WO2018043840A1 - 감전 방지 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

감전 방지 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2018043840A1
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capacitor
substrate
conductive
injection molding
electric shock
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PCT/KR2016/015335
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손호원
이중원
김윤근
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주식회사 로스윈
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    • H05K9/0079—Electrostatic discharge protection, e.g. ESD treated surface for rapid dissipation of charges

Definitions

  • the present invention relates to an electric shock prevention device, and more particularly, to an electric shock prevention device capable of protecting a user from leakage current caused by a power supply and protecting an internal circuit from external static electricity, and a manufacturing method thereof.
  • portable electronic devices have been compactly installed, and various component elements are concentrated and installed therein according to miniaturization, light weight, and multifunction. Since such portable electronic devices are very sensitive to external shocks, they are wrapped in a rigid housing to protect components such as internal electronic circuits from external shocks.
  • the adoption of metal housings is increasing. Since the housing of the metal material has excellent electrical conductivity due to the characteristics of the material, an electrical path may be formed between the outer housing and the embedded PCB module through a specific device or according to a portion thereof. Therefore, when static electricity having a high voltage instantaneously flows into the built-in PCB module through a metal conductor such as a metal housing having a large external exposed area, a countermeasure is required because a PCB module such as an IC may be damaged.
  • portable electronic devices are usually used to charge the battery using a charger.
  • the charger rectifies an external AC power source into a DC power source, and then converts the external AC power source into a low DC power source suitable for a portable electronic device through a transformer.
  • a Y-CAP consisting of capacitors is installed across the transformer to enhance the electrical insulation of the transformer.
  • the Y-CAP does not have regular characteristics, such as a non-genuine charger
  • the DC power may not be sufficiently cut off by the Y-CAP.
  • the non-genuine charger may generate a leakage current by the AC power supply. This leakage current can propagate along the ground.
  • the leakage current may be transmitted to a metal conductor to which a human body is in contact, such as an exterior housing (case) of a portable electric device.
  • a metal conductor to which a human body is in contact such as an exterior housing (case) of a portable electric device.
  • the user may feel discomfort, and in severe cases, the user may be fatally wounded by an electric shock.
  • the conventional electric shock protection device in the process of forming a body of the device by stacking a sheet layer of ceramic material in a multi-layer structure, by forming an electrode pattern therein to form an internal electrode.
  • the gap between the internal electrodes is formed to have a structure having a capacitor or an electric shock protection unit (varistor function) having an electrostatic discharge (ESD) function.
  • the conventional electric shock protection device having such a configuration forms voids in the process of laminating the body with ceramic material.
  • the ceramic material has a high sintering temperature (900-1200 ° C.) and a thin interlayer thickness due to the characteristics of the material. Therefore, in the manufacturing process of the electric shock protection device, the precision of the air gap is reduced, the deviation is severe, it is difficult to ensure the stability of ESD and withstand voltage characteristics.
  • the electric shock protection device has a problem that it is difficult to completely perform the ESD function due to material and structural problems. That is, according to the prior art, when a high voltage (10kV) or more is applied, the capacitor absorbs the voltage and cannot flow to the ground, thereby preventing the ESD function. In other words, in order to solve the EDS function and withstand voltage characteristics, the pore shape, height and precision are very important. According to the conventional technology formed by laminating with ceramic materials, the precision of the pores and the stability of the body are increased while increasing the thickness of the ceramic materials.
  • the electric shock protection device is required for the electrical characteristics that can withstand the withstand voltage of 350 Vdc (V 1mA) or more, the electric shock protection device formed of a conventional ceramic material has a limit in functioning a varistor.
  • the portable electronic device having a metal housing as described above is provided with a plurality of antennas for each function according to the multifunctionalization. At least some of the plurality of antennas are built-in antennas, which are disposed in an external housing of a portable electronic device, or use a metal housing itself as an antenna.
  • the antenna and the internal circuit of the portable electronic device should be connected, and at this time, the communication signal should be able to be transmitted smoothly to the internal circuit without attenuation.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides an electric shock prevention device and a method for manufacturing the same, which can precisely form an air gap with a desired size to simultaneously implement an ESD function and a breakdown voltage characteristic to improve reliability.
  • the purpose is.
  • An electric shock prevention device of the present invention for achieving the above object, the substrate; A capacitor and a varistor element spaced apart from each other on one surface of the substrate; A plastic injection molded product which is injected around the capacitor and the varistor element from one surface of the substrate and integrally formed by injection; A conductive connection coupled to an outer side of the plastic injection molding and connected to a metal conductor capable of contacting the human body of the electronic device, wherein the air gap for discharge of static electricity flowing through the conductive connection is electrically connected to the varistor element.
  • the capacitor is connected to the conductive connection part with a gap therebetween, and the capacitor is electrically connected to the conductive connection part.
  • the external electrode patterned on the outer surface of the substrate; First and second internal electrodes formed on an inner surface of the substrate and electrically connected to each of the capacitor and the varistor element; And a connection electrode connecting the external electrode and the first and second internal electrodes, respectively, wherein the varistor element and the conductive connection part are disposed to face each other by being spaced apart by the gap gap.
  • the plastic injection molding is formed with a groove portion for exposing the capacitor to the outside, the groove portion is preferably filled with a conductive material is connected to the capacitor and the conductive connection portion.
  • the outer surface of the varistor element is preferably provided with an electrode pattern to form the bottom of the gap.
  • the electrode pattern is formed on the outer surface of the capacitor is preferably electrically connected to the conductive connection.
  • first and second solid conductors are assembled to the substrate and spaced apart from each other; An external electrode patterned on an outer surface of the substrate; A first internal electrode formed on an inner surface of the substrate to connect the capacitor and the first solid conductor; A second internal electrode formed on an inner surface of the substrate to connect the second solid conductor and the varistor element; It is preferable to further include a connecting electrode for connecting the external electrode and each of the first and second internal electrodes.
  • the gap is formed between the second solid conductor and the conductive connection portion
  • the plastic injection molding is formed with a groove portion for exposing the capacitor to the outside, the groove portion is filled with a conductive material is the capacitor and the conductive It is good to connect the connection.
  • the first solid conductor is disposed at the same height as the plastic injection molded product and is directly connected to the conductive connecting portion, and the gap is formed between the second solid conductor and the conductive connecting portion.
  • At least one of the first and second solid conductors may include a short bar.
  • At least one of the first and second solid conductors may be formed by hardening a conductive material by filling a groove formed in the plastic injection molding.
  • the solid conductor is assembled to the substrate; An external electrode patterned on an outer surface of the substrate; A first internal electrode formed on an inner surface of the substrate and connected to the capacitor; A second internal electrode formed on an inner surface of the substrate to connect the solid conductor and the varistor element; It is preferable to further include a connecting electrode for connecting the external electrode and each of the first and second internal electrodes.
  • the electric shock prevention device manufacturing method of the present invention for achieving the above object, the first and second internal electrodes and the external electrode and the first and second internally patterned pattern formed on the outer surface of the substrate, the inner surface is separated from each other And preparing a substrate on which connection electrodes connecting the second internal electrodes are formed, respectively.
  • the gap in the PCB injection molding manufacturing step, it is preferable to form the gap at a position corresponding to the varistor element.
  • the PCB injection molding manufacturing step it is preferable to further include forming a groove to expose the capacitor to the outside of the plastic injection, and filling the groove in the conductive material.
  • the assembling may further include assembling a first solid conductor to an inner surface of the substrate so as to be connected to the first inner electrode, and assembling a second solid conductor to be connected to the second inner electrode. It is good to include.
  • the groove is formed to expose the first solid conductor to the outside of the plastic injection molding, and further comprising the step of filling a conductive material in the groove.
  • the first solid conductor may be disposed to directly connect the first solid conductor and the conductive connection portion, or the plastic injection molding may be formed at the same height as the first solid conductor. It is good.
  • the assembling may include assembling a solid conductor on the inner surface of the substrate so as to be connected to the second internal electrode, and the void is formed at a position corresponding to the solid conductor, and the capacitor is the plastic injection molded product. It is preferable to be disposed to be directly connected to the conductive connection portion exposed to the outside of the.
  • the conductive connection portion it is preferable to include a conductive silicon or conductive elastic piece bonded to the metal plate.
  • the electric shock prevention device of the present invention in the state of assembling the capacitor and varistor element on the substrate using a plastic injection mold to form a void integrally to produce a PCB injection molding. And it can be manufactured by bonding a conductive connection to the manufactured PCB injection molding.
  • the voids are formed by injection molding in this way, it is possible to process at a low temperature compared with the prior art.
  • the gaps of the voids can be formed at a desired level, and the molding can be made to a certain size without variation of the voids.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric shock prevention device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially separated perspective view showing an electric shock prevention device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the electric shock prevention device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the electric shock prevention apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially separated perspective view illustrating the electric shock prevention device shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the electric shock prevention apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partially separated perspective view illustrating the electric shock prevention device illustrated in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the electric shock prevention apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partially separated perspective view illustrating the electric shock prevention device illustrated in FIG. 9.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the electric shock prevention apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partially separated perspective view illustrating the electric shock prevention device illustrated in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an electric shock prevention device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a side view of the electric shock prevention device shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a schematic view for explaining the function of the electric shock prevention device according to an embodiment of the present invention.
  • the electric shock prevention device 100 includes a conductive exterior case 11 (hereinafter referred to as a “metal conductor”) in contact with a human body of the electronic device, and a PCB module inside the electronic device. It may be installed to electrically connect between the (13).
  • the electric shock prevention device 100 provides a discharge path of static electricity flowing from the metal conductor 11, and serves to block leakage current from the electronic device to the metal conductor 11.
  • the electric shock prevention device 100 serves to pass the RF signal from the metal conductor 11 to the PCB module 13.
  • the electric shock prevention device 100 having the above function includes a substrate 110, a capacitor 120 installed on the substrate 110, a varistor element 130, and a substrate (
  • the plastic injection molding 140 is integrally coupled to the upper portion of the 110, and the conductive connection part 150 is coupled to the outside of the plastic injection molding 140.
  • the substrate 110 is to be electrically connected to the PCB module 13 of the electronic device 10, the external electrode 111 is formed on the outer surface, the first and second internal electrodes 112, 113 on the inner surface ) Is patterned.
  • the external electrode 111 is connected by the connection electrodes 114 and 115 formed through the outer surface and the inner surface of the substrate 110.
  • the capacitor 120 is assembled to a solder printed or conductive paste portion on the substrate 110 and then coupled through a reflow process or a thermosetting process to be connected to the first internal electrode 112.
  • the capacitor 120 passes the RF signal flowing from the metal conductor 11 and transmits the RF signal to the PCB module 13.
  • the capacitor 120 may be coupled in a modular state in the form of a chip, and its specific configuration may be variously made.
  • the capacitor 120 illustrated in the present invention has a configuration in which connection terminals are formed at some edges or corners of both ends. In the first exemplary embodiment, the connection terminals of both ends of the capacitor 120 are arranged to be connected to all of the first internal electrodes 111.
  • the specific configuration of the capacitor 120 having such a configuration can apply a known technique, and since the specific configuration does not limit the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
  • the varistor element 130 is assembled to the inner surface of the substrate 110 and electrically connected to the second internal electrode 113.
  • the varistor element 130 is provided with a gap G formed between the conductive connection portion 150, thereby providing a discharge path of static electricity flowing through the metal conductor 11.
  • the varistor element 130 prevents the leakage current inside the electronic device 10 from leaking to the conductor 11 through the conductive connection 150.
  • the varistor element 130 may have a modular configuration in the form of a chip, and a varistor having various known configurations may be applied. That is, since the specific configuration of the varistor element 130 does not limit the present invention, the specific configuration will be omitted.
  • the varistor element 130 is assembled to the inner surface of the substrate 110 in the same manner as the capacitor 120, and is coupled to be electrically connected to the second internal electrode 115.
  • the varistor element 130 is provided with connection terminals at some edges or corners of both ends. According to the arrangement of the varistor element 130, each connection terminal of both ends is connected to the second internal terminal 113, or only one connection terminal is connected to the second internal terminal 113, and the other connection terminal is a void ( It may be exposed to the G) side or may be coupled to the plastic injection molding (140).
  • the plastic injection molding 140 may be manufactured integrally by injection molding by filling a space of the inner surface of the substrate 110, that is, the surface on which the capacitor 120 and the varistor element 130 are installed with a plastic material. Before the injection molding process, the capacitor 120 and the varistor element 130 may be hardened by applying a curing adhesive such as a bond to the plastic injection molding 140.
  • the gap G is formed in a portion corresponding to the varistor element 130.
  • a groove 141 into which a conductive adhesive 145 such as conductive paste, conductive silicon, and solder is injected is formed in the portion corresponding to the capacitor 120.
  • the void G and the groove 141 may be formed to be exposed to the outer surface of the plastic injection molding 140.
  • the gap G and the groove 141 formed by the injection mold may be formed in a sufficient size, and precisely formed in a desired shape and size.
  • the so-called pore layer forming the pores G is injection molded using a plastic material, it can be molded in a low temperature (approximately 320 ° C. or less) environment as compared with the conventional ceramic material.
  • it is possible to eliminate the deviation of the gap, and to form a sufficient thickness can solve the ESD and withstand voltage characteristics. That is, even if a high voltage is applied, the ESD function can be normally performed by the gap G of a sufficient gap.
  • the conductive connector 150 is bonded to the outside of the plastic injection molding 140, and includes a conductive silicon (conductive sponge) 151 and a metal plate 153 bonded to one surface of the conductive silicon 151.
  • the conductive silicon 151 has conductivity and can be elastically deformed by an external force.
  • the metal plate 153 is temporarily bonded to one surface of the conductive silicon 151 by a conductive epoxy film or the like.
  • the metal plate 153 may be formed of a copper material.
  • the conductive connection 150 having the above configuration may be coupled in a manner that is pressed and cured on the outer surface of the plastic injection molding 140.
  • the conductive connection 150 may be bonded by a conductive bond including a bond (adhesive), a conductive paste, a conductive epoxy, a conductive film, a solder, and the like.
  • the metal plate 153 is electrically connected to the capacitor 120 by the various conductive junctions 145 described above, and is coupled to the varistor element 130 so as to face each other with the gap G therebetween.
  • the conductive connection part 150 is connected to the metal case of the electronic device 10, that is, the metal conductor 11, and the substrate 110 is connected to the PCB module 13. It is installed inside the electronic device 10 as much as possible.
  • the electric shock prevention device 100 installed in the electronic device 10 may discharge and discharge static electricity flowing from the metal conductor 11 through the space G, and the leakage current from the inside may be discharged by the varistor element 130. Leakage to the outside can be blocked.
  • the RF signal from the outside may be transferred to the internal PCB module 14 through the capacitor 120.
  • the electrode patterns 116 and 117 may be formed on the exposed surface of the capacitor 120 and the exposed surface of the varistor element 130, respectively. ) Is characterized in that it is provided.
  • the electrode pattern 116 may be formed by being printed or plated on the outer surface of the capacitor 120 before injection molding the plastic injection molding 140. After molding the plastic injection molding 140, the electrode pattern 116 is exposed to the groove 141 to be connected to the conductive adhesive 145, that is, the solder or the conductive paste.
  • each of the capacitor 120 and the varistor element 130 is placed upright so that the connection terminals formed at each of both ends are disposed at the bottom and the top thereof.
  • the electrode patterns 116 and 117 may be positioned on the exposed surfaces of the capacitor 120 and the varistor element 130.
  • the electrode patterns 116 and 117 may also be stacked on the outer side of the varistor element 130 by printing or plating before molding the plastic injection molding 140.
  • the PCB injection molding 170 ′′ may have a capacitor 120 and a varistor on the inner surface of the substrate 110.
  • the elements 130 are spaced apart from each other, and the first and second solid conductors 181 and 183 are further disposed between them 1210 and 130.
  • the first solid conductor 181 is disposed on the substrate 110 and electrically connected to the first internal electrode 112, and the second solid conductor 182 is disposed on the substrate 110. It is electrically connected to the second internal electrode 113.
  • the groove 141 formed in the plastic injection molding 140 is formed at a position corresponding to the first solid conductor 181, and the gap G is positioned at a position corresponding to the second solid conductor 182.
  • the groove 141 is filled with a conductive adhesive 145 to be electrically connected to the conductive connector 150 and the first solid conductor 181.
  • the second solid conductor 183 disposed to face the gap G is connected to the varistor element 130 through the second internal electrode 113. Therefore, the static electricity flowing through the conductive connecting portion 150 may be discharged through the gap G between the second solid conductor 183 and the conductive connecting portion 150, and the leakage current therein may be the varistor element 130. ) To prevent leakage to the outside.
  • the first and second solid conductors 181 and 183 are assembled on the substrate 110 in the same manner as the capacitor 120 and the varistor element 130. That is, as described above with reference to FIG. 3, when assembling the capacitor 120 and the varistor element 130 to the substrate 110 in step S11, the first and second solid conductors 181 and 183 are also included. Assemble Thereafter, the plastic molding may be injected into the mold to form the groove part 141 and the gap G in the same method in the portion corresponding to each of the capacitor 120 and the varistor element 130 during injection molding. That is, only the formation positions of the grooves 141 and the gaps G are changed, and then the manufacturing process may proceed in the same manner.
  • the electric shock prevention apparatus 200 includes a PCB injection molding 270 and a conductive connection portion 150.
  • the PCB injection molding 270 includes a capacitor 120, a varistor element 130, and first and second solid conductors 181 ′ and 183, which are assembled on the substrate 110.
  • the two solid conductors 181 ′ and 183 are characterized by having different heights.
  • the first solid conductor 181 ′ electrically connected to the capacitor 120 by the first internal electrode 112 is exposed to the outer surface of the plastic injection molding 140 to the conductive connection 150. Directly bonded and connected.
  • the second solid conductor 183 is disposed to face the conductive connection portion 150 spaced apart by the gap between the gaps G formed during the molding of the plastic injection molding 140.
  • the second solid conductor 183 is electrically connected to the varistor element 130 through the second internal electrode 113.
  • PCB injection molding 270 having the above-described configuration, after assembling and installing the capacitor 120, the varistor element 130, the first and second solid conductors (181 ', 183) on the substrate 110, the injection mold In the process of injecting the plastic molding by using the molding can be manufactured so that the height of the plastic injection molding 140 is determined by the height of the first solid conductor 181 '. Accordingly, a separate film may be used between the first solid conductor 181 ′ and the conductive connection portion 150 to thermally cure the film to be directly electrically connected.
  • a groove is formed in the plastic injection molding 140 to a depth at which the first internal terminal 112 is exposed, and then conductive parts including solder cream or the like are formed in the groove.
  • the paste may be filled and molded to the same height as the first solid conductor 181 ′ to be electrically connected to the conductive connector 150.
  • the electric shock prevention apparatus 200 ′ according to the fifth exemplary embodiment of the present invention is different from the electric shock prevention apparatus 200 according to the fourth exemplary embodiment described above.
  • the sieve 180 ' is omitted, and only the second solid conductor 183 is installed to be connected to the varistor element 130, and the capacitor 120 is disposed outside the first internal electrode 112 and the plastic injection molding 140. It has a configuration configured to be connected to the conductive connection 150 by the electrode 116 exposed to.
  • the electric shock prevention device 200 ′ having such a configuration may be directly bonded by a conductive material when bonding the PCB injection product 270 and the conductive connection part 150, and the conductive material may be a conductive film or an epoxy. And the like.
  • the solid conductor described in the embodiments of the present invention may include a so-called short bar, and also the solder, conductive paste, etc. in the groove formed in the plastic injection molding 140 Filled and hardened conductors may be included.
  • a so-called 'conductive connection part 250 coupled to the outer side of the PCB injection moldings 170 and 270' is referred to as ''.
  • a conductive elastic piece 251 having a C clip 'shape and a metal plate 253 coupled to the bonding surface of the conductive elastic piece 251 are provided.
  • the conductive elastic piece 251 is a part connected to the conductive outer case of the electronic device and the like.
  • the conductive elastic piece 251 has a clip shape that can be elastically deformed so as to be in elastic contact with the conductive outer case, that is, the metal conductor 11 when the electric shock prevention device 200 ′′ is installed in the electronic device.
  • the piece 251 has a plate-shaped junction 251a to which the metal plate 253 is coupled, and an elastic contact portion 251b to elastically contact the metal conductor 11 that is bent and extended at one end of the junction 251a. do.
  • the metal plate 253 may be formed integrally with the junction portion 251a, or may be separately manufactured and then combined.
  • the combination of the metal plate 253 and the conductive elastic piece 251 may be combined using various bonding means such as heat fusion, welding, bonding, conductive bonding film, and the like.
  • a metal plate 255 may be further installed between the PCB injection moldings 170 and 270 and the conductive connector 200 ′′.
  • the metal plate 255 may be bonded to and bonded to an outer surface of the PCB injection molded products 170 and 270 with a conductive material (conductive film, solder, etc.), and a conductive film with the metal plate 253 on the conductive connection part 250 side. Or it may be bonded by a conductive bonding such as solder (Solder).
  • a conductive material conductive film, solder, etc.
  • solder solder
  • the elastic piece 251 may be directly bonded to the metal plate (255). That is, only one of the two metal plates 253 and 255 may be installed and configured, or both may be included.
  • a solder or a conductive paste is printed on the PCB substrate 110 (S10), and a curing or reflow process is performed in a state in which the capacitor 120 and the varistor element 130 are assembled on the printed conductive material. Bonding through (S11).
  • the solid conductor (short bar) may be further assembled and bonded in step S11, and a detailed description thereof has been described in detail through the second to fourth embodiments.
  • a fixing adhesive is injected into the capacitor 120, the varistor element 130, and the short bar (solid conductor), and cured (S12), and the capacitor 120, the varistor element 130, and the short bar (solid type)
  • the plastic injection molding 140 is molded by molding a space around the conductor into a plastic material (S13). In the process S13, the gap G and the groove 141 are formed on the outer surface of the plastic injection molding 140.
  • a conductive material such as a conductive paste is injected into the formed groove 141 and cured (S14).
  • a conductive material such as a conductive paste is injected into the formed groove 141 and cured (S14).
  • the capacitor 120 and the conductive connection portion 150 are directly applied using a conductive epoxy film.
  • PCB injection moldings 170, 170 ', 170 ", 270, 270' and 270" are manufactured by molding a capacitor and a varistor element on a substrate 110 by a plastic material.
  • the metal plates 153 and 155 are bonded to the outer surfaces of the PCB injection products 170, 170 ′, 170 ′′, 270 270 ′, 270 ′′ with a conductive material (S16).
  • the conductive connection parts 150 and 250 are prepared, and after the connection, the conductive material (film) is temporarily bonded to the lower surface (bonding surface) (S17), and the conductive connection parts 150 and 250 to which the conductive material is temporarily bonded are introduced into the process. (S18).
  • the conductive connection parts 150 and 250 introduced are integrated by thermally compressing or soldering the PCB injection products 170, 170 ′, 170 ′′, 270 270 ′, 270 ′′ (S19).
  • the conductive connecting portion 150 may be directly bonded to the metal plate 153, and in the case of the conductive connecting portion 250, the metal plate 253 bonded to the metal plate 255 may be elastic to the conductive connecting portion 250. You may join together in the state previously couple
  • the metal plate 253 may be omitted, and the elastic plate 151 may be directly contacted with the metal plate 255 to integrate the metal plate 253.
  • the conductive connectors 150 and 250 joined and bonded as described above are cut into a predetermined size by cutting the PCB injection products 170, 170 ', 170 ", 270, 270', and 270" (S20).
  • the electric shock prevention device 100 of the minimum unit is cut and inspected the characteristics and appearance of the modularized component (S21), and a component without abnormalities may be packaged and shipped (S22).
  • the voids G are injection-molded using a plastic injection mold, so that the voids G may be processed at a low temperature as compared with the prior art. It becomes possible to solve the problem of the withstand voltage characteristic at the time of high temperature shaping
  • the voids (G) by injection molding, it is possible to mold the gap of the voids (G) sufficiently large, it is possible to precisely mold with a minimum error, which can significantly lower the defective rate of parts There is this.
  • the PCB 120 is manufactured using a process of injecting and molding a plastic molding using an injection mold in a state in which the capacitor 120 chip, the varistor element 130 and the short bar are assembled on the substrate 110.
  • the process is simple and the structure of the parts is simple, which can shorten manufacturing time and reduce costs.
  • the simple structure can reduce the process error of the product to provide a reliable component at a low price.
  • Electric shock prevention device 110 100,100 ', 100 ", 200,200', 200". Electric shock prevention device 110. Board

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Abstract

기판의 일면에 서로 이격되어 설치되는 커패시터와 바리스터 소자와, 기판의 일면에서 커패시터와 바리스터 소자 주변에 주입되어 일체로 사출 형성되는 플라스틱 사출물과, 플라스틱 사출물의 외측에 결합되어 전자기기의 인체 접촉 가능한 메탈 도체와 연결되는 도전성 연결부를 포함하며, 플라스틱 사출물에는 도전성 연결부를 통해 유입되는 정전기의 방전을 위한 공극이 바리스터 소자와 전기적으로 연결되고, 도전성 연결부와는 간극을 두고 대응되게 형성되고, 커패시터는 도전성 연결부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 감전 방지장치 및 그 제조방법에 개시된다.

Description

감전 방지 장치 및 그 제조방법
본 발명은 감전 방지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전원에 의한 누설전류로부터 사용자를 보호하고 외부의 정전기로부터 내부회로를 보호할 수 있는 감전 방지 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 출시되고 있는 휴대용 전자기기는 소형화, 경량화 및 다기능화에 따라 내부에 다양한 부품소자들이 집약되어 설치된다. 이러한 휴대용 전자기기는 외부로부터의 충격에 매우 민감하기 때문에 외부의 충격 등으로부터 내부의 전자회로 등 부품들을 보호하기 위해서 견고한 하우징으로 감싸여 있다.
최근에는 전자기기의 심미성과 견고함 등을 향상시키기 위해서 메탈 재질의 하우징의 채택이 증가하고 있다. 이러한 메탈 재질의 하우징은 재질의 특성상 전기전도도가 우수하기 때문에, 특정소자를 통하여 또는 부위에 따라 외장 하우징과 내장 PCB 모듈 사이에 전기적 경로가 형성될 수 있다. 따라서, 외부의 노출면적이 큰 메탈 하우징과 같은 메탈 도체를 통하여 순간적으로 높은 전압을 갖는 정전기가 내장 PCB 모듈로 유입되는 경우, IC 등의 PCB 모듈가 파손될 수 있기 때문에 이에 대한 대책이 요구되고 있다.
한편, 휴대용 전자기기는 통상적으로 충전기를 사용하여 배터리를 충전하여 사용하게 된다. 상기 충전기는 외부의 AC 전원을 DC 전원으로 정류한 후, 다시 트랜스포머를 통하여 휴대용 전자기기에 적합한 낮은 DC 전원으로 변환한다. 여기서 트랜스포머의 전기적 절연성을 강화하기 위해 트랜스포머 양단에 커패시터로 구성된 Y-CAP이 설치된다.
그런데 비정품 충전기 등과 같이, Y-CAP이 정규 특성을 갖지 못하는 경우에는 Y-CAP에 의해 DC 전원이 충분히 차단되지 못할 수 있다. 또한, 비정품 충전기는 AC 전원에 의해 누설전류가 발생할 수 있다. 이러한 누설전류는 접지부를 따라 전파될 수 있다.
이와 같이, 누설전류는 휴대용 전기기기의 외장 하우징(케이스)과 같이 인체가 접촉 가능한 메탈 도체에도 전달될 수 있다. 때문에, 사용자에게 찌릿찌릿한 느낌의 불쾌감을 줄 수 있고, 심한 경우 사용자가 감전에 의해 치명상을 입을 수도 있다.
따라서, 메탈 하우징을 적용한 휴대폰과 같은 전자기기는 이와 같은 누설전류로부터 사용자를 보호하기 위한 방안이 요구되었다.
상기와 같은 점을 감안하여 최근에는 외부로부터의 정전기를 차단함은 물론, 누설전류로부터 사용자를 보호할 수 있도록 하기 위한 감전보호소자 등에 대해 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 그 일예로서 대한민국 등록특허 제10-1585604호 및 등록특허 제10-1608226호 등이 있다.
상기 종래의 감전보호소자에 의하면, 세라믹 재질의 시트층을 다층구조로 적층하여 소자의 몸체를 형성하는 과정에서, 그 내부에 전극패턴을 적층하여 내부전극을 형성한다. 그리고 내부전극들 사이에 공극을 형성함으로써 정전기 방전(ESD) 기능을 갖는 커패시터 내지 감전보호부(바리스터 기능)를 가지는 구조로 형성된다.
그런데 이와 같은 구성을 가지는 종래의 감전보호소자는 세라믹 재질로 소체를 적층하는 과정에서 공극을 형성하게 되는데, 세라믹 재질은 재질의 특성상 소결온도가 높고(900~1200℃), 층간 두께가 얇다. 때문에 감전보호소자의 제조과정에서 공극의 정밀도가 떨어지고, 편차가 심해서 ESD 및 내전압 특성의 안정성을 확보하기 어렵다.
이와 같이 종래 기술에 의한 감전보호소자는 재질 및 구조적인 문제로 인하여 ESD 기능을 완전하게 수행하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래 기술에 의하면 고전압(10kV) 이상이 인가될 경우 커패시터가 전압을 흡수하게 되어 접지로 흘러내리 수 없게 되므로 ESD 기능을 할 수 없게 된다. 즉, EDS 기능과 내전압 특성을 해결하기 위해서는 공극 형상, 높이 및 정밀도가 매우 중요한데, 세라믹 재질로 적층하여 형성되는 종래의 기술에 의하면, 세라믹 재질의 특성상 그 두께를 늘리면서 공극의 정밀성과 소체의 안정성을 확보하는데 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 감전보호소자는 내전압 350 Vdc(V 1mA) 이상을 견딜 수 있는 전기적 특성이 요구되는데, 종래의 세라믹재질로 형성된 감전보호소자로는 바리스터 기능을 하는데 있어서 한계가 있다.
또한, 종래기술에 의하면, 세라믹 재질을 여러 층으로 적층하여 구현함에 있어서, 세라믹층 사이에 전극패턴을 프린트 방식으로 적층하여 구현하여 커패시터층을 형성하고, 커패시터층들 사이에 바리스터층을 구현해야 하므로 구조가 복잡하ㄷ다. 그로 인해 제조 공정이 까다로워 생산성이 저하됨은 물론, 비용이 증가하게 되된다. 또한, 공정상의 오차발생 확률이 증가하여 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 이와 같이 메탈 재질의 외장 하우징을 구비한 휴대용 전자기기는 다기능화에 따라 기능별로 복수의 안테나를 구비한다. 복수의 안테나 중 적어도 일부는 내장형 안테나로서, 휴대용 전자기기의 외장 하우징에 배치되거나, 메탈 하우징 자체를 안테나로 사용하는 추세이다.
이와 같은 경우, 안테나와 휴대용 전자기기의 내부 회로가 연결되어야 하는데, 이때, 통신 신호를 감쇄 없이 내부회로로 원활하게 전달할 수 있어야 한다.
그러나 상술한 바와 같이, 통신 신호의 효과적인 전달을 위해 해당 소자의 커패시턴스를 증가시키는 경우, 외부의 정전기에 의해 절연파괴되고, 따라서 해당 소자가 파손되는 문제점이 있다.
더욱이, 상술한 바와 같이, 외부전원에 의한 누설전류를 차단하기 위한 높은 항복전압의 구현과 통신 신호를 전달하기 위한 고용량 커패시턴스의 구현은 서로 상반되는 효과 때문에 달성이 곤란하다, 따라서 정전기로부터의 보호, 누설전류의 차단과 동시에 높은 커패시턴스를 구현할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
대한민국 등록특허 제10-1585604호
대한민국 등록특허 제10-1608226호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 공극 간격을 원하는 크기로 정밀하게 형성하여 ESD 기능과 내전압특성을 동시에 구현하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 감전 방지 장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 감전 방지 장치는, 기판; 상기 기판의 일면에 서로 이격되어 설치되는 커패시터와 바리스터 소자; 상기 기판의 일면에서 상기 커패시터와 바리스터 소자 주변에 주입되어 일체로 사출 형성되는 플라스틱 사출물; 상기 플라스틱 사출물의 외측에 결합되어 전자기기의 인체 접촉 가능한 메탈 도체와 연결되는 도전성 연결부;를 포함하며, 상기 플라스틱 사출물에는 상기 도전성 연결부를 통해 유입되는 정전기의 방전을 위한 공극이 상기 바리스터 소자와 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 연결부와는 간극을 두고 대응되게 형성되고, 상기 커패시터는 상기 도전성 연결부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극; 상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터 및 상기 바리스터 소자 각각에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2내부전극; 및 상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하며, 상기 공극을 통해 상기 바리스터 소자와 상기 도전성 연결부가 공극 간극만큼 이격되어 직접 마주하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 플라스틱 사출물에는 상기 커패시터를 외부로 노출시키는 홈부가 형성되며, 상기 홈부에는 도전성 물질 충진되어 상기 커패시터와 상기 도전성 연결부가 연결되는 것이 좋다.
또한, 상기 바리스터 소자의 외면에는 전극패턴이 설치되어 상기 공극의 바닥을 이루는 것이 좋다.
또한, 상기 커패시터의 외면에는 전극패턴이 형성되어 상기 도전성 연결부와 전기적으로 연결되는 것이 좋다.
또한, 상기 기판에 조립되며 서로 이격되는 제1 및 제2고체형 도전체와; 상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극; 상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터와 상기 제1고체형 도전체를 연결하는 제1내부전극; 상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 제2고체형 도전체와 상기 바리스터 소자를 연결하는 제2내부전극; 상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 공극은 상기 제2고체형 도전체와 상기 도전성 연결부 사이에 형성되고, 상기 플라스틱 사출물에는 상기 커패시터를 외부로 노출시키는 홈부가 형성되며, 상기 홈부에는 도전성 물질이 충진되어 상기 커패시터와 상기 도전성 연결부를 연결하는 것이 좋다.
또한, 상기 제1고체형 도전체는 상기 플라스틱 사출물과 동일 높이로 배치되어 상기 도전성 연결부에 직접 연결되고, 상기 공극은 상기 제2고체형 도전체와 상기 도전성 연결부 사이에 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2고체형 도전체 중 적어도 어느 하나는 쇼트바를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2고체형 도전체 중 적어도 어느 하나는 상기 플라스틱 사출물에 형성된 홈부에 도전성 물질을 충진하여 경화되어 형성된 것이 좋다.
또한, 상기 기판에 조립되는 고체형 도전체와; 상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극; 상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터와 연결되는 제1내부전극; 상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 고체형 도전체와 상기 바리스터 소자를 연결하는 제2내부전극; 상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 감전 방지 장치 제조방법은, 기판의 외면에 패턴 형성된 외부전극과, 내면에 서로 분리되도록 패턴 형성되는 제1 및 제2내부전극 및 상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극을 각각 연결하는 연결전극이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 준비된 기판의 내면에 상기 제1 및 제2내부전극 각각에 연결되도록 커패시터와 바리스터 소자를 조립하는 단계; 상기 기판에 사출금형을 이용하여 플라스틱 몰딩을 주입하여 상기 커패시터와 바리스터 소자와 결합되는 플라스틱 사출물을 형성하여 PCB 사출물을 제조하는 단계; 도전성 연결부를 상기 PCB 사출물의 외측에 결합하는 단계; 상기 도전성 연결부와 상기 PCB 사출물을 절단하여 단위별 감전 방지 장치를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 PCB 사출물 제조단계에서, 상기 바리스터 소자에 대응되는 위치에 상기 공극을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 PCB 사출물 제조단계에서, 상기 커패시터를 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되도록 홈부를 형성하고, 상기 홈부에 도전성 물질을 충진하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 조립하는 단계는 상기 기판의 내면에 상기 제1내부전극에 연결되도록 제1고체형 도전체를 조립하고, 상기 제2내부전극에 연결되도록 제2고체형 도전체를 조립하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제2고체형 도전체에 대응되는 위치에 상기 공극을 형성하는 것이 좋다.
또한, 상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제1고체형 도전체를 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되도록 홈부를 형성하고, 상기 홈부에 도전성 물질을 충진하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제1고체형 도전체와 상기 도전성 연결부가 직접 연결되도록 상기 제1고체형 도전체를 배치하거나 상기 플라스틱 사출물을 상기 제1고체형 도전체와 동일 높이로 형성하는 것이 좋다.
또한, 상기 조립하는 단계는 상기 기판의 내면에 상기 제2내부전극에 연결되도록 고체형 도전체를 조립하고, 상기 공극은 상기 고체형 도전체에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 커패시터는 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되어 상기 도전성 연결부에 직접 연결되도록 배치되는 것이 좋다.
또한, 상기 도전성 연결부는, 금속플레이트에 접합되는 도전성 실리콘 또는 도전성 탄성편을 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 감전 방지 장치 및 그 제조방법에 따르면, 기판상에 커패시터 및 바리스터 소자를 조립한 상태에서 플라스틱 사출금형을 이용하여 공극을 일체로 형성하여 PCB 사출물을 제작한다. 그리고 제작된 PCB 사출물에 도전성 연결부를 접합하여 제조할 수 있다. 이와 같이 사출성형에 의해 공극을 형성하게 되면, 종래기술에 비하여 저온에서 가공할 수 있게 된다. 또한, 공극의 간격을 원하는 수준으로 형성할 수 있음은 물론, 공극의 편차 없이 일정한 크기로 성형하는 것이 가능해진다.
따라서, ESD 기능을 완전하게 수행함은 물론, 내전압 특성을 향상시켜서 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 간단한 구조를 가지므로, 제조 공정이 단순화되어 생산성을 높일 수 있으며, 제조 비용을 낮을 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 결합 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 부분 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 감전 방지 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 결합 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 감전 방지 장치를 나타내 보인 부분 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 결합 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 감전 방지 장치를 나타내 보인 부분 분리 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 결합 단면도이다.
도 9는 도 9에 도시된 감전 방지 장치를 나타내 보인 부분 분리 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 결합 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 감전 방지 장치를 나타내 보인 부분 분리 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 감전 방지 장치를 나타내 보인 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 감전 방지 장치의 측면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 감전 방지 장치의 기능을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 감전 방지 장치 및 그 제조방법을 자세히 설명하기로 한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 감전 방지 장치(100)는, 전자기기의 인체와 접촉되는 도전성 외장 케이스(11; 이하 '메탈 도체'라 함)와, 전자기기 내부의 PCB 모듈(13) 사이를 전기적으로 연결되도록 설치될 수 있다. 이러한 감전 방지 장치(100)는 메탈 도체(11)로부터 유입되는 정전기의 방전 경로를 제공하고, 전자기기 내에서 메탈 도체(11)로의 누설전류는 차단하는 역할을 한다. 또한, 감전 방지 장치(100)는 메탈 도체(11)로부터의 RF 신호를 통과시켜 PCB 모듈(13)로 전달하는 역할을 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기와 같은 기능을 하는 감전 방지 장치(100)는, 기판(110), 기판(110)의 상부에 설치되는 커패시터(120)와 바리스터 소자(130), 기판(110)의 상부에 일체로 결합되는 플라스틱 사출물(140), 상기 플라스틱 사출물(140)의 외측에 결합되는 도전성 연결부(150)를 구비한다.
상기 기판(110)은 전자기기(10)의 PCB 모듈(13)에 전기적으로 연결 가능하게 설치되는 것으로서, 외면에 외부전극(111)이 패턴 형성되고, 내면에는 제1 및 제2내부전극(112,113)이 패턴 형성된다. 그리고 외부전극(111)은 기판(110)의 외면과 내면을 통과하여 형성되는 연결전극(114,115)에 의해 연결된다.
상기 커패시터(120)는 기판(110) 상에 솔더 프린팅 또는 전도성 페이스트(paste) 된 부분에 조립된 뒤 reflow 공정 또는 열경화 공정을 거쳐 결합되어 제1내부전극(112)과 연결된다. 이러한 커패시터(120)는 메탈 도체(11)로부터 유입되는 RF 신호를 통과시켜 PCB 모듈(13)로 전달하는 역할을 한다. 이러한 커패시터(120)는 칩(chip) 형태로 모듈화된 상태로 결합 될 수 있으며, 그 구체적인 구성은 다양하게 이루어질 수 있다. 본 발명에서 예시한 커패시터(120)는 양단부의 일부 테두리 또는 모서리부분에 접속단자가 형성된 구성을 가진다. 제1실시예에서는 커패시터(120) 양단부의 접속단자가 제1내부전극(111)에 모두 접속될 수 있도록 배치된 것으로 도시하였다. 이러한 구성의 커패시터(120)의 구체적인 구성은 공지의 기술을 적용할 수 있는 것이며, 그 구체적인 구성이 본 발명을 한정하는 것이 아니므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 바리스터 소자(130)는 기판(110)의 내면에 조립되며 제2내부전극(113)과 전기적으로 연결된다. 이러한 바리스터 소자(130)는 도전성 연결부(150)와의 사이에 형성되는 공극(G)이 마련됨으로써, 메탈 도체(11)를 통해 유입되는 정전기의 방전 경로를 제공한다. 또한, 바리스터 소자(130)는 전자기기(10) 내부에서의 누설전류가 도전성 연결부(150)를 통해 도전체(11)로 누설되는 것을 차단한다. 이러한 바리스터 소자(130)는 칩(chip) 형태로 모듈화된 구성을 가질 수 있으며, 공지의 다양한 구성을 갖는 바리스터가 적용될 수 있다. 즉, 바리스터 소자(130)의 구체적인 구성은 본 발명을 한정하는 것이 아니므로, 구체적인 구성을 생략하기로 한다. 다만 바리스터 소자(130)는 기판(110)의 내면에 커패시터(120)와 같은 방법으로 조립되어, 제2내부전극(115)에 전기적으로 연결되도록 결합된다. 일예로서, 바리스터 소자(130)는 양단부의 일부 테두리부 또는 모서리부에 접속단자가 마련된다. 바리스터 소자(130)의 배치자세에 따라서 양단부 각각의 접속단자가 제2내부단자(113)에 연결되거나, 어느 한쪽 접속단자만 제2내부단자(113)에 연결되고, 타측의 접속단자는 공극(G) 측으로 노출되거나 플라스틱 사출물(140)에 결합 될 수도 있다.
상기 플라스틱 사출물(140)은 기판(110)의 내면 즉, 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)가 설치된 면의 공간을 플라스틱 소재로 몰딩하여 채워서 사출성형하여 일체로 제작될 수 있다. 사출성형 공정 전에 커패시터(120) 및 바리스터 소자(130)에 본드 등의 고정용 접착제를 도포하여 경화시킴으로써 플라스틱 사출물(140)과 견고하게 결합 될 수 있다. 여기서 플라스틱 사출물(140)을 사출금형으로 제조하는 과정에서, 바리스터 소자(130)에 대응되는 부분에 공극(G)이 형성되ㄷ된다. 커패시터(120)에 대응되는 부분에는 도전성 페이스트, 도전성 실리콘, 솔더 등의 도전성 접착제(145)가 주입되는 홈부(141)가 형성된다. 즉, 플라스틱 사출물(140)을 금형을 이용하여 성형하는 과정에서 상기 공극(G)과, 홈부(141)를 플라스틱 사출물(140)의 외면으로 노출되도록 형성할 수 있다. 이와 같이 사출금형에 의해 형성된 공극(G)과 홈부(141)는 충분한 크기로 형성할 수 있으며, 원하는 형상 및 사이즈로 정밀하게 형성할 수 있게 된다.
이와 같이 공극(G)을 형성하는 소위 공극층을 플라스틱 소재로 하여 사출성형하게 되면, 종래에 세라믹 재질로 형성하는 것에 비하여 낮은 온도(대략 320℃ 내외) 환경에서 성형할 수 있다. 또한, 공극의 편차를 없앨 수 있고, 충분한 두께로 형성이 가능하므로 ESD 및 내전압 특성을 해결할 수 있게 된다. 즉, 고전압이 인가되더라도 충분한 간극의 공극(G)에 의해 ESD 기능을 정상적으로 수행하는 것이 가능하게 된다.
상기 도전성 연결부(150)는 플라스틱 사출물(140)의 외측에 접합되는 것으로서, 도전성 실리콘(도전성 스펀지)(151)과, 그 도전성 실리콘(151)의 일면에 결합되는 금속플레이트(153)를 구비한다. 도전성 실리콘(151)은 전도성을 가지며, 외력에 의해 탄성 변형 가능하다. 이러한 도전성 실리콘(151)의 일면에 금속플레이트(153)가 도전성 에폭시필름 등에 의해 가접합 된다. 상기 금속플레이트(153)는 구리 재질로 형성될 수 있다.
상기 구성을 가지는 도전성 연결부(150)는 플라스틱 사출물(140)의 외면에 압착되어 경화되는 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 도전성 연결부(150)는 본드(접착제), 도전성 페이스트, 도전성 에폭시, 도전성 필름, 솔더 등을 포함하는 도전성 접합물에 의해 결합 될 수 있다. 따라서, 금속플레이트(153)는 상술한 다양한 도전성 접합물(145)에 의해 커패시터(120)와 전기적으로 연결되고, 바리스터 소자(130)와는 공극(G)을 사이에 두고 마주하게 결합된다.
상기와 같은 구성을 가지는 감전 방지 장치(100)는 도전성 연결부(150)가 전자기기(10)의 메탈 케이스 즉, 메탈 도체(11)에 연결되고, 기판(110)은 PCB 모듈(13)에 연결되도록 전자기기(10) 내부에 설치된다. 전자기기(10)에 설치된 감전 방지 장치(100)는 메탈 도체(11)로부터 유입되는 정전기를 공극(G)을 통해 접지되어 방전시킬 수 있고, 내부로부터의 누설전류는 바리스터 소자(130)에 의해 외부로 누설되는 것이 차단될 수 있다. 또한, 외부로부터의 RF 신호는 커패시터(120)를 통해 내부의 PCB 모듈(14)로 전달될 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 감전 방지 장치(100')는 커패시터(120)의 노출면과 바리스터 소자(130)의 노출면 각각에 전극패턴(116,117)이 구비된 점에 특징이 있다. 상기 전극패턴(116)은 플라스틱 사출물(140)을 사출 성형하기 전에 커패시터(120)의 외부면에 프린트되거나 도금되어 형성될 수 있다. 플라스틱 사출물(140)을 성형 후에는 홈부(141)로 전극패턴(116)이 노출되어 도전성 접착제(145) 즉, 솔더 또는 도전성 페이스트와 연결된다.
또한, 상기 커패시터(120)와 바리스터 소자(130) 각각의 설치자세를 앞서 도 1 및 도 2를 통해 설명한 실시예와 달리, 세워서 배치함으로써 양단부 각각에 형성된 접속단자가 하부와 상부로 배치되게 함으로써, 도 4 및 도 5와 같이 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)의 노출면에 전극패턴(116,117)이 위치되도록 할 수 있다.
물론, 상기 전극패턴(116,117)도 플라스틱 사출물(140)을 성형하기 전에 바리스터 소자(130)의 외측에 프린트 또는 도금 등의 방법으로 적층형성될 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 감전 방지 장치(100")에 따르면, PCB 사출물(170")은 기판(110)의 내면에 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)가 이격되게 배치되고, 그들(1210,130) 사이에 제1 및 제2고체형 도전체(181,183)가 더 설치되는 점에 특징이 있다. 상기 제1고체형 도전체(181)는 기판(110) 상에 설치되어 제1내부전극(112)에 전기적으로 연결되고, 제2고체형 도전체(182)는 기판(110) 상에 설치되어 제2내부전극(113)에 전기적으로 연결된다. 그리고 플라스틱 사출물(140)에 형성되는 홈부(141)는 제1고체형 도전체(181)에 대응되는 위치에 형성되고, 공극(G)은 제2고체형 도전체(182)에 대응되는 위치에 형성된다. 그리고 상기 홈부(141)에 도전성 접착제(145)가 충진되어 도전성 연결부(150)와 제1고체형 도전체(181)가 전기적으로 통할 수 있도록 연결된다. 그리고 상기 공극(G)에 마주하여 배치된 제2고체형 도전체(183)는 제2내부전극(113)을 통해 바리스터 소자(130)와 연결된다. 따라서, 도전성 연결부(150)를 통해 유입되는 정전기는 제2고체형 도전체(183)와 도전성 연결부(150) 사이의 공극(G)을 통해 방전될 수 있고, 내부의 누설전류는 바리스터 소자(130)에서 차단되어 외부로 누설되는 것이 방지될 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1 및 제2고체형 도전체(181,183)는 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)와 동일한 방법으로 기판(110) 상에 조립된다. 즉, 앞서 도 3을 통해 설명한 바와 같이, 상기 단계(S11)에서 기판(110)에 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)를 조립할 때, 제1 및 제2고체형 도전체(181,183)도 함께 조립한다. 이후에 플라스틱 몰딩을 금형에 주입하여 사출성형시 커패시터(120)와 바리스터 소자(130) 각각에 대응되는 부분에 홈부(141)와 공극(G)을 동일한 방법으로 형성할 수 있게 된다. 즉, 홈부(141)와 공극(G)의 형성위치만 변경되며, 이후에 제조 공정은 동일하게 진행될 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 감전 방지 장치(200)는 PCB 사출물(270)과 도전성 연결부(150)를 구비한다. 여기서, PCB 사출물(270)은 기판(110) 상에 조립되는 커패시터(120), 바리스터 소자(130), 제1 및 제2고체형 도전체(181',183)를 구비하되, 제1 및 제2고체형 도전체(181',183)는 서로 다른 높이를 가지는 점에 특징이 있다. 구체적으로 보면, 제1내부전극(112)에 의해 커패시터(120)와 전기적으로 연결되는 제1고체형 도전체(181')는 플라스틱 사출물(140)의 외측면으로 노출되어 도전성 연결부(150)에 직접 접합되어 연결된다. 그리고 제2고체형 도전체(183)는 플라스틱 사출물(140)의 성형시 형성된 공극(G)을 사이에 두고 도전성 연결부(150)와 공극 간극만큼 이격되어 마주하도록 배치된다. 그리고 제2고체형 도전체(183)는 제2내부전극(113)을 통해 바리스터 소자(130)와 전기적으로 연결된다. 상기 구성을 가지는 PCB 사출물(270)은 기판(110)에 커패시터(120), 바리스터 소자(130), 제1 및 제2고체형 도전체(181',183)를 조립하여 설치한 후에, 사출 금형을 이용하여 플라스틱 몰딩을 주입하는 과정에서 제1고체형 도전체(181')의 높이만큼 플라스틱 사출물(140)의 높이가 결정되도록 성형하여 제작될 수 있다. 따라서, 제1고체형 도전체(181')와 도전성 연결부(150) 사이에 별도의 필름을 사용하여 열경화하여 직접 전기적으로 통하도록 접합할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1고체형 도전체(181')를 대신하여 플라스틱 사출물(140)에 홈부를 제1내부단자(112)가 노출되는 깊이로 형성한 뒤, 그 홈부에 솔더크림 등을 포함하는 도전성 페이스트를 충진하여 제1고체형 도전체(181')와 동일한 높이로 성형함으로써, 도전성 연결부(150)와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 감전 방지 장치(200')는 앞서 설명한 제4실시예에 따른 감전 방지 장치(200)와는 달리, 제1고체형 도전체(180')가 생략되고, 제2고체형 도전체(183)만을 설치하여 바리스터 소자(130)와 연결하고, 커패시터(120)는 제1내부전극(112)과 플라스틱 사출물(140)의 외측으로 노출되는 전극(116)에 의해 도전성 연결부(150)와 연결되도록 설치 구성된 구성을 가진다. 이와 같은 구성을 가지는 감전 방지 장치(200')는 PCB 사출물(270)과 도전성 연결부(150)를 접합시, 도전성 재질에 의해 직접 접합하여 결합할 수 있으며, 상기 도전성 재질로는 도전성 필름, 도전성 에폭시 등을 포함할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서 설명한 고체형 도전체는 소위 쇼트바(Short Bar)를 포함할 수 있으며, 또한 플라스틱 사출물(140)에 형성된 홈부에 솔더, 도전성 페이스트 등을 충진하여 경화된 도전체를 포함할 수 있다.
또한, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 따른 감전 방지 장치(200")에 따르면, PCB 사출물(170,270)의 외측에 결합되는 도전성 연결부(250)로서 소위 'C 클립' 형상을 갖는 도전성 탄성편(251)과, 도전성 탄성편(251)의 접합면에 결합되는 금속플레이트(253)를 구비하는 데 특징이 있다.
도전성 탄성편(251)은 전자기기의 도전성 외장케이스 등에 접촉되어 연결되는 부분이다. 이러한 도전성 탄성편(251)은 전자기기에 감전 방지 장치(200")를 설치할 경우에 도전성 외장케이스 즉, 메탈도체(11)에 탄력적으로 접촉될 수 있도록 탄성 변형 가능한 클립 형상을 갖는다. 이러한 도전성 탄성편(251)는 금속플레이트(253)가 결합되는 플레이트 형상의 접합부(251a)와, 접합부(251a)의 일단에서 절곡되어 연장되는 메탈 도체(11)에 탄력적으로 접촉되는 탄성 접촉부(251b)를 구비한다.
상기 금속플레이트(253)는 접합부(251a)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작된 뒤 결합 될 수 있다. 금속플레이트(253)와 도전성 탄성편(251)의 결합은 열융착, 용접, 접합, 도전성 접합필름 등 다양한 결합수단 방법을 이용하여 결합될 수 있다.
또한, PCB 사출물(170,270)과 도전성 연결부(200") 사이에 금속플레이트(255)가 더 설치될 수 있다.
상기 금속플레이트(255)는 PCB 사출물(170,270)의 외측면에 도전성 재질물(도전성 필름, 솔더 등)로 접합되어 결합될 수 있으며, 상기 도전성 연결부(250) 측의 금속플레이트(253)와는 도전성 필름 또는 솔더(Solder) 등의 도전성 접합물에 의해 접합 될 수 있다.
물론, 상기 금속플레이트(255)를 PCB 사출물(170,270)의 외측면에 접합한 상태에서, 금속플레이트(255)에 상기 탄성편(251)을 직접 접합하여 결합할 수도 있다. 즉 두 개 층으로 이루어진 금속플레이트(253,255) 중에서 어느 하나만을 설치하여 구성할 수도 있고, 두 개 모두를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감전 방지 장치들의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 먼저 PCB 기판(110)에 솔더 또는 도전성 페이스트를 프린팅하고(S10), 그 프린팅 된 도전성 재질 위에 커패시터(120)와 바리스터 소자(130)를 조립한 상태에서 경화 또는 Reflow 과정을 통해 접합한다(S11). 물론 상기 단계(S11)에서 고체형 도전체(쇼트바)를 더 조립 및 접합할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 상기 제2 내지 제4실시예를 통해서 자세히 설명되었다.
다음으로 커패시터(120)와 바리스터 소자(130) 및 쇼트바(고체형 도전체)에 고정용 접착제를 주입하여 경화시키고(S12), 커패시터(120)와 바리스터 소자(130) 및 쇼트바(고체형 도전체) 주변의 공간을 플라스틱 소재로 몰딩하여 플라스틱 사출물(140)을 성형한다(S13). 상기 공정(S13)에서 플라스틱 사출물(140)의 외면에는 공극(G)과 홈부(141)가 형성된다.
형성된 홈부(141)에 도전성 페이스트 등의 도전성 물질을 주입하여 경화한다(S14). 물론, 상기 홈부(141)를 형성하지 않고 커패시터(120)를 플라스틱 사출물(140)의 외부로 노출되도록 배치한 경우에는, 도전성 에폭시 필름을 이용하여 커패시터(120)와 도전성 연결부(150)를 직접 가접합 할 수 있다.
상기와 같은 공정(S10~S14)을 거쳐서 기판(110) 위에 커패시터와 바리스터 소자가 플라스틱 소재에 의해 몰딩 처리된 소위 PCB 사출물(170,170',170",270,270',270")이 제조된다.
다음으로 상기 PCB 사출물(170,170',170",270,270',270")의 외측면에 금속플레이트(153,155)를 도전성 재질로 접합한다(S16).
이어서 도전성 연결부(150,250)를 준비하여 그 연결 후 하면(접합면)에 도전성 재질물(필름)을 가접합하고(S17), 도전성 재질물이 가접합된 도전성 연결부(150,250)를 공정과정에 투입한다(S18).
이후 투입된 도전성 연결부(150,250)를 PCB 사출물(170,170',170",270,270',270")과 열압착하거나 솔더링 접합하여 일체화한다(S19). 이때, 도전성 연결부(150)는 금속플레이트(153)에 직접 접합할 수 있고, 상기 도전성 연결부(250)의 경우에는 금속플레이트(255)와 접합되는 금속플레이트(253)를 도전성 연결부(250)의 탄성편(251)에 미리 결합한 상태에서 서로 접합할 수도 있다. 물론 상기 금속플레이트(253)를 생략하고, 금속플레이트(255)에 탄성편(151)을 직접 접함하여 일체화할 수도 있다.
상기와 같이 접합되어 결합된 도전성 연결부(150,250)와 PCB 사출물(170,170',170",270,270',270")을 일정 사이즈로 절단하여 감전 방지 장치(100) 단위로 분리한다(S20).
상기와 같이 최소 단위의 감전 방지 장치(100)로 절단되어 모듈화된 부품의 특성과 외관을 검사하고(S21), 이상이 없는 부품은 포장되어 출하될 수 있다(S22).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감전 방지 장치를 제조하는 과정에서 공극(G)이 플라스틱 사출금형을 이용하여 사출 성형 됨으로써, 종래기술에 비하여 공극(G)을 저온에서 가공할 수 있게 되어 고온 성형시의 내전압 특성의 문제를 해결할 수 있게 된다. 특히, 사출성형에 의해 공극(G)을 형성하게 됨으로써, 공극(G)의 간극을 충분히 크게 성형하는 것이 가능하고, 오차를 최소화하여 정밀하게 성형할 수 있으므로 부품의 불량률을 현저하게 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 기판(110) 상에 커패시터(120) 칩과 바리스터 소자(130) 및 쇼트바를 조립한 상태에서 사출금형을 이용하여 플라스틱 몰딩을 주입하여 성형하는 공정을 이용하여 PCB 사출물을 제조하게 되므로, 제조 공정이 간단하고, 부품의 구조가 간단하여 제조 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다.
또한, 구조가 간단하여 제품의 공정 오차를 줄일 수 있어 신뢰성 높은 부품을 저렴한 가격에 제공할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
11..메탈 도체 13..PCB 모듈
100,100',100",200,200',200"..감전 방지 장치 110..기판
120..커패시터 130..바리스터 소자
140..플라스틱 사출물 150,250..도전성 연결부
170,170',170",270,270'..PCB 사출물
181,181'..제1고체형 도전체 183..제2고체형 도전체

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 서로 이격되어 설치되는 커패시터와 바리스터 소자;
    상기 기판의 일면에서 상기 커패시터와 바리스터 소자 주변에 주입되어 일체로 사출 형성되는 플라스틱 사출물;
    상기 플라스틱 사출물의 외측에 결합되어 전자기기의 인체 접촉 가능한 메탈 도체와 연결되는 도전성 연결부;를 포함하며,
    상기 플라스틱 사출물에는 상기 도전성 연결부를 통해 유입되는 정전기의 방전을 위한 공극이 상기 바리스터 소자와 전기적으로 연결되고, 상기 도전성 연결부와는 간극을 두고 대응되게 형성되고,
    상기 커패시터는 상기 도전성 연결부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 감전 방지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극;
    상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터 및 상기 바리스터 소자 각각에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2내부전극; 및
    상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하며,
    상기 공극을 통해 상기 바리스터 소자와 상기 도전성 연결부가 공극 간극만큼 이격되어 직접 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라스틱 사출물에는 상기 커패시터를 외부로 노출시키는 홈부가 형성되며,
    상기 홈부에는 도전성 물질이 충진되어 상기 커패시터와 상기 도전성 연결부가 연결되는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바리스터 소자의 외면에는 전극패턴이 설치되어 상기 공극의 바닥을 이루는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커패시터의 외면에는 전극패턴이 형성되어 상기 도전성 연결부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 조립되며 서로 이격되는 제1 및 제2고체형 도전체와;
    상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극;
    상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터와 상기 제1고체형 도전체를 연결하는 제1내부전극;
    상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 제2고체형 도전체와 상기 바리스터 소자를 연결하는 제2내부전극;
    상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공극은 상기 제2고체형 도전체와 상기 도전성 연결부 사이에 형성되고,
    상기 플라스틱 사출물에는 상기 커패시터를 외부로 노출시키는 홈부가 형성되며,
    상기 홈부에는 도전성 물질이 충진되어 상기 커패시터와 상기 도전성 연결부를 연결하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1고체형 도전체는 상기 플라스틱 사출물과 동일 높이로 배치되어 상기 도전성 연결부에 직접 연결되고,
    상기 공극은 상기 제2고체형 도전체와 상기 도전성 연결부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2고체형 도전체 중 적어도 어느 하나는 쇼트바를 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2고체형 도전체 중 적어도 어느 하나는 상기 플라스틱 사출물에 형성된 홈부에 도전성 물질을 충진하여 경화되어 형성된 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 조립되는 고체형 도전체와;
    상기 기판의 외면에 패턴 형성되는 외부 전극;
    상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 커패시터와 연결되는 제1내부전극;
    상기 기판의 내면에 패턴 형성되어 상기 고체형 도전체와 상기 바리스터 소자를 연결하는 제2내부전극;
    상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극 각각을 연결하는 연결전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치.
  12. 기판의 외면에 패턴 형성된 외부전극과, 내면에 서로 분리되도록 패턴 형성되는 제1 및 제2내부전극 및 상기 외부전극와 상기 제1 및 제2내부전극을 각각 연결하는 연결전극이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    상기 준비된 기판의 내면에 상기 제1 및 제2내부전극 각각에 연결되도록 커패시터와 바리스터 소자를 조립하는 단계;
    상기 기판에 사출금형을 이용하여 플라스틱 몰딩을 주입하여 상기 커패시터와 바리스터 소자와 결합되는 플라스틱 사출물을 형성하여 PCB 사출물을 제조하는 단계;
    도전성 연결부를 상기 PCB 사출물의 외측에 결합하는 단계;
    상기 도전성 연결부와 상기 PCB 사출물을 절단하여 단위별 감전 방지 장치를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 PCB 사출물 제조단계에서, 상기 바리스터 소자에 대응되는 위치에 상기 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 PCB 사출물 제조단계에서, 상기 커패시터를 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되도록 홈부를 형성하고,
    상기 홈부에 도전성 물질을 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 조립하는 단계는
    상기 기판의 내면에 상기 제1내부전극에 연결되도록 제1고체형 도전체를 조립하고, 상기 제2내부전극에 연결되도록 제2고체형 도전체를 조립하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제2고체형 도전체에 대응되는 위치에 상기 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제1고체형 도전체를 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되도록 홈부를 형성하고,
    상기 홈부에 도전성 물질을 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 PCB 사출물 제조단계에서 상기 제1고체형 도전체와 상기 도전성 연결부가 직접 연결되도록 상기 제1고체형 도전체를 배치하거나 상기 플라스틱 사출물을 상기 제1고체형 도전체와 동일 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 조립하는 단계는
    상기 기판의 내면에 상기 제2내부전극에 연결되도록 고체형 도전체를 조립하고, 상기 공극은 상기 고체형 도전체에 대응되는 위치에 형성되고,
    상기 커패시터는 상기 플라스틱 사출물의 외측으로 노출되어 상기 도전성 연결부에 직접 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
  20. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 도전성 연결부는,
    금속플레이트에 접합되는 도전성 실리콘 또는 도전성 탄성편을 포함하는 것을 특징으로 하는 감전 방지 장치 제조방법.
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