JP6770050B2 - 電磁波保護層を有する電子装置及びその製造方法 - Google Patents

電磁波保護層を有する電子装置及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電子装置に係り、より具体的には、電磁波保護層を有する電子装置及びその製造方法に関する。
最近、電気電子産業と情報通信技術との発展につれて、生活家電、産業機器、情報通信機器など多様な電子装置が使われている。このような電子装置から発生した電磁波(electromagnetic interference、EMI)は、機器間に干渉を起こすか、人体にも有害であって、このような電磁波を遮断する技術が開発されている。
一方、最近、電子装置が携帯化されながら、小型化、薄型化、軽量化されており、このような小型電子装置内の電子部品に電磁波を遮断するために、遮蔽層をコーティングする技術が開発されている。
大韓民国公開特許公報10−2017−0119421(2017.10.27) 大韓民国公開特許公報10−2016−0067335(2016.06.14)
前述した電磁波遮断において、低周波数帯域の電磁波の場合、伝導性遮蔽材のみでは、効果的に電磁波を遮断しにくくて、遮蔽層と吸収層との二重構造が必要であり、この場合、生産性が落ちて、製造コストが上がるという問題がある。同時に、電磁波遮断のためのコーティング層が、電子製品の上端部と側面部とで不均一に形成されるという問題がある。
本発明は、前記問題点を含む多様な問題点を解決するためのものであって、低周波数帯域の電磁波を効果的に遮断するための電磁波遮断構造を有する電子装置及びその製造方法を提供することを目的とする。しかし、このような課題は、例示的なものであって、これにより、本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一観点による電子装置は、電子部品と、前記電子部品の少なくとも一部上に形成された電磁波保護層と、を含む。前記電磁波保護層は、表面に導電性被膜が形成された電磁波吸収のための磁性粒子と、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上に焼結されて形成された導電部と、を含む。
前記電子装置において、前記電磁波保護層は、前記導電性金属粒子及び前記導電性被膜が形成された前記磁性粒子を含むペーストを、前記電子部品上にスプレー塗布した後、熱処理して形成されうる。
前記電子装置において、前記ペーストで、前記金属粒子は、有機金属粒子であり、前記磁性粒子は、フレーク(flake)状を有しうる。さらに、前記有機金属粒子は、有機銀(organic silver)粒子を含みうる。
前記電子装置において、前記ペーストは、スプレー工程時に、前記電子部品の側面部でその流動性を制御するように、沸点が互いに異なる少なくとも2種の溶剤をさらに含みうる。
前記電子装置において、前記電磁波保護層は、導電性を有するように、前記金属粒子が全体として互いに連結されるように、前記導電性被膜が形成された前記磁性粒子の表面に焼結された構造を有しうる。
前記電子装置において、前記導電性被膜は、導電性物質を前記磁性粒子上にメッキして形成され、前記導電性物質は、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)または黒鉛(C)を含みうる。
前記電子装置において、前記電子部品は、パッケージ基板と、前記パッケージ基板上に実装された半導体素子と、前記半導体素子を保護するためのモールディング部材と、を含む半導体パッケージであり、前記電磁波保護層は、前記半導体パッケージの上面部及び側面部上に形成されうる。
本発明の他の観点による電子装置の製造方法は、電子部品を提供する段階と、前記電子部品の少なくとも一部上に電磁波保護層を形成する段階と、を含み、前記電磁波保護層は、表面に導電性被膜が形成された電磁波吸収のための磁性粒子と、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上に焼結されて形成された導電部と、を含みうる。
前記電子装置の製造方法において、前記電磁波保護層を形成する段階は、前記導電性金属粒子及び前記導電性被膜が形成された磁性粒子を含むペーストを、前記電子部品の少なくとも一部上にスプレー塗布する段階と、塗布された前記ペーストを熱処理する段階と、を含みうる。
本発明のさらに他の観点による電子装置は、電子部品と、前記電子部品の少なくとも一部上に、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、電磁波吸収のための磁性粒子の表面に焼結されて導電性層で形成された電磁波保護層と、を含みうる。
前記のようになされた本発明の実施形態によれば、電磁波遮蔽材と電磁波吸収材とを含む電磁波保護層を経済的に製造することができる。さらに、導電性被膜を用いて磁性粒子の表面上で金属粒子の接触角を増加させて、接着性、熱伝導性及び電気伝導性を向上させうる。もちろん、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一実施形態による電子装置を示す概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による電子装置の製造方法を示す概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による電子装置に使われるペーストを示す概略図である。 本発明の一実施形態による電子装置に使われるペーストを示す概略図である。 本発明の一実施形態による電磁波保護層を示す概略図である。 本発明の一実施形態による電磁波保護層を示す概略図である。 本発明の一実験例による電子装置に形成された電磁波保護層の表面を示す走査電子顕微鏡写真である。 図3における導電性被膜の存否による金属粒子の接触特性を示す概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい多様な実施形態を詳しく説明する。
本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施形態は、さまざまな他の形態に変形され、本発明の範囲は、下記の実施形態に限定されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示を、さらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。また、図面において、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたものである。
図1は、本発明の一実施形態による電子装置150を示す概略的な断面図である。
図1を参照すれば、電子装置150は、電子部品100と、電子部品100の少なくとも一部上に形成された電磁波保護層130と、を含みうる。
電子部品100は、電磁波に露出されて電磁波遮断が必要な製品の何れか1つであり得る。例えば、電子部品100は、モバイル携帯装置、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット装置などに使われる部品であって、アプリケーションプロセッサチップ、メモリチップ、通信チップ、モデムチップ、USIM(universal subscriber identification module)チップなどを含みうる。
より具体的に見れば、電子部品100は、半導体パッケージを含みうる。例えば、このような半導体パッケージは、フリップチップパッケージ(flip chip package)、チップスケールパッケージ(chip scale package、CSP)、パッケージ・オン・パッケージ(package on package、POP)、マルチチップパッケージ(multi chip package、MCP)、マルチスタックパッケージ(multi stack package、MSP)、システム・イン・パッケージ(system in package、SIP)、ウェーハレベルパッケージ(wafer level package、WLP)、ファンアウトウェーハレベルパッケージ(fan−out WLP)などの多様な構造を含みうる。
例えば、図1に示したように、このような半導体パッケージ150は、パッケージ基板105と、パッケージ基板105上に実装された半導体素子120と、半導体素子120を保護するためのモールディング部材125と、を含みうる。例えば、パッケージ基板105は、その一面上に回路配線が形成され、他面上にこのような回路配線と電気的に連結された外部端子110が形成された印刷回路基板(printed circuit board、PCB)であり得る。他の例として、パッケージ基板105は、リードフレーム(lead frame)などで構成することもできる。
半導体素子120は、接着部材115を用いてパッケージ基板105上に実装されうる。例えば、半導体素子120は、フリップチップ形態でひっくり返されて導電性接着部材115を用いてパッケージ基板105上のパッド上に接着されうる。他の例として、半導体素子120は、絶縁性接着部材115を用いてパッケージ基板105上に実装され、ポンディングワイヤが、半導体素子120のパッドとパッケージ基板105のパッドとを互いに電気的に連結することができる。
モールディング部材125は、パッケージ基板105上に半導体素子120を覆うように形成されうる。例えば、モールディング部材125は、エポキシモールディングコンパウンド(epoxy molding compound、EMC)のような樹脂を含みうる。
電磁波保護層130は、電子部品100の少なくとも一部、例えば、電磁波に露出される上面部及び側面部上に電子部品100を電磁波から保護するように形成されうる。一部の実施形態において、電磁波保護層130は、電磁波が接地部に抜け出るように電子部品100の接地部に接続されうる。
電磁波保護層130は、コーティング方法を用いて形成され、例えば、電磁波保護材が含まれたペーストを電子部品100上に塗布した後、硬化または熱処理して形成されうる。ペーストの塗布としては、さまざまな方法が考慮されるが、そのうち、ノズルを利用したスプレー法を利用すれば、簡単かつ経済的に塗布が可能である。
電磁波保護層130は、低周波帯域の電磁波を効果的に遮断するために、電磁波遮蔽材と電磁波吸収材とをいずれも含みうる。例えば、電磁波保護層130は、電磁波吸収のための磁性粒子55と、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子50が焼結されて形成された導電部(図4の50a、conductive portion)と、を含みうる。
図3Aに示したように、電磁波保護層130を形成するためのペーストは、低周波帯域の電磁波を効果的に遮断するために、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子50及び電磁波吸収のための磁性粒子55を含みうる。さらに、図3Bに示したように、磁性粒子55の表面には、金属粒子50の接触特性を改善するために、導電性被膜57が形成されうる。
金属粒子50は、多様な金属の粒子、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、金(Au)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、炭素(C)などの1種、その複合材、またはその混合された粒子を含みうる。一部の実施形態において、金属粒子50は、製造便宜性と焼結製造のために、有機銀で構成することができる。
例えば、磁性粒子55は、ペースト内に2〜30重量%、より具体的には、15〜30重量%含有されうる。ペースト内の磁性粒子55は、広い表面積を有しながら、よく混合されるようにフレーク状に提供されうる。磁性粒子55は、多様な磁性体の粒子で構成され、例えば、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、パーマロイ(permalloy)を含む鉄ニッケル合金、スチール(steel)、ステンレススチール、鉄シリコン系合金、コバルト(Co)、酸化鉄(Fe、Fe)、酸化クロム、フェライト(ferrite)、FeMn系フェライト、FeZn系フェライト、センダスト(sendust)などから選択された1種またはその混合粒子を含みうる。例えば、センダスト粒子は、鉄にアルミニウム、ケイ素などが添加された合金のパウダーの形態であり得る。このような磁性粒子55は、非晶質磁性粉末、ナノ結晶粒磁性粉末を含む軟磁性粉末などの形態で提供されうる。
導電性被膜57は、導電性物質を磁性粒子55上にメッキするか、またはコーティングして形成されうる。このような導電性物質としては、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)または黒鉛(C)などが含まれうる。
例えば、電磁波保護層130は、図3Aに示したような金属粒子50及び磁性粒子55を含むペーストを電子部品100上にスプレー塗布した後、熱処理して形成されうる。これにより、図4Aに示したように、ペースト内の金属粒子50は、全体として互いに連結されるように、磁性粒子55の表面に焼結されて導電部50aを形成しうる。
他の例として、電磁波保護層130は、図3Bに示したような金属粒子50及び導電性被膜57が形成された磁性粒子55を含むペーストを電子部品100上にスプレー塗布した後、熱処理して形成されうる。これにより、図4Bに示したように、ペースト内の金属粒子50は、全体として互いに連結されるように、導電性被膜57の表面に焼結されて導電部50aを形成しうる。
したがって、電磁波保護層130は、全体として導電性を有して、電磁波を遮蔽し、さらに磁性粒子55を通じて低周波帯域を効果的に吸収して、電磁波を全体として遮断しうる。
図6に示したように、磁性粒子55上に導電性被膜57がない(a)の場合に比べて、導電性被膜57がある(b)の場合に、磁性粒子55上で金属粒子50の接触角(contact angle)がさらに大きくなって、焼結時に、金属粒子50の磁性粒子55への接着力が向上し、その結果、電磁波保護層130の熱伝導性及び電気伝導性が向上する。
一方、ペーストには、その流れ特性を制御するための溶剤がさらに含まれうる。例えば、ペーストは、スプレー工程時に、電子部品100の側面部でその流動性を制御するように、沸点が互いに異なる少なくとも2種の溶剤をさらに含みうる。
スプレー工程時に、ペーストは、電子部品100の上面部で塗布されて側面部に流れ出すことができる。この場合、経時的にペースト内の溶剤が一部揮発されて、電子部品100の側面部上でペーストの流動性が低くなる。しかし、ペースト内で沸点が低い低沸点溶剤と、これよりも沸点が高沸点溶剤と、が混ざっていれば、一部の低沸点溶剤が揮発されても、高沸点溶剤はほとんど揮発されないために、ある程度の流動性が維持されうる。このような流動性をさらに精密に制御するために、溶剤は、沸点が異なる3種以上の溶剤で構成することもできる。
例えば、低沸点溶剤は、3−メトキシブチルアセテート(3−METHOXY BUTYL ACETATE)、シクロヘキシルアセテート(CYCLO HEXYL ACETATE)、2−エトキシエチルアセテート(2−Ethoxyethyl acetate)、シェルゾール71(SHELLSOL71)、Tert−ブチルセロソルブ(TERT−BUTYL CELLOSOLVE)、ジイソブチルケトン(DI ISO BUTYL KETONE)、ココゾル100(KOCOSOL100)、シクロヘキサノン(CYCLOHEXANONE)、エチルセロソルブ(ETHYL CELLOSOLVE)、2−メトキシ−1−メチルエチルアセテート(2−METHOXY−1−METHYLETHYL ACETATE)、メチルイソブチルカルビノール(METHY ISO BUTYL CARBINOL)、2−ニトロプロパン(2−NITRO PROPANE)、ソルベントV−1(SOLVENT V−1)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(Propylene glycol monomethyl ether)、テレピン油(TURPENTILE OIL)、N−ブチルアルコール(N−BYTYL ALCOHOL)、イソブチルアルコール(ISO BUTYL ALCOHOL)、キシレン(XYLENE)、イソアミルアセテート(ISO AMYL ACETATE)、N−アミルアセテート(N−AMYL ACETATE)、N−ブチルアセテート(N−BUTYL ACETATE)、イソブチルアセテート(ISO BUTYL ACETATE)、メチルイソブチルケトン(METHYL ISO BUTYL ETONE)、エチルアルコール(ETHYL ALCOHOL)、イソプロピルアルコール(ISO PROPYL ALCOHOL)、メチルアルコール(METHYL ALCOHOL)、トルエン(TOLUENE)のうちから選択された少なくとも1種を含みうる。
高沸点溶剤は、TEXANOL(ESTER ALCOHOL)、ブチルカルビトールアセテート(BUTYL CARBITOL ACETATE)、エチレングリコール(ETHYLENE GLYCOL)、2−エチルヘキシルグリコール(2−ETHYL HEXYL GLYCOL)、カルビトールアセテート(CARBITOL ACETATE)、二塩基酸エステル(DI BASIC ESTER)、プロピレングリコール(PROPYLENE GLYCOL)、イソホロン(ISOPHORONE)、ベンジルアルコール(BENZYL ALCOHOL)、メチルカルビトール(METHYL CARBITOL)、2−エチルヘキシルアセテート(2−ETHYL HEXYL ACETATE)、N−メチル−2−ピロリドン(N−METHYL−2−PYRROLIDONE)、ジプロピレングリコールメチルエステル(DIPROPYLENE GLYCOL METHYL ESTER)、エチルカルビトール(ETHYL CARBITOL)、ヘキシルセロソルブ(HEXYL CELLOSOLVE)、ココゾル#180(KOCOSOL#180)、ブチルカルビトール(BUTYL CARBITOL)、2−エチルヘキシルアルコール(2−ETHYL HEXYL ALCOHOL)、メチルヘキシルケトン(METHYL HEXYL KETONE)、ブチルセロソルブアセテート(BUTYL CELLOSOLVE ACETATE)、3−メチル−3−メトキシブタノール(3−METHYL−3−METHOXY BUTANOL)、ココゾル#150(KOCOSOL#150)、ブチルセロソルブ(BUTYL CELLOSOLVE)、ジアセトンアルコール(DI ACETONE ALCOHOL)、3−メトキシブチルアセテートのうちから選択された少なくとも1種を含みうる。
このような、電子装置150によれば、低周波帯域の電磁波を単一電磁波保護層130で効果的に遮断し、溶剤の沸点調整を通じて電磁波保護層130が側面にも均一に形成されうる。
以下、前述した電子装置150の製造方法について説明する。
本発明の一実施形態による電子装置150の製造方法は、電子部品100を提供する段階と、電子部品100の少なくとも一部上に電磁波保護層を形成する段階と、を含みうる。
このような電磁波保護層130を形成する段階は、図2に示したように、金属粒子50及び磁性粒子55を含むペーストを電子部品100の少なくとも一部上にスプレーノズル140を用いてスプレー塗布する段階と、塗布されたペーストを熱処理する段階と、を含みうる。
ペーストは、図3Aに示したように、金属粒子50及び磁性粒子55を含むか、または図3Bに示したように、金属粒子50及び導電性被膜57が形成された磁性粒子55を含みうる。
熱処理は、金属粒子50が磁性粒子55の表面で互いに融着されて焼結されるか、または金属粒子50が導電性被膜57が形成された磁性粒子55の表面で互いに融着されて焼結されるように、適切に設定され、例えば、150〜300℃の範囲で行われ、具体的に、金属粒子50が有機銀粒子である場合、約150〜260℃の範囲で選択されうる。例えば、熱処理段階は、ペーストを150〜200℃の範囲で硬化する段階と、引き続き、230〜260℃の範囲でリフローする段階と、を含みうる。
図5は、本発明の一実験例による電子装置に形成された電磁波保護層の表面を示す走査電子顕微鏡写真である。
図5を参照すれば、磁性粒子55に金属粒子50が焼結されて導電部50aを形成したことが分かる。
このような電子装置150の製造方法によれば、電磁波遮蔽材と吸収材とを別途の層で形成する必要なく、焼結工程を通じて単一層として経済的に形成させうる。
本発明を、図面に示された実施形態を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
本発明は、電磁波保護層を有する電子装置及びその製造方法関連の分野に適用可能である。
50: 金属粒子
50a: 導電部
55: 磁性粒子
57: 導電性被膜
100: 電子部品
105: パッケージ基板
110: 外部端子
115: 接着部材
120: 半導体素子
125: モールディング部材
130: 電磁波保護層
140: スプレーノズル
150: 電子装置

Claims (13)

  1. 電子部品と、
    前記電子部品の少なくとも一部上に形成された電磁波保護層と、を含み、
    前記電磁波保護層は、
    表面に導電性被膜が形成された電磁波吸収のための磁性粒子と、
    電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上に焼結されて形成された導電部と、を含み、
    前記導電部は、前記導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上で互いに融着及び焼結されて、全体として互いに連結されている構造を有する
    電子装置。
  2. 前記電磁波保護層は、前記導電性金属粒子及び前記導電性被膜が形成された前記磁性粒子を含むペーストを、前記電子部品上にスプレー塗布した後、熱処理して形成された、請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記ペーストで、前記導電性金属粒子は、有機金属粒子であり、前記磁性粒子は、フレーク状を有する、請求項2に記載の電子装置。
  4. 前記有機金属粒子は、有機銀粒子を含む、請求項3に記載の電子装置。
  5. 前記ペーストは、スプレー工程時に前記電子部品の側面部でその流動性を制御するように、沸点が互いに異なる少なくとも2種の溶剤をさらに含む、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の電子装置。
  6. 前記導電性被膜は、導電性物質を前記磁性粒子上にメッキして形成され、
    前記導電性物質は、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)または黒鉛(C)を含む、請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の電子装置。
  7. 前記電子部品は、
    パッケージ基板と、
    前記パッケージ基板上に実装された半導体素子と、
    前記半導体素子を保護するためのモールディング部材と、を含む半導体パッケージであり、
    前記電磁波保護層は、前記半導体パッケージの上面部及び側面部上に形成された、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電子装置。
  8. 電子部品を提供する段階と、
    前記電子部品の少なくとも一部上に電磁波保護層を形成する段階と、を含み、
    前記電磁波保護層は、
    表面に導電性被膜が形成された電磁波吸収のための磁性粒子と、
    電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上に焼結されて形成された導電部と、を含み、
    前記導電部は、前記導電性金属粒子が、前記磁性粒子の前記導電性被膜上で互いに融着及び焼結されて、全体として互いに連結されている構造を有する
    電子装置の製造方法。
  9. 前記電磁波保護層を形成する段階は、
    前記導電性金属粒子及び前記導電性被膜が形成された磁性粒子を含むペーストを、前記電子部品の少なくとも一部上にスプレー塗布する段階と、
    塗布された前記ペーストを熱処理する段階と、を含む、
    請求項に記載の電子装置の製造方法。
  10. 前記スプレー塗布する段階で、前記ペーストは、前記電子部品の側面部でその流動性を制御するように、沸点が互いに異なる少なくとも2種の溶剤をさらに含む、請求項に記載の電子装置の製造方法。
  11. 電子部品と、
    前記電子部品の少なくとも一部上に、電磁波遮蔽のための導電性金属粒子が、電磁波吸収のための磁性粒子の表面に焼結されて導電性層として形成された電磁波保護層と、を含み、
    前記導電性層は、前記導電性金属粒子が、前記磁性粒子の表面上で互いに融着及び焼結されて、全体として互いに連結されている構造を有する
    電子装置。
  12. 前記電磁波保護層は、前記導電性金属粒子及び前記磁性粒子を含むペーストを、前記電子部品上にスプレー塗布した後、熱処理して形成された、請求項11に記載の電子装置。
  13. 前記ペーストは、スプレー工程時に前記電子部品の側面部でその流動性を制御するように、沸点が互いに異なる少なくとも2種の溶剤をさらに含む、請求項12に記載の電子装置。
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