KR100226334B1 - 집적회로의 부식 및 정전기 방전 보호방법 - Google Patents

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Abstract

취급, 적재 및 저장하기 위한 특정 폴리머 물질을 이용하여 집적 회로를 부식 및 정전기 방전으로부터 보호한다. 상기 인클로우저 물질은 카아본 블랙 및 금속이 함침된 폴리머 메트릭스를 포함한다. 적합한 금속에는 구리, 철, 코발트 및 망간이 포함된다.

Description

집적 회로의 부식 및 정전기 방전 보호 방법
제1도는 구리 및 카아본 블랙의 결합비와 표면 비저항과의 관계를 도시하는 그래프.
제2도는 필름 두께와 표면 비저항과의 관계를 도시하는 그래프.
제3도는 수분 투과율을 도시하는 그래프.
제4도는 황대 구리비와 깊이와의 관계를 도시하는 그래프.
본 발명은 집적 회로의 보호 방법에 관한 것으로, 특히 집적 회로를 부식 및 정전기 방전으로부터 보호하기 위한 방법에 관한 것이다.
집적 회로 및 그 조립체는, 강성 컨테이너, 플라스틱 테이프(테이프 및 릴캐리어 라고 지칭됨)로 시일링된 플라스틱 버블 홀더, 플라스틱 백(bag), 폴리머포옴(polymer foam)과 같은 패키징(packaging)물질로 통상 취급, 적재, 보관된다.
다양한 형태의 집적 회로에서는, 보관 및 적재 또는 사용중에 집적회로가 파괴되거나 현저히 손상되는 것을 방지하기 위하여 정전기 충전/방전 및 잠재적인 부식에 대한 보호가 제공되어야 한다. 예를 들어 취급중에 사람에게서 장치로의 정전기방전(이는 겨울에 보통 발생됨)은 이러한 손상을 입히기에 충분하다. 또한, 노출되어 부식이 용이한 금속화부분을 갖는 장치에서는 특히 수증기가 존재할때 염화수소, 염소 및 황하수소를 포함한 공기중 가스가 품질저하를 유발한다.
정전기 방전 또는 부식을 방지하기 위한 여러 가지 수단이 제공되어 왔다. 부식 방지를 위해서는 보통 휘발성 물질을 포함한 물질이 집적 회로와 동일한 적재 콘테이너에 위치된다. 지방산과 같은 휘발성 물질은 집적 회로의 리드부를 피복하고 어느정도의 부식 방지를 제공한다. 그러나, 유기물질은 그 휘발성 때문에 일적이고, 그래서 실질적인 방지시간이 종종 짧아진다. 또한, 상기 물질은 노출된 금속을 오염시키고, 그래서 이어지는 납땜을 방해한다.
정전기 방지에 대한 통상적인 방법은 폴리에틸렌 백과 같은 플라스틱 패킹(packing)물질을 예를 들어 알루미늄으로 표면 금속화하는 것이다. 이런 방법은 정전기 방지를 할수 있지만, 비용이 많이 들고, 통상적으로 정전기 충전이 매우 빠르게 분산되고 장치를 아크방전시키기 위한 퍼텐셜이 증대되므로 보호가 제한적이다. 정전기 방지를 위해 휘발성 유기 코팅도 사용되지만, 장치의 표면 저항이 시간에 따라 변화되고 부식 방지용도에서와 마찬가지의 결점을 갖는다. 카아본이 함유된 폴리머 백과 같은 형태의 폴리머를 이용하는 것도 또 다른 방전 방지의 방법이다. 그러나, 이런 물질의 전도율은 정전기 분산용으로는 바람직하지 않게 높으며(10+⁴오옴/스궤어 이하), 이 전도율은 카아본 블랙 농도가 상당한 비선형 함수이므로 종래의 제조 기법으로는 재생이 곤란하다. 더욱이, 카아본 블랙은 폴리머로부터 박리(shedding)되고 상기의 재료가 최상의 청정 룸 환경에서 허용될수 없게 한다. 그래서, 다수의 집적 회로의 보호 방법은 전부 바람직한 것이 못된다.
집적 회로 장치의 정전기에 민감한 부분에 대해 특수 폴리머 가드를 사용하게 되면 우수한 보호가 제공하고 또한 특정 실시예에서는 부식도 방지된다. 특히, 폴리에틸렌과 같은 폴리머 매트릭스는 백, 강성 콘테이너 또는 테이프 및 릴 캐리어와 같은 형태로 형성된다. 이 폴리머 매트릭스는 카아본 블랙이 함침된 미립자 및 카아본 또는 폴리머와 화학적으로 접착되는 금속이 함침된 미립자를 포함하도록 형성된다. 카아본 블랙은 천연가스의 불완전한 연소로 발생되는 카아본의 미세한 분할 형태로 정의된다. 정전기 방지를 위한 일반적인 카아본 블랙은 높은 비표면 면적(통상 Ｎ₂BET 방법으로 측정했을때 적어도 750㎡/ｇ)과 큰 소공(小孔; pore) 체적(적어도 200㎖/100ｇ)을 구비한다. 일반적으로 적합한 금속은 구리, 철, 코발트, 망간 및 이들의 합금이다.
그래서 일 실시예에서 집적 회로는, 폴리머 재료에 카아본 블랙 및 구리 금속의 미립자가 함침된 폴리머 백에 적재된다. 카아본 블랙 및 금속의 통상적인 충진(loading) 퍼센트는 각기 1 내지 6 및 10 내지 30 중량 퍼센트이다. 카아본 블랙을 예를 들어 구리나 철과 함께 사용하면 정전기 방전 방지뿐 아니라 수증기에 대해 방어벽을 제공하고, 또한, 황화수소, 염소, 염화수소 및 다른 부식성 가스로부터 부식을 방지한다. 또한, 선호되는 물질은 광범위한 실험 테스트에서 드러나듯이 미립자가 전혀 박리되지 않는다.
집적 회로는 본 발명의 충진 폴리머 물질에 의해 임의의 공급원의 충전 또는 방전 축적물로부터 보호되어야 한다. 일반적으로, 이런 보호는 사람과 같은 정전기 충전용 소스 또는 싱크와 집적 회로사이에 폴리머 물질을 배치하는 것을 포함한다. 예를들어, 집적 회로는 적당한 충진 폴리머로 형성된 백 속에 삽입된다. 이와달리, 컴퓨터와 같은 전자 장치의 경우에 장치의 케이스는 내부에 포함된 집적 회로를 보호하기 위해 함침 폴리머 물질로 코팅된다. 폴리머의 정확한 형태 및 배치는 그것이 장치에 대한 또는 장치로부터의 전기적 방전을 방지하는 한 중요치 않다.
매트릭스로 선택되는 특정 폴리머는 중요치 않다. 통상적으로, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리머가 유용하다. 일반적으로 폴리머는 카아본 블랙 및 금속에 의한 필요한 충진이 폴리머 필름을 질저하시키지 않도록 선택된다. 본 발명의 명세서에서의 상당한 질저하는 기계적 결합력(coherence)의 손실이다.
상술된 바와 같이, 폴리머는 카아본 블랙 및 금속의 결합물로 충진된다. 이 결합은 폴리머/카아본 블랙/금속 결합물이 1×10+6내지 1×10+12오옴/스궤어의 비저항을 갖도록 선택된다. 1×10+12오옴/스궤어 이상의 비저항은 전하를 지나치게 충전시키고 그로 인해 방전 손상을 일으킬 가능성이 있으므로 바람직하지 않고, 1×10+6오옴/스궤어 이하의 비저항은 폴리머를 통한 집적 회로로의 전도가 손상을 일으키기에 충분히 크므로 바람직하지 않다. 적당한 금속 및 카아본 블랙의 결합물을 이용하면 바람직한 범위의 비저항이 유도될 뿐 아니라 조성 범위를 변화시커 선택가능한 비저항을 생성할수 있다. 예를들어, 제1도에 도시된 구리 및 카아본 블랙의 결합물은 카아본 블랙/폴리머의 1 내지 5의 중량 퍼센트 충진에 대해 7 내지 11의 구리 대 카아본 블랙 중량비 범위에서 적합한 저항을 생성한다. 따라서 제조 매개변수는 중요하지 않고 적당한 비저항을 갖는 보호물질이 보다 용이하게 제조된다. 대조적으로, 제2도에 도시된 바와 같이 운모 및 흑연의 결합물 또는, 흑연과 은의 결합물, 흑연 단독물은 바람직한 범위를 벗어난 비저항을 초래하고 많은 경우 비저항이 충진량에 대해 강한 비선형으로 종속된다.
이런 현상의 정확한 이유가 완전히 설명되지 않았을지라도, 카아본 블랙 및 폴리머와 금속의 작용으로 적절한 설명은 이루어진다. 시스템은 충진물질이 충분한 밀도로 되어 유도 물질의 통로가 형성될 때까지 적절한 전도성을 갖지 않는다. (여기에 사용된 통로란 용어는 인접한 카아본 블랙 미립자 사이의 물리적 접촉을 의미하지 않는데 그 이유는 카아본 블랙에 있어서 전자 터널링에 의한 전도는 물리적 접촉이 일어나는 충진 이전에 양호한 전도성을 발휘하기 때문임). 카아본 블랙 충진의 경우에, 이러한 통로가 형성되면, 비저항은 소량의 첨가물에 의해 급격히 감소된다. 즉, 통로가 형성되면 효율을 변화시키는 다수의 전도성 통로가 각각의 표면점을 다른 표면점과 접촉시킨다. 추가적인 카아본 블랙 충진은 표면점 사이에 상당한 추가 전도성 통로를 형성하지 못한다. 구리와 같은 금속을 충진하는 것만으로도 고도의 비저항이 얻어지는데 이는 이들 금속의 고유 산화물이 전도성이 나쁘기 때문이다.
카아본 블랙을 금속과 같은 부가의 물질과 함께 사용하면 두가지의 가능성이 있다. 만약 물질이 운모와 같이 카아본에 접착되지 않으면, 이 물질은 카아본 블랙 통로에 대해 공간적 관계로 랜덤하게 분포된다. 카아본 블랙 통로의 전도성이 높은 비저항 물질 (비전도성 물질 혹은 반전도성 표면 산화물)에 의해 감소되는 정도는 전도 통로를 방해하는 물질의 양에 좌우된다. 카아본 블랙에 접착되는 물질의 선택은 카아본 블랙 통로내의 존재를 확실하게 하고 바람직한 비저항 범위로는 예측가능한 비저항 감소를 확실하게 한다. 또한, 안정성이 유사한 두 상태 사이에서 하나의 전자가 이동될수 있는 천이 금속과 같은 폴리머와 반응하는 금속의 선택은 폴리머에 카아본 및 금속을 접착시키고 필연적으로 이탈(flaking)을 방지한다.
카아본 블랙 및 금속을 이용하여 얻어지는 정확한 저항은 존재하는 카아본 블랙에 대한 금속의 양을 조절하므로써 쉽게 제어된다. 즉, 관련된 표면 산화물을 갖는 금속이 카아본에 화학적으로 접착되기 때문에, 금속은 항상 전도성 통로에 존재하고 흑연에 대한 주어진 퍼센트의 금속은 매번 동일한 비저항을 반복적으로 나타낸다. 대조적으로, 카아본 블랙과 접착되지 않는 금속은 전도성 통로에 존재하거나 존재하지 않을수 있으며, 따라서 동일한 조성이 신뢰성있게 동일한 비저항을 나타내지는 못할 것이다.
일반적으로, 고전도성의 (예를들어, 케첸 블랙(ketjen black)과 같은) 카아본 블랙에 대해서는 1 내지 5 범위의 충진 퍼센트가 10 내지 40 범위의 금속 충진 퍼센트와 함께 사용된다. (충진 퍼센트는 첨가물이 없을 때의 폴리머 중량에 대한 첨가물의 중량 퍼센트이다. 저 전도성의 카아본 블랙용으로는 카아본 블랙의 높은 충진이 이용되야 한다. 정확한 퍼센트는 사용되는 특정 카아본 블랙 및 금속에 좌우된다. 주어진 금속 및 카아본 블랙 물질에 대한 적절한 조성비를 결정하기 위해 제어된 샘플이 사용된다. 다양한 카아본 블랙 물질을 이용할수 있다. 그러나, 높고 재생가능한 전도성으로 인해 고산화 고다공성 카아본 블랙이 유리하다. 구리, 코발트, 망간, 철 및 이들의 금속을 포함하는, 카아본에 접착되는 금속이 유용하다. 철과 구리는 또한 황화수소, 염소 및 염화수소와 같은 가스에 대하여 내식성을 갖는다. 더욱이, 부식은 제 3 도에 도시된 바와 같이 수증기에 대한 장벽으로서 효과적으로 작용하는 재료의 성능에 의해 방지된다.
카아본 블랙 및 금속 재료는 저온 기계적 혼합 및 압출과 같은 종래 기술을 통해 미립자 형태의 폴리머 매트릭스내로 유입된다. 보호형태의 형성은 필름 블로우잉(blowing) 및 진공 형성과 같은 종래의 기술로도 달성될 수 있다. 몰딩 및 안정화 구성요소와 같은 추가 첨가물을 유입하여 몰드 분리 특성 및 산화 품질저하 속도와 같은 물질 특성을 조절할 수 있다.
이하의 예들은 본 발명을 예시하는 것이다.
[예 1]
밀 스크루(mill screws)가 피치 고정된 이중 나사 압출기의 메인 호퍼에 (몰드 불리 및 안정화 첨가물을 소량 포함하는) 작은알 모양으로 구성된 폴리에틸렌을 배치하여 가능한 한 작은 폴리머를 만들어낸다. F.Carmona, Physica A,157,461(1989)에 의해 기술된 고 다공성의 고전도성 고산화 형태의 카아본 블랙인 케첸 블랙EC(KBEC)을 0.3 내지 7㎛ 크기 범위의 박편(flakes)을 갖는 이탈형 구리와 혼합된다. 상기 카아본 블랙은 2.5중량％의 구리/카아본 블랙 혼합물로 구성된다. 압출기는, 냉각되고 10㎜ 간격으로 절단되어 펠릿으로 형성되는 5㎜ 직경의 로드를 제조하도록 작동된다. 펠릿은 이어서 블로운 백(blown)을 생산하도록 사용된다. 3 내지 6 정도의 블로우업(blow up)비 (편평 튜브 직경에 대한 다이 헤드 직경의 비)를 갖는 필름 플로우잉 장치를 구비한 통상의 단일 스크루 압출기를 사용하였다. 백은 표준 절단 및 가열 밀봉 장치상에 블로운 필름으로부터 형성된다. 백은 거의 3mil 의 벽 두께를 갖는다.
유사한 공정을 사용하여 카아본 블랙 및 구리가 없는 폴리에틸렌과 구리만을 구비한 폴리에틸렌으로부터 백을 형성한다. 이들 백 각각을 통한 수분 투과율이 제 3 도에 도시되어 있다. 카아본 블랙과 구리를 갖춘 백은 5ｘ×10+4오옴/스궤어 내지 2×10+8오옴/스궤어의 체적 저항을 나타낸다. 또한, 백 필름의 샘플은 순수 황하 수소에 노출되고, 황하수소 분자 투과는 필름의 내측면을 가로질러 통과하는 제로 에어를 샘플링하므로써 결정된다. 또한, 필름은 제4도에 도시된 바와 같이 섹션화 되어 노출되고 다양한 깊이에서의 필름내의 황 농도가 결정된다. 백의 샘플은 또한 Helmke 드럼 시험기내에 배치되어 5 분동안 텀블링(tumbling)된다. 이러한 텀블링 후 이탈된 미립자의 개수가 측정된다. 미립자 측정 결과가 표 1 에 도시되어 있다.
관찰된 미립자는 클라스 10 의 승인된 클린룸 글러브에 의해 이탈된 것 이하이다.
[예 2]
다양한 구성 성분을 갖춘 폴리에틸렌 재질의 성형 시이트는 Brabender 혼합기에서 폴리에틸렌 필렛과 혼합되므로써 형성된다. 그렇게 얻어진 혼합물은 가열된 롤링 밀에서 처리되고 성형 시이트는 계속하여 증기 프레스를 통과하므로써 생산된다. 실시된 박편의 특성은 표 2 에 도시되어 있다.
폴리에틸렌에서의 박편의 조성은 표 3 에 도시되어 있다.
제2도에는 이들 충진된 폴리머에서의 표면 저항 대 시이트 두께가 도시되어 있다.

Claims (7)

  1. 장치에 대한 또는 장치로부터의 정전기 방전을 제한하는 보호수단에 대해 장치를 배치시키는 단계를 포함하는, 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법에 있어서, 상기 보호 수단은 미립자가 함유된 폴리머 필름을 포함하며, 상기 미립자는 보호수단의 비저항이 1×106내지 1×1012오옴/스퀘어의 범위로 되도록, 카아본 블랙으로 구성된 미립자 및 카아본 블랙과 결합되는 금속 물질로 구성된 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속은 폴리머와 결합되는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치에는 집적 회로가 포함되는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방법은 장치의 부식 또한 방지하는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속은 철과 구리로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속은 철, 코발트, 망간, 구리로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 방전으로부터의 장치 보호 방법.
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