KR20170040635A - 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치 - Google Patents

Abstract

감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 감전보호용 컨택터는 전자장치의 전도체와 회로기판 사이에 배치되는 컨택터로서, 비도전성 실리콘 고무로 이루어지고 수직하게 형성된 복수의 홀이 구비된 몸체; 상기 몸체의 내부에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부; 상기 감전보호부의 적어도 일측에 복수의 커패시터전극이 구비된 적어도 하나의 커패시터부; 및 상기 몸체의 상측 및 하측에서 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극 상에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하고, 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극은 상기 홀 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진되어 이루어지며, 상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는다 :
Vbr > Vin, Vcp > Vbr
여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,
Vcp는 상기 커패시터부의 절연파괴 전압.

Description

감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치{Circuit protection contactor and mobile electronic device with the same}

본 발명은 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원에 의한 누설전류로부터 사용자를 보호할 수 있는 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치에 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 기능을 구비한 컨택터가 요구되고 있다.

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

한편, 추가적인 부품 소자와 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터를 일체화하는 경우, 두 부품은 전기적으로 직렬 배치되어야 하므로, 두께 또는 길이방향으로 부피가 증가하는 문제에 직면했다.

따라서, 사용자 또는 내부회로를 보호하기 위한 부품 소자와 도전성 개스킷 또는 도전성 컨택터가 동일한 소재로 이루어진 컨택터의 개발이 절실한 실정이다.

KR 2007-0109332A

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 사용자 또는 내부회로를 보호하기 위한 기능을 갖는 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 감전보호소자와 도전성 컨택터가 동일한 소재로 이루어진 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 전자장치의 전도체와 회로기판 사이에 배치되는 감전보호용 컨택터가 제공된다. 상기 감전보호용 컨택터는 비도전성 실리콘 고무로 이루어지고 수직하게 형성된 복수의 홀이 구비된 몸체; 상기 몸체의 내부에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부; 상기 감전보호부의 적어도 일측에 복수의 커패시터전극이 구비된 적어도 하나의 커패시터부; 및 상기 몸체의 상측 및 하측에서 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극 상에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하고, 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극은 상기 홀 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진되어 이루어지며, 상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는다 :

Vbr > Vin, Vcp > Vbr

여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,

Vcp는 상기 커패시터부의 절연파괴 전압.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 감전보호부는 상기 전자장치의 회로기판의 접지로부터 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단할 수 있다.

또한, 상기 커패시터부는 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시킬 수 있다.

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

또한, 상기 커패시터부와 상기 감전보호부 사이의 간격은 상기 감전보호부의 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 클 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 내부전극은 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 내부전극은 상기 공극과의 경계부분에 도전성 보강재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 내부전극은 동일 평면상에 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 상기 내부전극을 중심으로 수직 또는 수평 방향으로 배치될 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 도전성 입자는 판형 입자 및 구형 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 도전성 입자는 금, 은, 철, 구리, 아연, 크롬, 니켈, 코발트, 알루미늄, 및 이의 조합 중 선택된 금속으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명은 인체 접촉가능한 전도체; 회로기판; 및 상기 전도체와 상기 회로기판 사이에 배치되어 전기적으로 직렬 연결되는 감전보호용 컨택터를 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다. 여기서, 상기 감전보호용 컨택터는, 비도전성 실리콘 고무로 이루어지고 수직하게 형성된 복수의 홀이 구비된 몸체; 상기 몸체의 내부에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부; 상기 감전보호부의 적어도 일측에 복수의 커패시터전극이 구비된 적어도 하나의 커패시터부; 및 상기 몸체의 상측 및 하측에서 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극 상에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하고, 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극은 상기 홀 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진되어 이루어지며, 상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는다 :

Vbr > Vin, Vcp > Vbr

여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,

Vcp는 상기 커패시터부의 절연파괴 전압.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 전도체는 상기 전자장치와 외부기기의 통신을 위한 안테나, 메탈 케이스, 및 도전성 장신구 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터 및 이를 구비한 휴대용 전자장치는 메탈 케이스와 같은 전도체가 외부로 노출되는 휴대용 전자장치에서 전도체와 회로기판을 연결하는 컨택터에 감전보호소자를 구비함으로써, 전도체를 통한 감전 등과 같은 사용자의 손상 또는 내부회로의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 감전보호소자와 컨택터를 일체형으로 구비함으로써, 해당 기능 구현을 위한 별도의 소자와 그에 따른 소자의 추가적인 공간이 필요없어 휴대용 전자장치의 소형화에 적합할 수 있다.

또한, 본 발명은 감전보호소자와 컨택터를 동일 소재로 구성함으로써, 전체 체적을 증가시키지 않고 소형화할 수 있는 동시에, 외부의 물리적 충격에 의한 변형을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터가 휴대용 전자장치에 적용된 일례의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 누설전류에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 정전기(ESD)에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터가 휴대용 전자장치에 설치된 경우 통신 신호에 대한 동작을 설명하기 위한 개략적 등가회로도,
도 5는 커패시턴스에 따른 통과 주파수 대역의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 6은 도 5에서 통과 주파수 대역의 확대도, 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감전보호용 컨택터의 다른 예의 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 감전보호용 컨택터(100)는 몸체(101), 감전보호부(110), 및 커패시터층(120a,120b)을 포함한다.

이러한 감전보호용 컨택터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자장치에서, 외장 메탈 케이스와 같은 전도체(12)와 회로기판(14) 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 감전보호용 컨택터(100)는 전도체(12)를 휴대용 전자장치에 결합하기 위한 가압력에 따라 눌려지고, 전도체(12)를 휴대용 전자장치로부터 이탈시키는 경우, 원래의 상태로 복원될 수 있도록 탄성력을 가질 수 있다.

여기서, 상기 전도체(12)는 휴대용 전자장치의 측부를 부분적으로 둘러싸거나 전체적으로 둘러싸도록 구비될 수 있고, 상기 휴대용 전자장치와 외부기기의 통신을 위한 안테나일 수 있다.

이때, 상기 감전보호부(110)는 써프레서 형태로 이루어질 수 있다.

이러한 감전보호부(110)는 상기 회로기판(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 절연파괴 전압이다.

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

상기 몸체(101)는 비도전성 실리콘 고무로 이루어질 수 있으며, 그 내부에 수직하게 형성된 복수의 홀(112,122)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 몸체(101)는 그 상측에 형성된 접촉부(116,126)를 통하여 상기 전도체(12)에 접촉하고, 그 하측에 형성된 상기 접촉부(116,126)를 통하여 상기 회로기판(14)에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 감전보호부(110)는 내부전극 및 공극(118)을 포함한다. 이때, 상기 내부전극은 몸체(101)의 내부에 일정 간격 이격되어 형성되며, 적어도 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 내부전극은 일부가 서로 대향하여 중첩되도록 배치될 수 있다.

이러한 한 쌍의 내부전극의 간격은 상기 감전보호부(110)의 항복전압(Vbr)을 만족하기 위한 간격으로 구성될 수 있으며, 예를 들면, 10~100㎛일 수 있다.

이러한 한 쌍의 내부전극은 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 한 쌍의 내부전극은 복수의 홀(112) 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자(114)를 함께 충진함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 실리콘 고무는 홀(112) 내에서 상기 도전성 입자(114)의 위치를 고정시키는 기능을 가지며, 상기 도전성 입자(114)는 상기 도전성 실리콘 고무 내에서 규칙적으로 또는 불규칙적으로 분산 배치될 수 있다.

이때, 상기 도전성 입자(114)는 외부에서 압력이나 열이 가해지지 않은 경우, 서로 이격되어 통전되지 않으며, 외부에서 압력이나 열이 가해지는 경우, 상기 도전성 실리콘 고무의 수축에 의해 서로 접촉되어 통전될 수 있다.

이러한 도전성 입자(114)는 판형 입자 및 구형 입자 중 적어도 하나를 포함하며, 금, 은, 철, 구리, 아연, 크롬, 니켈, 코발트, 알루미늄, 및 이의 조합 중 선택된 금속으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 한 쌍의 내부전극은 도전성 입자(114)에 의해 상기 전도체(12)와 전기적 접촉을 구현하는 동시에, 도전성 실리콘 고무에 의해 수축 및 팽창이 구현될 수 있다. 따라서, 상기 한 쌍의 내부전극은 전기적 접촉성과 가압에 의한 탄성복원력을 동시에 제공할 수 있다.

예를 들면, 상기 한 쌍의 내부전극은 상기 전도체(12)에 의해 가압되는 경우, 상기 도전성 실리콘 고무가 수축되고, 상기 도전성 입자(114)가 서로 접촉됨으로써, 상기 도전성 입자(114)에 의해 전기적 연결이 이루어지고, 상기 전도체(12)가 제거되는 경우, 상기 도전성 고무의 탄성력에 의해 원래의 상태로 복원될 수 있다. 따라서, 이러한 한 쌍의 내부전극은 몸체(101)와 동일 재질로 이루어지므로, 내부의 변형이 감소할 수 있고 따라서 장기간 사용이 가능할 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 내부전극은 공극(118)과의 경계부분에 도전성 보강재를 더 포함할 수 있다. 이러한 도전성 보강재는 특히, 공극(118)이 공극형성부재를 사용하지 않고 빈 공간으로 형성되는 경우, 상기 도전성 입자(114)가 상기 공극(118) 내로 돌출되는 것을 방지하는 동시에, 공극(118)을 통하여 정전기 방전이 효과적으로 이루어질 수 있도록 전기적 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

여기서, 상기 접촉부(116)는 상기 한 쌍의 내부전극의 일단에 곡선돌기 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 접촉부(116)는 상기 전도체(12) 또는 상기 회로기판(14)과 다수의 선 또는 면 접촉함으로써 상기 전도체(12) 또는 상기 회로기판(14)과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 한 쌍의 내부전극은 전기적 신호의 전도성이 향상될 수 있다.

상기 공극(118)은 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성될 수 있다. 이러한 공극(118)은 예를 들면, 공극형성부재에 의해 형성될 수 있다. 즉, 공극형성부재가 몸체(101) 내에서 한 쌍의 내부전극 사이에 삽입될 수 있다. 이때, 상기 공극(118)은 그 내벽에 높이 방향을 따라 일정 두께로 방전물질층이 도포될 수 있다.

여기서, 상기 방전물질층을 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 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 감전보호용 컨택터(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 한 쌍의 내부전극을 구성하는 성분에 적합한 반도체 물질 또는 금속입자를 포함하는 비전도성 물질이 사용될 수 있다

이때, 상기 공극형성부재의 내벽에 도포되는 상기 방전물질층은 공극형성부재의 내벽을 따라 도포되는 제1부분과 상기 제1부분의 상단으로부터 제1내부전극과 대향하여 접촉하도록 연정되는 제2부분 및 상기 제1부분의 하단으로부터 제2내부전극(123b)과 대향하여 접촉하도록 연장되는 제3부분을 포함할 수 있다.

이를 통해, 상기 방전물질층은 상기 공극형성부재의 내벽뿐만 아니라 상기 공극형성부재의 상부단과 하부단으로부터 상기 제2부분 및 제3부분이 각각 연장되도록 형성됨으로써 상기 한 쌍의 내부전극과의 접촉면적을 넓힐 수 있도록 한다.

이는, 과전압에 의하여 상기 방전물질층을 구성하는 성분의 일부가 정전기 스파크에 의해 기화되어 방전물질층의 일부가 손상되더라도 정전기에 대한 내성을 강화시켜 상기 방전물질층이 제 기능을 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

이러한 공극(118)에 의해 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 갭이 형성될 수 있다. 이러한 갭에 의해 외부로부터 유입된 정전기는 상기 한 쌍의 내부전극 사이에서 방전될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 전기적 저항이 낮아지고, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 양단의 전압차를 일정 값 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 내부의 절연파괴 없이 정전기를 통과시킬 수 있다.

대안적으로, 상기 감전보호부(110)는 별도의 공극형성부재를 이용하지 않고, 한 쌍의 내부전극 사이에 공극(118)이 형성될 수 있다. 이때, 공극(118)의 측벽은 방전물질층을 구비할 수 있다.

상기 커패시터층(120a,120b)은 상기 전도체(12)로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키는 적어도 하나의 적층 커패시터층일 수 있다. 이러한 커패시터층(120a,120b)은 상기 감전보호부(110)와 전기적으로 병렬로 연결될 수 있고, 예를 들면, 상기 감전보호부(110)의 좌측 및 우측 중 적어도 한 측에 형성될 수 있으며, 커패시터전극을 구비할 수 있다.

이러한 커패시터층(120a,120b)은 상기 감전보호부(110)의 추가 커패시턴스를 제공하여 RF 수신감도를 향상시키기 위한 것이다.

이와 같은 커패시터층(120a,120b)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 써프레서를 통해 정전기에 대한 보호는 물론 RF 수신감도를 높일 수 있는 장점이 있다.

이때, 상기 커패시터전극은 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자(124)로 이루어질 수 있다. 이러한 커패시터전극은 복수의 홀(122) 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자(124)를 함께 충진함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 실리콘 고무는 홀(122) 내에서 상기 도전성 입자(124)의 위치를 고정시키는 기능을 가지며, 상기 도전성 입자(124)는 상기 도전성 실리콘 고무 내에서 규칙적으로 또는 불규칙적으로 분산 배치될 수 있다.

이때, 상기 도전성 입자(124)는 외부에서 압력이나 열이 가해지지 않는 경우, 서로 이격되어 통전되지 않으며, 외부에서 압력이나 열이 가해지는 경우, 상기 도전성 실리콘 고무의 수축에 의해 서로 접촉되어 통전될 수 있다.

이와 같은 커패시터전극은 도전성 입자(124)에 의해 상기 전도체(12)와 전기적 접촉을 구현하는 동시에, 도전성 실리콘 고무에 의해 수축 및 팽창이 구현될 수 있다. 따라서, 상기 커패시터전극은 전기적 접촉성과 가압에 의한 탄성복원력을 동시에 제공할 수 있다.

예를 들면, 상기 커패시터전극은 상기 전도체(12)에 의해 가압되는 경우, 상기 도전성 실리콘 고무가 수축되고, 상기 도전성 입자(124)가 서로 접촉됨으로써, 상기 도전성 입자(124)에 의해 전기적 연결이 이루어지고, 상기 전도체(12)가 제거되는 경우, 상기 도전성 고무의 탄성력에 의해 원래의 상태로 복원될 수 있다. 따라서, 이러한 커패시터전극은 몸체(101)와 동일한 재질로 이루어지므로, 내부의 변형이 감소할 수 있고 따라서 장기간 사용이 가능할 수 있다.

이때, 상기 접촉부(126)는 상기 커패시터전극의 일측에 곡선돌기 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 접촉부(126)는 상기 전도체(12) 또는 상기 회로기판(14)과 다수의 선 또는 면 접촉함으로써 상기 전도체(12) 또는 상기 회로기판(14)과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 커패시터전극은 통신 신호의 전도성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 감전보호부(110)와 상기 커패시터층(120a,120b) 사이의 간격은 상기 감전보호부(110)의 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 내부전극을 따라 흐르는 정전기 또는 누설전류가 인접한 커패시터전극으로 누설되지 않도록 내부전극과 커패시터전극 사이에 충분한 간격을 확보하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 감전보호부(110)와 상기 커패시터층(120a,120b)을 이루는 한 쌍의 내부전극 및 커패시터전극을 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자(114,124)로 구성함으로써, 전극 자체가 탄성력을 가질 수 있기 때문에, 감전보호기능과 동시에 탄성력을 제공하는 컨택터의 기능을 동시에 제공할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 감전보호용 컨택터(100)는 감전보호소자 자체가 탄성력을 갖도록 구성함으로써, 별도의 구성이 필요없이 감전보호기능과 컨택터 기능을 동시에 제공할 수 있다.

이러한 감전보호용 컨택터(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 외부전원에 의한 누설전류, 전도체(12)로부터 유입되는 정전기 및 통신 신호에 따라 상이한 기능을 가질 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 회로기판(14)의 실장된 회로부(14'), 예를 들면, 접지를 통하여 외부전원의 누설전류가 전도체(12)로 유입되는 경우, 감전보호용 컨택터(100)는 그 항복전압(또는 트리거전압)(Vbr)이 누설전류에 의한 과전압에 비하여 크기 때문에, 오픈 상태로 유지될 수 있다. 즉, 상기 감전보호부(110)는 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 커패시터층(120a,120b)은 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 감전보호용 컨택터(100)는 회로부(14')의 접지로부터 유입되는 외부전원에 누설전류를 차단하여 사용자를 감전으로부터 보호할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 전도체(12)를 통하여 외부로부터 정전기가 유입되면, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 써프레서와 같은 정전기 보호 소자로서 기능한다. 즉, 상기 감전보호부(110)는 정전기 방전을 위한 써프레서의 동작 전압이 정전기의 순간 전압보다 작기 때문에, 순간 방전에 의해 정전기를 통과시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 전도체(12)로부터 정전기 유입시 전기적 저항이 낮아져 자체가 절연파괴되지 않고 정전기를 통과시킬 수 있다.

이때, 상기 커패시터층(120a,120b)은 그 절연파괴 전압(Vcp)이 상기 감전보호부(110)의 항복전압(Vbr)보다 크기 때문에, 정전기는 상기 커패시터층(120a,120b)으로 유입되지 않고, 상기 감전보호부(110)로만 통과될 수 있다.

여기서, 회로부(14')는 정전기를 접지로 바이패스하기 위한 별도의 보호소자를 구비할 수 있다. 결과적으로, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 전도체(12)로부터 유입되는 정전기에 의해 절연파괴되지 않고 정전기를 통과시켜, 후단의 내부 회로를 보호할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전도체(12)를 통하여 통신 신호가 유입되는 경우, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 커패시터로서 기능한다. 즉, 상기 감전보호용 컨택터(100)는 상기 감전보호부(110)가 오픈 상태로 유지되어 전도체(12)와 회로부(14')를 차단하지만, 내부의 커패시터층(120a,120b)이 유입된 통신 신호를 통과시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 커패시터층(120a,120b)은 통신 신호의 유입 경로를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 커패시터층(120a,120b)의 커패시턴스는 주요 무선 통신 대역의 통신 신호를 감쇄 없이 통과시킬 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 도 5 및 도 6에 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 6에 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 감전보호용 컨택터(100)는 상기 커패시터층(120a,120b)의 높은 커패시턴스에 의해 전도체(12)로부터 유입되는 통신 신호를 감쇄없이 통과시킬 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 감전보호용 컨택터(200)는 한 쌍의 내부전극이 동일 평면상에 배치된 경우로서, 상기 감전보호용 컨택터(200)는 몸체(201), 감전보호부(210), 및 커패시터층(120a,120b)을 포함한다. 여기서, 감전보호부(210)는 한 쌍의 내부전극 및 공극(218)을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 내부전극은 동일 평면상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 내부전극은 일정 간격 이격되어 수평으로 배치될 수 있다.

이때, 상기 공극(218)은 상기 한 쌍의 내부전극의 높이보다 큰 높이로 형성될 수 있고, 상기 한 쌍의 내부전극의 간격보다 큰 너비로 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 공극(218)의 체적이 확장되면, 정전기에 의한 방전시 상기 한 쌍의 내부전극으로부터 미세한 파티클이 발생하더라도 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 공간이 넓기 때문에 파티클에 의해 발생할 수 있는 결함의 발생률을 저감할 수 있다.

이러한 공극(118)은 예를 들면, 공극형성부재에 의해 형성될 수 있다. 즉, 공극형성부재가 몸체(201) 내에서 한 쌍의 내부전극 사이에 삽입될 수 있다.

이때, 상기 공극(118)은 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 배치되며, 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포되는 방전물질층을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 감전보호용 컨택터(100)는 휴대용 전자장치에서, 인체 접촉가능한 전도체(12)와 회로기판(14) 사이에 배치될 수 있다.

이와 같은 배치에 의해, 상기 휴대용 전자장치는 전도체를 통한 사용자의 손상 또는 내부회로의 파손을 방지하는 동시에, 추가적인 부피의 증가 없이 소형화할 수 있고, 외부의 물리적 충격에 의한 변형을 최소화할 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 : 회로기판
14' : 회로부
100,200 : 감전보호용 컨택터 101 : 몸체
110 : 감전보호부 112,122 : 홀
114.124 : 도전성 입자 116,126 : 접촉부
118,218: 공극 120a,120b : 커패시터층

Claims (16)

1. 전자장치의 전도체와 회로기판 사이에 배치되는 컨택터로서,
   비도전성 실리콘 고무로 이루어지고 수직하게 형성된 복수의 홀이 구비된 몸체;
   상기 몸체의 내부에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부;
   상기 감전보호부의 적어도 일측에 복수의 커패시터전극이 구비된 적어도 하나의 커패시터부; 및
   상기 몸체의 상측 및 하측에서 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극 상에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하고,
   상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극은 상기 홀 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진되어 이루어지며,
   상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는 감전보호용 컨택터.
   Vbr > Vin, Vcp > Vbr
   여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,
   Vcp는 상기 커패시터부의 절연파괴 전압
2. 제1항에 있어서,
   상기 감전보호부는 상기 전자장치의 회로기판의 접지로부터 유입되는 외부전원의 누설전류를 차단하는 감전보호용 컨택터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 커패시터부는 상기 전도체로부터 유입되는 통신 신호를 통과시키는 감전보호용 컨택터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 감전보호부는 상기 전도체로부터 정전기 유입시 절연파괴되지 않고 정전기를 통과시키는 감전보호용 컨택터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 커패시터부와 상기 감전보호부 사이의 간격은 상기 감전보호부의 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 큰 감전보호용 컨택터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 내부전극은 적어도 일부가 서로 대향하도록 배치되는 감전보호용 컨택터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 내부전극은 상기 공극과의 경계부분에 도전성 보강재를 더 포함하는 감전보호용 컨택터.
8. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 내부전극은 동일 평면상에 배치되는 감전보호용 컨택터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 공극은 폭이 상기 한 쌍의 내부전극 사이의 간격보다 크거나 같고, 높이가 상기 한 쌍의 내부전극의 두께보다 크거나 같은 감전보호용 컨택터.
10. 제8항에 있어서,
    상기 공극은 상기 내부전극을 중심으로 수직 또는 수평 방향으로 배치되는 감전보호용 컨택터.
11. 제1항에 있어서,
    상기 공극은 내벽에 높이방향을 따라 일정 두께로 도포되는 방전물질층이 구비되는 감전보호용 컨택터.
12. 제11항에 있어서,
    상기 방전물질층은 금속입자를 포함하는 비전도성 물질 또는 반도체 물질로 이루어지는 감전보호용 컨택터.
13. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자는 판형 입자 및 구형 입자 중 적어도 하나를 포함하는 감전보호용 컨택터.
14. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자는 금, 은, 철, 구리, 아연, 크롬, 니켈, 코발트, 알루미늄, 및 이의 조합 중 선택된 금속으로 이루어지는 감전보호용 컨택터.
15. 인체 접촉가능한 전도체;
    회로기판; 및
    상기 전도체와 상기 회로기판 사이에 배치되어 전기적으로 직렬 연결되는 감전보호용 컨택터를 포함하며,
    상기 감전보호용 컨택터는,
    비도전성 실리콘 고무로 이루어지고 수직하게 형성된 복수의 홀이 구비된 몸체;
    상기 몸체의 내부에 일정 간격 이격되어 배치된 적어도 한 쌍의 내부전극 및 상기 한 쌍의 내부전극 사이에 형성된 공극을 포함하는 감전보호부;
    상기 감전보호부의 적어도 일측에 복수의 커패시터전극이 구비된 적어도 하나의 커패시터부; 및
    상기 몸체의 상측 및 하측에서 상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극 상에 곡선돌기 형상으로 형성된 복수의 접촉부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 내부전극 및 상기 복수의 커패시터전극은 상기 홀 내에 도전성 실리콘 고무 및 도전성 입자가 충진되어 이루어지며,
    상기 감전보호부는 하기의 식을 만족하는 항복전압(Vbr)을 갖는 휴대용 전자장치.
    Vbr > Vin, Vcp > Vbr
    여기서, Vin은 상기 전자장치의 외부전원의 정격전압,
    Vcp는 상기 커패시터부의 절연파괴 전압
16. 제15항에 있어서,
    상기 전도체는 상기 전자장치와 외부기기의 통신을 위한 안테나, 메탈 케이스, 및 도전성 장신구 중 적어도 하나를 포함하는 휴대용 전자장치.

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