KR102417288B1 - Method for charging and discharging using digital capacitor with improved charging efficiency - Google Patents
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Abstract
본원발명은 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)하고 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들을 동시에 충전하는 단계, 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방(OFF)하고, 복수개의 콘덴서 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계, 제 1 콘덴서가 방전된 후 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고, 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 제 2 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계, 및 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전될 때까지 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 스위치를 순차적으로 연결 및 개방하는 단계를 포함하는, 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법을 제공한다.The present invention connects (ON) the first switch connected to the ground and opens (OFF) the second switch connected to the load to charge a plurality of capacitors at the same time, the first switch in a state in which the plurality of capacitors are all charged opening (OFF) and connecting (ON) the first 1-2 switches connected to the first capacitor among the plurality of capacitors to transfer the charge charged in the first capacitor to the load, after the first capacitor is discharged, the first -2 opening (OFF) the switch, and connecting (ON) the 2-2 switch connected to the second capacitor to transfer the charge charged in the second capacitor to the load, and the plurality of charged capacitors are all discharged It provides a charging and discharging method using a digital capacitor with improved charging efficiency, including the step of sequentially connecting and opening a switch for connecting a plurality of capacitors and loads until the
Description
본 발명은 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서 회로를 이용하여 부하에 효과적으로 전원을 공급하는 특징을 제공하며, 보다 상세하게는 콘덴서를 병렬로 연결하고 직류 전원으로부터의 전원 공급에 따라 콘덴서를 충전하고, 충전된 콘덴서의 순차 방전이 가능하도록 제어가 가능한 디지털 콘덴서 회로에 관한 것이다.The present invention provides a feature of effectively supplying power to a load using a digital capacitor circuit with improved charging efficiency, and more specifically, connecting the capacitors in parallel and charging the capacitors according to the power supply from a DC power supply, and charging It relates to a digital capacitor circuit that can be controlled to enable the sequential discharge of the capacitors.
이차 전지는 전기화학적인 산화 및 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 것으로서, 광범위하게 다양한 용도로 이용된다. 예를 들어, 이차 전지는 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같은 각종 전기구동 동력 장치, 신재생 에너지를 통해 발전된 전력이나 잉여 발전 전력을 저장하는데 사용되는 전력 저장 장치, 서버 컴퓨터와 통신용 기지국을 비롯한 각종 정보 통신 장치에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 무정전 전원 공급 장치 등에 이르기까지 사용 영역이 점차 확대되고 있다.Secondary batteries are used for a wide variety of purposes as generating electrical energy through electrochemical oxidation and reduction reactions. For example, secondary batteries are electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles, hybrid vehicles, electric boats, electric airplanes, etc., various electrically driven power devices, power generated through renewable energy or power storage used to store surplus power The range of use is gradually expanding from uninterruptible power supply for stably supplying power to various information and communication devices, including devices, server computers, and communication base stations.
이차 전지는 그 응용 용도에 따라 충전 방식이 달라진다. 스마트 폰이나 휴대 전화와 같은 핸드 헬드 단말기에 사용되는 소형 이차 전지는 별도의 충전기에 의해 충전된다. 또한, 전기구동 동력 장치에 사용되는 대형 이차 전지는 동력 장치에서 자체 생산되는 전력에 의해 충전된다. 일 예로, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 탑재된 대형 이차 전지는 엔진과 연결된 발전기에서 생산되는 전력 또는 자동차의 감속 시 생산되는 회생 전력(regeneration power)에 의해 충전된다.A rechargeable battery has a different charging method depending on its application. A small secondary battery used in a handheld terminal such as a smart phone or a mobile phone is charged by a separate charger. In addition, the large secondary battery used in the electric drive power unit is charged by the power generated by the power unit itself. For example, a large secondary battery mounted in an electric vehicle or a hybrid vehicle is charged by power generated from a generator connected to an engine or regeneration power generated when the vehicle is decelerated.
이차 전지의 충전 과정 중에서 발생하는 열로 인하여 온도가 과도하게 상승하면 수명이 짧아진다. 이차 전지의 과열은 전기화학 반응에 관여하는 화학종의 물성을 변성시키거나 열에 취약한 전지 내부의 고분자 물질에 대한 물리적 변형을 초래하기 때문이다. 일 예로, 이차 전지가 과열되면, 양극과 음극 사이에 개재된 다공성 고분자 분리막이 연화되면서 기공의 일부가 폐쇄되고 이것이 이차 전지의 내부 저항을 상승시킬 수 있다. 내부 저항의 상승은 이차 전지의 충전 용량을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.When the temperature is excessively increased due to heat generated during the charging process of the secondary battery, the lifespan of the secondary battery is shortened. This is because overheating of the secondary battery alters the physical properties of chemical species involved in the electrochemical reaction or causes physical transformation of the polymer material inside the battery, which is vulnerable to heat. For example, when the secondary battery is overheated, the porous polymer separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is softened and a portion of the pores are closed, which may increase the internal resistance of the secondary battery. The increase in internal resistance acts as a major cause of lowering the charge capacity of the secondary battery.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 충전 효율을 높일 수 있는 디지털 콘덴서를 이용하여 이차 전지에 전하를 공급하고, 방전하는 기술적 특징을 제공함에 목적이 있다.An object of the present invention is to solve the problems described above, and to provide a technical feature of supplying and discharging electric charge to a secondary battery using a digital capacitor capable of increasing charging efficiency.
본원발명은 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)하고 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들을 동시에 충전하는 단계, 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방(OFF)하고, 복수개의 콘덴서 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계, 제 1 콘덴서가 방전된 후 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고, 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 제 2 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계, 및 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전될 때까지 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 스위치를 순차적으로 연결 및 개방하는 단계를 포함하는, 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법을 제공한다.The present invention connects (ON) the first switch connected to the ground and opens (OFF) the second switch connected to the load to charge a plurality of capacitors at the same time, the first switch in a state in which the plurality of capacitors are all charged opening (OFF) and connecting (ON) the first 1-2 switches connected to the first capacitor among the plurality of capacitors to transfer the charge charged in the first capacitor to the load, after the first capacitor is discharged, the first -2 opening (OFF) the switch, and connecting (ON) the 2-2 switch connected to the second capacitor to transfer the charge charged in the second capacitor to the load, and the plurality of charged capacitors are all discharged It provides a charging and discharging method using a digital capacitor with improved charging efficiency, including the step of sequentially connecting and opening a switch for connecting a plurality of capacitors and loads until the
일 개시에 의하여, 적어도 하나의 제 1 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 제 1 웨이퍼, 적어도 하나의 제 2 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 제 2 웨이퍼, 제 1 웨이퍼의 상면 상에 형성된 제 1 폴리머 층 및 제 2 웨이퍼의 하면 상에 포함된 제 2 폴리머 층이 250 내지 300℃의 열처리 공정을 통해 결합되어, 경화도 95 % 이상으로 형성된 폴리머 절연층을 포함하는, 디지털 콘덴서가 장착된 다중 웨이퍼의 결합구조를 제공할 수 있다.According to one disclosure, a first wafer including at least one first digital capacitor circuit, a second wafer including at least one second digital capacitor circuit, a first polymer layer formed on a top surface of the first wafer, and a second The second polymer layer included on the lower surface of the wafer is bonded through a heat treatment process of 250 to 300° C., and includes a polymer insulating layer formed with a curing degree of 95 ° % or more, providing a bonding structure of multiple wafers equipped with a digital capacitor can do.
일 개시에 의하여, 기판, 기판 위에 형성되는 제 1 전극, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름 및 강유전체 필름 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하며, 강유전체 필름은 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 제공할 수 있다.According to one disclosure, a ferroelectric film comprising a substrate, a first electrode formed on the substrate, a ferroelectric film formed on the first electrode, and a second electrode formed on the ferroelectric film, wherein one ferroelectric film is laminated , it is possible to provide a structure of a digital capacitor with improved charging efficiency by using a ferroelectric.
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.Here, the ferroelectric film is characterized in that at least one ferroelectric film made of different compositions is laminated.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로는 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들, 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드 및 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 제어부에서는 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)시키고, 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 충전되고, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방시키고 제 2 스위치를 연결시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 방전될 수 있다.The digital capacitor circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a power supply terminal to which DC power is input, an input node to which a power current generated from the power supply terminal is input, and one end is connected to the input node and is provided by branching based on the input node. A plurality of capacitors, a charge/discharge node connected to the other end of the plurality of capacitors to branch to a first switch and a second switch provided for each of the plurality of capacitors, respectively, and for controlling the opening/closing operation of the first switch and the second switch Including a control unit, the control unit connects (ON) the first switch connected to the ground, and opens (OFF) the second switch connected to the load so that the plurality of capacitors are charged, and in the state in which the plurality of capacitors are charged The plurality of capacitors may be discharged by opening the first switch and connecting the second switch.
일 개시에 의하여 동시에 충전되고 순차적으로 방전되는 디지털 콘덴서를 이용하여, 부하에 인가되는 전류의 흐름이 끊기지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 부하에 인가되는 전류량, 부하의 현재 온도 등을 이용하여 복수개의 콘덴서 중 적어도 하나의 콘덴서를 통해 전하를 효과적으로 전송할 수 있다.By using a digital capacitor that is simultaneously charged and sequentially discharged by one start, it is possible to control the flow of current applied to the load so that the flow is not interrupted. In addition, charges may be effectively transferred through at least one of the plurality of capacitors by using the amount of current applied to the load, the current temperature of the load, and the like.
일 개시에 의하면 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 웨이퍼를 다중으로 결합함으로써, 디지털 콘덴서 회로가 제공하는 콘덴서의 충전 효율을 증폭하여 사용할 수 있다.According to one disclosure, by combining multiple wafers including the digital capacitor circuit, the charging efficiency of the capacitor provided by the digital capacitor circuit can be amplified and used.
본 발명의 디지털 콘덴서 회로에 의하면, 크기가 작고 복수개의 콘덴서의 순차 방전을 통해 부하에 전류가 공급되는 시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.According to the digital capacitor circuit of the present invention, it is possible to increase the time for which current is supplied to the load through the sequential discharge of a plurality of capacitors having a small size.
본 발명의 디지털 콘덴서에 포함된 강유전체를 이용하여 콘덴서의 충전 효율을 높일 수 있다.The charging efficiency of the capacitor can be increased by using the ferroelectric included in the digital capacitor of the present invention.
도 1은 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다.
도 4는 일 개시에 의한 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 나타낸다.
도 5는 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 개시에 의한 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 웨이퍼를 다중 결합한 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of a charging and discharging method using a digital capacitor with improved charging efficiency of the present invention according to one disclosure.
2 is a flowchart for explaining a charging and discharging method using a digital capacitor having improved charging efficiency of the present invention according to one disclosure.
3 is an exemplary diagram illustrating a digital capacitor circuit according to an embodiment of the present invention.
4 shows a structure of a digital capacitor with improved charging efficiency according to one disclosure.
5 is a view for explaining the structure of a capacitor including a three-layer ferroelectric film according to the disclosure.
6 is a view for explaining the structure of a digital capacitor including an insulating coating layer according to the disclosure.
7 is a view for explaining a structure in which a wafer including a digital capacitor circuit according to one disclosure is multiplied.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, which may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. In the entire specification, when a part "includes" a certain element, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. . In addition, throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being connected "with another element in the middle".
본 발명의 다른 특징은 누설 전류가 감소되고 미세구조 다공성이 개선되는 다층 구조의 강유전성 필름을 제조하는 방법에 관련된다. 본 발명의 이러한 특징에 따라서 상기 다층 구조의 강유전성 필름의 제조 방법은 하나 이상의 강유전성 물질 및/또는 하나 이상의 강유전성 물질의 혼합물로 이루어진 다층 구조의 강유전성 필름을 형성하는 단계, 및 약 5분 내지 120분 동안 800℃ 이하의 온도로 상기 다층 구조의 강유전성 필름을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a method for producing a multilayered ferroelectric film with reduced leakage current and improved microstructure porosity. According to this feature of the present invention, the method for manufacturing the multi-layered ferroelectric film comprises the steps of forming a multi-layered ferroelectric film composed of one or more ferroelectric materials and/or a mixture of one or more ferroelectric materials, and for about 5 to 120 minutes. It may include the step of heat-treating the ferroelectric film of the multi-layer structure at a temperature of 800 ℃ or less.
도 1은 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of a charging and discharging method using a digital capacitor with improved charging efficiency of the present invention according to one disclosure.
일 개시에 의하여, 본원발명은 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들, 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드, 및 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 디지털 콘덴서 회로를 이용하여 제공된다.According to one disclosure, the present invention relates to an input node that is connected to a power terminal to which a DC power is input and to which a power current generated from the power terminal is input, one end of which is connected to the input node and a plurality of capacitors provided by branching based on the input node , a charging/discharging node connected to the other end of the plurality of capacitors to branch to a first switch and a second switch provided for each of the plurality of capacitors, respectively, and a control unit for controlling the opening and closing operations of the first switch and the second switch It is provided using a digital capacitor circuit.
본원발명은 복수개의 콘덴서와 전원에 연결된 스위치를 동시에 개방하여, 복수개의 콘덴서가 동시에 충전되도록 한다,The present invention opens a plurality of capacitors and a switch connected to the power supply at the same time, so that the plurality of capacitors are charged at the same time,
그 다음으로, 복수개의 콘덴서 각각에 연결된 스위치를 순차적으로 개방함으로써 각각의 콘덴서로부터 부하로 순차적으로 전하가 공급되도록 한다.Next, by sequentially opening a switch connected to each of the plurality of capacitors, the charge is sequentially supplied from each capacitor to the load.
상세한 디지털 콘덴서 회로 및 회로의 동작 방법은 도 2 및 도 3을 참고하도록 한다.A detailed digital capacitor circuit and an operation method of the circuit will refer to FIGS. 2 and 3 .
도 2는 일 개시에 의한 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining the flow of a charging and discharging method using a digital capacitor having improved charging efficiency according to one disclosure.
블록 201에서 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)하고 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들을 동시에 충전하는 단계를 제공할 수 있다.In
블록 202에서 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방(OFF)하고, 복수개의 콘덴서 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계를 제공할 수 있다.In
블록 203에서 제 1 콘덴서가 방전된 후 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고, 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 제 2 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계를 제공할 수 있다.After the first capacitor is discharged in
블록 204에서 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전될 때까지 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 스위치를 순차적으로 연결 및 개방하는 단계를 제공할 수 있다.The step of sequentially connecting and opening a switch connecting the plurality of capacitors and the load may be provided until the plurality of capacitors charged in
본원발명은 부하에 효과적으로 전하를 전달하기 위하여 복수개의 콘덴서를 유기적으로 충전 및 방전하는 과정을 반복할 수 있다.In the present invention, the process of organically charging and discharging a plurality of capacitors may be repeated in order to effectively transfer charges to a load.
일 개시에 의하여 본 발명은, 제 1 콘덴서가 방전된 후 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고 제 1 콘덴서와 그라운드를 연결하는 제 1-1 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서를 충전하는 단계를 더 제공할 수 있다.According to one disclosure, the present invention charges the first capacitor by opening (OFF) the first 1-2 switch after the first capacitor is discharged and connecting (ON) the 1-1 switch connecting the first capacitor and the ground. Further steps may be provided.
본원발명은 제 1 콘덴서의 충전이 완료됨에 따라 제 1-1 스위치를 개방(OFF)할 수 있다. 즉, 제 1 콘덴서가 방전되면 다시 충전을 하고, 제 1 콘덴서의 충전이 완료되면 전원의 유입을 중단하도록 제어할 수 있다. In the present invention, as the charging of the first capacitor is completed, the 1-1 switch may be opened (OFF). That is, when the first capacitor is discharged, it is charged again, and when the charging of the first capacitor is completed, it is possible to control the supply of power to stop.
또한, 복수개의 콘덴서 중 마지막 콘덴서의 전하가 부하로 전달된 후, 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서에 재충전된 전하를 부하로 전달하 수 있다.In addition, after the charge of the last capacitor among the plurality of capacitors is transferred to the load, the first and second switches may be connected (ON) to transfer the charge recharged in the first capacitor to the load.
다른 개시에 의하여, 본원발명은 복수개의 콘덴서에 충전된 모든 전하가 부하로 전달된 후, 제 1 스위치를 연결(ON)하고, 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들을 동시에 재충전함으로써, 전원 스위치의 개폐에 따른 에너지를 절약할 수 있다.According to another disclosure, in the present invention, after all the charges charged in the plurality of capacitors are transferred to the load, the first switch is connected (ON) and the second switch is opened (OFF) to recharge the plurality of capacitors at the same time, Energy can be saved by opening and closing the power switch.
또 다른 개시에 의하여, 본원발명은 부하에서 소모되는 전력량을 센싱하는 단계, 부하에서 소모되는 전력량이 기초하여, 부하에 전달해야 할 전하량을 산출하는 단계, 산출된 전하량을 공급할 수 있는 콘덴서의 개수를 결정하는 단계 및 결정된 콘덴서의 개수만큼 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 제 2 스위치를 연결(ON)하여, 부하로 전하를 공급하는 단계를 제공할 수 있다.According to another disclosure, the present invention includes the steps of sensing the amount of power consumed by the load, calculating the amount of charge to be transferred to the load based on the amount of power consumed by the load, the number of capacitors capable of supplying the calculated amount of charge The determining step and the step of supplying electric charges to the load by connecting (ON) a second switch connecting the plurality of capacitors and the load by the determined number of capacitors may be provided.
즉, 부하에서 소모되는 전력량이 높아 콘덴서 하나에서 공급하는 전하로는 감당하기 어려운 경우, 여러 개의 콘덴서로부터 동시에 전하가 공급되도록 하여 효과적으로 부하에 전하를 공급할 수 있다.That is, when the amount of power consumed by the load is high and it is difficult to cope with the charge supplied by one capacitor, the charge can be effectively supplied to the load by allowing the charge to be supplied from several capacitors at the same time.
또한 본원발명은 부하에 전하가 충전되는 과정에서 발생하는 온도로 인한 충전 효율을 감소시키기 위하여 부하의 과열량 전압을 계산하고, 이를 통해 콘덴서에서 공급하는 전하량을 결정할 수 있다.In addition, according to the present invention, the amount of charge supplied from the capacitor can be determined by calculating the overheating voltage of the load in order to reduce the charging efficiency due to the temperature generated while the charge is being charged in the load.
본원발명은 부하에 충전되는 전하량 및 부하의 현재 온도를 측정하는 단계, 부하의 내부 저항값을 수학식 1에 대입하여 부하에 발생할 수 있는 과열 열량을 발생시키는 과열량 전압을 계산하는 단계 및 과열량 전압에 기초하여, 부하로 인가되는 전하량을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention provides the steps of measuring the amount of electric charge charged in the load and the current temperature of the load, calculating an overheating voltage that generates overheating heat that can be generated in the load by substituting the internal resistance value of the load into
[수학식 1][Equation 1]
V = OCV(z) + i*R0 + V0*exp(-t/RC) + i*R*(1-exp(-t/RC))V = OCV(z) + i*R0 + V0*exp(-t/RC) + i*R*(1-exp(-t/RC))
여기서, i는 부하의 등가 회로에 흐르는 전류, R0는 직렬 저항의 저항 값, R은 RC 회로에 포함된 저항의 저항값, C는 RC 회로에 포함된 콘덴서의 커패시턴스 값, V0는 RC 회로에 형성되는 초기 전압값, z는 부하의 충전 상태, 그리고 OCV(z)는 충전 상태에 대응되는 개방 전압을 의미한다.where i is the current flowing in the equivalent circuit of the load, R0 is the resistance value of the series resistor, R is the resistance value of the resistor included in the RC circuit, C is the capacitance value of the capacitor included in the RC circuit, and V0 is the resistance value of the resistor included in the RC circuit. An initial voltage value, z denotes a state of charge of the load, and OCV(z) denotes an open circuit voltage corresponding to the state of charge.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다. 이하에서는 상기에서 설명한 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.3 is an exemplary diagram illustrating a digital capacitor circuit according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings described above.
본 발명의 일 실시 예로써, 디지털 콘덴서 회로가 제공될 수 있다.As an embodiment of the present invention, a digital capacitor circuit may be provided.
일 개시에 의한 본원발명의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서(200)는 디지털 콘덴서 회로의 구성으로 사용될 수 있다. 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서(200)는 복수개 사용되어, 충전 및 방전을 반복할 수 있다.The
본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로는 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들, 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드 및 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 제어부에서는 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)시키고, 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 충전되고, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방시키고 제 2 스위치를 연결시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 방전될 수 있다.The digital capacitor circuit according to an embodiment of the present invention is connected to a power supply terminal to which DC power is input, an input node to which a power current generated from the power supply terminal is input, and one end is connected to the input node and is provided by branching based on the input node. A plurality of capacitors, a charge/discharge node connected to the other end of the plurality of capacitors to branch to a first switch and a second switch provided for each of the plurality of capacitors, respectively, and for controlling the opening/closing operation of the first switch and the second switch Including a control unit, the control unit connects (ON) the first switch connected to the ground, and opens (OFF) the second switch connected to the load so that the plurality of capacitors are charged, and in the state in which the plurality of capacitors are charged The plurality of capacitors may be discharged by opening the first switch and connecting the second switch.
일 개시에 따른 직류 전원은 도 2에 도시된 바와 같이 교류전원을 공급하는 전원부(110)와 상기 교류전원을 직류로 정류하는 정류부(150)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the DC power source according to one disclosure may include a
일 개시에 따른 입력 노드에는 직류로 변환된 전원 전류가 입력되는데 입력된 전원 전류는 입력 노드를 기준으로 분기된 복수개의 콘덴서들로 분류(分流)될 수 있다.A power current converted into direct current is input to the input node according to one disclosure, and the input power current may be divided into a plurality of capacitors branched based on the input node.
일 개시에 따르면, 본 발의 디지털 콘덴서 회로에 콘덴서의 개수에는 제한이 없으며, 부하의 종류, 부하의 출력, 스위치(제 1 스위치 및 제 2 스위치)의 동작 방식 등 다양한 요소들을 고려하여 미리 결정될 수 있다.According to one disclosure, the number of capacitors in the digital capacitor circuit of the present invention is not limited, and may be predetermined in consideration of various factors such as the type of load, the output of the load, and the operation method of the switch (the first switch and the second switch). .
일 개시에 따르면, 충방전 노드와 접속되는 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작에 따라 콘덴서가 충전되거나 방전될 수 있다.According to one disclosure, the capacitor may be charged or discharged according to the opening and closing operations of the first switch and the second switch connected to the charging/discharging node.
일 개시에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 콘덴서마다 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 충방전 노드를 기준으로 연결되는 구조로 접속되어 디지털 콘덴서 회로가 형성될 수 있다.According to one disclosure, as shown in FIG. 3 , a digital capacitor circuit may be formed by connecting a first switch and a second switch in a structure in which each capacitor is connected based on a charging/discharging node.
일 개시에 따른 제 1 스위치 및 제 2 스위치는 트랜지스터일 수 있고, 트랜지스터의 종류에는 제한이 없으며, 콘덴서의 정전용량(C) 및 부하의 출력에 따라 트랜지스터의 허용전류가 미리 결정될 수 있다.The first switch and the second switch according to the present disclosure may be transistors, the type of transistor is not limited, and the allowable current of the transistor may be predetermined according to the capacitance C of the capacitor and the output of the load.
이하에서는, 도 3에 개시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 이용하여 콘덴서가 충방전 되는 과정을 설명한다. 즉, 도 3에는 4개의 콘덴서 및 상기 4개의 콘덴서에 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 각각 4개로 연결된 디지털 콘덴서 회로에 기초하여 설명한다. 다만, 상기 콘덴서 및 콘덴서와 연결된 제 1, 2 스위치의 개수에는 제한이 없다.Hereinafter, a process in which the capacitor is charged and discharged using the digital capacitor circuit according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described. That is, in FIG. 3, description will be made based on a digital capacitor circuit in which four capacitors and a first switch and a second switch connected to the four capacitors are connected to each other. However, there is no limit to the number of the capacitor and the first and second switches connected to the capacitor.
일 개시에 따르면, 전원 전류가 공급되는 상태에서 복수개의 콘덴서들과 접속되는 모든 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)가 연결(ON)되고, 제 2 스위치(512, 522, 532, 542)가 개방(OFF)되면 콘덴서들이 충전될 수 있다.According to one disclosure, all the
즉, 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)는 그라운드(30)와 연결되어 있으므로, 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)가 연결되고 제 2 스위치(512, 522, 532, 542)가 개방되면, 전원단과 콘덴서가 병렬로 연결된 등가회로가 형성되므로 콘덴서가 충전될 수 있다.That is, since the
일 개시에 따르면, 본 발명의 디지털 콘덴서 회로를 이용하면 충전된 복수개의 콘덴서들로부터 순차적으로 방전 과정이 수행될 수 있다. 방전 과정은 전술한 충전과 마찬가지로 복수개의 콘덴서들이 동시에 충전될 수도 있으나, 본 발명의 콘덴서 및 제 1,2 스위치가 연결된 구조를 활용하면 복수개의 콘덴서들이 순차 방전됨에 따라 방전 시간의 조절이 가능하여 부하의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 부하에 인가되는 부하전류가 흐르는 시간을 조절할 수 있다.According to one disclosure, when the digital capacitor circuit of the present invention is used, a discharging process may be sequentially performed from a plurality of charged capacitors. In the discharging process, a plurality of capacitors may be charged at the same time as in the above-described charging, but if the capacitor of the present invention and the structure in which the first and second switches are connected, it is possible to control the discharge time as the plurality of capacitors are sequentially discharged, so that the load output can be adjusted. That is, it is possible to adjust the time for which the load current applied to the load flows.
일 개시에 따르면, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)는 모두 개방되고 방전 순서에 따라 콘덴서와 연결된 제 2 스위치가 연결됨으로써 순차적으로 방전될 수 있다. 즉, 방전은 제 1 스위치가 모두 개방된 상태에서 제 2 스위치의 순차 개폐에 따라 수행될 수 있다.According to one disclosure, in a state in which the plurality of capacitors are charged, all of the
예를 들면, 도 3의 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 제 1 콘덴서(201) -> 제 2 콘덴서(202) -> 제 3 콘덴서(203) -> 제 4 콘덴서(204) 순서로 방전되는 과정을 살펴보면, 제 1 스위치가 모두 개방되고, 제 2 - 4 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(522, 532, 542)가 개방 상태에서 제 1 콘덴서(201)와 연결된 제 2 스위치(512)가 연결됨으로써 충전된 제 1 콘덴서로부터 부하 측으로 방전될 수 있다. 다음으로, 제 1 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(512)가 개방되고, 제 3 콘덴서 및 제 4 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(532, 542)가 개방된 상태에서 제 2 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(522)가 연결됨으로써 충전된 제 2 콘덴서로부터 부하 측으로 방전될 수 있다. 제 3,4 콘덴서의 방전도 전술한 과정과 마찬가지로 순차적으로 방전될 수 있다.For example, in a state in which the plurality of capacitors of FIG. 3 are all charged, the first capacitor 201 -> the second capacitor 202 -> the third capacitor 203 -> the
즉, 충전된 복수개의 콘덴서들 중 미리 정해진 방전 순서에 따라 순차적으로 방전됨으로써 방전 시간을 조절함으로써 부하의 출력을 조절할 수 있다.That is, by sequentially discharging according to a predetermined discharging sequence among the plurality of charged capacitors, the output of the load may be adjusted by adjusting the discharging time.
보다 상세하게는, 방전 시간(tdc)은 하기 수학식 2에 따라 미리 결정될 수 있다.More specifically, the discharge time tdc may be predetermined according to
[수학식 2][Equation 2]
여기서, vL은 부하의 출력전압이며, Ceq는 등가 커패시터 값이며, tc는 충전시간이며, ic는 제 2 스위치의 허용전류이며, n은 콘덴서의 개수일 수 있다. 제어부에서는 상기 수학식 2에 따라 산출된 방전 시간에 기초하여 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어할 수 있다.Here, vL is the output voltage of the load, Ceq is the equivalent capacitor value, tc is the charging time, ic is the allowable current of the second switch, and n may be the number of capacitors. The controller may control the opening/closing operation of the second switch based on the discharge time calculated according to Equation (2).
일 개시에 따르면, 제어부는 복수개의 콘덴서들에 대하여 이하의 불량 검출 과정을 진행한 이후에 전술한 충방전 과정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 콘덴서 회로는 복수개의 콘덴서들이 포함되는데 충방전 과정을 수행하기 이전에 콘덴서가 제대로 동작 가능한지 여부에 대하여 불량 검출 과정이 선행될 수 있다. 특히, 본 발명의 콘덴서 회로에는 상당한 개수의 콘덴서들이 포함될 수 있고, 콘덴서의 개수가 증가할수록 콘덴서의 불량 검출 과정이 복잡해질 수밖에 없다. 이에 따라, 복수개의 콘덴서들에 대하여 영역들을 설정하고, 설정된 영역들로부터 재차 소영역들을 설정함으로써 단계적으로 콘덴서의 불량 여부를 검출할 수 있다. 이하에서는, 10개의 콘덴서가 마련된 디지털 콘덴서 회로에 기초하여 수행되는 불량 검출 과정을 설명한다.According to one disclosure, the controller may perform the charging/discharging process described above after performing the following defect detection process for the plurality of capacitors. That is, the capacitor circuit of the present invention includes a plurality of capacitors, and before performing the charging/discharging process, a defect detection process may be preceded as to whether the capacitor can operate properly. In particular, a considerable number of capacitors may be included in the capacitor circuit of the present invention, and as the number of capacitors increases, the process of detecting defects in the capacitor is inevitably complicated. Accordingly, by setting regions for the plurality of capacitors and setting small regions again from the set regions, it is possible to detect whether the capacitor is defective in stages. Hereinafter, a defect detection process performed based on a digital capacitor circuit having 10 capacitors will be described.
먼저, 복수개의 콘덴서들에 대하여 최초로 두 영역들이 소정의 중첩영역을 공유하도록 설정될 수 있다. First, with respect to the plurality of capacitors, two regions may be set to share a predetermined overlapping region.
(1) 영역 설정(1) Area setting
(2) 부하전류 측정(2) Measurement of load current
(3) 영역 재설정(3) Reset area
일 개시에 따른 제어부는, 예를 들면, 소프트웨어 혹은 프로그램을 구동하여 제어부에 연결된 본 발명의 적어도 하나의 다른 구성요소(Ex. 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소 )를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 제어부는 다른 구성요소( Ex. 통신부 )로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 제어부는 메인 제어부(Ex. 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 제어부), 및 이와는 독립적으로 운영되고, 추가적으로 또는 대체적으로, 메인 제어부보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화된 보조 제어부(Ex. 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 제어부, 센서 허브 제어부, 또는 커뮤니케이션 제어부)를 포함할 수 있다. 여기서, 보조 제어부는 메인 제어부와 별개로 또는 임베디드(Embedded)되어 운영될 수 있다.The control unit according to one disclosure may control at least one other component (eg, hardware or software component) of the present invention connected to the control unit by driving software or a program, for example, and perform various data processing and calculations. can be done The control unit may load a command or data received from another component (Ex. communication unit) into the volatile memory for processing, and store the result data in the non-volatile memory. The control unit operates independently of the main control unit (Ex. central processing unit or application control unit), and additionally or alternatively, uses less power than the main control unit, or an auxiliary control unit specialized for a specified function (Ex. graphic processing unit, image signal control unit, sensor hub control unit, or communication control unit). Here, the auxiliary control unit may be operated separately or embedded in the main control unit.
도 4는 일 개시에 의한 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 나타낸다.4 shows a structure of a digital capacitor with improved charging efficiency according to one disclosure.
일 개시에 의하여, 기판(10), 기판 위에 형성되는 제 1 전극(20), 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름(30) 및 강유전체 필름(30) 위에 형성되는 제 2 전극(40)을 포함할 수 있다.According to one disclosure, a
제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)은 각각 Pt, Ir, Pd, 및 Ru를 포함하는 귀금속, 귀금속의 합금, 귀금속과 (귀금속이 아닌)금속의 합금, IrO2, RuO2, RhO2, SrRuO3, LaSrCoO3, La0.5Sr0.5CoO3, YBaCuO3, 및 YBa2Cu3O7-δ와 같은 전도성 산화물(conductive oxide), 조합물, 이들의 다층물 및 혼합물을 포함하는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.The
일 개시에 의하여 제 1 전극(20)은 제 2 전극(40)과 동일한 전도성 물질 또는 상이한 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 그러나 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)이 동일한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.According to one disclosure, the
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은 적어도 하나의 강유전체 막이 적층된 것을 특징으로 한다. 타이타늄산 지르콘산 납(PZT) 등으로 대표되는 결정을 포함하는 강유전체 박막은, 자발 분극, 고유전율, 전기광학 효과, 압전(壓電) 효과, 초전(焦電) 효과 등을 갖고 있기 때문에, 압전 소자 등의 광범위한 디바이스 개발에 응용된다. 또한, 이러한 강유전체 박막의 성막 방법으로서는, 예컨대 MOD법, 졸-겔법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법 등이 알려져 있지만, 특히 MOD법 및 졸-겔법은 강유전체 박막을 비교적 저비용으로 간편하게 성막할 수 있다는 이점을 갖는다.According to one disclosure, the
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은, BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 두 개의 필름이 제 1 강유전체 층과 제 2 강유전체 층을 이루는 것을 특징으로 한다.According to one disclosure, the
일 개시에 의하여 제 1 강유전체 층은 15nm∼40nm의 두께로 형성될 수 있으며 바람직하게는 25nm의 두께로 제조될 수 있다. 또한, 제 2 강유전체 층은 35nm∼140nm의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 75nm의 두께로 제조될 수 있다.According to one disclosure, the first ferroelectric layer may be formed to a thickness of 15 nm to 40 nm, and preferably may be manufactured to a thickness of 25 nm. In addition, the second ferroelectric layer may be formed to a thickness of 35 nm to 140 nm, and preferably may be manufactured to a thickness of 75 nm.
일 개시에 의하여, 강유전성 물질 또는 혼합물이라는 용어는 자발 전기 분극(spontaneous electric polarization)을 보이는 임의의 결정질(crystalline), 다결정질(polycrystalline), 또는 비정질(amorphous) 물질을 나타내도록 본 명세서에서 사용된다. By way of disclosure, the term ferroelectric material or mixture is used herein to denote any crystalline, polycrystalline, or amorphous material that exhibits spontaneous electric polarization.
본 발명에서 사용되는 강유전성 물질 또는 혼합물로는 원소 주기율표(CAS 버전)의 ⅣB 족(Ti, Zr 또는 Hf), ⅤB 족(V, Nb 또는 Ta), ⅥB 족(Cr, Mo 또는 W), ⅦB 족(Mn 또는 Re) 또는 ⅠB 족(Cu, Ag 또는 Au)의 금속을 포함하는 적어도 하나의 산성 산화물(acidic oxide)과 약 1 내지 3가의 양전하(positive formal charge)를 갖는 적어도 하나의 잉여 양이온(cation)을 포함하는 페로프스카이트형(perovskite-type) 산화물이다.The ferroelectric material or mixture used in the present invention includes Group IVB (Ti, Zr or Hf), Group VB (V, Nb or Ta), Group VIB (Cr, Mo or W), Group VIIB of the Periodic Table of the Elements (CAS version). (Mn or Re) or at least one acidic oxide comprising a metal of Group IB (Cu, Ag or Au) and at least one excess cation having a positive formal charge of about 1 to 3 ) is a perovskite-type oxide containing.
바람직한 페로프스카이트형 산화물로는 티타네이트계(titanate-based) 강유전체, 망간산염계(manganate-based) 물질, 쿠프레이트계(cuprate-based) 물질, 텅스텐 브론즈형(tungsten bronze-type) 니오베이트, 탄탈레이트, 또는 티타네이트, 및 층상 비스무트 탄탈레이트, 니오베이트, 또는 티타네이트가 있지만, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 이러한 페로프스카이트형 산화물 중에서 스트론튬 비스무트 탄탈레이트, 스트론튬 비스무트 니오베이트, 비스무트 티타네이트, 스트론튬 비스무트 탄탄레이트 니오베이트, 납 지르코네이트(lead zirconate) 티타네이트 및 납 란탄(lanthanum) 지르코네이트 티타네이트가 본 발명에서 매우 바람직하다.Preferred perovskite-type oxides include titanate-based ferroelectrics, manganate-based materials, cuprate-based materials, tungsten bronze-type niobates, tantalate, or titanate, and layered bismuth tantalate, niobate, or titanate. Among these perovskite-type oxides, strontium bismuth tantalate, strontium bismuth niobate, bismuth titanate, strontium bismuth tantalate niobate, lead zirconate titanate and lead lanthanum zirconate titanate are It is highly preferred in the present invention.
일 개시에 의한 기판(10)은 상부면 위의 절연체는 물론 내장된 능동 장치 영역(active device region)을 포함할 수 있는 임의의 반도체 웨이퍼 또는 물질을 나타내기 위해 널리 사용된다.
일 개시에 의하여 기판(10)으로 사용할 수 있는 기판에 큰 제한은 없으나, 적어도, 후의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖고 있을 필요가 있다. 예를 들어, 유리 기판, 세라믹 기판, 실리콘이나 탄화 실리콘 등의 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등의 화합물 반도체 기판, SOI 기판 외, 본 제작 공정의 처리 온도에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 플라스틱 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 기판 위에 반도체 소자가 형성된 것을 기판(10)으로 이용하여도 좋다.There is no great limitation on a substrate that can be used as the
유리 기판으로는, 예를 들어, 바륨붕규산 유리, 알루미노붕규산 유리 또는 알루미노규산 유리 등의 무알칼리 유리 기판을 이용하는 것이 좋다. 그 외에도 석영 기판, 사파이어 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10)으로, 가요성 기판(플렉서블 기판)을 이용하여도 좋다. 가요성 기판을 이용하는 경우, 가요성 기판 위에, 트랜지스터를 직접 제작하여도 좋으며, 다른 제작 기판 위에 트랜지스터를 제작하고, 그 후 가요성 기판에 박리, 전치하여도 좋다. 한편, 제작 기판에서 가요성 기판으로 박리, 전치하기 위해, 제작 기판과 트랜지스터 사이에 박리층을 형성하는 것이 좋다. As a glass substrate, it is good to use alkali-free glass substrates, such as barium borosilicate glass, alumino borosilicate glass, or aluminosilicate glass, for example. In addition, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. In addition, as the board|
도 5는 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining the structure of a capacitor including a three-layer ferroelectric film according to the disclosure.
강유전체 필름(30)은 서로 다른 조성비율로 제조된 3개층의 강유전체 필름으로 이루어질 수 있다.The
일 개시에 의한 강유전체 필름(30)은 제 1 강유전체 층(31) 및 제 2 강유전체 층(32)과 상이한 조성을 갖는 제 3 강유전체 층(33)을 포함할 수 있다. The
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은, BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 막이 제 1 강유전체 층(31), 제 2 강유전체 층(32) 및 제 3 강유전체 층(33)을 이루는 것을 특징으로 한다.According to one disclosure, the
일 개시에 의하여 제 1 강유전체 층(31)은 15nm∼40nm의 두께로 형성될 수 있으며 바람직하게는 25nm의 두께로 제조될 수 있다. According to one disclosure, the first
또한, 제 2 강유전체 층(32)은 35nm∼140nm의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 75nm의 두께로 제조될 수 있다.In addition, the second
일 개시에 의하여 제 3 강유전체 층(33)은 PbZr0.5Ti0.5 O3로 구성되며, 제 3 강유전체 층(33)은 제 1 강유전체 층(31)과 제 2 강유전체(32) 사이에 35nm∼50nm의 두께로 제조될 수 있다. 바람직하게는 제 3 강유전체 층(33)은 45nm의 두께로 제조될 수 있다.According to one disclosure, the third
일 개시에 의한 강유전체 필름(30)은 300~3604g의 2-n-뷰톡시에탄올(CH3(CH2)3OCH2CH2OH)에 37~39g(0.135mol)의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드(Ti((CH3)2CHO)4)를 가하여 실온에서 교반하고, 65~70g의 다이에탄올아민(HN(CH2CH2OH)2)을 혼합하고, 130~141의 아세트산 납 3수화물(Pb(CH3COO)2·3H2O)을 가한 후, 80~85g의 지르코늄 아세틸 아세토네이트(Zr(CH3COCHCOCH3)4)를 가하고, 65~75℃에서 45분간 교반한 후, 실온이 될 때까지 자연 냉각하고, 32~35g의 평균 분자량이 400인 폴리에틸렌 글라이콜((-CH2CH2O-)n)을 가하고, 실온에서 교반 한 후, 35~37g의 물을 가하고 실온에서 교반하여 형성된 Pbz(ZrxTi1-x)O3 (0<z<1.2)로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.The
도 6은 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the structure of a digital capacitor including an insulating coating layer according to the disclosure.
일 개시에 의하여, 디지털 콘덴서는 기판(10)과 제 1 전극(20) 사이에 누설 전류를 방지하기 위하여, 절연체로 이루어진 코팅층(50)을 포함할 수 있다.According to one disclosure, the digital capacitor may include a
일 개시에 의한 코팅층(50)은 절연 코팅 조성물을 이용하여 형성되는 것으로, 제조된 절연 코팅 조성물을 1500~1800rpm으로 스핀코팅한 후, 120~130℃에서 열처리하여 생성될 수 있다. The
일 개시에 의한 코팅층(50)은 두께 2nm~3.5nm로 제조될 수 있다. 바람직하게 코팅층(50)은 두께 2.8nm이하로 형성될 수 있다.The
일 개시에 의한 코팅층(50)은 제1 전극(20)으로부터 기판(10)을 절연시킬 수 있는 절연 물질로 이루어질 수 있다.The
예를 들어, 코팅층(50)을 이루는 절연 코팅 조성물로는 에폭시 아크릴레이트 수지 및 절연체를 포함하며, 상기 절연체는 구체적으로 실리콘 2산화물(dioxide), Al2O3, Ta2O5, TiO2, CrO2, HfO2, Y2O3, PMMA 및 TEOS와 같은 산화물, 실리콘 질화물(nitride), 탄탈 질화물, 티타늄 질화물과 같은 질화물, SiOxNy와 같은 옥시나이트라이드(oxynitride), BaSiTiO3, BaTiO3, 및 SrTiO3와 같은 고유전율(ε≥30) 금속 산화물, 크세로겔(xerogel) 및 이들의 조합물(combination), 다층물(multilayer), 또는 혼합물(mixutre)로 이루어질 수 있다.For example, the insulating coating composition constituting the
상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:The epoxy acrylate resin may be a compound represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1] [Formula 1]
상기 코팅층(50)은 절연 코팅 조성물로 코팅되는 것으로, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대해, 절연체 30 내지 40 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 혼합하여 사용 시, 기판의 균일한 코팅층을 형성하며, 사용 상태에 관계없이 기판과 우수한 접착성을 나타내며, 절연 효과를 나타낼 수 있다. The
또한, 코팅층(50)은 증착(deposition) 기술을 사용하여 기판(10)상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리 기상 증착(physical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 진공 증착(evaporation), 스핀온 코팅(spin-on coating), 딥 코팅(dip coating), 및 기타 유사한 증착 기술이 코팅층(50)을 형성하는데 사용될 수 있다. Further, the
일 개시에 의하여, 본원발명은 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서를 제조하는 공정을 제공할 수 있다.According to one disclosure, the present invention may provide a process for manufacturing a digital capacitor with improved charging efficiency by using a ferroelectric.
디지털 콘덴서를 제조하는 공정은 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 공정, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름을 900~1000
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.Here, the ferroelectric film is characterized in that at least one ferroelectric film made of different compositions is laminated.
도 7은 일 개시에 의한 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 웨이퍼를 다중 결합한 구조를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a structure in which a wafer including a digital capacitor circuit according to one disclosure is multiplied.
일 개시에 의하여 복수의 콘덴서는 다중 결합된 웨이퍼 구조로 구현될 수 있다.According to one disclosure, a plurality of capacitors may be implemented in a multi-coupled wafer structure.
일 개시에 의하여, 웨이퍼 다중 결합 구조(1000)는 적어도 하나의 제 1 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 제 1 웨이퍼(1001), 적어도 하나의 제 2 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 제 2 웨이퍼(1002), 제 1 웨이퍼(100)의 상면 상에 형성된 제 1 폴리머 층 및 제 2 웨이퍼의 하면 상에 형성된 제 2 폴리머 층이 250 내지 300℃의 열처리 공정을 통해 결합되어, 경화도 95 % 이상으로 형성된 폴리머 절연층(1100)을 포함할 수 있다.According to one disclosure, the wafer
본원에서는 제 1 웨이퍼 및 제 2 웨이퍼의 결합만을 설명하지만, 같은 방식으로 2개 이상의 웨이퍼 결합이 이루어질 수 있으며, 웨이퍼 결합수에 제한두지 않는다.Although only the bonding of the first wafer and the second wafer is described herein, bonding of two or more wafers may be made in the same manner, and the number of wafer bonding is not limited.
여기서, 폴리머 절연층은(1100)을 이루는 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 열에 강하고, 또한 결합력이 높은 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 180 내지 350℃ 정도의 열처리에 견딜 수 있는 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 열처리에 의해 리플로우(reflow)가 용이하고, 또한 열처리에 의해 다른 폴리머 층과 용이하게 결합할 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 더 나아가, 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 열처리를 의해 경화되며, 이러한 경화를 통해 강한 접합력을 유지할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.Here, the first polymer layer and the second polymer layer constituting the
한편, 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 현상액에 의해 어느 정도의 식각이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 제 1 폴리머 층 형성 후, 노광 공정없이 현상 공정만을 통해 용이하게 제 1 폴리머 층의 상부 일정 부분을 제거할 수 있다. 예컨대, 제 1 폴리머 층에 오르소-크레졸(ortho-cresol) 성분을 많이 추가함으로써, 노광 공정을 진행하지 않아도 TMAH(Tetramethyl ammounium hydroxide)와 같은 현상액에 일정 부분이 녹아 나오도록 할 수 있다. 또한, 제1 폴리머 층에 포함되는 메타-크레졸(meta-cresol)과 오르소-크레졸 등의 양을 상대적으로 조절함으로써, 현상 공정에서 제거되는 제1 폴리머 층의 두께를 조절할 수 있다.Meanwhile, the first polymer layer and the second polymer layer may be formed of a material that can be etched to some extent by a developer. Accordingly, after the formation of the first polymer layer, the upper portion of the first polymer layer may be easily removed through only a developing process without an exposure process. For example, by adding a large amount of ortho-cresol component to the first polymer layer, a certain portion can be dissolved in a developing solution such as TMAH (Tetramethyl ammounium hydroxide) without going through an exposure process. In addition, by relatively controlling the amounts of meta-cresol and ortho-cresol included in the first polymer layer, the thickness of the first polymer layer removed in the developing process can be controlled.
일 개시에 의하여 제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층은 예컨대, 폴리이미드 (polyimide), 폴리아마이드 (polyamide), 폴리아크릴레이트 (polyacrylrate), 및 폴리아라마이드 (polyaramide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. According to one disclosure, the first polymer layer and the second polymer layer may be formed of, for example, any one of polyimide, polyamide, polyacrylrate, and polyaramide.
제 1 폴리머 층 및 제 2 폴리머 층이, 전술한 특성들, 예컨대 열에 강하고, 리플로우가 가능하며, 경화를 통한 접합력이 높으며, 현상 공정만으로 소정 부분을 제거할 수 있는 특성 등을 포함한다면, 상기 물질들 이외의 다른 종류의 폴리머로 형성될 수 있다.If the first polymer layer and the second polymer layer include the above-described properties, such as resistance to heat, reflow, high bonding strength through curing, and the ability to remove a predetermined portion only through a developing process, the above It may be formed of a polymer other than the materials.
나아가, 제 1 폴리머 층 상면에 난연층을 더 포함함으로써, 제 1 폴리머 층과 제 2 폴리머 층의 결합력을 증진시킬 수 있다.Furthermore, by further including a flame-retardant layer on the upper surface of the first polymer layer, the bonding force between the first polymer layer and the second polymer layer may be enhanced.
일 개시에 의하여 난연층은 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼가 결합되는 과정의 열적 안정성을 개선하기 위하여 복소점도(complex viscosity (|η*|: 단위 Pa*sec)의 최저점도(min. viscosity)가 30.0~50.0 Pa*sec 인 난연성 수지조성물로 제조된 것일 수 있다.According to one disclosure, the flame-retardant layer has a minimum viscosity (min. viscosity) of a complex viscosity (|η*|: unit Pa*sec) in order to improve the thermal stability of the process in which the first wafer and the second wafer are combined. It may be made of a flame retardant resin composition of 30.0 to 50.0 Pa*sec.
본 발명의 난연성 수지조성물은 레오미터(rheometer)에서 25mm 직경의 파라렐 플레이트를 플레이트 간격 1.0mm으로 사용하고, temperature sweep mode로 초기온도 60℃, 최종온도 180℃, 및 승온속도 5℃/분의 조건으로, 스트레인(strain) 1% 및 1Hz의 주파수에서 120 측정포인트와 24분간의 런타임으로 측정한 때에 얻어진 복소점도(complex viscosity (|η*|: 단위 Pa*sec)의 최저점도(min. viscosity)가 1.0~250.0 Pa*sec 일 수 있으며, 최저점도(min. viscosity)가 1.0~100.0 Pa*sec, 또는 1.0~50.0 Pa*sec, 1.0~40.0 Pa*sec 일 수 있음을 기술한 바 있다.The flame retardant resin composition of the present invention uses a 25mm diameter parallel plate in a rheometer with a plate spacing of 1.0mm, and in a temperature sweep mode, an initial temperature of 60°C, a final temperature of 180°C, and a temperature increase rate of 5°C/min. As a condition, the min. viscosity of the complex viscosity (|η*|: unit Pa*sec) obtained when the strain was measured with a strain of 1% and a frequency of 1Hz at 120 measuring points and a runtime of 24 min. ) may be 1.0~250.0 Pa*sec, and the minimum viscosity may be 1.0~100.0 Pa*sec, or 1.0~50.0 Pa*sec, 1.0~40.0 Pa*sec.
일 개시에 의하여, 본 발명에 따른 난연성 조성물은 상온 (25 ℃)에서 5일 동안 보관하더라도, 최저점도의 증가가 초기에 비하여 10% 이하인 것으로 나타났으며, 그 절대값 또한 100 Pa*sec 미만으로 나타나, 라미네이션 공정에서 패턴 사이를 채우지 못하거나 흐름성이 저하되는 문제점이 없다.According to one disclosure, even if the flame retardant composition according to the present invention is stored at room temperature (25 ℃) for 5 days, it was found that the increase in the lowest viscosity is 10% or less compared to the initial value, and the absolute value is also less than 100 Pa * sec. As it appears, there is no problem in that the gap between the patterns cannot be filled in the lamination process or the flowability is deteriorated.
난연성 조성물을 이용하여 난연층을 생성하는 단계는 평균 에폭시수지당량이 100 내지 700인 비스페놀 A형에폭시수지 5 내지 20중량부, 평균 에폭시수지 당량이 100 내지 600인 크레졸노볼락 에폭시수지 30 내지 60중량부, 평균 에폭시수지 당량이 100 내지 500인 고무변성형 에폭시수지 5 내지 15중량부 및 평균 에폭시수지 당량이 400 내지 800인 인계 에폭시수지 15 내지 30중량부를 포함하여 이루어지는 복합 에폭시수지; 아미노 트리아진계 경화제; 경화촉진제; 및무기충전제를 포함하는, 레오미터(rheometer)에서 25mm 직경의 파라렐 플레이트를 플레이트 간격 1.0mm으로 사용하고, temperature sweep mode로 초기온도 60℃, 최종온도 180℃, 및 승온속도 5℃/분의 조건으로, 스트레인(strain) 1% 및 1Hz의 주파수에서 120 측정포인트와 24분간의 런타임으로 측정한 때에 얻어진 복소점도(complex viscosity (|η*|: 단위 Pa*sec)의 최저점도(min. viscosity)가 1.0～250.0 Pa*sec 인 난연성 수지조성물을 상기와 같은 조건으로 기판표면에 코팅하는 공정을 통해 형성될 수 있다.The step of generating the flame retardant layer using the flame retardant composition includes 5 to 20 parts by weight of a bisphenol A type epoxy resin having an average epoxy resin equivalent of 100 to 700, and 30 to 60 parts by weight of a cresol novolac epoxy resin having an average epoxy resin equivalent of 100 to 600 A composite epoxy resin comprising 5 to 15 parts by weight of a rubber-modified epoxy resin having an average epoxy resin equivalent of 100 to 500 and 15 to 30 parts by weight of a phosphorus-based epoxy resin having an average epoxy resin equivalent of 400 to 800 parts; amino triazine-based curing agent; curing accelerator; and an inorganic filler, using a 25 mm diameter parallel plate in a rheometer with a plate spacing of 1.0 mm, and an initial temperature of 60 ° C., a final temperature of 180 ° C., and a temperature increase rate of 5 ° C./min in a temperature sweep mode. As a condition, the min. viscosity of the complex viscosity (|η*|: unit Pa*sec) obtained when measuring at a strain of 1% and a frequency of 1 Hz at 120 measuring points and a runtime of 24 min. ) can be formed through the process of coating a flame retardant resin composition of 1.0 ~ 250.0 Pa * sec on the surface of the substrate under the same conditions as above.
다음으로, 난연층이 형성된 기판을 소정의 온도에서 프리큐어한 다음, 상기 난연층에 조도를 형성시킨 후, 상기 조도가 형성된 난연성 절연층 상에 인쇄회로패턴을 형성시키면, 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼의 폴리머 층간의 접착력을 향상시킬 수 있다.Next, if the substrate on which the flame retardant layer is formed is precure at a predetermined temperature, and then the roughness is formed on the flame retardant layer, and then a printed circuit pattern is formed on the flame retardant insulating layer on which the roughness is formed, the first wafer and the second wafer can improve the adhesion between the polymer layers.
제조예production example
상기 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대해, 절연체 35 중량부, 경화제인 모노아민 5 중량부, 용매 에틸아세테이트(Ethyl Acetate) 100 중량부를 혼합하여 절연 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 절연체는 Ta2O5, TiO2, CrO2, 및 Y2O3를 동일한 비율로 혼합하여 사용하였다.An insulation coating composition was prepared by mixing 35 parts by weight of an insulator, 5 parts by weight of a curing agent monoamine, and 100 parts by weight of a solvent ethyl acetate, based on 100 parts by weight of the epoxy acrylate resin represented by
상기 절연 코팅 조성물을 기판의 일면에 2nm의 두께로 코팅하여 코팅층을 형성하였다. The insulating coating composition was coated on one surface of the substrate to a thickness of 2 nm to form a coating layer.
비교예 1Comparative Example 1
상기 절연 코팅 조성물에서 에폭시 아크릴레이트 수지를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.The insulation coating composition was prepared in the same manner as in Preparation Example except that the epoxy acrylate resin was excluded.
비교예 2Comparative Example 2
상기 절연 코팅 조성물에서 절연체를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.The insulation coating composition was prepared in the same manner as in Preparation Example except that the insulator was excluded.
실험예 1Experimental Example 1
절연 특성 평가Insulation property evaluation
일본 미쓰비시사(Mitsubishi, JPN)의 하이 레지스턴스 테스터(High resistance tester)를 이용하여 기판에 대한 표면저항을 측정하였다. The surface resistance to the substrate was measured using a high resistance tester of Mitsubishi, JPN, Japan.
(O：표면 저항 값 3xl010 초과, ㅿ： 표면 저항 값 lxlO9 내지 3xl010, x：표면 저항 값 1xlO9 미만)(O: surface resistance value greater than 3xl0 10 , ㅿ: surface resistance value lxlO 9 to 3xl0 10 , x: surface resistance value less than 1xlO 9 )
상기 실험 결과에 따르면, 본 발명의 절연 코팅층을 형성하는 경우 절연 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다. According to the experimental results, it can be confirmed that the insulating effect is excellent when the insulating coating layer of the present invention is formed.
실험예 2Experimental Example 2
절연막 신뢰성 평가Insulation film reliability evaluation
필-오프(Peel off) 특성을 평가하기 위 해 일본 히라야마사의 PCT 챔버를 이용해서 PCT 평가를 진행하였다. In order to evaluate the peel-off characteristics, PCT evaluation was performed using a PCT chamber manufactured by Hirayama, Japan.
전술된 PCT 평가는 온도는 121℃, 압력은 2atm, 및 상대 습도(Relative Humidity, RH) 100% 조건 하에서 진행하였다. The above-described PCT evaluation was performed under conditions of a temperature of 121° C., a pressure of 2 atm, and a relative humidity (RH) of 100%.
또한, 필-오프 특성을 평가하기 위해 일본 히타치사의 코스모피아(COSMOPIA)를 이용해서 항온 항습 평가를 진행하였다. 전술된 항온 항습 평가는 85℃ 온도 및 상대습도 85% 조건 하에서 진행하였다.In addition, in order to evaluate the peel-off characteristics, constant temperature and humidity evaluation was performed using COSMOPIA manufactured by Hitachi, Japan. The above-mentioned constant temperature and humidity evaluation was conducted under the conditions of 85 ℃ temperature and 85% relative humidity.
(О: 코팅층이 기판에서 탈리됨. X: 코팅층이 기판에서 탈리되지 않음)(О: The coating layer is detached from the substrate. X: The coating layer is not detached from the substrate)
기판의 사용 조건 하에서의 코팅층의 탈리 여부를 확인하기 위해, 필-오프 테스트를 진행하였다. In order to check whether the coating layer is detached under the conditions of use of the substrate, a peel-off test was performed.
필-오프 여부에 대해 본 발명의 제조예에 의한 코팅층은 탈리되지 않은 것을 확인할 수 있으며, 비교예의 경우에도 PCT 테스트 상에서는 비교예 1이 탈리되지 않았으나 항온 항습 실험에서는 탈리되는 것을 확인할 수 있다.As for peel-off, it can be confirmed that the coating layer according to the preparation example of the present invention does not detach, and in the case of the comparative example, Comparative Example 1 did not detach on the PCT test, but it can be confirmed that it detaches in the constant temperature and humidity test.
전술한 본 발명의 스위치 제어 방법에 관한 내용은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.The contents of the switch control method of the present invention described above can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable medium. In addition, the structure of data used in the above-described method may be recorded in a computer-readable medium through various means. A recording medium for recording an executable computer program or code for performing various methods of the present invention should not be construed as including temporary objects such as carrier waves or signals. The computer-readable medium may include a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.) and an optically readable medium (eg, a CD-ROM, a DVD, etc.).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 즉, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the That is, the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (7)
그라운드에 접속된 상기 제 1 스위치를 연결(ON)하고 부하와 접속된 상기 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 상기 복수개의 콘덴서들을 동시에 충전하는 단계;
상기 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 상기 전원단을 오프(OFF)하여 단락(short) 상태로 변경하며, 상기 제 1 스위치를 개방(OFF)하고, 상기 복수개의 콘덴서 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 상기 제 1 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계;
상기 제 1 콘덴서가 방전된 후 상기 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고, 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 상기 제 2 콘덴서에 충전된 전하를 부하로 전달하는 단계; 및
상기 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전될 때까지 상기 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 스위치를 순차적으로 연결 및 개방하는 단계를 포함하되,
상기 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전된 후 상기 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하고 상기 제 1 콘덴서와 그라운드를 연결하는 제 1-1 스위치를 연결(ON)하며, 상기 전원단을 온(ON)하여 상기 제 1 콘덴서를 재충전하는 단계;
상기 제 1 콘덴서의 충전이 완료됨에 따라 상기 전원단을 오프(OFF)하여 단락(short) 상태로 변경하며, 상기 제 1-1 스위치를 개방(OFF)하는 단계; 및
상기 제 1-1 스위치를 개방(OFF)한 후, 상기 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 상기 제 1 콘덴서에 재충전된 전하를 부하로 전달하는 단계를 포함하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법.an input node connected to a power terminal to which DC power is input and to which a power current generated from the power terminal is input; a plurality of capacitors having one end connected to the input node and provided by branching based on the input node; a charging/discharging node connected to the other end of the plurality of capacitors and configured to branch to a first switch and a second switch respectively provided for each of the plurality of capacitors; And in the charging and discharging method for a digital capacitor circuit comprising a control unit for controlling the opening and closing operations of the first switch and the second switch, - The control unit controls the on/off operation of the power stage, -
charging the plurality of capacitors simultaneously by connecting (ON) the first switch connected to the ground and opening (OFF) the second switch connected to the load;
In a state in which the plurality of capacitors are all charged, the power terminal is turned OFF to change to a short state, the first switch is opened, and the first capacitor connected to the first capacitor among the plurality of capacitors is opened. transferring the charge charged in the first capacitor to a load by connecting (ON) a 1-2 switch;
After the first capacitor is discharged, the 1-2 switch is opened (OFF), and the 2-2 switch connected to the second capacitor is connected (ON) to transfer the charge charged in the second capacitor to the load. step; and
Including the step of sequentially connecting and opening a switch connecting the plurality of capacitors and the load until all the charged capacitors are discharged,
After the plurality of charged capacitors are all discharged, the 1-2 switch is opened (OFF), the 1-1 switch connecting the first capacitor and the ground is connected (ON), and the power terminal is turned on ( ON) to recharge the first capacitor;
turning off the power terminal as the charging of the first capacitor is completed, changing to a short state, and opening the 1-1 switch; and
After the 1-1 switch is opened (OFF), the 1-2 switch is connected (ON) to transfer the charge recharged in the first capacitor to a load. discharge method.
상기 부하에서 소모되는 전력량을 센싱하는 단계;
상기 부하에서 소모되는 전력량이 기초하여, 상기 부하에 전달해야 할 전하량을 산출하는 단계;
상기 산출된 전하량을 공급할 수 있는 콘덴서의 개수를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 콘덴서의 개수만큼 상기 복수개의 콘덴서와 상기 부하를 연결하는 제 2 스위치를 연결(ON)하여, 상기 부하로 전하를 공급하는 단계를 포함하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법.The method of claim 1,
sensing the amount of power consumed by the load;
calculating an amount of electric charge to be transferred to the load based on the amount of power consumed by the load;
determining the number of capacitors capable of supplying the calculated amount of charge; and
A charging and discharging method using a digital capacitor, comprising the step of supplying electric charges to the load by connecting (ON) a second switch connecting the plurality of capacitors and the load by the determined number of capacitors.
상기 부하에 충전되는 전하량 및 상기 부하의 현재 온도를 측정하는 단계;
상기 부하의 내부 저항값을 수학식 1에 대입하여 상기 부하에 발생할 수 있는 과열 열량을 발생시키는 과열량 전압을 계산하는 단계;및
상기 과열량 전압에 기초하여, 상기 부하로 인가되는 전하량을 조정하는 단계를 포함하는,
[수학식 1]
V = OCV(z) + i*R0 + V0*exp(-t/RC) + i*R*(1-exp(-t/RC))
(여기서, i는 부하의 등가 회로에 흐르는 전류, R0는 직렬 저항의 저항 값, R은 RC 회로에 포함된 저항의 저항값, C는 RC 회로에 포함된 콘덴서의 커패시턴스 값, V0는 RC 회로에 형성되는 초기 전압값, z는 부하의 충전 상태, 그리고 OCV(z)는 충전 상태에 대응되는 개방 전압을 의미함),
디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법.The method of claim 1,
measuring an amount of electric charge charged in the load and a current temperature of the load;
Substituting the internal resistance value of the load into Equation 1, calculating an overheating amount voltage that generates overheating heat that can be generated in the load; And
Based on the overheat amount voltage, comprising the step of adjusting the amount of charge applied to the load,
[Equation 1]
V = OCV(z) + i*R0 + V0*exp(-t/RC) + i*R*(1-exp(-t/RC))
(Where i is the current flowing in the equivalent circuit of the load, R0 is the resistance value of the series resistor, R is the resistance value of the resistor included in the RC circuit, C is the capacitance value of the capacitor included in the RC circuit, and V0 is the resistance value of the RC circuit. The formed initial voltage value, z is the state of charge of the load, and OCV(z) is the open-circuit voltage corresponding to the state of charge),
Charging and discharging methods using digital capacitors.
상기 복수개의 콘덴서에 포함된 콘덴서는,
기판;
상기 기판 위에 형성되는 제 1 전극;
상기 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름; 및
상기 강유전체 필름 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,
상기 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 필름이 제 1 강유전체 층, 제 2 강유전체 층 및 제 3 강유전체 층을 이루는 것을 특징으로 하며,
상기 제 1 강유전체 층은 15nm∼40nm의 두께로 형성되며, 상기 제 2 강유전체 층은 35nm∼140nm의 두께로 형성되며, 상기 제 3 강유전체 층은 상기 제 1 강유전체 층과 제 2 강유전체 사이에 35nm∼50nm의 두께로 적층되고,
상기 복수개의 콘덴서에 포함된 콘덴서는,
상기 기판과 제 1 전극 사이에 누설 전류를 방지하기 위한 코팅층;을 더 포함하며,
상기 코팅층은,
절연 코팅 조성물로 코팅되는 것으로, 상기 절연 코팅 조성물을 1500~1800rpm으로 스핀코팅한 후, 120~130℃에서 열처리하여 생성된 것이며,
상기 절연 코팅 조성물은,
에폭시 아크릴레이트 수지 및 절연체를 포함하며, 상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것인,
디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법.
[화학식 1]
The method of claim 1,
The capacitors included in the plurality of capacitors,
Board;
a first electrode formed on the substrate;
a ferroelectric film formed on the first electrode; and
a second electrode formed on the ferroelectric film;
The ferroelectric film includes a BTO film (BaTiO 3 ), a PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) film, and a PMN-PT film (Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )0 3 -PbTi0 3 ), a PLZT (Pb 1-z La z Zr x Ti 1-x O 3 ) film, and a BSO-PZT (Bi 2 SiO 5 additive PZT) film are selected from the first ferroelectric layer, the second ferroelectric layer, and the third ferroelectric layer. It is characterized in that it forms a layer,
The first ferroelectric layer is formed to a thickness of 15 nm to 40 nm, the second ferroelectric layer is formed to a thickness of 35 nm to 140 nm, and the third ferroelectric layer is formed to a thickness of 35 nm to 50 nm between the first ferroelectric layer and the second ferroelectric layer. laminated to a thickness of
The capacitors included in the plurality of capacitors,
It further comprises; a coating layer for preventing leakage current between the substrate and the first electrode,
The coating layer is
It is coated with an insulating coating composition, which is produced by spin-coating the insulating coating composition at 1500~1800rpm, and then heat-treating it at 120~130℃,
The insulating coating composition,
It includes an epoxy acrylate resin and an insulator, wherein the epoxy acrylate resin is a compound represented by the following Chemical Formula 1,
Charging and discharging methods using digital capacitors.
[Formula 1]
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200066072A KR102417288B1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method for charging and discharging using digital capacitor with improved charging efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200066072A KR102417288B1 (en) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | Method for charging and discharging using digital capacitor with improved charging efficiency |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210148760A KR20210148760A (en) | 2021-12-08 |
| KR102417288B1 true KR102417288B1 (en) | 2022-07-05 |
Family
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Country Status (1)
| Country | Link |
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