 교류 전압을 발생시킨다. 접속 회로(19)는 콘덴서(15)와 과전류 보호 소자(16)의 합성 용량 C를 가진다. 인체(96)는 저항 Rh를 가진다. 접속 회로(19) 및 인체(96)로 이루어지는 전류 경로는 합성 임피던스 RT를 가진다.

이와 같이 구성되는 평가 회로에 흐르는 전류 Is는 식 1로 나타난다.

여기서, 저항 Rh를 젖은 상태에서의 인체의 저항값 1㏀으로 하고, 전류 Is를 인체가 감지하는 전류의 최소값 1㎃로 한다. 또한, 상용 전원(95)의 최대 순시값 Vmax를 340V로 하고, 주파수 f를 60㎐로 한다. 이들 값을 식 1에 대입하여 식 2를 얻는다.

식 2를 C에 대해 풀어, C=7.75×10³[㎊]로 구한다. 따라서, 접속 회로의 합성 용량 C를 7.75×10³[㎊] 이하로 함으로써, 상용 전원(95)의 누설 전압이 금속 하우징(30)에 인가된 경우여도 인체(96)에 흐르는 전류 Is는 1㎃ 이하로 억제된다.

접속 회로(19)의 구체예에서, 과전류 보호 소자(16)의 용량을 무시하고, 합성 용량 C를 4개의 콘덴서(15)의 병렬 용량이라고 생각하면, 콘덴서(15)의 용량(C1)의 상한값은 C/4=1.94×10³[㎊]이다.

또한, 콘덴서(15)의 용량(C1)의 구체값은 상술한 평가예에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 허용되는 전류값, 나라 또는 지역마다의 상용 전원의 최대 순시값, 접속 회로를 구성하는 콘덴서(15)의 개수 등, 다양한 파라미터가 다른 경우도 상술한 평가식에 기초하여 콘덴서(15)의 용량(C1)의 적절한 상한값이 구해진다.

(실시형태 3)

실시형태 3에서는, 그라운드 도체(12)에서의 안테나 전류의 분포를 고려한, 콘덴서(15) 및 과전류 보호 소자(16)의 알맞은 배치에 대해 설명한다.

도 16 및 도 17은 그라운드 도체(12)에 흐르는 안테나 전류의 일례를 나타내는 상면도이다. 금속 하우징(30)은 그라운드 도체(12)와 대향하여 배치되어 있다. 도 16 및 도 17에서는 간단 명료를 위해 콘택트 핀, 랜드 도체, 콘덴서, 및 과전류 보호 소자의 도시를 생략하고 있다.

도 16 및 도 17의 예에서는 급전 회로(40)의 일단(一端)에 역(逆) L형 안테나 도체(41) 및 역 F형 안테나 도체(42)가 각각 마련되고, 급전 회로(40)의 타단(他端)에 그라운드 도체(12)가 접속되어 있다. 안테나 도체(41, 42) 및 그라운드 도체(12) 모두, 안테나 도체(41, 42)의 급전선(41a, 42a)의 근원 부근에 마련되는 급전 회로(40)로부터 안테나 전류가 공급되고 있다.

급전 회로(40)로부터 출력된 안테나 전류는, 그라운드 도체(12)에서 경로(43)를 따라 흐른다. 일반적으로, 그라운드 도체(12)의 바깥둘레의 길이가, 파장 단축 효과도 포함시켜 안테나의 공진 주파수의 λ/2 이하인 경우에는, 도 16의 역 L형에서는 안테나 도체(41)의 급전선(41a)과의 접속점 부근에서 최대가 되고, 도 17의 역 F형에서는 안테나 도체(42)의 단락선(42b)과의 접속점 부근에서 최대가 된다.

그라운드 도체(12)에서의 안테나 전류의 분포를 고려한, 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 알맞은 배치에 대해 설명을 계속한다.

설명을 위해, 그라운드 도체(12)의 안테나 전류의 최대점을 포함하는 영역을 제1 영역(111)으로 하고, 상기 안테나 전류의 경로(43)를 포함하는 영역을 제2 영역(112)으로 하며, 그 밖의 영역을 제3 영역(113)으로 한다. 또한, 제1 영역(111), 제2 영역(112), 및 제3 영역(113)은 그라운드 도체(12) 상에서의 장소를 나타내며, 그라운드 도체(12)가 실제로 분할되어 있는 것은 아니다.

도 18~도 21은 콘덴서 및 과전류 보호 소자의 배치의 일례를 나타내는 상면도이다. 도 18~도 21에서 원으로 둘러싼 부호(C)는 콘덴서를 나타내고, 원으로 둘러싼 부호(E)는 과전류 보호 소자를 나타내고 있다. 콘덴서 및 과전류 보호 소자는 각각 대응하는 부호의 위치에서 그라운드 도체(12)와 금속 하우징(30)에 접속되어 있다.

도 18~도 21에 나타내는 바와 같이, 콘덴서는, 제1 영역(111)과 제1 영역(111)에 대향하는 금속 하우징(30)의 영역에 접속되어 있어도 된다. 즉, 하우징 내의 그라운드 도체 중, 급전 회로(40)에 가장 가까운 부분에서는 콘덴서를 통해 금속 하우징에 접속하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 상기 콘덴서는 그라운드 도체(12)의 안테나 전류가 가장 큰 영역과 금속 하우징(30)을 접속하므로, 그라운드 도체(12)의 안테나 전류는 금속 하우징(30)에 효율적으로 전달된다. 이로써, 보다 많은 안테나 전류가 금속 하우징(30)에 공급되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 도 18~도 21에 나타내는 바와 같이, 다른 콘덴서는, 제2 영역(112)과 제2 영역(112)에 대향하는 금속 하우징(30)의 영역에 접속되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, Q값이 높은 콘덴서가, 그라운드 도체(12)의 안테나 전류가 큰 영역과 금속 하우징(30)을 접속하므로, 그라운드 도체(12)의 안테나 전류는 금속 하우징(30)에 효율적으로 전달된다. 이로써, 보다 많은 안테나 전류가 금속 하우징(30)에 공급되어, 양호한 안테나 특성이 얻어진다.

또한, 도 18 및 도 21에 나타내는 바와 같이, 과전류 보호 소자는, 제3 영역(113)과 제3 영역(113)에 대향하는 금속 하우징(30)의 영역에 접속되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 과전류 보호 소자는, 그라운드 도체(12)의 안테나 전류가 작은 영역과 금속 하우징(30)을 접속하므로, 양호한 안테나 특성을 얻기 위한 상기 콘덴서의 배치를 방해하지 않고, 상기 콘덴서를 서지 전압으로부터 보호할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 따른 휴대 무선 단말에 대해 설명했지만, 본 발명은 각각의 실시형태에는 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한, 당업자가 생각해내는 각종 변형을 본 실시형태에 실시한 것이나, 다른 실시형태에서의 구성 요소를 조합하여 구축되는 형태도, 본 발명의 하나 또는 복수의 양태의 범위 내에 포함되어도 된다.

본 발명은 예를 들면, 스마트폰이나 태블릿 PC 등의, 금속 하우징을 포함하는 휴대 무선 단말로 이용할 수 있다.

1, 1a, 1b, 1c: 휴대 무선 단말 10, 10a, 10b, 10c: 프린트 배선판
11: 회로 블록 12, 12a, 12b, 12c: 그라운드 도체
13: 콘택트 핀 14: 랜드 도체
15: 콘덴서 16: 과전류 보호 소자
17: 배터리 18, 19: 접속 회로
20: 수지 하우징 21: 투명창
30, 30a: 금속 하우징 31: 콘택트 패드
40: 급전 회로 41, 42: 안테나 도체
41a, 42a: 급전선 42b: 단락선
43: 안테나 전류의 경로 80, 81: 누설 전류
82: 서지 전류 90, 95: 상용 전원
91: 상용 전원의 한쪽 단자 92: 충전기
94: ESD 시뮬레이터 96: 인체
111: 제1 영역 112: 제2 영역
113: 제3 영역

Claims

금속 하우징과,
상기 금속 하우징 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체를 가지는 프린트 배선판과,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속된 콘덴서와,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자를 포함하고,
상기 그라운드 도체에서, 상기 콘덴서가 접속되어 있는 영역에 흐르는 안테나 전류는, 상기 과전류 보호 소자가 접속되어 있는 영역에 흐르는 안테나 전류 이상인 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
제1항에 있어서,
상기 과전류 보호 소자의 용량은 상기 콘덴서의 용량보다 작은 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 과전류 보호 소자는, 세라믹 소체 내에 한 쌍의 방전 전극을 가진 방전 갭(gap) 방식의 과전류 보호 소자인 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
금속 하우징과,
상기 금속 하우징 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체를 가지는 프린트 배선판과,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속된 콘덴서와,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자를 포함하고,
상기 콘덴서는, 세라믹 소체 내에 복수 쌍의 내부전극을 가진 적층형 세라믹 콘덴서인 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
금속 하우징과,
상기 금속 하우징 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체를 가지는 프린트 배선판과,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속된 콘덴서와,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자를 포함하고,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체는 서로 대향하여 배치되며,
상기 그라운드 도체의 안테나 전류의 최대점을 포함하는 영역을 제1 영역으로 하고, 상기 안테나 전류의 경로를 포함하는 영역을 제2 영역으로 하며, 그 밖의 영역을 제3 영역으로 할 때,
상기 콘덴서는, 상기 제1 영역과 상기 제1 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
제5항에 있어서,
다른 콘덴서를 더 포함하고,
상기 다른 콘덴서는, 상기 제2 영역과 상기 제2 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
제5항에 있어서,
상기 과전류 보호 소자는, 상기 제3 영역과 상기 제3 영역에 대향하는 상기 금속 하우징의 영역에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.
금속 하우징과,
상기 금속 하우징 내에 마련되고, 전원 회로 및 안테나 양쪽의 그라운드 플레인을 구성하는 그라운드 도체를 가지는 프린트 배선판과,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속된 콘덴서와,
상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체에 접속되고, 동작 전압이 상용 전원 전압의 최대 순시값보다 높은 과전류 보호 소자를 포함하고,
상기 안테나에 흐르는 전류의 주파수에서 상기 금속 하우징과 상기 그라운드 도체 사이의 임피던스는, 상기 상용 전원 전압의 주파수에서 상기 임피던스보다 낮은 것을 특징으로 하는 휴대 무선 단말.