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환경친화 EMC 기술

EMC를 비롯한 모든 전기전자재료는 UL94-VO라는 국제 난연성 규격을 통과해야 합니다. 지금까지 양산 및 적용되어 온  EMC는 이를 만족시키기 위하여 브롬 및 안티몬계 난연제를 사용해 왔으나, 유럽과 일본을 중심으로 전기전자재료에 사용되는 환경유해물질에 대한 규정을 만들었으며, 일본의 전자업계를 중심으로 자율적인 규제를 진행중입니다.

환경친화 EMC기술은 크게 세가지로 나눌 수 있습니다.

첫째는 기존의 Bromianted Epoxy 및 Antimony Compound를 대체하는 환경친화성 난연제를 사용하는 기술입니다. 환경친화성 난연제로는 금속 수산화물, 유무기인계화합물, 실리콘계 화합물 등이 활발히 개발되고 있으나 인계화합물을 제외하면 난연성이 낮아 많은 양을 사용해야만 하는 단점이 있습니다. 또한 인계화합물을 적용한 EMC를 사용한 반도체에서 전기특성불량이 보고되고 있으며 그 원인으로 인계화합물이 지목되어 향후 사용되기 어려울 전망입니다.

둘째는 연소성분인 유기재료의 양을 줄여 난연성을 확보하는 기술로 에폭시를 포함한 유기재료의 양을 10wt% 이내(실리카 필러의 함량이 90wt% 이상)로 줄일 때 난연제를 사용하지 않아도 난연 규격인 UL94-VO에 만족하는 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 필러의 함량이증가할수록 EMC의 흐름성이 급격히 낮아져 성형불량률이 높아지므로 필러함량 90wt% 이상의 고충진계에서 우수한 흐름성을 확보할 수있는 기초기술이 확보되어야만 가능한 기술입니다.

셋째는 연소성분 중에서 대부분을 차지하는 에폭시와 경화제로 연소가 어렵고 연소되더라도 Char가 많이 남아 패키지 내부로의 열전도를 차폐할 수 있는 자소성 수지(self extinguishing resin)를 적용하는 기술입니다. 이 경우 상용화된 제품이 비교적 고가이므로 가격적인 부담이 있어 주로 고가의 패키지에 적용하고 있으나, 점차 범용 제품으로도 확대되는 상황입니다.

환경친화성 EMC는 아직 규제기한이 남아있기는 하지만 일부 반도체 회사에서 자사브랜드의 이미지 강화와 홍보를 위해 환경친화성 반도체를 출시하고자 함에 따라 EMC 제조업체에서도 이에 부응하는 형태를 나타내고 있습니다.

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우리는 일반적으로 접착이 되어 있는 상태는 단단하게 붙어있고 떼어내고 싶을 때에는 쉽게 떼어지는 것을 선호합니다. 트리거(trigger)를 인가 하므로 쉽게 떼어낼 수 있는 기술을  [강한 접착과 쉽게 떼어짐 기술]이라고 합니다. 이 기술은 산업계에서는 이미 널리 이용되고 있습니다. 이 기술을 응용하는 점착가공제품은 제품을 가공할 시에는 제품을 보호하고 그 형태를 유지하는 목적으로 사용하는 공정 재료 등입니다. 최근에는 환경문제를 고려한 접합부 재료의 재이용과 해체의 용도로 실용화되고 있습니다.

이들 용도 중에는 이 기술을 이용한 점착가공제품은 반도체 분야에서 널리 사용됩니다. 특히 웨이퍼(wafer)의 연삭가공을 목적으로 하는 웨이퍼 연삭용 테이프(tape)와 다이싱(dicing)용 테이프는 잘 알려져 있습니다.

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반도체는 다양한 전기전자기기에 사용되며 사용조건 또한 매우 다양합니다. 즉, 극지방의 저온 저습한 환경과 열대의 고온 다습한 환경에서도 기능을 유지해야 합니다. 반도체의 신뢰성이란 이러한 다양한 환경에서 장기간 반도체의 기능유지를 보증하기 위한 평가이며 Preconditioning 조건에서의 MSL(Moisture Sensitive Level)과 수명 및 환경시험으로 구성된 장기신뢰성으로 구성됩니다. 반도체의 신뢰성 항목, 인가조건 및 평가방법에 대해서는 JEDEC(Joint Electron Devices Engineering Councils) Standard에 잘진술되어 있습니다.

반도체는  Soldering  공정을 거쳐 보드에 실장되며 반도체 조립 후부터 보드에 실장될 때까지의 환경 및 공정조건에 대한 품질보증을 위한 신뢰성 평가가 Preconditioning 조건에서의 MSL입니다. 반도체에 성형된 EMC는 대기중의 수분을 서서히 흡수하여 일정량의 수분을 포함합니다. 이 수분은 반도체를 보드에 실장하기 위해 Soldering 공정(220~260℃)에 노출될 때 급격히 기화하면서 팽창하여 결과적으로 반도체 내부의 박리나 크랙(Crack)이 발생됩니다. MSL은 반도체를 실장할 때까지의 환경조건을 가정하여 일정한 온도 및 습도에서 패키지를 강제로 흡습시킨 후 Soldering 공정에 투입하여 반도체의 내성을 평가하는 것입니다. MSL을 향상시키기 위해서는 EMC의 내습성과 강도를 향상시켜야 하며 EMC와 리드 프레임간의 계면부착력을 높여야 합니다.

반도체의 장기신뢰성은 수명시험과 환경시험으로 구성됩니다. 대표적인 수명시험으로는 열충격시험(T/C, Thermal Cycle Test)과 고온방치실험(HTSL, High Temperature Storage Life Test) 등이 있으며, 환경시험으로는 PCT(Pressure Cooker Test)와 고온고습방치시험(H&T, High Temperature & High Humidity Test) 등이 있습니다.

반도체 신뢰성 평가에서 발생하는 불량유형은 반도체 내부 수분의 기화에 의한 계면박리(Delamination) 및 크랙, 재료간의 열팽창계수 차이로 인한 계면박리와 Wire Open 및 이온성 불순물에 의한 Wire/Pad Corrosion 등이 대표적입니다. 반도체의 장기신뢰성 향상을 위해서는 EMC의 내습성 향상, 이온성 불순물의 최소화 및 EMC와 리드프레임간의 계면부착력 향상이 요구되고 있습니다. 최근에는 반도체의 고기능화에 따른 신뢰성 향상요구에 따라 신뢰성 인가조건과 평가조건이 더욱 엄격해지고 있으며, 이에 따라 EMC의 기능강화를 위한 노력도 활발하게 진행되고 있습니다.

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