DE102019135181A1

DE102019135181A1 - Vorrichtungen und verfahren mit einer magnetischen abschirmschicht

Info

Publication number: DE102019135181A1
Application number: DE102019135181.2A
Authority: DE
Inventors: Harry-Hak-Lay Chuang; Tien-Wei Chiang; Chia-Hsiang Chen; Meng-Chun Shih; Ching-Huang Wang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-12-31
Also published as: TWI830269B; KR102378232B1; TW202243184A; TW202115860A; US20200411449A1; TWI774013B; CN112151668A; US11276649B2; KR20210002325A

Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, in denen ein magnetisch empfindlicher Halbleiterchip, wie z.B. ein magnetoresistiver Direktzugriffspeicherchip (MRAM-Chip), durch eine magnetische Abschirmschicht von einer magnetischen Störung abgeschirmt wird. Eine Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das eine Außenfläche definiert. Ein Halbleiterchip ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und der Halbleiterchip ist von der Außenfläche des Gehäuses beabstandet. Eine magnetische Abschirmschicht ist vom Halbleiterchip um einen Abstand beabstandet, der kleiner ist als 5 mm.

Description

STAND DER TECHNIK
In Anwesenheit magnetischer Felder, wie jene, die z.B. durch einen Magnet oder dergleichen erzeugt werden können, können einige elektrische Vorrichtungen Betriebsprobleme und in manchen Fällen Ausfälle erfahren. Zum Beispiel kann ein externes magnetisches Feld eine Betriebsfensterverschiebung oder Speicherdatenfehler in magnetisch empfindlichen Chips oder Vorrichtungen verursachen, was zu Lese- oder Schreibfehlern führen kann.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1A ist eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung, welche eine magnetische Abschirmschicht aufweist, schematisch darstellt, gemäß einigen Ausführungsformen.
1B ist eine Draufsicht, die eine relative Anordnung des Halbleiterchips und der magnetischen Abschirmschicht der in 1A dargestellten Vorrichtung schematisch zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen.
2A ist eine Querschnittsansicht gemäß einigen Ausführungsformen, die eine magnetische Abschirmschicht, welche eine dreilagige Struktur aufweist, zeigt.
2B ist eine Querschnittsansicht gemäß einigen Ausführungsformen, die eine magnetische Abschirmschicht, welche eine mehrschichtige Struktur aufweist, zeigt.
3 ist ein Graph gemäß einigen Ausführungsformen, der die Schwankung der magnetischen Flussdichte zeigt, wenn die magnetische Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht variiert wird.
4 ist eine Querschnittsansicht gemäß einigen Ausführungsformen, die eine elektronische Vorrichtung, welche eine magnetische Abschirmschicht aufweist, schematisch darstellt.
5 bis 10 sind Querschnittsansichten, die schematisch elektronische Vorrichtungen zeigen, die in verschiedenen Positionen oder in verschiedenen Anordnungen angeordnete magnetische Abschirmschichten aufweisen, gemäß einigen Ausführungsformen.
11 ist ein Graph gemäß einigen Ausführungsformen, der experimentelle Ergebnisse von Bitfehlerraten aufgrund eines magnetischen Feldes für eine nicht abgeschirmte Vorrichtung und für eine Vorrichtung, die eine magnetische Abschirmschicht aufweist, zeigt.
12 ist ein Ablaufdiagramm gemäß einigen Ausführungsformen, das ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung, die eine magnetische Abschirmschicht aufweist, darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z.B. „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den FIG. dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den FIG. dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.
Diese Anmeldung betrifft Vorrichtungen, wie z.B. eine Halbleitervorrichtung, einen Chip oder ein Package, die eine magnetische Abschirmschicht aufweisen, und Verfahren zum Ausbilden solcher Vorrichtungen.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung Vorrichtungen und Verfahren bereit, bei denen eine magnetische Abschirmschicht vorgesehen wird, um eine elektrische Schaltung, wie z.B. einen Halbleiterchip, vor aufgrund magnetischer Felder auftretenden Schäden zu schützen. Die magnetische Abschirmschicht kann insbesondere in räumlichen Anordnungen in Bezug auf den Halbleiterchip bereitgestellt werden, und die magnetische Abschirmschicht kann eine durch ein externes magnetisches Feld verursachte Störung beim Halbleiterchip reduzieren.
1A ist eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung 10 schematisch darstellt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die Vorrichtung 10 weist ein Halbleitervorrichtungs-Package 12 und ein Substrat 14 auf. Das Halbleitervorrichtungs-Package 12 weist mindestens einen Halbleiterchip 16 auf. Der Halbleiterchip 16 kann eine beliebige elektrische Schaltung, Komponenten, Merkmale oder dergleichen sein oder aufweisen, die auf oder in einem Halbleitermaterial, wie z.B. einem einkristallinen Silizium (Si), amorphen Si, Galliumarsenid (GaAs) oder einem beliebigen anderen Halbleitermaterial oder einem Halbleitersubstrat, ausgebildet sind.
In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterchip 16 ein magnetisch empfindlicher Chip, der gegenüber magnetischen Feldern empfindlich ist. Zum Beispiel weist in einigen Ausführungsformen der Halbleiterchip 16 eine oder mehrere elektrische Schaltungen, Komponenten, Merkmale oder dergleichen auf, deren Betrieb durch magnetische Felder, wie z.B. jene, die vorhanden sein können, wenn ein Magnet in enge Nähe der Vorrichtung 10 gebracht wird, beeinflusst werden kann. In einigen Ausführungsformen ist der Halbleiterchip 16 ein magnetisch empfindlicher Speicherchip, wie z.B. ein magnetoresistiver Direktzugriffspeicherchip (MRAM-Chip). Im Gegensatz zu herkömmlichen Direktzugriffsspeicherchip-Technologien (RAM-Chiptechnologien) werden Daten in MRAM durch magnetische Speicherelemente, im Gegensatz zu einer Speicherung als elektrische Ladung oder Stromflüsse, gespeichert. Die magnetischen Speicherelemente werden aus zwei ferromagnetischen Platten, von denen jede eine Magnetisierung halten kann und die durch eine dünne Isolationsschicht getrennt sind, gefertigt. Eine der zwei Platten kann ein Permanentmagnet sein, der auf eine bestimmte Polarität eingestellt ist, während die andere Platte eine veränderliche Magnetisierung aufweisen kann, die auf der Grundlage der Anlegung eines externen Feldes geändert werden kann, um Daten zu speichern. Aufgrund der Verwendung von magnetischen Speicherelementen in einem MRAM-Chip, sind solche MRAM-Chips besonders gegenüber nicht bestimmungsgemäßen Wirkungen empfindlich, die aufgrund der Anwesenheit eines externen magnetischen Feldes auftreten, das verursacht wird, indem zum Beispiel ein Magnet in die Nähe des MRAM-Chips gebracht wird.
In einigen Ausführungsformen wird der Halbleiterchip 16 innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 angeordnet. Zum Beispiel kann der Halbleiterchip 16 innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 durch einen Kapselungsstoff 18 gekapselt werden. Der Kapselungsstoff 18 kann ein beliebiges Kapselungsstoffmaterial sein, das zum Kapseln des Halbleiterchips 16, und fakultativ zusätzlicher Komponenten, innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann der Kapselungsstoff 18 eine Epoxid-Moldmasse (EPC) sein. In einigen Ausführungsformen kann der Kapselungsstoff 18 aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem thermisch isolierenden Material gefertigt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 14 ein beliebiges Substrat sein, das zum Unterstützen des Halbleitervorrichtungs-Package 12 geeignet ist. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen das Halbleitervorrichtungs-Package 12 mechanisch mit dem Substrat 14 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 14 mit dem Halbleitervorrichtungs-Package 12, z.B. mit dem innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package aufgenommenen Halbleiterchip 16, elektrisch gekoppelt. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 14 eine gedruckte Leiterplatte (PCB), die einen oder mehrere elektrische Kontakte oder Anschlüsse (nicht dargestellt) aufweist, die das Substrat mit einem oder mehreren entsprechenden elektrischen Kontakten oder Anschlüssen (nicht dargestellt) des Halbleitervorrichtungs-Package 12 elektrisch koppeln. Das Substrat 14 kann mit zusätzlichen elektrischen Vorrichtungen, Packages oder dergleichen elektrisch gekoppelt werden, die in einigen Ausführungsformen über das Substrat 14 mit dem Halbleitervorrichtungs-Package 12 elektrisch gekoppelt sein können.
Das Halbleitervorrichtungs-Package 12 kann ein beliebiger Typ eines Halbleitervorrichtungs-Package sein, der zum Beispiel integrierte Fan-Out-Packages (InFO-Packages), Chipon-Wafer-on-Substrat-Packages (CoWoS-Packages), Drahtbond-Packages, Ball-Grid-Array-Packages, Flip-Chip-Packages oder einen beliebigen anderen Typ eines Halbleitervorrichtungs-Package aufweist.
Eine magnetische Abschirmschicht 20 wird in der Nähe des Halbleiterchips 16 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die magnetische Abschirmschicht 20 an dem Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel die magnetische Abschirmschicht 20 an einer Fläche (z.B. einer oberen Fläche) des Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht werden, wie in 1A dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 als Teil des Halbleitervorrichtungs-Package 12 ausgebildet werden. Zum Beispiel kann die magnetische Abschirmschicht 20 zumindest teilweise innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 ausgebildet werden, wie z.B. zumindest teilweise in den Kapselungsstoff 18 eingebettet oder auf eine andere Weise dadurch umgeben werden. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 am Kapselungsstoff 18 mithilfe des Kapselungsstoffs 18 selbst angebracht werden, z.B. kann der Kapselungsstoff 18 die magnetische Abschirmschicht 20 an einer gewünschten Position sichern und halten. In anderen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 am Kapselungsstoff mithilfe eines Haftmittelmaterials oder dergleichen angebracht werden.
Die magnetische Abschirmschicht 20 dient dazu, den Halbleiterchip 16 vor einer magnetischen Störung oder dergleichen, abzuschirmen, wie sie z.B. durch einen Magnet verursacht werden kann, der in die Nähe der Vorrichtung 10 gebracht wird. Insbesondere dient in einigen Ausführungsformen die magnetische Abschirmschicht 20 dazu, einen magnetischen Fluss (z.B. von einem Magnet oder einer magnetischen Struktur, die in der Nähe der Vorrichtung 10 angeordnet wird) umzuleiten, und eine magnetische Störung der magnetisch empfindlichen Vorrichtungen, wie z.B. des Halbleiterchips 16, wesentlich zu reduzieren.
Obwohl die Vorrichtung 10 derart in 1A dargestellt ist, dass sie eine einfache magnetische Abschirmschicht 20 aufweist, kann in einigen Ausführungsformen die Vorrichtung 10 mehrere magnetische Abschirmschichten 20 aufweisen. Zum Beispiel können magnetische Abschirmschichten 20 auf mehreren Flächen des Halbleitervorrichtungs-Package 12 bereitgestellt sein, was eine verbesserte magnetische Abschirmung des Halbleiterchips 16 aus verschiedenen Richtungen bereitstellt.
1B ist eine Draufsicht, die eine relative Anordnung des Halbleiterchips 16 und der magnetischen Abschirmschicht 20 schematisch zeigt. In einigen Ausführungsformen überlappt die magnetische Abschirmschicht 20 vollständig den Halbleiterchip 16. Wie in 1B dargestellt, kann die magnetische Abschirmschicht 20 einen Bereich (z.B. einen Flächenbereich oder einen Bereich an einer oberen Fläche der magnetischen Abschirmschicht 20) aufweisen, der größer ist als ein Bereich des Halbleiterchips 16 (z.B. einen Flächenbereich oder einen Bereich an einer oberen Fläche des Halbleiterchips 16). Zum Beispiel kann eine Breite W₁ der magnetischen Abschirmschicht 20 größer sein als eine Breite W2 des Halbleiterchips 16. Gleichermaßen kann eine Länge L₁ der magnetischen Abschirmschicht 20 größer sein als eine Länge L2 des Halbleiterchips 16.
In einigen Ausführungsformen können sich Abschnitte der magnetischen Abschirmschicht 20 über einen äußeren Umfang des Halbleiterchips 16 hinaus erstrecken, wie in 1B dargestellt. Die magnetische Abschirmschicht 20 kann sich seitlich nach außen über eine oder mehrere Seiten des Halbleiterchips 16 hinaus erstrecken, und in einigen Ausführungsformen kann sich die magnetische Abschirmschicht 20 seitlich nach außen über jede von vier Seiten des Halbleiterchips 16 hinaus erstrecken, wie dargestellt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die magnetische Abschirmschicht 20 über den äußeren Umfang des Halbleiterchips 16 um eine Distanz hinaus, die größer gleich 1 mm ist. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die magnetische Abschirmschicht 20 zwischen ungefähr 1 mm bis ungefähr 300 mm über den äußeren Umfang des Halbleiterchips 16 hinaus, wie durch die Pfeile 22 angezeigt. Die Distanz, bei der sich die magnetische Abschirmschicht 20 über den äußeren Umfang des Halbleiterchips 16 hinaus erstreckt, kann wunschgemäß gewählt werden, um gewünschte magnetische Abschirmwirkungen bereitzustellen. Durch Erhöhen der Distanz, um die sich die magnetische Abschirmschicht 20 über den äußeren Umfang des Halbleiterchips 16 hinaus erstreckt, kann zum Beispiel die magnetische Abschirmwirkung, die durch die magnetische Abschirmschicht 20 bereitgestellt wird, erhöht werden. Dies kann bis zu einer bestimmten Grenze wahr sein, über der eine weitere Erhöhung der Distanz der Erstreckung der magnetischen Abschirmschicht 20 keine zusätzliche Steigerung der magnetischen Abschirmwirkung bereitstellt.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet werden, um einen magnetischen Fluss umzuleiten und eine magnetische Störung magnetisch empfindlicher Vorrichtungen (z.B. des Halbleiterchips 16) zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen weist die magnetische Abschirmschicht 20 ein erstes Material (z.B. ein magnetisches Material) auf, das mindestens eines von den Folgenden aufweist: Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), NiFe, CoFe oder eine beliebige Kombination davon. Die magnetische Abschirmschicht 20 kann ferner ein zweites Material (z.B. ein Dotierungsmaterial) aufweisen, das eines von den Folgenden aufweist: Kohlenstoff (C), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu) Niob (Nb), Titan (Ti) Mangan (Mn) Aluminium (Al), Silizium (Si), Wolfram (W) oder Vanadium (V). In einigen Ausführungsformen wird die magnetische Abschirmschicht 20 aus 80 % bis 100 % des ersten Materials und 0% bis 20% des zweiten Materials ausgebildet.
In einigen Ausführungsformen weist die magnetische Abschirmschicht 20 80 % bis 100 % von CoFe und 0 % bis 20 % von Si, das ein Dotierungselement sein kann, auf. In einigen Ausführungsformen ist die magnetische Abschirmschicht Siliziumstahl (oder Elektrostahl).
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann eine beliebige Dicke aufweisen, die geeignet ist, um einen magnetischen Fluss umzuleiten und eine magnetische Störung magnetisch empfindlicher Vorrichtungen (z.B. des Halbleiterchips 16) zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen weist die magnetische Abschirmschicht 20 eine Dicke auf, die kleiner ist als 5 mm, und in einigen Ausführungsformen ist die Dicke der magnetischen Abschirmschicht 20 kleiner als 1 mm. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der magnetischen Abschirmschicht 20 innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 1 mm. Dicken innerhalb dieses Bereichs liefern gute Ergebnisse, z.B. in Bezug auf die Reduzierung einer Störung hin, die durch magnetische Felder (z.B. durch die Anwesenheit eines in der Nähe befindlichen Magneten) verursacht werden, ohne dass eine Dicke des Halbleitervorrichtungs-Package 12 oder der Vorrichtung 10 wesentlich erhöht wird.
In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 aus mehreren Materialschichten gefertigt werden. 2A ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Abschirmschicht 220 zeigt, die eine dreilagige Struktur aufweist, und 2B ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Abschirmschicht 320 zeigt, die eine mehrschichtige Struktur aufweist.
Wie in 2A dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen die magnetische Abschirmschicht 220 eine dreilagige Struktur aufweisen. Die dreilagige Struktur kann zwei magnetische Schichten 221 und eine Isolationsschicht 222, die zwischen den magnetischen Schichten 221 angeordnet ist, aufweisen. Die Isolationsschicht 222 kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Isolationsschicht 222 aus mindestens einem von einem Glas, einem Polymer oder keramischen Materialien ausgebildet werden.
Die magnetischen Schichten 221 können gleich oder im Wesentlichen gleich sein wie die vorstehend hier beschriebene magnetische Abschirmschicht 20, und können aus denselben Materialien ausgebildet werden wie die magnetische Abschirmschicht 20. Zum Beispiel werden in einigen Ausführungsformen die magnetischen Schichten 221 der magnetischen Abschirmschicht 220 aus ungefähr 80 % CoFe und ungefähr 20 % Si ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weist jede der magnetischen Schichten 221 eine Dicke auf, die kleiner ist als 1 mm, und in einigen Ausführungsformen liegt die Dicke jeder der magnetischen Schichten 221 zwischen ungefähr 0,1 mm und 1 mm.
Die Isolationsschicht 222 dient dazu, aufgrund von Wirbelströmen (z.B. induzierten Strömen) durch die magnetische Abschirmschicht 220 entstehende elektrische Verluste, zum Beispiel in Anwesenheit eines durch einen Wechselstrom (AC) erregten magnetischen Feldes, zu reduzieren. Das heißt, die Anwesenheit der Isolationsschicht 222, die zwischen den zwei magnetischen Schichten 221 angeordnet ist, reduziert oder verhindert, dass induzierte oder Wirbelströme durch die magnetische Abschirmschicht 220 fließen, und diese Reduzierung induzierter Ströme führt zu einer Reduzierung eines Wärmeffekts, der ansonsten durch solche Ströme verursacht wird. Daher wird durch eine Aufnahme der Isolationsschicht 222 in der magnetischen Abschirmschicht 220 eine Erwärmung der magnetischen Abschirmschicht 220, die aufgrund von durch einen Wechselstrom erregten magnetischen Feldern auftritt, reduziert.
In einigen Ausführungsformen weist die Isolationsschicht 222 eine Dicke auf, die kleiner ist als 1mm, und in einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Isolationsschicht 222 zwischen ungefähr 0,1 µm und 1 mm. Die Gesamtdicke der magnetischen Abschirmschicht 220 ist in einigen Ausführungsformen kleiner als 5 mm.
Wie in 2B dargestellt, kann die magnetische Abschirmschicht 320 eine mehrschichtige Struktur aufweisen, in der mehrere Isolationsschichten 322 und mehrere magnetische Schichten 321 abwechselnd in einer gestapelten Anordnung angeordnet sind. Zum Beispiel sind benachbarte der magnetischen Schichten 321 durch mindestens eine Isolationsschicht 322 beabstandet, und benachbarte der Isolationsschichten 322 sind durch mindestens eine magnetische Schicht 321 beabstandet. Obwohl die magnetische Abschirmschicht 320 in 2B derart dargestellt ist, dass sie drei magnetische Schichten 321 und zwei Isolationsschichten 322 aufweist, versteht es sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von magnetischen Schichten 321 und Isolationsschichten 322 aufgenommen werden kann, indem zum Beispiel die abwechselnde Struktur der magnetischen Schichten 321 und der Isolationsschichten 322 wiederholt wird.
Die Isolationsschichten 322 können gleich oder im Wesentlichen gleich sein wie die Isolationsschichten 322, die hier vorstehend beschrieben wurden. Gleichermaßen können die magnetischen Schichten 321 gleich oder im Wesentlichen gleich sein wie die magnetischen Schichten 221, die hier vorstehend beschrieben wurden, und in einigen Ausführungsformen können die magnetischen Schichten 321 gleich oder im Wesentlichen gleich sein wie die magnetische Abschirmschicht 20, die hier vorstehend beschrieben wurde.
Zum Beispiel werden in einigen Ausführungsformen die magnetischen Schichten 321 der magnetischen Abschirmschicht 320 aus ungefähr 80 % CoFe und ungefähr 20 % Si ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weist jede der magnetischen Schichten 321 eine Dicke auf, die kleiner ist als 1 mm, und in einigen Ausführungsformen liegt die Dicke jeder der magnetischen Schichten 321 zwischen ungefähr 0,1 mm und 1 mm.
Die Isolationsschichten 322 dienen dazu, aufgrund von Wirbelströmen (z.B. induzierten Strömen) durch die magnetische Abschirmschicht 320 auftretende elektrische Verluste, zu reduzieren, wie zum Beispiel vorstehend hier in Bezug auf die Isolationsschicht 222 der magnetischen Abschirmschicht 220, die in 2A gezeigt ist, beschrieben.
In einigen Ausführungsformen weisen die Isolationsschichten 322 eine Dicke auf, die kleiner ist als 1 mm, und in einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Isolationsschichten 322 zwischen ungefähr 0,1 µm und 1 mm. Die Gesamtdicke der magnetischen Abschirmschicht 320 ist in einigen Ausführungsformen kleiner als 5 mm.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die magnetischen Abschirmschicht 220, die eine dreilagige Struktur aufweist, wie in 2A dargestellt, oder die magnetische Abschirmschicht 320, die die mehrschichtige Struktur aufweist, wie in 2B dargestellt, als die hier beschriebene magnetische Abschirmschicht 20 verwendet werden.
3 ist ein Graph, der die Schwankung der magnetischen Flussdichte zeigt, wenn die magnetische Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht variiert wird.
Magnetische Flussdichte (B) steht mit der Stärke (H) des magnetischen Feldes durch die folgende Gleichung im Zusammenhang: $B= μΗ= μ_{0} μ_{r} H,$
wobei µr relative Permeabilität ist, die ein Verhältnis der magnetischen Permeabilität eines konkreten Mediums (µ) (z.B. die magnetische Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht 20) zur magnetischen Vakuumpermeabilität (µ₀) darstellt. Die magnetische Vakuumpermeabilität (µ₀) beträgt ungefähr: 4π × 10^-7 N·A^-2.
In dem in 3 dargestellten Graphen repräsentiert die y-Achse eine Distanz in Millimetern (mm) und die x-Achse repräsentiert die magnetische Flussdichte. In dem im Graphen von 3 wiedergegebenen Experiment weist ein Magnet 302 einen Vorderrand auf, der auf die 0-Position entlang der y-Achse ausgerichtet ist, z.B. befindet sich die Vorderfläche des Magneten 302 an der 0-mm-Position. Die magnetische Abschirmschicht 20 ist von der Vorderfläche des Magneten 302 um ungefähr 3 mm beabstandet, so dass eine Fläche der magnetischen Abschirmschicht 20, die der Vorderfläche des Magneten 302 zugewandt ist, sich ungefähr 3 mm weg von der Vorderfläche des Magneten 302 befindet.
Die magnetische Abschirmschicht 20 in dem in 3 gezeigten Beispiel weist eine Dicke von ungefähr 1 mm auf. Der Halbleiterchip 16 ist von der magnetischen Abschirmschicht 20 um eine Distanz von ungefähr 2 mm beabstandet. Das heißt, eine Fläche der magnetischen Abschirmschicht 20, die dem Halbleiterchip 16 zugewandt ist, befindet sich ungefähr 2 mm weg vom Halbleiterchip 16.
Der Graph von 3 umfasst vier Linien, wobei jede der Linien einer anderen relativen Permeabilität (µ_r) für die magnetische Abschirmschicht 20 entspricht. Insbesondere entspricht eine erste Linie 331 einer relativen Permeabilität von 1, eine zweite Linie 332 entspricht einer relativen Permeabilität von 10, eine dritte Linie 333 entspricht einer relativen Permeabilität von 100 und eine vierte Linie 334 entspricht einer relativen Permeabilität von 1000.
Wie im Graphen von 3 zu sehen, verringert sich mit der Steigerung der relativen Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht 20 (z.B. von der ersten Linie 331 zur vierten Linie 334) die magnetische Flussdichte an der Position des Halbleiterchips 16. Dies geht darauf zurück, dass Materialien, die eine höhere relative Permeabilität aufweisen, eine größere Fähigkeit aufweisen, den magnetischen Fluss des Magneten 302 umzulenken. Dementsprechend kann durch Erhöhen der relativen Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht 20 der magnetische Fluss des Magneten 302 umgelenkt werden, z.B. weg vom Halbleiterchip 16, wodurch die magnetische Flussdichte am Halbleiterchip 16 reduziert wird. Dies führt zu einer reduzierten magnetischen Störung am Halbleiterchip 16.
In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 eine relative Permeabilität aufweisen, die größer ist als 100, und in einigen Ausführungsformen kann die relative Permeabilität der magnetischen Abschirmschicht 20 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 100 bis ungefähr 1000 liegen.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine elektronische Vorrichtung 410 schematisch darstellt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen weist die elektronische Vorrichtung 410 ein Gehäuse 402 auf, das eine Außenfläche der elektronischen Vorrichtung 410 definiert. Die elektronische Vorrichtung 410 kann eine beliebige elektronische Vorrichtung sein, die zum Beispiel ein Smartphone, eine Anzeigevorrichtung, einen Tablet-Computer oder dergleichen aufweist. Das Gehäuse, das eine Außenfläche der elektronischen Vorrichtung 410 definiert, kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, und in einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 402 Glas, Polymere, Metalle, Keramiken oder dergleichen aufweisen.
Die elektronische Vorrichtung 410 kann die Vorrichtung 10 aufweisen, wie vorstehend hier beschrieben. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 10 zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 410 angeordnet werden. Die Vorrichtung 10 kann das Substrat 14, wie z.B. eine Leiterplatte, und das Package 12 aufweisen. Das Package 12 weist mindestens einen Halbleiterchip 15 auf, der ein magnetisch empfindlicher Chip sein kann, wie z.B. ein MRAM-Chip.
Die magnetische Abschirmschicht 20 wird in der Nähe des Halbleiterchips 16 angeordnet. In einigen Ausführungsformen wird die magnetische Abschirmschicht 20 am Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel die magnetische Abschirmschicht 20 an einer Fläche (z.B. einer oberen Fläche) des Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht werden, wie in 4 dargestellt.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann benachbart zu einer Fläche des Gehäuses 402 angeordnet werden. Zum Beispiel kann die magnetische Abschirmschicht 20 benachbart zu, und in einigen Ausführungsformen in Kontakt mit, einer Innenfläche des Gehäuses 402 angeordnet werden. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 an der Fläche des Gehäuses 402 angeordnet werden, so dass die magnetische Abschirmschicht 20 im Wesentlichen komplanar mit der Außenfläche des Gehäuses 402 ist. Das Gehäuse 402 ist in 4 derart dargestellt, dass es eine erste und eine ihr gegenüberliegende zweite Fläche 402a, 402b (die zum Beispiel eine Vorder- und Rückfläche sein können), und eine dritte und eine ihr gegenüberliegende vierte Fläche 402c, 402d (die zum Beispiel laterale oder Seitenflächen sein können) aufweist. Jedoch versteht es sich, dass eine beliebige Anzahl von Flächen im Gehäuse 402 aufgenommen werden kann und in einer beliebigen geometrischen Form angeordnet werden kann.
Die magnetische Abschirmschicht 20 dient dazu, einen magnetischen Fluss (z.B. von einem Magnet oder einer magnetischen Struktur, der/die in der Nähe des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 410 angeordnet wird), umzuleiten, und eine magnetische Störung der magnetisch empfindlichen Vorrichtungen, wie z.B. des Halbleiterchips 16, wesentlich zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen wird die magnetische Abschirmschicht 20 zwischen dem Halbleiterchip 16 und der Außenfläche des Gehäuses 402 angeordnet.
Die Position der Vorrichtung 10 innerhalb des Gehäuses 420 der elektronischen Vorrichtung 410 kann derart gewählt werden, um eine verbesserte magnetische Immunität (z.B. eine verbesserte magnetische Abschirmung) des Halbleiterchips 16 bereitzustellen. Insbesondere kann eine Distanz 441 zwischen dem Halbleiterchip 16 und einer ersten Fläche 402a (z.B. Außenfläche) des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 410 (d.h. der Fläche 402a, auf der die magnetische Schicht 20 in Kontakt mit oder benachbart zu angeordnet ist) größer sein als 0,1 mm. In einigen Ausführungsformen beträgt die Distanz 441 weniger als 5 mm. In einigen Ausführungsformen ist die Distanz 441 kleiner als 3 mm. In einigen Ausführungsformen liegt die Distanz 441 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 5 mm. Da die magnetische Abschirmschicht 20 in Kontakt mit oder benachbart zur Fläche 402a des Gehäuses 402 angeordnet ist, entspricht die Distanz 441 im Wesentlichen einer Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16. Die Distanz 441 kann eine Distanz zwischen dem Halbleiterchip 16 und einer Fläche des Gehäuses 402 sein, die sich dem Halbleiterchip 16 am nächsten befindet. Das heißt, die erste Fläche 402a des Gehäuses 402 kann eine Fläche sein, die sich am nächsten dem Halbleiterchip 16 befindet.
Eine Distanz 442 zwischen dem Halbleiterchip 16 und der zweiten Fläche (z.B. einer Rückfläche) 402b des Gehäuses 402 kann in einigen Ausführungsformen größer sein als 3 mm. In einigen Ausführungsformen ist die Distanz 442 größer als 10 mm. In einigen Ausführungsformen liegt die Distanz 442 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 3 mm bis ungefähr 300 mm. Da die magnetische Abschirmschicht 20 in einigen Ausführungsformen nicht zwischen dem Halbleiterchip 16 und der zweiten Fläche 402b angeordnet ist, sollte die Distanz 442 hinreichend sein, um wesentliche Auswirkungen der magnetischen Störung zu vermeiden, wenn ein Magnet in enge Nähe der zweiten Fläche 402b des Gehäuses 402 gebracht wird. Da der magnetische Fluss mit der Distanz abnimmt, kann die Distanz 442 gewählt werden, um in der Anwesenheit eines Magneten auf eine geeignete Weise eine magnetische Störung zu vermeiden. In einigen Ausführungsformen ist die Distanz 442, die größer als 3 mm ist, geeignet, während in einigen Ausführungsformen eine Distanz, die größer als 10 mm oder größer als 100 mm ist, gewählt werden kann, um eine größere Vermeidung der magnetischen Störung bereitzustellen.
Distanzen 443, 444 (z.B. seitliche Distanzen) zwischen jeweiligen Seiten des Halbleiterchips 16 und der dritten und vierten Fläche 402c, 402d können in einigen Ausführungsformen größer sein als 1 mm. In einigen Ausführungsformen sind die Distanzen 443, 444 größer als 10 mm. In einigen Ausführungsformen befinden sich die Distanzen 443, 444 innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1 mm bis ungefähr 300 mm.
Durch Steuerung der Distanzen (z.B. der Distanzen 441, 442, 443, 444) zwischen dem Halbleiterchip 16 und den Flächen der elektronischen Vorrichtung 410, und durch Aufnahme der magnetischen Abschirmschicht 20 kann der Halbleiterchip 16 im Wesentlichen negative oder unerwünschte Effekte magnetischer Störung vermeiden.
Die Vorrichtung 10 kann innerhalb des Gehäuses 402 angeordnet werden und an einer beliebigen gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 402 mithilfe beliebiger geeigneter Techniken gesichert werden. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die Vorrichtung 10 an einer gewählten oder gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 402 durch beliebige Befestigungshalterungen, Befestigungseinrichtungen, Haftmittelmaterialien oder dergleichen gesichert werden.
5 bis 10 sind Querschnittsansichten, die verschiedene elektronische Vorrichtungen schematisch darstellen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die in 5 bis 10 dargestellten elektronischen Vorrichtungen können im Wesentlichen in vielerlei Hinsicht gleich sein wie die elektronische Vorrichtung 410, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben ist, mit der Ausnahme der Unterschiede, die nachstehend besprochen werden.
5 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 510 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 510 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmschicht 20 auf der Außenfläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 510 angeordnet ist.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20, dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann an der Außenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik angebracht werden, die zum Beispiel ein Verwenden eines Haftmittelmaterials oder dergleichen aufweist. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Gehäuses 402 angeordnet werden, wobei die magnetische Abschirmschicht 20 den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappt, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
In der in 5 dargestellten elektronischen Vorrichtung 510 kann die magnetische Abschirmschicht 20 von dem Halbleitervorrichtungs-Package, in dem der Halbleiterchip 16 und der Kapselungsstoff 18 ausgebildet sind, getrennt sein.
6 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 610 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 610 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmschicht 20 in das Gehäuse 402 eingebettet ist. Zum Beispiel kann die magnetische Abschirmschicht 20 in die Fläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 610 eingebettet sein.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie hier vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann in die Fläche 402a des Gehäuses 402 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik eingebettet werden. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 in eine Öffnung oder ein Loch, die/das in der Fläche 402a des Gehäuses ausgebildet ist, eingeführt werden, und die magnetische Abschirmschicht 20 kann innerhalb der Öffnung oder des Lochs mithilfe eines Versiegelungsmaterials, eines Haftmittelmaterials, einer Befestigungseinrichtung oder dergleichen gesichert werden.
Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Gehäuses 402 angeordnet werden, wobei die magnetische Abschirmschicht 20 den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappt, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
In der in 6 dargestellten elektronischen Vorrichtung 610 kann die magnetische Abschirmschicht von dem Halbleitervorrichtungs-Package, in dem der Halbleiterchip 16 und der Kapselungsstoff 18 ausgebildet sind, getrennt sein.
7 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 710 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 710 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die unter Bezugnahme auf 4 dargestellt und beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmschicht 20 auf einer Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 710 angeordnet ist, und die magnetische Abschirmschicht 20 von dem Halbleitervorrichtungs-Package, in dem der Halbleiterchip 16 und der Kapselungsstoff 18 ausgebildet sind, beabstandet ist.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20, dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie hier vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann an der Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik angebracht werden, wie zum Beispiel durch Verwenden eines Haftmittelmaterials oder dergleichen. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Gehäuses 402 angeordnet werden, wobei die magnetische Abschirmschicht 20 den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappt, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
8 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 810 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 810 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die unter Bezugnahme auf 4 dargestellt und beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmschicht 20 zwischen einer Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 810 und dem Halbleiterchip 16 angeordnet ist, und die magnetische Abschirmschicht 20 von der Innenseite der Fläche 402a und von dem Halbleitervorrichtungs-Package, in dem der Halbleiterchip 16 und der Kapselungsstoff 18 ausgebildet sind, beabstandet ist.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20, dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die magnetische Abschirmschicht 20 kann an einer gewünschten Position zwischen der Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 und dem Halbleiterchip 16 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik gesichert ist, die z.B. ein Verwenden eines Haftmittelmaterials, Befestigungshalterungen, Befestigungseinrichtungen oder dergleichen aufweist. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Gehäuses 402 angeordnet werden, wobei die magnetische Abschirmschicht 20 den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappt, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
9 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 910 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 910 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Vorrichtung 10 von einer Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 910 beabstandet ist.
Die Vorrichtung 10 der elektronischen Vorrichtung 910 kann im Wesentlichen gleich sein wie die Vorrichtung 10, die vorstehend hier beschrieben wurde. Zum Beispiel kann die magnetische Abschirmschicht 20 als Teil vom Halbleitervorrichtungs-Package 12 ausgebildet oder an ihm angebracht werden, z.B. an einer oberen Fläche des Halbleitervorrichtungs-Package 12. Die magnetische Abschirmschicht 20 ist von der Innenseite der Fläche 402 des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 910 beabstandet.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie hier vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die Vorrichtung 10 kann an einer gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 402 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik gesichert werden, die z.B. ein Verwenden eines Haftmittelmaterials, Befestigungshalterungen, Befestigungseinrichtungen oder dergleichen aufweist. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Die magnetische Abschirmschicht 20 kann den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappen, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
10 zeigt schematisch eine elektronische Vorrichtung 1010 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 1010 ist im Wesentlichen gleich wie die elektronische Vorrichtung 410, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Vorrichtung 110 von einer Innenseite der Fläche 402a des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 1010 beabstandet ist, und die magnetische Abschirmschicht 20 innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 eingebettet ist.
Die Vorrichtung 110 der elektronischen Vorrichtung 910 kann im Wesentlichen gleich sein wie die Vorrichtung 10, die vorstehend hier beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmschicht 20 innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 eingebettet ist anstatt dass sie an der Fläche des Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht ist. Die magnetische Abschirmschicht 20 kann innerhalb des Halbleitervorrichtungs-Package 12 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik eingebettet werden, die zum Beispiel Ausbilden des Kapselungsstoffs 18 aufweist, um zumindest teilweise die magnetische Abschirmschicht 20 umzugeben, wenn die magnetische Abschirmschicht 20 an einer gewünschten Position angeordnet wird. Zum Beispiel kann der Kapselungsstoff 18 derart ausgebildet werden, dass er an eine obere und untere Fläche der magnetischen Abschirmschicht 20 angrenzt. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Abschirmschicht 20 durch den Kapselungsstoff 18 vollständig umgeben sein, wobei der Kapselungsstoff 18 zum Beispiel an eine obere und untere Fläche sowie Seitenflächen der magnetischen Abschirmschicht 20 angrenzt. Die magnetische Abschirmschicht 20 ist von der Innenseite der Fläche 402 des Gehäuses 402 der elektronischen Vorrichtung 910 beabstandet.
Die Distanzen zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20, dem Halbleiterchip 16 und den verschiedenen Flächen des Gehäuses 402 können im Wesentlichen gleich sein, wie hier vorstehend unter Bezugnahme auf die in 4 dargestellte elektronische Vorrichtung 410 beschrieben. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen der magnetischen Abschirmschicht 20 und dem Halbleiterchip 16 in einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1 mm und ungefähr 5 mm liegen.
Die Vorrichtung 110 kann an einer gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 402 mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik gesichert werden, die z.B. ein Verwenden eines Haftmittelmaterials, Befestigungshalterungen, Befestigungseinrichtungen oder dergleichen aufweist. Der Halbleiterchip 16 kann innerhalb des Kapselungsstoffs 18 angeordnet werden und kann mechanisch und elektrisch mit dem Substrat 14 gekoppelt werden, das in einigen Ausführungsformen eine Leiterplatte sein kann. Die magnetische Abschirmschicht 20 kann den Halbleiterchip 16 zum Beispiel vollständig überlappen, wie unter Bezugnahme auf 1B gezeigt und beschrieben.
Obwohl die elektronischen Vorrichtungen hier derart gezeigt und beschrieben sind, dass sie eine einzelne magnetische Abschirmschicht 20 aufweisen, können in einigen Ausführungsformen die elektronischen Vorrichtungen mehrere magnetische Abschirmschichten 20 aufweisen. Zum Beispiel können magnetische Abschirmschichten 20 auf mehreren Flächen des Gehäuses der elektronischen Vorrichtungen, auf mehreren Flächen des Halbleitervorrichtungs-Package oder dergleichen bereitgestellt werden, was eine verbesserte magnetische Abschirmung des Halbleiterchips 16 aus verschiedenen Richtungen bereitstellt.
11 ist ein Graph, der experimentelle Ergebnisse von Bitfehlerraten aufgrund eines magnetischen Feldes für eine nicht abgeschirmte Vorrichtung und für eine Vorrichtung, die eine magnetische Abschirmschicht, wie z.B. die in 1A dargestellte Vorrichtung 10, aufweist, zeigt.
In dem in Graphen von 11 wiedergegebenen Experiment zeigen die Datenpunkte 1101 Bitfehlerraten für die nicht abgeschirmte Vorrichtung an, während die Datenpunkte 1102 Bitfehlerraten für die Vorrichtung anzeigen, die die magnetische Abschirmschicht gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist. Insbesondere wurde in dem Experiment ein Magnet, der eine magnetische Feldstärke von 3500 Oersted (Oe) aufwies, in einem Abstand von 1,5 mm von einem MRAM-Chip für eine Zeitdauer von über 100 Stunden angeordnet.
Wie bei den Datenpunkten 1101 gezeigt, erfuhr die nicht abgeschirmte Vorrichtung bedeutsame Bitfehlerraten fast sofort in der Anwesenheit des magnetischen Feldes des Magneten. Nach 100 Stunden der Einwirkung (Exposition) betrug die Bitfehlerrate der nicht abgeschirmten Vorrichtung beinahe 1.000.000 Anteile pro Million (z.B. Bittfehler pro Million).
Die Vorrichtung, die die magnetische Abschirmschicht aufwies, wies eine magnetische Abschirmschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,3 mm auf. Die magnetische Abschirmschicht wurde aus Siliziumstahl gefertigt. Der gleiche Magnet wurde in einem Abstand von ungefähr 1,5 mm vom MRAM-Chip angeordnet, und die magnetische Abschirmschicht war zwischen dem MRAM-Chip und dem Magnet angeordnet. Nach 100 Stunden von Einwirkung betrug die Bitfehlerrate der Vorrichtung, die die magnetische Abschirmschicht aufwies, ungefähr 1 Anteile pro Million, wie die Datenpunkte 1102 zeigen. Dies entspricht einer Reduzierung von ungefähr 6 Größenordnungen in Bezug auf die nicht abgeschirmte Vorrichtung (z.B. von 10⁶ auf 1 ppm).
12 ist ein Ablaufdiagramm 1200, das ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung, die eine magnetische Abschirmschicht aufweist, schematisch darstellt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Bei 1202 weist das Verfahren ein Koppeln eines Halbleitervorrichtungs-Package 12 mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB) auf. Das Halbleitervorrichtungs-Package 12 kann elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte gekoppelt werden. Das Halbleitervorrichtungs-Package 12 weist einen Halbleiterchip 16 auf, der zumindest teilweise durch einen Kapselungsstoff 18 umgeben ist. In einigen Ausführungsformen kann der Kapselungsstoff eine Epoxid-Moldmasse (EPC) sein.
Bei 1204 weist das Verfahren ein Sichern des Halbleitervorrichtungs-Package 12 innerhalb eines Gehäuses 402 einer elektronischen Vorrichtung auf. Die elektronische Vorrichtung kann eine elektronische Vorrichtung sein und in einigen Ausführungsformen kann eine beliebige der vorstehend hier beschriebenen elektronischen Vorrichtungen sein. In einigen Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung mindestens eines von den Folgenden sein: ein Smartphone, eine Anzeigevorrichtung oder eine Tablet-Computervorrichtung.
Bei 1206 weist das Verfahren ein Anbringen einer magnetischen Abschirmschicht 20 an einem von dem Gehäuse 402 oder dem Halbleitervorrichtungs-Package 12 auf. Die magnetische Abschirmschicht 20 ist vom Halbleiterchip 16 durch eine Distanz von weniger als 5 mm beabstandet. In einigen Ausführungsformen wird die magnetische Abschirmschicht 20 an einer Fläche des Halbleitervorrichtungs-Package 12 angebracht, und die magnetische Abschirmschicht 20 wird zwischen dem Gehäuse 402 der elektronischen Vorrichtung und dem Halbleiterchip 16 angeordnet.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen mehrere Vorteile bereit. Zum Beispiel können hier bereitgestellte Ausführungsformen magnetisch empfindliche Vorrichtungen (z.B. Halbleiterchips) vor schädlichen Auswirkungen schützen, die durch eine Störung von externen magnetischen Feldern verursacht werden. Dies kann dazu führen, dass Betriebsfehler solcher magnetisch empfindlicher Vorrichtungen, die Lese- oder Schreibfehler und dergleichen aufweisen, verhindert oder reduziert werden. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in Verbindung mit Halbleiter-Packages verschiedener Typen bereitgestellt werden oder sie können diese aufweisen. Andere Vorteile werden hier beschrieben, und noch weitere werden angesichts der vorliegenden Offenbarung offensichtlich sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung ein Gehäuse auf, das eine Außenfläche definiert. Ein Halbleiterchip befindet sich innerhalb des Gehäuses und der Halbleiterchip ist von der Außenfläche des Gehäuses beabstandet. Eine magnetische Abschirmschicht ist vom Halbleiterchip um einen Abstand beabstandet, der kleiner ist als 5 mm.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Vorrichtung ein Substrat auf. Halbleitervorrichtungs-Package wird auf dem Substrat angeordnet, und das Halbleitervorrichtungs-Package weist einen magnetoresistiven Direktzugriffspeicherchip (MRAM-Chip) auf, der zumindest teilweise durch einen Kapselungsstoff umgeben ist. Eine magnetische Abschirmschicht ist auf dem Halbleitervorrichtungs-Package angeordnet.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, das ein elektrisches und mechanisches Koppeln eines Halbleitervorrichtungs-Package mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB) aufweist, wobei das Halbleitervorrichtungs-Package einen Halbleiterchip aufweist, der zumindest teilweise durch einen Kapselungsstoff umgeben wird. Das Halbleitervorrichtungs-Package wird innerhalb eines Gehäuses einer elektronischen Vorrichtung gesichert. Eine magnetische Abschirmschicht wird an einem von dem Gehäuse oder dem Halbleitervorrichtungs-Package angebracht, und die magnetische Abschirmschicht wird vom Halbleiterchip um einen Abstand von weniger als 5 mm beabstandet.
Das Vorstehende skizziert Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung als eine Grundlage zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen leicht verwenden kann, um die gleichen Aufgaben durchzuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Ein Fachmann sollte ebenfalls verstehen, dass derartige äquivalente Ausführungen nicht vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen hier vornehmen kann, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Diese und andere Änderungen können angesichts der vorstehenden ausführlichen Beschreibung an den Ausführungsformen vorgenommen werden. Im Allgemeinen sollten in den nachstehenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht derart ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche auf die konkreten Ausführungsformen, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind, beschränken, sondern sollten derart ausgelegt werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen solche Ansprüche berechtigt sind, einbeziehen. Dementsprechend sind die Ansprüche nicht durch die Offenbarung beschränkt.

Claims

Vorrichtung aufweisend: Gehäuse, das eine Außenfläche definiert, einen Halbleiterchip innerhalb des Gehäuses, wobei der Halbleiterchip von der Außenfläche des Gehäuses beabstandet ist, und eine magnetische Abschirmschicht, wobei die magnetische Abschirmschicht vom Halbleiterchip um einen Abstand, der kleiner ist als 5 mm, beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Halbleiter-Package aufweist, wobei der Halbleiterchip innerhalb des Halbleiter-Package angeordnet ist, wobei das Halbleiter-Package zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die magnetische Abschirmschicht zumindest teilweise in das Halbleiter-Package eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die magnetische Abschirmschicht zwischen einer Außenfläche des Halbleiter-Package und der Außenfläche des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die magnetische Abschirmschicht auf der Außenfläche des Halbleiter-Package angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, die ferner eine gedruckte Leiterplatte (PCB) aufweist, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Halbleiter-Package elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Abschirmschicht mit dem Gehäuse verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Abschirmschicht einen Flächenbereich aufweist, der größer ist als ein Flächenbereich des Halbleiterchips.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich die magnetische Abschirmschicht seitlich nach außen über Seiten des Halbleiterchips um eine Distanz innerhalb eines Bereichs von 1 mm bis 300 mm hinaus erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Abschirmschicht ein erstes Material aufweist, das mindestens eines der Folgenden aufweist: Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), NiFe oder CoFe.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die magnetische Abschirmschicht ein zweites Material aufweist, das mindestens eines der Folgenden aufweist: Kohlenstoff (C), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Niob (Nb), Titan (Ti), Mangan (Mn), Aluminium (Al), Silizium (Si), Wolfram (W) oder Vanadium (V).
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die magnetische Abschirmschicht aus 80 % bis 100 % des ersten Materials und 0 % bis 20 % des zweiten Materials ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Abschirmschicht eine Dicke aufweist, die kleiner ist als 1 mm.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Abschirmschicht eine mehrschichtige Struktur aufweist, die mehrere magnetische Materialschichten und mindestens eine Isolationsschicht aufweist.
Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat, ein Halbleitervorrichtungs-Package auf dem Substrat, wobei das Halbleitervorrichtungs-Package einen magnetoresistiven Direktzugriffspeicherchip (MRAM-Chip) aufweist, der zumindest teilweise durch einen Kapselungsstoff umgeben ist, und eine magnetische Abschirmschicht auf dem Halbleitervorrichtungs-Package.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die magnetische Abschirmschicht vom MRAM-Chip um einen Abstand, der kleiner ist als 5 mm, beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die magnetische Abschirmschicht eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 1 mm aufweist.
Verfahren, aufweisend: elektrisches und mechanisches Koppeln eines Halbleitervorrichtungs-Package mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB), wobei das Halbleitervorrichtungs-Package einen Halbleiterchip aufweist, der zumindest teilweise durch einen Kapselungsstoff umgeben ist, Sichern des Halbleitervorrichtungs-Package innerhalb eines Gehäuses einer elektronischen Vorrichtung, und Anbringen einer magnetischen Abschirmschicht an einem von dem Gehäuse oder dem Halbleitervorrichtungs-Package.
Verfahren aus Anspruch 18, wobei das Anbringen der magnetischen Abschirmschicht ein Anbringen der magnetischen Abschirmschicht an einer Fläche des Halbleitervorrichtungs-Package aufweist, wobei die magnetische Abschirmschicht zwischen dem Gehäuse der elektronischen Vorrichtung und dem Halbleiterchip angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die elektronische Vorrichtung mindestens eines von den Folgenden aufweist: ein Smartphone, eine Anzeigevorrichtung oder eine Tablet-Computervorrichtung.