KR20050014884A - 데이터 버스 인터페이스에 과전류와 과전압 보호 및 공통모드 필터링을 제공하는 집적 장치 - Google Patents

데이터 버스 인터페이스에 과전류와 과전압 보호 및 공통모드 필터링을 제공하는 집적 장치

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KR20050014884A
KR20050014884A KR10-2004-7021126A KR20047021126A KR20050014884A KR 20050014884 A KR20050014884 A KR 20050014884A KR 20047021126 A KR20047021126 A KR 20047021126A KR 20050014884 A KR20050014884 A KR 20050014884A
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아드리안 미콜라작
딘 후우말라
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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

전기 구성소자는 장착 기판(40), 상기 기판에 장착된 공통 모드 제거 필터(62) 및 상기 기판에 장착되거나 상기 기판에 의해 형성된 적어도 하나의 회로 보호 소자를 포함한다. 상기 회로 보호 소자는 과전류 보호용 PPTC 저항 소자(100) 및/또는 과전압 보호용 방전 캡 NTC 소자를 제공한다. 상기 기판은 상기 공통 모드 제거 필터에 접속된 필터 컨택트 및 상기 보호 소자에 접속된 보호 컨택트를 포함하는 복수의 컨택트들을 포함하고, 상기 전극들은 표면 장착 및 상기 구성소자가 호스트 인쇄 회로 보드의 정렬된 접속 특징에 접속할 수 있도록 한다.

Description

데이터 버스 인터페이스에 과전류와 과전압 보호 및 공통 모드 필터링을 제공하는 집적 장치{INTEGRATED DEVICE PROVIDING OVERCURRENT AND OVERVOLTAGE PROTECTION AND COMMON­MODE FILTERING TO DATA BUS INTERFACE}
디지털 신호 처리 및 전송이 도래함에 따라, 컴퓨터 및 프린터와 같은 컴퓨터 주변 기기와 캠코더, VCR, TV, 셋톱 박스 및 디지털 카메라와 같은 소비자 가전 제품을 상호 연결시키는 데 고속 데이터 버스가 요구된다. 알려져 있는 표준 버스 규약 중 하나는 IEEE 1394 멀티미디어 접속이다. 이 특정 버스 규약에서는 400 MBits/sec 또는 그 이상의 데이터 전송 속도(data transfer rate)로 동작하는 2개의 고속 차동 트위스트 페어 데이터 케이블을 채용한다. 각 장치의 IEEE 1394 버스 종단에서 공통 모드 잡음 및 간섭을 각 차동 페어로부터 제거하는 공통 모드 필터를 필요로 하는 것은 매우 일반적이다. 다른 표준 인터페이스 버스는 USB(Universal Serial Bus)이다. USB 표준 버스 구조는 고속으로 데이터를 전송하기 위해 단일 차동 트위스트 페어 데이터 경로를 사용한다. IEEE 1394 표준 버스와 같이, 각 접속된 장치의 USB 종단은 공통 모드 잡음 및 간섭을 단일 차동 페어로부터 제거하는 공통 모드 필터를 필요로 할 수 있다. 또 다른 유사한 표준 인터페이스 버스는 IEEE 802.3af 전력공급식 이더넷 인터페이스(IEEE 802.3af powered Ethernet Interface)이다. 이 인터페이스는 데이터 및 DC 전력 둘 다를 차동 데이터 페어를 통해 전송한다. 이것은 통상적으로 공통 모드 필터, 과전류 보호 및 과전압 보호를 활용한다.
일반적으로, 공통 모드 필터는 페라이트 코어상에 2개 이상의 권선으로 구성된 광대역 변압기로서 구현된다. IEEE 1394 버스 종단의 경우, 예를 들어, 공통 모드 필터는 2개의 수직 채널 또는 어퍼튜어를 규정하는 페라이트 코어를 통해 감겨진 2 페어의 권선을 포함한다. 이러한 유형의 공통 모드 필터는 통상적으로 코어를 앵커링하는 헤더 및 권선에 접속을 제공하는 리드 프레임을 지니는 구성소자로서 구현되어왔다. 종래 기술의 이러한 필터 구성소자는 또한 소비자 장치 또는 가전제품의 인쇄 회로 보드에 대해 표면 장착 및 접속을 가능하게 하는 땜납 리드 또는 패드를 지닌다. USB 응용에 대해 코어 앵커링 헤더 및 접속 리드 프레임을 포함하는 자립형 공통 모드 필터 초크의 상업적으로 이용가능한 한 가지 실례는, 본 출원의 양수인인 Tyco Electronics 사의 한 유닛인 CoEv 사로부터 이용가능한 모델 C9513L 공통 모드 초크이다. 이 특정 구성소자는 페라이트 코어를 포함하고대략 60MHz에서 6dB 공통 모드 롤오프(rolloff)를 제공하지만, 동일한 주파수에서 1dB 보다 작은 차동 데이터 신호는 감쇠시킨다.
예로서 IEEE 1394 직렬 버스, USB 직렬 버스 및 "전력공급식 이더넷"(예를 들어 IEEE 802.3af 및 유사한 기술)을 포함하는 많은 표준화된 버스 구조는, 하드 드라이브, 키보드, 마우스, DVD 플레이어 및 컴퓨터와 같은 주변 및 네트워크 장치 및 회로를 동작시키는 전력을 공급하고 및/또는 이 특정 전자제품 또는 장치의 제1 전력 공급이 턴오프되는 동안에도 이 장치의 물리층이 계속해서 수행될 수 있도록 하기 위해 온-케이블 전력 라인을 제공하고, 그리하여 특정 전자제품 또는 장치가 계속해서 자기자신을 식별할 수 있고 예를 들어 사용자 불만사항과 같은 것을 최소화하기 위해 네트워크상의 다른 장치 또는 호스트에 자신의 상태를 계속해서 보고할 수 있다.
IEEE 1394 버스 구조에서, 많은 기타 전력공급식 버스 구조와 같이, 과전류 보호는 또한 반드시 제공되어야만 한다. 과전류 보호를 제공하는 한가지 특별히 만족스러운 방법은, 본 발명의 양수인인 Tyco Electronics 사의 Raychem 회로 보호부서로부터 제공되는 PolySwitch™ PPTC 저항과 같은 PPTC(polymeric positive temperature coefficient) 저항을 채용하는 것이다. IEEE 1394 버스 구조내에서 이러한 PPTC 장치를 사용하는 것이, 2001.5.1 일자 Tyco Electronics사의 Adrian Mikolajczak에 의해 쓰여진 논문 "Meeting IEEE 1394 Overcurrent Protection Requirements Using PolySwitch Devices"에 설명되어 있으며, 이 논문은 다용도 참조용으로 본 명세서에 포함되는 것으로 한다.
PTC(Positive temperature coefficient) 회로 보호 장치는 잘 알려져 있다. 이 장치는 부하와 직렬로 배치되고, 정상 동작 조건하에서는 낮은 온도, 낮은 전기저항 상태에 있다. 그러나, PTC 장치를 통한 전류가 과도하게 증가하고 및/또는 PTC 장치 주위의 주위 온도가 과도하게 증가하거나, 그리고 두 상태 중 하나가 충분한 시간동안 유지되면, PTC 장치는 "트립된다", 즉, 고온, 고 전기 저항 상태로 변환되어 그 장치를 통해 흐르는 전류가 사실상 감소하게 된다. 일반적으로, PTC 장치는 전류 및/또는 온도가 정상 레벨로 돌아와도, PTC 장치가 전력 소스로부터 연결이 끊겨 식혀질 때까지 트립된 상태로 유지될 것이다. 특히 유용한 PTC 장치는 (1) 유기 폴리머 및 (2) 미립자 도전성 필러, 바람직하게는 탄소 블랙, 금속 및/또는 도전성 무기 필러(예를 들면 세라믹 산화물 또는 금속 탄화물, 티타늄 탄화물과 같은 질화물 또는 붕화물이고, 이것들은 폴리머 내에 흩어져 있거나 또는 분산되어 있음)를 포함하는 혼합물인 PTC 도전성 폴리머로 구성된 PTC 소자를 포함한다. 이것들을 포함하는 PTC 도전성 폴리머 및 장치는 예를 들어 미국 출원 제4,237,441호(van Konynenburg 등), 4,238,812호(Middleman 등), 4,315,237호(Middleman 등), 4,317,027호(Middleman 등), 4,426,633호(Taylor), 4,545,926호(Fouts 등), 4,689,475호(Matthiesen), 4,724,417호(Au 등), 4,774,024호(Deep 등), 4,780,598호(Fahey 등), 4,800,253호(Kleiner 등), 4,845,838호(Jacobs 등), 4,859,836호(Lunk 등), 4,907,340호(Fang 등), 4,924,074호(Fang 등), 4,935,156호(van Konynenburg 등), 5,049,850호(Evans 등), 5,378,407호(Chandler 등), 5,852,397호(Chan 등), 6,130,597호(Toth 등), 6,300,859호(Myong 등) 및 6,392,528호(Myong)에 설명되어 있고, 이 발명들은 다용도로 참조용으로 본 명세서에 포함되는 것으로 한다. 세라믹 PTC 물질은 또한 종래 기술에 잘 알려져 있다.세라믹 NTC 물질을 포함하는 NTC(Negative temperature coefficient; NTC) 회로 보호 장치 또한 종래 기술에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,300,859호(Myong 등)는 도전성 포일 층 사이에 끼워진 PPTC 저항 물질층을 포함하는 다중 층 회로 보호 장치를 설명한다. 절연층 역시 설명된다.
종래 기술의 문제점 및 결점 중 하나는, 과전류 보호 장치 및 공통 모드 제거 필터가 둘 다 필요함에도 불구하고 분리된 구성소자로 되어 있고 IEEE 1394, USB, 또는 전력공급식 이더넷과 같이 전력공급식 고속 버스를 구현하는 장치 및 전자제품내에서 고가의 인쇄 회로 보드 공간을 차지한다는 것이다. 종래 기술의 한 실례가 도 1의 대략적인 회로도에 도시되어 있다. 도 1에서, 장치 또는 전자제품의 IEEE 1394 버스 인터페이스 회로(10)는 2개의 표준화된 6-핀 커넥터(14 및 16)에 급전하는 2개의 IEEE 1394 채널을 구현하는 인터페이스 IC 칩(12)을 포함한다. 소스(18)로부터의 전력이 PPTC 저항 과전류 보호 장치(20)를 통해 커넥터(14)의 전력 핀으로 전달된다. 소스(18)로부터의 전력은 또한 제2 PPTC 저항 과전류 보호 장치(22)를 통해 커넥터(16)의 전력 핀으로 전달된다. 별도로, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 공통 모드 잡음 제거 필터(24 및 26)가 IEEE 1394 인터페이스의 채널 칩(12)과 각 커넥터(14 및 16) 사이에 제공된다. PPTC 장치(20 및 22) 및 필터(24 및 26)가 커넥터(14 및 16)의 부근에서 회로(10)의 회로 보드에 별개로 장착된다.
종래 기술의 또 다른 실례가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, USB 인터페이스 회로(11)는 USB 인터페이스 칩(13) 및 2개의 표준 USB 인터페이스 4-핀 커넥터(15 및 17)를 포함한다. 소스(19)로부터의 전력이 단일 PPTC 저항 과전류 보호 장치(21)를 통해 커넥터(15 및 17)의 병렬 접속 전력 핀으로 전달된다. USB 인터페이스 회로(11)는 종래의 단일 공통 모드 제거 필터(23)를 통해 분리된 차동 데이터 페어를 각 커넥터에 제공한다. IEEE 1394 실례와 같이 도 2의 USB 실례에서, PPTC 저항(21) 및 필터(23)는 USB 인터페이스를 제공하는 호스트 회로 보드에 별개로 장착된다.
일부 구현 또는 전력공급식 데이터 버스에서, 설계자는 원하지 않게 그리고 잠재적으로 ESD 및 과전압 서지를 손상시키는 것을 방어하기 위해 데이터 및 전력 라인에 추가의 과전압 보호를 요구할 수 있다. 통상적인 과전압 보호 장치는 TVS 다이오드, 제너 다이오드, 방전 캡 폴리머 물질(spark gap polymer materials) 또는 기타 방전 캡 개념을 포함한다. 이들 과전압/ESD 보호 장치는 통상적으로 공통 모드 초크와 I/O 커넥터 사이인 데이터 라인상에 또는 PPTC와 I/O 커넥터 사이인 전력 라인상에 위치한다. 이들은 모두 종래 기술에 잘 알려져 있다.
지금까지는 해결하지 못했던, 공통 모드 필터 소자와 과전류 보호 소자 및/또는 과전압 보호 소자를 결합시키는 단일의 집적 장치(예를 들어 신호 조절 장치)를 제공하여, 고가의 인쇄 회로 보드 공간을 절약하고 구성소자의 수 및 비용을 감소시키고, 그것이 아닐 경우 특정 전자제품 및 장치와 관련된 조립 비용을 감소시키려는 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 표면 장착 기술에 적응된 집적 전기 회로 구성소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 데이터 버스 인터페이스의 데이터 라인에 대한 과전압 보호 및 공통 모드 필터링을 포함하는 것 뿐만 아니라 공급 라인에 대한 과전류 보호를 포함하는 집적 장치에 관한 것이다.
도 1은 과전류 보호 및 공통 모드 제거를 위해 별도의 분리된 구성소자를 채용하는 IEEE 1394 인터페이스의 종래 회로 구성의 블록도 및 대략적인 회로도.
도 2는 과전류 보호 및 공통 모드 제거를 위해 별도의 분리된 구성소자를 채용하는 USB 인터페이스의 종래 회로 구성의 블록도 및 대략적인 회로도.
도 3은 본 발명의 원리에 따라 공통 모드 제거 필터 소자를, 공통 장착 및 접속 기판을 제공하는 과전류 보호 소자에 추가하는 IEEE 1394 인터페이스 회로용 집적 전기 구성소자의 블록도 및 대략적인 회로도.
도 4는 본 발명의 원리에 따라 공통 모드 제거 필터 소자를, 공통 장착 및 접속 기판을 제공하는 과전류 보호 소자에 추가하는 USB 인터페이스 회로용 집적 전기 구성소자의 블록도 및 대략적인 회로도.
도 5A는 도 3의 장치의 등각의 분해 조립도; 및 도 5B는 완성된 도 3의 장치의 등각의 조립도.
도 6은 완성된 도 3 장치의 뒷면의 확대된 등각의 조립도.
도 7은 도 3 장치내에 과전압 보호를 데이터 라인에 추가하는 본 발명의 다른 실시예의 확대되고 개략적인 평면도.
도 8A는 기판의 PPTC 층으로부터 절연된 전극을 통한 도 3 장치의 확대되고 개략적인 단면도; 및 도 8B는 PPTC 층에 접속하는 전극을 통한 유사한 도면.
본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 한계 및 결점을 극복하는 방식으로,공통 모드 제거 필터를 과전류 보호 소자 또는 과전압 보호 소자와 같은 적어도 하나의 다른 구성소자와 결합시키는 단일 전기 구성소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일반적인 목적은 종래 기술의 한계 및 결점을 극복하는 방식으로, 표면 장착에 적합하고 과전류 보호 소자를 형성하는 PPTC 물질층을 포함하는 계층화 기판을 지니는 전기 장치 또는 구성소자에 트레이스 패턴, 절연 비어(vias)에 의해 상호 연결된 접속 패드 및 계층화 기판이 코일, 캐퍼시터, 저항, 다이오드 등과 같은 각종 전기 구성소자를 수용하고, 장착하고 접속시키는 것을 가능하게 하는 기타 도전성 패턴, 트레이스, 패드 및 구조를 제공하여, 그것에 의하여 공통 모드 잡음 제거, 과전류 보호 등과 같은 기타 회로 기능들을 동시에 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일반적인 목적은 소비자 전자 제품내의 고속 디지털 인터페이스를 지원하는 구성소자에 대해 구성소자 수, 유닛 및 제조 비용 그리고 회로 보드 공간 요구사항을 감소시키는 것이다.
본 발명의 원리에 따라, 전기 구성소자는 버스 인터페이스 회로를 형성하는 호스트 인쇄 회로 보드로의 표면 장착 및 접속에 적응되는 기판을 포함한다. 전기 구성소자는 상기 기판에 장착되는 공통 모드 제거 필터, 및 과전류 조건으로부터 인터페이스의 전력 공급 라인을 보호하는 과전류 보호 소자 및/또는 정전 방전 및 기타 과전압 조건으로부터 데이터 라인을 보호하는 과전압 보호 소자와 같은 적어도 하나의 회로 보호 소자를 포함한다. 기판은 공통 모드 제거 필터에 접속된 필터 전극들, 보호 소자에 접속된 보호 전극들 및 구성소자를 호스트 인쇄 회로 보드에 직접 기계적으로 및 전기적으로 접속시키는 것을 가능하게 하는 전극들을 포함하는 복수의 접속 전극들을 포함한다.
본 발명의 한 특성에서, 과전류 보호 소자는 PPTC 저항 소자이고, 기판은 PPTC 저항 소자를 또한 형성하는 PPTC 물질로 형성되고, 필터 전극은 PPTC 저항 소자로부터 전기적으로 절연된다.
본 발명의 관련된 특성에서, 공통 모드 제거 필터는 하나 이상의 다중 권선 광대역 변압기이고, 각 변압기는 페라이트 코어상에서 형성되고, 그것의 권선은 분리된 필터 전극으로 접속된다. IEEE 1394 버스 구조와 같은 2개의 차동 데이터 페어를 지니는 버스를 다루기 위해, 다중 권선 광대역 변압기는 2개의 어퍼튜어를 지니는 페라이트 코어를 포함할 수 있고, 적어도 권선 한 페어는 각 어퍼튜어를 통과하여 기판의 개별 필터 전극들에 접속한다. 다른 방법으로, 개별 변압기는 권선 각 페어에 제공되어 채널간의 절연을 향상시킨다. 다른 방법으로, USB 아키텍처와 같이 단 하나의 트위스트된 페어만이 필요한 상황에서는, 장치 전체에서 기판상의 4개의 필터 전극에 접속된 하나의 트위스트된 페어를 지니는 단 하나의 변압기만을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특성에서, 정전 방전(electrostatic discharge; ESD)/과전압 보호 소자는 기판의 필터 전극과 접지 전극 사이에 접속된다. 이 ESD 과전압 보호 소자는 또한 과전류 보호 전극과 접지 사이에 접속될 수 있다.
본 발명은 또한 이하를 지니는 표면 장착 전기 구성소자를 규정한다:
상단 주면과, 그와 함께 사실상 동일 평면이고 인쇄 회로 보드에 표면 장착되도록 적응되는 하단 주면을 지니는 평평한 기판,
상단 주면상에서 형성된 컨택트와 하단 주면에 형성된 상호 연결 컨택트를 포함하는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6의 공간적으로 떨어져 있는 표면 장착 컨택트 세트,
제1 컨택트와 제2 컨택트 세트 사이에 연재하는 전류 제한 PPTC 저항 소자, 및
공통 유도성 코어상에서 형성된 권선 한 페어를 포함하고, 상단 주면에 위치하고 제3 과 제4 컨택트 세트 사이에 접속된 하나의 권선을 지니고, 제5 와 제6 컨택트 세트 사이에 접속된 또 하나의 권선을 지니는 공통 모드 제거 필터 소자.
바람직한 형태에서, 기판은 PPTC 저항 소자를 형성하는 것과 동일한 물질로 만들어진 적어도 하나의 층을 지니는 다층 구조이고, 그 경우 제3, 제4, 제5 및 제6 컨택트 세트는 PPTC 층으로부터 전기적으로 절연된다. 표면 장착 전기 구성소자는 또한 상기 제3 과 제4 컨택트 세트 중 하나와 접지 사이에 접속된 제1 과전압 보호 소자 및 상기 제5 와 제6 컨택트 세트 중 하나와 접지 사이에 접속되고 방전 캡일 수 있는 제2 과전압 보호 소자를 지닌다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들, 이점들, 특성 및 특징들은 이하의 도면과 함께 제공되는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 완전히 이해될 것이다.
본 발명은 이하의 도면에 의해 도시된다.
본 발명의 원리에 따라, 그리고 도 3 및 도 4의 회로에 도시된 바와 같이, 다기능 장치(32,33 및 34)는 주로 기판(40)을 포함한다. 기판(40)은 대부분 PPTC 저항 소자를 포함하는 것이 바람직하다. PPTC 저항 소자는 절연층(98)과 외부 도전층(92 및 94;도 8A 및 도 8B 참조) 사이에 끼워진 PPTC 물질층(100)에 의해 형성된다. 장치(32)는 PPTC 층에 전기적으로 접속된 2개의 과전류 보호 단자 전극(42 및 44)을 지닌다. 도 5A, 도 5B, 도 6 및 도 7에 도시된 실례에서, 예를 들어, 과전류 보호 전극은 일반적으로 사각형이고, 얇고, 박스 형상의 바디의 대향하는 양단에 형성된다. PPTC 저항층(100)은 종래 기술에 알려진 방법 및 구조에 따라 공식화되고 구성된다. 과전류 보호 단자 전극(42 및 44)외에, 기판(40)은 다른 트레이스(trace), 접속 패드 및 경로(path)를 포함한다. 예를 들어, 도 5A, 도 5B, 도 6 및 도 7은 전극(46,48,50,52,54,56,58 및 60)의 형태로 8개의 절연 접속 경로를 지니는 집적 구성소자를 도시한다. 이 전극들(46 내지 60)은 대부분 바람직하게 보이고 상단 주 표면(41)에 접속 패드를 포함하거나 제공하고 또한 PPTC 저항 바디(40)의 하단 주 표면(43)에 접속 패드를 제공한다. 절연된 비어(vias)들은 상단 접속 패드와 그에 대응하는 하단 접속 패드 각각을 상호 연결시킨다. 전체 전극의 수는 더 많은 데이터 라인 또는 더 적은 데이터 라인을 수용하기 위해 필요한 만큼 많아지거나 적어질 수 있다.
광대역 공통 모드 제거 필터(62)는 적어도 하나의 어퍼튜어를 지니는 페라이트 코어(ferrite core;63)를 포함한다. 도 3에 제시된 IEEE 1394 인터페이스의 실례에, 2개의 트위스트 페어 데이터 라인(twisted-pair data lines)이 있고, 페라이트 코어(63)는 대부분 바람직하게 2개의 어퍼튜어를 포함하며, 이들 어퍼튜어 각각에는 각 데이터 페어의 공통 모드 제거 권선이 결합되어 있다. 유사한 구성이 도 4에 제시된 USB 인터페이스의 실례에서 바람직하게 사용되고, 이 실례에서 분리된차동 데이터 페어는 각각 USB 커넥터(15 및 17)까지 연재한다. 다른 방법으로, 분리된 코어 및 권선을 포함하는 분리된 필터는 USB 실례에서 뿐만 아니라 IEEE 1394 실례의 각 데이터 채널에 대해 제공되어, 데이터 채널간에 더 큰 절연을 제공할 수 있다. 다른 방법으로, 단일 트위스트 페어로 구성된 단일 필터가 사용될 수 있다. 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 특정 필터 코어 물질, 코어 기하학적 배열 및 권선은 필터되는 특정 인터페이스의 요구사항에 기초하여 효율적인 공통 모드 잡음 및 간섭 제거를 제공하도록 설계된다.
도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 권선 한 페어가 각 어퍼튜어 및 코어(63)의 인접한 외부 벽부 주위에서 제공된다. 한 데이터 라인 페어에 대해, 권선(64 및 66)은 제1 어퍼튜어를 통해 제공된다. 다른 데이터 라인 페어에 대해, 권선(68 및 70)은 제2 어퍼튜어를 통해 제공된다. 다른 방법으로, 4개의 권선이 코어(63)의 2개의 어퍼튜어 주위에 보통 감겨 있고 그것을 통과한다. 다른 방법으로, 각 데이터 채널간의 전기 절연을 증가시키기 위해 각 차동 데이터 페어에 대해 권선을 지니는 분리된 단일 또는 다중 어퍼튜어 코어를 사용할 수 있다. 도 5A, 도 5B, 도 6 및 도 7이 분리된 구성소자로 형성된 공통 모드 제거 필터를 도시하고 있지만, 당업자들은 이 필터가 기판(40) 상단부에 표면 장착 기술에 의해 본딩된 완전히 집적된 칩 유도기 구조로서 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 5에서, 권선(64)의 양단은 비어(46 및 48)의 상단 패드에 본딩된다. 권선(66)의 양단은 비어(50 및 52)의 상단 패드에 본딩된다. 권선(68)의 양단은 비어(54 및 56)의 상단 패드에 본딩된다. 또한 권선(70)의 양단은 비어(58 및 60)의 상단 패드에 본딩된다. 권선과 패드의 접속이 도 5B에 도시되어 있다.
PPTC 저항 바디(40)가 대부분 바람직하게 PPTC 저항 물질층을 포함하고 비어(48 내지 60)는 PPTC 물질을 통해 규정된 절연 웰내에 형성되는 동안, 적합한 유전체 기판상에 장치(32)를 형성하고 PPTC 저항(40)을 필름, 층, 코팅 또는 전극(42 와 44) 사이에 연재하는 다른 구조 소자로서 규정하는 것이 응용가능하다. 명목상으로 저 저항 PPTC 저항 물질보다는 유전체 기판을 사용함으로써, 비어(48 내지 60)가 PPTC 저항 물질로부터 전기 절연할 필요 없이 통상적으로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하단 표면(43)은 사실상 평평하여, 정렬된 접속 트레이스/패드와 위치정렬되도록 적응되어, 통상의 표면 장착 본딩 기술을 사용하여 호스트 인쇄 회로 보드에 표면 장착된다.
정전 방전(ESD) 또는 과전압 보호 기능을 장치에 제공하는 것 또한 응용가능하다. 이러한 기술 및 장치는 통상적으로 정상적인 동작 전압하에서 매우 높은 전기 저항을 지니지만, 고 전압이 인가될 경우 매우 높은 도전성을 갖는 물질을 채용한다. 이러한 물질은 ESD/과전압 보호 소자를 형성하여 고 전압 임펄스를 접지에 쇼트시키는 데 사용될 수 있다. 과전압 보호 소자는 IEEE 1394 버스 인터페이스 및 USB 인터페이스와 같은 고속 데이터 버스 및 버스 인터페이스내로 쉽게 합체될 수 있다.
도 7은 ESD/과전압 보호를 포함하는 장치(34)를 도시한다. 여기서, 장치 기판(45)은 석탄산 또는 세라믹과 같은 적합한 유전체 물질로 구성되고, 전극(42)과 전극(44) 사이에 이르는 PPTC 저항 소자(47)를 포함한다. PPTC 저항 소자(47)는기판(45)과 통합되어 형성된 PPTC 저항성 물질의 한 층 또는 코팅일 수 있고, 또는 저항 소자(47)는 장치 공정동안 전극(42 및 44)에 본딩되고, 분리되어 형성된 구성소자 또는 칩일 수 있다. 다른 방법으로, 기판(45)은 장치(32)의 기판(40)과 동일할 수 있고, 이 경우 공통 모드 제거 필터 및 ESD/과전압 보호 소자에 대한 전극은 기판의 PPTC 층으로부터 전기적으로 절연될 것이다. 도 7의 실례에서, 기판(45)은 2개의 추가 비어(80 및 82)를 규정하고, 이것은 호스트 인쇄 회로 보드의 접지 평면 트레이스를 통해 적합한 직접 접지 접속을 제공한다. 4개의 과전압 보호 소자(84,86,88 및 90)가 제공된다. 도 7의 실례에서, 과전압 보호 소자(84 및 86)는 각각 비어(46 및 50)에서 접지(80)까지 접속한다. 과전압 보호 소자(88 및 90)는 각각 비어(54 및 58)에서 접지(82)까지 접속한다. 이 특정 실례에서, 호스트 인쇄 회로 보드는 비어(46,50,54 및 58)를 도 2에 도시된 바와 같이 인터페이스 커넥터(14 또는 16)에 직접 접속시키고, 비어(48,52,56 및 60)를 인터페이스 칩(12)에 접속시킨다. 다른 방법으로, 접지 패드 및 접속의 수는 레이아웃 기술 및 보호되는 신호 전극의 수에 따라 증가 또는 감소할 수 있다.
과전압 보호 소자(84 및 86)는 재빨리 응답하고 ESD/과전압 임펄스를 접지로 효율적으로 분로시켜 데이터 라인을 보호하는 구조, 코팅, 장치 또는 물질 중 임의의 적합한 그 어느 것이라도 될 수 있다. 과전압 보호 소자(84 내지 90)는 비어(46 내지 58) 및 접지 비어(80 및 82)로 표면 장착된 사전 제작 방전 캡 칩일 수 있다. 다른 방법으로, 과전압 소자(84 내지 90)는 페이스트로서 도포되어 제자리에서 경화될 수 있다. 과전압 소자(84 내지 90)는 또한 방전 캡 물질을 장치(34)를 형성하는 기판(45)상으로 피착(예를 들어 스퍼터링)하고 에칭함으로써 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 과전압 소자(84 내지 90)는 고속 다이오드, 트라이액 또는 임계값 레벨 이상의 과전압을 접지로 분로시키는 기타 반도체 구조를 포함할 수 있다.
도 8A 및 8B는 기판(40)과 관련된 일부 구조적 상세사항을 도시한다. 도 8A는 PPTC 저항 물질로부터의 전극(46)의 전기 절연의 방식을 도시한다. 이 도시에서, 기판(40)은 상단 금속 포일 도전체층(92), 하단 금속 포일 도전체층(94) 및 PPTC 물질층(100)을 둘러싸고 그것을 외부 도전층(92 및 94)으로부터 분리시키는 절연층(98)으로 둘러싸인 PPTC 물질(100)의 중앙 층을 포함한다. 절연층(98)은 전기적으로 절연인 물질, 예를 들어 파이버 보강 에폭시 합성 수지 또는 폴리에스테르, 폴리비닐리덴 불화물 또는 나일론과 같은 고온 저항성 폴리머 막으로 형성된다. 절연층(98)은 실질적으로 제조되고, 도 8A에 도시된 전극(46)과 같이 각 절연된 전극 구조로부터 PPTC 층(100)을 절연시키는 원하는 전기 유전체 특성을 지니도록 충분히 두꺼워야 한다. 또한, 전열층(98)의 유전체 특성 및 두께는 그렇지 않을 경우 차동 데이터 라인에 접속된 절연된 전극에 존재하는 기생 분산 용량을 최소화하도록 선택된다. 도시된 바와 같이, 유전체 층(98)은 효율적으로 PPTC 층(100)으로부터 중앙 도전 비어(96)를 분리시키고 그를 둘러싸는 영역(99)을 포함하고, 따라서 과전류 보호 소자로부터 전극(46)을 전기적으로 절연시킨다. 이와는 대조적으로, 도 8B는 전기적으로 절연되지 않은 전극의 상세사항을 도시하고, 이것은 PPTC 층(100)으로 직접 전기 접속을 한다. 도 8B에서, PPTC 층(100)은 비어(96)와 밀접하게 접촉하여 전극(42)의 상단 및 하단부를 구성하는 금속 포일(92 및 94)을 접속시킨다. 도 8A 및 도 8B에 도시되지는 않았지만, PPTC 층(100)이 금속 포일층 사이에 직접 끼이고 그것과 접촉하는 것은 일반적인 것이다. 이들 금속 포일층은 또한 도 8B에 도시된 대로 비어(96)와 접촉한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면서, 본 발명의 목적이 충분히 달성되었다는 것을 이해할 것이고, 또한 당업자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 구성에 있어서 많은 변경 및 본 발명의 실시예 및 적용을 달리할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 공통 모드 제거 필터 및 과전압 보호 소자 외의 전기 소자는 PPTC 층을 포함하는 기판에 부착되거나 기판에 형성될 수 있으므로, 분리된 소자들을 과전류 보호 및 기타 관련된 전기 기능을 제공하는 집적 회로 소자로 결합할 수 있다. 그러므로, 본 명세서의 개시 및 설명은 순수하게 도시적인 것이며 제한을 하고자 하는 것이 아니다.
공통 모드 필터 소자와 과전류 보호 소자 및/또는 과전압 보호 소자를 결합하는 단일의 집적 장치(예를 들어 신호 조절 장치)를 제공함으로써, 고가의 인쇄 회로 보드 공간을 절약하고 구성소자의 수 및 비용을 감소시키고, 그것이 아닐 경우 특정 전자제품 및 장치와 관련된 조립 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 버스 인터페이스 회로를 형성하는 호스트 인쇄 회로 보드로의 표면 장착 및 접속에 적응되는 기판을 포함하는 전기 구성소자에 있어서,
    상기 구성소자는 상기 기판에 장착되는 공통 모드 제거 필터 및 적어도 하나의 회로 보호 소자를 포함하고,
    상기 기판은 상기 필터에 접속된 필터 전극들 및 상기 보호 소자에 접속된 보호 전극들을 포함하는 복수의 접속 전극들을 포함하고,
    상기 전극들은 상기 구성소자가 상기 호스트 인쇄 회로 보드에 직접 기계적으로 및 전기적으로 접속하는 것을 가능하게 하는 전기 구성소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호 소자는 과전류 보호 소자인 전기 구성소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 과전류 보호 소자는 PPTC(polymeric positive temperature coefficient) 저항 소자를 포함하는 전기 구성소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 PPTC 저항 소자를 형성하는 PPTC 물질층을 포함하고, 필터 전극들은 전기적으로 상기 PPTC 물질층으로부터 절연된 전기 구성소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공통 모드 제거 필터는 페라이트 코어(ferrite core)를 포함하는 다중 권선 광대역 변압기를 포함하고, 상기 권선들은 상기 필터 전극들 중 분리된 전극들 사이에 접속되는 전기 구성소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다중 권선 광대역 변압기는 2개의 어퍼튜어들을 지니는 페라이트 코어를 포함하고, 상기 권선들의 적어도 한 페어는 각 어퍼튜어를 통과하는 전기 구성소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보호 소자는 과전압 보호 소자인 전기 구성소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판은 접지 전극을 포함하고, 상기 과전압 보호 소자는 필터 전극과 상기 접지 전극 사이에 접속되는 전기 구성소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 보호 소자는 과전류 보호 소자 및 과전압 보호 소자를 포함하는 전기 구성소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 과전류 보호 소자는 과전류 보호 접속 전극들 사이에 PPTC 저항을 포함하고, 상기 과전압 보호 소자는 상기 기판의 필터 전극과 접지 전극 사이에 접속되는 전기 구성소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 과전압 보호 소자는 상기 기판의 상기 과전류 전극과 접지 전극 사이에 접속되는 전기 구성소자.
  12. 상단 주면과, 그와 함께 사실상 동일 평면이고 호스트 인쇄 회로 보드에 표면 장착되도록 적응되는 하단 주면을 지니는 평평한 기판,
    상기 상단 주면상에서 형성된 컨택트 패드와 상기 하단 주면에 형성된 상호 연결 컨택트 패드를 포함하는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6의 공간적으로 떨어져 있는 표면 장착 컨택트 세트,
    상기 제1 과 제2 컨택트 세트 사이에 접속된 과전류 보호 소자, 및
    상기 상단 주면에 위치하고 상기 제3 과 제4 컨택트 세트 사이에 접속된 제1 권선 및 상기 제5 와 제6 컨택트 세트 사이에 접속된 제2 권선을 지니는 다중 권선 공통 모드 제거 필터 소자
    를 포함하는 전기 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 과전류 보호 소자는 PPTC 저항 소자를 포함하고, 상기 기판은 상기 PPTC 저항 소자를 형성하는 PPTC 물질층을 포함하고, 상기 제3, 제4, 제5 및 제6 컨택트 세트는 전기적으로 상기 PPTC 물질층으로부터 절연되는 전기 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 공통 모드 제거 필터 소자는 페라이트 코어를 포함하는 다중 권선 광대역 변압기를 포함하고, 상기 권선들은 상기 제3, 제4, 제5 및 제6 컨택트 세트의 상단 표면 접속 패드들에 각각 접속되는 전기 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 장치는 제7, 제8, 제9 및 제10 컨택트 세트를 포함하며, 상기 공통 모드 제거 필터 소자는 페라이트 코어 및 상기 제7, 제8, 제9 및 제10 컨택트 세트의 상단 표면 접속 패드들에 각각 접속되는 권선들을 포함하는 제2 다중 권선 광대역 변압기를 포함하는 전기 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 다중 권선 광대역 변압기는 2개의 어퍼튜어를 지니는 페라이트 코어를 포함하며, 제1 권선 페어는 제1 어퍼튜어를 통과하고 상기 제3 및 제4 컨택트 세트에 각각 접속하며, 상기 기판은 제7, 제8, 제9 및 제10 컨택트 세트를 규정하며, 제2 권선 페어는 제2 어퍼튜어를 통과하고 상기 제7, 제8, 제9 및 제10 컨택트 세트에 각각 접속하는 전기 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 기판은 접지 컨택트 세트를 규정하고, 상기 제3 과 제4 컨택트 세트 중 하나와 상기 접지 컨택트 세트 사이에 접속된 제1 과전압 보호 소자와, 상기 제5 와 제6 컨택트 세트와 상기 접지 컨택트 세트 사이에 접속된 제2 과전압 보호 소자를 더 포함하는 전기 장치.
  18. 전력공급식 데이터 인터페이스를 지원하는 회로의 전기 구성소자는,
    (1) 평평한 기판으로서,
    (a) 상단 주면 및 그와 함께 사실상 동일 평면인 하단 주면,
    (b) 상기 상단 주면상에 규정된 전기적으로 도전성인 상단 트레이스의 패턴,
    (c) 상기 전력공급식 데이터 인터페이스를 제공하는 호스트 인쇄 회로 보드에 상기 구성소자를 전기적으로 접속시키기 위한 상기 하단 주면상에 규정된 전기적으로 도전성인 하단 트레이스의 패턴,
    (d) 상기 상단 트레이스 개개의 것들을 상기 하단 트레이스 개개의 것들과 상호 연결하기 위해 상기 기판을 통과하여 과전류 보호 전극들 및 필터 전극들을 형성하는 비어(vias),
    (e) 과전류로부터 상기 데이터 인터페이스 버스의 전력을 보호하는 과전류 보호 소자를 형성하고 상기 과전류 보호 전극들에 접속된 PPTC 저항 물질층,
    (f) 상기 필터 전극들을 상기 과전류 보호 소자로부터 절연시키는 절연 물질을 포함하는 평평한 기판, 및
    (2) 상기 상단 주면에 위치하고, 공통 모드 인터페이스로부터 상기 전력공급식 데이터 인터페이스의 데이터 라인을 방어하기 위해 상기 필터 전극들에 접속된 공통 모드 잡음 제거 필터
    를 포함하는 전기 구성소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 공통 모드 잡음 제거 필터 소자는 상기 필터 전극들에 접속된 권선들을 지니는 적어도 하나의 광대역 변압기를 포함하는 전기 구성소자.
  20. 제18항에 있어서, 상기 과전류 보호 소자로부터 절연된 적어도 하나의 접지 전극 및 필터 전극과 상기 접지 전극 사이에 접속된 적어도 하나의 과전압 보호 소자를 더 포함하는 전기 구성소자.
  21. 제20항에 있어서, 과전압 보호 소자는 상기 구성소자의 각 필터 전극과 접지 전극 사이에 접속된 전기 구성소자.
  22. 제18항에 있어서, 상기 전기적으로 도전성인 하단 트레이스의 패턴은 상기 전기 구성소자가 상기 호스트 인쇄 회로 보드에 표면 장착할 수 있도록 구성되는 전기 구성소자.
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