KR20040068138A - 전자기 방사선의 감소 - Google Patents

Abstract

가소성 또는 탄성체 물질용 충진재로서, 강자성 물질 함량이 20중량% 이상이고 실리카 함량이 20중량% 이상인 분말로 구성되며, 상기 분말은 전자 전도성 금속 물질이 코팅된다. 상기 충진재는 전자기 방사선을 차폐하도록 고안된다.

Description

전자기 방사선의 감소{REDUCTION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION}

현대 사회에서 전자기 방사선의 만연 및 침투가 증가되어 전자 장치 및 마이크로 전자 장치들간의 상호 간섭이 증가되고 있으며, 그 결과 장치들간의 안전성이 감소되고, 건강에 해로움을 주고 있다. 따라서, 방사선의 유입, 유출 모두에 대해 차폐가 요구되고 있다. 홀과 같은 큰 공간에서는 통상 접지된 금속 스크린을 상기 공간 주위로 설치하여 구성되는 패러데이 캐이지(Faraday cage)에 의해 차폐한다. 인클로져(enclosure)와 같은 작은 공간에서는 통상 알루미늄, 철 또는 금속 코팅된 가소성 물질로 차폐하는데, 이와 같은 차폐물은 무겁고 제조가 어려우며 손상이 쉬울 뿐더러 값이 비싸다.

본 발명은 차폐에 의하여 전자기 방사선을 감소시키는 것에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차폐 샘플이 장착된 동축 캐비티 테스트 장치의 길이방향의 단면도.

도 2는 도 1의 테스트 장치내에서의 장착된 상태의 측정을 위한 본 발명에 따른 차폐 샘플의 횡방향 확대도.

도 3은 도 1의 테스트 장치내에서의 탈착된 상태의 측정을 위한 본 발명에 따른 차폐 샘플의 횡방향 확대도.

도 4는 도 1의 테스트 장치를 이용한 테스트 기구(test rig)의 블록도.

도 5는 본 발명에 따라 전자 회로를 봉입하여 차폐하는 전형적인 박스.

도 6은 본 발명에 따라 차폐된 전형적인 반도체 패키지.

도 7은 본 발명에 따라 차폐된 케이블의 단면도.

도 8은 도 1 내지 4의 장치 및 기구를 이용한 전형적인 테스트 결과에서 본 발명의 차폐재의 차폐 효율을 보여주는 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 1 내지 2 micron의 구리가 코팅된 Miranite 분말 충진재의 차폐 효율을 보여주는 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 2 내지 3 micron의 구리가 코팅된 Miranite 분말 충진재의 차폐 효율을 보여주는 그래프.

도 11은 도 9 및 10의 테스트 결과 대비 표준의 공지된 충진재의 차폐 효율을 보여주는 그래프.

도 12는 본 발명에 따른 가소성 물질로 형성된 창문 와이퍼 모터.

본 발명의 목적은 큰 공간 및 작은 공간 모두에 적용 가능하며 전자 장치나 회로를 위한 전자기 방사선 차폐물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이하에서 제시될 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면 가소성 또는 탄성체(elastomer) 물질용 충진재로서, 강자성 물질 함량이 20중량% 이상이고 실리카 함량이 20중량% 이상인 분말로구성되는 충진재를 제공하며, 상기 분말에는 전자 전도성 금속 물질이 코팅되어 있다.

본 발명의 충진재는 가소성 또는 탄성체 물질에 사용되어 매우 효율적인 차폐 형성물을 제공한다.

본 발명의 차폐물의 효율은 본 발명에 따른 물질의 두께를 작게 하더라도 높은 전자기 투과의 감쇠를 얻을 수 있는 정도이다. 예를 들어, 약 4mm 두께의 상기 복합 물질로 수 GHz 주파수에서 방사선 감소를 90dB이나 얻을 수 있다. 상기 물질이 시트 형태로 제공되는 경우, 건물에 이 시트를 적당한 접착제로 간단히 부착시켜 천장이나 벽의 넓은 면적을 커버하도록 할 수 있다.

바람직하게는 상기 분말은 폴리머나 탄성체 물질이 50중량% 이상으로 복합되는 것이 좋다.

마이크로칩과 같은 소형 부품들을 차폐하는 경우 본 발명의 차폐물은 패키지 형태로 마이크로칩에 쉽게 적용될 수 있었다. 놀랍게도 상기 패키지 내의 마이크로칩에 연결되는 와이들 사이의 전기 전도도는 무시할 정도였다.

또한, 본 발명의 물질을 마이크로칩 패키지 내부에 사용하게 되면 열 발산이 향상되는 것으로 나타났다. 본 발명을 전자 회로 패키지에 사용하는 경우에도 유사한 형태로 적용할 수 있다.

상기 분말 산화물은 본 출원인/양수인의 생산 제품인 IDA 2000 분말의 형태로 편리하게 제공되며, 상기 분말은 중량%로 약 2.0%의 CaO, 25 - 50%의 SiO₂, 1.1%의 FeO, Fe₂O₃, 혹은 Fe₃O₄, 1.35%의 ZnO, 1.7%의 SC₃및 소량의(1% 이하) MnO, K₂O, PbO, Cr₂O₃및/또는 TiO₂등의 산화물로 구성된다. IDA 2000에는 산화물, 자기 및 전기적 물질들이 다른 유용한 첨가물과 잘 분배되어 있어 트랜스퍼 몰딩 방식으로 성형된 가소성 패키지에 사용될 수 있다. 약간의 이온 물질들이 존재하더라도 이들은 그들의 산화물에 무해한 것으로 여겨진다. 할라이드는 포함되지 않는다. IDA 2000을 사용하는 경우 1 내지 8 MeV의 에너지에 대해 1000 여 시간 동안 어떠한 레벨의 알파 입자 방사도 감지되지 않았다. 압축된 상태로 IDA 2000의 전도도를 측정하면 메그옴(megohm) 수준이다. 충진재로 사용할 때 IDA 2000는 70에서 95 중량%의 농도에서 비압축된 형태로 분배되어 이 결과 전도도가 10⁹Ohms 가깝게 된다. IDA 2000의 팽창 계수는 현재 마이크로-일렉트로닉 트랜스퍼 몰딩 방식의 패키지에 요구되는 최대치 15×10⁶보다 현저하게 작은 것으로 나타났다.

본 발명의 다른 양상에 따르면 즉각 도금될 수 있는 성형 가능 소성품을 제공한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면 본 발명에 따른 충진재를 이용하며 도금 가능한 가소성 또는 탄성체 물질 제품을 제공한다.

본 출원인이 개발한 IDA 2000은 산업 공정에서의 폐기물을 이용한 것이므로 경제적이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

구리가 코팅된 Myranite 분말을 사용하고 표 1에서와 같이 각 실시예 별로 중량%를 달리하여 형성된 차폐재를 133mm 직경, 약 4mm 두께의 디스크로 압축 성형하여 도 1의 테스트 장치에 끼워넣었다.

표 1

화학기호 몇 칭 함량%

샘플 1 샘플 2

Fe FeO, Fe₂O₃, 혹은 Fe₃O₄등의 철 25에서 50 25에서 50

SiO₂실리카 25에서 50 25에서 50

CaO 칼슘 산화물 2.5 9.0

MgO 마그네슘 산화물 1.1 -

Al₂O₃알루미늄 산화물 4.4 4.5

K₂O 포타슘 산화물 0.52 0.1

Sn 주석 - 0.2

Zn 아연산화물(ZnO) 등의 아연 1.35 4.0

S 황산화물(SO₃) 등의 황 1.7 < 0.2

Mn 망간 - 0.5

MnO 망간 산화물 0.3 1.9

Pb 납산화물(PbO) 등의 납 0.2 0.3

P₂O₅포스포러스 펜톡사이드 - < 0.2

Bi 비스무스 - < 0.1

Cr₂O₃크롬산화물(Cr₂O₃) 등의 크롬 0.15 미량 < 0.1

Cd 카드뮴 - 미량 < 0.1

TiO₂티타늄디옥사이드 0.2 -

As 비소 - 미량 < 0.1

Sb 안티몬 - 미량 < 0.1

Ni 니켈 - 미량 < 0.1

잔여물 미량 미량

위 Myranite 샘플들은 철분의 함량이 25중량%를 넘는 것으로 하였지만 20중량% 정도로 낮게 할 수도 있다. 또한, [Ni(en)₂]₃[Fe(CN)₆]₂·2H₂O 등과 같은 다른 강자성 물질이 철 성분의 적어도 일부분을 차지하도록 할 수도 있다. 상기 실리카 함량은 20% 정도로 낮출 수도 있다.

다음으로 도 4에 따른 테스트 장치를 도 1의 장치에 연결하였다. Rohde L Schwarz SMC RF 발생기에서 생성된 신호는 각 테스트 주파수에서 0dBm 진폭의 비변조 신호를 제공하였다. 주파수 범위는 도 8에 도시된 바와 같이 1 - 1000MHz였다. 동축 캐비티를 통과하는 신호 레벨을 Hewlett Packard HP8526A 스펙트럼 분석기로측정하여 데이타를 저장하였다. 이 장치는 ASTM D 4935에 따른 것이다.

표 1의 Myranite 분말은 하나 또는 두 개의 금속층으로 적절히 코팅되어 있으며 전형적으로 3.5g/ml의 밀도를 보였고 수천 시간 동안 관찰했을 때 1MeV 내지 8MeV 사이의 알파 입자 방출에 대해 측정문턱 값 미만인 것으로 나타났다.

코팅된 Myranite 분말로부터 테스트 샘플을 형성하였다. 코팅 두께는 1 내지 2 마이크론과 2 내지 3마이크론이었고, 구리 이외에도 크롬, 니켈, 알루미늄, 아연, 네오디늄, 금, 은, 및 스트론튬 페라이트 등의 물질들이 코팅재로 사용될 수 있다. 상기 코팅으로, 차폐 성능이 비코팅된 분말에 비하여 현저하게 향상된다. 이러한 코팅은 건식 블렌딩 공정, 플라즈마 코팅, 전기분해 또는 무전해도금 등에 의하여 다층으로 적용될 수 있다.

상기 Myranite 분말은 열처리하여 화합물을 구성하고 폴리머, 수지 및 탄성체와 적어도 92중량%로 콜드 블렌드(cold blend)된다. 테스트 샘플은 50에서 92중량% 사이였다. 테스트 샘플의 입자 사이즈는 10에서 180마이크론이었다.

도 8에 도시된 전형적인 테스트 결과를 보면 도 2의 4mm 테스트 샘플이 150MHz 미만에서는 40dB의 전자기 방출의 감소를 가져왔고 350 - 1000MHz 에서는 50dB 이상이었다. 테스트한 샘플은 이동전화의 전자 소자들로부터 방출되는 방사선의 차폐에 매우 유용한 것으로 생각된다.

차폐 비용을 줄이기 위해서 및/또는 낮은 효율이 허용되는 장소에 사용하는 경우에는 본 발명에 따른 물질을 비코팅 페로실리케이트(ferrosilicate)와 혼합할 수도 있다.

본 발명에 따라 높은 성능의 사출 몰딩된 부품을 생산 하기위해 테스트에 사용된 전형적인 Myranite 화합물은 다음과 같다:

15%의 수지

8%의 경화제

1.5%의 브롬화 유기 난연제

0.1 - 0.2%의 가속제

0.7%의 무기 난연제

0.3%의 결합제

0.15%의 해면제(release agent)

0.15%의 카본 블랙 안료

74%의 구리 코팅된 Myranite 분말

성공적인 테스트에 사용된 Myranite 분말은 일반적으로 200마이크론 이하의 입자 크기를 가지며 네 개의 분말 크기로 분류되었다(0 - 50, 50 - 100, 100 - 150 및 150+ 마이크론). 테스트들에 의하면 Myranite 분말은 갈라짐(delamination)의 야기없이 충진재로서의 역할을 잘 수행하였다. Myranite 화합물은 마이크로-패키징(도 6참조) 및 자동차 창문의 와이퍼 모터 하우징에 사용되어 마이크로 회로 및 자동차 부품에 대한 우수한 특성을 나타내었다. Myranite 충진재는 70에서 80중량% 사이이다.

시도된 마이크로-패키징에 있어서, 집적 회로칩을 상기와 유사한 Myranite 화합물로 봉하여 Quad Flat Pack (QFP)을 형성하고 종래의 실리카 충진재(DexterHysol compound)를 사용한 표준 QFP와 비교하였다. 본 발명에 따른 Myranite QFP는 고속으로 가속된 응력 테스트 (HAST) 챔버에서 108℃, 상대습도(RH) 90%로 240 시간동안(온대기후에서 40년간 사용하는 것에 상응) 테스트되었다. 240 시간 후에도 Myranite QFP는 고장이 없었다. 전기적 성능은 표준 QFP의 표준 IC와 거의 동일한 것으로 나타났다.

코팅이 불충분한 Myranite 분말 샘플에서의 초기 문제점이 밝혀진 후 앞서 기술된 바와 같은 Myranite 화합물이 공급된 전자기적(EM) 차폐물이 매우 효과적임이 밝혀졌다. (도 9 및 10의 샘플 325 (티스사이드 샘플 2) 및 샘플 326 (티스사이드 샘플 3)을 참조바람) 이것은 Dexter Hysol compound로 알려진 표준으로 사용되는 도 11의 샘플 327(티스사이드 샘플 4)와 비교된다.

Myranite 화합물을 합성할 때는 Myranite 분말에 코팅된 구리를 벗겨낼 수도 있는 전단 효과(shear effect)를 피하도록 주의가 요망되는데, 밀롤러가 넓은 갭으로 셋팅되어야만 EM 차폐 효율성의 감소를 피할 수 있음이 확인되었다.

이와 같은 테스트를 마치고 나서 거의 모든 면에 있어서 Myranite가 마이크로-일렉트로닉스 패키징의 트랜스퍼 몰딩용 화합물에서 이상적인 저가의 충진제임이 밝혀졌다. 이 물질은 전기적으로, 물리적으로, 화학적으로, 기계적으로, 방사능적으로 우수한 해결책이다. 또한 Myranite 화합물은 성형 가능하고 균일하게 분산된다. Myranite 충진 화합물만으로 트랜스퍼 몰딩된 부품들은 표준 수지와 비교할 때 상당한 갈리짐을 보인다. 최종 테스트에서는 테스트에 사용된 표준 마이크로-일렉트로닉스의 어떠한 회로 단락도 없이 모든 스펙트럼에 대해 90dB 정도의 EM 차폐성능을 가져왔다.

창문 와이퍼용 전기 모터 하우징(도 12)에 대한 시도는 테스트 팀에 가해진 부담 때문에 생략되었다. 그러나, Myranite 화합물은 그 뛰어난 EM 차폐성능(EMS)을 제외하더라도 모터 고정자(stator)가 직접 Myranite 화합물 케이싱으로 몰딩될 수 있기 때문에 금속 밀봉의 필요를 없앨 수 있어 매우 유용하다. 또한, 차폐 물질이 케이싱 전체를 이루고 있기 때문에 스크래칭에 의한 손상이나 케이싱 외부의 무엇이던지 EMS 성능에 영향을 주지 않는다.

Myranite 화합물에 대한 초기 테스트에 의하면 이것이 반사 혹은 장식 목적의 금속으로 도금하는데도 적합함을 나타내었다. 도 12에 도시된 것 보다 더 큰 케이싱에 사용될 경우에도 그 기계적 성질이 매우 뛰어난 것으로 나타났다.

본 출원인은 탄성체 물질에도 Myranite를 포함시켰으나 아직 완성 단계에 이르지 못하였다.

Claims (19)

1. 가소성 또는 탄성체 물질용 충진재로서, 강자성 물질 함량이 20중량% 이상이고 실리카 함량이 20중량% 이상인 분말로 구성되며, 상기 분말은 전자 전도성 금속 물질이 코팅되어 있는 충진재.
2. 제1항에 있어서, 상기 강자성 물질은 FeO, Fe₂O₃, 또는 Fe₃O₄인 충진재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강자성 물질의 함량은 25중량% 내지 50중량%의 범위인 충진재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리카의 함량은 25중량% 내지 50중량%의 범위인 충진재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말의 입자 사이즈는 일반적으로 200마이크론 미만인 충진재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 전도성 금속 물질은 구리, 니켈 또는 크롬인 충진재.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 전도성 금속 물질은 0.5 마이크론 내지 4마이크론의 두께로 코팅되는 충진재.
8. 적어도 수지와 경화재와 50중량% 내지 92%중량으로 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 충진재를 포함하여 구성되는 몰딩용 가소성 물질.
9. 제8항에 있어서, 상기 충진재의 함량은 70중량% 내지 80중량%의 범위인 가소성 물질.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 충진재를 포함하여 구성되는 탄성체 물질.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 물질로 차폐, 패키지 또는 봉입된 전기 또는 전자부품.
12. 제11항에 있어서, 상기 전자부품은 집적회로 칩인 전자부품.
13. 제11항에 있어서, 상기 전자부품은 전기 모터인 전자부품.
14. 이상에서 기술된 충진재.
15. 이상에서 기술된 가소성 또는 탄성체 물질.
16. 이상에서 기술된 및/또는 첨부된 도면에 도시된 전기 또는 전자부품.
17. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 충진재를 적어도 수지 및 경화제와 합성하고, 합성된 화합물을 몰딩하여 제품을 형성하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 몰딩된 화합물을 도금하는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 이상에서 기술된 제품을 형성하는 방법.