KR20230152992A - 멀티 레이어 구조를 갖는 전자파 차폐재 및 이를 포함하는 반도체 칩 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐재를 개시한다. 상기 전자파 차폐재는 제1 전도도를 갖는 제1 물질로 형성된 제1 차폐층, 상기 제1 차폐층 상에 적층되고, 상기 제1 전도도보다 작은 제2 전도도를 갖는 제2 물질로 형성된 제2 차폐층, 및 상기 제2 차폐층 상에 적층되고, 상기 제2 전도도보다 큰 제3 전도도를 갖는 제3 물질로 형성되며, 상기 제2 차폐층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제3 차폐층을 포함하고, 상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제3 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고주파 대역에서의 전자파 차폐 효율이 우수한 멀티 레이어 구조를 갖는 전자파 차폐재 및 이를 포함하는 반도체 칩 장치에 관한 것이다.
전자파 차폐를 위해, 기존에는 주로 Cu, Ag 등을 단층 구조로 하여 차폐 대상 물질에 코팅하여 전자파를 차폐하는 방식이 사용되어 왔다.
그러나, 종래의 단층 구조로 이루어진 차폐 방식은 주파수 대역이 올라갈수록 차폐 효율이 지속적으로 감소하게 되어, 저주파 대역에서 보이는 차폐 효율을 고주파 대역에서는 유지하지 못하게 되는 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은 고주파 대역에서의 전자파 차폐 효율이 우수한 멀티 레이어 구조를 갖는 전자파 차폐재 및 이를 포함하는 반도체 칩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐재는 2 GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐재로, 제1 전도도를 갖는 제1 물질로 형성된 제1 차폐층, 상기 제1 차폐층 상에 적층되고, 상기 제1 전도도보다 작은 제2 전도도를 갖는 제2 물질로 형성된 제2 차폐층, 및 상기 제2 차폐층 상에 적층되고, 상기 제2 전도도보다 큰 제3 전도도를 갖는 제3 물질로 형성되며, 상기 제2 차폐층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제3 차폐층을 포함하고, 상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제3 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질 및 상기 제3 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고, 상기 제2 물질은 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질 및 상기 제3 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고, 상기 제2 물질은 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 물질은 비자성 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 차폐층의 두께는 상기 제1 내지 제3 차폐층 전체 두께의 8 내지 25%이고, 상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 이상 5 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 전자파 차폐재는, 상기 제3 차폐층 상에 적층되고, 상기 제3 전도도보다 작은 제4 전도도를 갖는 제4 물질로 형성된 제4 차폐층, 및 상기 제4 차폐층 상에 적층되고, 상기 제4 전도도보다 큰 제5 전도도를 갖는 제5 물질로 형성되며, 상기 제4 차폐층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제5 차폐층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제5 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질, 제3 물질 및 제5 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고, 상기 제2 물질 및 제4 물질은 서로 독립적으로 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 물질 및 제4 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질, 제3 물질 및 제5 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고, 상기 제2 물질 및 제4 물질은 서로 독립적으로 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 물질 및 제4 물질은 비자성 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 차폐층 및 제4 차폐층 각각의 두께는 상기 제1 내지 제5 차폐층 전체 두께의 14 내지 25%이고, 상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 초과 5 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 반도체 칩 장치는, 기판 상에 배치된 반도체 칩, 및 상기 반도체 칩 상에 배치된 본 발명의 전자파 차폐재를 포함하고, 상기 전자파 차폐재는 상기 제1 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로, 본 발명의 반도체 칩 장치는, 기판 상에 배치된 반도체 칩, 및 상기 반도체 칩 상에 배치된 본 발명의 전자파 차폐재를 포함하고, 상기 전자파 차폐재는 상기 제3 또는 제5 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자파 차폐재는 각 층이 두께 구배와 전기 전도도 차이를 가지는 3층 또는 5층의 레이어가 순차적으로 적층된 멀티 레이어 구조를 가지며, 제1 차폐층은 제3 및 제5 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 크고, 제2 및 제4 차폐층은 제1 차폐층보다 얇은 두께를 가짐으로써 단층 구조의 전자파 차폐재에 비해 2 GHz 이상의 고주파수 대역에서의 전자파 차폐 효율이 우수하다.
따라서, 본 발명의 전자파 차폐재는 센서, 태블릿PC, 스마트폰, 컴퓨터, 반도체 칩 장치 등 전자파 간섭이 일어나는 부위에 적용할 수 있다.
도 1은 총 두께가 1075nm 인 단층 구조의 Cu 전자파 차폐재(비교예, 좌측)와 총 두께가 1034nm 이며 각 층의 두께 비율이 약 1:1:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어(3layer 1:1:1 333 nm multilayer, 우측) 전자파 차폐재의 FIB 이미지이다.
도 2는 총 두께가 각각 1013nm, 982nm, 1032nm, 1025nm, 1061nm 이고, 제2 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재의 FIB 이미지 및 이들의 EDS 데이터 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 889nm, 약 100nm 이고, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 3.5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 차폐재(3layer 3.5:1 100nm multilayer, 좌측)와, 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 1073nm, 약 200nm 이며 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 1:3.5 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재(3layer 3.5:1 reverse multilayer, 우측)의 FIB 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 총 두께가 각각 1132nm, 1042nm, 1014nm, 1034nm, 1134nm 이고, 제2 및 제4 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 및 제5 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 5 레이어 구조의 멀티 레이어 전자파 차폐재들의 FIB 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 3층 전자파 차폐재 샘플들의 XRD 상 분석 결과이다.
도 2는 총 두께가 각각 1013nm, 982nm, 1032nm, 1025nm, 1061nm 이고, 제2 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재의 FIB 이미지 및 이들의 EDS 데이터 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 889nm, 약 100nm 이고, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 3.5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 차폐재(3layer 3.5:1 100nm multilayer, 좌측)와, 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 1073nm, 약 200nm 이며 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 1:3.5 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재(3layer 3.5:1 reverse multilayer, 우측)의 FIB 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 총 두께가 각각 1132nm, 1042nm, 1014nm, 1034nm, 1134nm 이고, 제2 및 제4 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 및 제5 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 5 레이어 구조의 멀티 레이어 전자파 차폐재들의 FIB 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 3층 전자파 차폐재 샘플들의 XRD 상 분석 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐재는 2 GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐재로, 제1 차폐층, 제2 차폐층 및 제3 차폐층을 포함할 수 있다.
상기 제1 차폐층은 제1 전도도를 갖는 제1 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질은 특별히 제한되는 것은 아니나, Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함할 수 있다.
상기 제2 차폐층은 상기 제1 차폐층 상에 적층되고, 상기 제1 전도도보다 작은 제2 전도도를 갖는 제2 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 물질은 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 제2 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 가질 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제2 물질은 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 제2 물질은 비자성 특성을 가질 수 있다.
즉, 상기 제2 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 물질이거나, 또는 비자성 특성을 갖는 물질일 수 있다.
상기 제3 차폐층은 상기 제2 차폐층 상에 적층되고, 상기 제2 전도도보다 큰 제3 전도도를 갖는 제3 물질로 형성되고, 상기 제2 차폐층의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제3 물질은 특별히 제한되는 것은 아니나, Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 전자파 차폐재는 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파 차폐 효율을 높이기 위해, 제2 차폐층이 제1 및 제3 차폐층보다 작은 전기 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 전자파 차폐재는 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파 차폐 효율을 높이기 위해, 상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제3 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 클 수 있고, 상기 제2 차폐층의 두께는 상기 제1 및 제3 차폐층의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 차폐층의 두께는 상기 제1 내지 제3 차폐층 전체 두께의 8 내지 25%이고, 상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 이상 5 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 차폐층 전체 두께는 약 1000 nm 일 수 있고, 상기 제2 차폐층은 약 100 ~ 200 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 바람직하게는, 상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하일 수 있다. 이 경우, 단일층 구조의 차폐재에 비해 2GHz 이상의 고주파수 대역에서의 전자파 차폐 효율이 현저히 증가한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐재는, 상기 제1 내지 제3 차폐층에, 제4 차폐층 및 제5 차폐층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 차폐층에 대해서는 설명을 생략하고 제4 및 제5 차폐층만을 설명하도록 한다.
상기 제4 차폐층은 상기 제3 차폐층 상에 적층되고, 상기 제3 전도도보다 작은 제4 전도도를 갖는 제4 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 물질은 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 제4 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 가질 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제4 물질은 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 제4 물질은 비자성 특성을 가질 수 있다.
즉, 상기 제4 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 물질이거나, 또는 비자성 특성을 갖는 물질일 수 있다.
상기 제5 차폐층은 상기 제4 차폐층 상에 적층되고, 상기 제4 전도도보다 큰 제5 전도도를 갖는 제5 물질로 형성되고, 상기 제4 차폐층의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제5 물질은 특별히 제한되는 것은 아니나, Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 전자파 차폐재는 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파 차폐 효율을 높이기 위해, 제2 차폐층 및 제4 차폐층이 제1, 제3 및 제5 차폐층보다 작은 전기 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 전자파 차폐재는 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파 차폐 효율을 높이기 위해, 상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제3 및 제5 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 클 수 있고, 상기 제2 및 제4 차폐층의 두께는 상기 제1, 제3 및 제5 차폐층의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 차폐층 및 제4 차폐층 각각의 두께는 상기 제1 내지 제5 차폐층 전체 두께의 14 내지 25%이고, 상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 초과 5 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제5 차폐층 전체 두께는 약 1000 nm 일 수 있고, 상기 제2 차폐층 및 제4 차폐층은 약 100 ~ 200 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 바람직하게는, 상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하일 수 있다. 이 경우, 단일층 구조의 차폐재에 비해 2GHz 이상의 고주파수 대역에서의 전자파 차폐 효율이 현저히 증가한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태로 반도체 칩 장치를 들 수 있다.
상기 반도체 칩 장치는, 기판 상에 배치된 반도체 칩, 및 상기 반도체 칩 상에 배치된 상기 전자파 차폐재를 포함하고, 이때, 상기 전자파 차폐재는 상기 제1 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치되어 전자파의 외부로의 전달을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로, 기판 상에 배치된 반도체 칩, 및 상기 반도체 칩 상에 배치된 본 발명의 전자파 차폐재를 포함하고, 상기 전자파 차폐재의 상기 제3 또는 제5 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치된 반도체 칩 장치를 들 수 있다. 이 경우, 전자파의 내부로의 전달을 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예들 및 비교예를 통해서 본 발명의 전자파 차폐재 및 이의 제조 방법에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
<제조예: 전자파 차폐재 제조>
1. 전해도금법을 이용한 전자파 차폐재 제조
전해도금법을 이용하여 Cu layer와 NiFe layer를 순차적으로 적층하여 기판 상에 전자파 차폐재를 형성하였다. 여기서, Cu layer와 NiFe layer 의 적층 시에, pH 가 1 이상인 전해질을 이용하였으며, Cu layer 적층시 전해질의 온도는 60℃, NiFe layer 적층시 전해질의 온도는 20℃ 로 유지시켰다. 또한, 펄스 플레이팅으로 1ASD ~ 10ASD 의 전류를 인가하여 멀티 레이어 전자파 차폐재를 제조한 후, 증류수로 세척하고 건조시켰다.
한편, 상기 기판으로는 스테인리스 강(SUS), Cu, Ti, Au, Cr, Ag, Ni 등을 사용할 수 있다.
2. 스퍼터링 증착법을 이용한 전자파 차폐재 제조
Cu 타겟, Ti 타겟을 이용한 스퍼터링 증착법을 통해 멀티 레이어 전자파 차폐재를 제조하였으며, 각 층의 증착은 80 ~ 500 W 로 수행하였다.
<실시예 1: 3층 레이어 구조의 전자파 차폐재>
도 1은 총 두께가 1075nm 인 단층 구조의 Cu 전자파 차폐재(비교예, 좌측)와 총 두께가 1034nm 이며 각 층의 두께 비율이 약 1:1:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어(3layer 1:1:1 333 nm multilayer, 우측) 전자파 차폐재의 FIB 이미지이다.
도 2는 총 두께가 각각 1013nm, 982nm, 1032nm, 1025nm, 1061nm 이고, 제2 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재의 FIB 이미지 및 이들의 EDS 데이터 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 889nm, 약 100nm 이고, 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 3.5:1 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 차폐재(3layer 3.5:1 100nm multilayer, 좌측)와, 총 두께와 제2 차폐층의 두께가 각각 1073nm, 약 200nm 이며 제1 차폐층과 제3 차폐층의 두께비가 약 1:3.5 인 3 레이어 구조의 멀티레이어 전자파 차폐재(3layer 3.5:1 reverse multilayer, 우측)의 FIB 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 5는 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 3층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 4 및 5를 참조하면, 단층으로 형성된 Cu 전자파 차폐재(비교예)의 경우 낮은 차폐효율 값을 나타냈으며, 제1 차폐층의 두께에 비해 제3 차폐층의 두께가 두꺼운 샘플인 3layer 3.5:1 reverse multilayer 가 두 번째로 낮은 차폐효율 값을 나타냈다.
반면, 제1 차폐층 두께와 제3 차폐층의 두께비가 약 1:1 ~ 5:1 인 경우 높은 전자파 차폐 효율을 나타냈고, 특히, 그 두께비가 약 2:1 ~ 4:1 인 경우 현저히 높은 전자파 차폐 효율을 나타냈다.
<실시예 2: 5층 레이어 구조의 전자파 차폐재>
도 6은 총 두께가 각각 1132nm, 1042nm, 1014nm, 1034nm, 1134nm 이고, 제2 및 제4 차폐층의 두께가 약 200nm 이며, 제1 차폐층과 제3 및 제5 차폐층의 두께비가 각각 약 1:1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 인 5 레이어 구조의 멀티 레이어 전자파 차폐재들의 FIB 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 전자파 차폐 효능 분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 8은 18 GHz 주파수 대역에서 측정한 5층 전자파 차폐재 샘플 및 비교예 샘플들의 차폐효율 값을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 8을 참조하면, 단층으로 형성된 Cu 전자파 차폐재(비교예)의 경우 가장 낮은 차폐효율 값을 나타냈으며, 제1 차폐층과 제5 차폐층의 두께비가 약 1:1, 5:1 인 샘플들 또한 낮은 차폐효율 값을 나타냈다.
반면, 제1 차폐층의 두께와 제5 차폐층의 두께비가 약 3:2, 2:1, 3:1, 4:1 인 경우, 고주파 대역에서 높은 전자파 차폐 효율을 나타냈고, 특히, 그 두께비가 약 2:1 ~ 4:1 인 경우 현저히 높은 전자파 차폐 효율을 나타냈다.
도 9는 3 레이어 전자파 차폐재 샘플들의 XRD 상 분석 결과이다.
도 9를 참조하면, 단층으로 형성된 Cu 전자파 차폐재의 결정 구조를 기준으로, 멀티레이어 차폐재의 각 층이 Cu 와 NiFe, Cu 와 Cr 혹은 Cu 와 Ti 의 결정 구조로 이루어져 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (16)
- 2GHz 이상의 고주파수 대역의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐재에 있어서,
제1 전도도를 갖는 제1 물질로 형성된 제1 차폐층;
상기 제1 차폐층 상에 적층되고, 상기 제1 전도도보다 작은 제2 전도도를 갖는 제2 물질로 형성된 제2 차폐층; 및
상기 제2 차폐층 상에 적층되고, 상기 제2 전도도보다 큰 제3 전도도를 갖는 제3 물질로 형성되며, 상기 제2 차폐층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제3 차폐층;을 포함하고,
상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제3 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 큰 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 제1항에 있어서,
상기 제1 물질 및 상기 제3 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고,
상기 제2 물질은 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함하는, 전자파 차폐재. - 제2항에 있어서,
상기 제2 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재. - 제1항에 있어서,
상기 제1 물질 및 상기 제3 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고,
상기 제2 물질은 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함하는, 전자파 차폐재. - 제4항에 있어서,
상기 제2 물질은 비자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재. - 제1항에 있어서,
상기 제2 차폐층의 두께는 상기 제1 내지 제3 차폐층 전체 두께의 8 내지 25%이고,
상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 제6항에 있어서,
상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 제1항에 있어서,
상기 제3 차폐층 상에 적층되고, 상기 제3 전도도보다 작은 제4 전도도를 갖는 제4 물질로 형성된 제4 차폐층; 및
상기 제4 차폐층 상에 적층되고, 상기 제4 전도도보다 큰 제5 전도도를 갖는 제5 물질로 형성되며, 상기 제4 차폐층의 두께보다 큰 두께를 갖는 제5 차폐층;을 더 포함하고,
상기 제1 차폐층의 두께는 상기 제5 차폐층의 두께와 동일하거나 이보다 큰 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 제8항에 있어서,
상기 제1 물질, 제3 물질 및 제5 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고,
상기 제2 물질 및 제4 물질은 서로 독립적으로 Ni, Fe 및 Co로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함하는, 전자파 차폐재. - 제9항에 있어서,
상기 제2 물질 및 제4 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재. - 제8항에 있어서,
상기 제1 물질, 제3 물질 및 제5 물질은 서로 독립적으로 Cu, Ag, Au 또는 Al을 함유하는 금속을 포함하고,
상기 제2 물질 및 제4 물질은 서로 독립적으로 Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 금속, 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 또는 황화물을 포함하는, 전자파 차폐재. - 제11항에 있어서,
상기 제2 물질 및 제4 물질은 비자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재. - 제8항에 있어서,
상기 제2 차폐층 및 제4 차폐층 각각의 두께는 상기 제1 내지 제5 차폐층 전체 두께의 8 내지 25%이고,
상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 1 초과 5 미만인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 제13항에 있어서,
상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재. - 기판 상에 배치된 반도체 칩; 및
상기 반도체 칩 상에 배치된 상기 제1항 내지 제14항 중 선택된 어느 한 항의 전자파 차폐재;를 포함하고,
상기 전자파 차폐재는 상기 제1 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치된 것인,
반도체 칩 장치. - 기판 상에 배치된 반도체 칩; 및
상기 반도체 칩 상에 배치된 상기 제1항 내지 제14항 중 선택된 어느 한 항의 전자파 차폐재;를 포함하고,
상기 전자파 차폐재는 상기 제3 또는 제5 차폐층이 상기 반도체 칩과 인접하게 배치된 것인,
반도체 칩 장치.
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