JP3879576B2 - 磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージに関し、特に磁気不揮発性メモリ素子に対する外部磁界の影響を抑制するための磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体メモリとして、例えば日本応用磁気学会第116回研究会資料などで報告されているように、磁気不揮発性メモリ(Magnetic Random Access Memory,以下「MRAM」という)の開発が進められている。
【0003】
MRAM素子は、ナノ磁性体特有のスピン依存伝導現象に基づく磁気抵抗効果を利用した半導体メモリであり、外部からの電力供給なしで記憶を保持することのできる不揮発性メモリである。
【0004】
このMRAM素子における情報の書き込みは、マトリックス状に配線したビット線とワード線の交点の合成磁場により、交叉したセルの磁性スピンを反転させ、その向きを“1”,“0”の情報として記憶する。また、読み出しは、磁気抵抗効果を応用したTMR(Tunneling MagnetoResistance)効果を利用して行う。このTMR効果とは、スピンの向きによって抵抗値が変化する現象であり、抵抗の高低により情報の“1”,“0”を検出する。
【0005】
MRAM素子は、省電力で、高速かつ不揮発性の大容量メモリとして期待されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、MRAM素子は、記憶保持に磁性体を用いているため、外部磁界によって情報が消されたり、書き換えられたりするという問題点があった。
【0007】
実際にMRAM素子が使用されるのは、電子機器内部の主として高密度実装基板上である。このような高密度実装基板上には、近年の実装技術の発達により、半導体素子、通信用素子、超小型のモータなどが高密度に実装されている。また、電子機器内部には、アンテナ素子、各種メカニカル部品、電源などが高密度実装され、ひとつの機器を構成している。
【0008】
これらの各素子、部品が近接した状態で配置されているMRAM素子には、各素子などが形成する磁界が、外部磁界として作用するようになる。
図14はMRAM素子に外部から作用すると想定される磁界強度の例を示す図である。
【0009】
実装基板上に配置されたモータからは、例えば、磁界強度200Oe〜300Oe程度で周波数50Hz〜60Hz程度の交流磁界が、また、電源部からは、磁界強度100Oe〜300Oe程度で周波数50Hz〜数MHz程度の交流磁界が、MRAM素子に作用してくることが想定される。モータや電源部などからは、比較的周波数の低い磁界成分が定常的に発生している。
【0010】
また、MRAM素子付近に永久磁石などが配置されることもあり、この場合、例えば、磁界強度1000Oe程度の直流(DC)の磁界がMRAM素子に作用することがある。さらに、実装基板の近傍に形成される磁界(基板近傍磁界)は、例えば、磁界強度100Oe程度で周波数が数MHzを超える高周波磁界となってMRAM素子に作用してくることが想定される。
【0011】
このように、実装されたMRAM素子の周囲には、直流磁界成分、あるいは低周波数から高周波数に渡る広い周波数範囲の交流磁界成分が混在している。これに対し、MRAM素子の反転磁界強度は30Oe〜50Oe程度であり、MRAM素子の記録保持信頼性確保のためには、外部磁気の進入を防止する磁気シールド方法の確立が不可欠である。
【0012】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、MRAM素子に対する外部磁界の影響を抑制して記録保持信頼性を向上したMRAM素子の磁気シールドパッケージを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、MRAM素子に対する外部磁界の影響を抑制するMRAM素子の磁気シールドパッケージにおいて、MRAM素子が、軟磁性材料を用いて形成された成形体同士を接着してなる磁気的に連続した磁気シールド部材に囲まれて、磁気的に密閉状態で配置されていることを特徴とするMRAM素子の磁気シールドパッケージが提供される。
【0014】
このようなMRAM素子の磁気シールドパッケージによれば、MRAM素子が軟磁性材料を用いて形成された磁気シールド部材で囲まれて磁気的に密閉されるので、磁気シールド部材に到達した磁束は、磁気シールド部材の内部を進行しやすくなり、または、その内部で吸収されて強度が弱められる。さらに、MRAM素子は、様々な方向から作用する外部磁界から保護されるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1はMRAM素子の磁気シールドパッケージの平面図、図2はMRAM素子の磁気シールドパッケージの側面図、図3は図1のA−A断面図である。
【0016】
磁気シールドパッケージ10内のMRAM素子11は、図1および図3に示すように、ワイヤ12でリードフレーム13に結線されている。そして、図1ないし図3に示すように、MRAM素子11は、その周囲全体が中空の磁気シールド部材14に囲まれている。
【0017】
ここで、磁気シールド部材14は、磁気シールドパッケージ10の外部へ信号線(リード)を引き出すため、リードフレーム13の一部が磁気シールド部材14の外部に出るように形成されている。MRAM素子11は、このような形状の磁気シールド部材14に囲まれ、密閉された状態で配置されている。
【0018】
このような磁気シールドパッケージ10の磁気シールド部材14は、絶縁性の軟磁性材料を用いて形成されている。この絶縁性軟磁性材料としては、特に、透磁率の高いものを好適に用いることができる。このように、絶縁性軟磁性材料を用いた磁気シールド部材14でMRAM素子11を保護することで、MRAM素子11に対する外部磁界の影響を抑制することが可能になる。
【0019】
すなわち、従来は、通常、低周波磁界に対しては、MRAM素子付近に透磁率の高い物質を配置し、その物質内をより多くの磁束が流れるようにすることで、MRAM素子への磁束の進入を抑制する方法が採られていた。また、高周波磁界に対しては、MRAM素子付近に電磁波吸収材料を配置し、これに進入した磁束を熱エネルギーに変換して吸収する方法が採られていた。
【0020】
これに対し、本発明では、MRAM素子11を、絶縁性軟磁性材料を用いて形成された磁気シールド部材14により、外部磁界から保護するようにしている。図4はMRAM素子の磁気シールドパッケージにおける磁気シールド機構の説明図である。
【0021】
上記構成の磁気シールドパッケージ10が低周波磁界内に置かれた場合、軟磁性の磁気シールド部材14に到達した磁束は、その透磁率の実部μ’項の寄与により、磁気シールド部材14の内部を好んで進行するようになる。これにより、磁束の進路が変えられ、MRAM素子11への磁束の進入が抑制される。
【0022】
また、高周波磁界内では、磁気シールド部材14に到達した磁束は、透磁率の虚部μ”項の寄与により、磁気シールド部材14の内部で熱エネルギーとして吸収されるようになる。これにより、MRAM素子11への磁束の進入が抑制される。
【0023】
さらに、MRAM素子11は、磁気シールド部材14によって密閉状態になっているため、様々な方向からの磁束に対して効果的に保護される。
したがって、MRAM素子11に対する外部磁界の影響を抑制することができ、MRAM素子11の記録保持信頼性を向上させることができる。さらに、トランジスタのスイッチングに伴うノイズの発生も未然に抑制することができるようになる。
【0024】
また、この磁気シールドパッケージ10では、MRAM素子11全体が外部磁界から保護されているため、例えば、MRAM素子11の上部に軟磁性体プレートを形成したり、MRAM素子11自体にパシベーション膜である軟磁性絶縁膜を形成したりする必要がない。
【0025】
磁気シールドパッケージ10の磁気シールド部材14の形成には、種々の絶縁性軟磁性材料を用いることができる。このような絶縁性軟磁性材料としては、NiZnフェライト、MnZnフェライト、MgMnフェライト、NiZnCuフェライト、NiZnCoフェライトなど、一般的にスピネル型構造をとる軟磁性フェライト(MeFe2O4,Me=Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Mg,Li0.5Fe0.5,NixZn1-x,MnxZn1-x,NixZnyCu1-x-y,NixCu1-x,NixCuyCo1-x-y,CuxZn1-x,LixZn1-x,MgxMn1-x,NixZnyCo1-x-y)が好適に用いられる。
【0026】
このような軟磁性フェライトは、その軟磁気特性により、前述のように、低周波磁界および高周波磁界に対し、磁束の進路を変え、あるいはそのエネルギーを吸収することで磁束の進入を抑制する効果を発現する。また、軟磁性フェライトは、電気抵抗が高く、磁気シールド部材14と磁気シールドパッケージ10外部に引き出される信号線との接触部分における短絡が防止される。
【0027】
また、磁気シールドパッケージ10において、信号線の磁気シールド部材14と接触する部分に、絶縁コーティングを施した構成とすれば、磁気シールド部材14を、導電性の軟磁性材料を用いて形成することも可能である。このような導電性軟磁性材料としては、Fe,Co,Niなどの軟磁性金属粉末や、FeNi,FeCo,FeAl,FeSi,FeSiAl,FeSiB,CoSiBなどの高透磁率の軟磁性合金粉末が好適に用いられる。
【0028】
次に、具体例を挙げて磁気シールドパッケージ10の形成および効果について説明する。
図5は形成過程における磁気シールドパッケージの斜視図である。
【0029】
磁気シールド部材14の絶縁性軟磁性材料としては、公知のNiZnフェライトの(Ni0.3Zn0.7)Fe2O4粉末を用いる。そして、このNiZnフェライト粉末を、リードフレーム13のMRAM素子11実装面側の第1シールド部材14aと、MRAM素子11実装面と反対の面側の第2シールド部材14bとに分けて、それぞれ圧粉成形する。
【0030】
ここで、第1シールド部材14aと第2シールド部材14bとは、後述する方法で双方を接着して磁気シールド部材14とした際に、リードフレーム13の一部が磁気シールド部材14の外側へ出るような形状および大きさで成形する。
【0031】
このように成形された第1シールド部材14aおよび第2シールド部材14bは、その後、温度1100℃で5時間焼成され、焼結体とされる。この焼成時には、成形体は熱収縮するため、第1シールド部材14aおよび第2シールド部材14bの形成にあたっては、焼成時の成形体の収縮率を見込んで所定の大きさに圧粉成形する。
【0032】
MRAM素子11は、公知の42アロイを用いてリードフレーム13に接着し、その後、Au線のワイヤ12で結線する。そして、このリードフレーム13のMRAM素子11実装面側とこの実装面と反対の面側とからそれぞれ第1シールド部材14aと第2シールド部材14bとを被せ、接着する。この接着の際には、外部から磁束が進入しないように第1シールド部材14aおよび第2シールド部材14bを密着させることが重要である。
【0033】
この密着は、通常の接着剤を用いて行うことができるほか、絶縁性の磁性粉を含ませた接着樹脂なども好適に用いることができる。また、信号線が絶縁コーティングされている場合には、導電性の磁性粉を含ませた接着樹脂を用いることも可能である。
【0034】
このように形成した磁気シールドパッケージ10による外部磁界の抑制効果について検証した。ここでは、MRAM素子11およびリードフレーム13の代わりに、直径7mmのループアンテナを、NiZnフェライトで形成した磁気シールド部材14で密閉し、その内部における磁界強度測定を行った。また、比較のため、非磁性のセラミックスのみで形成した磁気シールド部材で密閉した場合の磁界強度測定も行った。
【0035】
その結果、NiZnフェライトの磁気シールド部材14では、セラミックスの磁気シールド部材に比べ、約95%の磁界強度低減効果が得られた。磁気シールド部材14外部に磁界強度300Oeのモータを配置した場合でも、磁気シールド部材14内部の磁界強度を30Oe以下まで低減することができた。
【0036】
以上示したように、絶縁性の軟磁性材料(信号線を絶縁コーティングした場合は導電性の軟磁性材料)で形成した磁気シールド部材14によりMRAM素子11を密閉することで、MRAM素子11に対する外部磁界の影響を抑制することができるようになる。したがって、MRAM素子11の記録保持信頼性を向上させることができる。
【0037】
また、近年では、高密度実装の要求から、BGA(Ball Grid Array)やPGA(Pin Grid Array)といった実装形態が採用されることも多い。
このような実装形態のMRAM素子については、外部磁界の影響を抑制するという点から、その磁気シールドパッケージを、以下の図6ないし図13に示すようなパッケージ構造とすることも可能である。なお、図6ないし図13では、図3に示した構成要素と同一の要素については同一の符号を付している。
【0038】
図6は第1のパッケージ構造の断面図、図7は第2のパッケージ構造の断面図である。
図6および図7に示す第1,第2のパッケージ構造は、ともにBGAパッケージ構造になっている。
【0039】
この第1,第2のパッケージ構造では、MRAM素子11がワイヤ12で結線されているリードフレーム13が、複数のボール電極15を介して基板に接続されるようになっている。そして、図6ではリードフレーム13のMRAM素子11実装側の表面から上部へ、図7ではリードフレーム13の側面からMRAM素子11実装側の上部へ、磁気シールド部材14を設けている。これにより、MRAM素子11が磁気シールド部材14に囲まれて密閉され、外部磁界の磁束の進入が抑制されるようになる。
【0040】
図8は第3のパッケージ構造の断面図である。
図8に示す第3のパッケージ構造は、PGAパッケージ構造になっており、さらに、ピン電極16の先端部にボール電極15が設けられたBGAタイプになっている。
【0041】
この第3のパッケージ構造では、ピン電極16の先端部を外部に出すのみで、ワイヤ12を含むMRAM素子11の周囲を囲んで磁気シールド部材14を設けている。これにより、MRAM素子11に対し、様々な方向から作用する外部磁界の磁束の進入が抑制されるようになる。
【0042】
図9は第4のパッケージ構造の断面図、図10は第5のパッケージ構造の断面図である。
図9および図10に示す第4,第5のパッケージ構造は、ともにBGAパッケージ構造になっている。
【0043】
この第4,第5のパッケージ構造では、MRAM素子11上面、あるいは上面および側面に、磁気シールド部材14を設けている。これにより、MRAM素子11上面側からの磁束の進入を抑制することができる。
【0044】
図11は第6のパッケージ構造の断面図、図12は第7のパッケージ構造の断面図、図13は第8のパッケージ構造の断面図である。
図11ないし図13に示す第6,第7,第8のパッケージ構造のうち、第6のパッケージ構造はBGAパッケージ構造になっており、第7,第8のパッケージ構造はピン電極16を有するPGAパッケージ構造になっている。さらに、第8のパッケージ構造では、ピン電極16の先端にボール電極15が設けられたBGAタイプになっている。
【0045】
この第6,第7,第8のパッケージ構造では、いずれも電極の一部を外部に出すのみで、MRAM素子11の周囲を取り囲んで磁気シールド部材14を設けている。これにより、図8に示した第3のパッケージ構造と同様、MRAM素子11の様々な方向から作用する外部磁界の磁束の進入が抑制されるようになる。
【0046】
このように、MRAM素子11がボール電極15やピン電極16などの形状の電極を介して基板に電気接続されるようなBGAやPGAといった実装形態をとるパッケージ構造であっても、外部磁界に対する磁気シールドが可能である。
【0047】
なお、以上の説明では、MRAM素子11を磁気シールド部材14で密閉する構成としたが、MRAM素子11以外の他の能動素子、部品などを組み込んだマルチチップモジュール全体を磁気シールド部材で密閉するように構成することも可能である。これにより、モジュール全体を外部磁界から保護することができ、より信頼性の高いモジュール形成が可能になる。
【0048】
また、以上の説明では、絶縁性の軟磁性材料(信号線を絶縁コーティングした場合は導電性の軟磁性材料)で磁気シールド部材14を形成するようにした。本発明では、このほかに、磁性または非磁性の成形体の表面に、絶縁性または導電性の軟磁性材料からなる膜を形成することによっても、MRAM素子11を外部磁界から保護することが可能である。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、MRAM素子を、軟磁性材料を用いて形成された磁気シールド部材で囲み、密閉状態で配置する構成にした。これにより、低周波数から高周波数に渡る外部磁界に対し、MRAM素子への磁束の進入が抑制され、その記録保持信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】MRAM素子の磁気シールドパッケージの平面図である。
【図2】MRAM素子の磁気シールドパッケージの側面図である。
【図3】図1のA−A断面図である。
【図4】MRAM素子の磁気シールドパッケージにおける磁気シールド機構の説明図である。
【図5】形成過程における磁気シールドパッケージの斜視図である。
【図6】第1のパッケージ構造の断面図である。
【図7】第2のパッケージ構造の断面図である。
【図8】第3のパッケージ構造の断面図である。
【図9】第4のパッケージ構造の断面図である。
【図10】第5のパッケージ構造の断面図である。
【図11】第6のパッケージ構造の断面図である。
【図12】第7のパッケージ構造の断面図である。
【図13】第8のパッケージ構造の断面図である。
【図14】MRAM素子に外部から作用すると想定される磁界強度の例を示す図である。
【符号の説明】
10……磁気シールドパッケージ、11……MRAM素子、12……ワイヤ、13……リードフレーム、14……磁気シールド部材、14a……第1シールド部材、14b……第2シールド部材、15……ボール電極、16……ピン電極。
Claims (5)
- 磁気不揮発性メモリ素子に対する外部磁界の影響を抑制する磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージにおいて、
磁気不揮発性メモリ素子が、軟磁性材料を用いて形成された成形体同士を接着してなる磁気的に連続した磁気シールド部材に囲まれて、磁気的に密閉状態で配置されていることを特徴とする磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ。 - 前記磁気不揮発性メモリ素子の信号線が外部に引き出されていることを特徴とする請求項1記載の磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ。
- 前記軟磁性材料は、軟磁性フェライトであることを特徴とする請求項1記載の磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ。
- 前記軟磁性材料は、前記信号線の前記磁気シールド部材と接触する部分に絶縁コーティングが施されているときには、軟磁性金属または軟磁性合金であることを特徴とする請求項2記載の磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ。
- 前記成形体は、その表面に前記軟磁性材料の膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気不揮発性メモリ素子の磁気シールドパッケージ。
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