KR19980070929A - 압전 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 변환기의 실장에 있어서, 실장 두께를 얇게 함과 동시에 압전 변환 소자의 진동을 저하하지 않고 간단히 실장할 수 있는 방법을 제공한다.

압전 변환 소자(11)를 노드점을 중심으로 하는 위치에서 상부, 하부 외장 케이스(12,13)에 설치한 돌기(111,114)로 보유하고, 상부 외장 케이스(12)에 설치된 스냅 핏(112)과 하부 외장 케이스(13)에 설치된 관통구멍(115)에 외장 케이스를 조립하여 각각 형성된 전기적 접속용 배선(113,116)으로 도통하도록 한 압전 변환기.

Description

압전 변환기

본 발명은 각종 고전압 발생용 전원 회로에 이용되는 압전 변환기에 관한 것으로, 특히 소형, 고신뢰성이 요구되는 소형·박막형이고 또 고전압을 발생하는 압전 변환기의 구성, 실장 방법 및 압전 변환기의 입출력 전극과의 회로 배선 등에 관한 것이다.

종래, 텔레비젼의 편향 장치나 복사기의 대전 장치 등 고전압을 요구하는 장치내의 전원 회로에서는, 고전압 발생용의 변압 소자로서 권선형 전자(電磁) 변환기가 이용되고 있었다. 상기 전자 변환기는 자성체의 코아에 얇은 선을 감아 구성되고, 높은 변성비를 실장하기 위해서는 감겨진 도선수를 많게 할 필요가 있다. 이 때문에, 소형·박형의 전자 변환기를 실장하는데는 극히 곤란하였다. 이것에 대해, 압전 효과를 이용한 압전 변환기가 제공되고 있다.

압전 변환기는 압전체의 주면 상에 전극을 형성하고, 상기 전극을 거쳐 교류 전압을 인가하고, 진동시켜 이용되는 진동자의 일종이지만, 진동을 저해하지 않고 실장하는 것이 중요하다. 이것을 위한 실장 방법으로서, 일본 특허출원 평7-39912에 개시된 바와 같은, 용수철 접점 방식을 이용한 압전 변환기가 제안되고 있다. 도 4 및 도 5에 구조를 도시한다. 압전 변환 소자(41)를 상부 케이스(42a)와 하부 케이스(42b)에서 만들어진 공간의 내부에 상부 리드 단자(43a)와 하부 리드 단자(43b)의 접점부의 탄성력에 의해 보유하고 있다. 상기 패키지 방법은 소자의 조립성, 실장성의 점에서 크게 우수한 방법이다.

또, 실장 케이스를 이용한 진동 전자 부품의 실장 방법으로서, 특원평6-6164에 개시되어 있다. 상기 구성은 도 6에 도시하는 바와 같이, 공진자(61)가 전기적 접속용 도금 배선(62)을 형성한 하부 케이스(63) 및 위 덮개(64)에 수납된 공진자(61)의 전기적 접속을 도전 접착제로 행하고 있다.

동일한 외장 케이스를 이용한 진동 전자 부품의 실장 방법으로서, 특개평5-243886에 도시되어 있는 것이다. 상기 구성은 도 7에 도시한 바와 같이, 공진자(71)가 도전시트(72)와 용수철 단자(73)를 거쳐 세라믹제 용기(74)와 세라믹제 덮개(75)에 수납되어 있는 것이다.

더욱이, 외장 케이스를 이용한 전자 부품의 실장 방법에서 케이스를 계지하는 방법으로서, 실개평 5-3950에 도시되어 있는 바와 같이 관통구멍에 삽입된 스냅 핏을 이용하는 것이 있다. 이 구성은 도 8에 도시하는 바와 같이, 부품을 수납한 케이스(81)의 계지부(82)를 관통구멍(83)에 삽입하고, 스냅 핏(84)를 거쳐 밑판(85)에 계지하는 것이다.

제1 문제점은 특원평 7-39912에 개시된 바와 같은 용수철 접점 방식의 실장을 행한 압전 변환기에 대해서 이지만, 본 방법의 경우 리드 프레임에 탄성 특성을 갖게 하기 때문에, 외장 케이스와의 사이에 있는 일정 간격을 설치하지 않지 않으면 안되고, 이것을 위해 실장 두께가 두껍게 되는 문제가 있다. 또, 기판 상에의 실장에서 리드 프레임의 굴곡 가공 등이 공정수가 필요하여 비용면에서 높아 진다고 하는 문제가 있다.

제2 문제점은, 특개평 6-6164에 개시된 바와 같은 외장 케이스를 이용하여 진동자를 실장하는 방법이지만, 본 방법의 경우, 진동자와 배선의 전기적인 접속은 도전성 접착제를 거쳐 행해지고 있고, 진동자의 진동 저해 등의 문제가 있고, 또 케이스 및 진동자의 되퇴김 등의 문제가 있는 경우, 영향을 받게 된다고 하는 문제가 있다.

제3 문제점은, 특개평 5-24886에 개시된 바와 같이, 외장 케이스 및 도전시트, 용수철 단자를 이용하여 진동자를 실장하는 방법이지만, 본 방법의 경우, 특원평 7-39912에 개시된 탄성 점접 방식의 실장 방법과 동일하게 실장 두께가 두껍게 되어 비용면에서 높아 진다고 하는 문제가 있다.

제4 문제점은, 특개평 6-6164에 개시된 바와 같은 외장 케이스의 계지 방법이지만, 본 방법은 외장 케이스를 계지하는 것만이 목적이고 다른 기능은 어떠한 관계도 없다.

본 발명은 압전 변환기의 실장에서, 실장 두께를 얇게 함과 동시에, 압전 변환 소자의 진동을 저해하지 않고 간편하게 실장할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 장판형 두께 전체의 상하면에 전극을 형성한 압전 변환 소자와 상기 압전 변환 소자를 수납하는 외장 케이스로 이루어지는 압전 변환기에 있어서, 외장 케이스가 압전 변환 소자의 노드점을 중심으로 하는 위치에서 압전 변환 소자를 보유하는 돌기부를 가지며, 압전 변환 소자의 전기적 접속이 돌기부 및 외장 케이스 상에 설치된 도전체를 거쳐 행해지는 것을 특징으로 한다.

또, 압전 변환기에서, 외장 케이스가 상부와 하부 두 개의 부분으로 이루어지고, 상기 두 개 부분을 계지하기 위한 스냅 핏, 관통구멍을 가지며, 외장 케이스의 도전체가 스냅 핏, 관통구멍에도 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 외장 케이스에 설치된 돌기부의 주변부의 케이스 두께가 부분적으로 얇고 또 돌기부의 주변부에 개구를 갖는 것을 특징으로 한다.

종래와 같이 접점을 취하기 위해 리드 프레임을 이용하여 탄성을 갖게 하는 방법에 대해, 본 발명은 외장 케이스의 일부에 돌기부를 설치하여 압전 변환 소자를 보유할 수 있는 구성을 가짐과 동시에, 돌기부 및 외장 케이스, 스냅 핏, 관통구멍에 전기적 접속용 배선을 설치함으로써, 압전 변환기를 보유함과 동시에 전기적 접점이 취해지는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 압전 변환 소자와 외장 케이스 간에 여하한 간격이 없게 되어 실장 두께를 얇게 할 수 있다.

또, 돌기부 주변의 외장 케이스를 얇게 하고 또 돌기부 주변에 개구부를 설치함으로써, 접점부분에 탄성을 갖게 할 수 있어 압전 변환 소자의 진동을 저해하지도 않고 특성이 저하하지도 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 도시하는 압전 변환기의 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태를 도시하는 압전 변환기의 단면도.

도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는 본 발명의 제2 실시형태를 도시하는 압전 변환기의 개구 및 박육부(薄肉部)의 부분도.

도 4는 종래 실장 방벙을 도시하는 분해 사시도.

도 5는 종래 실장 방법을 도시하는 단면도.

도 6은 종래의 다른 실장 방법을 도시하는 분해 사시도.

도 7은 종래의 다른 실장 방법을 도시하는 분해 사시도.

도 8은 종래의 다른 실장 방법을 도시하는 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

11,41 : 압전 변환 소자

12 : 상부 외장 케이스

13 : 하부 외장 케이스

111,114 : 돌기

112,84 : 스냅 핏

113,116 : 전기접속용 배선

115,83 : 관통구멍

117 : 돌기부

130a,130b,130c : 개구부

130d : 박육부

42a : 상부 케이스

42b : 하부 케이스

43a : 상부 리드 단자

43b : 하부 리드 단자

411,412,413,414 : 입력 전극

415,416 : 출력 전극

51a,51b : 접점부

61,71 : 공진자

62 : 도금 배선

63 : 하부 케이스

64 : 윗 덮개

72 : 도전시트

73 : 용수철 단자

74 : 세라믹제 용기

75 : 세라믹제 덮개

81 : 케이스

82 : 계지부

85 : 밑판

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 도시하는 분해 사시도 및 도 2는 도 1에서 A-A'면에서의 단면도를 도시한다. 도 1에서, 11은 압전 변환 소자, 12는 내측에 있는 돌기(111)(도시되지 않음)와 하부에 계지용 스냅 핏(112)을 설치하고, 이것에 전기적 접속용 배선(113)(도시되지 않음)을 설치한 상부 외장 케이스, 13은 상부 외장 케이스(12)의 돌기(111) 및 스냅 핏(112)과 상대하는 위치에서 돌기(114) 및 관통구멍(115)을 설치하고, 이것에 전기적 접속용 배선(116)을 설치한 하부 외장 케이스이다.

도 2는 압전 변환기(10)의 단면도로, 상부 외장 케이스(12) 및 이것에 설치된 돌기(111), 스냅 핏(112), 전기적 접속용 배선(113), 하부 외장 케이스(13) 및 이것에 설치된 돌기(114), 관통구멍(115), 전기 접속용 배선(116)의 각각와 압전 변환 소자(11)와의 위치 관계를 도시하고 있다.

도 2에서, 배선(113)은 상부 외장 케이스(12)에 설치된 돌기(111)에서 스냅 핏(112) 또는 상부 외장 케이스(12)의 내측 표면 라인 상에 형성되어 있다. 상기 배선(113)은 특히 스냅 핏(112)의 부분에서는 인쇄 기판 등에 실장할 수 있도록, 저면까지 배선을 행한다. 또, 배선(116)은 하부 외장 케이스(13)에 설치된 돌기(114)로부터, 관통구멍(115)의 측면을 관통하여 케이스 배면까지 형성되어 있다. 특히, 저부 외장 케이스(13)에는 인쇄 기판에 실장할 수 있도록 도 2에 도시하는 바와 같은 돌기부(117)를 형성하여 두고, 상기 돌기부(117)에 배선(116)을 형성한다. 상기 돌기부(117)는 균형있게 실장할 수 있도록 배선(113)을 형성하고 있는 스냅 핏(112)과 동일한 높게 하여도 좋다. 또, 스냅 핏(112')은 하부 외장 케이스(13)의 돌기부(117)보다 높이를 낮게 형성하여 인쇄 기판을 접촉하지 않도록 하여도 좋다. 이와 같이 하부 외장 케이스(13)에 배선(116)을 형성하면, 예를 들면 열팽창 수축에 의해 스냅 핏(112')이 관통구멍(115)과 떨어져 접촉불량을 발생하지 않는다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 압전 변환기의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 압전 변환기는 압전 변환 소자(11)에 재료 상품 : 네팩 8 (트킹사제)를 이용하여 42.0 x 10.0 x t1.0㎜로 가공하고 입출력 전극에 Ag/Pd 전극 페이스트를 인쇄하고, 소성을 행한 후, 분극 처리를 실시한 로젠 3차 타입의 것도 이용하였다.

또, 상부 외장 케이스(12) 및 하부 외장 케이스(13)에는 성형 수지로서 상품명 : 패크트라 A-130 (폴리프라스틱사제)를 이용하여, 소정의 금속으로 모델 성형함으로써 돌기(111,114), 스냅 핏(112,112'), 및 관통구멍(115)을 설치하였다. 그리고, 불필요한 부분에 마스킹을 실시한 후, Cu(하지), Ni, Au의 무전해 도금으로 전기적 접속용 배선(113,116)을 형성하였다. 또, 상부 외장 케이스(12) 및 하부 외장 케이스(13)의 두께는 0.5㎜이고, 돌기의 형상으로서는 R0.5㎜이고, 높이 0.5㎜, 도금의 두께는 Cu 30㎛, Ni 2-5㎛, Au 0.2㎛의 것을 이용하였다.

이상의 방법으로 형성한 압전 변환 소자(11), 상부 외장 케이스(12), 하부 외장 케이스(13)을 조립시켜, 스냅 핏(112,112')을 관통구멍(115)에 삽입함으로써 압전 변환기(10)를 형성하였다.

얻어진 압전 변환기(10)는 스냅 핏(112) 및 관통구멍(115)에 설치된 전기적 접속용 배선(113,116)을 이용하여, 인쇄 기판에 땜납 등으로 직접 부착하는 것이 가능하여, 그 결과, 실장 두께로서는 종래 5㎜이었던 것을 3㎜로 얇게 할 수가 있었다. 본 실시형태에서는 배선(113,116)을 압전 변환기(10)의 하면 (즉 인쇄 기판측의 면)에 오도록 하여 땜납 실장하고 있지만, 배선(113,116)의 인출은 물론 이것에 한정되어 있지 않다. 또 경우에 따라서는 스냅 핏(112) 및 관통구멍(115)은 돌기(111 및 114)와 동일 선상에 형성하지 않아도 좋다. 예를 들어, 측면 또는 배선을 인출하여 인쇄 기판과 측면에 형성한 배선부분을 땜납하여 도통을 하여조 좋고, 어느 경우에도 스냅 핏(112) 또는 관통구멍(115)에 배선이 형성되는 것을 한정하지 않는다.

상기 압전 변환기(10)의 특성을 85㏀의 저항과 5㎊의 콘덴서가 병렬 접속된 부하를 이용하여 평가한 결과, 입출력 전력의 변환 효율로서 종래 제품과 동일 레벨의 93%가 얻어졌다.

다음에 본 발명의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 상부 외장 케이스(12) 및 하부 외장 케이스(13)의 돌기(111 및 114)의 주변에 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)에 도시한 바왁 같이 개구부(130a, 130b, 130c) 또는 박육부(130d)를 설치한 점이다. 도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)에 도시한 바와 같은 개구부(130a, 130b, 130c) 또는 박육부(130d)를 형성함으로써, 압전 변환 소자(11)를 지지하고 있는 돌기(111 및 114)의 주변에 탄력성을 갖게 할 수 있다. 그 결과, 압전 변환기(10)에 외부로부터 충격이 인가된 경우에 압전 변환 소자(11)와 배선(113 및 116)에 의해 전기적 접속을 갖게 하고 있는 돌기(111 및 114)가 떨어져 예를 들면 냉음극관을 순간적으로 소등(순간 단락한다)시키지 않는다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 제2 실시형태의 압전 변환기(10)의 실장 두께는 3㎜이고, 종래제품의 두께는 5㎜에 비해 60%로 얇게 할 수가 있다. 또한 특성도 입출력 전력의 변환 효율이 종래 제품과 동일 레벨의 93%인 압전 변환기를 얻을 수가 있다.

본 발명의 제3 실시형태에 대해 설명한다. 제1 및 제2 실시형태에서는 하부 외장 케이스(13)를 이용하여 실장한 경우에 대해 설명하였지만, 인쇄 기판에 하부 외장 케이스(13)와 동일한 돌기, 관통구멍 및 전기적 접속용 배선을 설치하고, 상부 외장 케이스(12)를 직접 인쇄 기판에 실장할 수 있다. 즉, 압전 변환기 소자(11)를 제1 또는 제2 실시형태와 동일한 돌기, 관통구멍, 전기적 접속용 배선을 형성한 인쇄 기판 상에 적재하고, 인쇄 기판에 설치된 관통구멍에 상부 외장 케이스(12)의 스냅 핏을 계지하여 구성한다. 그 결과, 압전 변환기의 실장 두께를 2.5㎜로 더욱 얇게 할 수가 있었다. 또, 얻어진 압전 변환기의 특성을 평가한 결과, 상기와 동등한 결과를 얻을 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 압전 변환기의 실장 방법에 대해, 압전 변환 소자의 노드점을 중심으로 하는 위치에서 외장 케이스에 돌기를 설치하고, 외장 케이스를 스냅 핏과 관통구멍을 거쳐 조립시킴으로써, 돌기, 스냅 핏 및 관통구멍에 전지적 접속용 배선을 형성하여 압전 변환 소자를 보유하여 실장함으로써, 실장 두께를 얇게 할 수 있고 또 간편하게 조립될 수 있어 비용을 저감할 수 있음과 동시에, 양호한 변환 특성이 얻어진다고 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 장판형 압전체의 상하면에 전극을 형성한 압전 변환 소자와 상기 압전 변환 소자를 수납하는 외장 케이스로 이루어지는 압전 변환기에 있어서,

   상기 외장 케이스가 상기 압전 변환 소자의 노드점을 중심으로 하는 위치에서 상기 압전 변환기를 보유하는 돌기부를 가지며,

   상기 압전 변환 소자의 전기적 접속이 상기 돌기부 및 상기 외장 케이스 상에 설치된 도전체를 거쳐 행해지는 것을 특징으로 하는 압전 변환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외장 케이스가 상부와 하부의 두 개의 부분으로 이루어지고, 상기 두 개의 부분을 계지하기 위한 스냅 핏, 관통구멍을 가지며, 상기 외장 케이스 상의 도전체가 상기 스냅 핏, 관통구멍에도 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 변환기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외장 케이스에 설치된 돌기부의 주변부의 케이스 두께가 부분적으로 얇은 것을 특징으로 하는 압전 변환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 외장 케이스에 설치된 돌기부의 주변부에 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 압전 변환기.