KR20020085814A - 전자 회로를 갖는 가요성 도체 박 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 적어도 한 표면상에 도체 패턴(21, 22, 31, 32, 61, 62, 71, 72)을 포함하는 적어도 하나의 비전도성 재료층(50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 81, 82, 83)으로 이루어진, 전자 회로를 갖는 가요성 도체 박(foil)은 적어도 두 개의 상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32) 또는 적어도 두 개의 상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32)의 일부가 적어도 하나의 자기 소자를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자 회로를 갖는 가요성 도체 박{FLEXIBLE CONDUCTOR FOIL WITH AN ELECTRONIC CIRCUIT}

본 발명은 적어도 한 표면 상에 도체 패턴을 포함하는 적어도 하나의 비전도성 재료층으로 이루어진, 전자 회로를 갖는 가요성 도체 박(a flexible conductor foil)에 관한 것이다.

소비재 전자 디바이스의 외양 및 설계는 상업적 성공에 주요한 역할을 한다. 창작의 자유도를 높이기 위해 가요성 도체 박이 바람직한데, 이들은 예를 들어 하우징 내에 훨씬 자유롭게 수용될 수도 있다.

전술한 타입의 도체 박은 US 5,986,341에 공지되어 있는데, 이 문헌에 의하면, 코일 형태의 도체 패턴이 가요성 카드 상에 인쇄된다. 이 코일은, 예를 들어, 캐패시터 및 집적 회로와 같은 다른 박막 기술을 이용한 요소들에 접속되며, 실리콘 내에 삽입되는데, 이 실리콘은 피복 박에 대한 접착제 역할도 한다.

WO 99/38 211은 전자 시스템 및 생체 시스템 간의 결합을 위한 의료 기술에, 반도체 소자 및 센서를 포함한 가요성 도체 박을 사용하는 것을 개시하고 있다. 다른 생체 애플리케이션이 인공 망막, 신경 자극기 또는 시냅스로서 마이크로시스템을 사용하는데 나타나기도 한다.

EP 0 836 229 A2에는 유전층의 양측에 수동 소자를 구축하는 기술, 특히 캐패시터를 제공하는 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은, 특히 자기 소자의 통합으로 인해, 에너지 변환에 중점을둔 다른 응용 분야를 찾아낼 수도 있는 가요성 도체 박을 제공하는 것이다.

도 1은 하프 브리지(half-bridge) 변환기의 원리를 도시한 회로도.

도 2는 그러한 변환기의 층구조를 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 12 : 가요성 자기 코어15 : 본딩 와이어

21 : 제 1 도체 패턴22 : 제 2 도체 패턴

31, 32 : 도체 패턴41, 42 : 접속부

50 : 유전체 재료층

51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 : 가요성 박

61, 62, 71, 72 : 캐패시터 전극81 : 제 1 절연층

82 : 제 2 절연층83 : 제 3 절연층

상기 목적은 청구항 1에 청구된 가요성 도체 박에 의해 달성된다. 종속항들에는 유익한 실시예들이 개시되어 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 두 개의 도체 패턴이 자기 소자를 형성한다.

수년 동안, 예를 들어 "가요성 박(Flex Foils)"으로 알려져 있는 폴리이미드에 기초한 가요성 박이 이용되었으며 상용화되었다. 그러나, 파워 일렉트로닉스(power electronics)에서, 특히 부피가 크고 단단한 요소들이 전체 회로가 가요성으로 되는 것을 방해한다. 그러한 소자들로는 변압기와 같은 자기 소자 및 전기의 세기가 높은 캐패시터가 있다. 반면에, 반도체 소자는 일반적으로 자체 경직성에도 불구하고 전체 회로가 가요성으로 될 수 있을 정도로 소형이다. WO 99/38211에 개시되어 있는 바와 같이, 하우징 없이 이른바 "네이키드 다이(Naked dies)"로서 이들을 설치하는 것은 공지되어 있다. SMD 형태의 저압 소자들은 또한 이들 요건을 충족한다. 가요성 박은 본 발명에 유리하게 이용된다.

바람직한 실시예에 따르면, 비전도성 재료는 4보다 큰 유전율(ε_r)을 갖는 유전체 재료이다. 상기 비전도성 재료는 캐패시터 또는 복수의 캐패시터를 구성하는데 사용되며, 매번 도체 패턴들 중 한 패턴 또는 도체 패턴의 일부가 각각의 캐패시터 전극을 형성할 수도 있다. 가요성 카드 또는 도체 박에 사용된 재료는 일반적으로 3 내지 4의 유전율을 갖는다. 본 발명에 따르면, 4 내지 100의 유전율, 바람직하게는 10 내지 80의 유전율을 갖는 재료가 사용된다.

특히 바람직하게는, 적어도 하나의 도체 패턴이 코일을 형성하여, 변압기가 둘 이상의 반대쪽에 위치한 이런 타입의 코일로 형성될 수도 있다.

일반적으로, 코어가 없는(coreless) 평면 코일 또는 어떠한 코어 재료도 요구하지 않는 변압기로서 자기 소자를 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 권선은 회로의 도체 트랙과 동일한 가요성 층으로부터의 평면 권선이 된다. 특히 장래 스위칭 주파수가 보다 높게 주어지면, 코어가 없는 자기 소자가 훨씬 더 유용해질 것이다.

그럼에도 불구하고, 예를 들어, 필터 또는 차폐에 자기 코어가 요구되면, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 가요성 자기 재료의 적어도 한 부분을 포함하는 층을 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 1999년 6월 Siemens Matsushita Component의 데이터 시트 "FPC Folie C350, C351"에 공지되어 있는 바와 같이, 예를 들어 페라이트 파우더가 가요성 플라스틱 매트릭스 내에 접착될 수도 있다. 이 재료는 낮은 투자율 및 낮은 와류 손실(low eddy-current loss)을 가지며, 이로써 스위칭 주파수가 증가했을 때 차폐로서 사용하거나 변압기 또는 코일 코어로서 사용하기에 특히 적합하다. Vakuumschmelze GmbH의 1998년도 카탈로그 "Weichmagnetische Werkstoffe und Halbzeuge"에는, 얇은 가요성 박에 사용되는 투과성이 높은 μ-금속이 공지되어 있다. 와류 손실이 높기 대문에, 이 재료는 필터 응용분야에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 가요성 도체 박은, 적어도 두 층이 상이한 재료로 이루어져 있다는 점에서 회로의 생성을 변화시킬 수 있다. 따라서, 자기 소자 및 전기 소자들이 유리하게 구성될 수 있다. 자기 소자 및 캐패시터는 또한 서로 인접할 수도 있으며, 따라서 LC 또는 LCT 소자를 형성할 수도 있다.

특별한 응용 분야, 예를 들어 의료 기술 또는 센서에 대해, 예를 들어, 가요성 재료의 저항, 가요성 폴리머 전자 소자 및 반도체 소자들과 같은 추가적인 전기 또는 전자 소자들이 본 발명에 따른 가요성 도체 박에 사용될 수도 있다. 필요한 반도체는 가능한 한 소형이어야 하며, 그러면 회로는 가요성으로 유지된다. 이 목적을 달성하기 위하여, 반도체는 예를 들어, SMD 또는 플립칩(Flip-Chip)과 같은 가능한 가장 작은 하우징 내에 존재하거나, 바람직하게는, 예를 들어 본딩 와이어를 이용하여 접촉되는 "네이키드 다이(naked die)"로서 실장되어야 한다. 반도체는 특정 하우징 내의 두 층 사이에 있는 가요성 도체 박 속에 적층되거나, 또는 "네이키드 다이"로서 적층될 수도 있다. 폴리머 전자 소자는 특정 사용 옵션을 제공한다. 트랜지스터 및 다이오드, 또는 발광 다이오드 및 디스플레이와 같은 활성 소자는 상기 특정 타입의 플라스틱으로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 따른 가요성 도체 박의 사용은 전력, 에너지 또는 전압 변환을 위한 회로의 경우에 바람직하다. 또한, 예를 들어 회로의 입력측 및 출력측 상의 필터는 특히 본 발명에 따른 기술을 이용하여 생성될 수 있다. 이러한 필터는 차분 모드 및 공통 모드 노이즈를 감소시키는 필터일 수도 있다. 또한, T 필터, 파이 필터 및 다단식 필터(multistage filters) 형태의 LC 필터가 집적된 댐핑 저항기와함께 사용될 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(electronics)를 포함하여 10mm의 전체 구조적 스크린의 두께가 예상되는 디스플레이, 특히 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)용 특정 전자 드라이브와 같은 다른 회로도 가능하다. 따라서, 집적 회로의 가요성은 얇은 평면 디스플레이에 아주 적합하다. 가요성 스크린이 본 발명에 따른 가요성 도체 박을 구비하고 있다면, 특정 애플리케이션이 얻어질 수 있다.

다른 애플리케이션 옵션은 본 발명에 따른 가요성 도체 박을 갖는 클로딩(clothing) 항목을 제공하는데 있다. 이 점에 있어서, 예를 들어 본체에 갖추어진 재생 장치(playback devices)용 전원을 제공하는 것이 가능할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 하프 브리지 변환기의 개략도로서, 공진 변환기(a resonant converter)로서 설계되어 있다. 캐패시터로 구성된 필터(2)가 전압원(1)에 대해 병렬로 접속되어 있으며, 필터된 전압은 두 개의 스위치로 형성된 하프 브리지(3)를 통해 탭핑(tap)될 수도 있다. 탭핑된 전압은 업스트림 공진 캐패시터(5)를 갖는 변압기(4)에 의해 변환되어 최종적으로 부하(6)에 인가된다.

도 2는 상기 변환기가 상이한 재료로 이루어진 복수의 가요성 층으로 구성되는 방법을 도시하고 있다. 제 1 절연층(81)이 두 개의 가요성 박(52, 53) 사이에 놓여 있으며, 상기 두 개의 가요성 박은 각각 도체 패턴(31, 32)으로서 변압기의 2차 권선의 도체 트랙을 포함한다. 2차 측상의 부하에 대한 접속부(41, 42)가 각각의 도체 패턴(31, 32) 상에 제공된다. 2차 측상의 제 1 도체 패턴(31) 아래에는가요성 자기 코어(11)가 다른 가요성 박(51) 상에 위치하고 있다. 2차 측상의 제 1 도체 패턴(31) 및 제 2 도체 패턴(32)은 통상적인 방식으로 제 1 절연층(81)을 통해 도금된 관통 홀(a plated-through hole)(33)에 의해 접속된다. 제 2 절연층(82)은 2차 측에서 제 2 도체 패턴(32)을 갖는 가요성 박(53) 상에 위치한다. 변압기의 1차 측은 가요성 박(54) 상의 제 1 도체 패턴(21), 그 위에 정렬된 제 3 절연층(83) 및 제 2 도체 패턴(22)을 포함하는 유사한 구조로 형성되어 있으며, 상기 두 개의 도체 패턴(21, 22)은 앞에서와 같이, 절연층(83)을 통해 도금된 관통 홀(23)에 의해 접속된다. 가요성 박(55)은 1차 측에 제 2 도체 패턴(22)을 포함하며, 필터 캐패시터에 대한 제 1 전극(61) 및 공진 캐패시터(71)에 대한 제 1 전극(71)을 더 포함한다. 1차 측의 제 1 도체 패턴(21)은 도금된 관통 홀(23)에 의해 제 2 도체 패턴(22)에 접속된다. 유전체 재료층(50)은 상기 가요성 박(55) 상에 위치한다. 플라스틱, 예를 들어 폴리이미드 기반의, 통상의 가요성 박(Flex Foils)과 양립하는 고 용량성 유전체층이 공지되어 있다. 추가의 가요성 박(56) 및 필터 캐패시터의 제 2 전극(62)과 공진 캐패시터의 제 2 전극(72), "네이키드 다이" 형태의 반도체 스위치(10) 및 콘트롤러(9)는 유전체 재료층(50) 상에 정렬된다. 이들 소자들은 도체 트랙을 이용하여 원하는 경로에 접속된다. 반도체 스위치(10)의 접속에 대하여는, 필터 캐패시터의 전극(61, 62)을 연결하기 위하여, 본딩 와이어(15)가 사용된다. 입력 전압을 위한 접속부(14)는 가요성 박(56) 상에 설치된다. 마지막으로, 가요성 박(57) 상에 위치하는 가요성 자기 코어(12)가 제 2 도체 패턴(22) 상에 놓여진다.

상술한 회로는 예를 들어, 230V 주 전압으로부터 장치에 요구된 전압으로의 전압 변환에 사용될 수도 있다. 배터리 충전 장치 또한 이러한 회로를 사용한다. 절연 변압기(isolating transformers)를 생성하기 위한 변형으로서, 포워드 변환기(forward converters), 풀 브리지 변환기 등이 가능하다. 특히, 230V 주 전압에 대한 접속의 경우, 적절한 회로 설계가 보호 절연체를 보장할 수 있다. 또한, 파워 계수 보정(power factor correction)을 위한 회로는 본 발명의 기술을 이용하여 생성될 수도 있다. 회로에 필요한 전압으로 배터리 전압을 변환하는 회로도 가능하다. 이들 예에서, 전자 장치가 클로딩(clothing)에 포함되는 애플리케이션들이 가능하다. 이 점에 있어서, 전기 절연이 여기서는 필요치 않다. 이 목적을 달성하기 위한 통상적인 회로는 스텝업(step-up), 스텝-다운(step-down) 변환기 및 그 변형이 있다.

Claims (14)

1. 적어도 한 표면상에 도체 패턴(21, 22, 31, 32, 61, 62, 71, 72)을 포함하는 적어도 하나의 비전도성 재료층(50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 81, 82, 83)으로 이루어진, 전자 회로를 갖는 가요성 도체 박에 있어서,

   적어도 두 개의 상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32) 또는 적어도 두 개의 상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32)의 일부가 적어도 하나의 자기 소자를 형성하는 가요성 도체 박.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32, 61, 62, 71, 72)은 가요성 박(52, 53, 54, 55, 56) 상에 배치되는 가요성 도체 박.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 비전도성 재료는 4보다 큰 유전율(ε_r)을 갖는 유전체 재료인 가요성 도체 박.
4. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 상기 도체 패턴은 캐패시터 전극(61, 62, 71, 72)을 형성하는 가요성 도체 박.
5. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 상기 도체 패턴(21, 22, 31, 32)은 코일 또는 변압기를 형성하는 가요성 도체 박.
6. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 상기 층(51, 56)은 가요성 자기 재료(11, 12)의 일부를 포함하는 가요성 도체 박.
7. 제 1 항 내지 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 두 개의 상기 층은 상이한 재료로 이루어지는 가요성 도체 박.
8. 제 1 항 내지 7 항중 어느 한 항에 있어서,

   가요성 재료로 이루어진 적어도 하나의 저항기를 포함하는 가요성 도체 박.
9. 제 1 항 내지 8 항중 어느 한 항에 있어서,

   가요성 폴리머 전자 소자를 포함하는 가요성 도체 박.
10. 제 1 항 내지 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 하나의 반도체 소자(9, 10)는 적층되는 가요성 도체 박.
11. 제 1 항 내지 10 항중 어느 한 항에 있어서,

    물리적 측정치를 전자 신호로 변환하기 위해 적어도 하나의 센서가 제공되는 가요성 도체 박.
12. 전력, 에너지 또는 전압 변환을 위한 회로에 사용되는 제 1 항 내지 11 항중 어느 한 항에 청구된 가요성 도체 박의 용도.
13. 제 1 항 내지 11 항중 한 항에 청구된 가요성 도체 박을 갖는 클로딩(clothing).
14. 제 1 항 내지 11 항중 한 항에 청구된 가요성 도체 박을 갖는 가요성 스크린.