JP2005078693A - Magnetic memory device and its mounting structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic memory device comprised of an MRAM element or a memory element having a magnetic layer which can be magnetized, in which a magnetic shield layer magnetically shielding a magnetic memory element from an external magnetic field and sufficiently protecting the memory element even when large external magnetic field is operated and a heat radiating means preventing over-heating of the memory element by improving heat radiation efficiency are simply mounted, and the mounting structure of the magnetic memory device in which heat radiation efficiency is improved. <P>SOLUTION: A magnetic random access memory (MRAM) 30 consisting of a TMR element 10 on which magnetization fixed layers 4, 6 in which a magnetization direction is fixed and a magnetic layer (storage layer)2 in which a magnetization direction can be changed are laminated, is sealed by a sealing material 33 such as resin, a magnetic shield layer 34 for magnetically shielding the MRAM 30 is brought into contact with the upper plane (and the lower plane) of the sealing material 33 and fixed by adhesive or the like, and a heat spreader 41 being the heat radiation means is provided jointing to the magnetic shield layer 34. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ、即ちいわゆる不揮発性メモリであるMRAM(Magnetic Random Access Memory)として構成された磁気メモリ装置、又は磁化可能な磁性層を有するメモリ素子からなる磁気メモリ装置、及びその実装構造に関するものである。   The present invention relates to an MRAM (Magnetic Random) which is a magnetic random access memory composed of a memory element in which a magnetization fixed layer with a fixed magnetization direction and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction are stacked, that is, a so-called nonvolatile memory. The present invention relates to a magnetic memory device configured as an Access Memory, or a magnetic memory device including a memory element having a magnetizable magnetic layer, and a mounting structure thereof.

情報通信機器、特に携帯端末などの個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジックなどの素子には、高集積化、高速化、低消費電力化など、一層の高性能化が要求されている。   With the rapid spread of information communication equipment, especially small personal devices such as portable terminals, the elements such as memory and logic that make it up are becoming more highly integrated, faster, and consume less power. Performance improvement is required.

特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブルが生じた場合や、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリは、個人情報を含めた重要な情報を保護することができる。また、最近の携帯機器は、不要の回路ブロックをスタンバイ状態にしてできるだけ消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば、電源を入れると瞬時に起動できる“インスタント・オン”機能も可能になってくる。   In particular, nonvolatile memories are considered essential in the ubiquitous era. The nonvolatile memory can protect important information including personal information even when power is consumed or trouble occurs or the server and the network are disconnected due to some trouble. In addition, recent portable devices are designed to reduce power consumption as much as possible by setting unnecessary circuit blocks to the standby state. However, if a non-volatile memory that can serve both as a high-speed work memory and a large-capacity storage memory can be realized. , Power consumption and memory waste can be eliminated. In addition, if a high-speed, large-capacity nonvolatile memory can be realized, an “instant-on” function that can be instantly started when the power is turned on becomes possible.

不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたFRAM(Ferroelectric Random Access Memory )なども挙げられる。   Examples of the non-volatile memory include a flash memory using a semiconductor and an FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) using a ferroelectric.

しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒のオーダーと遅いという欠点がある。一方、FRAMにおいては、書き換え可能回数が1012〜1014であり、完全にSRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)に置き換えるには持久力(Endurance)が小さく、また強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという問題が指摘されている。 However, the flash memory has a drawback that the writing speed is as slow as the order of μ seconds. On the other hand, in FRAM, the number of rewritable times is 10 12 to 10 14 , and the endurance is small to replace completely with SRAM (Static Random Access Memory) or DRAM (Dynamic Random Access Memory), and ferroelectricity It has been pointed out that microfabrication of body capacitors is difficult.

これらの欠点を有さず、高速、大容量(高集積化)、低消費電力の不揮発性メモリとして注目されているのが、例えばWang et al., IEEE Trans. Magn., 33, 4498(1997)に記載されているような、MRAM(Magnetic Random Access Memory )と称される磁気メモリであり、近年のTMR(Tunnel Magnetoresistance)材料の特性向上により、注目を集めるようになってきている。   For example, Wang et al., IEEE Trans. Magn., 33, 4498 (1997) are attracting attention as high-speed, large-capacity (highly integrated), low-power consumption non-volatile memories that do not have these drawbacks. The magnetic memory referred to as MRAM (Magnetic Random Access Memory) as described in (2)) has been attracting attention due to the recent improvement in characteristics of TMR (Tunnel Magnetoresistance) materials.

MRAM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磁気メモリであり、外部から電力を供給することなしに記憶を保持できる不揮発性メモリである。   The MRAM is a semiconductor magnetic memory using a magnetoresistive effect based on a spin-dependent conduction phenomenon peculiar to nanomagnets, and is a non-volatile memory that can hold a memory without supplying power from the outside.

しかも、MRAMは、構造が単純であるために高集積化が容易であり、また磁気モーメントの反転により記録を行うために書き換え可能回数が大であり、アクセス時間についても非常に高速であることが予想され、既に100MHzで動作可能であることがR.Scheuerlein et al., ISSCC Digest of Technical Papers, p.128-129, Feb.2000で報告されている。   In addition, the MRAM has a simple structure and can be easily integrated. Further, since the recording can be performed by reversing the magnetic moment, the number of rewrites is large, and the access time is very high. It is anticipated and has already been reported in R.Scheuerlein et al., ISSCC Digest of Technical Papers, p.128-129, Feb.2000 that it can operate at 100 MHz.

こうしたMRAMについて更に詳細に説明すると、図15に例示するように、MRAMのメモリセルの記憶素子となるTMR素子10は、支持基板9上に設けられた、磁化が比較的容易に反転する記憶層2と磁化固定層4、6とを含む。   Describing in more detail about such an MRAM, as illustrated in FIG. 15, a TMR element 10 serving as a memory element of an MRAM memory cell is a memory layer provided on a support substrate 9 and whose magnetization is reversed relatively easily. 2 and the magnetization fixed layers 4 and 6.

磁化固定層は第1の磁化固定層4と第2の磁化固定層6の2つの磁化固定層を持ち、これらの間には、これらの磁性層が反強磁性的に結合するような導体層5が配置されている。記憶層2と磁化固定層4、6には、ニッケル、鉄又はコバルト、或いはこれらの合金からなる強磁性体が用いられ、また導体層5の材料としては、ルテニウム、銅、クロム、金、銀などが使用可能である。第2の磁化固定層6は反強磁性体層7と接しており、これらの層間に働く交換相互作用によって、第2の磁化固定層6は強い一方向の磁気異方性を持つことになる。反強磁性体層7の材料としては、鉄、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウムなどのマンガン合金、コバルトやニッケル酸化物などを使用できる。   The magnetization fixed layer has two magnetization fixed layers of a first magnetization fixed layer 4 and a second magnetization fixed layer 6, and a conductor layer in which these magnetic layers are antiferromagnetically coupled between them. 5 is arranged. The memory layer 2 and the magnetization fixed layers 4 and 6 are made of a ferromagnetic material made of nickel, iron, cobalt, or an alloy thereof, and the material of the conductor layer 5 is ruthenium, copper, chromium, gold, silver Etc. can be used. The second magnetization fixed layer 6 is in contact with the antiferromagnetic material layer 7, and the second magnetization fixed layer 6 has a strong unidirectional magnetic anisotropy due to the exchange interaction acting between these layers. . As a material for the antiferromagnetic material layer 7, manganese alloys such as iron, nickel, platinum, iridium, and rhodium, cobalt, nickel oxide, and the like can be used.

また、磁性層である記憶層2と第1の磁化固定層4との間には、アルミニウム、マグネシウム、シリコン等の酸化物又は窒化物等からなる絶縁体によるトンネルバリア層3が挟持されており、記憶層2と磁化固定層4との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための役割を担う。これらの磁性層及び導体層は主にスパッタリング法により形成されるが、トンネルバリア層3は、スパッタリングで形成された金属膜を酸化もしくは窒化させることにより得ることができる。トップコート層1は、TMR素子10とこのTMR素子に接続される配線との相互拡散防止、接触抵抗低減及び記憶層2の酸化防止という役割があり、通常は、Cu、Ta、TiN等の材料を使用できる。下地電極層8は、TMR素子と直列に接続されるスイッチング素子との接続に用いられる。この下地層8は反強磁性体層7を兼ねてもよい。   In addition, a tunnel barrier layer 3 made of an insulator made of an oxide or nitride such as aluminum, magnesium, or silicon is sandwiched between the storage layer 2 that is a magnetic layer and the first magnetization fixed layer 4. In addition to cutting off the magnetic coupling between the storage layer 2 and the fixed magnetization layer 4, it plays a role for flowing a tunnel current. Although these magnetic layers and conductor layers are mainly formed by sputtering, the tunnel barrier layer 3 can be obtained by oxidizing or nitriding a metal film formed by sputtering. The topcoat layer 1 has a role of preventing mutual diffusion between the TMR element 10 and wiring connected to the TMR element, reducing contact resistance, and preventing oxidation of the memory layer 2, and is usually made of a material such as Cu, Ta, or TiN. Can be used. The base electrode layer 8 is used for connection with a switching element connected in series with the TMR element. The underlayer 8 may also serve as the antiferromagnetic layer 7.

このように構成されたメモリセルにおいては、後述するように、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化を検出して情報を読み出すが、その効果は記憶層と磁化固定層との相対磁化方向に依存する。   In the memory cell configured as described above, as described later, information is read out by detecting a tunnel current change due to the magnetoresistive effect, and the effect depends on the relative magnetization directions of the storage layer and the magnetization fixed layer.

図16は、一般的なMRAMの一部を簡略化して示す拡大斜視図である。ここでは、簡略化のために読み出し回路部分は省略してあるが、例えば9個のメモリセルを含み、相互に交差するビット線11及び書き込み用ワード線12を有する。これらの交点には、TMR素子10が配置されていて、TMR素子10への書き込みは、ビット線11及び書き込み用ワード線12に電流を流し、これらから発生する磁界の合成磁界によって、ビット線11と書き込み用ワード線12との交点にあるTMR素子10の記憶層2の磁化方向を磁化固定層に対して平行又は反平行にして書き込みを行う。   FIG. 16 is an enlarged perspective view showing a part of a general MRAM in a simplified manner. Here, the read circuit portion is omitted for simplification, but includes, for example, nine memory cells, and has a bit line 11 and a write word line 12 that intersect each other. The TMR element 10 is disposed at these intersections, and writing to the TMR element 10 causes a current to flow through the bit line 11 and the write word line 12, and the bit line 11 is generated by a combined magnetic field generated therefrom. Is written with the magnetization direction of the storage layer 2 of the TMR element 10 at the intersection of the write word line 12 parallel or antiparallel to the magnetization fixed layer.

図17は、メモリセルの断面を模式的に示していて、例えばp型シリコン半導体基板13内に形成されたp型ウェル領域内に形成されたゲート絶縁膜15、ゲート電極16、ソース領域17、ドレイン領域18よりなるn型の読み出し用電界効果型トランジスタ19が配置され、その上部に、書き込み用ワード線12、TMR素子10、ビット線11が配置されている。ソース領域17には、ソース電極20を介してセンスライン21が接続されている。電界効果トランジスタ19は、読み出しのためのスイッチング素子として機能し、ワード線12とTMR素子10との間から引き出された読み出し用配線22がドレイン電極23を介してドレイン領域18に接続されている。なお、トランジスタ19は、n型又はp型電界効果トランジスタであってよいが、その他、ダイオード、バイポーラトランジスタ、MESFET(Metal Semiconductor Field Transistor)等、各種のスイッチング素子が使える。   FIG. 17 schematically shows a cross section of the memory cell. For example, a gate insulating film 15 formed in a p-type well region formed in the p-type silicon semiconductor substrate 13, a gate electrode 16, a source region 17, An n-type read field effect transistor 19 composed of the drain region 18 is disposed, and a write word line 12, a TMR element 10, and a bit line 11 are disposed thereon. A sense line 21 is connected to the source region 17 through a source electrode 20. The field effect transistor 19 functions as a switching element for reading, and a read wiring 22 drawn from between the word line 12 and the TMR element 10 is connected to the drain region 18 via the drain electrode 23. The transistor 19 may be an n-type or p-type field effect transistor, but various switching elements such as a diode, a bipolar transistor, and a MESFET (Metal Semiconductor Field Transistor) can be used.

図18は、MRAMの等価回路図を示すが、例えば6個のメモリセルを含み、相互に交差するビット線11及び書き込み用ワード線12を有し、これらの書き込み線の交点には、記憶素子10と共に、記憶素子10に接続されて読み出しの際に素子選択を行う電界効果トランジスタ19及びセンスライン21を有する。センスライン21は、センスアンプ21bに接続され、記憶された情報を検出する。なお、図中の24は双方向の書き込み用ワード線電流駆動回路、25はビット線電流駆動回路である。   FIG. 18 shows an equivalent circuit diagram of the MRAM, which includes, for example, six memory cells, has a bit line 11 and a write word line 12 intersecting each other, and a storage element is formed at the intersection of these write lines. 10 includes a field effect transistor 19 and a sense line 21 which are connected to the memory element 10 and perform element selection at the time of reading. The sense line 21 is connected to the sense amplifier 21b and detects stored information. In the figure, 24 is a bidirectional write word line current drive circuit, and 25 is a bit line current drive circuit.

図19は、MRAMの書き込み条件を示すアステロイド曲線であって、印加された磁化容易軸方向磁界HEA及び磁化困難軸方向磁界HHAによる記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。このアステロイド曲線の外部に、相当する合成磁界ベクトルが発生すると、磁界反転を生じるが、アステロイド曲線の内部の合成磁界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反転させることはない。また、電流を流しているワード線及びビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線又はビット線単独で発生する磁界が印加されるため、それらの大きさが一方向反転磁界HK以上の場合は、交点以外のセルの磁化方向も反転してしまうため、合成磁界が図中の灰色の領域にある場合のみに、選択されたセルを選択書き込みが可能となるようにしておく。 FIG. 19 is an asteroid curve showing the write condition of the MRAM, and shows the reversal threshold value of the storage layer magnetization direction by the applied easy axis magnetic field HEA and hard axis magnetic field HHA . When a corresponding synthetic magnetic field vector is generated outside the asteroid curve, magnetic field reversal occurs, but the synthetic magnetic field vector inside the asteroid curve does not invert the cell from one of its current bistable states. Also in cells other than the intersections of word lines and bit lines are a current flows, a magnetic field generated by the word line or bit line alone is applied, if their size is more than one direction reversal magnetic field H K Since the magnetization direction of the cells other than the intersection is also reversed, the selected cell can be selectively written only when the combined magnetic field is in the gray region in the figure.

このように、MRAMでは、ビット線とワード線の2本の書き込み線を使用することにより、アステロイド磁化反転特性を利用して、指定されたメモリセルだけが磁性スピンの反転により書き込むことが一般的である。単一記憶領域における合成磁化は、それに印加された磁化容易軸方向磁界HEAと磁化困難軸方向磁界HHAとのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れる書き込み電流は、セルに磁化容易軸方向の磁界HEAを印加し、またワード線を流れる電流は、セルに磁化困難軸方向の磁界HHAを印加する。 As described above, in the MRAM, by using two write lines, that is, a bit line and a word line, only a specified memory cell is written by reversal of the magnetic spin by utilizing the asteroid magnetization reversal characteristic. Is. Synthetic magnetization in a single storage area is determined by the vector combination of the magnetization hard axis magnetic field H HA and the magnetization easy axis magnetic field H EA applied thereto. The write current flowing through the bit line, the magnetic field H EA easy magnetization axis direction is applied to the cell, and the current flowing through the word line applies a magnetic field H HA hard magnetization axis direction cell.

図20は、MRAMの読み出し動作を説明するものである。ここでは、TMR素子10の層構成を概略図示しており、上記した磁化固定層を単一層26として示し、記憶層2及びトンネルバリア層3以外は図示省略している。   FIG. 20 illustrates the read operation of the MRAM. Here, the layer configuration of the TMR element 10 is schematically illustrated, the above-described magnetization fixed layer is shown as a single layer 26, and the components other than the storage layer 2 and the tunnel barrier layer 3 are not illustrated.

即ち、上記したように、情報の書き込みは、マトリックス状に配線したビット線11とワード線12との交点の合成磁場によってセルの磁性スピンを反転させて、その向きを“1”、“0”の情報として記録する。また、読み出しは、磁気抵抗効果を応用したTMR効果を利用して行うが、TMR効果とは、磁性スピンの向きによって抵抗値が変化する現象であり、磁性スピンが反平行の抵抗の高い状態と、磁性スピンが平行の抵抗の低い状態により、情報の“1”、“0”を検出する。この読み出しは、ワード線12とビット線11との間に読み出し電流(トンネル電流)を流し、上記の抵抗の高低に応じた出力を上記した読み出し用電界効果トランジスタ19を介してセンスライン21に読み出すことによって行う。   That is, as described above, the information is written by inverting the magnetic spin of the cell by the combined magnetic field at the intersections of the bit lines 11 and the word lines 12 wired in a matrix and changing the direction to “1”, “0”. Record as information. In addition, the reading is performed using the TMR effect applying the magnetoresistive effect. The TMR effect is a phenomenon in which the resistance value changes depending on the direction of the magnetic spin. Information “1” and “0” are detected based on a low resistance state in which the magnetic spins are parallel. In this reading, a read current (tunnel current) is caused to flow between the word line 12 and the bit line 11 and an output corresponding to the level of the resistance is read to the sense line 21 via the read field effect transistor 19 described above. By doing.

上記したように、MRAMは、高速かつ不揮発性の大容量メモリとして期待されるが、記憶の保持に磁性体を用いているため、外部磁界の影響によって情報が消去されたり、或いは書きかえられてしまうという問題がある。図19で述べた磁化容易軸方向の反転磁界及び磁化困難軸方向の反転磁界HSWは、材料にもよるが20〜200エルステッド(Oe)であり、電流に換算すると数mA(R.H.Koch et al., Phys.Rev.Lett., 84, 5419(2000), J.Z.Sun et al., 8th Joint Magnetism and Magnetic Material(2001)参照)と小さいからである。しかも、書き込み時の保磁力(Hc)は例えば数Oe〜10Oe程度であるため、それ以上の外部磁界による内部漏洩磁界が作用すれば、所定のメモリセルに選択的に書き込みを行うことが不可能となることがある。 As described above, MRAM is expected as a high-speed and nonvolatile large-capacity memory. However, since a magnetic material is used for storage, information is erased or rewritten due to the influence of an external magnetic field. There is a problem of end. The reversal magnetic field H SW in the easy axis direction and the hard reversal axis direction H SW described in FIG. 19 is 20 to 200 Oersted (Oe) depending on the material, and is several mA (RHKoch et al. Phys. Rev. Lett., 84, 5419 (2000), JZSun et al., 8th Joint Magnetism and Magnetic Material (2001)). Moreover, since the coercive force (Hc) at the time of writing is, for example, about several Oe to 10 Oe, it is impossible to selectively write to a predetermined memory cell if an internal leakage magnetic field due to an external magnetic field higher than that acts. It may become.

また、MRAMの実用化への課題として、書き込み電流を低減することが求められている。10mA、より好ましくは1mA程度の小さな書き込み電流による書き込みを可能にするためにも、素子に作用する外部磁界は小さいほどよい。   Further, as a problem for practical use of MRAM, it is required to reduce a write current. In order to enable writing with a small write current of about 10 mA, more preferably about 1 mA, the external magnetic field acting on the element is preferably as small as possible.

従って、MRAMの実用化へのステップとして、外部磁気対策、即ち素子を外部磁界からシールドする磁気シールド構造の確立が切望されている。   Therefore, as a step toward the practical use of MRAM, there is an urgent need to establish a countermeasure against external magnetism, that is, a magnetic shield structure that shields an element from an external magnetic field.

MRAMが実装されて使用される環境は、主として高密度実装基板上であり、電子機器内部である。電子機器の種類にもよるが、近年の高密度実装の発達により、高密度実装基板上は半導体素子や通信用素子、超小型モータなどが高密度に実装されており、また、電子機器内部にはアンテナ素子や各種メカニカル部品、電源などが高密度実装され、1つの機器を構成している。   The environment in which the MRAM is mounted and used is mainly on the high-density mounting substrate and inside the electronic device. Depending on the type of electronic equipment, due to the recent development of high-density mounting, semiconductor elements, communication elements, ultra-small motors, etc. are mounted with high density on high-density mounting boards. The antenna element, various mechanical parts, power supply, etc. are mounted with high density to constitute one device.

このように混載が可能であることは、不揮発性メモリとしてのMRAMの特長の1つであるが、MRAMの周囲には直流、低周波数から高周波数に亘る広い周波数範囲の磁界成分が混在する環境となっているので、MRAMの記録保持の信頼性確保のためには、MRAM自身の実装方法やシールド構造を工夫することにより外部磁界からの耐性を向上させることが求められている。   Such mixed mounting is one of the features of MRAM as a non-volatile memory. However, an environment in which a magnetic field component in a wide frequency range from DC to low frequencies is mixed around MRAM. Therefore, in order to ensure the reliability of MRAM recording and holding, it is required to improve the resistance from an external magnetic field by devising the mounting method and shield structure of the MRAM itself.

こうした外部磁界の大きさとしては、例えばクレジットカードや銀行のキャッシュカードのような磁気カードでは、500〜600Oeの磁界に対して耐性を持たせることが規定されている。このため、磁気カードの分野ではCo被覆γ−Fe23やBaフェライトなどの保磁力の大きな磁性材料を用いて対応している。また、プリペイドカードの分野でも350〜600Oeのような磁界に対して耐性を持つ必要がある。MRAM素子は電子機器筐体内に実装され、持ち運ぶことも想定されるデバイスであるので、磁気カード類と同等の強い外部磁気に対する耐性を持たせる必要があり、特に上記した理由から内部(漏洩)磁界の大きさを20Oe以下、望ましくは10Oe以下に抑える必要がある。 As the magnitude of such an external magnetic field, for example, in a magnetic card such as a credit card or a bank cash card, it is defined that the magnetic field is resistant to a magnetic field of 500 to 600 Oe. For this reason, in the field of the magnetic card, a magnetic material having a large coercive force such as Co-coated γ-Fe 2 O 3 or Ba ferrite is used. Also in the field of prepaid cards, it is necessary to have resistance to a magnetic field such as 350 to 600 Oe. Since the MRAM element is a device that is mounted in an electronic device casing and is supposed to be carried, it must be resistant to the strong external magnetism equivalent to that of magnetic cards. Needs to be suppressed to 20 Oe or less, preferably 10 Oe or less.

MRAMの磁気シールド構造としては、MRAM素子のパッシベーション膜に絶縁性のフェライト(MnZn及びNiZnフェライト)層を使うことにより磁気シールド特性を持たせる提案がなされている(後述の特許文献1参照。)。また、パーマロイのような高透磁率磁性体をパッケージの上及び下から取り付けることにより磁気シールド効果をもたせ、内部素子への磁束の侵入を防ぐ提案がなされている(後述の特許文献2参照。)。更に、軟鉄等の磁性材料により素子にシールド蓋を被せる構造が開示されている(後述の特許文献3参照。)。   As a magnetic shield structure of the MRAM, a proposal has been made to provide magnetic shield characteristics by using an insulating ferrite (MnZn and NiZn ferrite) layer for a passivation film of an MRAM element (see Patent Document 1 described later). In addition, a proposal has been made to provide a magnetic permeability effect by attaching a high-permeability magnetic material such as permalloy from above and below the package to prevent magnetic flux from entering the internal elements (see Patent Document 2 described later). . Furthermore, a structure in which a shield cover is placed on the element with a magnetic material such as soft iron is disclosed (see Patent Document 3 described later).

米国特許第5,902,690号明細書及び図面(第5欄、FIG.1及びFIG.3)US Pat. No. 5,902,690 specification and drawing (column 5, FIG. 1 and FIG. 3) 米国特許第5,939,772号明細書及び図面(第2欄、Fig.1及びFig.2)US Pat. No. 5,939,772 specification and drawings (column 2, FIGS. 1 and 2) 特開2001-250206号公報(第5頁右欄、図6)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-250206 (right column on page 5, FIG. 6)

MRAMのメモリセルへの外部磁束の侵入を防ぐためには、高い透磁率を持つ磁性材料を素子の周囲に巡らせ、磁束を内部へ侵入させない磁路を設けることが最も重要である。そのためには、素子を磁気シールド層で完全に覆ってしまうことが最良の手段であるが、実際のシールド構造の作製が困難であり、容易に作製することができる磁気シールド構造が望まれる。   In order to prevent the external magnetic flux from entering the memory cell of the MRAM, it is most important to provide a magnetic path that prevents the magnetic flux from entering the inside by circulating a magnetic material having a high magnetic permeability around the element. For this purpose, it is the best means to completely cover the element with a magnetic shield layer, but it is difficult to produce an actual shield structure, and a magnetic shield structure that can be easily produced is desired.

しかしながら、特許文献1(米国特許第5,902,690号)のように素子のパッシベーション膜をフェライトで形成すると、フェライト自身の飽和磁化が低い(一般的なフェライト材料で0.2〜0.5テスラ(T))ため、外部磁界の侵入を完全に防ぐことが不可能である。フェライト自身の飽和磁化はNiZnフェライトで0.2〜0.35T、MnZnフェライトでは0.35〜0.47T程度であるが、MRAM素子へ侵入する外部磁界の大きさは数100Oeと大きいため、フェライト程度の飽和磁化ではフェライトの磁気飽和により透磁率はほぼ1となり、機能しなくなる。また、特許文献1には、膜厚の記述はないが、通常パッシベーション膜では高々0.1μm程度であるため、磁気シールド層としては薄すぎることからも、効果はほとんど期待できない。しかも、フェライトをパッシベーション膜に用いる場合、フェライトは酸化物磁性体であるため、スパッタ法により成膜するときには酸素欠損が生じ易く、完全なフェライトをパッシベーション膜として用いることは困難である。   However, when the element passivation film is formed of ferrite as in Patent Document 1 (US Pat. No. 5,902,690), the saturation magnetization of the ferrite itself is low (0.2 to 0.5 Tesla (T) with a general ferrite material). Therefore, it is impossible to completely prevent the external magnetic field from entering. The saturation magnetization of the ferrite itself is about 0.2 to 0.35 T for NiZn ferrite and about 0.35 to 0.47 T for MnZn ferrite, but the magnitude of the external magnetic field penetrating into the MRAM element is as large as several hundred Oe. At about the saturation magnetization, the magnetic permeability of the ferrite is almost 1, and the function is lost. In Patent Document 1, there is no description of the film thickness. However, since the passivation film is usually about 0.1 μm at most, it is too thin as a magnetic shield layer, so that almost no effect can be expected. Moreover, when ferrite is used for the passivation film, since the ferrite is a magnetic oxide, oxygen deficiency is likely to occur when the film is formed by sputtering, and it is difficult to use complete ferrite as the passivation film.

また、特許文献2(米国特許第5,939,772号)では、パッケージの上下をパーマロイ層で覆う構造が記述されており、パーマロイを用いることによりフェライトパッシベーション膜よりも高いシールド性能が得られる。しかしながら、特許文献2に開示されているミューメタル(Mu Metal)の透磁率はμi=100,000程度と極めて高いものの、飽和磁化は0.7〜0.8Tと低く、容易に外部磁界に対し飽和してμ=1となってしまうため、完全な磁気遮蔽効果を得るためにはシールド層の厚さはかなり厚くなければならないという欠点がある。従って、実用上、数100Oeの磁界を侵入させないための構造としては、パーマロイの飽和磁化が小さすぎること、並びにその厚さが薄すぎることの両面から、磁気シールド層として不完全である。 Patent Document 2 (US Pat. No. 5,939,772) describes a structure in which the top and bottom of a package are covered with a permalloy layer. By using permalloy, higher shielding performance than that of a ferrite passivation film can be obtained. However, although the magnetic permeability of Mu Metal disclosed in Patent Document 2 is as high as μ i = 100,000, the saturation magnetization is as low as 0.7 to 0.8 T, and it can be easily applied to an external magnetic field. On the other hand, since μ = 1 is obtained by saturation, there is a disadvantage that the thickness of the shield layer must be considerably thick in order to obtain a complete magnetic shielding effect. Therefore, as a structure for preventing the magnetic field of several hundred Oe from penetrating practically, it is imperfect as a magnetic shield layer from the viewpoint that the saturation magnetization of permalloy is too small and its thickness is too thin.

また、特許文献3(特開2001-250206号)では、軟鉄などを用いた磁気シールド構造が開示されているが、これは素子上部を覆うのみであるために磁気シールドが不完全となると共に、軟鉄の飽和磁化は1.7T、透磁率はμiで300程度と、磁気特性が不十分である。従って、特許文献3に記述されている構造にて磁気シールドを行ったとしても、外部磁界の侵入を完全に防ぐことは極めて困難である。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-250206) discloses a magnetic shield structure using soft iron or the like, but this only covers the upper part of the element, so that the magnetic shield is incomplete, Soft iron has a saturation magnetization of 1.7 T and a magnetic permeability of about 300 in μ i, which is insufficient in magnetic properties. Therefore, even if the magnetic shield is performed with the structure described in Patent Document 3, it is extremely difficult to completely prevent the intrusion of the external magnetic field.

また、MRAMは、原理的には前述した機構によってメモリの書き換えを低消費電力で行うことが可能であるが、現状ではメモリ書き換えの低消費電力化が十分実現されているとは言えない。また、将来的には、各LSI(Large Scale Integration)やMRAMなどのメモリなどが1チップに集積されるSIP(System In Package)やSOC(System On Chip)などの高集積化が進み、そのためパッケージからの発熱密度およびチップ自体の発熱密度は総合的に増大することが予想される。これに反してMRAMの大容量化に伴い磁気メモリ素子のサイズは小さくせざるを得ないため、熱ゆらぎによる磁気余効により記憶の保持ができなくなることが懸念されるため、メモリ素子の過熱を防止する高効率の放熱手段が必要である。   In principle, the MRAM can rewrite the memory with low power consumption by the above-described mechanism. However, at present, it cannot be said that the low power consumption of the memory rewrite is sufficiently realized. In the future, high integration such as SIP (System In Package) and SOC (System On Chip) in which memories such as LSI (Large Scale Integration) and MRAM are integrated on one chip will progress. It is expected that the heat generation density from and the heat generation density of the chip itself will increase overall. On the other hand, since the size of the magnetic memory element has to be reduced as the capacity of the MRAM increases, there is a concern that the memory cannot be retained due to the magnetic aftereffect due to thermal fluctuation. A highly efficient heat dissipation means to prevent is needed.

本発明は、上記の如き実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁気メモリ素子を外部磁界から磁気的に遮蔽して、大きな外部磁界が作用した場合でもメモリ素子を十分に保護する磁気シールド層と、放熱効率を高めてメモリ素子の過熱を防止する放熱手段とを簡易に装着した、MRAM素子又は磁化可能な磁性層を有するメモリ素子からなる磁気メモリ装置、並びに放熱効率を向上させる磁気メモリ装置の実装構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to shield the magnetic memory element from an external magnetic field magnetically and sufficiently protect the memory element even when a large external magnetic field acts. Magnetic memory device comprising an MRAM element or a memory element having a magnetizable magnetic layer, and a heat dissipation efficiency improved by simply mounting a magnetic shield layer and a heat dissipation means for increasing heat dissipation efficiency to prevent overheating of the memory element, and improving heat dissipation efficiency Another object of the present invention is to provide a mounting structure for a magnetic memory device.

即ち、本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリが封止材によって封止されており、
前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層と、少なくとも前記メモリ 素子が発する熱を放散する放熱手段との接合体を有し、
前記接合体が前記封止材の表面に接して設けられている、
磁気メモリ装置に係わるものであり、また、磁化可能な磁性層を有するメモリ素子が封止材によって封止されており、
前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層と、少なくとも前記メモリ 素子が発する熱を放散する放熱手段との接合体を有し、
前記接合体が前記封止材の表面に接して設けられている、
磁気メモリ装置に係わるものでもある。
That is, according to the present invention, a magnetic random access memory including a memory element in which a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction is laminated is sealed with a sealing material. ,
A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element; and a joined body of at least heat radiating means for radiating heat generated by the memory element;
The joined body is provided in contact with the surface of the sealing material,
The present invention relates to a magnetic memory device, and a memory element having a magnetizable magnetic layer is sealed with a sealing material,
A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element; and a joined body of at least heat radiating means for radiating heat generated by the memory element;
The joined body is provided in contact with the surface of the sealing material,
It also relates to a magnetic memory device.

更に、前記磁気メモリ装置が実装基板に実装された構造であって、前記磁気シールド層及び/又は前記放熱手段が前記実装基板に接触している、磁気メモリ装置の実装構造に係わるものでもある。   Further, the magnetic memory device may be mounted on a mounting substrate, and the magnetic shield device and / or the heat dissipation unit may be in contact with the mounting substrate.

本発明の磁気メモリ装置によれば、前記磁気シールド層と前記放熱手段とを一体的に接合して装着することで、簡易な工程で前記磁気シールド層と前記放熱手段とを共に設けることができ、低コスト化をはかることができる。ここで、前記磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)等が樹脂等の前記封止材でモールド処理されたパッケージとして主に用いられることに着目して、前記磁気シールド層及び/又は前記放熱手段をモールドされたパッケージの表面に粘着材によって貼り付けること等によって、前記磁気シールド層と前記放熱手段とを容易に装着可能であり、また、装脱着可能にすることもできる。このパッケージは回路基板に実装する場合にも好適な構造及び形状となる。   According to the magnetic memory device of the present invention, the magnetic shield layer and the heat dissipating means can be provided together by attaching the magnetic shield layer and the heat dissipating means integrally. Cost reduction can be achieved. Here, paying attention to the fact that the magnetic random access memory (MRAM) or the like is mainly used as a package molded with the sealing material such as resin, the magnetic shield layer and / or the heat dissipation means are molded. The magnetic shield layer and the heat dissipating means can be easily mounted by attaching them to the surface of the package with an adhesive or the like, and can also be made removable. This package has a suitable structure and shape even when mounted on a circuit board.

その際、前記磁気シールド層は、磁気シールドにとって効果的な形状に加工したものを所定の位置に固定して、高性能な磁気シールドを容易に実現することができる。また、前記磁気シールド層を構成する材料が熱伝導性にも比較的優れた材料であることに留意し、前記磁気シールド層を放熱手段の一部として活用することで、熱伝達効率を向上させ、熱の放散を促進することができる。また、最小限の部材で前記放熱手段を構成することができ、小型化や低コスト化に有利である。   At this time, the magnetic shield layer can be processed into a shape effective for the magnetic shield and fixed at a predetermined position, so that a high-performance magnetic shield can be easily realized. In addition, it is noted that the material constituting the magnetic shield layer is a material that is relatively excellent in thermal conductivity, and by utilizing the magnetic shield layer as a part of the heat dissipation means, heat transfer efficiency is improved. , Can promote the dissipation of heat. In addition, the heat dissipating means can be configured with a minimum number of members, which is advantageous for downsizing and cost reduction.

通常、前記封止材で封止された前記メモリ素子等で発生した熱は、主として2つの経路で放散される。第1の経路は、熱伝導によって、前記メモリ素子が搭載されたダイパッド等からリード部を経て前記実装基板の配線部等へ放熱される経路である。第2の経路は、前記メモリ素子の周囲の前記封止材を経てパッケージの表面に伝えられた熱が、パッケージ周囲の空気の対流伝熱或いはパッケージ表面からの放射伝熱によって放散される経路である。前記磁気シールド層は、前記メモリ素子に接近してパッケージ表面に設けられているから、前記磁気シールド層と一体的に接合して設けられる前記放熱手段は、前記メモリ素子から前記磁気シールド層への熱の流れ又は/及び前記磁気シールド層から外部へ放散される熱の流れを促進し、前記第2の経路による熱の放散効率を効果的に高めることができる。   Usually, heat generated in the memory element or the like sealed with the sealing material is mainly dissipated through two paths. The first path is a path through which heat is radiated from a die pad or the like on which the memory element is mounted to a wiring part or the like of the mounting substrate through a lead part due to heat conduction. The second path is a path through which heat transferred to the surface of the package through the sealing material around the memory element is dissipated by convection heat transfer of air around the package or radiant heat transfer from the package surface. is there. Since the magnetic shield layer is provided on the surface of the package close to the memory element, the heat radiating means provided integrally joined to the magnetic shield layer is provided from the memory element to the magnetic shield layer. The heat flow and / or the heat flow dissipated from the magnetic shield layer to the outside can be promoted, and the heat dissipation efficiency by the second path can be effectively increased.

更に、本発明の磁気メモリ装置の実装構造は、前記メモリ素子から前記実装基板への新たな熱の放散経路を生み出すものであり、前記磁気メモリ装置からの熱の放散を効果的に補助できる実装構造である。   Further, the mounting structure of the magnetic memory device of the present invention creates a new heat dissipation path from the memory element to the mounting substrate, and can effectively assist the heat dissipation from the magnetic memory device. Structure.

本発明において、前記磁気シールド層がその磁気シールド効果を有効に発揮するためには、前記接合体が前記封止材の上面及び/又は下面に接して設けられているのがよく、前記メモリ素子が前記磁気シールド層によって上下から挟まれたサンドウィッチ構造をなしているのが特に好ましい。   In the present invention, in order for the magnetic shield layer to exert its magnetic shielding effect effectively, the joined body is preferably provided in contact with the upper surface and / or the lower surface of the sealing material. It is particularly preferable that a sandwich structure is sandwiched from above and below by the magnetic shield layer.

また、前記磁気シールド層が磁気飽和を起こしにくいための条件として、前記磁気シールド層の形状が、その対向辺間の距離が15mm以下の形状であるのがよい。   Further, as a condition for the magnetic shield layer to hardly cause magnetic saturation, the magnetic shield layer may have a shape in which the distance between the opposing sides is 15 mm or less.

前記磁気ランダムアクセスメモリ又は磁気メモリが他の素子と共に基体上に混載されて封止されている場合には、前記磁気シールド層の磁気飽和を抑えるために、前記メモリ素子が占める面積領域の上部及び/又は下部にのみ前記磁気シールド層を設けるのがよい。このような場合でも、パッケージ表面からの熱の放散が最大限に行われるように、前記放熱手段は、前記封止材の上面及び/又は下面の略全面に設けられているのがよい。   In the case where the magnetic random access memory or the magnetic memory is mixedly mounted on a substrate together with other elements and sealed, in order to suppress magnetic saturation of the magnetic shield layer, an upper area area occupied by the memory element and It is preferable to provide the magnetic shield layer only at the lower part. Even in such a case, it is preferable that the heat dissipating means is provided on substantially the entire upper surface and / or lower surface of the sealing material so that heat is radiated from the package surface to the maximum extent.

物体からの熱の移動機構を大別すると、熱伝導、対流伝熱、放射伝熱およびこれらの組み合わせとなる。ヒートシンク等の特別な放熱手段が存在しない場合、前記封止材で封止された前記MRAM等のメモリ装置で発生した熱は、通常、主として前述した2つの経路で放散される。   The mechanism for transferring heat from an object is roughly divided into heat conduction, convection heat transfer, radiant heat transfer, and combinations thereof. When there is no special heat radiating means such as a heat sink, the heat generated in the memory device such as the MRAM sealed with the sealing material is usually dissipated mainly through the two paths described above.

前記第1の経路は、配線等の素子の基本構造に関わる経路であり、手を加えることは難しい。他方、前記第2の経路は比較的容易に改善でき、熱伝導性に優れた材料及び/又は形状からなる前記放熱手段によってできるだけパッケージ表面全体に均等に熱を分散させ、その熱を対流伝熱又は放射伝熱に優れた材料及び/又は形状からなる前記放熱手段によって効率よく放散するのがよい。   The first path is a path related to the basic structure of an element such as wiring, and is difficult to modify. On the other hand, the second path can be improved relatively easily, and the heat dissipating means made of a material and / or shape excellent in thermal conductivity can disperse the heat as evenly as possible over the entire surface of the package, and the convection heat transfer Or it is good to dissipate efficiently by the said thermal radiation means which consists of a material and / or shape which was excellent in radiant heat transfer.

熱伝導性に優れた材料として、金属又は高熱伝導性セラミックスを挙げることができる。例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銅タングステン(Cu-W)合金などの金属や、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)などの高熱伝導性セラミックスや、Cu(又はAl)-SiC合金、Cu(又はAl)-炭素(C)合金などを挙げることができる。但し、これらに限定されるものではない。 Examples of the material having excellent thermal conductivity include metals and high thermal conductive ceramics. For example, metal such as aluminum (Al), copper (Cu), copper tungsten (Cu—W) alloy, aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicon nitride Examples thereof include high thermal conductive ceramics such as (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC), Cu (or Al) -SiC alloy, Cu (or Al) -carbon (C) alloy, and the like. However, it is not limited to these.

また、前記放熱手段又は前記磁気シールド層の表面の形状は、空気との接触面積を増やし、空気層の対流を促して、空気層へ放散される熱を増やす上で好都合な形状であるのが望ましく、例えば、表面に多数の溝が平行或いは格子状に形成されているものや、多数の凹凸や孔が形成された多孔質状の表面を有するもの等がよい。   Further, the shape of the surface of the heat dissipation means or the magnetic shield layer is a convenient shape for increasing the contact area with air, promoting convection of the air layer, and increasing the heat dissipated to the air layer. Desirably, for example, one having a large number of grooves formed in parallel or in a lattice shape on the surface, or one having a porous surface on which a large number of irregularities and holes are formed is preferable.

また、前記放熱手段又は前記磁気シールド層の表面は、放射率を高める加工がなされているのが望ましい。例えば、前記放熱手段がアルミニウムからなる場合には、表面を黒アルマイト処理することにより放射率を高めることができる。また、また、容易に設けられ、放射伝熱に優れた材料として、カーボンブラックや酸化物や炭化物などのセラミックスなどが含有されている0.8〜0.96程度の高放射率を持つ塗料(以下、熱輻射塗料と呼ぶ。)を挙げることができる(特開2002−226783号公報並びに特公平6−7508号公報参照。)。前記放熱手段又は前記磁気シールド層の表面にこの熱輻射塗料を塗布することにより、表面からの放射率を高めることができる。なお、市販のスプレー塗料などにも放射率が高いセラミックス材料等が含まれていることが多く、これらの塗料を用いてもよい。この際、色は、黒だけではなく、白、赤、青などでもよく、限定されるものではない。   Moreover, it is desirable that the surface of the heat dissipation means or the magnetic shield layer is processed to increase the emissivity. For example, when the heat radiating means is made of aluminum, the emissivity can be increased by black anodizing the surface. In addition, a paint having a high emissivity of about 0.8 to 0.96 containing carbon black, ceramics such as oxide and carbide, etc. as a material that is easily provided and has excellent radiant heat transfer ( Hereinafter, it is referred to as a thermal radiation paint) (see JP 2002-226783 A and JP 6-7508 A). The emissivity from the surface can be increased by applying this thermal radiation coating to the surface of the heat dissipation means or the magnetic shield layer. Note that commercially available spray paints often contain ceramic materials having high emissivity, and these paints may be used. In this case, the color may be not only black but also white, red, blue, etc., and is not limited.

また、前記磁気シールド層を形成する軟磁性材料が、Fe、Co及びNiのうち少なくとも1種を含む高飽和磁化、高透磁率の軟磁性体からなるのがよい。より具体的には、前記磁気シールド層を形成する材料としては、純鉄、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Ni-Co系、Fe-Si系、Fe-Al-Si系、およびフェライト系等が挙げられる。その中でも、ある程度の透磁率を有することは勿論であるが、外部磁界に対して容易に飽和することのない高飽和磁化を有する材料が望ましい。   The soft magnetic material forming the magnetic shield layer may be made of a soft magnetic material having high saturation magnetization and high permeability containing at least one of Fe, Co, and Ni. More specifically, materials for forming the magnetic shield layer include pure iron, Fe—Ni, Fe—Co, Fe—Ni—Co, Fe—Si, Fe—Al—Si, and Examples thereof include ferrite. Among them, it is a matter of course to have a certain permeability, but a material having a high saturation magnetization that does not easily saturate with respect to an external magnetic field is desirable.

このような材料としては、特願2002−357807号に開示されているような1.8テスラ(T)以上の飽和磁化を有する材料、特に、Si:2〜4質量%、Fe:残部の合金、Co:47〜50質量%、Fe:残部の合金、Co:35〜40質量%、Fe:残部の合金、Co:23〜27質量%、Fe:残部の合金、及びCo:48〜50質量%、V:1〜3質量%、Fe:残部の合金からなる群より選ばれた少なくとも1種からなる軟磁性材料が望ましい。   As such a material, a material having a saturation magnetization of 1.8 Tesla (T) or more as disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-357807, in particular, Si: 2 to 4% by mass, Fe: remaining alloy , Co: 47-50 mass%, Fe: balance alloy, Co: 35-40 mass%, Fe: balance alloy, Co: 23-27 mass%, Fe: balance alloy, and Co: 48-50 mass %, V: 1 to 3% by mass, Fe: at least one soft magnetic material selected from the group consisting of the remaining alloys is desirable.

また、前記磁気シールド層が、平坦な膜状又は板状をなしている以外に、その磁気飽和を更に効果的に抑制するには、凹凸のある膜状又は板状、或いは網目又はスリット等の貫通孔のある形状をなしているのがよい。これらの形状は、空気との接触面積を増やし、空気へ放散される熱を増やす上でも好都合である。   In addition to the magnetic shield layer having a flat film shape or plate shape, in order to more effectively suppress the magnetic saturation, a film shape or plate shape with unevenness, or a mesh or slit is used. It is good to have a shape with a through hole. These shapes are also advantageous in increasing the contact area with air and increasing the heat dissipated into the air.

本発明はMRAMに好適であるが、このようなMRAMは、前記磁化固定層と前記磁性層との間に絶縁体層又は導電体層が挟持され、前記メモリ素子の上面及び下面に設けられたビット線及びワード線としての配線にそれぞれ電流を流すことによって誘起される磁界で前記磁性層を所定方向に磁化して情報を書き込み、この書き込み情報を前記配線間でのトンネル磁気抵抗効果(TMR効果)によって読み出すように構成されるのがよい。   The present invention is suitable for an MRAM. In such an MRAM, an insulator layer or a conductor layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetic layer, and provided on the upper surface and the lower surface of the memory element. Information is written by magnetizing the magnetic layer in a predetermined direction by a magnetic field induced by passing currents through the wirings as the bit line and the word line, and this write information is used for the tunnel magnetoresistance effect (TMR effect) between the wirings. ).

また、前記実装基板への実装構造において、前記実装基板を貫通してサーマルビアが設けられ、これに前記磁気シールド層及び/又は前記放熱手段が接触しているのがよく、更に、前記磁気メモリ装置とは反対側の前記実装基板の面(裏面)に、前記サーマルビアに接続された放熱手段が設けられているのがよい。このようなサーマルビアとそれに接続された前記放熱手段によって、前記実装基板への熱の流れが促進されると共に、前記実装基板を越えた裏面側への放熱を効果的に行うことが可能になる。   In the mounting structure on the mounting substrate, a thermal via may be provided through the mounting substrate, and the magnetic shield layer and / or the heat radiating means may be in contact with the via. It is preferable that heat dissipating means connected to the thermal via is provided on the surface (rear surface) of the mounting substrate opposite to the device. By such a thermal via and the heat dissipation means connected thereto, heat flow to the mounting substrate is promoted, and heat can be effectively radiated to the back side beyond the mounting substrate. .

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施の形態1
図1は、実施の形態1に基づく、封止材33の上面に磁気シールド層34が貼り付けられ、更にその全面に放熱手段としてヒートスプレッダ41が接合されているMRAM素子含有半導体パッケージを例示する概略断面図である。ここで、ヒートスプレッダとは、高熱伝導性の材料からなり、熱を分散させることによりIC(Integrated Circuit)などの発熱体の温度を低下させる部材のことである。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an MRAM element-containing semiconductor package according to the first embodiment, in which a magnetic shield layer 34 is attached to the upper surface of a sealing material 33 and a heat spreader 41 is bonded to the entire surface as a heat dissipation means. It is sectional drawing. Here, the heat spreader is a member made of a material having high thermal conductivity and reducing the temperature of a heating element such as an IC (Integrated Circuit) by dispersing heat.

図1に示したMRAMパッケージでは、図15〜図17に示したMRAM素子(メモリセル部及び周辺回路部も含めたチップ)30がダイパッド32の上に設けられ、実装基板38に接続される外部リード31を除いた部分全体が、モールド樹脂(例えばエポキシ樹脂)等の封止材33によって封止されてパッケージ化されている(ここでは、MRAM素子30は、既述したMRAMと同様の構造及び動作原理を有するので、その説明は省略する。また、ダイパッド32を含むリードフレームは簡略化して図示している。なお、これらのことは、後述の実施の形態2〜4でも同様である。)。   In the MRAM package shown in FIG. 1, the MRAM element (chip including the memory cell portion and peripheral circuit portion) 30 shown in FIGS. 15 to 17 is provided on the die pad 32 and connected to the mounting substrate 38. The entire portion excluding the lead 31 is sealed and packaged by a sealing material 33 such as a mold resin (for example, epoxy resin) (here, the MRAM element 30 has the same structure and structure as the MRAM described above). The explanation is omitted because it has an operating principle, and the lead frame including the die pad 32 is shown in a simplified manner, which is the same in the second to fourth embodiments described later.) .

そして、磁気シールド層34及びヒートスプレッダ41は、封止材33による封止後(モールド後)に、封止材33の上面の所定位置に粘着材等によって固定される。磁気シールド層34の厚さは、100〜500μm程度、ヒートスプレッダ41の厚さは、20〜1000μm程度である。このように、パッケージ作製後に後工程によって磁気シールド層34やヒートスプレッダ41を簡易装着することで、その構造にとって最も効果的な形状の磁気シールド層34及びヒートスプレッダ41を容易に設けることができる。   The magnetic shield layer 34 and the heat spreader 41 are fixed to a predetermined position on the upper surface of the sealing material 33 with an adhesive or the like after sealing with the sealing material 33 (after molding). The thickness of the magnetic shield layer 34 is about 100 to 500 μm, and the thickness of the heat spreader 41 is about 20 to 1000 μm. As described above, the magnetic shield layer 34 and the heat spreader 41 having the most effective shape for the structure can be easily provided by simply mounting the magnetic shield layer 34 and the heat spreader 41 in a later process after the package is manufactured.

図1のパッケージは、磁気シールド層34及びヒートスプレッダ41がMRAMのパッケージと一体化されており、実装基板(回路基板)38へ実装する上でも望ましい構造である。また、磁気シールド層34及びヒートスプレッダ41を容易に装着、脱着できるようにしてもよい。   The package of FIG. 1 has a magnetic shield layer 34 and a heat spreader 41 integrated with an MRAM package, and is a desirable structure for mounting on a mounting board (circuit board) 38. Further, the magnetic shield layer 34 and the heat spreader 41 may be easily attached and detached.

パッケージの下面側には、空気への放熱のため、アンダーフィル材は設けられていない。図示は省略したが、パッケージの下面側にスペースがあれば、封止材33の下面にも磁気シールド層及びヒートスプレッダを設け、MRAMパッケージの上下を磁気シールド層及びヒートスプレッダで挟む構造(サンドウィッチ構造)とするのがよい。これにより、より確実な磁気シールド効果と改善された放熱効果が達成される。   No underfill material is provided on the lower surface side of the package for heat dissipation to the air. Although not shown, if there is a space on the lower surface side of the package, a magnetic shield layer and a heat spreader are provided also on the lower surface of the sealing material 33, and the MRAM package is sandwiched between the magnetic shield layer and the heat spreader (sandwich structure). It is good to do. Thereby, a more reliable magnetic shielding effect and an improved heat dissipation effect are achieved.

磁気シールド層をパッケージの上下両面に設けた場合と、図1のように上面にのみ設けた場合とのいずれの構造においても、MRAM素子30を外部印加磁界から十分に磁気シールドする効果が発揮される。例えば、磁気シールド層34は、外部との間で閉じた磁気回路を形成していないが、これでも外部印加磁界を効果的に集めて、MRAM素子30に対する磁気シールドとして機能する。   In both the case where the magnetic shield layers are provided on both upper and lower surfaces of the package and the case where the magnetic shield layers are provided only on the upper surface as shown in FIG. The For example, the magnetic shield layer 34 does not form a closed magnetic circuit with the outside, but still effectively collects an externally applied magnetic field and functions as a magnetic shield for the MRAM element 30.

本実施の形態におけるヒートスプレッダ41の役割は、磁気シールド層34の熱伝導性を補助してできるだけ均一に熱を分散させ、放熱効率をよくすると共に、MRAM素子30の一部が局所的に高温になるのを防止することにある。   The role of the heat spreader 41 in the present embodiment is to assist the thermal conductivity of the magnetic shield layer 34 to disperse the heat as uniformly as possible, improve the heat dissipation efficiency, and partially increase the temperature of the MRAM element 30 to a high temperature. It is to prevent becoming.

従って、ヒートスプレッダ41の材料としては、熱伝導性に優れた材料、即ち、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銅タングステン(Cu-W)合金などの金属や、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)などの高熱伝導性セラミックスや、Cu(又はAl)-SiC合金、Cu(又はAl)-炭素(C)合金などがよい。 Therefore, as the material of the heat spreader 41, a material having excellent thermal conductivity, that is, a metal such as aluminum (Al), copper (Cu), copper tungsten (Cu—W) alloy, aluminum oxide (alumina, Al 2 O, etc.). 3 ), high thermal conductive ceramics such as aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), Cu (or Al) -SiC alloy, Cu (or Al ) -Carbon (C) alloy is preferred.

また、ヒートスプレッダ41の表面形状は、空気との接触面積を増やし、空気層の対流を促して、空気層へ放散される熱を増やす上で好都合な形状であるのが望ましく、例えば、表面に多数の溝が平行或いは格子状に形成されているものや、多数の凹凸や孔が形成された多孔質状の表面を有するもの等がよい。また、後述するように、表面に放射伝熱に優れた熱輻射塗料等が塗布されているのもよい。   The surface shape of the heat spreader 41 is preferably a shape that is convenient for increasing the contact area with air, promoting convection of the air layer, and increasing the heat dissipated into the air layer. Are preferably formed in parallel or in the form of a lattice, or have a porous surface on which a large number of irregularities and holes are formed. Further, as will be described later, a heat radiation coating or the like excellent in radiant heat transfer may be applied to the surface.

実施の形態2
図2は、実施の形態2に基づくMRAMパッケージの実装構造を例示する概略断面図である。本実施の形態では、MRAMパッケージは、パッケージの上下両面に磁気シールド層34と35を有し、磁気シールド層35に達した熱が実装基板38を通じて放熱され得るように構成されている。図2(a)は、下側の磁気シールド層35が、直接、実装基板38と接触する例を示し、図2(b)は、下側の磁気シールド層35が、ヒートスプレッダ42を介して実装基板38と熱的に結合している例を示す。なお、上側の磁気シールド層34には、実施の形態1と同様にヒートスプレッダ41が設けられている。
Embodiment 2
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the mounting structure of the MRAM package based on the second embodiment. In the present embodiment, the MRAM package has magnetic shield layers 34 and 35 on both upper and lower surfaces of the package, and is configured such that heat reaching the magnetic shield layer 35 can be dissipated through the mounting substrate 38. 2A shows an example in which the lower magnetic shield layer 35 is in direct contact with the mounting substrate 38, and FIG. 2B shows that the lower magnetic shield layer 35 is mounted via the heat spreader 42. An example in which the substrate 38 is thermally coupled is shown. The upper magnetic shield layer 34 is provided with a heat spreader 41 as in the first embodiment.

図2(a)のように、単に磁気シールド層35が実装基板38に接触しているだけでも、MRAMパッケージの熱は実装基板38に逃げやすくなる。このとき、磁気シールド層35の材料がパッケージの封止材33の材料である樹脂等に比べて熱伝導率が高い材料であるため、磁気シールド層35が磁気シールドのみならず熱伝導材の役割も兼ね、実装基板38に熱が逃げやすくなる。   As shown in FIG. 2A, even when the magnetic shield layer 35 is simply in contact with the mounting substrate 38, the heat of the MRAM package can easily escape to the mounting substrate 38. At this time, since the material of the magnetic shield layer 35 is a material having a higher thermal conductivity than the resin or the like that is the material of the package sealing material 33, the magnetic shield layer 35 serves not only as a magnetic shield but also as a heat conductive material. In addition, heat easily escapes to the mounting board 38.

図2(b)は、磁気シールド層35の熱伝導性をヒートスプレッダ42で補い、更なる放熱効果の向上を目指した例である。   FIG. 2B shows an example in which the heat conductivity of the magnetic shield layer 35 is supplemented by the heat spreader 42 and the heat dissipation effect is further improved.

図3(a)及び(b)は、それぞれ、図2(a)と(b)に示した実装構造に、実装基板38を貫通するサーマルビア43を形成し、サーマルビア43を介してMRAMパッケージと熱的に結合するヒートスプレッダ44を実装基板38の下側に追加した例である。   FIGS. 3A and 3B respectively show the MRAM package through the thermal via 43 formed in the mounting structure shown in FIGS. 2A and 2B by forming a thermal via 43 penetrating the mounting substrate 38. This is an example in which a heat spreader 44 that is thermally coupled to the underside of the mounting substrate 38 is added.

図3(a)および(b)に示した実装構造では、サーマルビア43とヒートスプレッダ44とによって、実装基板38への熱の流れが促進されると共に、実装基板38を越えた裏面側への放熱を効果的に行うことが可能になる。   In the mounting structure shown in FIGS. 3A and 3B, the thermal via 43 and the heat spreader 44 promote the heat flow to the mounting board 38 and also dissipate heat to the back side beyond the mounting board 38. Can be effectively performed.

ヒートスプレッダ42や44、及びサーマルビア43の材料は、ヒートスプレッダ41と同様、熱伝導性に優れた金属や高熱伝導性セラミックスがよく、具体的には実施の形態1に挙げた材料、即ち、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銅タングステン(Cu-W)合金などの金属や、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)などの高熱伝導性セラミックスや、Cu(又はAl)-SiC合金、Cu(又はAl)-炭素(C)合金などがよい。 The material of the heat spreaders 42 and 44 and the thermal via 43 is, like the heat spreader 41, a metal having a high thermal conductivity or a high thermal conductive ceramic. Specifically, the materials described in the first embodiment, that is, aluminum ( Al), copper (Cu), copper tungsten (Cu-W) alloy and other metals, aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicon nitride (Si 3 N) 4 ), high thermal conductive ceramics such as silicon carbide (SiC), Cu (or Al) -SiC alloy, Cu (or Al) -carbon (C) alloy and the like are preferable.

また、ヒートスプレッダ41や44の表面は、実施の形態1に前述したと同様に、空気との接触面積を増やし、空気層の対流を促して、空気層へ放散される熱を増やす上で好都合な形状であるのが望ましく、例えば、表面に多数の溝が平行或いは格子状に形成されているものや、多数の凹凸や孔が形成された多孔質状の表面を有するもの等がよい。また、後述するように、表面に放射伝熱に優れた熱輻射塗料等が塗布されているのもよい。   Further, the surface of the heat spreader 41 or 44 is advantageous for increasing the heat dissipated into the air layer by increasing the contact area with the air and promoting the convection of the air layer, as described in the first embodiment. The shape is desirable, and for example, one having a large number of grooves formed in parallel or in a lattice shape on the surface, or one having a porous surface on which many irregularities and holes are formed is preferable. Further, as will be described later, a heat radiation coating or the like excellent in radiant heat transfer may be applied to the surface.

サーマルビア43は、スルーホールめっき、又は銅或いは銀ペーストの塗布によって形成するのがよい。   The thermal via 43 is preferably formed by through-hole plating or application of copper or silver paste.

実施の形態3
図4と図5は、それぞれ、実施の形態3に基づくMRAMパッケージの例を示す平面図(図4)と、そのA−A線概略断面図(図5)である(但し、図4では、構造をわかりやすく示すため、上面全面に設けられているヒートスプレッダは、図示を省略した。)。本実施の形態に基づくMRAMパッケージは、MRAM素子30の他に、DRAM、EPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory)、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、RF(Radio Frequency)素子等の他の素子39がダイパッド32の上に混載され、封止材33によって封止されたSIP(System In Package)である。これは、同一基板の上に各素子が作りつけられるSOC(System On Chip)であってもよい。
Embodiment 3
4 and 5 are respectively a plan view (FIG. 4) showing an example of the MRAM package based on the third embodiment and a schematic cross-sectional view taken along the line AA (FIG. 5) (however, in FIG. The heat spreader provided on the entire upper surface is not shown for easy understanding of the structure.) The MRAM package according to the present embodiment includes DRAM, EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory), MPU (Micro Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), RF (Radio Frequency) element, etc. in addition to the MRAM element 30. The other element 39 is a SIP (System In Package) that is mixedly mounted on the die pad 32 and sealed by the sealing material 33. This may be an SOC (System On Chip) in which each element is built on the same substrate.

MRAM素子30は通常、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)などのパッケージに樹脂封止されてから基板上へ実装され、実用に供される。その大きさはピン数によりほぼ規格で決まっており、例えばピン数が48本あるものではQFP−48PINなどと称している。MRAM素子は不揮発性メモリ素子であり、多ピンのパッケージが必要とされ、1Mbitクラスの記憶容量を持つMRAM素子の場合、パッケージとしてはQFP160PINあるいはQFP208PIN程度のパッケージを用いる必要がある。図4は、QFPパッケージの例を示している。   The MRAM element 30 is usually mounted on a substrate after being resin-sealed in a package such as QFP (Quad Flat Package), SOP (Small Outline Package), etc., and is put to practical use. The size is almost determined by the standard depending on the number of pins. For example, a device having 48 pins is called QFP-48PIN. The MRAM element is a non-volatile memory element, and a multi-pin package is required. In the case of an MRAM element having a storage capacity of 1 Mbit class, it is necessary to use a package of about QFP160PIN or QFP208PIN. FIG. 4 shows an example of the QFP package.

特願2002−363199号で開示されているように、半導体パッケージ内の一部の領域にMRAM素子が搭載されているMRAM素子混載パッケージでは、パッケージの上部及び/又は下部全面に磁気シールド層を設けるより、MRAM素子が搭載されている領域の上部及び/又は下部にのみ部分的に磁気シールド層を設けた方が効果的であることが明らかとなっている。以下、その理由を説明する。   As disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-363199, in an MRAM element mixed package in which MRAM elements are mounted in a part of a semiconductor package, a magnetic shield layer is provided on the entire upper and / or lower part of the package. Thus, it is clear that it is more effective to partially provide a magnetic shield layer only in the upper part and / or lower part of the region where the MRAM element is mounted. The reason will be described below.

MRAM素子の正常な動作を保証するためには、最大500Oeの大きな直流外部磁界が印加されても、少なくともMRAM素子部において10〜20Oe以下の磁界強度に低減させることが必要である。そのような磁気シールド性能を得ることを目的として、次の実験を行った。   In order to guarantee the normal operation of the MRAM element, it is necessary to reduce the magnetic field strength to 10 to 20 Oe or less at least in the MRAM element portion even when a large DC external magnetic field of 500 Oe is applied. The following experiment was conducted for the purpose of obtaining such magnetic shielding performance.

図6(a)は、その概略断面図である。実験では、磁気シールド材料からなる2枚のシート(1辺の長さLmm、厚さt=200μm)を磁気シールド層51及び52として3.45mmの間隔dで平行に配置し、2枚の磁気シールド層51と52とによって挟まれた内部空間53の上下方向中心部にガウスメータ54を配置する。そして、500Oeの外部直流磁界を磁気シールド層51と52に平行に印加しながら、ガウスメータ54の測定位置をシート端部からシートの面方向中心部まで移動させ、内部磁界強度(内部空間53に侵入した磁界強度)を測定し、効果的な磁気シールド層の材料及び形状を検討した。   FIG. 6A is a schematic sectional view thereof. In the experiment, two sheets (one side length Lmm, thickness t = 200 μm) made of a magnetic shield material are arranged in parallel at a distance d of 3.45 mm as magnetic shield layers 51 and 52, and two magnetic sheets are formed. A gauss meter 54 is arranged at the center in the vertical direction of the internal space 53 sandwiched between the shield layers 51 and 52. Then, while applying an external DC magnetic field of 500 Oe in parallel to the magnetic shield layers 51 and 52, the measurement position of the gauss meter 54 is moved from the sheet end to the center in the surface direction of the sheet, and the internal magnetic field strength (intrudes into the internal space 53). Measured magnetic field strength) and studied the material and shape of an effective magnetic shield layer.

例えば、磁気シールド材料として、飽和磁化M=2.3T、初透磁率μ=1000のFeCoVを用い、磁気シールド層51及び52の一辺の長さLを10、15、20及び28mmとした4種の試料について、外部印加磁界強度500Oeの下での内部磁界強度を測定した。図6(b)に、端部からの距離に対して内部磁界強度をプロットしたグラフを示す。 For example, as a magnetic shield material, FeCoV having a saturation magnetization M s = 2.3 T and an initial permeability μ i = 1000 is used, and the length L of one side of the magnetic shield layers 51 and 52 is set to 10, 15, 20, and 28 mm. For the four types of samples, the internal magnetic field strength under an externally applied magnetic field strength of 500 Oe was measured. FIG. 6B shows a graph in which the internal magnetic field strength is plotted against the distance from the end.

図6(b)のグラフによると、1辺の長さが28mmまたは20mmの試料では、中心部での磁界強度が大きくなっている。これは、磁気シールド層51(或いは52)の中心付近で磁気飽和が起こり、遮蔽効果が十分発揮されなくなるためである。これに対し、1辺の長さが15mmまたは10mmの試料では、磁界強度は、中心部まで十分低く抑えられ、10〜20Oe以下である。   According to the graph of FIG. 6B, the magnetic field strength at the center is large in the sample having a side length of 28 mm or 20 mm. This is because magnetic saturation occurs near the center of the magnetic shield layer 51 (or 52), and the shielding effect is not sufficiently exhibited. On the other hand, in a sample having a side length of 15 mm or 10 mm, the magnetic field strength is sufficiently low to the center and is 10 to 20 Oe or less.

このように、磁気シールド層の磁気飽和は、面方向中心部ほど起こりやすく、磁気シールド層のシールド効果が有効に作用する領域は、磁気シールド層の磁気飽和現象によって制限され、磁性材料の特性、厚み、1辺の長さで定まることが明らかとなった。   Thus, the magnetic saturation of the magnetic shield layer is more likely to occur in the center in the plane direction, and the region where the shield effect of the magnetic shield layer effectively acts is limited by the magnetic saturation phenomenon of the magnetic shield layer, the characteristics of the magnetic material, It became clear that the thickness was determined by the length of one side.

例えば、磁気シールド層としてFeCoVを用いて500Oe以上の高い磁界強度を遮蔽するには、その厚さが200μmである場合、磁気シールド層51及び52の1辺の長さ(又は対向辺間の距離)を15mm以下とすれば、面方向中心部においてもシールド効果が有効に作用し、MRAM素子の磁気シールド層として利用できる。また、その厚さが150μmである場合には、磁気シールド層の1辺の長さを10mm以下とすれば、同様の効果を期待することができる。   For example, in order to shield a high magnetic field strength of 500 Oe or more using FeCoV as the magnetic shield layer, when the thickness is 200 μm, the length of one side of the magnetic shield layers 51 and 52 (or the distance between the opposing sides) ) Of 15 mm or less, the shielding effect is effective even at the central portion in the surface direction, and can be used as a magnetic shield layer of the MRAM element. When the thickness is 150 μm, the same effect can be expected if the length of one side of the magnetic shield layer is 10 mm or less.

但し、磁気シールド層の1辺の長さが短すぎても、開口部から内部空間53に侵入する外部磁場が増加し、磁気シールド効果が乏しくなる。従って、磁気シールド層の1辺の長さ(又は対向辺間の距離)は、MRAM素子のサイズも勘案して、3mm以上、更には5mm以上とするのがよい。   However, even if the length of one side of the magnetic shield layer is too short, the external magnetic field that enters the internal space 53 from the opening increases, and the magnetic shield effect becomes poor. Accordingly, the length of one side (or the distance between the opposing sides) of the magnetic shield layer is preferably 3 mm or more, more preferably 5 mm or more, taking the size of the MRAM element into consideration.

開口部から内部空間53に侵入する外部磁場を考慮すると、磁気シールド層の1辺の長さが10mmであれば、その有効な磁気シールド領域は1辺の長さ約8mmの領域となる。MRAM素子は1Mビットクラスのものでも通常数mm角サイズであることが多いから、1辺の長さが10mmの磁気シールド層であれば、上記の領域内に配置することによって、問題なくMRAM素子を外部磁界から磁気シールドすることができる。   Considering the external magnetic field that enters the internal space 53 from the opening, if the length of one side of the magnetic shield layer is 10 mm, the effective magnetic shield region is a region having a side length of about 8 mm. Even if the MRAM element is of the 1 Mbit class, it is usually a few mm square size. Therefore, if the magnetic shield layer has a side length of 10 mm, the MRAM element can be formed without any problem by being disposed in the above-mentioned region. Can be magnetically shielded from an external magnetic field.

このように、半導体パッケージ内の一部の領域にMRAM素子が搭載されているMRAM素子混載パッケージでは、MRAM素子30の占有面積領域のみに磁気シールド層を設けると、磁気シールド層のサイズを1辺が15mm以下、望ましくは10mm以下とすることができ、磁気シールド層の磁気飽和を効果的に抑制して、十分な磁気シールド効果を発揮させることができる。一方、前述した特許文献2(米国特許第5,939,772号)に示されているように、パッケージの上部及び/又は下部全面に磁気シールド層を設けると、そのサイズが1辺15mmを越え、磁気シールド層中央部の磁気飽和現象によって磁気シールド性能が劣化する。従って、磁気シールド層は、MRAM素子30の占有面積領域のみに必要十分な最小限の大きさで設けるのが望ましい。   As described above, in the MRAM element mixed package in which the MRAM element is mounted in a partial region in the semiconductor package, if the magnetic shield layer is provided only in the area occupied by the MRAM element 30, the size of the magnetic shield layer is reduced to one side. Can be made 15 mm or less, preferably 10 mm or less, and the magnetic saturation of the magnetic shield layer can be effectively suppressed to exhibit a sufficient magnetic shield effect. On the other hand, as shown in the above-mentioned Patent Document 2 (US Pat. No. 5,939,772), when a magnetic shield layer is provided on the entire upper and / or lower part of the package, the size exceeds 15 mm per side, and the magnetic shield layer Magnetic shield performance deteriorates due to the magnetic saturation phenomenon at the center. Therefore, it is desirable to provide the magnetic shield layer with a minimum and sufficient size only in the area occupied by the MRAM element 30.

一方、放熱の観点から考慮すると、MRAM素子において発生した熱は、すみやかにMRAMパッケージの表面全体に均一に分散させ、放熱面積を増やすことで効率よくパッケージから放散させることが必要になる。   On the other hand, from the viewpoint of heat dissipation, it is necessary to dissipate heat from the package efficiently by quickly dispersing the heat generated in the MRAM element uniformly over the entire surface of the MRAM package and increasing the heat dissipation area.

そこで、MRAM素子混載パッケージでは、図5(a)のように、磁気シールド層34及び35は、MRAM素子30の占有面積領域のみに設ける一方、ヒートスプレッダ45及び46は、モールドしたMRAMパッケージの上面及び下面の略全面に設けるのがよい。   Therefore, in the MRAM element mixed package, as shown in FIG. 5A, the magnetic shield layers 34 and 35 are provided only in the area occupied by the MRAM element 30, while the heat spreaders 45 and 46 are formed on the upper surface of the molded MRAM package. It is good to provide on substantially the entire lower surface.

また、全体の厚さを抑えるには、図5(b)に示すように、MRAM素子30の占有面積領域のみを覆う磁気シールド層34とヒートスプレッダ47とを予め板状に一体成形した成形体を用意し、これをパッケージに貼り付けてもよい。なお、この成形体において、磁気シールド層34の表面は、露出していてもよいし、図5(b)に示すようにヒートスプレッダ47によって被覆されていてもよい。例えば、ヒートスプレッダ47がセラミックスである場合、磁気シールド層34の放射率が約0.2以下であるのに対し、ヒートスプレッダ47の放射率は0.6〜0.7でずっと大きいので、磁気シールド層34の表面を薄く覆うだけで、放射伝熱特性を改善することができる。   Further, in order to suppress the overall thickness, as shown in FIG. 5B, a molded body in which the magnetic shield layer 34 and the heat spreader 47 covering only the area occupied by the MRAM element 30 are integrally formed in advance in a plate shape. It may be prepared and affixed to the package. In this molded body, the surface of the magnetic shield layer 34 may be exposed, or may be covered with a heat spreader 47 as shown in FIG. For example, when the heat spreader 47 is made of ceramics, the emissivity of the magnetic shield layer 34 is about 0.2 or less, whereas the emissivity of the heat spreader 47 is 0.6 to 0.7, which is much larger. The radiant heat transfer characteristics can be improved by simply covering the surface of 34 thinly.

ここでヒートスプレッダ45〜47がはたすべき第1の役割は、MRAM素子において発生した熱をすみやかにMRAMパッケージの表面全体に均一に分散させることであるから、その材料は、熱伝導性に優れた金属や高熱伝導性セラミックスがよく、具体的には実施の形態1に挙げた材料がよい。また、ヒートスプレッダ45〜47の表面は、実施の形態1に前述したと同様に、空気との接触面積を増やし、空気層の対流を促して、空気層へ放散される熱を増やす上で好都合な形状であるのが望ましく、例えば、表面に多数の溝が平行或いは格子状に形成されているものや、多数の凹凸や孔が形成された多孔質状の表面を有するもの等がよい。また、後述するように、表面に放射伝熱に優れた熱輻射塗料等が塗布されているのもよい。   Here, the first role that the heat spreaders 45 to 47 should play is to quickly disperse the heat generated in the MRAM element uniformly over the entire surface of the MRAM package, so that the material is a metal having excellent thermal conductivity. And high thermal conductive ceramics, specifically, the materials described in Embodiment 1 are preferable. Further, the surfaces of the heat spreaders 45 to 47 are advantageous in increasing the contact area with the air, promoting the convection of the air layer, and increasing the heat dissipated into the air layer, as described in the first embodiment. The shape is desirable, and for example, one having a large number of grooves formed in parallel or in a lattice shape on the surface, or one having a porous surface on which many irregularities and holes are formed is preferable. Further, as will be described later, a heat radiation coating or the like excellent in radiant heat transfer may be applied to the surface.

MRAM素子混載パッケージは、上記のような構造を取ることにより、良好な磁気シールド性能と放熱性能を共に実現することができる。   By adopting the structure as described above, the MRAM element mixed package can achieve both good magnetic shielding performance and heat dissipation performance.

実施の形態4
図7(a)は、実施の形態4に基づくMRAMパッケージを例示する概略断面図である。このMRAMパッケージでは、磁気シールド層34と35がパッケージの上下両面に設けられ、上側の磁気シールド層34には、実施の形態1と同様にヒートスプレッダ41が設けられ、更に、その表面に熱輻射塗料の塗布によって熱輻射材コーティング層48が形成されている。
Embodiment 4
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating an MRAM package based on the fourth embodiment. In this MRAM package, magnetic shield layers 34 and 35 are provided on the upper and lower surfaces of the package, the upper magnetic shield layer 34 is provided with a heat spreader 41 as in the first embodiment, and a thermal radiation paint is provided on the surface thereof. The heat radiation material coating layer 48 is formed by the application of.

前述したように、パッケージの表面からは、パッケージ表面に接している空気層に伝えられた熱が空気の対流によって運び去られる対流伝熱による放熱と、パッケージの表面から輻射される赤外線の形で熱が放出される放射伝熱による放熱とが行われる。パッケージの表面温度が室温に比べてそれほど高くない場合は、対流伝熱による放熱が支配的であるが、熱輻射による放熱量は、環境温度との温度差が大きくなるほど急激に大きくなるため、温度が高くなるにつれて放射伝熱の寄与が大きくなる。   As described above, from the package surface, heat transferred to the air layer in contact with the package surface is dissipated by convective heat transfer that is carried away by air convection, and infrared rays are radiated from the package surface. Heat release by radiant heat transfer from which heat is released is performed. If the surface temperature of the package is not so high compared to room temperature, heat dissipation by convective heat transfer is dominant, but the amount of heat released by thermal radiation increases rapidly as the temperature difference from the ambient temperature increases. As the value increases, the contribution of radiant heat transfer increases.

熱輻射による放熱量は、温度のほかに、放熱面積と放射率に比例して大きくなる。しかし、金属のような光沢を持つ材料は、放射率が0.02〜0.3程度とかなり小さい。そこで、本実施の形態では、磁気シールド層34やヒートスプレッダ41の表面の放射率を高めてやることにより、放射伝熱による放熱を促進する。   The amount of heat released by thermal radiation increases in proportion to the heat dissipation area and emissivity, in addition to temperature. However, a material having luster such as metal has a very low emissivity of about 0.02 to 0.3. Therefore, in the present embodiment, by increasing the emissivity of the surfaces of the magnetic shield layer 34 and the heat spreader 41, heat dissipation by radiant heat transfer is promoted.

図7(a)には、ヒートスプレッダ41の表面に熱輻射塗料を塗布して熱輻射材コーティング層48を形成した例を示した。これ以外の方法として、例えば、ヒートスプレッダがアルミニウムからなる場合には、黒アルマイト処理をすることにより放射率を高めることができる。また、市販のスプレー塗料などを熱輻射塗料の代わりに用いてもよい。   FIG. 7A shows an example in which the heat radiating material coating layer 48 is formed by applying a heat radiating paint to the surface of the heat spreader 41. As another method, for example, when the heat spreader is made of aluminum, the emissivity can be increased by performing black alumite treatment. A commercially available spray paint or the like may be used instead of the heat radiation paint.

なお、熱輻射塗料の塗膜が厚くなりすぎると、熱輻射塗料は熱伝導率が低いため、かえって熱の放散が低下する可能性がある。従って、塗膜の厚さは10μm〜100μmの範囲内とすることが望ましい。これは、下記の例でも同様である。   If the coating film of the heat radiation paint becomes too thick, the heat radiation paint has a low thermal conductivity, so that heat dissipation may be reduced. Accordingly, the thickness of the coating film is desirably in the range of 10 μm to 100 μm. The same applies to the following examples.

図7(b)は、磁気シールド層34と35をパッケージの上下両面に設け、上側の磁気シールド層34にヒートスプレッダ41を設けず、直接、磁気シールド層34の表面に熱輻射塗料を塗布して熱輻射材コーティング層48を設けた例である。これは、パッケージが厚くなりすぎるなどの理由でヒートスプレッダ41を設けない場合に適用できる構造である。この処理によって、磁気シールド層34の放射率を0.2程度から0.9程度まで改善することができる。磁気シールド層34の熱伝導率は、14〜40W/mk程度と樹脂パッケージの熱伝導率より高いため,磁気シールド層34はヒートスプレッダの役割を果たしつつ、放射率が改善されることによって優れた放射伝熱材の役割をも果たし、総合的に放熱効率が高まることになる。   In FIG. 7B, the magnetic shield layers 34 and 35 are provided on the upper and lower surfaces of the package, the heat spreader 41 is not provided on the upper magnetic shield layer 34, and a heat radiation coating is directly applied to the surface of the magnetic shield layer 34. This is an example in which a thermal radiation material coating layer 48 is provided. This is a structure that can be applied when the heat spreader 41 is not provided because the package becomes too thick. By this treatment, the emissivity of the magnetic shield layer 34 can be improved from about 0.2 to about 0.9. Since the thermal conductivity of the magnetic shield layer 34 is about 14 to 40 W / mk, which is higher than the thermal conductivity of the resin package, the magnetic shield layer 34 functions as a heat spreader, and has excellent radiation by improving the emissivity. It also plays the role of a heat transfer material, increasing the overall heat dissipation efficiency.

図示は省略するが、実施の形態1〜3で説明した、ヒートスプレッダ41、45〜47や、磁気シールド層34、35の表面に熱輻射塗料を塗布して熱輻射材コーティング層48を設けてもよい。   Although illustration is omitted, the heat radiating material coating layer 48 may be provided by applying a heat radiating paint on the surfaces of the heat spreaders 41, 45 to 47 and the magnetic shield layers 34 and 35 described in the first to third embodiments. Good.

図8は、実施の形態4に基づくMRAMパッケージの他の例を示す概略断面図である。このMRAMパッケージでは、磁気シールド層がパッケージの上下両面に設けられているが、磁気シールド層が表面に凹凸をもつ磁気シールド層36である場合(a)、又は網状、スリット状等の貫通孔をもつ磁気シールド層37である場合(b)であり、共にその表面に熱輻射塗料が塗布され、熱輻射材コーティング層48が形成されている。   FIG. 8 is a schematic sectional view showing another example of the MRAM package based on the fourth embodiment. In this MRAM package, the magnetic shield layers are provided on both the upper and lower surfaces of the package. However, when the magnetic shield layer is the magnetic shield layer 36 having irregularities on the surface (a), or through holes such as nets and slits are provided. In the case (b), the surface of the magnetic shield layer 37 is coated with a heat radiation paint to form a heat radiation material coating layer 48.

このような形状の磁気シールド層36又は37は、その周辺端部のみならず凹凸や貫通孔の部分での形状異方性によって、外部印加磁界に対する反磁界が発生し、磁気飽和し難く、高特性のシールド効果を有するものとなる。このような形状の磁気シールド層は、磁気シールドにとって最も効果的な形状、サイズに作製しておき、これをパッケージに粘着材等で容易に固定することができる。   The magnetic shield layer 36 or 37 having such a shape generates a demagnetizing field with respect to an externally applied magnetic field due to shape anisotropy not only at the peripheral end portion but also at the concave and convex portions and the through-hole portion, and is not easily saturated. It has a characteristic shielding effect. The magnetic shield layer having such a shape can be prepared in the most effective shape and size for the magnetic shield, and can be easily fixed to the package with an adhesive or the like.

また、表面積が大きくなることから、対流伝熱及び放射伝熱による放熱の効果も高まることになる。更に、その表面に熱輻射材コーティング層48が形成されているため、放射率を0.2程度から0.9程度まで改善することができ、放射伝熱による放熱が改善される。   Moreover, since the surface area is increased, the effect of heat dissipation by convective heat transfer and radiant heat transfer is also enhanced. Furthermore, since the thermal radiation material coating layer 48 is formed on the surface, the emissivity can be improved from about 0.2 to about 0.9, and the heat radiation by radiant heat transfer is improved.

実施の形態5
上述した実施の形態1〜4では、パッケージの表面に接して磁気シールド層を設け、その外側にヒートスプレッダを設けているが、本実施の形態では、逆に、パッケージの表面に接してヒートスプレッダを設け、その外側に磁気シールド層を設ける例を説明する。
Embodiment 5
In the first to fourth embodiments described above, the magnetic shield layer is provided in contact with the surface of the package and the heat spreader is provided on the outside thereof. However, in the present embodiment, the heat spreader is provided in contact with the surface of the package. An example in which a magnetic shield layer is provided on the outer side will be described.

このように配置すると、熱伝導性に優れたヒートスプレッダが熱の発生源により近い位置に設けられるため、熱を分散させるヒートスプレッダの作用がより有効に発揮される利点がある。また、実施の形態3で前述したように、磁気シールド層の大きさは、磁気シールド効果を高めるために制限されることがあるが、ヒートスプレッダにはそのような制限がないため、上記のように配置すると、より作製しやすい形状になる場合がある。   When arranged in this manner, the heat spreader having excellent thermal conductivity is provided at a position closer to the heat generation source, and thus there is an advantage that the action of the heat spreader that dissipates heat is more effectively exhibited. Further, as described above in the third embodiment, the size of the magnetic shield layer may be limited in order to enhance the magnetic shield effect. However, since the heat spreader has no such limitation, as described above. When arranged, the shape may be easier to manufacture.

図9は、実施の形態3で説明したMRAM素子30が他の素子39と混載されたSIPに本実施の形態を適用し、パッケージの上下両面の略全面にヒートスプレッダ45及び46を設け、その上のMRAM素子30が搭載されている領域の上部および下部にのみ磁気シールド層34及び35を設けた例である。   FIG. 9 shows a case where the present embodiment is applied to a SIP in which the MRAM element 30 described in the third embodiment is mixedly mounted with other elements 39, and heat spreaders 45 and 46 are provided on substantially the entire upper and lower surfaces of the package. This is an example in which the magnetic shield layers 34 and 35 are provided only in the upper and lower portions of the region where the MRAM element 30 is mounted.

ヒートスプレッダ45及び46の材料としては、前述の例と同様、熱伝導性に優れた金属や高熱伝導性セラミックスがよいが、銅やアルミニウムを用いて作製する場合には、めっきや蒸着等の方法を用いて形成することもできる。   As the material of the heat spreaders 45 and 46, as in the above example, a metal having excellent thermal conductivity or a high thermal conductive ceramic is preferable. However, in the case of manufacturing using copper or aluminum, a method such as plating or vapor deposition is used. It can also be formed.

ヒートスプレッダの厚さは、厚ければ厚いほど熱を分散させる効果は優れるものの、磁気シールド層のシールド効果に悪影響を与えない範囲に抑えなければならない。そこで、適切な磁気シールド層の間隔を明らかにするため、下記のような検討を行った。   The thickness of the heat spreader must be limited to a range that does not adversely affect the shielding effect of the magnetic shield layer, although the heat spreading effect is better as the thickness is larger. Therefore, in order to clarify an appropriate interval between the magnetic shield layers, the following examination was performed.

即ち、既に図6(a)を用いて説明したように、1組の磁気シールド層51と52を対向させて配置し、外部磁界を印加して、内部空間53に侵入する磁界強度を測定した。この際、1辺の長さを15mmに固定したまま、磁気シールド層の間隔dを変化させ、そのときの磁界強度の変化を測定し、図10に示す結果を得た。実験は、磁気シールド層51と52はFe-Co-V合金で形成し、磁気シールド層の厚さは200μm、外部印加磁界強度は500Oeとして行った。   That is, as already described with reference to FIG. 6A, a pair of magnetic shield layers 51 and 52 are arranged to face each other, an external magnetic field is applied, and the magnetic field strength entering the internal space 53 is measured. . At this time, the distance d between the magnetic shield layers was changed while the length of one side was fixed at 15 mm, and the change in the magnetic field strength at that time was measured, and the result shown in FIG. 10 was obtained. In the experiment, the magnetic shield layers 51 and 52 were formed of an Fe—Co—V alloy, the thickness of the magnetic shield layer was 200 μm, and the externally applied magnetic field strength was 500 Oe.

図10に示す結果から、パッケージの上下両面に配置する2つの磁気シールド層34−35間の間隔が3.0mmを超えると、内部に侵入する磁界強度が急激に大きくなり、MRAMの許容磁界強度である20Oeを超えてしまうこと、従って、1辺が15mmの磁気シールド層を形成する場合には、1組の磁気シールド層の間隔を3mm以下に抑えることが必要であることがわかる。   From the results shown in FIG. 10, when the distance between the two magnetic shield layers 34-35 disposed on the upper and lower surfaces of the package exceeds 3.0 mm, the magnetic field strength entering the inside increases rapidly, and the allowable magnetic field strength of the MRAM is increased. Therefore, when forming a magnetic shield layer having one side of 15 mm, it is necessary to suppress the distance between the pair of magnetic shield layers to 3 mm or less.

以上から、ヒートスプレッダ45及び46を磁気シールド層34及び35の内側に装着する際には、ヒートスプレッダの厚さを、磁気シールド層の間隔が3mmを超えないようにすることが望ましい。   From the above, when the heat spreaders 45 and 46 are mounted inside the magnetic shield layers 34 and 35, it is desirable that the thickness of the heat spreader is such that the interval between the magnetic shield layers does not exceed 3 mm.

図11は、磁気シールド層が表面に凹凸をもつ磁気シールド層36である場合(a)、又は網状、スリット状等の貫通孔をもつ磁気シールド層37である場合(b)に本実施の形態を適用したMRAMパッケージの概略断面図である。図示は省略したが、実施の形態4と同様、磁気シールド層36及び37の表面には、熱輻射塗料を塗布して熱輻射材コーティング層48を形成するのもよい。   FIG. 11 shows the present embodiment when the magnetic shield layer is a magnetic shield layer 36 having irregularities on the surface (a), or when the magnetic shield layer 37 is a magnetic shield layer 37 having a net-like or slit-like through hole (b). It is a schematic sectional drawing of the MRAM package to which is applied. Although illustration is omitted, as in the fourth embodiment, a heat radiation coating layer 48 may be formed on the surfaces of the magnetic shield layers 36 and 37 by applying a heat radiation paint.

以下、本発明の好ましい実施例として、図12(C)に示すように、MRAM素子を含むSIPのようなマルチチップモジュール(MCM)に磁気シールド層34及び35と熱輻射材コーティング層48とを設け、放熱効果および磁気遮蔽効果を調べた例を説明する。   Hereinafter, as a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12 (C), a magnetic multi-chip module (MCM) including an MRAM element is provided with magnetic shield layers 34 and 35 and a heat radiation material coating layer 48. An example in which the heat dissipation effect and the magnetic shielding effect are examined will be described.

MCMの大きさは、縦横各30mm、厚さ3.5mmであり、内部中央位置にMRAMを設けた。その上面と下面の中央に、MRAMをサンドウィッチ状に挟むように、Fe-Siからなる磁気シールド層34及び35を設けた。その大きさは、縦横各14mm、厚さ350μmである。磁気シールド層34及び35の表面には、熱輻射塗料を塗布し、熱輻射材コーティング層48を形成した。図12(A)、(B)には比較試料を示した。   The size of the MCM was 30 mm in length and width, and the thickness was 3.5 mm, and an MRAM was provided at the center position inside. Magnetic shield layers 34 and 35 made of Fe—Si were provided at the center between the upper and lower surfaces so as to sandwich the MRAM in a sandwich shape. Its size is 14 mm in length and width, and 350 μm in thickness. A heat radiation coating was applied to the surfaces of the magnetic shield layers 34 and 35 to form a heat radiation material coating layer 48. 12A and 12B show comparative samples.

図12には、MCMにおけるMRAMの消費電力と室温からの温度上昇度との関係をグラフで示す。測定は、A.MCMのみの場合、B.MCMの上下の面に磁気シールド層34及び35を設けた場合、C.Bの磁気シールド層34及び35の表面に熱輻射材コーティング層48を形成した場合の3つの状態で行った。温度測定位置60は、AではMCMの上面の中心部、Bでは磁気シールド層34の上面の中心部、Cでは熱輻射材コーティング層48が形成された磁気シールド層34の上面の中心部である。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the power consumption of the MRAM in the MCM and the temperature rise from room temperature. The measurement was performed according to A. For MCM only, B. When the magnetic shield layers 34 and 35 are provided on the upper and lower surfaces of the MCM, C.I. The test was performed in three states when the heat radiation material coating layer 48 was formed on the surfaces of the B magnetic shield layers 34 and 35. The temperature measurement position 60 is the center of the upper surface of the MCM in A, the center of the upper surface of the magnetic shield layer 34 in B, and the center of the upper surface of the magnetic shield layer 34 on which the thermal radiation coating layer 48 is formed in C. .

図12に示すように、消費電力が同じであれば、室温からの温度上昇度は、いずれの消費電力でもA>B>Cであった。Aに比べBの温度上昇度が低い一因は、MRAMからの熱が、熱伝導性のよいFe-Si磁気シールド層34によって分散されたためと考えられ、磁気シールド層自体が放熱手段の一部として機能し得ることを示している。Bに比べCの温度上昇度が低い原因は、熱輻射材コーティング層48によって放射伝熱による放熱が促進された結果であると考えられる。   As shown in FIG. 12, if the power consumption is the same, the degree of temperature increase from room temperature is A> B> C at any power consumption. One reason why the temperature rise of B is lower than that of A is considered to be that the heat from MRAM is dispersed by the Fe—Si magnetic shield layer 34 having good thermal conductivity, and the magnetic shield layer itself is part of the heat dissipation means. It can function as. The reason why the temperature rise of C is lower than that of B is considered to be the result of the heat radiation material accelerating the heat radiation by the radiant heat transfer.

図13は、消費電力を1.0Wに固定して種々の放熱手段を組み合わせた場合の温度上昇度を相互に比較したものである。図13から、磁気シールド層と、ヒートスプレッダや熱輻射材コーティング層等の放熱手段とを組み合わせることで、十分な放熱効果を期待できることがわかった。特に、放熱手段の採用によって、磁気シールド層を常にキュリー温度以下に維持して、その磁気特性を保持することができる。   FIG. 13 is a comparison of the degree of temperature rise when power consumption is fixed at 1.0 W and various heat dissipation means are combined. From FIG. 13, it was found that a sufficient heat radiation effect can be expected by combining the magnetic shield layer and heat radiation means such as a heat spreader or a heat radiation material coating layer. In particular, by adopting the heat radiation means, the magnetic shield layer can always be kept below the Curie temperature and its magnetic characteristics can be maintained.

図14は、MCMにおける内部磁界の実測値を示すグラフである。Fe-Si磁気シールド層34及び35の大きさは、縦横各14mm、厚さ135μm(図14(a))または270μm(図14(b))であり、外部印加磁界は100Oeである。いずれの場合でも、外部磁界は、端部から4mmほど内部に入ったところまでは侵入するが、左端からの距離4〜10mmの領域では磁界は十分小さく抑えられており、通常のMRAM素子の大きさが縦横各5mm程度であることを考慮すると、十分良好なシールド特性が得られたと考えられる。なお、磁気シールド層の両端には磁束が集中するため、両端部では100Oe以上の磁界が測定される。   FIG. 14 is a graph showing measured values of the internal magnetic field in the MCM. The Fe—Si magnetic shield layers 34 and 35 are 14 mm in length and width, 135 μm in thickness (FIG. 14A) or 270 μm (FIG. 14B), and the externally applied magnetic field is 100 Oe. In any case, the external magnetic field penetrates to the inside of about 4 mm from the end, but the magnetic field is sufficiently small in the region of distance of 4 to 10 mm from the left end, which is the size of a normal MRAM element. Considering that the length is about 5 mm each in length and width, it is considered that sufficiently good shield characteristics were obtained. Since magnetic flux concentrates at both ends of the magnetic shield layer, a magnetic field of 100 Oe or more is measured at both ends.

上述した本発明の実施の形態並びに実施例によれば、大きな外部磁界に対してMRAM素子を磁気的に遮蔽して保護しつつ、放熱効率を高めることができる。本発明を用いることにより、MRAM素子が適用される環境からの磁界に対して問題なく動作保障のできる環境を提供することが可能であり、また、磁気シールド層および放熱手段の装着・設置が容易であることから、シールドおよび放熱材に関する実装過程を簡易化することが可能となる。また、SIP或いはSOCなどの実装形態にも適用できるため、MRAMの使用される環境下の大部分で応用可能な技術である。   According to the embodiments and examples of the present invention described above, it is possible to increase the heat radiation efficiency while magnetically shielding and protecting the MRAM element against a large external magnetic field. By using the present invention, it is possible to provide an environment in which operation can be ensured without problems with respect to a magnetic field from an environment to which an MRAM element is applied, and it is easy to mount and install a magnetic shield layer and a heat dissipation means. Therefore, it is possible to simplify the mounting process regarding the shield and the heat dissipation material. In addition, since the present invention can be applied to a mounting form such as SIP or SOC, it is a technique applicable to most of the environments where the MRAM is used.

以上、本発明を実施の形態並びに実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   Although the present invention has been described based on the embodiments and examples, it is needless to say that the present invention is not limited to these examples and can be appropriately changed without departing from the gist of the invention. .

例えば、上述の高飽和磁化材料の組成、種類、磁気シールド層の厚さや配置、MRAMの構造等は様々に変化させてよい。   For example, the composition and type of the above-described highly saturated magnetization material, the thickness and arrangement of the magnetic shield layer, the structure of the MRAM, and the like may be variously changed.

また、本発明はMRAMに好適であるが、磁化可能な磁性層を有するメモリ素子からなる他の磁気メモリ装置にも適用可能である。   The present invention is suitable for an MRAM, but can also be applied to other magnetic memory devices including a memory element having a magnetizable magnetic layer.

MRAMは、高速かつ不揮発性の大容量メモリとしてユビキタス時代に必要不可欠なものであると考えられており、あらゆる電子装置、とりわけ、高速化、低消費電力化、高集積化などの、一層の高性能化が要求されている情報通信機器、特に携帯端末などの個人用小型機器に好適である。   MRAM is considered to be indispensable in the ubiquitous era as a high-speed and non-volatile large-capacity memory, and it is considered that all electronic devices, in particular, higher speed, lower power consumption, higher integration, etc. It is suitable for information communication equipment for which performance enhancement is required, particularly for personal small equipment such as a portable terminal.

本発明は、MRAM素子等の磁化可能な磁性層を有するメモリ素子を外部磁界から磁気的に遮蔽して保護する磁気シールド層と、放熱効率を高めた放熱手段とを簡易に設置することを可能にする、MRAM素子等の実用化に欠かせない技術の発明である。また、SIPやSOCなどの実装形態にも適用できるため、MRAMの使用される環境下の大部分で応用可能な技術であり、電子機器の小型化や軽量化にも貢献する。   The present invention makes it possible to easily install a magnetic shield layer that magnetically shields and protects a memory element having a magnetizable magnetic layer such as an MRAM element from an external magnetic field, and a heat dissipation means with improved heat dissipation efficiency. This is an invention of a technology indispensable for practical use of an MRAM element or the like. In addition, since it can be applied to mounting forms such as SIP and SOC, it is a technology that can be applied to most of the environments where the MRAM is used, and contributes to the reduction in size and weight of electronic devices.

本発明の実施の形態1に基づく、MRAMパッケージの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the MRAM package based on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に基づく、MRAMパッケージの実装形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mounting form of the MRAM package based on Embodiment 2 of this invention. 同、MRAMパッケージの他の実装形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other mounting form of an MRAM package equally. 本発明の実施の形態3に基づく、MRAMパッケージの平面図である。It is a top view of the MRAM package based on Embodiment 3 of this invention. 同、MRAMパッケージの概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of the MRAM package. FIG. 同、2つの磁気シールド層で挟まれた内部空間の磁界強度を測定する際の概略断面図(a)と、磁気シールド層の大きさと、外部印加磁界の侵入によって生じる内部磁界強度との関係を示すグラフ(b)である。The relationship between the schematic cross-sectional view (a) when measuring the magnetic field strength of the internal space sandwiched between the two magnetic shield layers, the size of the magnetic shield layer, and the internal magnetic field strength caused by the penetration of the externally applied magnetic field. It is a graph (b) shown. 本発明の実施の形態4に基づく、MRAMパッケージの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the MRAM package based on Embodiment 4 of this invention. 同、MRAMパッケージの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of an MRAM package same as the above. 本発明の実施の形態5に基づく、MRAMパッケージの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the MRAM package based on Embodiment 5 of this invention. 同、磁気シールド層間の間隔の大きさと、外部印加磁界の侵入によって生じた内部磁界強度との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the size of the gap between magnetic shield layers and the internal magnetic field strength generated by the penetration of an externally applied magnetic field. 同、MRAMパッケージの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of an MRAM package same as the above. 本発明の実施例のMCMにおける、消費電力と温度上昇度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between power consumption and the temperature rise degree in MCM of the Example of this invention. 同、放熱手段の組み合わせと温度上昇度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the combination of a thermal radiation means, and a temperature rise degree similarly. 同、外部印加磁界の侵入によって生じた内部磁界強度の実測値を示すグラフである。It is a graph which shows the actual value of the internal magnetic field intensity produced by penetration | invasion of the externally applied magnetic field similarly. MRAMのTMR素子の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the TMR element of MRAM. MRAMのメモリセル部の一部の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of a part of the memory cell portion of the MRAM. MRAMのメモリセルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the memory cell of MRAM. MRAMの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of MRAM. MRAMの書き込み時の磁界応答特性図である。It is a magnetic field response characteristic figure at the time of writing of MRAM. MRAMの読み出し動作原理図である。It is a read operation principle diagram of MRAM.

符号の説明Explanation of symbols

1…トップコート層、2…記憶層、3…トンネルバリア層、4…第1の磁化固定層、
5…反強磁性結合層、6…第2の磁化固定層、7…反強磁性体層、8…下地層、
9…支持基板、10…メモリセル(TMR素子)、11…ビット線、
12…書き込み用ワード線、13…シリコン基板、14…ウェル領域、
15…ゲート絶縁膜、16…ゲート電極、17…ソース領域、18…ドレイン領域、
19…読み出し用電界効果トランジスタ(選択用トランジスタ)、20…ソース電極、
21…センスライン、21b…センスアンプ、22…読み出し用配線、
23…ドレイン電極、24…ワード線電流駆動回路、25…ビット線電流駆動回路、
26…磁化固定層、30…MRAM素子(TMR素子内蔵)、31…外部リード、
32…ダイパッド、33…封止材、34、35…磁気シールド層、
36…凹凸をもつ磁気シールド層、37…貫通孔をもつ磁気シールド層、
38…実装基板、39…他の素子、
41、42、44〜47…ヒートスプレッダ、43…サーマルビア、
48…熱輻射材コーティング層、51、52…磁気シールド層、
53…内部空間、54…ガウスメータ、60…温度測定位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Topcoat layer, 2 ... Memory layer, 3 ... Tunnel barrier layer, 4 ... 1st magnetization fixed layer,
5 ... antiferromagnetic coupling layer, 6 ... second magnetization fixed layer, 7 ... antiferromagnetic material layer, 8 ... underlayer,
9 ... support substrate, 10 ... memory cell (TMR element), 11 ... bit line,
12 ... word line for writing, 13 ... silicon substrate, 14 ... well region,
15 ... Gate insulating film, 16 ... Gate electrode, 17 ... Source region, 18 ... Drain region,
19: Read-out field effect transistor (selection transistor), 20: Source electrode,
21... Sense line, 21 b... Sense amplifier, 22.
23 ... Drain electrode, 24 ... Word line current drive circuit, 25 ... Bit line current drive circuit,
26 ... Magnetization fixed layer, 30 ... MRAM element (embedded TMR element), 31 ... External lead,
32 ... Die pad, 33 ... Sealing material, 34, 35 ... Magnetic shield layer,
36 ... Magnetic shield layer having irregularities, 37 ... Magnetic shield layer having through holes,
38 ... mounting substrate, 39 ... other elements,
41, 42, 44 to 47 ... heat spreader, 43 ... thermal via,
48 ... thermal radiation material coating layer, 51, 52 ... magnetic shield layer,
53 ... Internal space, 54 ... Gauss meter, 60 ... Temperature measurement position

Claims (14)

磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリが封止材によって封止されており、
前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層と、少なくとも前記メモリ 素子が発する熱を放散する放熱手段との接合体を有し、
前記接合体が前記封止材の表面に接して設けられている、
磁気メモリ装置。
A magnetic random access memory including a memory element in which a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction is stacked is sealed with a sealing material,
A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element; and a joined body of at least heat radiating means for radiating heat generated by the memory element;
The joined body is provided in contact with the surface of the sealing material,
Magnetic memory device.
磁化可能な磁性層を有するメモリ素子が封止材によって封止されており、
前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層と、少なくとも前記メモリ 素子が発する熱を放散する放熱手段との接合体を有し、
前記接合体が前記封止材の表面に接して設けられている、
磁気メモリ装置。
A memory element having a magnetizable magnetic layer is sealed with a sealing material,
A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element; and a joined body of at least heat radiating means for radiating heat generated by the memory element;
The joined body is provided in contact with the surface of the sealing material,
Magnetic memory device.
前記接合体が前記封止材の上面及び/又は下面に接して設けられている、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   The magnetic memory device according to claim 1, wherein the joined body is provided in contact with an upper surface and / or a lower surface of the sealing material. 前記磁気ランダムアクセスメモリ又は磁気メモリが他の素子と共に基体上に混載されて封止されており、前記メモリ素子が占める面積領域の上部及び/又は下部に少なくとも前記磁気シールド層が設けられている、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   The magnetic random access memory or the magnetic memory is mixed and sealed on a substrate together with other elements, and at least the magnetic shield layer is provided above and / or below the area area occupied by the memory element. The magnetic memory device according to claim 1. 前記放熱手段は、前記封止材の上面及び/又は下面の略全面に設けられている、請求項4に記載した磁気メモリ装置。   The magnetic memory device according to claim 4, wherein the heat radiating means is provided on substantially the entire upper surface and / or lower surface of the sealing material. 前記磁気シールド層の形状が、その対向辺間の距離が15mm以下の形状である、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   The magnetic memory device according to claim 1, wherein the magnetic shield layer has a shape in which a distance between opposite sides is 15 mm or less. 前記放熱手段は、熱伝導、対流伝熱、放射伝熱およびこれらの組み合わせの少なくとも1つによる熱の放散を促進する材料及び/又は形状からなる、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   3. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the heat radiating means is made of a material and / or shape that promotes heat dissipation by at least one of heat conduction, convection heat transfer, radiation heat transfer, and a combination thereof. 前記放熱手段は、金属又は高熱伝導性セラミックス又は熱輻射塗料からなる、請求項7に記載した磁気メモリ装置。   The magnetic memory device according to claim 7, wherein the heat radiating means is made of metal, high thermal conductive ceramics, or thermal radiation paint. 前記磁気シールド層を形成する軟磁性材料が、Fe、Co及びNiのうち少なくとも1種を含む高飽和磁化、高透磁率の軟磁性体からなる、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   3. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the soft magnetic material forming the magnetic shield layer is made of a soft magnetic material having high saturation magnetization and high permeability including at least one of Fe, Co, and Ni. 前記磁気シールド層が、平坦な若しくは凹凸のある膜状又は板状、或いは網目又はスリット等の貫通孔のある形状をなしている、請求項1又は2に記載した磁気メモリ装置。   3. The magnetic memory device according to claim 1, wherein the magnetic shield layer has a flat or uneven film shape or plate shape, or a shape having a through-hole such as a mesh or a slit. 前記磁化固定層と前記磁性層との間に絶縁体層又は導電体層が挟持され、前記メモリ素子の上面及び下面に設けられた配線にそれぞれ電流を流すことによって誘起される磁界で前記磁性層を所定方向に磁化して情報を書き込み、この書き込み情報を前記配線間でのトンネル磁気抵抗効果によって読み出すように構成された、請求項1に記載した磁気メモリ装置。   An insulator layer or a conductor layer is sandwiched between the magnetization pinned layer and the magnetic layer, and the magnetic layer is induced by a magnetic field induced by passing current through wirings provided on the upper surface and the lower surface of the memory element. The magnetic memory device according to claim 1, wherein information is written by magnetizing in a predetermined direction, and the written information is read by a tunnel magnetoresistive effect between the wirings. 請求項1〜11のいずれか1項に記載した磁気メモリ装置が実装基板に実装された構造であって、前記磁気シールド層及び/又は前記放熱手段が前記実装基板に接触している、磁気メモリ装置の実装構造。   A magnetic memory having a structure in which the magnetic memory device according to claim 1 is mounted on a mounting board, wherein the magnetic shield layer and / or the heat dissipation means are in contact with the mounting board. Device mounting structure. 前記実装基板を貫通して設けられたサーマルビアに、前記磁気シールド層及び/又は前記放熱手段が接触している、請求項12に記載した磁気メモリ装置の実装構造。   The mounting structure of the magnetic memory device according to claim 12, wherein the magnetic shield layer and / or the heat radiating means are in contact with a thermal via provided through the mounting substrate. 前記磁気メモリ装置とは反対側の前記実装基板の面に、前記サーマルビアに接続された放熱手段が設けられている、請求項13に記載した磁気メモリ装置の実装構造。   The mounting structure for a magnetic memory device according to claim 13, wherein a heat radiating means connected to the thermal via is provided on a surface of the mounting substrate opposite to the magnetic memory device.
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