KR20040045973A - 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전트랜스와 전기적으로 연결되며 이를 탄성적으로 지지하는 리드프레임의 끝단을 볼록한 볼록부로 형성하고 솔더링을 통해 압전소자와 접합하도록 하여 압전소자의 진동이나 외부로부터의 충격 등에 의해 접속이 끊기는 현상을 방지하고 진동으로 인한 소음을 제거하고 제품의 신뢰성을 향상시키도록 하는 압전트랜스포머에 관한 것이다.

본 발명은 고유공진 주파수의 전압을 받아 압전효과에 의해 고전압을 발진하는 압전트랜스포머에 있어서, 전압이 입출력되는 입력부 및 출력부를 포함하는 다수의 전극부가 형성된 압전소자; 상기 압전소자를 감싸는 하우징; 및 상기 하우징의 외측으로 인출되도록 상기 하우징에 일체형으로 부착되고, 상기 압전소자의 입력부 및 출력부와 각각 탄성적으로 접하도록 상기 하우징의 내측 방향으로 돌출된 끝단부를 갖는 적어도 2개의 리드프레임;을 포함하고, 상기 리드프레임의 끝단부는 압전소자로부터 외측방향으로 볼록하게 절곡된 적어도 하나의 볼록부를 갖고, 상기 압전소자와 접하는 부위에서 솔더링되는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머를 제공한다.

Description

볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머{ PIEZOELECTRIC TRANSFORMER WITH A CONVEX TYPE LEADFRAME}

본 발명은 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전트랜스와 전기적으로 연결되며 이를 탄성적으로 지지하는 리드프레임의 끝단부에 볼록한 볼록부를 형성하고 솔더링을 통해 압전소자와 접합하도록 하여 압전소자의 진동이나 외부로부터의 충격 등에 의해 접속이 끊기는 현상을 방지하고 진동으로 인한 소음을 제거하고 제품의 신뢰성을 향상시키도록 하는 압전트랜스포머에 관한 것이다.

압전 트랜스포머는 권선형의 코일 트랜스포머에 비해 소형, 박형으로 형성이가능하고, 고효율화가 가능하게 되며, 또한 고절연성 및 불연성 등의 특징을 갖고 있으므로 많이 이용되고 있다. 이러한 압전 트랜스포머는 컬러 액정 디스플레이(LCD)를 점등하는 백라이트(BACK-LIGHT)용 인버터나 고전압 전원용으로 많이 사용되고 있는 추세이다. 현재 컬러 액정 디스플레이 백라이트 인버터가 탑재되어 사용되는 제품으로는 노트북, PDA(Personal Digital Assistance), DVC(Digital Video Camera), DSC(Digital Still Camera) 등이 있으며, 고전압 전원용으로는 제전기, 공기청정기, 오존발생기 등이 있다.

압전 트랜스포머의 구조 및 작동원리에 대하여 간략하게 살펴보면 아래와 같다. 직류 고전압 발생소자로 알려진 압전 트랜스포머는 구동부에 고유공진 주파수의 전압을 인가하면 압전효과에 의해서 발진부에 높은 전압이 유기된다. 압전 트랜스포머의 형태는 여러가지가 있으나 일반적으로 직사각형 형상의 압전 세라믹의 길이방향 진동을 이용하는 로젠(ROSEN)형이 사용되고 있다.

도 1은 로젠(ROSEN)형 압전트랜스포머의 구조를 도시한 것이다. 도 1에서 입력부(120)에는 전극면(110)이 상하부에 대칭으로 형성되며, 출력부(130)에는 모서리 끝단면에 전극면(140)이 형성된다. 입력 전극은 두께방향(T)으로 분극되고, 출력전극은 길이방향(L)으로 분극된다. 입력전극에는 소자의 공진 주파수에 해당하는 교류전압을 가하는 것에 의해 압전효과로 출력전극에 전압을 발생시켜 부하(Load)에 전력을 공급하게 된다. 즉, 입력측 교번 전압에서 초음파 기계진동으로 다시 출력측 전압발전의 과정을 경유한 승압을 행하게 되는 것이다.

압전 트랜스포머의 구조는 이와 같이 입력부(120)와 출력부(130)로 구성된다. 도 1의 입력부는 입력 전기에너지를 기계적 진동에너지로 변환시키는 구동부로서 역할을 하는 것으로 상하면에 입력전극이 존재하게 된다. 또한, 출력부는 기계적 진동에너지를 전기적 출력에너지로 변환하는 발전 부분이며, 출력전극은 우측면에 존재하게 된다. 입력부에 전압을 인가하게 되면 기계적인 진동이 일어나게 되며, 이러한 기계적인 진동은 출력부에 길이방향으로 전달되어 기계적 진동에 의한 압전효과가 발생하게 되고, 이로인해 전압이 발생한다. 입력전압과 출력전압의 비는 압전 트랜스포머의 입력부와 출력부의 형상에 의해 결정된다.

도 2는 단판형 λ모드의 압전소자의 형상과 전극패턴을 나타낸 도면이다. 도 2의 압전소자(200)에서는 입력단의 전극(210)이 좌측의 상하면 양쪽에 인쇄되고, 출력단의 전극(220)은 'ㄷ'자 형태로 모서리부에 형성하게 된다.

이와 같은 압전소자를 실장하기 위한 종래의 하우징의 구조가 도 3에 도시되어 있다. 도 3은 일본특개평 8-32135호에 기재된 것으로, λ모드의 압전소자(301)에 도3과 같이 입출력단 각각의 노드 지지점 중앙에 솔더 와이어(305,306)로 연결하여 플라스틱의 하우징(307)에 장착하는 것이다. 하우징은 각각의 입출력단으로부터 인출되어 나오는 와이어(305,306)를 고정시키는 돌기(308)가 4군데 형성되어 있으며, 압전소자에 접착제(도시하지 않음)를 도포한 후에 하우징(307)에 삽입하여 부착시키게 된다.

이와 같은 종래의 방식은 압전트랜스의 하우징의 구조가 단순하게 되나, 각각의 전극부를 와이어(305,306)로 솔더 접합한 후에 PCB(310)에 실장하므로 와이어의 연결로 인하여 양산성 및 품질 신뢰성이 떨어지고, 와이어의 단선이나 공수의증가로 인한 제조비용이 상승되는 단점이 있게된다.

따라서, 이를 개선하기 위한 하우징 구조가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 이는 2002년 4월 11일자 대한민국 특허출원번호 제10-2002-0019700호 압전트랜스장치, 압전트랜스 하우징 및 그 제조방법으로 출원된 것이다. 도 4에서 압전트랜스포머(400)는 압전소자(401)의 상면의 입력부 및 출력부의 일지점과 탄성적으로 접하도록 끝단부가 돌출된 적어도 두개의 제1 리드프레임(407)을 갖는 제1 하우징(405)과, 상기 제1 하우징(405)과 같이 제2 리드프레임을 갖는 제2 하우징(403)을 포함한다. 상기 리드프레임(407)은 상기 하우징(403, 405)의 외측으로 인출되며, 상기 압전소자는 상기 리드프레임(407)에 의해 탄성적으로 지지되어 상기 하우징에 실장된다.

이와 같은 구조의 하우징이 결합된 상태가 도 5에 도시되어 있으며, 제1 하우징(405)과 제2 하우징(403)이 결합되면, 리드프레임(407)이 압전소자에 탄성적으로 접촉된다. 이와 같은 접촉부위(A)를 도 6에서 좀더 상세히 도시하였다. 도 6에서는 압전소자(401)의 입력부 또는 출력부와 접합한 상태의 리드프레임(407)을 도시하고 있다.

상기와 같은 구조의 리드프레임은 압전소자와의 접촉시 탄성력만을 이용하기 때문에 불완전한 접촉을 이루게 되고, 이로인한 통전 불량이 발생하게 되는 문제가 있다. 또한 압전트랜스의 공진주파수에 의한 압전체 진동발생시 접촉단자부와 압전소자 가 순간적으로 떨어졌다가 재접촉되는 현상이 반복되어 마찰 및 진동으로 인한 소음이 규정치 이상 발생하게 되는 문제가 대두되었으며, 이러한 발진소음이 압전트랜스포머의 품질에 큰 문제로 대두되기도 하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리드프레임을 압전소자와 직접 솔더 납땜하도록 하여 압전소자의 진동에 의해 리드프레임이 압전소자에서 순간적으로 떨어졌다가 재접촉되는 현상이 반복되는 것을 방지하여 접점 불량 및 소음 발생을 방지할 수 있는 압전트랜스포머를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리드프레임과 압전소자를 직접 납땜시 압전소자의 진동에 의해 접점이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 리드프레임 구조를 제공하여 제품의 신뢰성을 향상할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 로젠(ROGEN)형 압전트랜스포머의 구조 및 원리를 도시한 사시도이다.

도 2는 단판형 압전트랜스포머의 구조를 도시한 사시도이다.

도 3은 종래의 압전트랜스포머의 하우징의 조립도이다.

도 4는 종래의 하우징 결합형 압전트랜스포머의 조립 상태를 도시한 사시도이다.

도 5는 도 4의 압전트랜스포머의 결합상태를 도시한 도면이다.

도 6은 종래의 압전소자와 리드프레임의 접촉상태를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 조립 전 상태도이다.

도 8은 도 7의 압전트랜스포머의 조립 후 상태도이다.

도 9는 본 발명에 의한 볼록형 리드프레임과 압전소자와의 접촉상태를 도시한 도면이다.

도 10은 도 9의 측면도이다.

도 11은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 리드프레임과 압전소자를 솔더링에 의해 접합시킨 상태의 도면이다.

도 12는 도 11의 접합부의 세부형상이다.

도 13은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 리드프레임의 다른 실시예를 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 압전소자3: 하우징

10: 리드프레임11: 외부단자

15: 볼록부16: 끝단부

20: 땜납

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 고유공진 주파수의 전압을 받아 압전효과에 의해 고전압을 발진하는 압전트랜스포머에 있어서, 전압이 입출력되는 입력부 및 출력부를 포함하는 다수의 전극부가 형성된 압전소자; 상기 압전소자를 감싸는 하우징; 및 상기 하우징의 외측으로 인출되도록 상기 하우징에 일체형으로 부착되고, 상기 압전소자의 입력부 및 출력부와 각각 탄성적으로 접하도록 상기 하우징의 내측 방향으로 돌출된 끝단부를 갖는 적어도 2개의 리드프레임;을 포함하고, 상기 리드프레임의 끝단부는 압전소자로부터 외측방향으로 볼록하게 절곡된 적어도 하나의 볼록부를 갖고, 상기 압전소자와 접하는 부위에서 솔더링되는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머를 제공한다.

바람직하게는 상기 리드프레임의 끝단부는 끝으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형으로형성될 수 있다. 또한, 상기 리드프레임 끝단부는 가장 끝부분이 상기 압전소자와 접하는 면과 평행하도록 절곡되어 형성될 수 있으며, 상기 리드프레임의 끝단부는 압전소자 방향으로 볼록하게 절곡된 또 하나의 볼록부를 추가적으로 포함할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 조립 전 상태도이고, 도 8은 도 7의 압전트랜스포머의 조립 후 상태도이다. 도 9는 본 발명에 의한 볼록형 리드프레임과 압전소자와의 접촉상태를 도시한 도면이며, 도 10은 도 9의 측면도이다. 또한 도 11은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 리드프레임과 압전소자를 솔더링에 의해 접합시킨 상태를 도시한 것이며, 도 12는 도 11의 접합부의 세부형상이다.

본 발명에 의한 압전트랜스포머는 압전소자(1)와 압전소자(1)를 둘러싸는 하우징(3)을 포함하게 된다. 압전소자(1)는 각각 상면, 하면 및 이를 연결하는 측면들을 갖고 있으며, 이러한 압전소자에는 전압을 입력하는 입력부 및 전압을 출력하는 출력부가 형성되어 있다. 본 실시예에서는 λ모드 압전 소자를 사용하고 있으나 다른 모드(예를들어 λ/2 모드)를 갖는 압전소자를 사용하는 것도 가능할 것이다.

하우징(3)은 한쌍이며, 서로 결합되기 위한 후크 구조를 갖고 있다. 즉, 일측의 하우징에는 돌출 후크가 형성되며, 타측의 하우징에는 이를 수용하기 위한 수용부가 형성되는 것이다. 하우징(3)은 상기와 같은 구조를 통해 압전소자(1)를 지지하면서 외부와 전기적인 연결을 이루게된다. 상기 하우징(3)은 압전소자의 적어도 두면을 감싸도록 형성되며, 또한 상기 압전소자를 완전히 내장하는 구조도 가능하게 된다.

상기 하우징(3)에는 상기 압전소자(1)와 전기적인 연결을 이루기 위한 리드프레임(10)이 일체로 형성된다. 리드프레임(10)은 상기 하우징(3)의 외측으로 인출되어 외부단자를 형성하게 되며, 이러한 외부단자(11)는 도 10에 도시되어 있다. 또한 리드프레임(10)의 끝단부(16)는 하우징의 내측으로 돌출되어 있으며, 상기 압전소자(1)와 탄성적으로 밀착되도록 형성된다.

상기와 같은 리드프레임(10) 및 리드프레임과 접촉되는 상태의 압전소자(1)가 도 9 및 도 10에 상세히 도시되어 있다. 압전소자(1)의 입력단 및 출력단 각각에는 리드프레임(10)이 탄성적으로 밀착되어 있으며, 이때 리드프레임(10)은 종래의 경우 도 6에서 도시한 바와 같이 거의 평평한 상태의 리드프레임(407)을 사용하는 대신 볼록한 상태의 리드프레임(10)을 사용하게 된다.

본 발명에 의한 볼록형 리드프레임(10)의 형상을 자세히 살펴보면, 상기 압전소자(1)에서부터 그 바깥쪽으로 볼록하게 절곡된 볼록부(15)가 형성되어 있다. 상기 볼록부(15)는 적어도 1개 이상 형성된다. 도 9의 리드프레임(10)은 볼록부(15)가 1개 형성된 상태를 도시하고 있다. 또한, 상기 리드프레임(10)은 압전소자(1)와 접하는 부위에서 솔더링되며, 이러한 상태가 도 11 및 도 12에 도시되어 있다.

압전소자(1)와 리드프레임(10)을 솔더링하여 땜납(20)을 통해 연결하는 것은 리드프레임이 탄성력 만으로 압전소자에 접하도록 구성한 경우 압전소자의 진동에의해 리드프레임이 순간적으로 접촉되지 않고 떨어지게 되는 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 압전소자와 리드프레임의 연결을 위하여는 솔더납땜을 하거나 디스펜서로 각 위치에 솔더크림 등을 도포한 후 오븐 등에서 경화시켜 접합하는 방식과 같이 여러 방식을 취할 수 있다. 또한, 압전 트랜스포머를 기판에 실장할 때 하단의 패드와 압전트랜스포머를 조립한 후에, 동시에 압전소자와 리드프레임을 리플로우(reflow) 솔더링 하는 방법 등이 가능하게 된다.

리드프레임(10)은 통상적으로 전기전도성과 스프링 강성 및 도금성 등을 감안하여 스프링용 구리합금 재질 등을 주로 사용하게 되며, 압전소자와 접촉후 솔더작업 및 외관 부식방지 작업 등을 고려해 적절한 도금처리를 하여 사용하게 된다. 하우징(3)은 제품 구조상 박판성형이 가능하고, 내열성 및 난연성이 우수한 플라스틱 재질을 사용하게 된다.

본 발명에서와 같이 리드프레임을 솔더링하여 땜납(20)을 사용하여 압전소자에 연결하는 경우, 볼록부(15)를 형성하지 않는 경우에는 압전소자의 진동에 의해 리드프레임이 끊어지게 되는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 볼록부(15)는 도 12에서와 같이 가로방향의 진동(①)을 받게 될 경우 볼록부(15)가 굽어지게 되어 완충작용을 하게 되며, 또한 세로방향의 진동(②)을 하게 될 경우 리드프레임 전체가 상하로 탄성적으로 진동할 수 있게 되므로 또한 완충작용을 하게 된다.

종래의 경우는 본 발명과 같은 볼록부 없이 거의 일자형의 리드프레임 구조를 사용했으나, 이와 같은 경우 납땜을 통해 압전소자에 리드프레임의 끝단을 고정하게 되면 압전소자가 진동함에 따라서 리드프레임의 변위가 제한되며, 도 12에서와 같은 세로방향의 진동은 흡수할 수 있으나 가로방향의 진동에 극히 취약하게 되는 문제가 있게 된다. 따라서 본 발명은 리드프레임을 압전소자에 납땜을 통해 고정하면서, 가로방향의 진동을 효과적으로 흡수하기 위하여 볼록부를 형성한 것에 그 특징이 있게 된다.

또한, 본 발명에서 리드프레임(10)의 끝단부는 끝으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형으로 형성되는 것이 바람직하게 된다. 솔더링 시 땜납은 압전소자와 리드프레임에 적절하게 배분되어 접촉되어야 하며, 리드프레임이 큰 면적을 갖게되면 충분한 접촉력을 유지하기 위해서는 땜납이 커지게 된다. 이를 방지하기 위하여 리드프레임의 끝단의 면적을 작게 하여 작은 크기의 땜납으로도 충분한 접촉력을 유지할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 테이퍼형 구조를 채택하였다.

본 발명에서, 바람직하게는 상기 리드프레임(10)의 가장 끝단부는 상기 압전소자(1)와 접촉하도록 절곡형성되어 평평하게 되어 있으며 상기 압전소자(1)와 면접촉을 이루게 된다. 리드프레임(10)은 그 끝단(16)이 압전소자(1)와 면접촉을 이루도록 절곡되어 있어야 솔더링을 통한 고정시 땜납이 보다 잘 부착될 수 있으며, 안정적인 접촉구조를 구현하게되는 장점이 있는 것이다.

도 13은 본 발명에 의한 압전트랜스포머의 리드프레임의 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 13에서 리드프레임(30)의 끝단부는 또다른 제2 볼록부(36)를 포함할 수 있게 된다. 제2 볼록부(36)는 압전소자(1)의 제1 볼록부(35)와 반대방향으로 볼록한 형상을 갖게 되며, 제1 볼록부(35)와 연결되어 있다. 이와 같은 구조는 도 12에서의 가로방향의 진동을 흡수하기위한 보완된 완충구조이며, 또한 세로방향의 진동도 리드프레임의 직선부에 미치는 영향을 최소화하면서 두개의 볼록부가 흡수할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 리드프레임을 압전소자와 직접 솔더 납땜하도록 하여 압전소자의 진동에 의하더라도 리드프레임이 접촉을 항상 유지할 수 있도록 하며, 접점 불량 및 소음 발생을 방지할 수 있는 압전트랜스포머를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 리드프레임과 압전소자를 솔더링을 통하여 접촉시키고 압전소자의 진동에 의해 접점이 떨어지는 것을 방지할 수 있도록 리드프레임의 형상을 볼록형으로 볼록하게 형성하여 압전소자로부터의 진동을 흡수할 수 있는 완충구조를 제공하여 리드프레임이 단락되는 것을 방지할 수 있으며, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

1. 고유공진 주파수의 전압을 받아 압전효과에 의해 고전압을 발진하는 압전트랜스포머에 있어서,

   전압이 입출력되는 입력부 및 출력부를 포함하는 다수의 전극부가 형성된 압전소자;

   상기 압전소자를 감싸는 하우징; 및

   상기 하우징의 외측으로 인출되도록 상기 하우징에 일체형으로 부착되고, 상기 압전소자의 입력부 및 출력부와 각각 탄성적으로 접하도록 상기 하우징의 내측 방향으로 돌출된 끝단부를 갖는 적어도 2개의 리드프레임;을 포함하고,

   상기 리드프레임의 끝단부는 압전소자로부터 외측방향으로 볼록하게 절곡된 적어도 하나의 볼록부를 갖고, 상기 압전소자와 접하는 부위에서 솔더링되는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머.
2. 제 1항에 있어서, 상기 리드프레임의 끝단부는 끝으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머.
3. 제 1항에 있어서, 상기 리드프레임 끝단부는 가장 끝부분이 상기 압전소자와 접하는 면과 평행하도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을갖는 압전트랜스포머.
4. 제 3항에 있어서, 상기 리드프레임의 끝단부는 압전소자 방향으로 볼록하게 절곡된 또 하나의 볼록부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 볼록형 리드프레임을 갖는 압전트랜스포머.