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국내 연구진이 세계 최고 수준의 극도로 얇은 초고성능 전자파 차폐막을 개발했다. 차세대 반도체 패키징, 스마트기기, 플렉서블 전자소자 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 연한울 신소재공학과 교수팀이 주영창 서울대학교 교수, 김명기 고려대학교 교수, 이성수 한국과학기술연구원(KIST) 박사등 공동 연구팀이 세계 최고 수준의 초박막 전자파 차폐 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
전자기기에서 발생하는 전자파 간섭(EMI)은 통신 오류나 오작동, 발열 등을 유발해 기기의 성능과 안정성을 떨어뜨린다. EMI 차폐 기술은 온라인증권사추천
반도체 패키징과 스마트기기 설계의 핵심 요소로 꼽힌다. 하지만, 기존 금속 기반 차폐막은 두껍고 무거워 소형화·유연화가 필요한 최신 전자기기에는 적용이 어려웠다.
이러한 한계를 해결하기 위해 개발한 컨포멀 전자파 차폐막은 반도체 패키지를 더 가볍고 얇게 만드는 데 필수적인 첨단 소재다. 하지만 기존 차폐막은 두께를 줄이면 전자파 차단 성능증권속보
이 급격히 떨어지는 '두께-성능 딜레마'가 있어 경량화와 고성능을 동시에 구현하기 어려웠다.
기존에는 차폐막 내부에 다수의 미세한 기공(pore포어)를 형성해 전자파 산란 효과를 높이는 연구를 시도했다. 하지만, 높은 온도 등 반도체 공정과의 비호환성, 포어)의 불균일성, 두께 증가로 인한 한계 등으로 실제 반도체 패키징에 적용하기 어려웠LG화학 주식
다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 포어를 만들지 않고, 기존 반도체 패키징 공정 장비만을 이용해 금속과 맥신 박막을 층층이 쌓아 만든 'EXIM(Embedded-MXene-in-Metal) 차폐막' 구조를 새롭게 제시했다.
새로운 EXIM 구조에서는 금속 박막이 전자파를 가두는 벽 역할을 하고, 그 내부의 맥신 박막이 전증시뉴스
자파의 산란과 흡수를 유도함으로써 두께 2마이크로미터(㎛) 미만에서도 기존 차폐막 대비 100배 이상(전자파의 약 99%를 차단하는 20데시벨(㏈) 이상 수준) 높은 성능을 달성했다.
연구팀은 금속과 맥신(MXene) 소재를 결합한 새로운 이종접합 구조를 고안해 전자파 차폐막의 두께를 획기적으로 줄이면서도 성능을 최대 100배 이상 향상시샛별형
킬 수 있는 소재 및 공정 기술도 개발했다. 맥신 두께를 1㎛에서 200 나노미터(㎚)로 줄여도 성능이 거의 유지됐으며, 금속-맥신 계면에 4㎚ 두께의 유기막만 삽입해도 성능이 급감했다. 차폐 성능의 핵심은 '금속-맥신 이종접합 계면의 품질'임이 실험적으로 입증했다.
연구팀은 EXIM 차폐막의 환경 안정성을 강화하기 위해 20㎚ 두께의 크롬-알루미늄 캐핑층을 적용해 습기 등 외부 환경에서도 안정적인 성능을 확보했다. 그 결과, 고온(85°C 이상)·고습(85% RH) 환경에서도 48시간 이상 산화나 부식 없이 성능을 안정적으로 유지했다.
연구팀은 이러한기술을 실제 상용 플래시 드라이브 반도체 칩과 유연 소자에 적용해 공정 호환성과 초밀착 성능을 모두 입증했다.
이번 연구는 초박형 고성능 차폐막 상용화의 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히, 반도체 패키징에 사용되는 '표면 형상에 맞게 균일하게 감싸는 초박막 전자파 차폐막(컨포멀(conformal)에서 오랫동안 해결되지 않았던 막을 얇게 만들수록 차폐 성능이 떨어지는 소재의 '두께-성능 딜레마'를 근본적으로 해소한 성과다.
세계 최고 권위의 과학저널 '네이처(Nature)'에 최근 온라인으로 게재됐다.
연한울 교수는 “이번 연구는 전자파 차폐재에서 오랫동안 해결되지 않았던 '두께가 얇아지면 성능이 떨어지는 딜레마'를 극복한 성과”라며 “극도로 얇고 유연하면서도 뛰어난 성능을 갖춘 차폐 기술로 차세대 반도체 패키징과 스마트기기, 플렉서블 전자소자 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com