KR102475369B1 - 정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치 - Google Patents

정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치 Download PDF

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Abstract

정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자는 한 쌍의 하면전극, 한 쌍의 상면전극, 한 쌍의 내부전극, 및 전극들의 쌍 각각을 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하는 바리스터기판; 바리스터기판과 병렬 연결되도록 바리스터기판의 상면전극에 적층 결합되며 단일부품으로 이루어진 커패시터; 및 바리스터기판의 상면 및 커패시터를 몰딩하는 몰딩부를 포함한다. 이에 의하면, 정전기에 대한 내성을 강화하고 커패시턴스 용량을 동시에 향상시키므로, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 제조공정을 단순화하고 다양한 용량에 따른 라인업이 용이하여 제조효율을 향상시키고 제조단가를 감소시킬 수 있으며, 바리스터기판의 온도특성을 보완하여 전체 패키지의 온도특성을 안정화시킬 수 있으므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치{ESD protection device and method thereof and mobile electronic device with the same}
본 발명은 스마트폰 등과 같은 전자장치용 정전기보호소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전기(ESD)에 대한 내성, 온도특성, 및 커패시턴스 용량을 동시에 향상시킬 수 있는 정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치에 관한 것이다.
최근의 휴대용 전자장치는 심미성과 견고함을 향상시키기 위해 메탈 재질의 하우징의 채택이 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 이러한 메탈 재질의 하우징은 재질의 특성상 전기전도도가 우수하기 때문에, 특정 소자를 통하여 또는 부위에 따라 외장 하우징과 내장 회로부 사이에 전기적 경로가 형성될 수 있다. 특히, 메탈 하우징과 회로부가 루프를 형성함에 따라, 외부의 노출면적이 큰 메탈 하우징과 같은 전도체를 통하여 순간적으로 높은 전압을 갖는 정전기가 유입되는 경우, IC 등의 회로부를 파손시킬 수 있기 때문에 이 대한 대책이 요구되고 있다.
더욱이, 이러한 정전기가 그 특성상 평면보다는 뾰족한 형상의 첨단부로 더 잘 유입되기 때문에, 이러한 부분에 대해서는 정전기의 내성을 더 강화시킬 필요성이 있다.
한편, 이러한 휴대용 전자장치는 통신 기능을 필수적으로 수반하기 때문에 통신신호를 감쇄 없이 안정적으로 처리하기 위해서는 고용량의 커패시턴스가 요구되며, 특히, 회로기판 상에서 배치되는 위치에 따라 다양한 커패시턴스가 요구되고 있다.
이러한 실정에서, 정전기보호소자로서 바리스터를 이용하는 경우, 정전기에 대한 내성을 강화할 수 있으나, 고용량의 커패시턴스를 달성하기 용이하지 않으며, 더욱이, 바리스터 재료의 특성상 온도변화율이 높기 때문에 다른 재료 또는 부품과 조합하여 사용하는 경우 전체 온도특성의 열화를 초래한다.
따라서, 휴대용 전자장치에서 정전기 유입이 용이한 위치별로 정전기 내성을 강화시키는 동시에 다양한 고용량 커패시턴스를 구현하고, 이와 함께 온도 안정화를 위한 대책이 시급한 실정이다.
KR 10-0684334 B1 (2007.02.12 등록)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 정전기 보호기능과 커패시터 기능을 별도로 구비하여 단일 패키지화함으로써 정전기에 대한 내성, 온도특성, 및 커패시턴스 용량을 동시에 향상시킬 수 있는 정전기보호소자, 그 제조 방법 및 이를 구비한 휴대용 전자장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 한 쌍의 하면전극, 한 쌍의 상면전극, 한 쌍의 내부전극, 및 상기 전극들의 쌍 각각을 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하는 바리스터기판; 상기 바리스터기판과 병렬 연결되도록 상기 바리스터기판의 상면전극에 적층 결합되며 단일부품으로 이루어진 커패시터; 및 상기 바리스터기판의 상면 및 상기 커패시터를 몰딩하는 몰딩부를 포함하는 정전기보호소자를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 내부전극은 동일 평면 상에서 일정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
또한, 상기 몰딩부는 에폭시로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커패시터는 플립칩 형태로 상기 바리스터기판에 적층 결합될 수 있다.
또한, 상기 커패시터는 솔더링에 의해 상기 바리스터기판에 적층 결합될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 상면전극 사이의 간격(a)은 상기 한 쌍의 하면전극 사이의 간격(b)보다 작을 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 상면전극 및 상기 커패시터의 하면에 의해 형성되는 공간은 방전물질이 충진될 수 있다.
또한, 상기 방전물질은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질 또는 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 연결부는 상기 바리스터기판에 관통 형성되는 도전성비아일 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 연결부는 상기 바리스터기판의 양측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 바리스터기판은 ZnO, SrTiO3, BaTiO3, SiC 중 하나 이상을 포함하는 반도성 재료, 또는 Pr 및 Bi 계 재료 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커패시터는 COG 타입의 LCC일 수 있다.
한편, 본 발명은 도전성 케이스에서 외측으로 돌출 형성되는 첨단부를 포함하는 전도체; 회로부; 및 상기 전도체와 회로부를 전기적으로 연결하는 정전기보호소자를 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다. 여기서, 상기 정전기보호소자는 상술한 바와 같은 구조 및 특성을 갖는 다양한 실시예의 정전기보호소자가 바람직하게 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 전도체는 사이드 키를 포함할 수 있다.
또한, 상기 첨단부는 외부 기기와 연결을 위한 커넥터의 삽입구의 일단을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 대면적 바리스터기판에 단위 구역별로 한 쌍의 내부전극, 한 쌍의 상면전극, 한 쌍의 하면전극, 및 상기 전극들의 쌍 각각을 한 쌍의 연결부를 형성하는 단계; 상기 상면전극에 단일부품으로 이루어진 커패시터를 플립칩 형태로 솔더링하여 적층 결합하는 단계; 상기 바리스터기판의 상면 및 상기 커패시터를 에폭시필름으로 몰딩하는 단계; 및 상기 단위 구역별로 절단하는 단계를 포함하는 정전기보호소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 정전기보호소자의 제조 방법은 상기 형성하는 단계 이후에, 상기 한 쌍의 상면전극 사이의 공간에 방전물질을 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정전기보호소자의 제조 방법은 상기 결합하는 단계 이후에, 상기 한 쌍의 상면전극 및 상기 커패시터의 하면에 의해 형성되는 공간을 방전물질으로 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰딩하는 단계는 에폭시필름을 상기 바리스터기판 및 상기 커패시터의 상측에 배치하여 경화할 수 있다.
또한, 상기 형성하는 단계는 상기 한 쌍의 상면전극 사이의 간격(a)이 상기 한 쌍의 하면전극 사이의 간격(b)보다 작게 되도록 상기 상면전극 및 상기 하면전극을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 정전기 보호기능과 커패시터 기능을 별도로 구비하고 단일 패키지화함으로써, 정전기에 대한 내성을 강화하고 커패시턴스 용량을 동시에 향상시키므로, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 정전기 보호기능과 커패시터 기능을 별도로 바리스터기판과 MLCC 단일부품 형태로 구비하고 단일 패키지화함으로써, 제조공정을 단순화하고 다양한 용량에 따른 라인업이 용이하여 제조효율을 향상시키고 제조단가를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 COG 타입의 MLCC 단일부품을 사용하여 커패시턴스를 구현함으로써, 정전기 보호기능의 온도특성을 보완하여 전체 패키지의 온도특성을 안정화시킬 수 있으므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 단일 MLCC 부품을 이용함으로써, 커패시턴스의 구현시 설계 자유도가 증가하므로, 다양한 용량의 라인업이 가능하여 별도의 공정 변경 없이도 고객사의 요구에 신속히 대응할 수 있다.
또한, 본 발명은 MLCC 단일부품과 바리스터기판을 몰딩하여 단일 패키지화함으로써, MLCC 단일부품 및 바리스터기판을 보호하는 동시에 전체 칩 사이즈의 크기를 일정하게 규격화할 수 있고, 제조공정 상에서 픽업성을 향상시킬 수 있으므로, 정전기보호소자의 픽업을 위한 별도의 노력이 필요없어 제조효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 대면적 바리스터기판을 이용하고 에폭시필름을 경화시켜 몰딩함으로써, 대량생산이 용이하므로, 폐기되는 원자재를 감소시켜 제조비용을 더욱 감소시키고 환경 개선에 이바지할 수 있다.
또한, 본 발명은 바리스터를 단층으로 구성함으로써, 커패시턴스를 형성하기 위한 공간을 충분히 확보하여 고용량의 커패시턴스를 구현하기 용이하거나, 상대적으로 체적이 큰 단일 커패시터를 이용하면서도 칩 사이즈를 일정하게 규격화할 수 있다.
또한, 본 발명은 바리스터기판의 상면전극 사이의 간격을 하면전극 사이의 간격에 비하여 작게 형성함으로써, 상면전극 사이의 공간을 통한 정전기 방전이 가능하여 정전기의 방전 경로가 부가되어 정전기에 대한 내성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에서 몰딩부를 제거한 상태의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자에서 기판의 상면전극 사이의 간격과 하면전극 사이의 간격의 관계를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자에서 바리스터기판의 일례를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자에서 바리스터기판의 다른 예를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자에서 MLCC를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자의 제조 방법을 나타낸 순서도,
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자의 제조 방법에 따른 각 단계를 나타낸 단면도, 그리고,
도 13은 바리스터와 유전체의 온도변화율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자(100)는 도 1, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 바리스터기판(110), 커패시터(120), 및 몰딩부(130)를 포함한다.
바리스터기판(110)은 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 하면전극(111a,111b), 한 쌍의 상면전극(112a,112b), 한 쌍의 내부전극(113a,113b), 및 한 쌍의 연결부(114a,114b)를 포함한다.
한 쌍의 하면전극(111a,111b)은 정전기보호소자(100)를 회로기판에 실장하기 위한 것으로서, 바리스터기판(110)의 하면 양측에 형성될 수 있다.
한 쌍의 상면전극(112a,112b)은 커패시터(120)와 병렬로 연결하기 위한 것으로서, 바리스터기판(110)의 상면 양측에 형성될 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이에 공간(101)이 형성될 수 있다. 이러한 공간(101)은 한 쌍의 상면전극(112a,112b)을 통한 정전기(ESD)의 방전 경로를 형성할 수 있다.
즉, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 공간(101)을 통한 정전기 방전이 가능하여 바리스터기판(110)의 한 쌍의 내부전극(113a,113b)과 별도로 정전기의 방전 경로가 부가되어 정전기에 대한 내성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 간격(a)은 한 쌍의 하면전극(111a,111b) 사이의 간격(b)보다 작을 수 있다. 이에 의해, 외부에서 유입되는 정전기는 한 쌍의 하면전극(111a,111b)을 통하여 방전되기 전에 한 쌍의 상면전극(112a,112b)만을 통하여 방전될 수 있다.
한 쌍의 내부전극(113a,113b)은 동일 평면 상에서 일정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
여기서, 정전기보호소자(100)는 별도의 단일부품 커패시터(120)를 구비하므로, 바리스터기판(110)에 의해 커패시턴스를 구현할 필요가 없으며, 더욱이, 바리스터기판(110)이 온도변화율이 높기 때문에, 그 내부에 커패시턴스를 형성하면 온도에 따라 커패시턴스가 변경되므로, 오히려 전체 패키지의 커패시턴스에 악영향을 미치므로, 가급적 커패시턴스를 형성하는 적층 구조를 배제하여 동일 평면 상에 전극을 배치하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 바리스터기판(110)의 두께를 박형화할 수 있다. 따라서, 커패시터(120)가 적층된 상태에서도 정전기보호소자(100)의 전체 두께의 증가를 방지하여 일정한 칩 사이즈로 규격화하는 것이 용이할 수 있다.
즉, 바리스터기판(110)의 박형화에 따라 일정한 규격의 칩 사이즈 내에서 커패시턴스를 형성하기 위한 공간이 상대적으로 증가하기 때문에 충분한 공간을 확보하여 고용량의 커패시턴스를 구현하기 용이하고, 또한, 상대적으로 체적이 큰 단일부품 커패시터(120)를 이용하면서도, 전체 칩 사이즈를 일정하게 규격화할 수 있다.
이러한 한 쌍의 내부전극(113a,113b)은 한 쌍의 연결부(114a,114b)를 통하여 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 및 한 쌍의 하면전극(111a,111b)에 각각 연결될 수 있다. 즉, 일측의 내부전극(113a)은 연결부(114a)를 통하여 상면전극(112a) 및 하면전극(111a)에 각각 연결되고, 타측의 내부전극(113b)은 연결부(114b)를 통하여 상면전극(112b) 및 하면전극(111b)에 각각 연결될 수 있다.
상기 한 쌍의 연결부(114a,114b)는 바리스터기판(110)에 관통 형성되는 도전성비아(114a,114b)일 수 있다. 여기서, 한 쌍의 도전성비아(114a,114b)는 바리스터기판(110)을 관통하는 관통홀을 형성한 후 도전성물질로 충진되어 형성될 수 있다. 이러한 한 쌍의 도전성비아(114a,114b)에 의해 바리스터기판(110)은 커패시터(120)와 병렬로 연결될 수 있다.
여기서, 한 쌍의 도전성비아(114a,114b)는 바리스터기판(110)의 내부에 형성되기 때문에, 한 쌍의 내부전극(113a,113b) 사이의 간격(d1)이 감소하여 그에 따른 용량이 제한되므로 이를 극복하기 위해 바리스터기판(110)의 양측면에 한 쌍의 측면전극(114a',114b')이 구비될 수 있다.
일례로, 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 내부전극(113a,113b) 사이의 간격(d1)이 한 쌍의 도전성비아(114a,114b) 사이로 제한되므로 항복전압(Vbr)의 크기가 제한된다.
항복전압(Vbr)의 크기를 증가시키기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 바리스터기판(110')은 상기 한 쌍의 연결부가 바리스터기판(110')의 양측면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 연결부는 한 쌍의 측면전극(114a',114b')일 수 있다.
여기서, 한 쌍의 측면전극(114a',114b')은 바리스터기판(110)의 측면 일부를 드릴 가공 또는 펀칭 가공하여 반구형 홈을 형성하고, 도전성물질을 형성된 홈의 표면에 도포하거나 홈 내부에 충진하여 형성될 수 있다.
이때, 한 쌍의 측면전극(114a',114b')에 각각 연결되는 한 쌍의 내부전극(113a,113b) 사이의 간격(d2)은 도 4에 비하여 증가하기 때문에, 항복전압(Vbr)을 증가시킬 수 있다.
이러한 바리스터기판(110)은 몸체(110a)가 바리스터 물질로 이루어지며, 일례로, ZnO, SrTiO3, BaTiO3, SiC 중 하나 이상을 포함하는 반도성 재료, 또는 Pr 및 Bi 계 재료 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 바리스터기판(110)은 한 쌍의 내부전극(122a,122b) 사이의 간격(d1) 및 바리스터 물질의 입경이 항복전압(Vbr)을 만족할 수 있도록 형성될 수 있다.
커패시터(120)는 바리스터기판(110)과 병렬 연결되도록 바리스터기판(110)의 한 쌍의 상면전극(112a,112b)에 적층 결합된다. 이러한 커패시터(120)는 단일부품으로 이루어진다.
일례로, 커패시터(120)는 COG 타입의 MLCC(Multilayer Ceramic Capacitor)일 수 있다. 여기서, COG 특성은 EIA(Electrical Industries Association)에서 규정하는 바와 같이 -55∼125℃의 사용온도 범위 내에서 0±30ppm/℃의 온도계수를 만족한다. 따라서, 이러한 COG 타입의 커패시터(120)는 온도변화율이 매우 작기 때문에, 온도변화율이 큰 바리스터기판(110)에 대한 온도보상 기능을 제공할 수 있다.
즉, 바리스터기판(110)은 재료의 특성상 온도변화율이 크기 때문에, 빈번한 사용에 따른 온도의 변화가 극심한 휴대용 전자장치에 사용되는 경우, 다른 부품에 영향을 미칠 수 있으므로, COG 타입 커패시터(120)에 의해 바리스터기판(110)의 온도변화에 따른 특성 열화를 보상할 수 있다.
한편, 바리스터 재료와 유전체의 온도변화율을 비교하여 보면(도 13 참조), 전체 온도 범위에서 유전체는 1% 미만의 온도변화율을 갖는 반면, 바리스터 재료는 온도에 따라 변화율이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 특히, 바리스터 재료는 5%이상의 변화율이 발생하는 경우도 있기 때문에, 신호특성상 커패시턴스 값이 5% 이내로 관리되어야 하는 경우에는 오차 범위 내에서 커패시턴스를 구현하기 곤란하므로, 커패시턴스는 유전체를 이용하여 구현하는 것이 바람직하다.
이때, 유전체만으로 ESD 보호기능을 구현하는 경우, 선형적인 ESD 보호기능을 제공하기 어려운 점이 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기보호소자(100)는 ESD 기능을 제공하는 동시에 온도특성을 개선하고, 단일 칩에 의한 규격화를 위해 ESD 보호 기능은 바리스터 재료로 구현하고, 커패시턴스는 유전체로 구현한다.
이와 같이, COG 타입의 MLCC를 이용함으로써, 온도변화율이 높은 바리스터와 같은 기판(210)의 온도특성을 보완하여 전체 패키지의 온도특성을 안정화시킬 수 있으므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 기존의 다양한 용량으로 제조된 MLCC를 이용함으로써, 커패시턴스의 구현시 설계 자유도가 증가하므로, 별도의 공정 변경 없이도 다양한 용량의 라인업이 가능하여 고객사의 요구에 신속히 대응할 수 있다.
일례로, 커패시터(120)는 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외부전극(121a,121b) 및 복수의 커패시터전극(122a,122b)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 외부전극(121a,121b)은 커패시터(120)의 양측면에 구비되며, 솔더링을 통하여 바리스터기판(110)의 한 쌍의 상면전극(112a,112b)에 결합될 수 있다.
복수의 커패시터전극(122a,122b)은 복수의 시트층(120a) 상에 각각 형성될 수 있다.
이러한, 커패시터(120)는 복수의 시트층(120a)이 적층된 것일 수 있다(도 6 참조). 여기서, 복수의 시트층 각각은 유전율을 갖는 절연체로 이루어질 수 있으며, 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 세라믹 재료는 Er2O3, Dy2O3, Ho2O3, V2O5, CoO, MoO3, SnO2, BaTiO3, 및 Nd2O3 중 선택된 1종 이상을 포함하는 금속계 산화 화합물로 이루어질 수 있다.
이러한 커패시터(120)는 바리스터기판(110)의 한 쌍의 상면전극(112a,112b)에 플립칩 형태로 적층 결합될 수 있다. 이때, 커패시터(120)는 솔더링에 의해 바리스터기판(110)에 적층 결합될 수 있다.
한편, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 공간(101)에 의한 방전 기능을 향상시키기 위해, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 및 커패시터(120)의 하면에 의해 형성되는 공간(101)은 그 일부 또는 전부에 방전물질이 충진될 수 있다.
여기서, 상기 방전물질은 유전율이 낮고 전도도가 없으며, 과전압 인가시 쇼트(short)가 없어야 한다. 이를 위해, 상기 방전물질은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질로 이루어질 수 있으며, SiC 또는 실리콘 계열의 성분을 포함하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
몰딩부(130)는 바리스터기판(110) 및 커패시터(120)를 몰딩부재에 의해 몰딩한다. 즉, 몰딩부(130)는 바리스터기판(110)의 상면 및 커패시터(120)를 덮도록 몰딩한다. 일례로, 상기 몰딩부재는 에폭시로 이루어질 수 있다. 여기서, 몰딩부(130)는 에폭시필름을 경화시켜 형성될 수 있다.
이러한 몰딩부(130)에 의해 바리스터기판(110)과 커패시터(120)를 몰딩하여 단일 패키지화함으로써, 바리스터기판(110) 및 커패시터(120)를 보호하는 동시에 다양한 용량 및 특성의 단일부품 커패시터(120)를 이용하는 경우에도 전체 칩 사이즈를 일정하게 규격화할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정 상에서 픽업성을 향상시킬 수 있으므로, 정전기보호소자(100)의 픽업을 위한 별도의 노력이 필요없어 제조효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 바리스터기판(110) 및 커패시터(120)를 단일 패키지화함으로써, 바리스터기판(110)과 커패시터(120)가 상이한 재료에 의해 서로 영향을 받지 않고 독립적으로 구비될 수 있으므로 정전기에 대한 내성을 강화하고 커패시턴스의 용량을 동시에 향상시키므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 단일부품의 MLCC를 이용함으로써, 기제작된 다양한 용량의 MLCC에 의해 다양한 커패시턴스를 용이하게 구현할 수 있으므로, 추가적인 공정의 변경 없이도 다양한 용량의 라인업을 구성할 수 있고 따라서, 고객사에 요구에 빠르게 대응할 수 있다.
이와 같은 정전기보호소자(100)는 휴대용 전자 장치에서, 외장 메탈케이스와 같은 전도체와 회로부 사이를 전기적으로 연결하도록 배치될 수 있다. 이때, 정전기보호소자(100)는 회로부의 접지에 직접 연결되어 유입되는 정전기를 회로부로 전달하지 않고 접지로 바이패스시킬 수 있다.
선택적으로, 정전기보호소자(100)가 회로부의 접지에 직접 연결되지 않은 경우, 즉, 전도체와 회로부를 전기적으로 연결하여 정전기를 통과시키기만 하는 경우, 휴대용 전자장치는 정전기를 접지로 바이패스하기 위한 별도의 보호소자를 구비할 수 있다. 이러한 보호소자는 써프레서 또는 바리스터일 수 있다.
여기서, 상기 휴대용 전자장치는 휴대가 가능하고 운반이 용이한 휴대용 전자기기의 형태일 수 있다. 일례로, 상기 휴대용 전자장치는 스마트폰, 셀룰러폰 등과 같은 휴대단말기일 수 있으며, 스마트 워치, 디지털 카메라, DMB, 전자책, 넷북, 태블릿 PC, 휴대용 컴퓨터 등일 수 있다. 이러한 전자장치들은 외부기기와의 통신을 위한 안테나 구조들을 포함하는 임의의 적절한 전자 컴포넌트들을 구비할 수 있다. 더불어, 와이파이(WiFi) 및 블루투스와 같은 근거리 네트워크 통신을 사용하는 기기일 수 있다.
이때, 상기 전도체는 도전성 케이스에서 외측으로 돌출 형성되는 첨단부를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 전도체는 사이드 키를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 첨단부는 외부 기기와 연결을 위한 커넥터의 삽입구, 일례로, 이어폰, 충전 케이블, 데이터 케이블 등이 삽입되는 커넥터의 삽입구의 일단을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 정전기보호소자(100)는 정전기의 유입 가능성이 높은 외부로 돌출된 부분이나 뾰족한 형상을 갖는 부분과 회로부를 연결하기는 경우, 정전기(ESD)에 대한 내성, 온도특성, 및 커패시턴스 용량을 동시에 향상시킬 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전기보호소자의 제조 방법을 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정전기보호소자의 제조 방법(800)은 바리스터기판(110)에 내외부 전극을 형성하는 단계(S810), 바리스터기판(110)에 커패시터(120)를 적층하는 단계(S820), 몰딩용 필름에 의해 몰딩하는 단계(S830 및 S840), 및 단위소자로 절단하는 단계(S850)를 포함한다.
보다 상세하게는, 먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 대면적 바리스터기판(110a)에 단위 구역별로 한 쌍의 하면전극(111a,111b), 한 쌍의 상면전극(112a,112b), 적어도 한 쌍의 내부전극(113a,113b), 및 상기 전극들의 쌍 각각을 연결하는 한 쌍의 연결부(114a, 114b)를 형성한다(단계 S810).
여기서, 대면적 바리스터기판(110a)은 한 쌍의 내부전극(113a,113b)이 동일 평면 상에서 일정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
이때, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 간격이 한 쌍의 하면전극(111a,111b) 사이의 간격보다 작게 되도록 대면적 바리스터기판(110a)의 하면에 한 쌍의 하면전극(111a,111b)을 형성하고, 대면적 바리스터기판(110a)의 상면에 한 쌍의 상면전극(112a,112b)을 형성할 수 있다.
여기서, 한 쌍의 연결부(114a,114b)는 도전성비아나 측면전극일 수 있다. 이때, 한 쌍의 도전성비아(114a,114b)는 대면적 바리스터기판(110a)에서 단위 구역 내에 관통홀을 형성한 후 관통홀에 도전성물질을 충진하여 형성될 수 있다.
또한, 한 쌍의 측면전극(114a',114b')은 대면적 바리스터기판(110a)에서 단위 구역의 경계면, 즉, 절단면(c) 상에 관통홀을 형성한 후에 관통홀에 도전성물질을 충진하거나 관통홀의 내벽에 도전성물질을 도포하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상면전극(112a,112b)에 커패시터(120)를 플립칩 형태로 솔더링하여 적층 결합한다(단계 S820). 여기서, 커패시터(120)는 단일부품으로서 COG 타입의 MLCC일 수 있으며, 사전 제작되거나 기존의 제품일 수 있다.
이때, 커패시터(120)의 한 쌍의 외부전극(121a,121b)이 대면적 바리스터기판(110a)의 한 쌍의 상면전극(112a,112b)에 각각 결합되도록 적층결합할 수 있다. 이에 의해, 대면적 바리스터기판(110a)의 단위 구역별로 커패시터(120)가 바리스터기판(110)과 병렬로 연결될 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 몰딩용 필름(130a)을 대면적 바리스터기판(110a)의 상면 및 커패시터(120)의 상측에 배치한다(단계 S830). 이때, 몰딩용 필름(130a)은 대면적 바리스터기판(110a)의 크기에 동일한 크기의 대면적 필름일 수 있다. 여기서, 몰딩용 필름(130a)은 에폭시필름일 수 있다.
이와 같이 배치된 상태에서 에폭시필름(130a)을 대면적 바리스터기판(110a)의 상면 및 커패시터(120)를 덮도록 열융착하여 경화시킬 수 있다(단계 S840). 이때, 에폭시필름(130a)이 용해되어 도 12에 도시된 바와 같이, 대면적 바리스터기판(110a)의 상면 및 커패시터(120)를 에폭시로 몰딩할 수 있다.
이에 의해, 대량생산이 용이하므로, 폐기되는 원자재를 감소시켜 제조비용을 더욱 감소시키고 환경 개선에 이바지할 수 있다.
이와 같이 몰딩이 완료된 후, 경계선(c)을 따라 단위 구역별로 절단한다. 이에 의해 단위 구역별로 정전기보호소자(100)가 제조될 수 있다. 이때, 대면적 바리스터기판(110a)의 경계선(c)에서 관통홀에 의해 전극이 형성된 경우, 경계선(c)의 절단면을 따라 한 쌍의 측면전극(114a',114b')이 외부로 노출될 수 있다.
한편, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 공간(101)에 대한 방전 특성을 향상시키기 위해 공간(101)에 방전물질을 형성할 수 있다.
일례로, 도 9에서와 같이, 한 쌍의 상면전극(112a,112b)을 형성한 후, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 사이의 공간(101)에 방전물질을 충진할 수 있다.
대안적으로, 도 10에서와 같이, 커패시터(120)를 대면적 바리스터기판(110a)에 적층 결합한 후, 한 쌍의 상면전극(112a,112b) 및 커패시터(120)의 하면에 의해 형성되는 공간(101) 방전물질로 충진할 수 있다.
여기서, 상기 방전물질은 유전율이 낮고 전도도가 없으며, 과전압 인가시 쇼트(short)가 없어야 한다. 이를 위해, 상기 방전물질은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질로 이루어질 수 있으며, SiC 또는 실리콘 계열의 성분을 포함하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 바리스터기판(110)과 단일부품의 커패시터(120)를 별도로 구비하여 단일 패키지화함으로써, 실질적으로 기판 형성 공정과 패키지 공정만을 이용하여 제조공정을 단순화할 수 있다. 특히, 커패시터(120)를 단일부품으로 이용함으로써, 고객사가 요구하는 다양한 용량에 따른 라인업이 용이하여 제조효율을 향상시키고 제조단가를 감소시킬 수 있는 동시에 고객사의 요구에 신속히 대응할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 정전기보호소자 101 : 공간
110,110' : 바리스터기판 110a : 대면적 바리스터기판
111a,111b : 하면전극 112a,112b : 상면전극
113a,113b,113a',113b' : 내부전극 114a,114b : 도전성비아
114a',114b' : 측면전극 120 : 커패시터
121a,121b : 외부전극 122a,122b : 커패시터전극
130 : 몰딩부 130a ; 에폭시필름

Claims (20)

  1. 한 쌍의 하면전극, 한 쌍의 상면전극, 한 쌍의 내부전극, 및 상기 하면전극의 쌍과 상기 상면전극의 쌍을 각각 연결하는 한 쌍의 연결부를 포함하는 바리스터기판;
    상기 바리스터기판과 병렬 연결되도록 상기 바리스터기판의 상면전극에 적층 결합되며 단일부품으로 이루어진 커패시터; 및
    상기 바리스터기판의 상면 및 상기 커패시터를 몰딩하는 몰딩부;를 포함하며,
    상기 한 쌍의 상면전극 및 상기 커패시터의 하면에 의해 형성되는 공간은 방전물질이 충진되는 정전기보호소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내부전극은 동일 평면 상에서 일정 간격으로 이격 배치되는 정전기보호소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는 플립칩 형태로 상기 바리스터기판에 적층 결합되는 정전기보호소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커패시터는 솔더링에 의해 상기 바리스터기판에 적층 결합되는 정전기보호소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 상면전극 사이의 간격(a)은 상기 한 쌍의 하면전극 사이의 간격(b)보다 작은 정전기보호소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방전물질은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질 또는 반도체 물질로 이루어지는 정전기보호소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 연결부는 상기 바리스터기판에 관통 형성되는 도전성비아인 정전기보호소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 연결부는 상기 바리스터기판의 양측면에 형성되는 정전기보호소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바리스터기판은 ZnO, SrTiO3, BaTiO3, SiC 중 하나 이상을 포함하는 반도성 재료, 또는 Pr 및 Bi 계 재료 중 어느 하나로 이루어진 정전기보호소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는 COG 타입의 MLCC인 정전기보호소자.
  12. 도전성 케이스에서 외측으로 돌출 형성되는 첨단부를 포함하는 전도체;
    회로부; 및
    상기 전도체와 회로부를 전기적으로 연결하는 청구항 1 내지 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 정전기보호소자를 포함하는 휴대용 전자장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전도체는 사이드 키를 포함하는 휴대용 전자장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 첨단부는 외부 기기와 연결을 위한 커넥터의 삽입구의 일단을 포함하는 휴대용 전자장치.
  15. 한 쌍의 내부전극, 한 쌍의 상면전극, 한 쌍의 하면전극, 및 상기 하면전극의 쌍과 상기 상면전극의 쌍을 각각 연결하는 한 쌍의 연결부를, 대면적 바리스터기판에 단위 구역별로 형성하는 단계;
    상기 상면전극에 단일부품으로 이루어진 커패시터를 플립칩 형태로 솔더링하여 적층 결합하는 단계;
    상기 바리스터기판의 상면 및 상기 커패시터를 에폭시필름으로 몰딩하는 단계; 및
    상기 단위 구역별로 절단하는 단계;를 포함하며,
    상기 한 쌍의 상면전극 및 상기 커패시터의 하면에 의해 형성되는 공간은 방전물질이 충진되는 정전기보호소자의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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