KR101916156B1 - 감전보호 장치 - Google Patents

Abstract

감전보호 장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 감전보호 장치는 상면이 전자장치의 전도체에 전기적으로 접촉하고, 하부에 일정 공간이 형성된 수용부가 구비된 탄성력을 갖는 도전성 연결부; 상기 도전성 연결부가 실장되는 회로기판; 및 상기 수용부 내에 적어도 일부가 배치되도록 상기 회로기판에 실장되며, 상기 회로기판의 접지부로 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단하는 감전보호소자를 포함한다. 여기서, 상기 회로기판은 상기 도전성 연결부와 감전보호소자가 전기적으로 직렬 연결되도록 패드 및 배선이 구비된다.

Description

감전보호 장치{Electric shock protection device}

본 발명은 감전보호 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도체와 회로기판 사이의 전기적 연결과 함께 전원에 의한 누설전류로부터 사용자를 보호할 수 있는 감전보호 장치에 관한 것이다.

최근의 휴대용 전자장치는 소형화 및 다기능화에 따라 내부에 다양한 부품소자들이 밀집 배치된다. 따라서 외부로부터의 충격을 완화시키는 동시에 휴대용 전자장치 내부로 침투하거나 휴대용 전자장치로부터 누설되는 전자파를 감소시키기 위해 외장 하우징과 휴대용 전자장치의 내장 회로기판 사이에 도전성 개스킷을 사용하고 있다.

또한, 휴대용 전자장치는 다기능화에 따라 기능별로 복수의 안테나를 구비하며 그 중 적어도 일부는 내장형 안테나로서, 휴대용 전자장치의 외장 하우징에 배치될 수 있다. 따라서, 외장 하우징에 배치된 안테나와 휴대용 전자장치의 내장 회로기판 사이에 전기적 접촉을 위한 도전성 컨택터가 사용되고 있다.

또한, 휴대용 전자장치는 심미성과 견고함을 향상시키기 위해 최근 메탈 재질의 하우징의 채택이 증가하고 있는 추세이다.

결과적으로, 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터에 의해, 외장 하우징과 내장 회로기판 사이에 전기적 경로가 형성될 수 있고, 특히, 메탈 하우징과 회로기판이 루프를 형성함에 따라, 외부의 노출면적이 큰 메탈 하우징과 같은 전도체를 통하여 순간적으로 높은 전압을 갖는 정전기가 유입되는 경우, 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터를 통하여 정전기가 내장 회로기판에 유입되어 IC 등의 회로를 파손시킬 수 있다.

한편, 이와 같은 휴대용 전자장치는 통상적으로 충전기를 사용하여 배터리를 충전한다. 이와 같은 충전기는 외부의 AC 전원을 DC 전원으로 정류한 후, 다시 트랜스포머를 통하여 휴대용 전자장치에 적합한 낮은 DC 전원으로 변환한다. 여기서, 트랜스포머의 전기적 절연성을 강화시키기 위해 트랜스포머 양단에 커패시터로 구성된 Y-CAP을 구비한다.

그러나, 비정품 충전기 등과 같이, Y-CAP이 정규 특성을 갖지 못하는 경우에는 Y-CAP에 의해 DC 전원이 충분히 차단되지 못할 수 있고, 더욱이, AC 전원에 의해 누설전류가 발생할 수 있으며, 이러한 누설전류는 회로의 접지부를 따라 전파될 수 있다.

이와 같은 누설전류는 휴대용 전자장치의 외장 케이스와 같이 인체가 접촉가능한 전도체에도 전달될 수 있기 때문에, 결과적으로 사용자에게 찌릿찌릿한 느낌의 불쾌감을 줄 수 있고, 심한 경우, 사용자가 상해를 입힐 수 있는 감전 사고를 초래한다.

따라서, 이와 같은 누선전류로부터 사용자를 보호하기 위한 보호용 소자가 메탈 하우징과 회로기판을 연결하는 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터에 구비될 필요가 있다.

더욱이, 메탈 하우징이 안테나로 사용되는 경우, 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터는 커패시턴스가 낮으면 신호의 감쇄가 발생하여 RF신호의 전달이 원활하지 못하므로 높은 커패시턴스를 구현할 필요가 있다.

이와 같이, 메탈 케이스와 같은 전도체의 사용에 따라 단순한 전기적인 접촉뿐만 아니라 사용자 또는 휴대용 전자장치 내의 회로를 보호하기 위한 다양한 기능이 요구되고 있다.

그러나, 이런 다양한 기능들을 구현하기 위해서는 추가적인 부품 소자들이 필요하며, 따라서, 휴대용 전자장치의 회로기판에 추가적인 공간이 확보되어야 하기 때문에 소형화에 악영향을 준다.

KR 2007-0109332A

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 외부전원에 의한 누설전류로부터 사용자 또는 내부회로를 보호할 수 있는 동시에, 회로기판의 실장공간을 효율적으로 활용할 수 있는 감전보호 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상면이 전자장치의 전도체에 전기적으로 접촉하고, 하부에 일정 공간이 형성된 수용부가 구비된 탄성력을 갖는 도전성 연결부; 상기 도전성 연결부가 실장되는 회로기판; 및 상기 수용부 내에 적어도 일부가 배치되도록 상기 회로기판에 실장되며, 상기 회로기판의 접지부로 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단하는 감전보호소자를 포함하는 감전보호 장치를 제공된다. 여기서, 상기 회로기판은 상기 도전성 연결부와 감전보호소자가 전기적으로 직렬 연결되도록 패드 및 배선이 구비된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 감전보호소자는 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시킬 수 있다.

또한, 상기 감전보호소자는 상기 전도체로부터 정전기 유입시 절연파괴되지 않고 상기 정전기를 통과시킬 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㄷ"자 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "E"자 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㅁ"자 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㅁ"자 형상으로 구비되고, 상기 ㅁ자 형상의 어느 하나의 변이 상기 감전보호소자 측으로 연장형성된 연결부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 수직 연장된 복수의 지지부 사이에 형성될 수 있다.

또한, 상기 감전보호소자는 감전보호부 및 적어도 하나의 커패시터층을 포함하고, 상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 가질 수 있다 :

Vbr > Vin, Vcp > Vbr

여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,

Vcp는 상기 커패시터층의 총 절연파괴 전압.

또한, 상기 감전보호소자는 상기 감전보호부 및 상기 적어도 하나의 커패시터층 각각의 양단이 전기적으로 연결되는 한 쌍의 외부전극을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 감전보호소자는, 복수의 시트층이 적층된 소체; 상기 소체의 내부에서 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극, 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부; 및 상기 감전보호부와 전기적으로 병렬 접속되고, 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 커패시터층;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 내부전극은 동일 시트층상에 배치될 수 있다.

또한, 상기 공극은 폭이 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 크거나 같고, 높이가 상기 한 쌍의 내부전극의 두께보다 크거나 같을 수 있다.

또한, 상기 공극은 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포되는 방전물질층이 구비될 수 있다.

또한, 상기 방전물질층은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질 또는 반도체 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 감전보호소자는, 제1바리스터 물질층 및 제2바리스터 물질층이 적층된 적어도 2개의 바리스터 물질층, 상기 제1바리스터 물질층 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제1내부전극, 및 상기 제2바리스터 물질층 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제2내부전극을 포함하는 감전보호부; 및 상기 감전보호부와 전기적으로 병렬 접속되고, 상기 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 적층 커패시터층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 항복전압(Vbr)은 서로 인접한 상기 제1내부전극과 상기 제2내부전극 사이에 각각 형성되는 단위 항복전압의 총합일 수 있다.

또한, 상기 제1내부전극 및 상기 제2내부전극 각각은 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1내부전극 및 상기 제2내부전극 각각은 적어도 일부가 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1내부전극 또는 상기 제2내부전극의 이격 간격(L)은 상기 제1내부전극과 상기 제2내부전극 사이의 최단 거리(d1)보다 클 수 있다.

또한, 상기 도전성 연결부는 도전성 개스킷, 실리콘 고무 패드, 탄성력을 갖는 클립 형상의 전도체일 수 있다.

또한, 상기 도전성 개스킷은 도전성 페이스트가 열 압착에 의해 제작된 폴리머 몸체, 천연 고무, 스펀지, 합성 고무, 발포체, 내열성 실리콘 고무 및 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리콘 고무 패드는, 실리콘 고무로 이루어진 몸체; 및 상기 몸체 내부에 수직 형성되는 도전성 와이어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리콘 고무 패드는, 실리콘 고무로 이루어진 몸체; 및 상기 몸체 내부에 사선으로 형성된 도전성 와이어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리콘 고무 패드는, 실리콘 고무로 이루어진 몸체; 상기 몸체 내부에 수평으로 교차 적층된 복수의 전도층; 및 상기 몸체의 상측에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리콘 고무 패드는, 비도전성의 실리콘 고무로 이루어진 몸체; 상기 몸체 내부에 수직하게 관통 형성된 다수의 관통홀 내에 도전성의 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진된 도전부; 및 상기 도전부의 양측에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 클립 형상의 전도체는, 만곡부 형상을 가지며 상기 전도체 또는 상기 회로기판과 접촉하는 접촉부; 상기 접촉부로부터 연장형성되며, 탄성력을 갖는 절곡부; 및 상기 감전보호소자와 전기적으로 연결되는 단자부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치 및 이를 구비한 휴대용 전자장치는 메탈 케이스와 같은 전도체가 외부로 노출되는 휴대용 전자장치에서 전도체와 회로기판을 연결하는 컨택터와 감전보호소자를 이중 적층함으로써, 전도체를 통한 감전 등과 같은 사용자의 손상 또는 내부회로의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 감전보호소자와 컨택터를 이중 적층함으로써, 두 개의 부품을 회로기판에 실장하기 위한 추가적인 공간을 최소화하여 휴대용 전자장치의 소형화에 적합할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 하면이 "ㄷ"자 형상인 경우, 회로기판의 평면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 하면이 "ㅁ"자 형상인 경우, 회로기판의 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치에서 감전보호소자가 컨택터 내부에 이중 적층되는 경우의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 하면이 "E"자 형상인 경우, 회로기판의 평면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 하면이 "ㅁ"자 형상이고, 어느 한 변이 감전보호소자 측으로 연장된 경우, 회로기판의 평면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치에서 감전보호소자가 컨택터 내부에 이중 적층되는 경우, 감전보소호자와 컨택터가 결합되는 상태의 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치에서, 컨택터의 하면에 복수개의 독립된 지지부가 형성된 경우의 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치에서, 컨택터가 감전보호소자의 상측에 적층되는 경우의 단면도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 누설전류에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 정전기(ESD)에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 통신 신호에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 13은 커패시턴스에 따른 통과 주파수 대역의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 14는 도 13에서 통과 주파수 대역의 확대도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 감전보호소자의 일예를 나타낸 외관사시도,
도 16은 도 15의 복수의 시트층의 적층관계를 나타낸 분리사시도,
도 17은 도 15의 감전보호소자를 나타낸 종단면도,
도 18 내지 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 감전보호 장치의 감전보호소자의 일예에서 감전보호부의 다양한 형태를 나타낸 종단면도,
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 감전보호소자의 다른 예를 나타낸 외관사시도,
도 22는 도 21의 복수의 시트층의 적층관계를 나타낸 분리사시도,
도 23은 도 21의 감전보호소자를 나타낸 종단면도, 그리고
도 24 내지 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 도전성 연결부의 다양한 형태를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치(100)는 도전성 연결부(110), 감전보호소자(120), 및 회로기판(130)을 포함한다.

이러한 감전보호 장치(100)는 휴대용 전자장치에서, 외장 메탈 케이스와 같은 인체 접촉가능한 전도체와 휴대용 전자장치의 회로기판 사이를 전기적으로 연결하기 위한 것이다.

여기서, 상기 휴대용 전자장치는 휴대가 가능하고 운반이 용이한 휴대용 전자기기의 형태일 수 있다. 일례로, 상기 휴대용 전자장치는 스마트폰, 셀룰러폰 등과 같은 휴대단말기일 수 있으며, 스마트 워치, 디지털 카메라, DMB, 전자책, 넷북, 태블릿 PC, 휴대용 컴퓨터 등일 수 있다. 이러한 전자장치들은 외부기기와의 통신을 위한 안테나 구조들을 포함하는 임의의 적절한 전자 컴포넌트들을 구비할 수 있다. 더불어, 와이파이 및 블루투스와 같은 근거리 네트워크 통신을 사용하는 기기일 수 있다.

상기 도전성 연결부(110)는 전도체를 휴대용 전자장치에 결합하기 위한 가압력에 따라 눌려지고, 전도체를 휴대용 전자장치로부터 이탈시키는 경우, 원래의 상태로 복원될 수 있도록 탄성력을 가질 수 있다.

여기서, 상기 전도체는 휴대용 전자장치의 측부를 부분적으로 둘러싸거나 전체적으로 둘러싸도록 구비될 수 있고, 상기 휴대용 전자장치와 외부기기의 통신을 위한 안테나일 수 있다.

상기 도전성 연결부(110)는 그 상면이 휴대용 전자장치의 전도체에 전기적으로 접촉하며 탄성력을 가질 수 있다. 이러한 도전성 연결부(110)는 도 24에 도시된 바와 같은 탄성력을 갖는 클립 형상의 전도체 또는, 도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같은 도전성 개스킷 또는 실리콘 고무 패드일 수 있다.

여기서, 상기 도전성 연결부(110)가 도전성 개스킷 또는 실리콘 고무 패드와 같이 전도체에 면 접촉하는 경우, 도전성 연결부(110)는 탄성력을 갖는 도전성 물질로 일체로 형성될 수 있다. 이때, 도전성 연결부(110)는 전도체(12)의 가압력에 의해 회로기판 측으로 수축될 수 있고, 전도체(12)에 휴대용 전자장치로부터 분리되는 경우, 그 탄성력에 의해 원래의 상태로 복원될 수 있다.

또한, 상기 도전성 연결부(110)가 탄성력을 갖는 클립 형상의 전도체(310)와 같이 전도체(12)에 접촉하는 경우, 도전성 연결부(310)는 접촉부(311)가 회로기판에 의해 가압됨에 따라 탄성력을 갖는 절곡부(312)가 회로기판 측으로 눌려지고, 전도체가 휴대용 전자장치로부터 분리되는 경우, 절곡부(312)의 탄성력에 의해 원래의 상태로, 즉, 회로기판의 장착 부위의 상측으로 복원될 수 있다.

이러한 도전성 연결부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상면이 휴대용 전자장치의 전도체에 전기적으로 접촉하고, 하부에 일정 공간이 형성된 수용부(115)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 수용부(115)는 상기 회로기판(130)에서 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)를 이중 적층하기 위한 것으로, 상기 감전보호소자(120)의 적어도 일부를 수용한다.

이때, 상기 도전성 연결부(110)는 상기 감전보호소자(120)와의 이중 적층 구조에 따라 상기 수용부(115)를 다양하게 구비할 수 있다.

예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수용부(115)는 상기 도전성 연결부(110)의 하부에서 "ㄷ"자 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 도전성 연결부(110)는 그 하부에서 "ㄷ"자 형상으로 수직 연장되는 지지부(112)에 의해 상기 수용부(115)의 측벽이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114)은 도 2에 도시된 바와 같이, "ㄷ"자 형상으로 구비되어 상기 회로기판(130)에 실장될 수 있다.

도 2에서, 상기 감전보호소자(120)는 일부만이 "ㄷ"자 형상의 상기 수용부(115) 내에 배치되도록 상기 회로기판(130) 상에 실장되는 것으로 도시되고 설명되지만, 이에 한정되지 않고, 상기 도전성 연결부(110) 또는 상기 감전보호소자(120)의 크기에 따라 상기 감전보호소자(120)의 전체가 "ㄷ"자 형상의 상기 수용부(115) 내에 배치되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 회로기판(130)은 상기 도전성 연결부(110)를 실장하기 위한 "ㄷ"자 형상의 상기 도전성 연결부용 패드(131a), 상기 감전보호소자(120)를 실장하기 위한 상기 감전보호소자용 패드(133,134) 및 그 사이를 연결하는 배선(132)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 수용부(115)는 상기 도전성 연결부(110)의 하부에서 "ㅁ"자 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 도전성 연결부(110)는 그 하부에서 "ㅁ"자 형상으로 수직 연장되는 지지부(112)에 의해 상기 수용부(115)의 측벽이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114)은 도 3에 도시된 바와 같이, "ㅁ"자 형상으로 구비되어 상기 회로기판(130)에 실장될 수 있다.

이때, 상기 회로기판(130)은 상기 도전성 연결부(110)를 실장하기 위한 "ㅁ"자 형상의 상기 도전성 연결부용 패드(131b), 상기 감전보호소자(120)를 실장하기 위한 상기 감전보호소자용 패드(133,134) 및 그 사이를 연결하는 배선(132)이 구비될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 회로기판(130) 상에 상기 감전보호소자(120)를 위한 별도의 공간을 구비할 필요 없이 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)를 이중 적층하여 소형화할 수 있다.

한편, 상기 수용부(115)의 형상과 무관하게, 상기 감전보호소자(120)가 상기 도전성 연결부(110)와 완전히 이중 적층되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수용부(115) 내에 상기 감전보호소자(120)가 배치될 수 있다.

또한, 상기 수용부(115)는 상기 도전성 연결부(110)의 하부에서 "E"자 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 도전성 연결부(110)는 그 하부에서 "E"자 형상으로 수직 연장되는 지지부(112)에 의해 상기 수용부(115)의 측벽이 형성될 수 있다. 이때, 지지부(112)의 일변으로부터 상기 감전보호소자(120) 측으로 연장부(135)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114)은 도 5에 도시된 바와 같이, "E"자 형상으로 구비되어 상기 회로기판(130)에 실장될 수 있다.

이때, 상기 회로기판(130)은 상기 도전성 연결부(110)를 실장하기 위한 "E"자 형상의 상기 도전성 연결부용 패드(131c,135), 상기 감전보호소자(120)를 실장하기 위한 상기 감전보호소자용 패드(133,134)가 구비될 수 있다. 여기서, 패드(135)는 상기 도전성 연결부(110)에서 상기 감전보호소자(120) 측으로 형성된 연장부에 대응한다.

또한, 상기 수용부(115)는 상기 도전성 연결부(110)의 하부에서 "ㅁ"자 형상으로 구비되고, "ㅁ"자 형상의 어느 하나의 변이 상기 감전보호소자(120) 측으로 연장형성된 연결부(135)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 도전성 연결부(110)는 그 하부에서 "ㅁ"자 형상으로 수직 연장되는 지지부(112)에 의해 상기 수용부(115)의 측벽이 형성되고, 측벽 중 어느 한 변으로부터 상기 감전보호소자(120) 측으로 연장된 연장부가 형성될 수 있다. 이러한 연장부는 상기 감전보호소자(120)와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114)은 도 6에 도시된 바와 같이, "ㅁ"자 형상으로 구비되어 상기 회로기판(130)에 실장될 수 있다.

이때, 상기 회로기판(130)은 상기 도전성 연결부(110)를 실장하기 위한 "ㅁ"자 형상의 상기 도전성 연결부용 패드(131d,135'), 상기 감전보호소자(120)를 실장하기 위한 상기 감전보호소자용 패드(133,134)가 구비될 수 있다. 여기서, 패드(135')는 상기 도전성 연결부(110)에서 상기 감전보호소자(120) 측으로 형성된 연장부에 대응한다.

한편, 상기 수용부(115)의 형상과 무관하게, 상기 도전성 연결부(110)에서 상기 감전보호소자(120) 측으로 연장부(113)가 형성되고, 상기 감전보호소자(120)가 상기 도전성 연결부(110)와 완전히 이중 적층되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)가 연결되고, 상기 수용부(115) 내에 상기 감전보호소자(120)가 배치될 수 있다. 이때, 연장부(113)는 상기 감전보호소자(120)의 어느 하나의 외부전극(123)에 대면하도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 수용부(115)는 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114')에서 수직 연장된 복수의 지지부(112') 사이에 형성될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 연결부(110)는 4개의 다리를 갖는 테이블 형상으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 감전보호소자(120)는 4개의 지지부(112') 내의 상기 수용부(115') 내에 배치되거나, 적어도 일부가 어느 2개의 지지부(112') 사이에서 외부로 돌출되도록 배치될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120) 사이의 이중 적층을 위한 배치의 자유도가 향상될 수 있다.

한편, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)를 상기 회로기판(130) 상의 동일 공간에 이중 적층하기 위해서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호소자(120)의 상측에 상기 도전성 연결부(110)를 직접 적층할 수 있다.

이때, 상기 도전성 연결부(110)는 그 하면(114")으로부터 돌출 형성된 임의의 지지부(112")가 구비되고, 상기 감전보호소자(120)의 상면에는 상기 지지부(112")에 대응하는 홈부(120a)가 구비될 수 있다.

여기서, 지지부(112")와 홈부(120a)는 결합이 용이하게 되도록 사다리꼴 형성으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 홈부(120a)의 바닥면에는 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)를 전기적으로 직렬 연결하기 위해 상기 감전보호소자(120)의 외부전극이 형성될 수 있다.

한편, 도 1에서, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)는 서로 이격되어 배치된 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지 않지 않고, 수직 방향으로 서로 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 감전보호소자(120)가 상기 외부전극(121,123)이 상하로 배치되고, 상기 도전성 연결부(110)가 적어도 일측에 연장부를 갖는 구조로 구성되며, 일측이 상기 감전보호소자(120)의 상측에 형성된 어느 하나의 외부전극 상에 접촉하도록 배치될 수 있다.

상기 감전보호소자(120)는 상기 회로기판(130)을 통하여 도전성 연결부(110)에 전기적으로 직렬 연결되며, 도전성 연결부(110)의 상기 수용부(115) 내에 적어도 일부가 적층되도록 배치될 수 있다. 이러한 감전보호소자(120)는 커패시터층을 구비한 써프레서(supressor) 또는 바리스터(varistor)일 수 있다.

여기서, 상기 감전보호소자(120)는 상기 회로부(14)의 접지로부터 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단하며, 상기 전도체(12)부터 정전기 유입시 절연파괴되지 않고 상기 정전기를 통과시키고, 상기 전도체(12)로부터 유입되는 통신 신호를 통과시킬 수 있도록 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 가질 수 있다 :

Vbr > Vin, Vcp > Vbr

여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압이고,

Vcp는 상기 커패시터층의 총 절연파괴 전압이다. 여기서, 상기 커패시터층의 총 절연파괴 전압은 상기 커패시터층(224a,224b)이 복수의 층으로 이루어지는 동시에 각각이 전기적으로 병렬 연결되기 때문에, 커패시터전극(226a,226b)에 의해 형성되는 각각의 커패시터 양단의 절연파괴 전압과 동일할 수 있다.

이때, 상기 정격전압은 국가별 표준 정격전압일 수 있으며, 예를 들면, 240V, 110V, 220V, 120V, 및 100V 중 어느 하나일 수 있다.

이러한 감전보호소자(120)는 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 외부전원에 의한 누설전류, 전도체(12)로부터 유입되는 정전기 및 통신 신호에 따라 상이한 기능을 가질 수 있다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 회로기판(130)의 실장된 회로부(14), 예를 들면, 접지를 통하여 외부전원의 누설전류가 전도체(12)로 유입되는 경우, 상기 감전보호소자(120)는 그 항복전압(또는 트리거전압)(Vbr)이 누설전류에 의한 과전압에 비하여 크기 때문에, 오픈 상태로 유지될 수 있다. 즉, 감전보호소자(120)는 의 항복전압(Vbr)이 휴대용 전자장치의 외부전원의 정격전압보다 크기 때문에, 전기적으로 도통되지 않고 오픈 상태를 유지하여 메탈 케이스 등과 같은 인체접착 가능한 전도체(12)로 누설전류가 전달되는 것을 차단할 수 있다.

이때, 상기 커패시터층은 누설전류에 포함된 DC 성분을 차단할 수 있고, 누설 전류가 무선통신 대역에 비하여 상대적으로 낮은 주파수를 갖기 때문에, 해당 주파수에 대하여 큰 임피던스로 작용함으로써 누설전류를 차단할 수 있다.

결과적으로, 상기 감전보호소자(120)는 회로부(14)의 접지로부터 유입되는 외부전원에 누설전류를 차단하여 사용자를 감전으로부터 보호할 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 전도체(12)를 통하여 외부로부터 정전기가 유입되면, 상기 감전보호소자(120)는 써프레서 또는 바리스터와 같은 정전기 보호 소자로서 기능한다. 즉, 상기 감전보호소자(120)는 정전기 방전을 위한 써프레서의 동작 전압 또는 바리스터의 바리스터 전압(또는 항복 전압)이 정전기의 순간 전압보다 작기 때문에, 순간 방전에 의해 정전기를 통과시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 감전보호소자(120)는 전도체(12)로부터 도전성 연결부(110)를 통하여 정전기 유입시 전기적 저항이 낮아져 자체가 절연파괴되지 않고 정전기를 통과시킬 수 있다.

이때, 상기 커패시터층은 총 절연파괴 전압(Vcp)이 감전보호부의 항복전압(Vbr)보다 크기 때문에, 정전기는 커패시터층으로 유입되지 않고, 감전보호부로만 통과될 수 있다.

여기서, 회로부(14)는 정전기를 접지로 바이패스하기 위한 별도의 보호소자를 구비할 수 있다. 결과적으로, 상기 감전보호소자(120)는 전도체(12)로부터 도전성 연결부(110)를 통하여 유입되는 정전기에 의해 절연파괴되지 않고 정전기를 통과시켜, 후단의 내부 회로를 보호할 수 있다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 전도체(12)로부터 도전성 연결부(110)를 통하여 통신 신호가 유입되는 경우, 상기 감전보호소자(120)는 커패시터로서 기능한다. 즉, 감전보호소자(120)는 감전보호부가 오픈 상태로 유지되어 전도체(12)와 회로부(14)를 차단하지만, 내부의 커패시터층이 유입된 통신 신호를 통과시킬 수 있다. 이와 같이, 감전보호소자(120)의 커패시터층은 통신 신호의 유입 경로를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 커패시터층의 커패시턴스는 주요 무선 통신 대역의 통신 신호를 감쇄 없이 통과시킬 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 커패시턴스에 따른 통과 주파수 대역을 시뮬레이션한 결과에 따르면, 5㎊ 이상의 커패시턴스에 대하여 모바일 무선 통신 주파수 대역(700㎒ 내지 2.6㎓)에서 실질적으로 거의 손실 없이 전달되어 전기적으로 쇼트 현상을 나타낸다.

그러나, 도 14에 도시된 바와 같이, 미세한 영향을 살펴보면, 대략 30㎊ 이상의 커패시턴스에서 통신시 수신감도의 영향을 거의 받지 않음을 알 수 있고, 따라서, 상기 커패시터층의 커패시턴스는 모바일 무선 통신 주파수 대역에서는 30㎊ 이상의 높은 커패시턴스를 이용하는 것이 바람직하다.

결과적으로, 상기 감전보호소자(120)는 상기 커패시터층의 높은 커패시턴스에 의해 전도체(12)로부터 도전성 연결부(110)를 통하여 유입되는 통신 신호를 감쇄 없이 통과시킬 수 있다.

상기 회로기판(130)은 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)가 전기적으로 직렬 연결되도록 패드(131a~131c,133,134) 및 배선(132)이 구비된다. 여기서, 상기 도전성 연결부(110)에 대한 패드(131a~131c)와 상기 감전보호소자(120)에 대한 패드(133,134)는 상기 도전성 연결부(110) 및 상기 감전보호소자(120)가 이중으로 적층되도록 구비될 수 있다.

즉, 상기 회로기판(130)은 상기 도전성 연결부(110)를 실장하기 위한 상기 도전성 연결부(110)의 하면(114)의 형상에 대응하는 패드(131a~131c)와, 상기 감전보호소자(120)를 실장하기 위한 상기 감전보호소자(120)의 외부전극 형상에 대응하는 패드(133,134)를 구비한다.

이때, 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)가 상기 회로기판(130) 상에서 분리배치되는 경우, 즉, 도 2 및 도 3에서, 상기 도전성 연결부용 패드(131a,131b)와 상기 감전보호소자용 패드(133) 사이에는 상기 도전성 연결부(110)와 상기 감전보호소자(120)를 직렬 연결하기 위한 배선(132)이 구비될 수 있다.

이하, 도 15 내지 도 20을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 감전보호소자의 일예를 보다 상세하게 설명한다.

도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호소자(220)는 소체(220a), 감전보호부(225), 및 복수의 커패시터층(224a,224b)을 포함한다. 여기서, 상기 감전보호부(225)는 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 및 공극(228)을 포함하고, 상기 커패시터층(224a,224b)은 복수의 커패시터전극(226a,226b)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 소체(220a)는 상기 감전보호소자(220) 및 상기 커패시터층(224a,224b)을 구성할 수 있도록 일면의 적어도 일부에 전극(225a,225b,226a,226b)이 구비된 복수의 시트층(220a-1~220b-11)이 순차적으로 적층되고, 각각의 일면에 구비된 복수의 전극들이 서로 대향되도록 배치된 후 압착, 소성 또는 경화 공정을 통해 일체로 형성된다.

이러한 소체(220a)는 유전율을 갖는 절연체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연체는 세라믹재료, 저온 소결 세라믹(LTCC), 고온 소결 세라믹(HTCC) 및 자성재료 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이때, 세라믹재료는 금속계 산화 화합물이며, 금속계 산화 화합물은 Er₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, V₂O₅, CoO, MoO₃, SnO₂, BaTiO₃, Nd₂O₃ 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

이와 같은 소체(220a)를 이루는 복수의 시트층(220a-1~220a-11) 각각은 상기 감전보호부(225)를 이루는 상기 내부전극(225a,225b) 및 상기 커패시터층(224a,224b)을 이루는 상기 커패시터전극(226a,226b) 중 어느 하나의 전극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상측의 시트층(220a-1,220a-4~220a-7)은 상기 내부전극(225a,225b) 및 상기 커패시터전극(226a,226b)이 해당 시트층의 하면에 형성되고, 하측의 시트층(220a-2,220a-3,220a-8~220a-11)은 상기 내부전극(225a,225b) 및 상기 커패시터전극(226a,226b)이 해당 시트층의 상면에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 감전보호소자(220)는 상기 감전보호부(225)와 상기 커패시터층(224a,224b)이 전기적으로 병렬되도록, 상기 감전보호부(225)와 상기 커패시터층(224a,224b) 각각의 양단이 전기적으로 연결되는 한 쌍의 상기 외부전극(221,223)을 더 포함할 수 있다. 이러한 외부전극(221,223)은 소체(220a)의 양측에 구비될 수 있다.

이때, 상기 감전보호소자(120)가 상기 도전성 연결부(110)와 전기적으로 직렬 연결되도록 하기 위해, 상기 외부전극(221)은 상기 회로기판(130) 상에서 상기 도전성 연결부(110)와 직접 연결되거나 상기 도전성 연결부용 패드(131a)에 배선(132)을 통하여 연결된 상기 감전보호소자용 패드(133) 상에 실장되고, 상기 외부전극(223)은 상기 감전보호소자용 패드(133)와 대향하여 분리된 상기 감전보호소자용 패드(134)에 실장된다.

상기 내부전극(225a,225b)은 소체(220a)의 내부에서 일정 간격 이격되어 형성된다. 이러한 내부전극(225a,225b)은 Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Cu 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있으며, 상기 외부전극(221,223)은 Ag, Ni, Sn 성분 중 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.

이때, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 내부전극(225a,225b)은 다양한 형상 및 패턴으로 구비될 수 있으며, 상기 내부전극(225a)과 상기 내부전극(225b)은 동일한 패턴으로 구비될 수도 있고, 서로 다른 패턴을 갖도록 구비될 수도 있다. 즉, 상기 내부전극(225a,225b)은 소체(220a)의 구성시 내부전극들의 일부가 서로 대향하여 중첩되도록 배치되면 특정 패턴에 한정되지 않는다.

여기서, 이러한 내부전극(225a,225b) 사이의 간격 및 서로 대향하는 면적 또는 서로 중첩되는 길이는 상기 감전보호소자(220)의 항복전압(Vbr)을 만족하도록 구성될 수 있으며, 상기 내부전극(225a,225b) 사이의 간격은 10~100㎛일 수 있다.

상기 공극(228)은 예를 들면, 공극형성부재(227)에 의해 형성될 수 있다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 공극형성부재(227) 각각은 소체(220a) 내에서 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 이러한 공극형성부재(227)는 상기 감전보호부(225) 내의 시트층(220a-2)에서 구비되며, 상기 내부전극(225a,225b)과 맞닿을 수 있도록 시트층(220a-2)의 상측 및 하측으로 노출될 수 있다.

이때, 상기 공극형성부재(227)는 그 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포되는 방전물질층(227a,227b,227c)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 방전물질층(227a,227b,227c)을 구성하는 방전물질은 유전율이 낮고 전도도가 없으며, 과전압 인가시 쇼트(short)가 없어야 한다.

이를 위해, 상기 방전물질은 적어도 한 종의 금속입자를 포함하는 비전도성물질로 이루어질 수 있으며, SiC 또는 실리콘 계열의 성분을 포함하는 반도체물질로 이루어질 수 있다.

일례로, 상기 내부전극(225a,225b)이 Ag 성분을 포함하는 경우, 상기 방전물질은 SiC-ZnO계의 성분을 포함할 수 있다. SiC(Silicon carbide) 성분은 열적 안정성이 우수하고, 산화 분위기에서 안정성이 우수하며, 일정한 도전성과 도열성을 가지고 있으며, 낮은 유전율을 갖는다. 그리고, ZnO 성분은 우수한 비직선 저항특성 및 방전특성이 있다.

또한, SiC와 ZnO는 각각 별도로 사용시 둘 다 전도성이 있으나, 서로 혼합 후 소성 진행하면 SiC 입자 표면에 ZnO가 결합됨으로써 전도성이 낮은 물질인 절연층을 형성하게 된다.

이와 같은 절연층은 SiC가 완전히 반응하여 SiC 입자 표면에 SiC-ZnO 반응층을 형성한다. 이에 따라, 상기 절연층은 Ag 패스를 차단하여 방전물질에 한층 더 높은 절연성을 부여하고, 정전기에 대한 내성을 향상시켜 상기 감전보호 장치(100)를 전자부품에 장착시 DC 쇼트 현상을 해결할 수 있게 된다.

여기서, 상기 방전물질의 일례로써 SiC-ZnO계의 성분을 포함하는 것으로 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 방전물질은 상기 내부전극(225a,225b)을 구성하는 성분에 맞는 반도체 물질 또는 금속입자를 포함하는 비전도성 물질이 사용될 수 있다

이때, 상기 공극형성부재(227)의 내벽에 도포되는 상기 방전물질층은 공극형성부재(227)의 내벽을 따라 도포되는 제1부분(227a)과 상기 제1부분(227a)의 상단으로부터 상기 내부전극(225a)과 대향하여 접촉하도록 연장되는 제2부분(227b) 및 상기 제1부분(227a)의 하단으로부터 상기 내부전극(225c)과 대향하여 접촉하도록 연장되는 제3부분(227c)을 포함할 수 있다.

이를 통해, 상기 방전물질층(227a,227b,227c)은 상기 공극형성부재(227)의 내벽뿐만 아니라 상기 공극형성부재(227)의 상부단과 하부단으로부터 상기 제2부분(227b) 및 제3부분(227c)이 각각 연장되도록 형성됨으로써 상기 내부전극(225a) 및 내부전극(225c)과의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 한다.

이는, 과전압에 의하여 상기 방전물질층(227a,227b,227c)을 구성하는 성분의 일부가 정전기 스파크에 의해 기화되어 방전물질층(227a,227b,227c)의 일부가 손상되더라도 정전기에 대한 내성을 강화시켜 상기 방전물질층(227a,227b,227c)이 제 기능을 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 공극형성부재(227)에 의해 상기 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이에 공극(228)이 형성될 수 있다. 이러한 공극(228)에 의해 외부로부터 유입된 정전기는 상기 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이에서 방전될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이의 전기적 저항이 낮아지고, 감전보호용 커넥터(200) 양단의 전압차를 일정 값 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 감전보호소자(220)는 내부의 절연파괴 없이 정전기를 통과시킬 수 있다.

한편, 공극형성부재(227)는 상기 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이에서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이와 같이, 한 쌍의 내부전극 사이에 배치되는 상기 공극형성부재(227)의 개수가 증가되면, 정전기의 방전 경로가 증가됨으로써, 정전기에 대한 내성을 높일 수 있다.

상기 커패시터층(224a,224b)은 상기 전도체(12)로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키기 위한 것으로 적어도 하나의 적층 커패시터층일 수 있다. 이러한 커패시터층(224a,224b)은 상기 외부전극(221,223)을 통하여 상기 감전보호부(225)와 전기적으로 병렬로 연결될 수 있고, 예를 들면, 상기 감전보호부(225)의 상부 및 하부 중 적어도 하나, 또는 상부 및 하부 모두에 형성될 수 있으며, 복수의 커패시터전극(226a,226b)을 구비할 수 있다.

이러한 커패시터층(224a,224b)은 상기 감전보호소자(120)의 추가 커패시턴스를 제공하여 RF 수신감도를 향상시키기 위한 것이다.

이와 같은 커패시터층(224a,224b)에 의해, 정전기에 대하여 내부 회로를 보호하기 위한 써프레서, 바리스터 또는 제너 다이오드와 함께 RF 수신감도를 높이기 위한 별도의 부품을 같이 사용하던 종래와는 달리, 하나의 감전보호소자를 통해 정전기에 대한 보호는 물론 RF 수신감도를 높일 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 감전보호부(225)와 상기 커패시터층(224a,224b) 사이의 간격은 상기 내부전극(225a,225b) 사이의 간격 또는 상기 커패시터전극(226a,226b) 사이의 간격보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 상기 내부전극(225a,225b)을 따라 흐르는 정전기 또는 누설전류가 인접한 상기 커패시터전극(226a,226b)으로 누설되지 않도록 상기 커패시터층(224a,224b)에서 상기 감전보호부(225)에 가장 인접한 상기 커패시터전극(226a,226b)과, 상기 내부전극(225a,225b) 사이의 거리를 충분히 확보하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 감전보호부(225), 및 상부 및 하부 커패시터층(224a,224b)이 형성된 시트층은 동일 재료로 이루어질 수 있지만, 선택적으로 서로 상이한 이종물질로 이루어질 수 있다.

더욱이, 상기 커패시터층(224a,224b)을 구성하는 복수의 시트층(220a-4~220a-11) 중 적어도 하나의 시트층은 제1세라믹재료를 사용하고, 나머지 시트층은 제2세라믹재료를 사용할 수 있다.

이때, 제1세라믹재료 및 제2세라믹재료는 이종의 세라믹재료일 수 있다. 여기서, '이종'의 의미는 화학식이 서로 상이하거나 화학식이 서로 동일하더라도 물성이 서로 상의함을 의미한다.

또 다른 예로서, 도 18에 도시된 바와 같이, 감전보호소자(220)는 별도의 공극형성부재를 이용하지 않고, 한 쌍의 내부전극(225a,225b) 사이에 공극(228)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 시트층(220a-2)은 상기 공극(228)에 대응하는 위치에 관통홀이 구비될 수 있다.

이때, 상기 시트층(220a-2)에 형성되는 관통홀에는 방전물질로 이루어진 충진층이 배치될 수 있다. 또한, 상기 공극(228)은 그 측벽에 방전물질층을 구비할 수 있다. 이러한 방전물질층은 시트층(220a-2)에 형성된 관통홀의 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포될 수 있다.

또 다른 예로서, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호소자(220)는 일정 간격 이격 되어 수평으로 배치된 내부전극(225a',225b')을 포함할 수 있다. 즉, 감전보호소자(220)는 동일 시트층상에 형성된 수평 전극을 구비할 수 있다.

이때, 한 쌍의 내부전극(225a',225b') 사이에는 공극(229)이 형성될 수 있다. 여기서, 공극(229)은 내부전극(225a',225b')의 높이보다 큰 높이로 형성될 수 있고, 내부전극(225a',225b') 사이의 간격보다 큰 너비로 형성될 수 있다. 이와 같이, 공극(229)의 체적이 확장되면, 정전기에 의한 방전시 내부전극(225a',225b')으로부터 미세한 파티클이 발생하더라도 내부전극(225a',225b') 사이의 공간이 넓기 때문에 파티클에 의해 발생할 수 있는 결함의 발생률을 저감할 수 있다.

여기서, 상기 공극(229)은 정전기 유입시 한 쌍의 내부전극(225a',225b')에 의해 방전이 개시되는 공간으로서, 상기 공극(229)의 체적은 정전기에 대한 내성을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 공극(229)의 체적은 상기 감전보호소자(200)의 총 체적 대비 1-15% 일 수 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호소자(220)는 상기 동일 시트층 상에 내부전극(225a',225b')이 서로 이격 배치되며, 상기 내부전극 사이에 형성되는 공극(229')에 관통홀의 형태로 구성될 수 있다.

즉, 상기 관통홀은 동일 시트층상에 서로 평행하게 배열되는 한 쌍의 내부전극(225a',225b') 사이에 배치되며 공기가 채워질 수 있도록 중공형으로 구비될 수 있다.

이때, 상기 감전보호소자(220)는 공극의 측벽에 방전물질층을 구비할 수 있다. 이러한 방전물질층은 시트층(220a-2)에 형성된 관통홀의 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포될 수 있다. 또한, 상기 감전보호소자(220)는 상기 시트층(220a-2)에 형성되는 관통홀에 방전물질로 이루어진 충진재가 배치될 수 있다.

이하, 도 21 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치의 감전보호소자의 다른 예를 보다 상세하게 설명한다.

상기 감전보호소자(320)는 감전보호부(325), 및 상기 커패시터층(324a,324b)을 포함한다. 여기서, 상기 감전보호부(325)는 바리스터 물질층(320a-1,320a-2), 및 내부전극(325a,325b)을 포함하고, 상기 커패시터층(324a,324b)은 복수의 커패시터전극(326a,326b)을 포함할 수 있다.

이와 같은 감전보호소자(320)는 복수의 시트층(320a-1~320a-11)으로 이루어지며, 복수의 시트층(320a-1~320a-11) 각각은 상기 감전보호부(325)를 이루는 상기 내부전극(325a,325b) 및 상기 커패시터층(324a,324b)을 이루는 상기 커패시터전극(326a,326b) 중 어느 하나의 전극이 형성될 수 있다. 예를 들면, 중간 시트층(320a-1~320a-2)은 상기 내부전극(325a,325b)이 해당 시트층의 상면에 형성되며, 상측의 시트층(220a-4~220a-7)은 상기 커패시터전극(326a,326b)이 해당 시트층의 상면에 형성되고, 하측의 시트층(220a-8~220a-11)은 상기 커패시터전극(326a,326b)이 해당 시트층의 상면에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 감전보호소자(320)는 상기 감전보호부(325)와 상기 커패시터층(324a,324b)이 전기적으로 병렬되도록, 상기 감전보호부(325)와 상기 커패시터층(324a,324b) 각각의 양단이 전기적으로 연결되는 한 쌍의 상기 외부전극(321,323)을 더 포함할 수 있다. 이러한 외부전극(321,323)은 복수의 시트층(320a-1~320a-11)의 양측에 구비될 수 있다.

이때, 상기 바리스터 물질층은 제1바리스터 물질층(320a-1) 및 제2바리스터 물질층(320a-2)이 교대로 적어도 2개의 층으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1바리스터 물질층(320a-1) 및 상기 제2바리스터 물질층(320a-2)은 ZnO, SrTiO₃, BaTiO₃, SiC 중 하나 이상을 포함하는 반도성 재료, 또는 Pr 및 Bi 계 재료 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 바리스터 물질층은 바리스터 물질의 입경이 항복전압(Vbr)을 만족할 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.

상기 내부전극(325a,325b)은 제1바리스터 물질층(320a-1) 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제1내부전극(325a) 및 제2바리스터 물질층(320a-2) 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제2내부전극(325b)을 포함할 수 있다.

여기서, 감전보호소자(320)의 항복전압(Vbr)은 가장 인접한 제1내부전극(325a)과 제2내부전극(325b) 사이에 각각 형성되는 단위 항복전압의 합일 수 있다. 즉, 감전보호소자(320)의 항복전압(Vbr)은 제1내부전극(325a)과 제2내부전극(325b) 사이에 각각 형성되는 단위 항복전압, 및 전기적으로 직렬 형성되는 제1내부전극(325a)과 제2내부전극(325b)의 개수에 따라 결정될 수 있다.

이때, 상기 제1내부전극(325a) 및 상기 제2내부전극(325b) 각각은 적어도 일부가 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1내부전극(325a) 및 상기 제2내부전극(325b) 각각은 적어도 일부가 중첩되도록 교차 배치되거나, 서로 중첩되지 않도록 서로의 사이에 교차 배치될 수 있다.

여기서, 제1내부전극(325a) 및 제2내부전극(325b)은 그 사이에 형성되는 단위 항복전압에 따라 감전보호소자(320)의 항복전압(Vbr)을 만족하기 위한 개수가 결정될 수 있다. 즉, 도 23에서는 제1내부전극(325a) 및 제2내부전극(325b)에 의해 형성된 단위 소자는 4개인 경우로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 단위 항복전압의 크기에 따라 복수개로 형성될 수 있다.

이때, 감전보호부(325)는 제1내부전극(325a) 및 제2내부전극(325b)에 의해 형성되는 단위 소자가 병렬로 복수 개로 구비될 수 있다. 즉, 감전보호부(325)는 제1내부전극(325a)이 형성된 제1바리스터 물질층(320a-1)과 제2내부전극(325b)이 형성된 제2바리스터 물질층(320a-2)이 교대로 적층되는 형태일 수 있다.

한편, 상기 제1내부전극 또는 상기 제2내부전극은 정전기 또는 누설전류가 내부전극(325a,325b)의 인접한 위치로 누설되지 않고, 내부전극(325a,325b) 사이에서 정상적으로 진행할 수 있도록 간격이 설정되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 하나의 제1내부전극(325a)과 이웃하는 제1내부전극(325a) 사이의 이격 간격(L)은 상기 제1내부전극(325a)과 상기 제2내부전극(325b) 사이의 최단 거리(d1)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1내부전극 또는 상기 제2내부전극은 정전기 또는 누설전류가 내부전극(325a,325b)의 인접한 커패시터 전극(326a,326b)으로 누설되지 않고, 내부전극(325a,325b) 사이에서 정상적으로 진행할 수 있도록 간격이 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감전보호부(325)와 상기 커패시터층(324a,324b) 사이의 간격은 상기 내부전극(325a,325b) 사이의 간격 또는 상기 커패시터전극(326a,326b) 사이의 간격보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 상기 내부전극(325a,325b)을 따라 흐르는 정전기 또는 누설전류가 인접한 상기 커패시터전극(326a,326b)으로 누설되지 않도록 상기 커패시터층(324a,324b)에서 상기 감전보호부(325)에 가장 인접한 상기 커패시터전극(326a,326b)과, 상기 내부전극(325a,325b) 사이의 거리를 충분히 확보하는 것이 바람직하다.

상기 커패시터층(324a,324b)은 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 적층 커패시터층일 수 있다. 이러한 커패시터층(324a,324b)은 감전보호부와 전기적으로 병렬로 연결될 수 있고, 예를 들면, 감전보호부의 상부 또는 하부에 형성될 수 있으며, 커패시터 전극(326a,326b)을 구비할 수 있다.

여기서, 커패시터층(324a,324b)을 형성하는 복수의 시트층(320a-3~320a-11)은 유전율을 갖는 절연체, 예를 들면, 세라믹재료로 이루어질 수 있다. 이때, 세라믹재료는 금속계 산화 화합물이며, 금속계 산화 화합물은 Er₂O₃, Dy₂O₃, Ho₂O₃, V₂O₅, CoO, MoO₃, SnO₂, BaTiO₃ 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 한편, 상부 커패시터층(324a)과 하부 커패시터층(324b)은 동일 재료로 이루어질 수 있지만, 선택적으로 서로 상이한 이종물질로 이루어질 수 있다.

이하, 도 24 내지 도 27을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호 장치에서 도전성 연결부가 다양하게 구현된 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 24에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호 장치는 도전성 연결부가 클립 형상의 전도체(310)인 경우로서, 상기 클립 형상의 전도체(310)는 접촉부(311), 절곡부(312) 및 단자부(313)를 포함한다.

상기 접촉부(311)는 만곡부 형상을 가지며 전도체(12)와 전기적으로 접촉할 수 있다. 절곡부(312)는 접촉부(311)로부터 연장형성되며, 탄성력을 가질 수 있다. 단자부(313)는 상기 회로기판(130)을 통하여 상기 감전보호소자(220,320)와 전기적으로 직렬 연결되는 단자를 포함할 수 있다.

이와 같은 접촉부(311), 절곡부(312), 및 단자부(313)는 탄성력을 갖는 도전성 물질로 일체로 형성될 수 있다.

도 25에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호 장치는 도전성 연결부가 박스 형상의 실리콘 고무 패드(410)인 경우로서, 상기 실리콘 고무 패드는 몸체(411) 및 도전성 와이어(412)를 포함한다.

몸체(411)는 실리콘 고무로 이루어질 수 있으며, 그 상부는 안테나 또는 메탈 하우징과 같은 전도체(12)와 면 접촉하고, 그 하부는 감전보호소자(220,320)에 전기적으로 연결될 수 있다.

도전성 와이어(412)는 몸체(411) 내부에 수직 형성될 수 있다. 이러한 도전성 와이어(412)는 전도체(12)와의 전기적 접촉을 향상시키는 동시에 몸체(411)의 탄성력을 보완하기 위한 것이다.

예를 들면, 도전성 와이어(412)는 전도체(12)에 의해 가압되는 경우, 그 상단이 하측으로 휘어지고, 전도체(12)가 제거되는 경우, 원래의 수직 상태로 복원됨으로써, 몸체(411)의 탄성력을 보완할 수 있다.

대안적으로, 박스 형상의 도전성 연결부는 도전성 개스킷일 수 있다. 여기서, 상기 도전성 개스킷은 탄성력을 갖는 도전성 물질로 일체로 형성될 수 있다. 이러한 도전성 개스킷은 예를 들면, 도전성 페이스트가 열 압착에 의해 제작된 폴리머 몸체, 천연 고무, 스펀지, 합성 고무, 발포체, 내열성 실리콘 고무 및 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전성 개스킷은 이에 한정되지 않고 탄성력을 갖는 도전성 물질을 포함할 수 있다.

이러한 도전성 개스킷 또는 실리콘 고무 패드(410)는 그 상부가 메탈 하우징 또는 안테나 등과 같은 전도체(12)와 면 접촉하고, 상기 회로기판(130)을 통하여 감전보호소자(220,320)와 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.

도 26에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호 장치는 도전성 연결부가 실리콘 고무 패드(510)인 경우로서, 상기 실리콘 고무 패드(510)는 몸체(511) 및 도전성 와이어(512)를 포함한다.

상기 몸체(511)는 실리콘 고무로 이루어질 수 있으며, 그 상부는 안테나 또는 메탈 하우징과 같은 전도체(12)와 면 접촉하고, 그 하부는 상기 회로기판(130)을 통하여 감전보호소자(220,320)에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.

상기 도전성 와이어(512)는 몸체(511) 내부에서 사선으로 형성될 수 있다. 이러한 도전성 와이어(512)는 상기 전도체(12)와의 전기적 접촉을 향상시키는 동시에 상기 몸체(511)의 탄성력을 보완하기 위한 것이다.

예를 들면, 상기 도전성 와이어(512)는 상기 전도체(12)에 의해 가압되는 경우, 그 상단이 좌우측으로 기울어지고, 전도체(12)가 제거되는 경우, 원래의 수직 상태로 복원됨으로써, 상기 몸체(511)의 탄성력을 보완할 수 있다. 이때, 상기 전도체(12)의 가압력에 의해 상기 도전성 와이어(512)가 기울어지면, 전도체(12)와의 접촉성이 우수해지고, 따라서, 통신 신호의 전도성이 향상될 수 있다.

따라서, 이러한 도전성 와이어(512)는 전도체(12)의 가압력에 의해 하측으로 휘어지는 도 25의 수직 형성된 도전성 와이어(412)에 비하여 통신 신호의 전도성이 우수하고, 탄성복원력이 양호하며, 장기간 사용이 가능할 수 있다.

도 27에 도시된 바와 같이, 상기 감전보호 장치는 도전성 연결부가 실리콘 고무 패드(610)인 경우로서, 상기 실리콘 고무 패드(610)는 몸체(611), 전도층(612) 및 접촉부(613)를 포함한다.

상기 몸체(611)는 실리콘 고무로 이루어질 수 있으며, 그 하부는 상기 회로기판(130)을 통하여 감전보호소자(220,320)에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.

상기 전도층(612)은 상기 몸체(611)의 내부에서 수평으로 교차 적층될 수 있으며 경화형 Ag 페이스트로 이루어진 복수의 층일 수 있다. 이러한 전도층(612)은 상기 전도체(12)와의 전기적 접촉을 향상시키는 동시에 몸체(611)의 탄성력을 보완하기 위한 것이다.

예를 들면, 상기 전도층(612)은 상기 전도체(12)에 의해 가압되는 경우, 그 중앙부 부근에서 하측으로 눌려지고, 상기 전도체(12)가 제거되는 경우, 원래의 수평 상태로 복원됨으로써, 상기 몸체(611)의 탄성력을 보완할 수 있다. 따라서, 이러한 전도층(612)은 상기 전도체(12)의 가압력에 의해 하측으로 휘어지는 도 25의 수직 형성된 도전성 와이어(412) 또는 좌우측으로 기울어지는 도 26의 사선 형성된 도전성 와이어(512)에 비하여 탄성복원력이 우수하고, 장기간 사용이 가능할 수 있다.

상기 접촉부(613)는 몸체(611)의 상측에 곡선돌기 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 접촉부(613)는 안테나 또는 메탈 하우징과 같은 전도체(12)와 다수의 선 또는 면 접촉함으로써 상기 전도체(12)와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 고무 패드(610)는 통신 신호의 전도성이 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

12 : 전도체 14 : 회로부
100 : 감전보호 장치 110 : 도전성 연결부
120,220,320 : 감전보호소자 121,123,221,223 : 외부전극
130 : 회로기판 220a,320a : 소체
225,325 : 감전보호부 225a,225b,325a,325b : 내부전극
224a,224b,324a,324b : 커패시터층
226a,226b,326a,326b : 커패시터전극
228 : 공극 310 : 클립 형상의 전도체
410,510,610,710 : 실리콘 패드

Claims (27)

1. 상면이 전자장치의 전도체에 전기적으로 접촉하고, 하부에 일정 공간이 형성된 수용부가 구비된 탄성력을 갖는 도전성 연결부;
   상기 도전성 연결부가 실장되는 회로기판; 및
   상기 수용부 내에 적어도 일부가 배치되도록 상기 회로기판에 실장되며, 상기 회로기판의 접지부로 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단하는 감전보호소자를 포함하고,
   상기 회로기판은 상기 도전성 연결부와 감전보호소자가 전기적으로 직렬 연결되도록 패드 및 배선이 구비되며,
   상기 감전보호소자는 감전보호부 및 적어도 하나의 커패시터층을 포함하고,
   상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는 감전보호 장치.
   Vbr > Vin, Vcp > Vbr
   여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,
   Vcp는 상기 커패시터층의 총 절연파괴 전압
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 감전보호소자는 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키는 감전보호 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 감전보호소자는 상기 전도체로부터 정전기 유입시 절연파괴되지 않고 상기 정전기를 통과시키는 감전보호 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㄷ"자 형상으로 구비되는 감전보호 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "E"자 형상으로 구비되는 감전보호 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㅁ"자 형상으로 구비되는 감전보호 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 "ㅁ"자 형상으로 구비되고, 상기 ㅁ자 형상의 어느 하나의 변이 상기 감전보호소자 측으로 연장형성된 연결부를 구비하는 감전보호 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 수용부는 상기 도전성 연결부의 하면에서 수직 연장된 복수의 지지부 사이에 형성되는 감전보호 장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 감전보호소자는 상기 감전보호부 및 상기 적어도 하나의 커패시터층 각각의 양단이 전기적으로 연결되는 한 쌍의 외부전극을 더 포함하는 감전보호 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 감전보호소자는,
    복수의 시트층이 적층된 소체;
    상기 소체의 내부에서 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극, 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부; 및
    상기 감전보호부와 전기적으로 병렬 접속되고, 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 커패시터층;을 포함하는 감전보호 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내부전극은 동일 시트층상에 배치되는 감전보호 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 공극은 폭이 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 크거나 같고, 높이가 상기 한 쌍의 내부전극의 두께보다 크거나 같은 감전보호 장치.
14. 제11항에 있어서,
    상기 공극은 방전물질층이 구비되는 감전보호 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 방전물질층은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질 또는 반도체 물질로 이루어지는 감전보호 장치.
16. 제10항에 있어서,
    상기 감전보호소자는,
    제1바리스터 물질층 및 제2바리스터 물질층이 적층된 적어도 2개의 바리스터 물질층, 상기 제1바리스터 물질층 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제1내부전극, 및 상기 제2바리스터 물질층 상에 일정 간격(L)으로 이격된 복수의 제2내부전극을 포함하는 감전보호부; 및
    상기 감전보호부와 전기적으로 병렬 접속되고, 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 적층 커패시터층을 포함하는 감전보호 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 항복전압(Vbr)은 서로 인접한 상기 제1내부전극과 상기 제2내부전극 사이에 각각 형성되는 단위 항복전압의 총합인 감전보호 장치.
18. 제16항에 있어서,
    상기 제1내부전극 및 상기 제2내부전극 각각은 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치되는 감전보호 장치.
19. 제16항에 있어서,
    상기 제1내부전극 및 상기 제2내부전극 각각은 적어도 일부가 서로 중첩되지 않도록 배치되는 감전보호 장치.
20. 제16항에 있어서,
    상기 제1내부전극 또는 상기 제2내부전극의 이격 간격(L)은 상기 제1내부전극과 상기 제2내부전극 사이의 최단 거리(d1)보다 큰 감전보호 장치.
21. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 연결부는 도전성 개스킷, 실리콘 고무 패드, 탄성력을 갖는 클립 형상의 전도체인 감전보호 장치.
22. 제21항에 있어서,
    상기 도전성 개스킷은 도전성 페이스트가 열 압착에 의해 제작된 폴리머 몸체, 천연 고무, 스펀지, 합성 고무, 발포체, 내열성 실리콘 고무 및 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 감전보호 장치.
23. 제22항에 있어서,
    상기 실리콘 고무 패드는,
    실리콘 고무로 이루어진 몸체; 및
    상기 몸체 내부에 수직 형성되는 도전성 와이어를 포함하는 감전보호 장치.
24. 제22항에 있어서,
    상기 실리콘 고무 패드는,
    실리콘 고무로 이루어진 몸체; 및
    상기 몸체 내부에 사선으로 형성된 도전성 와이어를 포함하는 감전보호 장치.
25. 제22항에 있어서,
    상기 실리콘 고무 패드는,
    실리콘 고무로 이루어진 몸체;
    상기 몸체 내부에 수평으로 교차 적층된 복수의 전도층; 및
    상기 몸체의 상측에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하는 감전보호 장치.
26. 제22항에 있어서,
    상기 실리콘 고무 패드는,
    비도전성의 실리콘 고무로 이루어진 몸체;
    상기 몸체 내부에 수직하게 관통 형성된 다수의 관통홀 내에 도전성의 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진된 도전부; 및
    상기 도전부의 양측에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하는 감전보호 장치.
27. 제21항에 있어서,
    상기 클립 형상의 전도체는,
    만곡부 형상을 가지며 상기 전도체 또는 상기 회로기판과 접촉하는 접촉부;
    상기 접촉부로부터 연장형성되며, 탄성력을 갖는 절곡부; 및
    상기 감전보호소자와 전기적으로 연결되는 단자부를 포함하는 감전보호 장치.

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