KR102417291B1 - 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템 - Google Patents

충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

일 개시에 의하여, 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 콘덴서들 각각과 그라운드를 연결하는 스위치를 포함하는 제 1 스위치부, 복수개의 콘덴서들 각각과 부하를 연결하는 스위치를 포함하는 제 2 스위치부, 및 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들의 개폐 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 콘덴서 시스템에 있어서, 제어부는 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서, 제 2 스위치부에 포함된 하나의 스위치를 개방하여 어느 하나의 콘덴서로부터 부하로 전하가 공급되도록 제어하고, 어느 하나의 콘덴서가 방전됨과 동시에 제 2 스위치부에 포함된 다른 스위치를 개방하여 다른 콘덴서로부터 부하로 전하가 연속적으로 공급되도록 제어하는, 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템을 제공한다.

Description

충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템{System for charging and discharging using digital capacitor with improved charging efficiency}
본 발명은 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서 회로를 이용한 충전 시스템에 관한 것이다.
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.
충전식(rechargeable) 배터리는 전형적으로 연속적인 충전-방전 사이클을 겪도록 설계된 복수의 충전식 셀을 포함한다. 추후의 방전 및 사용을 위해 저장된 전기 화학적 에너지로 이들을 충전할 목적을 위한, 이러한 충전식 전지, 특히 그의 스택(배터리)의 사용은 자동차, 해양 및 기타 차량 응용 분야, 가정용 및 무정전 에너지 공급 장치, 가정용 및 계통 연계 전력 네트워크의 수요 및 부하 평준화를 위한 간헐적이고 재생 가능한 전력 공급원에서 생산된 에너지 저장을 포함하는 다양한 응용 분야에서 점점 더 중요해지고 있다.
배터리의 충전 및 방전 동안, 하나의 배터리를 형성하는 상이한 배터리 셀들의 용량 상태가 서로 거의 동일하게 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 배터리에서 상이한 셀들의 충전 상태(또는 동등하게는, 방전 정도)가 충전 및 방전 동안 조화롭게 증가 및 감소하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀은 그 배터리 셀을 형성하는 각각의 셀이 소정의 충전 상태에 도달할 때까지 충전될 수 있다. 각각의 셀의 충전 상태가 서로 실질적으로 동일하게 유지되면, 각각의 셀은 상기한 소정의 충전 상태(이때 충전이 중지됨)에 거의 동시에 도달할 수 있다.
대한민국 특허등록번호 제 10-1925002 B1 (2018.11.28 공고)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 충전 효율을 높일 수 있는 디지털 콘덴서를 이용하여 이차 전지에 전력을 공급하는 충전 시스템을 제공함에 목적이 있다.
일 개시에 의하여, 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 콘덴서들 각각과 그라운드를 연결하는 스위치를 포함하는 제 1 스위치부, 복수개의 콘덴서들 각각과 부하를 연결하는 스위치를 포함하는 제 2 스위치부, 및 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들의 개폐 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 콘덴서 시스템에 있어서, 제어부는 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서, 제 2 스위치부에 포함된 하나의 스위치를 개방하여 어느 하나의 콘덴서로부터 부하로 전하가 공급되도록 제어하고, 어느 하나의 콘덴서가 방전됨과 동시에 제 2 스위치부에 포함된 다른 스위치를 개방하여 다른 콘덴서로부터 부하로 전하가 연속적으로 공급되도록 제어하는, 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템을 제공한다.
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.
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.
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.
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.
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.
일 개시에 의하면 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 웨이퍼를 다중으로 결합함으로써, 디지털 콘덴서 회로가 제공하는 콘덴서의 충전 효율을 증폭하여 사용할 수 있다.
본 발명의 디지털 콘덴서 회로에 의하면, 크기가 작고 복수개의 콘덴서의 순차 방전을 통해 부하에 전류가 공급되는 시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 디지털 콘덴서에 포함된 강유전체를 이용하여 콘덴서의 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
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.
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.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
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.
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.
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.
도 1은 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여, 디지털 콘덴서 시스템(100)은 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들(130), 복수개의 콘덴서들(130) 각각과 그라운드를 연결하는 스위치를 포함하는 제 1 스위치부(110), 복수개의 콘덴서들 각각과 부하를 연결하는 스위치를 포함하는 제 2 스위치부(120), 및 제 1 스위치부(110) 및 제 2 스위치부(120)에 포함된 스위치들의 개폐 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 제어부(150)는 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서, 제 2 스위치부(120)에 포함된 하나의 스위치를 개방하여 어느 하나의 콘덴서로부터 부하(140)로 전하가 공급되도록 제어하고, 어느 하나의 콘덴서가 방전됨과 동시에 제 2 스위치부(120)에 포함된 다른 스위치를 개방하여 다른 콘덴서로부터 부하로 전하가 연속적으로 공급되도록 제어할 수 있다.
일 개시에 의하여 제어부(150)는 제 1 스위치부(110)의 모든 스위치를 연결(ON)하고, 제 2 스위치부(120)에 포함된 모든 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들이 동시에 충전되도록 제어하고, 복수개의 콘덴서들이 모두 충전이 완료되면 제 1 스위치부의 모든 스위치를 개방(OFF)하여 충전 상태가 유지되도록 제어할 수 있다.
일 개시에 의하여 제어부(150)는, 복수개의 콘덴서(130) 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 제 1 콘덴서에 충전된 전하가 부하로 전달되도록 제어하고, 제 1 콘덴서가 방전된 후 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하여 제 1 콘덴서와 부하의 연결을 해제하고, 동시에 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 제 2 콘덴서에 충전된 전하가 부하로 전달되도록 제어할 수 있다.
일 개시에 의하여, 제어부(150)는 제 1 콘덴서에서 부하로 전력이 인가되는 동안, 제 1 콘덴서에서 발생한 누설 전력을 검출하고,누설 전력 값이 기 설정된 제 1 콘덴서 누설 전력 값보다 큰 경우, 제 1 콘덴서에 크랙이 발생하였다고 판단하고, 크랙이 발생한 제 1 콘덴서의 연결이 차단되도록, 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-1 스위치 및 제 1-2 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
일 개시에 의하여, 제어부(150)는 전원부와 복수개의 콘덴서의 연결이 해제된 경우, 복수개의 콘덴서 각각에 현재 충전된 제 1 전하량을 계산하고, 부하에 공급된 전하량 및 부하의 온도를 기초로 부하의 충전 상태를 판단하여, 부하에 공급해야 할 제 2 전하량을 계산하고, 제 1 전하량이 제 2 전하량보다 많은 경우, 부하의 충전이 완료되는 충전 시간을 계산하고, 제 1 전하량이 제 2 전하량보다 적은 경우, 부하에 충전할 수 있는 충전량 및 남은 충전 시간을 계산하여 사용자 단말로 전송할 수 있다.
여기서 사용자 단말은 기 등록된 사용자의 단말로서, 충전상태에 대한 알림을 받을 수 있는 모든 전자기기를 포함할 수 있다.
도 2는 일 개시에 의한 본원발명의 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
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.
본원발명은 복수개의 콘덴서와 전원에 연결된 스위치를 동시에 개방하여, 복수개의 콘덴서가 동시에 충전되도록 한다,
그 다음으로, 복수개의 콘덴서 각각에 연결된 스위치를 순차적으로 개방함으로써 각각의 콘덴서로부터 부하로 순차적으로 전하가 공급되도록 한다.
본원발명에서는 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)하고 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)하여 복수개의 콘덴서들을 동시에 충전하는 단계를 제공할 수 있다.
본원발명에서는 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.
본원발명에서는 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.
본원발명에서는 충전된 복수개의 콘덴서가 모두 방전될 때까지 복수개의 콘덴서와 부하를 연결하는 스위치를 순차적으로 연결 및 개방하는 단계를 제공할 수 있다.
본원발명은 부하에 효과적으로 전하를 전달하기 위하여 복수개의 콘덴서를 유기적으로 충전 및 방전하는 과정을 반복할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본원발명은 부하에 충전되는 전하량 및 사기 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 조정할 수 있다.
[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 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다. 이하에서는 상기에서 설명한 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예로써, 디지털 콘덴서 회로가 제공될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
일 개시에 따르면, 충방전 노드와 접속되는 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작에 따라 콘덴서가 충전되거나 방전될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
즉, 충전된 복수개의 콘덴서들 중 미리 정해진 방전 순서에 따라 순차적으로 방전됨으로써 방전 시간을 조절함으로써 부하의 출력을 조절할 수 있다.
보다 상세하게는, 방전 시간(tdc)은 하기 수학식 2에 따라 미리 결정될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020056219111-pat00001
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.
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.
먼저, 복수개의 콘덴서들에 대하여 최초로 두 영역들이 소정의 중첩영역을 공유하도록 설정될 수 있다.
(1) 영역 설정
(2) 부하전류 측정
(3) 영역 재설정
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.
도 4는 일 개시에 의한 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 나타낸다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 5는 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
강유전체 필름(30)은 서로 다른 조성비율로 제조된 3개층의 강유전체 필름으로 이루어질 수 있다.
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.
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.
일 개시에 의하여 제 1 강유전체 층(31)은 15nm∼40nm의 두께로 형성될 수 있으며 바람직하게는 25nm의 두께로 제조될 수 있다.
또한, 제 2 강유전체 층(32)은 35nm∼140nm의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 75nm의 두께로 제조될 수 있다.
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.
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.
도 6은 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
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.
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.
일 개시에 의한 코팅층(50)은 두께 2nm~3.5nm로 제조될 수 있다. 바람직하게 코팅층(50)은 두께 2.8nm이하로 형성될 수 있다.
일 개시에 의한 코팅층(50)은 제1 전극(20)으로부터 기판(10)을 절연시킬 수 있는 절연 물질로 이루어질 수 있다.
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.
상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112020056219111-pat00002
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.
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.
일 개시에 의하여, 본원발명은 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서를 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
디지털 콘덴서를 제조하는 공정은 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 공정, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름을 900~1000℃이하의 온도에서 30분~60분 동안 열처리하여 강유전체 필름을 형성하는 공정 및 강유전체 필름 위에 제 2 전극을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.
도 7은 일 개시에 의한 디지털 콘덴서 회로를 포함하는 웨이퍼를 다중 결합한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여 복수의 콘덴서는 다중 결합된 웨이퍼 구조로 구현될 수 있다.
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.
본원에서는 제 1 웨이퍼 및 제 2 웨이퍼의 결합만을 설명하지만, 같은 방식으로 2개 이상의 웨이퍼 결합이 이루어질 수 있으며, 웨이퍼 결합수에 제한두지 않는다.
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 밀 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.
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.
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.
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.
나아가, 제 1 폴리머 층 상면에 난연성 절연층을 더 포함함으로써, 제 1 폴리머 층과 제 2 폴리머 층의 결합력을 증진시킬 수 있다.
일 개시에 의하여 난연성 절연층은 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.
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.
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.
난연성 조성물을 이용하여 난연성 절연층을 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.
다음으로, 난연성 절연층이 형성된 기판을 소정의 온도에서 프리큐어한 다음, 상기 난연성 절연층에 조도를 형성시킨 후, 상기 조도가 형성된 난연성 절연층 상에 인쇄회로패턴을 형성시키면, 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼의 폴리머 절연층간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
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.
제조예
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.
상기 절연 코팅 조성물을 기판의 일면에 2nm의 두께로 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
비교예 1
상기 절연 코팅 조성물에서 에폭시 아크릴레이트 수지를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.
비교예 2
상기 절연 코팅 조성물에서 절연체를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.
실험예 1
절연 특성 평가
일본 미쓰비시사(Mitsubishi, JPN)의 하이 레지스턴스 테스터(High resistance tester)를 이용하여 기판에 대한 표면저항을 측정하였다.
제조예 비교예 1 비교예 2
표면 저항 О x
(O：표면 저항 값 3xl010 초과, ㅿ： 표면 저항 값 lxlO9 내지 3xl010, x：표면 저항 값 1xlO9 미만)
상기 실험 결과에 따르면, 본 발명의 절연 코팅층을 형성하는 경우 절연 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
절연막 신뢰성 평가
필-오프(Peel off) 특성을 평가하기 위 해 일본 히라야마사의 PCT 챔버를 이용해서 PCT 평가를 진행하였다.
전술된 PCT 평가는 온도는 121℃, 압력은 2atm, 및 상대 습도(Relative Humidity, RH) 100% 조건 하에서 진행하였다.
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.
제조예 비교예 1 비교예 2
필-오프 여부(PCT Test) X X О
필-오프 여부(항온, 항습 Test) X О О
(О: 코팅층이 기판에서 탈리됨. X: 코팅층이 기판에서 탈리되지 않음)
기판의 사용 조건 하에서의 코팅층의 탈리 여부를 확인하기 위해, 필-오프 테스트를 진행하였다.
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.
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.
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.

Claims (7)

  1. 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드;
    일 단이 상기 입력 노드와 접속되고 상기 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들;
    상기 복수개의 콘덴서들 각각과 그라운드를 연결하는 스위치를 포함하는 제 1 스위치부;
    상기 복수개의 콘덴서들 각각과 부하를 연결하는 스위치를 포함하는 제 2 스위치부; 및
    상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들의 개폐 동작 및 상기 전원단의 온/오프 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 콘덴서 시스템에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서 상기 전원단을 턴오프(TURN-OFF)하여 단락(SHORT) 상태로 변경하며, 상기 제 2 스위치부에 포함된 하나의 스위치를 연결하여 어느 하나의 콘덴서로부터 부하로 전하가 공급되도록 제어하고, 상기 어느 하나의 콘덴서가 방전됨과 동시에 상기 제 2 스위치부에 포함된 다른 스위치를 연결하여 다른 콘덴서로부터 상기 부하로 전하가 연속적으로 공급되도록 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서 상기 전원단을 턴오프(TURN-OFF)하여 단락(SHORT) 상태로 변경한 경우, 상기 복수개의 콘덴서 각각에 현재 충전된 제 1 전하량을 계산하고,
    상기 부하에 공급된 전하량 및 상기 부하의 온도를 기초로 상기 부하의 충전 상태를 판단하여, 상기 부하에 공급해야 할 제 2 전하량을 계산하고,
    상기 제 1 전하량이 제 2 전하량보다 많은 경우, 상기 부하의 충전이 완료되는 제1 충전 시간을 계산하고,
    상기 제 1 전하량이 제 2 전하량보다 적은 경우, 상기 부하에 충전할 수 있는 충전량을 기초로 상기 부하의 충전이 종료되는 제2 충전 시간을 계산하고, 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간의 차이를 기초로 남은 충전 시간을 계산하여 사용자 단말로 전송하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 스위치부의 모든 스위치를 연결(ON)하고, 상기 제 2 스위치부에 포함된 모든 스위치를 개방(OFF)하여 상기 복수개의 콘덴서들이 동시에 충전되도록 제어하고,
    상기 복수개의 콘덴서들이 모두 충전이 완료되면 상기 제 1 스위치부의 모든 스위치를 개방(OFF)하여 충전 상태가 유지되도록 제어하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수개의 콘덴서 중 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-2 스위치를 연결(ON)하여 상기 제 1 콘덴서에 충전된 전하가 부하로 전달되도록 제어하고,
    상기 제 1 콘덴서가 방전된 후 상기 제 1-2 스위치를 개방(OFF)하여 상기 제 1 콘덴서와 상기 부하의 연결을 해제하고,
    동시에 제 2 콘덴서에 연결된 제 2-2 스위치를 연결(ON)하여 상기 제 2 콘덴서에 충전된 전하가 부하로 전달되도록 제어하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 콘덴서에서 상기 부하로 전력이 인가되는 동안, 상기 제 1 콘덴서에서 발생한 누설 전력을 검출하고,
    상기 누설 전력 값이 기 설정된 제 1 콘덴서 누설 전력 값보다 큰 경우, 상기 제 1 콘덴서에 크랙이 발생하였다고 판단하고,
    상기 크랙이 발생한 제 1 콘덴서의 연결이 차단되도록, 상기 제 1 콘덴서에 연결된 제 1-1 스위치 및 제 1-2 스위치의 동작을 제어하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드;
    일 단이 상기 입력 노드와 접속되고 상기 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들;
    상기 복수개의 콘덴서들 각각과 그라운드를 연결하는 스위치를 포함하는 제 1 스위치부;
    상기 복수개의 콘덴서들 각각과 부하를 연결하는 스위치를 포함하는 제 2 스위치부; 및
    상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들의 개폐 동작 및 상기 전원단의 온/오프 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 콘덴서 시스템에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 콘덴서들의 충전이 완료된 상태에서 상기 전원단을 턴오프(TURN-OFF)하여 단락(SHORT) 상태로 변경하며, 상기 제 2 스위치부에 포함된 하나의 스위치를 연결하여 어느 하나의 콘덴서로부터 부하로 전하가 공급되도록 제어하고, 상기 어느 하나의 콘덴서가 방전됨과 동시에 상기 제 2 스위치부에 포함된 다른 스위치를 연결하여 다른 콘덴서로부터 상기 부하로 전하가 연속적으로 공급되도록 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 부하에 충전되는 전하량 및 상기 부하의 현재 온도를 측정하고,
    상기 부하의 내부 저항값을 수학식 1에 대입하여 상기 부하에 발생할 수 있는 과열 열량을 발생시키는 과열량 전압을 계산하고,
    상기 과열량 전압에 기초하여, 상기 부하로 인가되는 전하량을 조정하는,
    [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 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    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 적층되는 것을 특징으로 하는, 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템.
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