최근 활발하게 연구가 진행되고 있는 마이크로 인덕터는 자기 데이터 저장을 위한 헤드, 자기장 센서, 마이크로 변압기와 휴대폰의 수동 소자와 같은 다양한 분야에 이용되고 있다. 마이크로 인덕터를 제작하기 위해 UV-LIGA 공정을 개발하였다. 도금 공정을 이용하여 마이크로 인덕터의 철심과 구리선 제작하였다. 도금 공정을 위해 필요한 마이크로 몰드는 여러 종류의 thick photoresist를 이용하여 저응력 공정으로 제작하였다. 도금 공정을 이용하여 toroid형 마이크로 인덕터를 제작하였다. 도금 공정에서 발생 할 수 있는 응력을 최소화할 수 있는 공정을 개발하였다.
UV-LIGA 공정을 이용하여 3차원 마이크로 인덕터 제작 기술에 관하여 연구하였다. 마이크로 인덕터의 코일, 비아(via), 코어(core)의 Multi-layer 제작을 위해 UV-LIGA 공정을 이용하였으며, 전해도금(electro plating)을 위한 씨올기(seed layer)로서는 e-beam evaporator를 이용하여 금속을 증착하였다. 3차원 마이크로 인덕터의 도금 방법으로는 전해도금을 사용하였으며, 코일과 비아 부분은 구리(Cu) 전해도금, 코어 부분은 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금인 퍼멀로이(Ni/Fe) 전해도금을 하였다. 3차원 마이크로 인덕터의 샘플크기로는 코어의 폭은 $300{\mu}m$, 전체 길이는 9.2mm, 두께는 $20{\mu}m$의 구조로 제작되었으며, 코일 부분은 폭이 $40{\mu}m$, 두께는 $30{\mu}m$이며, 코일턴 수는 70회의 구조로 제작하였다.
MEMS 공정기법을 적용하여 새로운 형태의 LC 공진기형 자기센서를 제작하였다. 이 마이크로 LC 공진기는 솔레노이드형 마이크로인덕터에 연자성 마이크로와이어를 코어로 삽입하고 여기에 콘덴서를 병렬로 연결하여 구성하였다. 코어 자성 물질은 melt spinning 법으로 제조한 유리가 코팅된 $Co_{83.2}B_{3.3}Si_{5.9}Mn_{7.6}$ 마이크로와이어이다. 코어물질의 연자성을 개선하기 위하여 $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C,\;250^{\circ}C,\;300^{\circ}C$ 등 여러 온도에서 1시간씩 진공 열처리하였다. MEMS 공정으로 제작된 솔레노이형 마이크로인덕터는 길이가 $500{\sim}1,000{\mu}m$ 이며 감은수는 $10{\sim}20$회이다. 외부자기장에 따른 본 마이크로인덕터의 최대 인덕턴스 변화율은 370%이었다. 초연자성 마이크로와이어의 투자율이 외부자기장에 따라 급격히 변하기 때문에 인덕턴스변화율이나 LC 공진기의 자기임피던스 변화율(MIR)이 급속하게 변한다. 최대감도를 얻기 위해서 MIR 곡선은 정교하게 조절할 수 있다. 마이크로인덕터와 멀티바이브 레어터 회로로 구성된 원형 자기센서소자를 제작하여 시험동작을 하는데 성공하였다.
본 논문에서는 저가형 고효율의 탭인덕터 벅-부스트 마이크로 인버터를 제안한다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM)에서 단상전력계통에 고역률의 정현파전류를 공급할 수 있는 새로운 구조이다. 강압시에는 벅모드로 동작하며, 승압시에는 탭인덕터 부스트 모드로 동작한다. 정류형태의 전류를 2차측에 공급하면, 낮은 주파수를 사용하는 전파정류 인버터가 고역률의 교류 파형으로 변환한다. 벅부스트에 탭인덕터를 적용함으로써 권선비에 따른 시비율을 조절할 수 있어 극단적인 승압시에도 벅부스트의 도통을 적절히 유지할 수 있다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM)에서 PSIM을 통해 시뮬레이션을 하여 증명하였다.
본 논문에서는 저가형의 고효율 이단형 탭인덕터 벅-부스트 컨버터를 적용한 마이크로 인버터를 제안한다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM)에서 단상전력계통에 고역률의 정현파전류를 공급할 수 있는 새로운 구조이다. 강압시에는 벅 모드로 동작하며, 승압시에는 탭인덕터 부스트 모드로 동작한다. 정류형태의 전류를 인버터에 공급하며, 낮은 주파수를 사용하는 전파정류 인버터가 고역률의 교류 파형으로 변환한다. 벅-부스트에 탭인덕터를 적용함으로써 권선비에 따른 시비율을 조절할 수 있어 극단적인 승압시에도 벅-부스트의 도통을 적절히 유지할 수 있다. 제안하는 인버터는 정상상태 연속모드(CCM), 200W급 하드웨어 프로토타입을 통해 동작특성 및 효율 분석을 하였다.
여러 가지 분산 발전 시스템들은 마이크로그리드의 형태를 지니고 있다. 하나의 분산 발전 시스템과 비교하여 마이크로 그리드는 더 좋은 시스템 신뢰성과 제어 적응성을 가지고 있다. 이 마이크로그리드는 계통연계모드에서 부하의 수요를 담당하게 되고, 계통 사고가 발생할 시 단독운전모드로 동작을 해야 한다. 드룹제어방식은 이 때 각각의 분산발전시스템에서의 유효전력과 무효전력 부하 sharing을 통해 안정적으로 전력을 공급 할 수 있다. 본 논문에서는 드룹제어를 활용한 100KW급 대용량 인버터 병렬 운전 시스템을 제안하였다. 그리고 P-Q decoupling을 위한 가상 인덕터를 이용하여 개선된 전력 sharing에 대해 연구하고 PSIM을 통해 이를 검증하였다.
자기소자중 가장 기본이 되는 박막인덕터의 제작에 관한 연구를 수행하기 위하여, photolitho-graphy와 에칭공정을 도입하고, 도체간격 및 도체폭이 수십 $\mu\textrm{m}$, 도체코일 턴수가 각각 13회와 20회, 크기가 $4\;mm{\times}4\;mm$인 공심형 박막인덕터를 제작하였다. 이것을 마이크로스트립선로에 정착하고, network analyzer로 주파수 1 MHz ~ 1 GHz에서 신호의 반사계수법을 이용하여 간편하고 비교적 정확한 측정을 하였다. 특히, 공정이 간단한 습식 에칭공정을 도입하여, 안정된 에칭기술을 통해 양호한 미세패턴구조를 얻었다. 박막인덕터의 특성은, 크기가 같을때, L 및 Q값은 spiral형이 meander형 보다 큰 값을 갖는 반면, 공진주파수는 인덕턴스의 증가에 의한 영향으로 spiral형이 meander형보다 감소하였다.
본 연구에서는 Ka 밴드 대역의 LMDS에 사용될 수 잇는 저잡음증폭기를 MMIC로 설계하고 제작하였다. 능동소자로는 p-HEMT를 사용하였으며, 주파수가 높으므로 저주파 MMIC에서 사용되는 수동 소자인 spiral 인덕터나 MIM 커패시터를 사용하지 못하고 마이크로스트립라인을 이용하여 증폭기를 설계하였다. 증폭기 설계 시 안정도를 해결하고 잡음 지수를 낮추기 위하여 RC 궤환회로와 소스 인덕터를 사용하였으며, 제작된 증폭기는 4단 증폭기로 26.5 GHz에서 이득 27.4dB, 잡음지수 3.46 dB를 얻었다.
본 연구에서는 칩인덕터 코어 소재로 사용되는 (NiCuZn)-ferrite를 습식합성법을 이용하여 나노크기의 초미세 분말을 합성하였으며, 합성된 (ZiCuZn)-ferrite 의 제조공정 및 전파기적 특성에 관하여 고찰하였다. 조성은 (N $i_{0.4-x}$C $u_{x}$Z $n_{0.6}$)$_{1+w}$ (F $e_2$$O_4$)$_{1-w}$에서 x의 값을 0.05~0.25 범위로 변화시켰으며, w 값은 0.03으로 고정하였다. 소결은 8$50^{\circ}C$에서 9$50^{\circ}C$의 범위에서 진행하였다. 나노크기의(NiCuZn)-ferrite를 사용함으로서 시약급 원료로 제조된 것보다 소결온도를 낮출 수 있었고, 밀도가 높은 페라이트 소결체를 얻을 수 있었다. 또한 초투자율, 품질계수 등 전자기적 특성이 우수하게 나타났다. 그 밖에 습식합성법으로 합성한 (NiCuZn)-ferrite 의 결정성, 미세구조 등을 XRD, SEM 을 이용하여 고찰하였다.하였다.다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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