WO2023211098A1 - 멀티 레이어 구조를 갖는 전자파 차폐재 및 이를 포함하는 반도체 칩 장치 - Google Patents

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WO2023211098A1
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shielding
thickness
layer
electromagnetic wave
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서수정
권현준
박종환
박정호
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성균관대학교산학협력단
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    • H05K9/0084—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising a single continuous metallic layer on an electrically insulating supporting structure, e.g. metal foil, film, plating coating, electro-deposition, vapour-deposition

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic wave shielding material having a multi-layer structure with excellent electromagnetic wave shielding efficiency in a high frequency band and a semiconductor chip device including the same.
  • the conventional single-layer shielding method has the disadvantage that the shielding efficiency continues to decrease as the frequency band increases, and the shielding efficiency seen in the low frequency band cannot be maintained in the high frequency band.
  • One object of the present invention is to provide an electromagnetic wave shielding material having a multi-layer structure with excellent electromagnetic wave shielding efficiency in a high frequency band and a semiconductor chip device including the same.
  • the electromagnetic wave shielding material is an electromagnetic wave shielding material that shields electromagnetic waves in a high frequency band of 2 GHz or more, and includes a first shielding layer formed of a first material having a first conductivity, and laminated on the first shielding layer, a second shielding layer formed of a second material having a second conductivity less than the first conductivity, and a third material laminated on the second shielding layer and having a third conductivity greater than the second conductivity, It includes a third shielding layer having a thickness greater than the thickness of the second shielding layer, and the thickness of the first shielding layer is the same as or greater than the thickness of the third shielding layer.
  • the first material and the third material independently include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al
  • the second material is one selected from the group consisting of Ni, Fe, and Co. It may include metals, alloys, or oxides, nitrides, carbides, or sulfides of the metals containing more than one species.
  • the second material may have ferromagnetic or paramagnetic properties.
  • the first material and the third material independently include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al, and the second material includes Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn. It may include a metal, an alloy, or an oxide, nitride, carbide, or sulfide of the metal, including at least one selected from Mo and Mo.
  • the second material may have non-magnetic properties.
  • the thickness of the second shielding layer is 8 to 25% of the total thickness of the first to third shielding layers, and the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the third shielding layer is It may be between 1 and 5.
  • the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the third shielding layer may be 2 or more and 4 or less.
  • the electromagnetic wave shielding material of the present invention is laminated on the third shielding layer, a fourth shielding layer formed of a fourth material having a fourth conductivity smaller than the third conductivity, and laminated on the fourth shielding layer, , It is formed of a fifth material having a fifth conductivity greater than the fourth conductivity, and may further include a fifth shielding layer having a thickness greater than the thickness of the fourth shielding layer.
  • the thickness of the first shielding layer is the same as or greater than the thickness of the fifth shielding layer.
  • the first material, the third material, and the fifth material independently include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al
  • the second material and the fourth material independently include Ni. , Fe, and Co, and may include metals, alloys, or oxides, nitrides, carbides, or sulfides of the metals.
  • the second material and the fourth material may have ferromagnetic or paramagnetic properties.
  • the first material, the third material, and the fifth material independently include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al, and the second material and the fourth material independently contain Cr.
  • Ti, Ta, Sn, W, Zn, and Mo may contain a metal or alloy, or an oxide, nitride, carbide, or sulfide of the metal.
  • the second material and the fourth material may have non-magnetic properties.
  • the thickness of each of the second shielding layer and the fourth shielding layer is 14 to 25% of the total thickness of the first to fifth shielding layers, and the thickness of the first shielding relative to the thickness of the fifth shielding layer is 14 to 25% of the total thickness of the first to fifth shielding layers.
  • the ratio of the thicknesses of the layers may be greater than 1 and less than 5.
  • the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the fifth shielding layer may be 2 or more and 4 or less.
  • a semiconductor chip device includes a semiconductor chip disposed on a substrate, and an electromagnetic wave shielding material of the present invention disposed on the semiconductor chip, wherein the electromagnetic wave shielding material includes the first shielding layer. It is characterized in that it is disposed adjacent to the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip device of the present invention includes a semiconductor chip disposed on a substrate, and an electromagnetic wave shielding material of the present invention disposed on the semiconductor chip, wherein the electromagnetic wave shielding material is the third or fifth shielding layer. It is characterized in that it is disposed adjacent to the semiconductor chip.
  • the electromagnetic wave shielding material of the present invention has a multi-layer structure in which three or five layers, each layer having a thickness gradient and difference in electrical conductivity, are sequentially stacked, and the first shielding layer has a thickness equal to the thickness of the third and fifth shielding layers.
  • the second and fourth shielding layers are the same or larger than the first shielding layer, and thus have superior electromagnetic wave shielding efficiency in a high frequency band of 2 GHz or higher compared to a single-layer electromagnetic wave shielding material.
  • the electromagnetic wave shielding material of the present invention can be applied to areas where electromagnetic interference occurs, such as sensors, tablet PCs, smartphones, computers, and semiconductor chip devices.
  • Figure 1 shows a Cu electromagnetic wave shielding material with a single-layer structure (comparative example, left) with a total thickness of 1075 nm and a multi-layer structure with a three-layer structure (3layer 1:1) with a total thickness of 1034 nm and a thickness ratio of each layer of about 1:1:1. :1 333 nm multilayer, right) FIB image of electromagnetic wave shielding material.
  • the total thickness is 1013nm, 982nm, 1032nm, 1025nm, and 1061nm, respectively, the thickness of the second shielding layer is about 200nm, and the thickness ratio of the first shielding layer and the third shielding layer is about 1:1 and 2:1, respectively.
  • FIB images of multilayer electromagnetic wave shielding materials with a three-layer structure of 3:1, 4:1, and 5:1 and their EDS data analysis results are shown.
  • Figure 3 shows a multi-layer shielding material with a three-layer structure (3layer 3.5:1 100nm) in which the total thickness and the thickness of the second shielding layer are 889 nm and about 100 nm, respectively, and the thickness ratio of the first shielding layer and the third shielding layer is about 3.5:1.
  • Figure 4 is a graph showing the results of electromagnetic wave shielding efficacy analysis of a three-layer electromagnetic wave shielding material sample manufactured according to an embodiment of the present invention and a comparative example sample.
  • Figure 5 is a graph showing the shielding efficiency values of the three-layer electromagnetic wave shielding material samples and comparative samples measured in the 18 GHz frequency band.
  • the total thickness is 1132nm, 1042nm, 1014nm, 1034nm, and 1134nm, respectively, the thickness of the second and fourth shielding layers is about 200nm, and the thickness ratio of the first shielding layer to the third and fifth shielding layers is about 1, respectively.
  • This is a FIB image of multi-layer electromagnetic wave shielding materials with a 5-layer structure of :1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, and 5:1.
  • Figure 7 is a graph showing the results of electromagnetic wave shielding efficacy analysis of a five-layer electromagnetic wave shielding material sample manufactured according to an embodiment of the present invention and a comparative example sample.
  • Figure 8 is a graph showing the shielding efficiency values of the five-layer electromagnetic wave shielding material samples and comparative samples measured in the 18 GHz frequency band.
  • Figure 9 shows the results of XRD analysis of three-layer electromagnetic wave shielding material samples.
  • the electromagnetic wave shielding material according to an embodiment of the present invention is an electromagnetic wave shielding material that shields electromagnetic waves in a high frequency band of 2 GHz or more, and may include a first shielding layer, a second shielding layer, and a third shielding layer.
  • the first shielding layer may be formed of a first material having first conductivity.
  • the first material is not particularly limited, but may include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al.
  • the second shielding layer may be laminated on the first shielding layer and may be formed of a second material having a second conductivity smaller than the first conductivity.
  • the second material may include a metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of Ni, Fe, and Co, or an oxide, nitride, carbide, or sulfide of the metal. More preferably, the second material may have ferromagnetic or paramagnetic properties.
  • the second material may include a metal, an alloy, or an oxide, nitride, carbide, or sulfide of the metal including one or more selected from Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn, and Mo. You can. More preferably, the second material may have non-magnetic properties.
  • the second material may be a material with ferromagnetic or paramagnetic properties, or may be a material with non-magnetic properties.
  • the third shielding layer may be laminated on the second shielding layer, may be formed of a third material having a third conductivity greater than the second conductivity, and may have a thickness greater than the thickness of the second shielding layer.
  • the third material is not particularly limited, but may include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al.
  • the second shielding layer in order to increase the electromagnetic wave shielding efficiency in the high frequency band of 2 GHz or higher, may be made of a material having lower electrical conductivity than the first and third shielding layers.
  • the thickness of the first shielding layer may be equal to or greater than the thickness of the third shielding layer, and the thickness of the second shielding layer may be greater than or equal to the thickness of the third shielding layer. may have a thickness smaller than the thickness of the first and third shielding layers.
  • the thickness of the second shielding layer is 8 to 25% of the total thickness of the first to third shielding layers, and the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the third shielding layer is It may be between 1 and 5.
  • the total thickness of the first to third shielding layers may be about 1000 nm, and the second shielding layer may be about 100 to 200 nm, but are not limited thereto.
  • the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the third shielding layer may be 2 or more and 4 or less.
  • the electromagnetic wave shielding efficiency in the high frequency band of 2 GHz or more is significantly increased compared to the single-layer structure shielding material.
  • the electromagnetic wave shielding material according to another embodiment of the present invention may further include a fourth shielding layer and a fifth shielding layer in the first to third shielding layers.
  • description of the first to third shielding layers will be omitted and only the fourth and fifth shielding layers will be described.
  • the fourth shielding layer may be laminated on the third shielding layer and may be formed of a fourth material having a fourth conductivity that is smaller than the third conductivity.
  • the fourth material may include a metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of Ni, Fe, and Co, or an oxide, nitride, carbide, or sulfide of the metal. More preferably, the fourth material may have ferromagnetic or paramagnetic properties.
  • the fourth material may include a metal or alloy containing at least one selected from Cr, Ti, Ta, Sn, W, Zn and Mo, or an oxide, nitride, carbide or sulfide of the metal. You can. More preferably, the fourth material may have non-magnetic properties.
  • the fourth material may be a material with ferromagnetic or paramagnetic properties, or may be a material with non-magnetic properties.
  • the fifth shielding layer may be laminated on the fourth shielding layer, may be formed of a fifth material having a fifth conductivity greater than the fourth conductivity, and may have a thickness greater than the thickness of the fourth shielding layer.
  • the fifth material is not particularly limited, but may include a metal containing Cu, Ag, Au, or Al.
  • the second shielding layer and the fourth shielding layer are made of a material having an electrical conductivity lower than that of the first, third and fifth shielding layers. You can.
  • the thickness of the first shielding layer may be the same as or greater than the thickness of the third and fifth shielding layers, and the thickness of the second and fifth shielding layers may be greater than or equal to the thickness of the third and fifth shielding layers.
  • the thickness of the fourth shielding layer may be smaller than the thickness of the first, third, and fifth shielding layers.
  • the thickness of each of the second shielding layer and the fourth shielding layer is 14 to 25% of the total thickness of the first to fifth shielding layers, and the thickness of the first shielding relative to the thickness of the fifth shielding layer is 14 to 25% of the total thickness of the first to fifth shielding layers.
  • the ratio of the thicknesses of the layers may be greater than 1 and less than 5.
  • the total thickness of the first to fifth shielding layers may be about 1000 nm, and the second and fourth shielding layers may be about 100 to 200 nm, but are not limited thereto.
  • the ratio of the thickness of the first shielding layer to the thickness of the fifth shielding layer may be 2 or more and 4 or less.
  • the electromagnetic wave shielding efficiency in the high frequency band of 2 GHz or more is significantly increased compared to the single-layer structure shielding material.
  • another embodiment of the present invention includes a semiconductor chip device.
  • the semiconductor chip device includes a semiconductor chip disposed on a substrate, and the electromagnetic wave shielding material disposed on the semiconductor chip, wherein the electromagnetic wave shielding material is configured such that the first shielding layer is disposed adjacent to the semiconductor chip, transmission to the outside can be reduced.
  • the present invention in another embodiment, it includes a semiconductor chip disposed on a substrate, and an electromagnetic wave shielding material of the present invention disposed on the semiconductor chip, wherein the third or fifth shielding layer of the electromagnetic wave shielding material is formed on the semiconductor chip.
  • a semiconductor chip device disposed adjacent to the. In this case, the internal transmission of electromagnetic waves can be reduced.
  • the pretreated substrate is immersed in a pyrophosphate bath containing Cu electrolyte at pH 9-11 and 60°C, and a current of 2 ASD is applied through pulse plating. , a Cu layer with a thickness of 353 nm was formed on the substrate as the first shielding layer.
  • the first shielding layer was washed with ultrapure water (DI water) and then dried in an oven to prepare for easy deposition of the second shielding layer, which will be described later, on the first shielding layer.
  • DI water ultrapure water
  • a 338 nm thick layer was formed on the first shielding layer.
  • a NiFe layer was formed as the second shielding layer.
  • the second shielding layer was washed with ultrapure water (DI water) and then dried in an oven to prepare for easy deposition of a third shielding layer to be described later on the second shielding layer.
  • DI water ultrapure water
  • a 343 nm thick Cu layer was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • the third shielding layer was washed with ultrapure water (DI water) and then dried in an oven to prepare an electromagnetic wave shielding material (Cu/NiFe/Cu) according to Experimental Example 1-1 ( (See photo on the right side of Figure 1).
  • DI water ultrapure water
  • Cr was supplied at 80 to 500 W using a sputtering method, and a 201 nm thick Cr layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • Ti was provided using the sputtering method, and a Ti layer with a thickness of 226 nm was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 219 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a Cu layer with a thickness of 202 nm was formed as the third shielding layer on the second shielding layer, and the electromagnetic wave shielding material (Cu/NiFe/Cu) according to Experimental Example 1-4 was formed. It was prepared (see Figure 2 (C)).
  • a 231 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 96 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 203 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a Cu layer with a thickness of 684 nm was formed as the third shielding layer on the second shielding layer, and the electromagnetic wave shielding material (Cu/NiFe/Cu) according to Experimental Example 1-8 was formed. Manufactured (see photo on the right side of Figure 3).
  • a 232 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a Cu layer with a thickness of 210 nm was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 238 nm thick NiFe layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • a 219 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 206 nm thick Cu layer was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 187 nm thick NiFe layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • a 223 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a Cu layer with a thickness of 210 nm was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 204 nm thick NiFe layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • a Cr layer with a thickness of 239 nm was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 179 nm thick Cu layer was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 172 nm thick Cr layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • a 240 nm thick Ti layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a Cu layer with a thickness of 187 nm was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 161 nm thick Ti layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • a 176 nm thick NiFe layer was formed as the second shielding layer on the first shielding layer.
  • a 177 nm thick Cu layer was formed as the third shielding layer on the second shielding layer.
  • a 166 nm thick NiFe layer was formed as the fourth shielding layer on the third shielding layer.
  • Figure 1 shows a Cu electromagnetic wave shielding material with a single-layer structure (comparative example, left) with a total thickness of 1075 nm and a multi-layer structure with a three-layer structure (3layer 1:1) with a total thickness of 1034 nm and a thickness ratio of each layer of about 1:1:1. :1 333 nm multilayer, right) FIB image of electromagnetic wave shielding material.
  • the total thickness is 1013nm, 982nm, 1032nm, 1025nm, and 1061nm, respectively, the thickness of the second shielding layer is about 200nm, and the thickness ratio of the first shielding layer and the third shielding layer is about 1:1 and 2:1, respectively.
  • FIB images of multilayer electromagnetic wave shielding materials with a three-layer structure of 3:1, 4:1, and 5:1 and their EDS data analysis results are shown.
  • the first shielding layer contains Cu and is formed to a thickness of 410 nm
  • the second shielding layer contains Cr and is formed to a thickness of 201 nm
  • the third shielding layer contains Cu. It can be seen that it is formed with a thickness of 402 nm.
  • the first shielding layer contains Cu and is formed to a thickness of 490 nm
  • the second shielding layer contains Ti and is formed to a thickness of 226 nm
  • the third shielding layer contains Cu. It can be seen that it is formed with a thickness of 266 nm.
  • the first shielding layer contains Cu and is formed to a thickness of 611 nm
  • the second shielding layer contains NiFe and is formed to a thickness of 219 nm
  • the third shielding layer contains Cu. It can be seen that it is formed with a thickness of 202 nm.
  • the first shielding layer contains Cu and is formed to a thickness of 680 nm
  • the second shielding layer contains NiFe and is formed to a thickness of 171 nm
  • the third shielding layer contains Cu. It can be seen that it is formed with a thickness of 174 nm.
  • the first shielding layer contains Cu and is formed to a thickness of 688 nm
  • the second shielding layer contains NiFe and is formed to a thickness of 231 nm
  • the third shielding layer contains Cu. It can be seen that it is formed with a thickness of 142 nm.
  • Figure 3 shows a multi-layer shielding material with a three-layer structure (3layer 3.5:1 100nm) in which the total thickness and the thickness of the second shielding layer are 889 nm and about 100 nm, respectively, and the thickness ratio of the first shielding layer and the third shielding layer is about 3.5:1.
  • Figure 4 is a graph showing the electromagnetic wave shielding efficacy analysis results of the three-layer electromagnetic wave shielding material sample and comparative example samples manufactured according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a three-layer electromagnetic wave shielding material sample and comparison measured in the 18 GHz frequency band. This is a graph showing the shielding efficiency values of the example samples.
  • the Cu electromagnetic wave shielding material formed as a single layer using the first electroplating method showed a low shielding efficiency value, and the thickness of the third shielding layer was lower than that of the first shielding layer.
  • the thickness ratio of the first shielding layer to the third shielding layer was about 1:1 to 5:1, high electromagnetic wave shielding efficiency was shown. In particular, when the thickness ratio was about 2:1 to 4:1, the efficiency was significantly high. Demonstrated electromagnetic wave shielding efficiency.
  • the total thickness is 1132nm, 1042nm, 1014nm, 1034nm, and 1134nm, respectively, the thickness of the second and fourth shielding layers is about 200nm, and the thickness ratio of the first shielding layer to the third and fifth shielding layers is about 1, respectively.
  • This is a FIB image of multi-layer electromagnetic wave shielding materials with a 5-layer structure of :1, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, and 5:1.
  • Figure 7 is a graph showing the electromagnetic wave shielding efficacy analysis results of the five-layer electromagnetic wave shielding material sample and comparative example samples manufactured according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 shows the five-layer electromagnetic wave shielding material sample and comparison measured in the 18 GHz frequency band. This is a graph showing the shielding efficiency values of the example samples.
  • the Cu electromagnetic wave shielding material formed as a single layer showed the lowest shielding efficiency value, and the thickness ratio of the first shielding layer and the fifth shielding layer was about 1:1 and 5:1.
  • the samples also showed low shielding efficiency values.
  • the thickness ratio of the first shielding layer to the fifth shielding layer was about 3:2, 2:1, 3:1, and 4:1, high electromagnetic wave shielding efficiency was shown in the high frequency band, especially the thickness ratio.
  • the thickness ratio when was about 2:1 to 4:1, significantly higher electromagnetic wave shielding efficiency was observed.
  • Figure 9 shows the XRD phase analysis results of three-layer electromagnetic wave shielding material samples.
  • each layer of the multi-layer shielding material is composed of a crystal structure of Cu and NiFe, Cu and Cr, or Cu and Ti.
  • electromagnetic wave shielding materials Cu and NiFe contains electromagnetic wave shielding materials Cu and NiFe
  • 3 layers 2:1 contain electromagnetic wave shielding materials Cu and Ti
  • 3 layers 5:1 contain electromagnetic wave shielding materials Cu and NiFe
  • 1 layer contains electromagnetic wave shielding materials Cu.

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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

멀티 레이어 구조를 갖는 전자파 차폐재 및 이를 포함하는 반도체 칩 장치
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.
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>
1-1. 실험예 1-1에 따른 전자파 차폐재 제조
기판(NILACO 사의 SUS304 기판)을 준비하고, 상기 기판에 묽은 황산을 제공하여 세척하고, 세척된 상기 기판에 아세톤을 제공하여 잔존 유기물을 제거하고, 잔존 유기물이 제거된 상기 기판에 초순수(DI water)를 제공하여 최종적으로 세척한 후에 오븐으로 건조하여 전처리하였다.
pH 9~11 및 60 ℃의 Cu 전해질을 포함하는 파이로인산염 배스(Pyrophosphate bath)에, 전처리된 상기 기판을 침지하고, 펄스 플레이팅으로 2 ASD의 전류를 인가하는 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 기판 상에 353 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 차폐층을 형성한 후에, 상기 제1 차폐층을 초순수(DI water)로 세척한 후에 오븐으로 건조하여, 상기 제1 차폐층 상에 후술되는 제2 차폐층의 증착이 용이하도록 준비하였다.
pH 2의 황산염 배스(Sulfate bath)에, 상기 제1 차폐층을 침지하고, 펄스 플레이팅으로 1 ASD의 전류를 인가하는 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 338 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 차폐층을 형성한 후에, 상기 제2 차폐층을 초순수(DI water)로 세척한 후에 오븐으로 건조하여, 상기 제2 차폐층 상에 후술되는 제3 차폐층의 증착이 용이하도록 준비하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 343 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 제3 차폐층을 형성한 후에, 상기 제3 차폐층을 초순수(DI water)로 세척한 후에 오븐으로 건조하여, 실험예 1-1에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 1 우측 사진 참조).
1-2. 실험예 1-2에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 410 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
스퍼터링 방법을 이용하여 80~500 W로 Cr을 제공하여, 상기 제1 차폐층 상에 201 nm 두께의 Cr layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 402 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-2에 따른 전자파 차폐재(Cu/Cr/Cu)를 제조하였다(도 2 (A) 참조).
1-3. 실험예 1-3에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 490 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 스퍼터링 방법을 이용하여 Ti를 제공하여, 상기 제1 차폐층 상에 226 nm 두께의 Ti layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 266 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-3에 따른 전자파 차폐재(Cu/Ti/Cu)를 제조하였다(도 2 (B) 참조).
1-4. 실험예 1-4에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 611 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 219 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 202 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-4에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 2 (C) 참조).
1-5. 실험예 1-5에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 680 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 171 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 174 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-5에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 2 (D) 참조).
1-6. 실험예 1-6에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 688 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 231 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 142 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-6에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 2 (E) 참조).
1-7. 실험예 1-7에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 623 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 96 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 170 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-7에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 3 좌측 사진 참조).
1-8. 실험예 1-8에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 186 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 203 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 684 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하여, 실험예 1-8에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 3 우측 사진 참조).
2-1. 실험예 2-1에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 247 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 232 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 210 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 238 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 205 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-1에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 6 (A) 참조).
2-2. 실험예 2-2에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 279 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 219 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 206 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 187 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 179 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-2에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 6 (B) 참조).
2-3. 실험예 2-3에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 281 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 223 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 210 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 204 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 131 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-3에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 6 (C) 참조).
2-4. 실험예 2-4에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-2에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 320 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 스퍼터링 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 239 nm 두께의 Cr layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 179 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 스퍼터링 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 172 nm 두께의 Cr layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 104 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-4에 따른 전자파 차폐재(Cu/Cr/Cu/Cr/Cu)를 제조하였다(도 6 (D) 참조).
2-5. 실험예 2-5에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-3에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 360 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 스퍼터링 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 240 nm 두께의 Ti layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 187 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 스퍼터링 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 161 nm 두께의 Ti layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 86 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-5에 따른 전자파 차폐재(Cu/Ti/Cu/Ti/Cu)를 제조하였다(도 6 (E) 참조).
2-6. 실험예 2-6에 따른 전자파 차폐재 제조
상술된 실험예 1-1에서 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 509 nm 두께의 Cu layer를 상기 제1 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제1 차폐층 상에 176 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제2 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제2 차폐층 상에 177 nm 두께의 Cu layer를 상기 제3 차폐층으로 형성하였다.
상기 제2 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제3 차폐층 상에 166 nm 두께의 NiFe layer를 상기 제4 차폐층으로 형성하였다.
상기 제1 전해도금 방법을 이용하여, 상기 제4 차폐층 상에 106 nm 두께의 Cu layer를 상기 제5 차폐층으로 형성하여, 실험예 2-6에 따른 전자파 차폐재(Cu/NiFe/Cu/NiFe/Cu)를 제조하였다(도 6 (F) 참조).
<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 2 (A)를 참조하면, 상기 제1 차폐층이 Cu를 포함하며 410 nm 두께로 형성되고, 상기 제2 차폐층이 Cr을 포함하며 201 nm 두께로 형성되고, 상기 제3 차폐층이 Cu를 포함하며 402 nm 두께로 형성된 것을 알 수 있다.
도 2 (B)를 참조하면, 상기 제1 차폐층이 Cu를 포함하며 490 nm 두께로 형성되고, 상기 제2 차폐층이 Ti를 포함하며 226 nm 두께로 형성되고, 상기 제3 차폐층이 Cu를 포함하며 266 nm 두께로 형성된 것을 알 수 있다.
도 2 (C)를 참조하면, 상기 제1 차폐층이 Cu를 포함하며 611 nm 두께로 형성되고, 상기 제2 차폐층이 NiFe를 포함하며 219 nm 두께로 형성되고, 상기 제3 차폐층이 Cu를 포함하며 202 nm 두께로 형성된 것을 알 수 있다.
도 2 (D)를 참조하면, 상기 제1 차폐층이 Cu를 포함하며 680 nm 두께로 형성되고, 상기 제2 차폐층이 NiFe를 포함하며 171 nm 두께로 형성되고, 상기 제3 차폐층이 Cu를 포함하며 174 nm 두께로 형성된 것을 알 수 있다.
도 2 (E)를 참조하면, 상기 제1 차폐층이 Cu를 포함하며 688 nm 두께로 형성되고, 상기 제2 차폐층이 NiFe를 포함하며 231 nm 두께로 형성되고, 상기 제3 차폐층이 Cu를 포함하며 142 nm 두께로 형성된 것을 알 수 있다.
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, 상기 제1 전해도금 방법을 이용하여 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.
보다 구체적으로, 도 9에 도시된 XRD 그래프를 참조하면, 3layer 1:1은 전자파 차폐재 Cu 및 Cr을 포함하고, 3layer 1:1:1은 전자파 차폐재 Cu 및 NiFe를 포함하고, 3layer 3:1은 전자파 차폐재 Cu 및 NiFe를 포함하고, 3layer 2:1은 전자파 차폐재 Cu 및 Ti를 포함하고, 3layer 5:1은 전자파 차폐재 Cu 및 NiFe를 포함하고, 1layer는 전자파 차폐재 Cu를 포함하는 것을 알 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)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재.
  4. 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.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 물질은 비자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재.
  6. 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.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 물질 및 제4 물질은 강자성 또는 상자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재.
  11. 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.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 물질 및 제4 물질은 비자성 특성을 갖는 것인, 전자파 차폐재.
  13. 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.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제5 차폐층의 두께에 대한 상기 제1 차폐층의 두께의 비는 2 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐재.
  15. 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.
  16. 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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