[논문]고출력 과도전자파에 의한 반도체 소자의 파괴효과

황선묵; 홍주일; 허창수

문제 정의

본 논문에서는 전자장치에 구성하는 요소 중 반도체 IC 소자를 대상으로 마그네트론으로부터 발생된 고출력 전자파에 의한 반도체 IC소자의 피해영향을 조사하였다. 전자파의 세기는 거리로 조절하여 전계강도를 측정하였다.
본 연구는 마그네트론에서 발생되는 고출력 과도전자파에 의한 반도체 IC 소자의 피해효과를 분석하였다. 이 고출력과도 전자파에 의해 파괴된 반도체 IC 소자의 피해분석은 SEM(Scanning Electron Microscope)을 통하여 고찰하였다.
이 고출력과도 전자파에 의해 파괴된 반도체 IC 소자의 피해분석은 SEM(Scanning Electron Microscope)을 통하여 고찰하였다. 이러한 실험 데이터를 바탕으로 고출력 과도전자파에 노출된 많은 반도체 소자들을 보호하기 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

고출력 과도전자파는 도파관 끝단으로부터 31 cm , ~ 40 cm 떨어진 각 지점에서 전계강도를 5회 측정하였다. 측정된 전계 강도는 평균값으로 계산하였고, 표 1과 같이 나타내었다.
그림 1 에서 보는 바와 같이 도파관 끝단을 개방하고, 도파관 끝단으로부터 거리 31 cm ~ 40 cm 떨어진 지점에서 피시험 체 인 반도체 IC소자를 위 치시켜 반도체 IC소자의 피해분석과 그 위치에서의 전계강도를 측정하였다. 피시험체인 반도체 IC소자는 각 위치에서 5회 실험하여 반도체 소자의 피해 영향을 알아보았고, 전계강도는 전자파 측정 장치인 EMC-20 (Wandel & Goltermann)을 사용하여 거리에 따른 전계 강도를 측정하였다.
45 GHz, 정격 출력이 600 W인 마그네트론을 사용종} 였다. 마그네트론에서 발생된 고출력 과도전자파는 WR-340 인 구형 도파관(Rectangular Waveguide)을 사용하여 도파관 끝단을 개방시켜 도파관으로 전달되는 고출력 과도전자파를 대기 중으로 2초간 방사하였다.
이 칩 상태는 Hitachi사의 주사전자현미경 (SEM : Scanning Electron Microscope, S-4200, Japan)로 관찰하였다. 반도체 칩 표면을 관찰하기 위해서 백금(Pt) 코팅한 후, 측정배율은 30배, 가속전압은 15 kV로 하여 측정하였다.
반도체 IC 소자의 피해효과를 분석하였다. 이 고출력과도 전자파에 의해 파괴된 반도체 IC 소자의 피해분석은 SEM(Scanning Electron Microscope)을 통하여 고찰하였다. 이러한 실험 데이터를 바탕으로 고출력 과도전자파에 노출된 많은 반도체 소자들을 보호하기 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.
칩을 관찰하였다. 이 칩 상태는 Hitachi사의 주사전자현미경 (SEM : Scanning Electron Microscope, S-4200, Japan)로 관찰하였다. 반도체 칩 표면을 관찰하기 위해서 백금(Pt) 코팅한 후, 측정배율은 30배, 가속전압은 15 kV로 하여 측정하였다.
전자파에 의한 반도체 IC소자들의 내부 칩 상태를 관찰하기 위해 에폭시로 몰딩된 표면을 디갭(Decap)하여 반도체 IC 소자의 칩을 관찰하였다. 이 칩 상태는 Hitachi사의 주사전자현미경 (SEM : Scanning Electron Microscope, S-4200, Japan)로 관찰하였다.
반도체 IC소자의 피해영향을 조사하였다. 전자파의 세기는 거리로 조절하여 전계강도를 측정하였다. 반도체 IC 소자의 피해분석 결과 약 880 V/m이하의 전계강도에서는 파괴 (Destruction)현상이 일어나지 않았다.
그 위치에서의 전계강도를 측정하였다. 피시험체인 반도체 IC소자는 각 위치에서 5회 실험하여 반도체 소자의 피해 영향을 알아보았고, 전계강도는 전자파 측정 장치인 EMC-20 (Wandel & Goltermann)을 사용하여 거리에 따른 전계 강도를 측정하였다. 실험에 사용된 반도체 IC 소자는 Logic devices<?] TTL(74LS08, 74LS00)과 CMOS(74HC08, 74HC00) 반도체를 사용하였다.

대상 데이터

피시험체인 반도체 IC소자는 각 위치에서 5회 실험하여 반도체 소자의 피해 영향을 알아보았고, 전계강도는 전자파 측정 장치인 EMC-20 (Wandel & Goltermann)을 사용하여 거리에 따른 전계 강도를 측정하였다. 실험에 사용된 반도체 IC 소자는 Logic devices<?] TTL(74LS08, 74LS00)과 CMOS(74HC08, 74HC00) 반도체를 사용하였다.
본 논문에서는 의도적으로 발생되는 전자파원, 발진 주파수가 2.45 GHz, 정격 출력이 600 W인 마그네트론을 사용종} 였다. 마그네트론에서 발생된 고출력 과도전자파는 WR-340 인 구형 도파관(Rectangular Waveguide)을 사용하여 도파관 끝단을 개방시켜 도파관으로 전달되는 고출력 과도전자파를 대기 중으로 2초간 방사하였다.

성능/효과

따라서 고출력 과도전자파에 의한 반도체 소자의 피해 전계강도 대역값(BB, DB)을 정의함으로써 이 IC 소자의 피해 전계강도를 정량화 할 수 있었다. 그리고 파괴된 반도체 IC소자의 칩 상태를 확인한 결과 Bondwire와 Onchipwire 가 녹아 영구적인 파괴로 확인할 수 있었다. 이는 반도체 IC 소자의 내부 칩 있는 bondwire와 onchipwiree]- 높은 온도 상승으로 이 지점에서 녹는 열적 파괴현상으로 사료된다.
그러나 그 이상의 전계 강도인 경우에서는 반도체 IC소자가 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 고출력 과도전자파에 의한 반도체 소자의 피해 전계강도 대역값(BB, DB)을 정의함으로써 이 IC 소자의 피해 전계강도를 정량화 할 수 있었다. 그리고 파괴된 반도체 IC소자의 칩 상태를 확인한 결과 Bondwire와 Onchipwire 가 녹아 영구적인 파괴로 확인할 수 있었다.
따라서 전계강도세기는 거리로 조절하여 반도체 소자의 피해 전계 강도를 변화하였다. 반도체 소자의 피해 영향을 알아보기 위해 LED 구동 회로를 이용하여 알아본 결과 전계 강도가 약 855 V/m부터 반도체 피해 영향이 시작되었다.
이 연구에서는 고출력 과도전자파에 의한 반도체 IC 소자의 Component 파괴는 일어나지 않았으며, Bondwire 와 Oonchipwire가 주로 파괴되었다. 이런 연구결과는 일반적인 전자기 펄스에 의한 반도체 IC소자의 파괴와 다소 비슷한 결과를 보여주었으나, 다른 점은 고출력 과도전자파에 의한 반도체 IC소자의 Component파괴는 일어나지 않았다.

후속연구

따라서 본 연구결과의 바탕으로 의도적으로 큰 전자파에 노출된 반도체 IC소자를 보호하기 위한 방안이 제시되어야 할 것이다. 또한 고출력 과도전자파 simulator 개발을 위한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
것이다. 또한 고출력 과도전자파 simulator 개발을 위한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
따라서 의도적으로 발생되는 고출력 과도전자파(High Power Electromagnetic Wave, HPEW) 에 대한정보기기의 보호 대책이 필요하다. 또한 이러한 ISM 영역 뿌아니라 고출력 전자파를 발생시키는 발생장치로부터 발생되는 과도 전자파가 어떻게 정보기기에 영향을 주는지에 대한 연구가 필요하다.

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