WO2020204415A1 - 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents

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WO2020204415A1
WO2020204415A1 PCT/KR2020/003779 KR2020003779W WO2020204415A1 WO 2020204415 A1 WO2020204415 A1 WO 2020204415A1 KR 2020003779 W KR2020003779 W KR 2020003779W WO 2020204415 A1 WO2020204415 A1 WO 2020204415A1
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WO
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discharge
overvoltage protection
electrodes
capacitor
electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/003779
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English (en)
French (fr)
Inventor
정준호
이동석
김태윤
Original Assignee
주식회사 모다이노칩
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Publication date
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    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
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    • H01L23/60—Protection against electrostatic charges or discharges, e.g. Faraday shields
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    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N97/00—Electric solid-state thin-film or thick-film devices, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a composite device and a battery device having the same, and more particularly, to a composite device including a capacitor unit and an overvoltage protection unit, and an electronic device having the same.
  • overvoltage protection devices such as varistors and suppressors to protect electronic devices from overvoltages such as ESD applied from the outside to the electronic devices. That is, an overvoltage protection element is required to prevent an overvoltage higher than the driving voltage of the electronic device from being applied from the outside.
  • varistors are widely used as devices to protect electronic components and circuits from overvoltage because their resistance changes according to an applied voltage. That is, in general, no current flows through the varistors arranged in the circuit, but if an overvoltage is applied to both ends of the varistor due to an overvoltage above the breakdown voltage or lightning, the resistance of the varistor decreases rapidly and almost all current flows through the varistor.
  • the circuit or electronic components mounted on the circuit are protected from overvoltage by preventing the flow of electricity.
  • the composite device includes a capacitor unit 2000 including a plurality of internal electrodes 210 to 270, a plurality of dielectric sheets 111 to 118 provided therebetween, and a plurality of discharge sheets 121. , 122, 123), and a pair of overvoltage protection unit 3000 including a plurality of discharge electrodes 312 and 322, capacitor unit 2000 and overvoltage protection unit 3000 formed on one side and the other side, respectively It includes external electrodes 5100 and 5200.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 in one chip, high varistor voltage and capacitance can be implemented.
  • the breakdown voltage of the overvoltage protection unit 3000 is determined by the thickness of the discharge sheets 121 to 123.
  • the capacitance of the overvoltage protection unit 3000 is relatively lowered, and this is compensated.
  • the capacitor portion 2000 made of a material having a high dielectric constant is stacked to improve or maintain the capacitance.
  • the overvoltage protection unit of the double floating type structure is formed on the plurality of discharge sheets 121, 122, 123 stacked in the vertical direction, on the first discharge sheet 121 to be located on the same plane,
  • a plurality of lower discharge electrodes 312 arranged so as to be spaced apart from each other on the first discharge sheet 121, are formed on the second discharge sheet 122 so as to be positioned on the same plane above the lower discharge electrode 312, 2 It includes a plurality of upper discharge electrodes 322 arranged to be spaced apart from each other on the discharge sheet 122.
  • the lower discharge electrode 312 and the upper discharge electrode 322 are formed to overlap each other. And, in order to have a breakdown voltage of 300V or more, the sum of the total separation distances (C1 + C2 + C3 + C4) between the plurality of lower discharge electrodes 312 and the plurality of upper discharge electrodes 322 must be 200 ⁇ m or more. There is.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 are stacked to form one device, that is, a chip component, the size of the overvoltage protection unit 3000 is limited.
  • the sum of the total separation distances (C1 + C2 + C3 + C4) between the plurality of lower discharge electrodes 312 and the plurality of upper discharge electrodes 322 is 200 ⁇ m or more. Since it must be secured, the thickness of the discharge sheets 121, 122, and 123 is inevitably reduced.
  • the thickness of the discharge sheets 121, 122, 123 decreases, in particular, when the thickness of the uppermost layer and the lowermost layer of the outermost sheet is thin, it is difficult to protect the device from high temperature and moisture, and thus environmental reliability is reduced. There is a problem of falling.
  • the size of the overvoltage protection unit 3000 is limited, and thus, when forming the discharge electrode in the upper and lower layers as described above, only up to two layers are Can be formed. Accordingly, the path through which the overvoltage moves or passes is short, and thus, resistance to the overvoltage is weak.
  • Patent Literature 1 Korean Patent Registration No. 10-0638802
  • the present invention provides a composite device including a capacitor unit and an overvoltage protection unit, and an electronic device having the same.
  • the present invention provides a composite device having improved resistance to overvoltage and an electronic device having the same.
  • a composite device includes a laminate; A capacitor part provided in the stacked body; In the stacked body, a discharge electrode layer is formed to be spaced apart from the capacitor part and has a pair of discharge electrodes spaced apart from each other on the same plane, and the discharge electrode layer is provided in three or more discharge electrodes.
  • An overvoltage protection unit stacked in a direction crossing the arrangement direction of the overvoltage protection unit; And first and second external electrodes formed to face each other on both outer sides of the stacked body and connected to the capacitor unit and the overvoltage protection unit.
  • the separation distance (A) between the pair of discharge electrodes may be 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the separation distance A between the pair of discharge electrodes may be 200 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the overvoltage protection unit includes four or more discharge sheets stacked in a direction in which the discharge electrode layers are disposed, and the discharge electrode layer is formed on one surface of each of at least three discharge sheets among the four or more discharge sheets.
  • the separation distance A between the pair of discharge electrodes is larger than the separation distance B between the two discharge electrodes continuously arranged based on the stacking direction of the discharge electrode layer.
  • a separation distance (B) between two discharge electrodes continuously arranged based on the stacking direction of the discharge electrode layer may be 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the capacitor portion includes a plurality of dielectric sheets stacked in one direction.
  • the capacitor portion includes two or more internal electrodes formed on at least two of the plurality of dielectric sheets.
  • It is formed on at least a portion of the surface of the laminate, and further includes a surface modification member of a material different from the surface of the laminate.
  • the first and second external electrodes are formed extending on at least one of the lowermost layer and the uppermost sheet of the laminate, and the surface modifying member is at least between the extended regions of the first and second external electrodes and the laminate. It is prepared.
  • the capacitor portion includes at least one dielectric sheet and does not include internal electrodes.
  • An electronic device includes a conductor and an internal circuit that a user can contact, and a composite element is provided between the conductor and the internal circuit.
  • the composite element bypasses the overvoltage applied from the outside through the conductor through the internal circuit, blocks a leakage current leaking through the internal circuit, and passes a communication signal.
  • the capacitor unit and the overvoltage protection unit having different functions may be coupled by a coupling unit.
  • a coupling unit By combining the capacitor unit and the overvoltage protection unit, which are different functional units, using a coupling unit, distortion, peeling, and cracking due to a difference in shrinkage of the composite device can be prevented.
  • the capacitor unit and the overvoltage protection unit are manufactured and sintered in each process and then joined by the coupling unit, it is possible to prevent mutual diffusion of materials constituting the capacitor unit and the overvoltage protection unit, and thus the function of each functional unit. It can prevent degradation.
  • FIG. 1 is a perspective view of a composite device according to embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 as a cross-sectional view of a composite device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of at least some surfaces of a composite device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a composite device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a composite device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 are block diagrams showing an arrangement form of a composite device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a composite device having a conventional overvoltage protection unit
  • FIG. 1 is a perspective view of a composite device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 as a cross-sectional view of a composite device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view of at least a partial surface.
  • the composite device according to the first embodiment of the present invention is provided in a stacked body 1000 including a sheet of clothing 100, and a stacked body 1000, and is formed stacked in a vertical direction. It includes a capacitor unit 2000 and an overvoltage protection unit 3000, and external electrodes 5100, 5200, and 5000 provided on two sides opposite to each other outside the stacked body 1000.
  • the composite device further includes a coupling part 4000 provided between the capacitor part 2000 and the overvoltage protection part 3000 to couple them, and a surface modification member 6000 formed on at least one surface of the stacked body 5000. I can.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 which are two or more functional units having different functions, may be sintered and then coupled by a coupling unit 4000. That is, one surface of the capacitor unit 2000 and one surface of the overvoltage protection unit 3000 may be coupled by the coupling unit 4000.
  • a plurality of sheets having a predetermined dielectric constant are stacked in the capacitor unit 2000, and a plurality of sheets having varistor characteristics are stacked in the overvoltage protection unit 3000.
  • dielectric sheets 110 a plurality of sheets constituting the capacitor unit 2000
  • discharge sheets 120 the plurality of sheets constituting the overvoltage protection unit 3000
  • dielectric The entire sheet including the sheet 110 and the discharge sheet 120 is referred to as a sheet 100.
  • the electrodes formed inside the stacked body 1000 are referred to as internal electrodes 210 to 270; 200, and in the overvoltage protection unit 3000, the electrodes formed inside the stacked body 1000 are Discharge electrodes 311 to 318; are referred to as 310.
  • the stacked body 1000 is formed by stacking a plurality of sheets 100, that is, a plurality of dielectric sheets 110 (111 to 118) and a plurality of discharge sheets 120 (121 to 125). That is, the first laminate in which the plurality of dielectric sheets 110 on which the internal electrodes 200 are formed and the second laminate in which the plurality of discharge sheets 120 on which the discharge electrodes 310 are formed are laminated are the coupling part 4000 It is combined by the laminated body 1000 is made.
  • the stacked body 1000 has a predetermined length in one direction (eg, the X direction) and the other direction perpendicular thereto (eg, in the Y direction), and a predetermined height in a vertical direction (eg, in the Z direction).
  • a direction orthogonal to the horizontal direction may be referred to as a Y direction
  • a vertical direction may be referred to as a Z direction.
  • the length in the X direction may be longer than the length in the Y direction and the length in the Z direction, and the length in the Y direction may be the same as or different from the length in the Z direction.
  • the length in the Y direction and the Z direction are different, the length in the Y direction may be shorter or longer than the length in the Z direction.
  • the ratio of the lengths in the X, Y, and Z directions may be 2-5:1:0.5-1. That is, the length in the X direction may be 2 to 5 times longer than the length in the Y direction based on the length in the Y direction, and the length in the Z direction may be 0.5 to 1 times the length in the Y direction.
  • the lengths in the X, Y, and Z directions may be variously modified depending on the internal structure of the electronic device to which the composite device is connected, and the internal structure and shape of the composite device, as an example.
  • at least one capacitor unit 2000 and an overvoltage protection unit 3000 may be provided inside the stacked body 1000.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 may be provided in the stacking direction of the sheets, that is, in the Z direction.
  • a plurality of sheets that is, the dielectric sheet 110 and the discharge sheet 120 may all be formed to have the same thickness, and at least one may be formed to be thicker or thinner than the others.
  • the discharge sheet 120 of the overvoltage protection unit 3000 may be formed to have a different thickness than the dielectric sheet 110 of the capacitor unit 2000, and the discharge sheet 120 is thicker than the dielectric sheet 110.
  • the thickness of each of the discharge sheets 120 may be thinner than the thickness of each of the dielectric sheets 110 or may be the same.
  • At least one of the discharge sheets 120 may be thicker than the thickness of the other discharge sheets 120, and at least one of the dielectric sheets 110 may be thicker than the other dielectric sheets 110.
  • the dielectric sheet 110 thicker than the other dielectric sheet 110 may be thicker than the thin discharge sheet 120. That is, at least one of the plurality of dielectric sheets 110 and the plurality of discharge sheets 120 may have a thickness different from that of the other sheets 100.
  • each of the plurality of dielectric sheets 110 may be 1 ⁇ m to 150 ⁇ m
  • the thickness of each of the plurality of discharge sheets 120 may be 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the thickness of each of the outermost discharge sheets 111 and 118 among the plurality of discharge sheets 120 may be 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 may have the same thickness or different thicknesses. That is, the first stacked body in which the plurality of dielectric sheets 110 constituting the capacitor part 2000 are stacked and the second stacked body in which the plurality of discharge sheets 120 constituting the overvoltage protection part 3000 are stacked have the same thickness. It may be formed, it may be formed in a different thickness.
  • the thickness of the overvoltage protection unit 3000 may be equal to or thicker than the thickness of the capacitor unit 2000, and the overvoltage protection unit 3000 may be one to two times thicker than the capacitor unit 2000. That is, when the thickness of the capacitor part 2000 is 100, the overvoltage protection part 3000 may be formed to have a thickness of 100 to 200.
  • the number of stacked dielectric sheets 110 of the capacitor unit 2000 and the number of stacked discharge sheets 120 of the overvoltage protection unit 3000 may be different or the same.
  • the number of stacked discharge sheets 120 may be less than the number of stacked dielectric sheets 110.
  • the thickness of each of the discharge sheets 120 is thicker than the thickness of each of the dielectric sheets 110, and the discharge sheets 120 are stacked in the same or different number as the dielectric sheets 110, and the discharge sheets 120 are stacked.
  • the second laminate may be equal to or thicker than the thickness of the first laminate on which the dielectric sheet 110 is laminated.
  • each of the dielectric sheets 110 is thicker than the thickness of each of the discharge sheets 120, and the dielectric sheets 110 are stacked in the same or different number as the discharge sheets 120, so that the first dielectric sheet 110 is stacked.
  • the laminate may be equal to or thicker than the thickness of the second laminate on which the discharge sheets 120 are laminated.
  • the thickness of each of the dielectric sheets 110 and the thickness of each of the discharge sheets 120 are the same, and the number of stacks of the dielectric sheets 110 and the number of stacks of the discharge sheets 120 are the same or different.
  • the sieves may have the same or different thickness.
  • the stacked body 1000 may further include a lower cover layer (not shown) and an upper cover layer (not shown) provided on the lower and upper surfaces, respectively. That is, the stacked body 1000 may further include a lower cover layer (not shown) and an upper cover layer (not shown) provided below the capacitor unit 2000 and above the overvoltage protection unit 3000, respectively.
  • the lowermost sheet of the stacked body 1000 may function as a lower cover layer and the uppermost sheet may function as an upper cover layer. That is, the lowermost dielectric sheet of the capacitor unit 2000, that is, the first dielectric sheet 111 may function as a lower cover layer, and the uppermost discharge sheet of the overvoltage protection unit 3000, that is, the fifth discharge sheet 125 ) May function as an upper cover layer.
  • Separately provided lower and upper cover layers may be formed to have the same thickness, and may be provided by stacking a plurality of magnetic sheets.
  • the lower and upper cover layers may be formed with different thicknesses, and for example, the upper cover layer may be formed thicker than the lower cover layer.
  • a non-magnetic sheet for example, a glassy sheet may be further formed on the outermost, that is, the lower and upper surfaces of the lower and upper cover layers made of magnetic sheets.
  • the lower and upper cover layers may be thicker than the inner insulating sheets. Accordingly, when the lowermost and uppermost insulating sheets function as lower and upper cover layers, they may be formed thicker than each of the insulating sheets therebetween.
  • a surface modifying member is not formed on at least a part of the surface of the laminate 1000, and the lower and upper cover layers may be formed of a glassy sheet, and the surface of the laminate 1000 may be coated with a polymer or glass material. .
  • the surface of the laminate 1000 is formed of a glassy sheet, it is preferable not to form a glassy sheet because the glassy sheet can absorb moisture and thus lower the reliability of the device.
  • the capacitor unit 2000 may be provided below or above the overvoltage protection unit 3000.
  • the capacitor unit 2000 may include at least two or more internal electrodes 200 and at least two or more dielectric sheets 110 provided therebetween.
  • the capacitor unit 2000 may include first to eight dielectric sheets 111 to 118; 110 and first to seventh internal electrodes 210 to 270; 200. have.
  • a plurality of internal electrodes 200 are formed in the capacitor unit 2000, and for this purpose, the dielectric sheet 110 is formed in a number greater than the number of the internal electrodes 200, but the capacitor unit 2000 Two or more internal electrodes 200 may be formed and three or more dielectric sheets 110 may be provided.
  • the dielectric sheets 111 to 118; 110 may be formed of a dielectric material.
  • a dielectric material a high dielectric material having a dielectric constant of, for example, 5 to 20000 may be used, and MLCC, LTCC, HTCC, or the like may be used.
  • the MLCC dielectric material includes at least one of BaTiO 3 and NdTiO 3 as a main component and at least one of Bi 2 O 3 , SiO 2 , CuO, MgO, ZnO is added, and the LTCC dielectric material is Al 2 O 3 , SiO 2 , It may contain a glass material.
  • the dielectric sheet 110 in addition to MLCC, LTCC, HTCC, BaTiO 3 , NdTiO 3 , Bi 2 O 3 , BaCO 3 , TiO 2 , Nd 2 O 3 , SiO 2 , CuO, MgO, Zn0, Al 2 O 3 It may be formed of a material containing one or more.
  • the dielectric sheet 110 may include BaTiO 3 , NdTiO 3 , Bi 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , and adjust the content of these materials. By doing so, the permittivity can be adjusted.
  • the dielectric sheet 110 may each have a predetermined dielectric constant, for example, 5 to 20,000, preferably 7 to 4000, more preferably 100 to 3000, depending on the material.
  • the dielectric sheet 110 may include BaTiO 3 , NdTiO 3 , Bi 2 O 3 , ZnO, TiO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , increasing the content of BaTiO 3 By doing so, the dielectric constant can be increased, and the dielectric constant can be lowered by increasing the content of NdTiO 3 and SiO 2 .
  • the dielectric sheet 110 may be formed by mixing a dielectric material and an overvoltage protection material such as a varistor material.
  • the dielectric sheet 110 is mainly made of a dielectric material, and some varistor material may be included.
  • the overvoltage protection material may include a material constituting the overvoltage protection unit 3000 to be described later, for example, a material constituting the discharge sheet of the overvoltage protection unit 3000.
  • Varistor materials may be used as the overvoltage protection material, and as varistor materials, ZnO, Bi 2 O 3 , Pr 6 O 11 , Co 3 O 4 , Mn 3 O 4 , CaCO 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SiC, Y 2 O 3 , NiO, SnO 2 , CuO, TiO 2 , MgO, may include at least any one of AgO.
  • the varistor material contained in the capacitor unit 2000 may be ZnO.
  • the size of the ZnO particles may be 1 ⁇ m or less based on an average particle size distribution (D50).
  • the amount of the varistor material contained in the capacitor unit 2000 may be 0.2 wt% to 10 wt%. That is, the dielectric sheet 110 of the capacitor unit 2000 may be formed by containing 0.2 wt% to 10 wt% of the varistor material with respect to 100 wt% of the mixed material of the dielectric material and the varistor material.
  • the varistor material may be contained in 2 wt% to 5 wt% based on 100 wt% of the mixture of the capacitor material and the varistor material. In this case, when the overvoltage protection material, that is, the varistor material, is contained in excess of 10 wt%, the capacitance of the capacitor unit 2000 may be lowered or at least a portion of the discharge voltage may flow through the capacitor unit 2000.
  • the plurality of internal electrodes 210 to 270; 200 may be formed of a conductive material, for example, may be formed of a metal or a metal alloy including any one or more of Ag, Au, Pt, Pd, Ni, and Cu. have.
  • the alloy for example, an Ag and Pd alloy can be used.
  • the internal electrode 200 may be formed to a thickness of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, for example.
  • the internal electrode 200 is formed such that one side is connected to the external electrodes 5100, 5200, and 5000 formed to face each other in the X direction and the other side is spaced apart.
  • the first, third, fifth, and seventh internal electrodes 210, 230, 250, and 270 are formed on the first, third, fifth, and seventh dielectric sheets 111, 113, 115 and 117, respectively, with predetermined areas, One side is connected to the first external electrode 5100 and the other side is formed to be spaced apart from the second external electrode 5200.
  • the second, fourth, and sixth internal electrodes 220, 240, 260 are formed in a predetermined area on the second, fourth, and sixth dielectric sheets 112, 114, and 116, and one side thereof is formed with the second external electrode 5200. It is connected and the other side is formed to be spaced apart from the first external electrode 5100.
  • the internal electrodes 200 are alternately connected to any one of the external electrodes 5000 and are formed to overlap a predetermined area with the dielectric sheet 110 interposed therebetween.
  • the internal electrodes 200 are formed in an area of 10% to 85% of the area of each of the dielectric sheets 110, respectively.
  • two adjacent internal electrodes for example, the first and second internal electrodes 210 and 220 are formed to overlap with an area of 10% to 85% of the area of each of these electrodes.
  • the internal electrode 200 may be formed in various shapes, such as a square, a rectangle, a predetermined pattern shape, and a spiral shape having a predetermined width and interval.
  • a capacitance is formed between the internal electrodes 200, respectively, and the capacitance can be adjusted according to an overlapping area of the adjacent internal electrodes 200, a thickness of the dielectric sheets 110, and the like.
  • Such a capacitor unit 2000 may have a capacitance of 0.01 pF or more and 20 ⁇ F or less, for example.
  • the overvoltage protection unit 3000 may be provided above the capacitor unit 2000.
  • the overvoltage protection unit 3000 includes a plurality of discharge sheets 120, each of which is provided with a plurality of discharge electrodes spaced apart from each other in the arrangement direction of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200 on the same plane. , And a plurality of discharge electrode layers 310a, 310b, 310c, and 310d stacked in the vertical direction.
  • the overvoltage protection unit 3000 is provided on one surface of each of the first to fifth discharge sheets 121 to 125; 120 and the first to fourth discharge sheets 121 to 124 as shown in FIG. 2.
  • the formed first to fourth discharge electrode layers 310a, 310b, 310c, and 310d may be included.
  • the discharge sheets 121 to 125; 120 may be formed of a varistor material.
  • Varistor materials are ZnO, Bi 2 O 3 , Pr 6 O 11 , Co 3 O 4 , Mn 3 O 4 , CaCO 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SiC, Y 2 O 3 , NiO, SnO 2 , CuO, TiO 2 It may include at least one of MgO, AgO.
  • a material in which at least one of the above materials is mixed with ZnO as a main component may be used as the varistor material.
  • the varistor material may be a Pr-based, Bi-based, or SiC-based material other than the above material.
  • the discharge sheet 120 may be formed of a mixture of a varistor material and a dielectric material. That is, the discharge sheet 120 may be formed by mixing a material having a varistor characteristic and a material forming the capacitor unit 2000, that is, a dielectric material.
  • the discharge sheets 120 are mainly made of a varistor material, and some capacitor materials are formed. Can be included.
  • the dielectric material mixed with the varistor material may include a main material of the dielectric sheet 110 of the capacitor unit 2000. That is, dielectrics such as MLCC, LTCC, and HTCC having a dielectric constant of about 5 to 20000 may be mixed with the varistor material.
  • a material containing at least one of BaTiO 3 , NdTiO 3 , Bi 2 O 3 , BaCO 3 , TiO 2 , Nd 2 O 3 , SiO 2 , CuO, MgO, Zn0, Al 2 O 3 is included in the varistor material.
  • the capacitor material, that is, the dielectric material included in the overvoltage protection unit 3000 may be at least one of BaTiO 3 and NdTiO 3 .
  • the amount of a capacitor material, that is, a dielectric material, contained in the overvoltage protection unit 3000 may be 0.2wt% to 10wt%.
  • 0.2 wt% to 10 wt% of the dielectric sheet material may be contained with respect to 100 wt% of the mixed material of the discharge sheet material and the dielectric sheet material.
  • the dielectric sheet material may be contained in an amount of 2 wt% to 5 wt% based on 100 wt% of the mixture of the discharge sheet material and the dielectric sheet material.
  • the characteristics of the overvoltage protection unit 3000 may be deteriorated. That is, the breakdown voltage may change or become a complete non-conductor, so that the overvoltage cannot be discharged, and thus the function of the overvoltage protection unit 3000 may be lost.
  • the overvoltage protection unit 3000 includes four discharge electrode layers (that is, first to fourth discharge electrode layers 310a, 310b, 310c, 310d), and four discharge electrode layers 310a, 310b, 310c , 310d) is formed spaced apart in the vertical direction.
  • each of the first to fourth discharge electrode layers 310a, 310b, 310c, and 310d is a pair spaced apart from each other in the arrangement direction of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200, that is, the X direction on the same plane. It includes a discharge electrode.
  • the first discharge electrode layer 310a is a pair of discharge electrodes formed on the first discharge sheet 121 and spaced apart from each other in the arrangement direction of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200 (hereinafter , First and second discharge electrodes 311 and 312)
  • the second discharge electrode layer 310b is formed of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200 on the second discharge sheet 122. It includes a pair of discharge electrodes (hereinafter, third and fourth discharge electrodes 313 and 314) formed to be spaced apart from each other in the alignment direction and formed to face the first and second discharge electrodes 311 and 312, respectively.
  • the third discharge electrode layer 310c is formed on the third discharge sheet 123 to be spaced apart from each other in the arrangement direction of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200, and each of the third and fourth discharge electrodes It includes a pair of discharge electrodes (hereinafter, fifth and sixth discharge electrodes 315 and 316) formed to face the 313 and 314, and the fourth discharge electrode layer 310d is formed on the fourth discharge sheet 124 A pair of discharge electrodes formed to be spaced apart from each other in the arrangement direction of the first external electrode 5100 and the second external electrode 5200, and each formed to face the fifth and sixth discharge electrodes 315 and 316 (hereinafter, And the seventh and eighth discharge electrodes 317 and 318.
  • first discharge electrode 311 and the second discharge electrode 312 are formed on the first discharge sheet 121 as described above, they are positioned to face each other on the same plane, and the third discharge electrode 313 and the third discharge electrode 312
  • the 4 discharge electrodes 314 are formed on the second discharge sheet 122 as described above, so they are positioned to face each other on the same plane, and the fifth discharge electrode 315 and the sixth discharge electrode 316 are as described above.
  • the discharge electrodes formed on the same plane are connected to different external electrodes, and the discharge electrodes formed to face each other based on the vertical direction are connected to the same external electrode. That is, one side of each of the first, third, fifth, and seventh discharge electrodes 311, 313, 315, 317 is connected to the first external electrode 5100, which is the same external electrode, and the other side is the second external electrode 5200. And spaced apart. In addition, one side of each of the second, fourth, sixth, and eighth discharge electrodes 312, 314, 316, 318 is connected to the second external electrode 5200, which is the same external electrode, and the other side is the first external electrode 5100. And spaced apart.
  • a separation distance (distance in the X direction) between a pair of discharge electrodes formed to face each other on the same plane (A) is the separation distance between discharge electrodes stacked up and down. It can be larger than (B). More specifically, in each of the discharge electrode layers 310a, 310b, 310c, and 310d, the separation distance (X direction distance) A between a pair of discharge electrodes formed to face each other on the same plane is 100 ⁇ m to 500 ⁇ m (100 ⁇ m or more, 500 ⁇ m or less).
  • the separation distance (distance in the X direction) (A) between the pair of discharge electrodes is 200 ⁇ m to 400 ⁇ m (200 ⁇ m or more, 400 ⁇ m or less). That is, the separation distance A between the first discharge electrode 311 and the second discharge electrode 312, the separation distance A between the third discharge electrode 31 and the fourth discharge electrode 314, and the fifth discharge electrode.
  • Each of the separation distance A between the 315 and the sixth discharge electrode 316 and the separation distance A between the seventh discharge electrode 317 and the eighth discharge electrode 318 is 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably It is 200 ⁇ m to 400 ⁇ m.
  • the breakdown voltage may be lowered to less than 300V or resistance to overvoltage may be insufficient.
  • the separation distance (A) between the pair of discharge electrodes formed to face each other on the same plane exceeds 500 ⁇ m, the breakdown voltage is too high to exceed 400V, so that an overvoltage of a lower voltage may be bypassed or passed. There is no problem.
  • a separation distance A between a pair of discharge electrodes formed to face each other on the same plane is formed to be 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the separation distance B between the two discharge electrodes that are vertically arranged vertically based on the stacking direction of the discharge electrode layers may be 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the separation distance (B) between the two discharge electrodes continuously arranged vertically may be 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • a plurality of discharge electrode layers are provided and stacked in a vertical direction, in order to improve resistance to overvoltage by extending a movement path (bypass path) of the overvoltage.
  • the number of discharge electrode layers is 3 to 20 (3 or more, 20 or less).
  • the length of the movement path of the overvoltage is short, so that the degree of dispersion of the overvoltage is small, and destruction by the overvoltage may occur.
  • the number of discharge electrode layers is less than three, the resistance to overvoltage cannot be improved compared to the conventional one.
  • the thickness of the overvoltage protection unit 3000 is inevitably limited, but when the discharge electrode layer is provided to exceed 20, Since the thickness of the discharge sheet between the discharge electrodes must be made thin, there is a process difficulty for this.
  • the present invention three or more and 20 or less discharge electrode layers are provided and stacked up and down.
  • the number of discharge sheets 120 may be 4 or more and 21 or less.
  • the plurality of discharge electrodes disposed vertically are provided to have the same length.
  • a plurality of discharge electrodes arranged vertically are provided with the same length, as the overlapping area between them increases, resistance to overvoltage is improved.
  • the plurality of discharge electrodes 311 to 318; 310 may be formed of a conductive material, for example, may be formed of a metal or metal alloy including any one or more of Ag, Au, Pt, Pd, Ni, and Cu. have.
  • the alloy for example, an Ag and Pd alloy can be used.
  • the discharge electrode 310 may be formed of the same material as the internal electrodes 200 of the capacitor unit 2000.
  • the discharge electrode 310 may be formed to a thickness of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, for example. That is, the discharge electrode 310 may be formed to have the same thickness as each of the internal electrodes 200.
  • the discharge electrode 310 may be formed to be thinner or thicker than each of the internal electrodes 200.
  • the discharge electrode 310 may be formed to have a thickness of 10% to 90% than each of the internal electrodes 200.
  • the length of the discharge electrode 310 in the X direction may be smaller than the length of the internal electrode 200 in the X direction, and the length of the discharge electrode 310 in the Y direction may be longer or smaller than the length of the internal electrode 200 in the Y direction. , Can also be the same.
  • the discharge electrode 310 may have an area equal to or smaller than that of the internal electrode 200.
  • the overvoltage protection unit 3000 has a predetermined capacitance, and has a value smaller or greater than the capacitance of the capacitor unit 2000. That is, it is possible to have various capacitances of the capacitor unit 2000, so that the total capacitance of the composite element can be adjusted as desired.
  • the breakdown voltage of the overvoltage protection unit 3000 may be 300V or more, and may be lower than the dielectric breakdown voltage of the capacitor unit 2000. That is, the breakdown voltage of the overvoltage protection unit 3000 may be 300V or more and less than the dielectric breakdown voltage of the capacitor unit 2000. Since the breakdown voltage is lower than the breakdown voltage, the overvoltage can be discharged before the capacitor unit 2000 is broken down.
  • Table 1 is a table showing the breakdown voltage reduction rate of the overvoltage protection unit in the composite device according to the first to fourth experimental examples.
  • the composite device according to the first experimental example is a composite device including a conventional double floating type overvoltage protection unit 3000 (see FIG. 8).
  • the second to fourth experimental examples are composite devices including the overvoltage protection unit 3000 according to the first embodiment of the present invention.
  • the overvoltage protection unit 3000 of the composite device according to the second experiment has three discharge electrode layers
  • the overvoltage protection unit 3000 of the composite device according to the third experiment has four discharge electrode layers
  • the overvoltage protection unit 3000 of the composite device has 5 discharge electrode layers.
  • the capacitor portion 2000 of the composite device according to the first to fourth experimental examples is the same as the capacitor portion of FIG. 1.
  • the breakdown voltage reduction rate is calculated to evaluate the resistance to overvoltage.
  • the breakdown voltage decrease rate is a decrease rate between the breakdown voltage after 100 overvoltage application compared to the initial breakdown voltage.
  • Example 2 Third Experimental Example Experimental Example 4 Number of stacked discharge electrode layers Double floating type 3rd Floor 4th floor 5th floor Breakdown voltage reduction rate 20% 18% 16% 14%
  • the breakdown voltage reduction rate of the overvoltage protection unit 3000 in the composite device according to the first embodiment is 20%, but the overvoltage protection unit 3000 in the composite device according to the second to fourth embodiments
  • the breakdown voltage reduction rate is less than 20%, which is smaller than that of the first embodiment.
  • the overvoltage resistance of the overvoltage protection unit 3000 in the composite device according to the embodiment of the present invention is a conventional double floating type. It can be seen that it is higher than that of the overvoltage protection unit 3000 of ).
  • the coupling part 4000 may be provided between the capacitor part 2000 and the overvoltage protection part 3000 inside the stacked body 1000.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 may be manufactured by different processes and then combined by the coupling unit 4000.
  • the coupling part 4000 may include a material capable of bonding by adhering the first laminate made of the capacitor part 2000 and the second laminate made of the overvoltage protection part 3000.
  • the coupling part 4000 may be made of a paste having adhesive force, for example, a glass paste, a polymer paste, an oligomer paste, or the like. That is, it may be made of a paste containing glass, a paste containing a polymer, and a paste containing an oligomer.
  • the glass paste may include at least one of SiO 2 , BiO 2 , B 2 O 3 , BaO, and Al 2 O 3
  • the polymer paste may include Si resin and synthetic resin
  • the oligomer paste may contain an epoxy resin, and the epoxy resin includes a novolac-based, bisphenol-based, amine-based, cycloalipatic-based, and bromine-based epoxy resin. can do.
  • a method of combining the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 using the coupling unit 4000 will be described as follows.
  • the internal electrodes 200 are formed on the plurality of dielectric sheets 110, respectively, and then stacked and sintered to fabricate the capacitor part 2000, and a plurality of discharge electrode layers 310a, 310b, respectively on the plurality of discharge sheets 120 310c and 310d), that is, a plurality of discharge electrodes 311 to 318; 310 are formed, then stacked and sintered to fabricate the overvoltage protection unit 3000.
  • the overvoltage protection part 3000 is combined to manufacture the laminate 1000.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 are stacked in the stacking direction of the sheet 100 so that the internal electrode 200 and the discharge electrode 310 are exposed on two opposite surfaces of the stacked body 1000. Make it possible.
  • heat treatment may be performed at a predetermined temperature.
  • heat treatment may be performed at a temperature lower than the sintering temperature of the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000, and when a polymer paste is used, the heat treatment may be performed at a temperature of 10°C to 300°C. .
  • the coupling part 4000 may further include an electromagnetic wave shielding and absorbing material.
  • the electromagnetic wave shielding and absorbing material may include ferrite, alumina, and the like, and may be contained in an amount of 0.1% to 50% by weight in the coupling part 4000. That is, the electromagnetic wave shielding and absorbing material may be contained in an amount of 0.01% to 50% by weight based on 100% by weight of the material of the coupling part 4000. If the electromagnetic wave shielding and absorbing material is less than 0.01% by weight, electromagnetic wave shielding and absorbing properties are low, and if it exceeds 50% by weight, the bonding property using the coupling part 4000 may be deteriorated. In this way, the electromagnetic wave shielding and absorbing material is further contained in the coupling part 4000 to shield or absorb electromagnetic waves.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 are coupled to each other by the coupling unit 4000.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 may be combined by any means and method.
  • the external electrodes 5100, 5200, and 5000 may be provided on two side surfaces of the stacked body 1000 that face each other.
  • the external electrodes 5100, 5200, and 5000 are connected to the internal electrode 200 and the discharge electrode 310 formed in the stacked body 1000. That is, each of the external electrodes 5000 may be formed on two side surfaces facing each other, for example, the first and second side surfaces, or two or more external electrodes 5000 may be formed.
  • first external electrode 5100 is formed on the other side of the stack 1000 to face the first external electrode 5100
  • second, fourth, sixth internal electrodes 220 , 240, 260, and the second, fourth, sixth, and eighth discharge electrodes 312, 314, 316, 318 and connected to the external electrode is referred to as a second external electrode 5200.
  • one of the first and second external electrodes 5100 and 5200 may be connected to an internal circuit such as a printed circuit board inside the electronic device, and the other may be connected to the outside of the electronic device, for example, a metal case.
  • the first external electrode 5100 may be connected to an internal circuit
  • the second external electrode 5200 may be connected to a metal case.
  • the second external electrode 5200 may be connected to the metal case through a conductive member, for example, a contactor or a conductive gasket.
  • the external electrode 5000 may be formed in various ways. That is, the external electrode 5000 may be formed by immersion or printing using a conductive paste, or may be formed by various methods such as vapor deposition, sputtering, and plating. Meanwhile, the external electrode 5000 may be formed to extend on the surfaces in the Y direction and the Z direction. That is, the external electrode 5000 may extend from two surfaces opposite to the X direction to four adjacent surfaces. For example, when immersed in the conductive paste, the external electrode 5000 may be formed not only on two opposite side surfaces in the X direction, but also on the front and rear surfaces in the Y direction, and the upper and lower surfaces in the Z direction.
  • external electrodes 5000 may be formed on two surfaces in the X direction. That is, the external electrode 5000 may be formed not only on one side mounted on the printed circuit board and the other side connected to the metal case, but also on other areas according to a formation method or process condition.
  • the external electrode 5000 may be formed of a metal having electrical conductivity.
  • the external electrode 5000 may be formed of one or more metals selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, and alloys thereof.
  • the internal electrode 200 and the discharge electrode 310 are formed of copper
  • at least a portion of the area of the external electrode 5000 in contact with them may be formed of copper.
  • copper may be formed by immersion or printing using a conductive paste, or by deposition, sputtering, plating, or the like.
  • the external electrode 5000 may be formed by plating.
  • a seed layer may be formed on the upper and lower surfaces of the stacked body 1000, and then a plating layer may be formed from the seed layer to form the external electrode 5000.
  • a plating layer may be formed from the seed layer to form the external electrode 5000.
  • at least a portion of the external electrode 5000 connected to the internal electrode 200 and the discharge electrode 310 may be the entire side surface of the stack 1000 on which the external electrode 5000 is formed, or may be a partial region. .
  • the external electrode 5000 may further include at least one plating layer.
  • the external electrode 5000 may be formed of a metal layer such as Cu or Ag, and at least one plating layer may be formed on the metal layer.
  • the external electrode 5000 may be formed by stacking a copper layer, a Ni plating layer, and an Sn or Sn/Ag plating layer.
  • the plating layer may include a Cu plating layer and a Sn plating layer, and a Cu plating layer, a Ni plating layer, and a Sn plating layer may be stacked.
  • the external electrode 5000 may be formed by mixing, for example, a multi-component glass frit containing 0.5% to 20% of Bi 2 O 3 or SiO 2 as a main component with metal powder.
  • the mixture of the glass frit and the metal powder may be manufactured in a paste form and applied to both surfaces of the laminate 1000.
  • the adhesion between the external electrode 5000 and the stacked body 1000 may be improved, and contact reaction between the electrodes inside the stacked body 1000 may be improved.
  • at least one plating layer is formed thereon to form the external electrode 5000.
  • a metal layer including glass and at least one plating layer may be formed thereon to form the external electrode 5000.
  • the external electrode 5000 may form a glass frit and a layer containing at least one of Ag and Cu, and then form a Ni plating layer and a Sn plating layer sequentially through electrolytic or electroless plating.
  • the Sn plating layer may be formed to have the same or thicker thickness as the Ni plating layer.
  • the external electrode 5000 may be formed only with at least one plating layer. That is, the external electrode 5000 may be formed by forming at least one plating layer by using at least one plating process without applying a paste.
  • the external electrode 5000 may be formed to a thickness of 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, the Ni plating layer is formed to a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, and the Sn or Sn/Ag plating layer is formed to a thickness of 2 ⁇ m to 10 ⁇ m. Can be formed.
  • the surface modification member 6000 may be formed on at least a portion of the surface of the laminate 1000. That is, the surface modification member 6000 may be formed on the entire surface of the stacked body 1000 or may be formed only in a region of the stacked body 1000 in contact with the external electrode 5000. In other words, the surface modification member 6000 in which the surface modification member 6000 is formed on a part of the surface of the stacked body 1000 may be formed between the stacked body 1000 and the external electrode 5000. In this case, the surface modification member 6000 may be formed by contacting the extended region of the external electrode 5000. That is, the surface modification member 6000 may be provided between the stacked body 1000 and one region of the external electrode 5000 extending to the upper and lower surfaces of the stacked body 1000.
  • the surface modification member 6000 may be provided in the same or different size than the external electrode 5000 formed thereon. For example, it may be formed in an area of 50% to 150% of an area of a portion of the external electrode 5000 extending to the upper and lower surfaces of the stacked body 1000. That is, the surface modification member 6000 may be formed to have a size smaller or larger than the size of the extended area of the external electrode 5000 or may be formed to have the same size. Of course, the surface modification member 6000 may also be formed between the external electrode 5000 formed on the side surface of the stacked body 1000.
  • the surface modification member 6000 may include a glass material.
  • the surface modification member 6000 may include a non-borosilicate glass (SiO 2 -CaO-ZnO-MgO-based glass) that can be fired at a predetermined temperature, for example, 950°C or lower. I can.
  • the surface modification member 6000 may further include a magnetic material. That is, if the area in which the surface modification member 6000 is to be formed is made of a magnetic material sheet, a part of the magnetic material may be included in the surface modification member 6000 to facilitate coupling of the surface modification member 6000 and the magnetic material sheet.
  • the magnetic material includes, for example, NiZnCu-based magnetic powder, and the magnetic material may be included, for example, 1 to 15 wt% with respect to 100 wt% of the glass material.
  • the surface modification member 6000 may be formed on the surface of the laminate 1000.
  • the glass material may be at least partially distributed evenly on the surface of the laminate 1000 as shown in FIG. 3(a), and at least some of the glass materials may have different sizes as shown in FIG. 3(b). It may be irregularly distributed.
  • the surface modification member 6000 may be continuously formed on the surface of the stacked body 1000 to have a film shape. Further, as shown in (c) of FIG.
  • a concave portion may be formed on at least a portion of the surface of the laminate 1000. That is, the glass material may be formed to form a convex portion, and at least a portion of the region in which the glass material is not formed may be recessed to form a concave portion. In this case, the glass material may be formed to a predetermined depth from the surface of the laminate 1000 so that at least a portion of the glass material may be formed higher than the surface of the laminate 1000. That is, at least a part of the surface modification member 6000 may form the same plane as the surface of the laminate 1000, and at least a part of the surface modification member 6000 may be maintained higher than the surface of the laminate 1000.
  • the surface of the laminate 1000 may be modified by distributing a glass material in a partial area of the laminate 1000 to form the surface modification member 6000, thereby reducing the surface resistance. It can be made uniform. Therefore, it is possible to control the shape of the external electrode, thereby facilitating the formation of the external electrode.
  • a paste containing a glass material may be printed or applied on a predetermined area of a predetermined sheet.
  • the surface modification member 6000 may be formed by applying a glass paste to at least two regions of the lower surface of the first dielectric sheet 111 and at least two regions of the upper surface of the fifth discharge sheet 125 and then curing them.
  • the surface modification member 6000 may be formed using an oxide. That is, the surface modification member 6000 may be formed by using at least one of a glassy material and an oxide, or may be formed by further including a magnetic material. In this case, in the surface modification member 6000, oxides in a crystalline state or an amorphous state may be dispersed and distributed on the surface of the laminate 1000, and at least a portion of the oxide distributed on the surface may be melted. In this case, even in the case of an oxide, it may be formed as shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the oxides may be spaced apart from each other and distributed in the form of an island, and may be formed in the form of a film in at least one region.
  • the oxide in the particulate or molten state is, for example, Bi 2 O 3 , BO 2 , B 2 O 3 , ZnO, Co 3 O 4 , SiO 2 , Al 2 O 3 , MnO, H 2 BO 3 , H 2 At least one or more of BO 3 , Ca(CO 3 ) 2 , Ca(NO 3 ) 2 , and CaCO 3 may be used.
  • At least one capacitor unit 2000 and at least one overvoltage protection unit 3000 may be coupled by the coupling unit 4000. Accordingly, a composite device in which two or more functional units are stacked vertically may be provided. In this case, since the composite device is manufactured and sintered in each manufacturing process and then combined, materials of different functional units do not diffuse with each other, and accordingly, the function of each functional unit is not deteriorated.
  • a discharge electrode layer is formed so that the pair of discharge electrodes face each other on the same plane, and at this time, the separation distance (A) of the pair of discharge electrodes is 100 ⁇ m to Make it 500 ⁇ m. Then, three or more discharge electrode layers are laminated and formed.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a composite device according to a second embodiment of the present invention.
  • the capacitor unit 2000 includes at least two or more internal electrodes 200 and at least two or more dielectric sheets 110 provided therebetween has been described.
  • the capacitor unit may be provided with a structure including at least one dielectric sheet and not including the internal electrode 200.
  • the dielectric sheet may be provided as one or may be provided in plural and stacked.
  • the capacitance of the capacitor unit 2000 according to the second embodiment may be 0.01 pF to 5.0 pF.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a composite device according to a third embodiment of the present invention.
  • a conductive paste is applied to the side surface of the laminate 1000 by immersion or printing, and then the temperature is 300°C or higher. It can be formed by heat treatment, that is, firing.
  • the capacitor part 2000 and the overvoltage protection part 3000 are mutually bonded by applying the polymer paste and then curing by heat treatment at a temperature of 10°C to 300°C. .
  • the coupling part 4000 may be carbonized by the firing temperature. Accordingly, the coupling or bonding performance of the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 may be deteriorated.
  • external electrodes (hereinafter, third and fourth external electrodes 5300 and 5400) are formed on both side surfaces of the dielectric sheet 110, and external electrodes (hereinafter, fifth and fourth external electrodes) are formed on both sides of the discharge sheet 120.
  • first external electrodes 5100 are formed on the outer surfaces of the third and fifth external electrodes 5300 and 5500
  • fourth and sixth external electrodes 5400 The second external electrode 5200 may be formed on the outer surface of the 5600.
  • third and fourth external electrodes 5300 and 5400 are formed on two opposite sides of the capacitor unit 2000, and the overvoltage protection unit
  • the fifth and sixth external electrodes 5500 and 5600 are formed on two side surfaces of the 3000 that face each other.
  • each of the third to sixth external electrodes 5300, 5400, 5500, and 5600 may be formed through a firing process.
  • a polymer paste is applied so as to be positioned between the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 and then heat-treated at a temperature of 10° C. to 300° C. to cure to form the coupling unit 4000.
  • the capacitor unit 2000 and the overvoltage protection unit 3000 are coupled to each other by the coupling unit 4000, and the third and fifth external electrodes 5300 and 5500 are arranged vertically, and the fourth and sixth external electrodes are The electrodes 5400 and 5600 are formed to be arranged vertically.
  • the vertical extension lengths of the third and fourth external electrodes 5300 and 5400 may be provided to be longer than the height of the capacitor unit 2000, and the upper ends of the third and fourth external electrodes 5300 and 5400 respectively And the lower end may be formed to protrude upward and downward of the capacitor part 2000.
  • the vertical extension lengths of the fifth and sixth external electrodes 5500 and 5600 may be provided to be longer than the height of the overvoltage protection unit 3000, and each of the fifth and sixth external electrodes 5500 and 5600 The upper and lower ends may be formed to protrude upward and downward of the overvoltage protection part 3000.
  • the third and fourth external electrodes 5300 and 5400 are external electrodes directly connected to the internal electrode 200 of the capacitor unit 2000 and are disposed to face each other, and the third external electrodes 5300 are the first and third external electrodes. , 5 and 7 are connected to the internal electrodes 210, 230, 250, 270, and the fourth external electrode 5400 is connected to the second, fourth, and sixth internal electrodes 220, 240, 260.
  • the fifth and sixth external electrodes 5500 and 5600 are external electrodes directly connected to the discharge electrode of the overvoltage protection unit 3000 and are disposed to face each other, and the fifth external electrodes 5500 are the first, third, and fifth external electrodes. , 7 discharge electrodes 311, 313, 315, 317 are connected, and the sixth external electrode 5600 is connected to the second, 4, 6, and 8 discharge electrodes 312, 314, 316, 318.
  • the first external electrode 5100 is formed on the outer surfaces of the third and fifth external electrodes 5300 and 5500
  • the second external electrode 5200 is formed on the outer surfaces 5400 and 5600 of the fourth and sixth external electrodes.
  • the first and second external electrodes 5100 and 5200 are used as a precipitation method using a metal paste for curing (curing at 10°C to 300°C) without undergoing a firing process by adjusting at least one of the material and the forming method. ) To form.
  • the bonding portion 4000 is formed with a polymer paste, and the first and second external electrodes ( By forming the 5100 and 5200, carbonization of the coupling portion 4000 may be prevented. Accordingly, carbonization of the coupling portion 4000 due to the formation of an external electrode and a decrease in coupling performance due to this can be prevented.
  • the composite device according to the embodiments of the present invention may be provided in an electronic device including a portable electronic device such as a smart phone.
  • a composite including a capacitor part and an overvoltage protection part between an internal circuit (eg, PCB) 20 of an electronic device and a conductor that a user can contact, that is, a metal case 10 An element can be provided.
  • the capacitor portion is denoted by C
  • the overvoltage protection portion is denoted by V. That is, in the composite element, one of the external electrodes 5000 may contact the metal case 10 and the other of the external electrode 5000 may contact the internal circuit 20. In this case, a ground terminal may be provided in the internal circuit 20. Accordingly, one of the external electrodes 5000 may contact the metal case 10 and the other may be connected to the ground terminal.
  • a contact portion 30 may be provided between the metal case 10 and the composite element, which is in electrical contact with the metal case 10 and has an elastic force, as shown in FIG. 7. That is, the contact portion 30 and the composite device according to the present invention may be provided between the metal case 10 and the internal circuit 20 of the electronic device.
  • one of the external electrodes 5000 may be in contact with the contact unit 30 and the other may be connected to the ground terminal through the internal circuit 20.
  • the contact unit 30 has elastic force so as to mitigate the impact, and may be made of a material including a conductive material.
  • the contact part 30 may have a clip shape or may be a conductive gasket.
  • At least one area of the contact unit 30 may be mounted on the internal circuit 20, for example, a PCB.
  • a composite element is provided between the metal case 10 and the internal circuit 20 to block leakage current flowing from the internal circuit 20.
  • overvoltage such as ESD is bypassed to the ground terminal, and the insulation is not destroyed by the overvoltage, so that leakage current can be continuously blocked. That is, in the composite device according to the present invention, current does not flow between the external electrodes 5000 at the electric shock voltage due to the rated voltage and leakage current, and the overvoltage is grounded by current flowing through the overvoltage protection unit 3000 in the case of overvoltage such as ESD. Can be bypassed to the terminal.
  • the composite device may have a breakdown voltage or a discharge initiation voltage higher than a rated voltage and lower than an overvoltage such as ESD.
  • the composite device may have a rated voltage of 100V to 240V, the electric shock voltage may be equal to or higher than the operating voltage of the circuit, and the overvoltage generated by external static electricity may be higher than the electric shock voltage, and the breakdown voltage or The discharge start voltage may be 300V to 15kV.
  • a communication signal may be transmitted between the external and internal circuits 20 by the capacitor unit 2000. That is, a communication signal from the outside, for example an RF signal, may be transmitted to the internal circuit 20 by the capacitor unit 2000, and the communication signal from the internal circuit 20 is externally transmitted by the capacitor unit 2000. Can be delivered to. Accordingly, even when a separate antenna is not provided and the metal case 10 is used as an antenna, communication signals with the outside can be transmitted and received using the capacitor unit 2000. As a result, the composite device according to the present invention can block leakage current flowing from the ground terminal of the internal circuit, bypass the overvoltage applied from the outside to the ground terminal, and transmit a communication signal between the outside and the electronic device.
  • a communication signal from the outside for example an RF signal
  • the composite device according to the embodiments of the present invention may be provided between the metal case 10 and the internal circuit 20 and used as an electric shock prevention device, and a plurality of insulating sheets having high withstand voltage characteristics, that is, dielectric sheets, are stacked.
  • the capacitor part 2000 By forming the capacitor part 2000, the insulation resistance state can be maintained so that leakage current does not flow when, for example, an electric shock voltage of 300 V is applied from the internal circuit by the defective charger to the metal case, and the overvoltage protection part is also in the metal case.
  • the overvoltage is applied to the internal circuit, the overvoltage is bypassed to maintain high insulation resistance without damage to the device. Accordingly, insulation is not destroyed even by an overvoltage, and accordingly, it is provided in an electronic device having a metal case to continuously prevent leakage current generated from a defective charger from being transmitted to a user through the metal case of the electronic device.
  • characteristics of a composite device according to embodiments of the present invention and a capacitor or device having an overvoltage protection function are compared as follows.
  • the comparison of these characteristics is to determine leakage current, that is, protection characteristics of electric shock voltage or current, overvoltage protection characteristics such as ESD, and interference characteristics of communication frequencies when each element is provided between a metal case of an electronic device and an internal circuit.
  • the overvoltage protection part and the coupling part do not exist and consist of only the capacitor part, it has a leakage current blocking characteristic and communication frequency interference does not occur, but because there is no overvoltage protection characteristic, ESD
  • the device may be damaged by an overvoltage such as.
  • the leakage current blocking function is lost after the device is damaged by an overvoltage.
  • the instantaneous voltage suppression (TVS) diode When the instantaneous voltage suppression (TVS) diode is implemented with a capacitance of 20 pF or more to prevent communication frequency interference, it is impossible to implement a discharge initiation voltage of 300 V or more in a small size, and thus a leakage current blocking characteristic cannot be obtained.
  • a discharge initiation voltage of 300V or more when a discharge initiation voltage of 300V or more is implemented for electric shock protection, a capacitance of 20pF or more cannot be obtained in a small size. That is, although the instantaneous voltage suppressing diode may have an overvoltage protection characteristic, a communication frequency interference problem occurs for the electric shock protection characteristic, and there is a problem that the electric shock protection characteristic cannot be obtained in order to avoid communication frequency interference.
  • a breakdown voltage of 300V or more is implemented for electric shock protection, a capacitance of 20pF or more cannot be obtained in a small size. That is, although the varistor can obtain overvoltage protection characteristics, there is a problem in that a communication frequency interference problem occurs for electric shock protection characteristics, and an electric shock protection characteristics cannot be obtained in order to avoid communication frequency interference.
  • the ESD voltage higher than the discharge start voltage of the device for example, an overvoltage of 2 kV or more
  • the discharge start voltage for example, there is a problem in that the overvoltage of 2 kV or less cannot be bypassed. That is, in the case of a device that is simultaneously sintered, there is a problem that the overvoltage protection performance is deteriorated.
  • the overvoltage protection part may obtain a discharge start voltage of 300V to 500V. Therefore, it is possible to bypass an overvoltage of 300V or more.
  • a device having a capacitance of 0.5 pF or more, preferably 20 pF to 200 pF, in which communication frequency interference does not occur despite a low discharge initiation voltage may be implemented.
  • the composite device comprises a stack, a capacitor portion provided in the stack, and a discharge electrode layer having a pair of discharge electrodes spaced apart from the capacitor portion in the stacked body and disposed to face each other on the same plane. It is provided with three or more discharge electrode layers and formed to face each other on both outer sides of the stacked overvoltage protection unit and stacked in a direction crossing the arrangement direction of the pair of discharge electrodes, and connected to the capacitor unit and the overvoltage protection unit. It includes first and second external electrodes.
  • the resistance to overvoltage can be improved.
  • the capacitor unit and the overvoltage protection unit having different functions may be coupled by a coupling unit.

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 복합 소자는 적층체, 적층체 내에 마련된 캐패시터부, 적층체 내에서 캐패시터부와 이격 형성되며, 동일 평면 상에서 상호 마주보도록 이격 배치된 한 쌍의 방전 전극을 가지는 방전 전극층을 구비하고, 방전 전극층이 3개 이상으로 마련되어 한 쌍의 방전 전극의 배치 방향과 교차하는 방향으로 적층 형성된 과전압 보호부 및 적층체의 양 외측에서 상호 마주보도록 형성되어, 캐패시터부 및 과전압 보호부와 연결된 제 1 및 제 2 외부 전극을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시형태들에 복합 소자에 의하면, 과전압에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 이에, 복합 소자의 품질이 향상되는 효과가 있다. 또한, 서로 다른 기능을 하는 캐패시터부와 과전압 보호부가 결합부에 의해 결합될 수 있다. 이렇게 서로 다른 기능부인 캐패시터부와 과전압 보호부를 결합부을 이용하여 결합함으로써 복합 소자의 수축률 차이에 의한 뒤틀림, 박리, 크랙 등을 방지할 수 있다.

Description

복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기
본 발명은 복합 소자 및 이를 구비하는 전지기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캐패시터부와 과전압 보호부를 포함하는 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것이다.
전자 회로에는 외부로부터 전자기기로 인가되는 ESD 등의 과전압으로부터 전자기기를 보호하기 위해 배리스터, 서프레서 등의 과전압 보호 소자가 필요하다. 즉, 전자기기의 구동 전압 이상의 과전압이 외부로부터 인가되는 것을 방지하기 위해 과전압 보호 소자가 필요하다. 예를 들어, 배리스터는 인가 전압에 따라 저항이 변하기 때문에 과전압으로부터 전자 부품과 회로를 보호하는 소자로 널리 사용되고 있다. 즉, 평소에는 회로 내에 배치된 배리스터에는 전류가 흐르지 않지만 항복 전압 이상의 과전압이나 낙뢰 등에 의하여 배리스터의 양단에 과전압이 걸리면 배리스터의 저항이 급격히 감소하여 거의 모든 전류가 배리스터를 통해 흐르게 되고, 다른 소자에는 전류가 흐르지 않게 되어 회로 또는 회로 상에 실장된 전자 부품은 과전압으로부터 보호된다.
최근에는 전자기기의 소형화에 대응하여 이들 부품이 차지하는 면적을 줄이기 위해 서로 다른 기능 또는 특성을 갖는 적어도 둘 이상을 적층한 복합 소자가 제작된다. 즉, 도 8을 참조하면, 복합 소자는 복수의 내부 전극(210~270)과, 이들 사이에 마련된 복수의 유전 시트(111~118)를 구비하는 캐패시터부(2000), 복수의 방전 시트(121, 122, 123)와, 복수의 방전 전극(312, 322)을 구비하는 과전압 보호부(3000), 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000) 각각의 일측면 및 타측면에 형성된 한 쌍의 외부 전극(5100, 5200)을 포함한다.
이러한 복합 소자에 의하면, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)를 하나의 칩 내에 적층하여 구현함으로써, 높은 배리스터 전압 및 캐패시턴스를 구현할 수 있다. 이때, 과전압 보호부(3000)의 항복 전압은 방전 시트(121~123)의 두께에 의해 결정되는데, 높은 항복 전압을 구현하기 위해 상대적으로 과전압 보호부(3000)의 캐패시턴스가 낮아지게 되며, 이를 보완하기 위해 유전율이 높은 물질로 이루어진 캐패시터부(2000)를 적층하여 캐패시턴스를 향상 또는 유지하게 된다.
한편, 300V 이상의 항복 전압을 가지기 위해, 동일 평면 상에 복수의 방전 전극을 형성하고, 이를 2 층으로 형성하는 이중 플로팅 타입(double floating type) 구조로 과전압 보호부를 형성한다. 즉, 이중 플로팅 타입(double floating type) 구조의 과전압 보호부는 상하 방향으로 적층된 복수의 방전 시트(121, 122, 123), 동일 평면 상에 위치하도록 제 1 방전 시트(121) 상에 형성되며, 제 1 방전 시트(121) 상에서 상호 이격되도록 나열 형성된 복수의 하부 방전 전극(312), 하부 방전 전극(312)의 상측에서 동일 평면 상에 위치하도록 제 2 방전 시트(122) 상에 형성되며, 제 2 방전 시트(122) 상에서 상호 이격되도록 나열 형성된 복수의 상부 방전 전극(322)을 포함한다.
이때, 과전압에 의한 내성을 확보하기 위해, 하부 방전 전극(312)과 상부 방전 전극(322)이 상호 중첩(overlap)되도록 형성된다. 그리고, 300V 이상의 항복 전압을 가지기 위하여, 복수의 하부 방전 전극(312)과 복수의 상부 방전 전극(322) 간의 총 이격 거리(C1 + C2 + C3 + C4)의 합이 200㎛ 이상이 되어야 할 필요가 있다.
그런데, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)를 적층하여 하나의 소자 즉, 칩 부품으로 제조하기 때문에, 과전압 보호부(3000)의 사이즈가 한정적이다. 그리고, 상술한 바와 같이 300V 이상의 항복 전압을 가지기 위해서는 복수의 하부 방전 전극(312)과 복수의 상부 방전 전극(322) 간의 총 이격 거리(C1 + C2 + C3 + C4)의 합이 200㎛ 이상으로 확보되어야 하기 때문에, 방전 시트(121, 122, 123)의 두께가 얇아질 수밖에 없다. 방전 시트(121, 122, 123)의 두께가 얇아질수록 특히 최외곽의 시트는 최상부층과 최하부층의 방전 시트의 두께가 얇을 경우, 고온 및 습기로부터 소자를 보호하기가 힘들고, 이에 환경 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)를 적층하는 구조에서 과전압 보호부(3000)의 사이즈에 한계가 있어, 방전 전극을 상술한 바와 같이 상하층으로 형성하는데 있어서, 최대 2층까지만 형성할 수 있다. 이에, 과전압이 이동 또는 통과하는 경로가 짧아, 과전압에 대한 내성이 취약한 문제가 있다.
(선행문헌) (특허문헌 1) 한국등록특허 제10-0638802호
본 발명은 캐패시터부와 과전압 보호부를 포함하는 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제공한다.
본 발명은 과전압에 대한 내성이 향상된 복합 소자 및 이를 구비하는 전자기기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 소자는 적층체; 상기 적층체 내에 마련된 캐패시터부; 상기 적층체 내에서 상기 캐패시터부와 이격 형성되며, 동일 평면 상에서 상호 마주보도록 이격 배치된 한 쌍의 방전 전극을 가지는 방전 전극층을 구비하고, 상기 방전 전극층이 3개 이상으로 마련되어 상기 한 쌍의 방전 전극의 배치 방향과 교차하는 방향으로 적층 형성된 과전압 보호부; 및 상기 적층체의 양 외측에서 상호 마주보도록 형성되어, 상기 캐패시터부 및 과전압 보호부와 연결된 제 1 및 제 2 외부 전극;을 포함한다.
상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 100㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 200㎛ 내지 400㎛일 수 있다.
상기 과전압 보호부는 상기 방전 전극층의 배치 방향으로 적층 형성된 4개 이상의 방전 시트를 포함하고, 상기 4개 이상의 방전 시트 중 적어도 3개의 방전 시트 각각의 일면에 상기 방전 전극층이 형성된다.
상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 상기 방전 전극층의 적층 방향을 기준으로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)에 비해 크다.
상기 방전 전극층의 적층 방향을 기준으로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
상기 캐패시터부는 일 방향으로 적층된 복수의 유전 시트를 포함한다.
상기 캐패시터부는 복수의 유전 시트 중 적어도 2 개의 유전 시트 상에 형성된 2 개 이상의 내부 전극을 포함한다.
상기 캐패시터부와 과전압 보호부 사이에 마련되어 이들을 결합시키는 결합부를 포함한다.
상기 적층체 표면의 적어도 일부에 형성되며, 상기 적층체의 표면과는 다른 재질의 표면 개질 부재를 더 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 외부 전극은 상기 적층체의 최하층 및 최상층 시트의 적어도 어느 하나 상에 연장 형성되며, 상기 표면 개질 부재는 적어도 상기 제 1 및 제 2 외부 전극의 연장 영역과 상기 적층체 사이에 마련된다.
상기 캐패시터부와 상기 제 1 외부 전극 사이에 형성된 제 3 외부 전극, 상기 캐패시터부와 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 제 4 외부 전극, 상기 과전압 보호부와 상기 제 1 외부 전극 사이에 형성된 제 5 외부 전극 및 상기 과전압 보호부와 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 제 6 외부 전극을 포함한다.
상기 캐패시터부는 적어도 하나의 유전 시트를 포함하고, 내부 전극을 포함하지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 전자기기는, 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로를 포함하고, 상기 도전체와 상기 내부 회로 사이에 복합 소자가 마련된다.
상기 복합 소자는 상기 도전체를 통해 외부로부터 인가되는 과전압을 상기 내부 회로를 통해 바이패스시키고, 상기 내부 회로를 통해 누설되는 누설 전류를 차단하며, 통신 신호를 통과시킨다.
본 발명의 실시예들에 복합 소자에 의하면, 300V 이상의 항복 전압을 가지면서, 종래에 비해 과전압에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 이에, 복합 소자의 품질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 서로 다른 기능을 하는 캐패시터부와 과전압 보호부가 결합부에 의해 결합될 수 있다. 이렇게 서로 다른 기능부인 캐패시터부와 과전압 보호부를 결합부을 이용하여 결합함으로써 복합 소자의 수축률 차이에 의한 뒤틀림, 박리, 크랙 등을 방지할 수 있다.
또한, 캐패시터부와 과전압 보호부가 각각의 공정으로 제조 및 소결된 후 결합부에 의해 결합되기 때문에, 캐패시터부 및 과전압 보호부 각각을 이루는 물질의 상호 확산을 방지할 수 있고, 그에 따라 각 기능부의 기능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자의 사시도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자의 단면도로서 도 1의 A-A' 라인을 절취한 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자의 적어도 일부 표면의 개략도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 복합 소자의 개략 단면도
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 복합 소자의 개략 단면도
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자의 배치 형태를 도시한 블럭도
도 8은 종래의 과전압 보호부를 구비하는 복합 소자의 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자의 단면도로서 도 1의 A-A' 라인을 절취한 단면도이고, 도 3은 적어도 일부 표면의 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자는 복의 시트(100)를 포함하는 적층체(1000), 적층체(1000) 내에 마련되며, 상하 방향으로 적층 형성된 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000), 적층체(1000) 외부의 서로 대향되는 두 측면에 마련된 외부 전극(5100, 5200; 5000)을 포함한다. 또한, 복합 소자는 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000) 사이에 마련되어 이들을 결합하는 결합부(4000) 및 적층체(5000)의 적어도 일 표면에 형성된 표면 개질 부재(6000)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 서로 다른 기능을 하는 둘 이상의 기능부인 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)는 각각 소결된 후 결합부(4000)에 의해 결합될 수 있다. 즉, 캐패시터부(2000)의 일면과 과전압 보호부(3000)의 일면이 결합부(4000)에 의해 결합될 수 있다.
또한, 캐패시터부(2000)는 소정의 유전율을 갖는 복수의 시트가 적층되고, 과전압 보호부(3000)는 배리스터 특성을 갖는 복수의 시트가 적층된다.
이하에서는 캐패시터부(2000)를 이루는 복수의 시트를 유전 시트(110; 111 내지 118)라 칭하고, 과전압 보호부(3000)를 이루는 복수의 시트를 방전 시트(120; 121 내지 125)라 칭하며, 유전 시트(110)와 방전 시트(120)를 포함한 전체 시트를 시트(100)라 칭한다.
또한, 캐패시터부(2000)에 있어서, 적층체(1000) 내부에 형성된 전극은 내부 전극(210 내지 270; 200)이라 하고, 과전압 보호부(3000)에 있어서 적층체(1000) 내부에 형성된 전극은 방전 전극(311 내지 318; 310)이라 한다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자의 구성을 도 1 내지 도 3을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
1. 적층체
적층체(1000)는 복수의 시트(100), 즉 복수의 유전 시트(110; 111 내지 118)와 복수의 방전 시트(120; 121 내지 125)가 적층되어 형성된다. 즉, 내부 전극(200)이 형성된 복수의 유전 시트(110)가 적층된 제 1 적층체와 방전 전극(310)이 형성된 복수의 방전 시트(120)가 적층된 제 2 적층체가 결합부(4000)에 의해 결합되어 적층체(1000)가 이루어진다. 이러한 적층체(1000)는 일 방향(예를 들어 X 방향) 및 이와 직교하는 타 방향(예를 들어 Y 방향)으로 각각 소정이 길이를 갖고, 수직 방향(예를 들어 Z 방향)으로 소정의 높이를 갖는 대략 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 이때, 외부 전극(5000)의 형성 방향을 X 방향이라 할 때, 이와 수평 방향으로 직교하는 방향을 Y 방향이라 하고, 수직 방향을 Z 방향이라 할 수 있다.
여기서, X 방향의 길이는 Y 방향의 길이 및 Z 방향의 길이보다 길고, Y 방향의 길이는 Z 방향의 길이와 같거나 다를 수 있다. Y 방향과 Z 방향의 길이가 다를 경우 Y 방향의 길이는 Z 방향의 길이보다 짧거나 길 수 있다. 예를 들어, X, Y 및 Z 방향의 길이의 비는 2∼5:1:0.5∼1일 수 있다. 즉, Y 방향의 길이를 기준으로 X 방향의 길이가 Y 방향의 길이보다 2배 내지 5배 정도 길 수 있고, Z 방향의 길이는 Y 방향의 길이보다 0.5배 내지 1배일 수 있다. 그러나, 이러한 X, Y 및 Z 방향의 길이는 하나의 예로서 복합 소자가 연결되는 전자기기의 내부 구조, 복합 소자의 내부 구조 및 형상 등에 따라 다양하게 변형 가능하다. 또한, 적층체(1000) 내부에는 적어도 하나의 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000)가 시트들의 적층 방향, 즉 Z 방향으로 마련될 수 있다.
또한, 복수의 시트, 즉 유전 시트(110)와 방전 시트(120)는 모두 동일 두께로 형성될 수 있고, 적어도 어느 하나가 다른 것들에 비해 두껍거나 얇게 형성될 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(3000)의 방전 시트(120)는 캐패시터부(2000)의 유전 시트(110)와 다른 두께로 형성될 수 있는데, 방전 시트(120)가 유전 시트(110)보다 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 방전 시트(120) 각각의 두께가 유전 시트(110) 각각의 두께보다 두꺼울 수 있다. 그러나, 방전 시트(120) 각각의 두께가 유전 시트(110) 각각의 두께보다 얇을 수도 있고, 동일할 수도 있다. 또한, 방전 시트(120) 중에서 적어도 하나가 다른 방전 시트(120)의 두께보다 두꺼울 수 있고, 유전 시트(110) 중에서 적어도 하나가 다른 유전 시트(110)보다 두꺼울 수도 있다. 이때, 다른 유전 시트(110)보다 두꺼운 유전 시트(110)는 두께가 얇은 방전 시트(120)보다 두꺼울 수도 있다. 즉, 시트(100)는 복수의 유전 시트(110) 및 복수의 방전 시트(120) 중에서 적어도 하나가 다른 시트들(100)과는 다른 두께로 형성될 수 있다
여기서, 복수의 유전 시트(110) 각각의 두께는 1㎛ 내지 150㎛ 일 수 있고, 복수의 방전 시트(120) 각각의 두께는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 그리고, 복수의 방전 시트(120) 중 최외곽 방전 시트(111, 118) 각각의 두께는 5㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
이때, 그리고, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)는 동일 두께를 가질 수도 있고, 다른 두께를 가질 수도 있다. 즉, 캐패시터부(2000)를 이루는 복수의 유전 시트(110)가 적층된 제 1 적층체와 과전압 보호부(3000)를 이루는 복수의 방전 시트(120)가 적층된 제 2 적층체는 동일 두께로 형성될 수 있고, 다른 두께로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(3000)의 두께가 캐패시터부(2000)의 두께보다 같거나 두꺼울 수 있는데, 과전압 보호부(3000)가 캐패시터부(2000)보다 1배 내지 2배 두꺼울 수 있다. 즉, 캐패시터부(2000)의 두께를 100이라 할 때 과전압 보호부(3000)는 100 내지 200의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 캐패시터부(2000)의 유전 시트(110)의 적층 수와 과전압 보호부(3000)의 방전 시트(120)의 적층 수는 서로 다를 수 있고 같을 수도 있다. 예를 들어, 방전 시트(120)의 적층 수가 유전 시트(110)의 적층 수보다 적을 수 있다. 구체적인 예로서, 방전 시트(120) 각각의 두께가 유전 시트(110) 각각의 두께보다 두껍고, 방전 시트(120)가 유전 시트(110)와 같거나 다른 수로 적층되어 방전 시트(120)가 적층된 제 2 적층체가 유전 시트(110)가 적층된 제 1 적층체의 두께보다 같거나 두꺼울 수 있다. 또한, 유전 시트(110) 각각의 두께가 방전 시트(120) 각각의 두께보다 두껍고, 유전 시트(110)가 방전 시트(120)와 같거나 다른 수로 적층되어 유전 시트(110)가 적층된 제 1 적층체가 방전 시트(120)가 적층된 제 2 적층체의 두께보다 같거나 두꺼울 수 있다. 그러나, 유전 시트(110) 각각의 두께와 방전 시트(120) 각각의 두께가 같고, 유전 시트(110)의 적층 수와 방전 시트(120)의 적층 수가 같거나 달라 제 1 적층체와 제 2 적층체의 두께가 같거나 다를 수 있다.
한편, 적층체(1000)는 하부 표면 및 상부 표면에 각각 마련된 하부 커버층(미도시) 및 상부 커버층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 적층체(1000)는 캐패시터부(2000)의 하부 및 과전압 보호부(3000)의 상부에 각각 마련된 하부 커버층(미도시) 및 상부 커버층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 물론, 적층체(1000)의 최하측의 시트가 하부 커버층으로 기능하고 최상층의 시트가 상부 커버층으로 기능할 수도 있다. 즉, 캐패시터부(2000)의 최하측 유전 시트, 즉 제 1 유전 시트(111)가 하부 커버층으로 기능할 수 있고, 과전압 보호부(3000)의 최상측 방전 시트, 즉 제 5 방전 시트(125)가 상부 커버층으로 기능할 수 있다. 별도로 마련되는 하부 및 상부 커버층은 동일 두께로 형성될 수 있으며, 자성체 시트가 복수 적층되어 마련될 수 있다. 그러나, 하부 및 상부 커버층은 다른 두께로도 형성될 수 있고, 예를 들어 상부 커버층이 하부 커버층보다 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 자성체 시트로 이루어진 하부 및 상부 커버층의 최외곽, 즉 하부 및 상부 표면에 비자성 시트, 예를 들어 유리질의 시트가 더 형성될 수 있다. 또한, 하부 및 상부 커버층은 내부의 절연 시트들보다 두꺼울 수 있다. 따라서, 최하층 및 최상층의 절연 시트가 하부 및 상부 커버층으로 기능하는 경우 그 사이의 절연 시트들 각각보다 두껍게 형성될 수 있다. 한편, 적층체(1000) 표면의 적어도 일부에 표면 개질 부재가 형성되지 않고 하부 및 상부 커버층은 유리질 시트로 형성될 수도 있고, 적층체(1000)의 표면이 폴리머, 글래스 재질로 코팅될 수도 있다. 그러나, 적층체(1000)의 표면이 유리질 시트로 형성될 경우 유리질 시트가 수분을 흡수할 수 있고, 그에 따라 소자의 신뢰성을 저하시킬 수 있으므로 유리질 시트를 형성하지 않는 것이 바람직하다.
2. 캐패시터부
캐패시터부(2000)는 과전압 보호부(3000)의 하부 또는 상부에 마련될 수 있다. 이러한 캐패시터부(2000)는 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 이들 사이에 마련된 적어도 둘 이상의 유전 시트(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 캐패시터부(2000)는 제 1 내지 8 유전 시트(111 내지 118; 110)와, 제 1 내지 제 7 내부 전극(210 내지 270; 200)을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예는 캐패시터부(2000)가 복수의 내부 전극(200)이 형성되고, 이를 위해 내부 전극(200)의 수보다 하나 많은 수로 유전 시트(110)가 형성되었지만, 캐패시터부(2000)는 내부 전극(200)이 둘 이상 형성되고 유전 시트(110)가 셋 이상 마련될 수 있다.
유전 시트(111 내지 118; 110)는 유전체 물질로 형성될 수 있다. 유전체 물질로는 예를 들어 5 내지 20000 정도의 유전율을 갖는 고유전 물질을 이용할 수 있는데, MLCC, LTCC, HTCC 등을 이용할 수 있다. 여기서, MLCC 유전체 물질은 BaTiO3 및 NdTiO3의 적어도 어느 하나를 주성분으로 Bi2O3, SiO2, CuO, MgO, ZnO 중 적어도 하나 이상이 첨가되고, LTCC 유전체 물질은 Al2O3, SiO2, 글래스 물질을 포함할 수 있다. 또한, 유전 시트(110)는 MLCC, LTCC, HTCC 이외에 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, BaCO3, TiO2, Nd2O3, SiO2, CuO, MgO, Zn0, Al2O3 중의 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전 시트(110)는 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3를 포함할 수 있고, 이들 물질의 함량을 조절함으로써 유전율을 조절할 수 있다. 따라서, 유전 시트(110)는 재질에 따라 각각 소정의 유전율, 예를 들어 5∼20000, 바람직하게는 7∼4000, 더욱 바람직하게는 100∼3000의 유전율을 가질 수 있다. 예를 들어, 유전 시트(110)는 BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, ZnO, TiO2, SiO2, Al2O3, B2O3를 포함할 수 있는데, BaTiO3의 함량을 증가시켜 유전율을 높일 수 있고, NdTiO3 및 SiO2의 함량을 증가시켜 유전율을 낮출 수 있다. 한편, 유전 시트(110)는 유전체 물질과 예를 들어 배리스터 물질 등의 과전압 보호 물질이 혼합되어 형성될 수도 있다. 즉, 유전 시트(110)는 주로 유전체 물질로 이루어지고 일부 배리스터 물질이 포함될 수 있다. 과전압 보호 물질로는 이후 설명될 과전압 보호부(3000)를 구성하는 물질, 예를 들어 과전압 보호부(3000)의 방전 시트를 이루는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 과전압 보호 물질은 배리스터 물질을 이용할 수 있는데, 배리스터 물질로는 ZnO, Bi2O3, Pr6O11, Co3O4, Mn3O4, CaCO3, Cr2O3, SiO2, Al2O3, Sb2O3, SiC, Y2O3, NiO, SnO2, CuO, TiO2, MgO, AgO의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어 캐패시터부(2000)에 함유되는 배리스터 물질로는 ZnO일 수 있다. 이때, ZnO 입자의 크기는 평균 입도 분포(D50) 기준 1㎛ 이하일 수 있다. 한편, 캐패시터부(2000)에 함유되는 배리스터 물질의 양은 0.2wt%∼10wt%일 수 있다. 즉, 유전체 물질과 배리스터 물질의 혼합 물질 100wt%에 대하여 배리스터 물질이 0.2wt%∼10wt% 정도 함유되어 캐패시터부(2000)의 유전 시트(110)가 형성될 수 있다. 바람직하게는 캐패시터 물질과 배리스터 물질의 혼합물 100wt%에 대하여 배리스터 물질이 2wt%∼5wt% 함유될 수 있다. 이때, 과전압 보호 물질, 즉 배리스터 물질이 10wt%를 초과하여 함유될 경우 캐패시터부(2000)의 캐패시턴스를 저하시키거나 방전 전압의 적어도 일부가 캐패시터부(2000)를 통해 흐를 수 있다.
복수의 내부 전극(210 내지 270; 200)은 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 합금의 경우 예를 들어 Ag와 Pd 합금을 이용할 수 있다. 또한, 내부 전극(200)은 예를 들어 0.5㎛∼10㎛의 두께로 형성할 수 있다. 여기서, 내부 전극(200)은 X 방향으로 서로 대향되도록 형성된 외부 전극(5100, 5200; 5000)과 일측이 연결되고 타측이 이격되도록 형성된다. 즉, 제 1, 3, 5, 7 내부 전극(210, 230, 250, 270)은 제 1, 3, 5, 7 유전 시트(111, 113, 115, 117) 상에 각각 소정 면적으로 형성되며, 일측이 제 1 외부 전극(5100)과 연결되고 타측이 제 2 외부 전극(5200)과 이격되도록 형성된다. 또한, 제 2, 4, 6 내부 전극(220, 240, 260)은 제 2, 4, 6 유전 시트(112, 114, 116) 상에 소정 면적으로 형성되며 일측이 제 2 외부 전극(5200)과 연결되고 타측이 제 1 외부 전극(5100)과 이격되도록 형성된다. 즉, 내부 전극들(200)은 외부 전극(5000)의 어느 하나와 교대로 연결되며 유전 시트(110)를 사이에 두고 소정 영역 중첩되도록 형성된다. 이때, 내부 전극(200)은 유전 시트(110) 각각의 면적 대비 10% 내지 85%의 면적으로 각각 형성된다. 또한, 인접한 두 내부 전극들, 예를 들어 제 1 및 제 2 내부 전극(210, 220)은 이들 전극 각각의 면적 대비 10% 내지 85%의 면적으로 중첩되도록 형성된다. 한편, 내부 전극(200)은 예를 들어 정사각형, 직사각형, 소정의 패턴 형상, 소정 폭 및 간격을 갖는 스파이럴 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 캐패시터부(2000)는 내부 전극들(200) 사이에 캐패시턴스가 각각 형성되며, 캐패시턴스는 인접한 내부 전극들(200)의 중첩 면적, 유전 시트들(110)의 두께 등에 따라 조절될 수 있다. 이러한 캐패시터부(2000)는 예를 들어 0.01pF 이상, 20㎌ 이하의 캐패시턴스를 가질 수 있다.
3. 과전압 보호부
과전압 보호부(3000)는 캐패시터부(2000) 상측에 마련될 수 있다. 이러한 과전압 보호부(3000)는 복수의 방전 시트(120), 각각이 동일 평면 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향으로 상호 이격된 복수의 방전 전극을 구비하며, 상하 방향으로 적층 형성된 복수의 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d)을 포함한다. 예를 들어, 과전압 보호부(3000)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 내지 제 5 방전 시트(121 내지 125; 120)와, 제 1 내지 제 4 방전 시트(121 내지 124) 각각의 일면에 형성된 제 1 내지 제 4 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d)을 포함할 수 있다.
방전 시트(121 내지 125; 120)는 배리스터 물질로 형성될 수 있다. 배리스터 물질은 ZnO, Bi2O3, Pr6O11, Co3O4, Mn3O4, CaCO3, Cr2O3, SiO2, Al2O3, Sb2O3, SiC, Y2O3, NiO, SnO2, CuO, TiO2, MgO, AgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, ZnO를 주성분으로 상기 물질의 적어도 하나가 혼합된 물질이 배리스터 물질로 이용될 수 있다. 물론, 배리스터 물질은 상기 물질 이외에 Pr계, Bi계, SiC계 물질을 이용할 수 있다. 또한, 방전 시트(120)는 배리스터 물질과 유전체 물질이 혼합된 물질로 형성될 수 있다. 즉, 방전 시트(120)은 배리스터 특성을 갖는 물질과 캐패시터부(2000) 형성 물질, 즉 유전 물질이 혼합되어 형성될 수 있는데, 방전 시트들(120)은 주로 배리스터 물질로 이루어지고 일부 캐패시터 물질이 포함될 수 있다. 배리스터 물질에 혼합되는 유전 물질로는 캐패시터부(2000)의 유전 시트(110)의 주요 물질을 포함할 수 있다. 즉, 유전율이 5 내지 20000 정도인 MLCC, LTCC, HTCC 등의 유전체가 배리스터 물질에 혼합될 수 있다. 예를 들어, BaTiO3, NdTiO3, Bi2O3, BaCO3, TiO2, Nd2O3, SiO2, CuO, MgO, Zn0, Al2O3 중의 하나 이상을 포함하는 물질이 배리스터 물질에 혼합될 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호부(3000)에 함유되는 캐패시터 물질, 즉 유전 물질로는 BaTiO3 및 NdTiO3의 적어도 어느 하나일 수 있다. 한편, 과전압 보호부(3000)에 함유되는 캐패시터 물질, 즉 유전 물질의 양은 0.2wt%∼10wt%일 수 있다. 즉, 방전 시트 물질과 유전 시트 물질의 혼합 물질 100wt%에 대하여 유전 시트 물질이 0.2wt%∼10wt% 함유될 수 있다. 바람직하게는 방전 시트 물질과 유전 시트 물질의 혼합물 100wt%에 대하여 유전 시트 물질이 2wt%∼5wt% 함유될 수 있다. 이때, 캐패시터 물질, 즉 유전 시트 물질이 10wt%를 초과하여 함유될 경우 과전압 보호부(3000)의 특성을 저하시킬 수 있다. 즉, 항복 전압이 변화되거나 완전한 부도체가 되어 과전압을 방전시키지 못하여 과전압 보호부(3000)로서의 기능을 상실할 수 있다.
본 실시예에 따른 과전압 보호부(3000)는 4개의 방전 전극층(즉, 제 1 내지 제 4 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d))을 포함하며, 4 개의 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d)이 상하 방향으로 이격 형성된다. 그리고 제 1 내지 제 4 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d) 각각은 동일 평면 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향 즉, X 방향으로 상호 이격된 한 쌍의 방전 전극을 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제 1 방전 전극층(310a)은 제 1 방전 시트(121) 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향으로 이격 형성된 한 쌍의 방전 전극(이하, 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312))을 포함하고, 제 2 방전 전극층(310b)은 제 2 방전 시트(122) 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향으로 이격 형성되며, 각각이 제 1 및 제 2 방전 전극(311, 312)과 마주보도록 형성된 한 쌍의 방전 전극(이하, 제 3 및 제 4 방전 전극(313, 314))을 포함한다. 또한, 제 3 방전 전극층(310c)은 제 3 방전 시트(123) 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향으로 이격 형성되며, 각각이 제 3 및 제 4 방전 전극(313, 314)과 마주보도록 형성된 한 쌍의 방전 전극(이하, 제 5 및 제 6 방전 전극(315, 316))을 포함하고, 제 4 방전 전극층(310d)은 제 4 방전 시트(124) 상에서 제 1 외부 전극(5100)과 제 2 외부 전극(5200)의 나열 방향으로 이격 형성되며, 각각이 제 5 및 제 6 방전 전극(315, 316)과 마주보도록 형성된 한 쌍의 방전 전극(이하, 제 7 및 제 8 방전 전극(317, 318))을 포함한다.
여기서, 제 1 방전 전극(311)과 제 2 방전 전극(312)은 상술한 바와 같이 제 1 방전 시트(121) 상에 형성되므로 동일 평면 상에서 상호 마주보게 위치하고, 제 3 방전 전극(313)과 제 4 방전 전극(314)은 상술한 바와 같이 제 2 방전 시트(122) 상에 형성되므로 동일 평면 상에서 상호 마주보게 위치하며, 제 5 방전 전극(315)과 제 6 방전 전극(316)은 상술한 바와 같이 제 3 방전 시트(12) 상에 형성되므로 동일 평면 상에서 상호 마주보게 위치하고, 제 7 방전 전극(317)과 제 8 방전 전극(318)은 상술한 바와 같이 제 4 방전 시트(124) 상에 형성되므로 동일 평면 상에서 상호 마주보게 위치한다.
그리고, 동일 평면 상에 형성된 방전 전극은 서로 다른 외부 전극과 연결되고, 상하 방향을 기준으로 상호 마주보도록 형성된 방전 전극은 동일 외부 전극에 연결된다. 즉, 제 1, 3, 5, 7 방전 전극(311, 313, 315, 317)의 각각의 일측은 동일한 외부 전극인 제 1 외부 전극(5100)에 연결되고, 타측은 제 2 외부 전극(5200)과 이격된다. 또한, 제 2, 4, 6, 8 방전 전극(312, 314, 316, 318)의 각각의 일측은 동일한 외부 전극인 제 2 외부 전극(5200)에 연결되고, 타측은 제 1 외부 전극(5100)과 이격된다.
그리고, 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d) 각각에 있어서, 동일 평면 상에서 상호 마주보게 형성된 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(X 방향 거리)(A)는 상하로 적층된 방전 전극 간의 이격 거리(B)에 비해 클 수 있다. 보다 구체적으로, 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d) 각각에 있어서, 동일 평면 상에서 상호 마주보게 형성된 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(X 방향 거리)(A)는 100㎛ 내지 500㎛(100㎛ 이상, 500㎛ 이하)일 수 있다. 이때, 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(X 방향 거리)(A)가 200㎛ 내지 400㎛(200㎛ 이상, 400㎛ 이하)인 것이 보다 바람직하다. 즉, 제 1 방전 전극(311)과 제 2 방전 전극(312) 간의 이격 거리(A), 제 3 방전 전극(31)과 제 4 방전 전극(314) 간의 이격 거리(A), 제 5 방전 전극(315)과 제 6 방전 전극(316) 간의 이격 거리(A) 및 제 7 방전 전극(317)과 제 8 방전 전극 (318)간의 이격 거리(A) 각각은 100㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 200㎛ 내지 400㎛이다.
한편, 동일 평면 상에서 상호 마주보게 형성된 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)가 100㎛ 미만일 경우, 항복 전압이 300V 미만으로 낮아지거나, 과전압에 대한 내성이 부족할 수 있다. 또한, 반대로 동일 평면 상에서 상호 마주보게 형성된 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)가 500㎛를 초과하는 경우, 항복 전압이 400V를 초과하도록 너무 높아 그 보다 낮은 전압의 과전압을 바이패스 또는 통과시킬 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 동일 평면 상에서 상호 마주보게 형성된 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)가 100㎛ 내지 500㎛가 되도록 형성한다.
또한, 방전 전극층의 적층 방향을 기준으로 상하로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)는 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게는 상하로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)가 1㎛ 내지 50㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 3㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
그리고, 방전 전극층은 복수개로 마련되어 상하 방향으로 적층되는데, 이는 과전압의 이동 경로(바이패스 경로)를 연장시켜 과전압에 대한 내성을 향상시키기 위함이다. 실시예에서는 3개 내지 20 개(3개 이상, 20개 이하)의 개수로 방전 전극층을 마련된다.
한편, 방전 전극층이 3개 미만으로 마련되는 경우, 과전압의 이동 경로의 길이가 짧아 과전압이 분산되는 정도가 작아, 과전압에 의한 파괴가 일어날 수 있다. 다른 말로 하면, 방전 전극층이 3개 미만인 경우 종래에 비해 과전압에 대한 내성을 향상시킬 수 없다. 또한, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)를 적층하는 복합 소자에 있어서, 상기 과전압 보호부(3000)의 두께는 한정적일 수 밖에 없는데, 방전 전극층이 20개를 초과하도록 마련되는 경우, 방전 전극 사이의 방전 시트의 두께를 얇게 해야 하므로, 이를 위한 공정적 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 3개 이상, 20개 이하의 방전 전극층을 마련하여 상하로 적층한다. 그리고, 이때 따라 방전 시트(120)는 4개 이상, 21개 이하로 마련될 수 있다.
그리고, 상하로 배치된 복수의 방전 전극은 동일한 길이를 가지도록 마련되는 것이 바람직하다. 상하로 배치된 복수의 방전 전극이 동일한 길이로 마련되면, 이들 간의 중첩 면적이 증가함에 따라, 과전압에 대한 내성이 향상되는 효과가 있다.
복수의 방전 전극(311 내지 318; 310)은 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 합금의 경우 예를 들어 Ag와 Pd 합금을 이용할 수 있다. 이때, 방전 전극(310)은 캐패시터부(2000)의 내부 전극들(200)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 또한, 방전 전극(310)은 예를 들어 0.5㎛∼10㎛의 두께로 형성할 수 있다. 즉, 방전 전극(310)은 내부 전극들(200) 각각과 동일 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 방전 전극(310)은 내부 전극들(200) 각각보다 얇거나 두껍게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 방전 전극(310)은 내부 전극들(200) 각각보다 10% 내지 90%의 두께로 형성될 수 있다.
방전 전극(310)의 X 방향의 길이는 내부 전극(200)의 X 방향 길이에 비해 작고, 방전 전극(310)의 Y 방향의 길이는 내부 전극(200)의 Y 방향 길이에 비해 길거나 작을 수 있으며, 또한 같을 수 있다. 또한, 방전 전극(310)은 내부 전극(200)보다 같거나 작은 면적으로 형성될 수 있다.
한편, 과전압 보호부(3000)는 소정의 캐패시턴스를 갖는데, 캐패시터부(2000)의 캐패시턴스보다 작거나 큰 값을 갖는다. 즉, 캐패시터부(2000)의 캐패시턴스를 다양하게 가질 수 있어, 복합 소자의 전체 캐패시턴스를 원하는 대로 조절할 수 있다.
그리고, 과전압 보호부(3000)의 항복 전압은 300V 이상이고, 캐패시터부(2000)의 절연 파괴 전압보다 낮을 수 있다. 즉, 과전압 보호부(3000)의 항복 전압은 300V 이상 캐패시터부(2000)의 절연 파괴 전압 이하일 수 있다. 항복 전압이 절연 파괴 전압보다 낮음으로써 캐패시터부(2000)가 절연 파괴되기 전에 과전압을 방전시킬 수 있다.
표 1은 제 1 내지 제 4 실험예에 따른 복합 소자에 있어서, 과전압 보호부의 항복 전압 감소율을 나타낸 표이다.
여기서, 제 1 실험예에 따른 복합 소자는 종래의 이중 플로팅 타입(double floating type)의 과전압 보호부(3000)를 포함하는 복합 소자이다(도 8 참조). 그리고 제 2 내지 제 4 실험예는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 과전압 보호부(3000)를 포함하는 복합 소자이다. 여기서 제 2 실험예에 따른 복합 소자의 과전압 보호부(3000)는 방전 전극층이 3층, 제 3 실험예에 따른 복합 소자의 과전압 보호부(3000)는 방전 전극층이 4층, 제 4 실험예에 따른 복합 소자의 과전압 보호부(3000)는 방전 전극층이 5층이다. 그리고, 제 1 내지 제 4 실험예에 따른 복합 소자의 캐패시터부(2000)는 도 1의 캐패시터부와 동일하다.
제 1 내지 제 4 실험예에 따른 복합 소자가 마련되면, + 10kv의 과전압 및 - 10kv의 과전압 각각을 100회 인가한 후에, 항복 전압 감소율을 산출하여 과전압에 대한 내성을 평가한다. 여기서, 항복 전압 감소율이란 최초의 항복 전압 대비 100회 과전압 인가 후의 항복 전압 간의 감소율이다.
구분 제 1 실험예 제 2 실험예 제 3 실험예 제 4 실험예
방전 전극층의 적층 수 이중 플로팅 타입(double floating type) 3층 4층 5층
항복 전압 감소율 20% 18% 16% 14%
표 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 복합 소자에 있어서 과전압 보호부(3000)의 항복 전압 감소율은 20%이나, 제 2 내지 제 4 실시예에 복합 소자에 있어서 과전압 보호부(3000)의 항복 전압 감소율은 20% 미만으로, 제 1 실시예에 비해 작다.이로부터, 본 발명의 실시예에 따른 복합 소자에 있어서 과전압 보호부(3000)의 과전압 내성이 종래의 이중 플로팅 타입(double floating type)의 과전압 보호부(3000)에 비해 높음을 알 수 있다.
4. 결합부
결합부(4000)는 적층체(1000) 내부의 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000) 사이에 마련될 수 있다. 여기서, 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000)는 서로 다른 공정으로 제작된 후 결합부(4000)에 의해 결합될 수 있다. 이러한 결합부(4000)는 캐패시터부(2000)로 이루어진 제 1 적층체와 과전압 보호부(3000)로 이루어진 제 2 적층체를 접착하여 결합할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이를 위해, 결합부(4000)은 접착력을 갖는 페이스트로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 글래스 페이스트, 폴리머 페이스트, 올리고머 페이스트 등으로 이루어질 수 있다. 즉, 글래스가 포함된 페이스트, 폴리머가 포함된 페이스트 및 올리고머가 포함된 페이스트 등으로 이루어질 수 있다. 글래스 페이스트는 SiO2, BiO2, B2O3, BaO, Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 폴리머 페이스트는 Si 수지 및 합성 수지를 포함할 수 있다. 또한, 올리고머 페이스트는 에폭시 수지를 포함할 수 있는데, 에폭시 수지로는 노볼락(novolac)계, 비스페놀(bisphenol)계, 아민(amine)계, 시클로알리파틱(cycloalipatic)계, 브롬계 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
이러한 결합부(4000)를 이용한 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)의 결합 방법을 설명하면 다음과 같다. 복수의 유전 시트(110) 상에 내부 전극(200)을 각각 형성한 후 적층 및 소결하여 캐패시터부(2000)를 제작하고, 복수의 방전 시트(120) 각각에 복수의 방전 전극층(310a, 310b, 310c, 310d) 즉, 복수의 방전 전극(311 내지 318; 310)을 형성한 후 적층 및 소결하여 과전압 보호부(3000)를 제작한다. 이어서, 캐패시터부(2000)의 일면 상에 결합부(4000)을 형성한 후 과전압 보호부(3000)를 결합하여 적층체(1000)를 제작한다. 이를 위해, 캐패시터부(2000)를 지그(jig)에 정렬한 후 캐패시터부(2000)의 일면에 접착성 페이스트를 도포하고, 그 상부에 과전압 보호부(3000)를 정렬 및 압착하여 결합할 수 있다. 이때, 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000)는 시트(100)의 적층 방향으로 적층하여 적층체(1000)의 서로 대향되는 두 면에 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)이 노출되도록 한다. 또한, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)가 결합된 후 소정의 온도에서 열처리할 수 있다. 예를 들어, 글래스 페이스트를 이용한 경우 캐패시터부(2000) 및 과전압 보호부(3000)의 소결 온도보다 낮은 온도에서 열처리할 수 있고, 폴리머 페이스트를 이용한 경우 10℃ 내지 300℃의 온도에서 열처리할 수 있다.
결합부(4000)는 전자파 차폐 및 흡수 재료가 더 포함될 수 있다. 전자파 차폐 및 흡수 재료는 페라이트, 알루미나 등을 포함할 수 있으며, 결합부(4000) 내에 0.1중량% 내지 50중량% 함유될 수 있다. 즉, 결합부(4000) 재료 100중량%에 대하여 전자파 차폐 및 흡수 재료는 0.01중량% 내지 50중량% 함유될 수 있다. 전자파 차폐 및 흡수 재료가 0.01중량% 미만이면 전자파 차폐 및 흡수 특성이 낮으며, 50중량%를 초과할 경우 결합부(4000)를 이용한 접합 특성이 저하될 수 있다. 이렇게 결합부(4000) 내에 전자파 차폐 및 흡수 재료가 더 함유됨으로써 전자파를 차폐 또는 흡수할 수 있다.
상기에서는 결합부(4000)에 의해 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)가 상호 결합되는 것을 설명하였다. 하지만, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000) 어떠한 수단 및 방법으로 결합되어도 무방하다.
5. 외부 전극
외부 전극(5100, 5200; 5000)는 적층체(1000)의 서로 대향되는 두 측면에 마련될 수 있다. 외부 전극(5100, 5200; 5000)은 적층체(1000) 내부에 형성된 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결된다. 즉, 외부 전극(5000)은 서로 대향되는 두 측면, 예를 들어 제 1 및 제 2 측면에 각각 하나씩 형성될 수도 있고, 두 개 이상씩 형성될 수도 있다.
이하에서는 적층체(1000)의 일측면에 형성되며, 제 1, 3, 5, 7 내부 전극(210, 230, 250, 270) 및 제 1, 3, 5, 7 방전 전극(311, 313, 315, 317)과 연결된 외부 전극을 제 1 외부 전극(5100)이라 칭하고, 제 1 외부 전극(5100)과 마주보도록 적층체(1000)의 타측면에 형성되며, 제 2, 4, 6 내부 전극(220, 240, 260) 및 제 2, 4, 6, 8 방전 전극(312, 314, 316, 318)과 연결된 외부 전극을 제 2 외부 전극(5200)이라 칭한다.
이때, 제 1 및 제 2 외부 전극(5100, 5200) 중 어느 하나는 전자기기 내부의 인쇄회로기판 등의 내부 회로와 접속될 수 있고, 다른 하나는 전자기기의 외부, 예를 들어 금속 케이스와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(5100)은 내부 회로에 접속될 수 있고, 제 2 외부 전극(5200)은 금속 케이스와 연결될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(5200)은 도전성 부재, 예를 들어 컨택터 또는 도전성 가스켓을 통해 금속 케이스와 연결될 수 있다.
이러한 외부 전극(5000)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(5000)은 도전성 페이스트를 이용하여 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 외부 전극(5000)은 Y 방향 및 Z 방향의 면에 연장 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(5000)은 X 방향으로 대향되는 두 면으로부터 이와 인접한 네 면에 연장 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전성 페이스트에 침지하는 경우 X 방향의 대향되는 두 측면 뿐만 아니라 Y 방향의 전면 및 후면, 그리고 Z 방향의 상면 및 하면에도 외부 전극(5000)이 형성될 수 있다. 이에 비해, 인쇄, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 경우 X 방향의 두면에 외부 전극(5000)이 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(5000)은 인쇄회로기판에 실장되는 일 측면 및 금속 케이스와 연결되는 타 측면 뿐만 아니라 형성 방법 또는 공정 조건에 따라 그 이외의 영역에도 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(5000)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 이때, 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 외부 전극(5000)의 적어도 일부, 즉 적층체(1000)의 적어도 일 표면에 형성되어 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 외부 전극(5000)의 일부는 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)이 구리를 이용하여 형성되는 경우 외부 전극(5000)의 이들과 접촉되는 영역으로부터 적어도 일부는 구리를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 구리는 앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트를 이용한 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 외부 전극(5000)은 도금으로 형성할 수 있다. 도금 공정으로 외부 전극(5000)을 형성하기 위해 적층체(1000)의 상하부면에 시드층을 형성한 후 시드층으로부터 도금층을 형성하여 외부 전극(5000)을 형성할 수 있다. 여기서, 외부 전극(5000)의 내부 전극(200) 및 방전 전극(310)과 연결되는 적어도 일부는 외부 전극(5000)이 형성되는 적층체(1000)의 측면 전체일 수 있고, 일부 영역일 수도 있다.
또한, 외부 전극(5000)은 적어도 하나의 도금층을 더 포함할 수 있다. 외부 전극(5000)은 Cu, Ag 등의 금속층으로 형성될 수 있고, 금속층 상에 적어도 하나의 도금층이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 외부 전극(5000)은 구리층, Ni 도금층 및 Sn 또는 Sn/Ag 도금층이 적층 형성될 수도 있다. 물론, 도금층은 Cu 도금층 및 Sn 도금층이 적층될 수도 있으며, Cu 도금층, Ni 도금층 및 Sn 도금층이 적층될 수도 있다. 또한, 외부 전극(5000)은 예를 들어 0.5%∼20%의 Bi2O3 또는 SiO2를 주성분으로 하는 다성분계의 글래스 프릿(Glass frit)을 금속 분말과 혼합하여 형성할 수 있다. 이때, 글래스 프릿과 금속 분말의 혼합물은 페이스트 형태로 제조되어 적층체(1000)의 두면에 도포될 수 있다. 이렇게 외부 전극(5000)에 글래스 프릿이 포함됨으로써 외부 전극(5000)과 적층체(1000)의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 적층체(1000) 내부의 전극들의 콘택 반응을 향상시킬 수 있다. 또한, 글래스가 포함된 도전성 페이스트가 도포된 후 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(5000)이 형성될 수 있다. 즉, 글래스가 포함된 금속층과, 그 상부에 적어도 하나의 도금층이 형성되어 외부 전극(5000)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(5000)은 글래스 프릿과 Ag 및 Cu의 적어도 하나가 포함된 층을 형성한 후 전해 또는 무전해 도금을 통하여 Ni 도금층 및 Sn 도금층 순차적으로 형성할 수 있다. 이때, Sn 도금층은 Ni 도금층과 같거나 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 물론, 외부 전극(5000)은 적어도 하나의 도금층만으로 형성될 수도 있다. 즉, 페이스트를 도포하지 않고 적어도 1회의 도금 공정을 이용하여 적어도 일층의 도금층을 형성하여 외부 전극(5000)을 형성할 수도 있다. 한편, 외부 전극(5000)은 2㎛∼100㎛의 두께로 형성될 수 있으며, Ni 도금층이 1㎛∼10㎛의 두께로 형성되고, Sn 또는 Sn/Ag 도금층은 2㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
6. 표면 개질 부재
표면 개질 부재(6000)는 적층체(1000) 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재(6000)는 적층체(1000)의 표면 전체에 형성될 수도 있고, 적층체(1000)의 외부 전극(5000)과 접촉되는 영역에만 형성될 수 있다. 다시 말하면, 표면 개질 부재(6000)가 적층체(1000) 표면의 일부에 형성되는 표면 개질 부재(6000)는 적층체(1000)와 외부 전극(5000) 사이에 형성될 수 있다. 이때, 표면 개질 부재(6000)는 외부 전극(5000)의 연장 영역에 접촉되어 형성될 수 있다. 즉, 적층체(1000)의 상부면 및 하부면으로 연장 형성된 외부 전극(5000)의 일 영역과 적층체(1000) 사이에 표면 개질 부재(6000)가 마련될 수 있다. 또한, 표면 개질 부재(6000)는 그 상부에 형성되는 외부 전극(5000)보다 같거나 다른 크기로 마련될 수 있다. 예를 들어, 적층체(1000)의 상부면 및 하부면으로 연장 형성된 외부 전극(5000)의 일부의 면적보다 50% 내지 150%의 면적으로 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재(6000)는 외부 전극(5000)의 연장 영역의 크기보다 작거나 큰 크기로 형성될 수도 있고, 같은 크기로 형성될 수도 있다. 물론, 표면 개질 부재(6000)는 적층체(1000)의 측면에 형성된 외부 전극(5000)과의 사이에도 형성될 수 있다. 이러한 표면 개질 부재(6000)는 유리(glass) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표면 개질 부재(6000)는 소정 온도, 예를 들어 950℃ 이하에서 소성 가능한 무(無)붕규산 유리(non-borosilicate glass)(SiO2-CaO-ZnO-MgO계 유리)를 포함할 수 있다. 또한, 표면 개질 부재(6000)는 자성체 물질이 더 포함될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재(6000)가 형성될 영역이 자성체 시트로 이루어져 있으면 표면 개질 부재(6000)와 자성체 시트의 결합을 용이하게 하기 위해 표면 개질 부재(6000) 내에 자성체 물질이 일부 포함될 수 있다. 이때, 자성체 물질은 예를 들어 NiZnCu계 자성체 분말을 포함하며, 유리 물질 100wt%에 대하여 자성체 물질이 예를 들어 1∼15wt% 포함될 수 있다. 한편, 표면 개질 부재(6000)는 적어도 일부가 적층체(1000)의 표면에 형성될 수 있다. 이때, 유리 물질은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 적어도 일부가 적층체(1000) 표면에 고르게 분포될 수 있고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 적어도 일부가 서로 다른 크기로 불규칙적으로 분포될 수도 있다. 물론, 표면 개질 부재(6000)는 적층체(1000)의 표면에 연속적으로 형성되어 막 형태를 가질 수도 있다. 또한, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 적층체(1000)의 적어도 일부 표면에는 오목부가 형성될 수도 있다. 즉, 유리 물질이 형성되어 볼록부가 형성되고 유리 물질이 형성되지 않은 영역의 적어도 일부가 패여 오목부가 형성될 수도 있다. 이때, 유리 물질은 적층체(1000) 표면으로부터 소정 깊이로 형성되어 적어도 일부가 적층체(1000) 표면보다 높게 형성될 수 있다. 즉, 표면 개질 부재(6000)는 적어도 일부가 적층체(1000)의 표면과 동일 평면을 이룰 수 있고, 적어도 일부가 적층체(1000)의 표면보다 높게 유지될 수 있다. 이렇게 외부 전극(5000) 형성 이전에 적층체(1000)의 일부 영역에 유리 물질을 분포시켜 표면 개질 부재(6000)를 형성함으로써 적층체(1000) 표면을 개질시킬 수 있고, 그에 따라 표면의 저항을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 외부 전극의 형상을 제어할 수 있고, 그에 따라 외부 전극의 형성을 용이하게 할 수 있다. 한편, 표면 개질 부재(6000)를 적층체(1000) 표면의 소정 영역에 형성하기 위해 유리 물질을 포함하는 페이스트를 소정 시트의 소정 영역에 인쇄하거나 도포할 수 있다. 예를 들어, 제 1 유전 시트(111) 하면의 적어도 두 영역과 제 5 방전 시트(125) 상면의 적어도 두 영역에 유리 페이스트를 도포한 후 경화시켜 표면 개질 부재(6000)를 형성할 수 있다.
한편, 표면 개질 부재(6000)는 산화물을 이용하여 형성할 수도 있다. 즉, 표면 개질 부재(6000)는 유리질 물질 및 산화물의 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있고, 자성체 물질을 더 포함하여 형성할 수도 있다. 이때, 표면 개질 부재(6000)는 결정 상태 또는 비결정 상태의 산화물이 적층체(1000)의 표면에 분산되어 분포될 수 있고, 표면에 분포된 산화물은 적어도 일부가 용융될 수 있다. 이때, 산화물의 경우에도 도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 또한, 표면 개질 부재(6000)가 산화물로 형성되는 경우에도 산화물이 서로 이격되어 섬 형태로 분포될 수 있고, 적어도 일 영역에는 막 형태로 형성될 수도 있다. 여기서, 입자 상태 또는 용융 상태의 산화물은 예를 들어 Bi2O3, BO2, B2O3, ZnO, Co3O4, SiO2, Al2O3, MnO, H2BO3, H2BO3, Ca(CO3)2, Ca(NO3)2, CaCO3 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복합 소자는 적어도 하나의 캐패시터부(2000)와 적어도 하나의 과전압 보호부(3000)가 결합부(4000)에 의해 결합될 수 있다. 이에, 둘 이상의 기능부가 상하로 적층된 복합 소자를 마련할 수 있다. 이때, 복합 소자는 각각의 제조 공정으로 제조 및 소결된 후 결합되기 때문에 서로 다른 기능부의 물질이 상호 확산되지 않고, 그에 따라 각각의 기능부의 기능을 저하시키지 않는다.
그리고, 복합 소자의 과전압 보호부(3000)를 마련하는데 있어서, 한 쌍의 방전 전극이 동일 평면 상에서 상호 마주보도록 방전 전극층을 형성하고, 이때 한 쌍의 방전 전극의 이격 거리(A)가 100㎛ 내지 500㎛가 되도록 한다. 그리고, 방전 전극층을 3층 이상으로 적층 형성한다.
이에 따라, 300V 이상, 보다 구체적으로는 300V 이상, 400V 이하의 항복 전압을 가지며, 종래에 비해 과전압에 대한 내성이 향상된 복합 소자를 마련할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 복합 소자의 개략 단면도이다.
상술한 제 1 실시예에서는 캐패시터부(2000)가 적어도 둘 이상의 내부 전극(200)과, 이들 사이에 마련된 적어도 둘 이상의 유전 시트(110)를 포함하는 예를 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 도 4와 같이 적어도 하나의 유전 시트를 포함하고, 내부 전극(200)을 포함하지 않는 구조로 캐패시터부를 마련할 수도 있다. 이때, 유전 시트는 하나로 마련되거나, 복수개로 마련되어 적층될 수 있다. 이와 같은 제 2 실시예에 따른 캐패시터부(2000)의 정전용량은 0.01 pF 내지 5.0pF일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 복합 소자의 개략 단면도이다.
제 1 실시예와 같이 제 1 및 제 2 외부 전극(5100, 5200)을 형성하는데 있어서, 도전성 페이스트를 이용하여 침지 또는 인쇄 방법으로 적층체(1000)의 측면에 도포한 후, 이를 300℃ 이상의 온도에서 열처리 즉, 소성시키는 방법으로 형성할 수 있다.
그런데, 결합부(4000)를 폴리머 페이스트로 형성하는데 있어서, 상기 폴리머 페이스트를 도포한 후 10℃ 내지 300℃ 온도에서 열처리하여 경화시킴으로써, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)가 상호 결합된다.
그런데, 결합부(4000)를 형성한 후에, 소성 과정을 포함하는 방법으로 제 1 및 제 2 외부 전극(5100, 5200)을 형성하는 경우, 이때 결합부(4000)가 소성 온도에 의해 탄화될 수 있고, 이에 따라 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)의 결합 또는 접합 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 폴리머 페이스트를 이용하여 결합부(4000)를 형성할 경우, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000) 사이에 결합부(4000)를 형성하기 전에, 도 5에 도시된 제 3 실시예와 같이 유전 시트(110)의 양 측면에 외부 전극(이하, 제 3 및 제 4 외부 전극(5300, 5400))을 형성하고, 방전 시트(120)의 양 측면에 외부 전극(이하, 제 5 및 제 6 외부 전극(5500, 5600))을 형성한 후, 제 3 및 제 5 외부 전극(5300, 5500)의 외면에 제 1 외부 전극(5100)을 형성하고, 제 4 및 제 6 외부 전극(5400, 5600)의 외면에 제 2 외부 전극(5200)을 형성할 수 있다.
즉, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)를 각기 마련한 후, 캐패시터부(2000)의 서로 대향되는 두 측면에 제 3 및 제 4 외부 전극(5300, 5400)을 형성하고, 과전압 보호부(3000)의 서로 대향되는 두 측면에 제 5 및 제 6 외부 전극(5500, 5600)을 형성한다. 이때, 제 3 내지 제 6 외부 전극(5300, 5400, 5500, 5600) 각각은 소성 과정을 거쳐 형성될 수 있다.
이후, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000) 사이에 위치하도록 폴리머 페이스트를 도포한 후 10℃ 내지 300℃ 온도에서 열처리하여 경화시켜 결합부(4000)를 형성한다.
이에, 캐패시터부(2000)와 과전압 보호부(3000)가 결합부(4000)에 의해 상호 결합되며, 제 3 및 제 5 외부 전극(5300, 5500)이 상하로 배치되고, 제 4 및 제 6 외부 전극(5400, 5600)이 상하로 배치되도록 형성된다.
이때, 제 3 및 제 4 외부 전극(5300, 5400)의 상하 연장 길이는 캐패시터부(2000)의 높이에 비해 길도록 마련될 수 있고, 제 3 및 제 4 외부 전극(5300, 5400) 각각의 상단 및 하단이 캐패시터부(2000)의 상측 및 하측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 또한, 제 5 및 제 6 외부 전극(5500, 5600)의 상하 연장 길이는 과전압 보호부(3000)의 높이에 비해 길도록 마련될 수 있고, 제 5 및 제 6 외부 전극(5500, 5600) 각각의 상단 및 하단이 과전압 보호부(3000)의 상측 및 하측으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
그리고, 제 3 및 4 외부 전극(5300, 5400)은 캐패시터부(2000)의 내부 전극(200)과 직접 연결된 외부 전극으로서, 상호 마주보도록 배치되며, 제 3 외부 전극(5300)은 제 1, 3, 5, 7 내부 전극(210, 230, 250, 270)과 연결되고, 제 4 외부 전극(5400)은 제 2, 4, 6 내부 전극(220, 240, 260)과 연결된다.
또한, 제 5 및 6 외부 전극(5500, 5600)은 과전압 보호부(3000)의 방전 전극과 직접 연결된 외부 전극으로서, 상호 마주보도록 배치되며, 제 5 외부 전극(5500)은 제 1, 3, 5, 7 방전 전극(311, 313, 315, 317)과 연결되고, 제 6 외부 전극(5600)은 제 2, 4, 6, 8 방전 전극(312, 314, 316, 318)과 연결된다.
이후, 제 3 및 제 5 외부 전극(5300, 5500) 외면에 제 1 외부 전극(5100)을 형성하고 제 4 및 제 6 외부 전극 외면(5400, 5600)에 제 2 외부 전극(5200)을 형성한다. 이때, 재료 및 형성 방법 중 적어도 하나를 조절하여 소성 과정을 거치지 않는 방법, 예컨대 경화용(10℃ 내지 300℃에서 경화) 금속 페이스트를 사용하여 침전 방법으로 제 1 및 제 2 외부 전극(5100, 5200)을 형성한다.
이와 같이, 소성 과정을 거쳐 제 3 내지 제 6 외부 전극(5300 내지 5600)을 형성한 후에 폴리머 페이스트로 결합부(4000)를 형성하고, 소성 과정을 거치지 않는 방법으로 제 1 및 제 2 외부 전극(5100, 5200)을 형성함으로써 결합부(4000)의 탄화를 방지할 수 있다. 이에, 외부 전극 형성에 의한 결합부(4000)의 탄화 및 이로 인한 결합 성능 저하를 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자는 스마트 폰 등의 휴대용 전자기기를 포함하는 전자기기 내에 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 전자기기의 내부 회로(예를 들어 PCB)(20)와 사용자가 접촉 가능한 도전체, 즉 금속 케이스(10) 사이에 캐패시터부와 과전압 보호부를 포함하는 복합 소자가 마련될 수 있다. 도 6에서 캐패시터부는 도면 부호 C로 표시하고, 과전압 보호부는 도면 부호 V로 표시하였다. 즉, 복합 소자는 외부 전극(5000)의 어느 하나가 금속 케이스(10)에 접촉되고 외부 전극(5000)의 다른 하나가 내부 회로(20)에 접촉될 수 있다. 이때, 접지 단자가 내부 회로(20)에 마련될 수 있다. 따라서, 외부 전극(5000)의 어느 하나가 금속 케이스(10)에 접촉되고 다른 하나가 접지 단자에 접속될 수 있다.
또한, 금속 케이스(10)와 복합 소자 사이에는 도 7에 도시된 바와 같이 금속 케이스(10)와 전기적으로 접촉되며 탄성력을 가지는 콘택부(30)가 마련될 수 있다. 즉, 전자기기의 금속 케이스(10)와 내부 회로(20) 사이에 콘택부(30)와 본 발명에 따른 복합 소자가 마련될 수 있다. 이때, 복합 소자는 외부 전극(5000)의 어느 하나가 콘택부(30)와 접촉되고 다른 하나가 내부 회로(20)를 통해 접지 단자와 접속될 수 있다. 콘택부(30)는 전자기기의 외부에서 외력이 가해질 때 그 충격을 완화할 수 있도록 탄성력을 가지며, 도전성의 물질을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 콘택부(30)는 클립(clip) 형상일 수 있으며, 도전성 가스켓일 수도 있다. 또한, 콘택부(30)는 적어도 일 영역이 내부 회로(20), 예를 들어 PCB에 실장될 수 있다. 이렇게 복합 소자가 금속 케이스(10)와 내부 회로(20) 사이에 마련되어 내부 회로(20)로부터 유입되는 누설 전류를 차단할 수 있다. 또한, ESD 등의 과전압을 접지 단자로 바이패스시키고, 과전압에 의해 절연이 파괴되지 않아 누설 전류를 지속적으로 차단할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 복합 소자는 정격 전압 및 누설 전류에 의한 감전 전압에서는 외부 전극(5000) 사이에서 전류가 흐르지 못하고, ESD 등의 과전압에서는 과전압 보호부(3000)를 통해 전류가 흘러 과전압이 접지 단자로 바이패스될 수 있다.
한편, 복합 소자는 항복 전압 또는 방전 개시 전압이 정격 전압보다 높고 ESD 등의 과전압보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 복합 소자는 정격 전압이 100V 내지 240V일 수 있고, 감전 전압은 회로의 동작 전압과 같거나 높을 수 있으며, 외부의 정전기 등에 의해 발생되는 과전압은 감전 전압보다 높을 수 있고, 항복 전압 또는 방전 개시 전압은 300V 내지 15kV일 수 있다.
또한, 캐패시터부(2000)에 의해 외부와 내부 회로(20) 사이에 통신 신호가 전달될 수 있다. 즉, 외부로부터의 통신 신호, 예를 들어 RF 신호는 캐패시터부(2000)에 의해 내부 회로(20)로 전달될 수 있고, 내부 회로(20)로부터의 통신 신호는 캐패시터부(2000)에 의해 외부로 전달될 수 있다. 따라서, 별도의 안테나가 마련되지 않고 금속 케이스(10)를 안테나로 이용하는 경우에도 캐패시터부(2000)를 이용하여 외부와의 통신 신호를 주고받을 수 있다. 결국, 본 발명에 따른 복합 소자는 내부 회로의 접지 단자로부터 유입되는 누설 전류를 차단하고, 외부로부터 인가되는 과전압을 접지 단자로 바이패스시키며, 외부와 전자기기 사이에 통신 신호를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자는 금속 케이스(10)와 내부 회로(20) 사이에 마련되어 감전 방지 소자로 이용될 수 있으며, 내압 특성이 높은 절연 시트, 즉 유전 시트를 복수 적층하여 캐패시터부(2000)를 형성함으로써 불량 충전기에 의한 내부 회로에서 금속 케이스로의 예를 들어 300V의 감전 전압이 인가될 때 누설 전류가 흐르지 않도록 절연 저항 상태를 유지할 수 있고, 과전압 보호부 역시 금속 케이스에서 내부 회로로의 과전압 인가 시 과전압을 바이패스시켜 소자의 파손없이 높은 절연 저항 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 과전압에 의해서도 절연 파괴되지 않고, 그에 따라 금속 케이스를 구비하는 전자기기 내에 마련되어 불량 충전기에서 발생된 누설 전류가 전자기기의 금속 케이스를 통해 사용자에게 전달되는 것을 지속적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 복합 소자와 캐패시터 또는 과전압 보호 기능을 갖는 소자의 특성을 비교하면 다음과 같다. 이러한 특성 비교는 각각의 소자들이 전자기기의 금속 케이스와 내부 회로 사이에 마련되는 경우 누설 전류, 즉 감전 전압 또는 전류의 보호 특성과 ESD 등의 과전압 보호 특성, 그리고 통신 주파수의 간섭 특성을 판단한 것이다.
먼저, 캐패시터의 경우, 즉 본 발명의 제 1 실시예에서 과전압 보호부 및 결합부가 존재하지 않고 캐패시터부만으로 이루어진 경우 누설 전류 차단 특성을 가지며 통신 주파수 간섭이 발생되지 않지만, 과전압 보호 특성이 없기 때문에 ESD 등의 과전압에 의해 소자가 손상될 수 있다. 또한, 과전압에 의해 소자가 손상된 이후에는 누설 전류 차단 기능이 상실된다.
순간전압억제(TVS) 다이오드는 통신 주파수 간섭이 발생되지 않도록 하기 위해 20㎊ 이상의 캐패시턴스로 구현할 경우 소형 사이즈에서 300V 이상의 방전 개시 전압의 구현이 불가능하여 누설 전류 차단 특성을 얻지 못한다. 그리고, 감전 보호를 위해 300V 이상의 방전 개시 전압을 구현하는 경우 소형 사이즈에서 20㎊ 이상의 캐패시턴스를 얻지 못한다. 즉, 순간전압억제 다이오드는 과전압 보호 특성을 가질 수 있지만, 감전 보호 특성을 위해서는 통신 주파수 간섭 문제가 발생되고, 통신 주파수 간섭을 피하기 위해서는 감전 보호 특성을 얻지 못하는 문제가 있다.
배리스터의 경우, 즉, 본 발명의 제 1 실시예에서 캐패시터부 및 결합부가 존재하지 않고 과전압 보호부만 존재하는 경우 통신 주파수 간섭을 피하기 위해 20㎊ 이상의 캐패시턴스로 구현할 경우 소형 사이즈에서 300V 이상의 방전 개시 전압의 구현이 불가능하여 누설 전류 차단 특성을 얻지 못한다. 그리고, 감전 보호를 위해 300V 이상의 항복 전압을 구현하는 경우 소형 사이즈에서 20㎊ 이상의 캐패시턴스를 얻지 못한다. 즉, 배리스터는 과전압 보호 특성을 얻을 수 있지만, 감전 보호 특성을 위해서는 통신 주파수 간섭 문제가 발생되고, 통신 주파수 간섭을 피하기 위해서는 감전 보호 특성을 얻지 못하는 문제가 있다.
캐패시터부와 과전압 보호부를 동시 소결한 소자의 경우, 즉 캐패시터부와 과전압 보호부를 적층 형성한 후 동시 소결한 경우 소자의 방전 개시 전압 이상의 ESD 전압, 예를 들어 2kV 이상의 과전압은 바이패스시키지만 방전 개시 전압 이하, 예를 들어 2kV 이하의 과전압을 바이패스시키지 못하는 문제가 있다. 즉, 동시 소결된 소자의 경우 과전압 보호 성능이 저하되는 문제가 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예들에 따른 복합 소자, 즉 캐패시터부와 과전압 보호부를 별도로 제작한 후 결합부를 이용하여 결합한 복합 소자는 과전압 보호부가 300V 내지 500V의 방전 개시 전압을 얻을 수 있다. 따라서, 300V 이상의 과전압을 바이패스시킬 수 있다. 또한, 낮은 방전 개시 전압에도 불구하고 통신 주파수 간섭이 발생되지 않는 0.5㎊ 이상, 바람직하게는 20㎊∼200㎊의 캐패시턴스를 갖는 소자를 구현할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 소자는 적층체, 적층체 내에 마련된 캐패시터부, 적층체 내에서 캐패시터부와 이격 형성되며, 동일 평면 상에서 상호 마주보도록 이격 배치된 한 쌍의 방전 전극을 가지는 방전 전극층을 구비하고, 방전 전극층이 3개 이상으로 마련되어 한 쌍의 방전 전극의 배치 방향과 교차하는 방향으로 적층 형성된 과전압 보호부 및 적층체의 양 외측에서 상호 마주보도록 형성되어, 캐패시터부 및 과전압 보호부와 연결된 제 1 및 제 2 외부 전극을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 복합 소자에 의하면, 과전압에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 이에, 복합 소자의 품질이 향상되는 효과가 있다. 또한, 서로 다른 기능을 하는 캐패시터부와 과전압 보호부가 결합부에 의해 결합될 수 있다. 이렇게 서로 다른 기능부인 캐패시터부와 과전압 보호부를 결합부을 이용하여 결합함으로써 복합 소자의 수축률 차이에 의한 뒤틀림, 박리, 크랙 등을 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 적층체;
    상기 적층체 내에 마련된 캐패시터부;
    상기 적층체 내에서 상기 캐패시터부와 이격 형성되며, 동일 평면 상에서 상호 마주보도록 이격 배치된 한 쌍의 방전 전극을 가지는 방전 전극층을 구비하고, 상기 방전 전극층이 3개 이상으로 마련되어 상기 한 쌍의 방전 전극의 배치 방향과 교차하는 방향으로 적층 형성된 과전압 보호부; 및
    상기 적층체의 양 외측에서 상호 마주보도록 형성되어, 상기 캐패시터부 및 과전압 보호부와 연결된 제 1 및 제 2 외부 전극;
    을 포함하는 복합 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 100㎛ 내지 500㎛인 복합 소자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 200㎛ 내지 400㎛인 복합 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 과전압 보호부는 상기 방전 전극층의 배치 방향으로 적층 형성된 4개 이상의 방전 시트를 포함하고,
    상기 4개 이상의 방전 시트 중 적어도 3개의 방전 시트 각각의 일면에 상기 방전 전극층이 형성된 복합 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 방전 전극 간의 이격 거리(A)는 상기 방전 전극층의 적층 방향을 기준으로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)에 비해 큰 복합 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 방전 전극층의 적층 방향을 기준으로 연속 배치된 두 방전 전극 간의 이격 거리(B)는 1㎛ 내지 100㎛인 복합 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐패시터부는 일 방향으로 적층된 복수의 유전 시트를 포함하는 복합 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 캐패시터부는 복수의 유전 시트 중 적어도 2 개의 유전 시트 상에 형성된 2 개 이상의 내부 전극을 포함하는 복합 소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐패시터부와 과전압 보호부 사이에 마련되어 이들을 결합시키는 결합부를 포함하는 복합 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층체 표면의 적어도 일부에 형성되며, 상기 적층체의 표면과는 다른 재질의 표면 개질 부재를 더 포함하는 복합 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 외부 전극은 상기 적층체의 최하층 및 최상층 시트의 적어도 어느 하나 상에 연장 형성되며, 상기 표면 개질 부재는 적어도 상기 제 1 및 제 2 외부 전극의 연장 영역과 상기 적층체 사이에 마련된 복합 소자.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐패시터부와 상기 제 1 외부 전극 사이에 형성된 제 3 외부 전극, 상기 캐패시터부와 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 제 4 외부 전극, 상기 과전압 보호부와 상기 제 1 외부 전극 사이에 형성된 제 5 외부 전극 및 상기 과전압 보호부와 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 제 6 외부 전극을 포함하는 복합 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐패시터부는 적어도 하나의 유전 시트를 포함하고, 내부 전극을 포함하지 않는 복합 소자.
  14. 사용자가 접촉 가능한 도전체와 내부 회로를 포함하고,
    상기 도전체와 상기 내부 회로 사이에 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항 기재의 복합 소자가 마련된 전자기기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복합 소자는 상기 도전체를 통해 외부로부터 인가되는 과전압을 상기 내부 회로를 통해 바이패스시키고, 상기 내부 회로를 통해 누설되는 누설 전류를 차단하며, 통신 신호를 통과시키는 전자기기.
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