專利名稱：Mram器件及其裝配方法
MRAM器件及其裝配方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件封裝，以及更具體地涉及磁屏蔽的半導(dǎo)體器件封裝。在各種半導(dǎo)體器件中使用磁性材料，例如磁單元存儲器和磁場傳感器。正在探索磁隨機存取存儲器(MRAM)器件用作非易失性固態(tài)存儲器器件用于嵌入的和獨立的應(yīng)用。通常，MRAM器件利用存儲器單元內(nèi)的磁性材料來存儲數(shù)據(jù)位。在除了施加的寫入場之外還存在雜散電磁場或者外部施加的電磁場的情況下，MRAM器件可能會出現(xiàn)錯誤。上述雜散場可以來源于包括其他電子器件的各種源，例如計算機、顯示器等等，以及可能具有足夠的幅值，從而甚至在沒有寫入場的情況下轉(zhuǎn)變一個或更多個存儲器單元的邏輯狀態(tài)。一種保護(hù)MRAM器件免受外界環(huán)境影響的方法是在所述器件周圍利用環(huán)氧材料的封裝或者轉(zhuǎn)印模塑熱塑性樹脂。然而，環(huán)氧或者塑料封裝無法提供對于輻射(例如EMI或者RFI)的有效屏蔽。其他系統(tǒng)使用磁屏蔽材料來將器件與磁場屏蔽。圖I示出了具有MRAM管芯12的現(xiàn)有的球柵陣列封裝10的剖視圖。MRAM管芯12連附并且電氣地耦合到具有線路16的襯底14。利用公知的線接合方法，線路16被接合到襯底上的相應(yīng)襯墊18。磁屏蔽20連附到MRAM管芯12的頂表面。磁屏蔽20可以包括常規(guī)的Ni/Fe屏蔽，用于保護(hù)MRAM管芯12免受外部磁場的影響。例如環(huán)氧模塑化合物的封裝材料22覆蓋襯底14、MRAM管芯12和磁屏蔽20。封裝10還包括連附到襯底14的焊球22，用于提供外部電氣互連。然而，正如可以看出的，磁屏蔽20僅僅對于管芯12的一側(cè)提供保護(hù)，而另一側(cè)仍然是易受雜散磁波影響的。因此，需要提供一種具有增強的磁阻的半導(dǎo)體封裝。


通過舉例的方式示出了本發(fā)明，并且本發(fā)明不限于附圖，其中相同的參考標(biāo)號表明相同的部件。為了簡單和清楚起見而示出了附圖中的部件，其并不一定是按比例描繪的。例如，為了清晰起見，各層和區(qū)域的厚度可能被放大了。圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的放大的截面?zhèn)纫晥D；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導(dǎo)體器件的放大的截面?zhèn)纫晥D；圖3A-3K示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于形成半導(dǎo)體封裝的各步驟，其中圖3A示出了具有在中央布置的開口的襯底；圖3B示出了對襯底施加膠帶的步驟；圖3C示出了將第一磁屏蔽配置在襯底開口內(nèi)的步驟；圖3D示出了通過粘合劑將第一磁屏蔽連接到襯底的步驟；圖3E示出了固化粘合劑的步驟；圖3F示出了從襯底去除膠帶的步驟；圖3G示出了將半導(dǎo)體管芯連附到第一磁屏蔽的步驟；、
圖3H示出了將MRAM管芯電氣地連接襯底的步驟；圖31示出了將第二磁屏蔽連附到MRAM管芯的步驟；圖3J示出了將封裝材料分配到襯底上的步驟；以及圖3K示出了固化封裝材料和將焊球連附到襯底的步驟。
具體實施方式
此處公開了本發(fā)明的詳細(xì)的說明性實施例。然而，此處公開的具體結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)僅僅是示例性的，出于描述本發(fā)明的實例實施例的目的。此處使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，并非意在限制本發(fā)明。除非上下文另外清楚地指示，否則如此處使用的單數(shù)形式“一個”、“一種”、“所述”意在也包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解，此處使用的術(shù)語“包括”和/或“含有”指明了所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并未排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組的存在。本發(fā)明可以以多個可選形式實現(xiàn)，而不應(yīng)該被理解為僅僅局限于此處闡述的實施例。此外，此處使用的術(shù)語僅僅是為了描述具體實施例，而并不意圖限制本發(fā)明的示例實施例。如此處使用的，除非上下文清楚地另作說明，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”意圖是也包括復(fù)數(shù)形式。此外，將理解，術(shù)語“包括”、“包含”表明所陳述的特征、步驟或部件的存在，但是并不排除一個或更多個其他特征、步驟或部件的存在或者增加。還應(yīng)注意，在某些可選實現(xiàn)方式中，注明的功能/動作可以不按照圖中給出的順序出現(xiàn)。例如，取決于所涉及的功能/動作，連續(xù)示出的兩個圖實際上可以基本上同時執(zhí)行或者有時可以以相反的順序執(zhí)行。在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種裝配磁阻隨機存取存儲器(MRAM)器件的方法。所述方法包括提供襯底，在所述襯底中具有在中央安置的開口。將膠帶施加到所述襯底的第一主表面，將第一磁屏蔽配置到所述膠帶上和所述襯底開口內(nèi)。在所述第一磁屏蔽和所述襯底之間施加粘合劑，由此使得所述第一磁屏蔽連附到所述襯底。固化所述粘合劑。將半導(dǎo)體管芯連附到所述第一磁屏蔽的頂表面，利用線接合方法使用線路將所述MRAM管芯的接合襯墊電氣地連接到所述襯底的與所述第一主表面相反的第二主表面上的相應(yīng)襯墊。將第二磁屏蔽連附到所述MRAM管芯的頂表面。將封裝材料分配到所述襯底的所述第二主表面、所述MRAM管芯、所述第二磁屏蔽和所述第一磁屏蔽的頂表面的一部分上。隨后固化所述封裝材料，去除所述膠帶。隨后將焊球連附到所述襯底的所述第一主表面。在另一實施例中，本發(fā)明是一種根據(jù)上述方法裝配的MRAM器件?，F(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件30的放大的截面?zhèn)纫晥D。在該示例性實施例中，利用球柵陣列(BGA)表面安裝技術(shù)來制造半導(dǎo)體器件30。半導(dǎo)體器件30包括襯底32，在襯底32中具有在其中央設(shè)置的開口 34。襯底32可以包括雙馬來酰亞胺三嗪(BT)襯底，其通常用于球柵陣列(BGA)產(chǎn)品?？蛇x地，襯底可以包括金屬襯底，例如合金42或者鍍銅、鍍鋁、鍍塑等等。鍍材可以包括銅、銀或者多層鍍層，例如鎳-鈀和金。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，襯底32包括多層印刷線路板。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的，可以通過干蝕刻或者通過濕蝕刻來形成襯底開口 34。在開口 34內(nèi)配置第一磁屏蔽36。可以利用能夠屏蔽或者防止磁波從屏蔽的一側(cè)傳遞到另一側(cè)的任何材料來形成第一磁屏蔽36。在本發(fā)明的該示例性實施例中，第一磁屏蔽36是Ni/Fe金屬塊。第一磁屏蔽36通過例如環(huán)氧材料的粘合材料38連附到襯底32。半導(dǎo)體管芯40連附到第一磁屏蔽36的頂表面42并且電氣地耦合到襯底32。在本發(fā)明的該示例性實施例中，半導(dǎo)體管芯40包括磁阻隨機存取存儲器(MRAM)管芯。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，也可以使用用于實現(xiàn)需要磁屏蔽的其他電路的其他管芯?？梢岳霉苄具B附粘合劑(例如環(huán)氧樹脂或者合成橡膠)將MRAM管芯40連附到襯底。然而，可以使用其他適當(dāng)?shù)恼澈喜牧稀RAM管芯40和襯底32是公知的部件，并且因此其詳細(xì)說明和可能的可選實施例對于完全理解本發(fā)明來說并不是必不可少的。在本發(fā)明的該示例性實施例中，MRAM管芯40的接合襯墊利用線路46電氣地耦合到襯底32的相應(yīng)襯墊44。利用公知的線接合方法和公知的線接合設(shè)備，線路46被接合到MRAM管芯40的襯墊以及接合到襯底32上的相應(yīng)接觸襯墊44。線路46可以由例如鋁或者金的導(dǎo)電材料形成。第二磁屏蔽48連附到MRAM管芯40的頂表面50。在該示例性實施例中，第二磁屏蔽48也是Ni/Fe金屬塊。然而,對于第一和第二磁屏蔽36和48，可以使用具有高磁導(dǎo)率的其他適當(dāng)材料。利用已知的生產(chǎn)方法將第一和第二磁屏蔽36和48制造為特定的尺寸。第一和第二磁屏蔽36和48提供MRAM管芯40對于管芯40的頂部側(cè)和底部側(cè)二者的電磁屏蔽，由此提高器件30的磁阻。封裝材料52覆蓋襯底32的頂表面54、MRAM管芯40、第二磁屏蔽48和第一磁屏蔽40的頂表面42的一部分。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的，封裝材料52可以包括塑料或者環(huán)氧模塑化合物。例如可控坍塌芯片連接(C4)焊球的多個焊球56連附到襯底32的底表面58，用于與在外部印刷電路板(未示出)上以匹配焊球56的圖案布置的該印刷電路板上的銅襯墊(未示出)連附。襯底32可以包括連接到焊球56的導(dǎo)電跡線。焊球56促進(jìn)與MRAM管芯40的外部電氣通信。器件30被加熱使得焊球56熔化。表面張力使熔化的焊料將器件30保持對準(zhǔn)印刷電路板，并同時冷卻和固化焊料。應(yīng)當(dāng)注意，盡管此處討論了 BGA表面安裝技術(shù)，然而可以使用其他現(xiàn)有的安裝技術(shù)。圖3A-3K示出了形成圖3的半導(dǎo)體器件30的方法。圖3A示出了襯底32，在襯底32中具有在中央地設(shè)置的開口 34。襯底32可以包括雙馬來酰亞胺三嗪(BT)襯底，其適合于球柵陣列(BGA)產(chǎn)品。可選地，襯底可以包括金屬襯底，例如合金42或者鍍銅、鍍鋁、鍍塑等等。鍍材可以包括銅、銀或者多層鍍層，例如鎳-鈀和金。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，襯底32包括多層印刷線路板。圖3B示出了將膠帶60施加到襯底32的步驟的圖。膠帶60被施加到襯底的第一主表面58。圖3C不出了將第一磁屏蔽36配置在襯底開口 34內(nèi)的步驟的圖。第一磁屏蔽36被配置到開口 34內(nèi)的膠帶60上。第一磁屏蔽36可以利用拾取放置工具配置在膠帶60上。在本發(fā)明的該示例性實施例中，第一磁屏蔽36包括Ni/Fe金屬塊。NI/Fe金屬塊的大小與形狀恰好地適配在開口 34內(nèi)，并且Ni/Fe金屬塊的主表面是平的。第一磁屏蔽36具有與襯底32的厚度匹配的厚度。圖3D示出了通過粘合劑38將第一磁屏蔽36連附到襯底32的步驟的圖。粘合劑38被施加在第一磁屏蔽36和襯底32之間,用于將第一磁屏蔽36連附到襯底32。在本發(fā) 明的該示例性實施例中，粘合劑38包括環(huán)氧樹脂。如圖3E所示，隨后固化粘合劑38。如圖3F所示，隨后從襯底32的第一主表面58移除膠帶60。圖3G示出了將半導(dǎo)體管芯40連附到第一磁屏蔽36的頂表面42的步驟的圖。在本發(fā)明的該示例性實施例中，半導(dǎo)體管芯40包括MRAM管芯。利用管芯連附粘合劑(例如管芯接合環(huán)氧樹脂)將MRAM管芯40連附到第一磁屏蔽36?？梢岳檬叭》胖霉ぞ邔RAM管芯40配置在第一磁屏蔽36上，隨后如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣固化管芯連附粘合劑。圖3H示出了將MRAM管芯40電氣地連接到襯底32的步驟。在本發(fā)明的該示例性實施例中，通過線路46利用公知的線接合方法和已知的線接合設(shè)備，MRAM管芯40的接合襯墊被電氣地連接到與第一主表面58相反的第二主表面54上的相應(yīng)襯墊44。圖31示出了將第二磁屏蔽48連附到MRAM管芯40的頂表面50的步驟?？梢岳谜澈蟿?例如環(huán)氧樹脂)將第二磁屏蔽48連附到MRAM管芯40。在本發(fā)明的該示例性實施例中，第二磁屏蔽48包括Ni/Fe金屬塊。第二磁屏蔽48可以利用拾取放置工具配置在 MRAM管芯40上。第二磁屏蔽48的大小與形狀在不侵害或者接觸接合線46的情況下裝配于管芯40的頂表面上。第二磁屏蔽48的厚度取決于屏蔽要求和封裝尺寸要求。例如，如果不關(guān)心封裝厚度，則可以使用更厚的磁屏蔽。圖3J示出了將封裝材料52 (例如環(huán)氧樹脂)分配到襯底32的第二主表面54上的步驟。封裝材料52覆蓋MRAM管芯40、第二磁屏蔽48和第一磁屏蔽36的頂表面的一部分。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的，可以利用現(xiàn)有的分配機器的噴嘴來分配封裝材料52?？蛇x地，封裝材料52可以包括填充硅石的樹脂、陶瓷、無鹵化物的材料等等或其組合。通常利用液體施加封裝材料，其隨后通過在UV或者環(huán)境氣氛中固化被加熱形成固體。封裝材料52還可以是固體，其被加熱形成液體并隨后冷卻形成固體塑模?？梢允褂萌魏纹渌姆庋b方法。隨后，封裝材料52和用于連附MRAM管芯40和第一和第二磁屏蔽36和48的粘合劑在烘箱中固化，如圖3K所示，用于形成半導(dǎo)體器件30。進(jìn)一步，焊球56連附到第一主表面58以促進(jìn)與MRAM管芯40的外部電氣通信?？梢栽诨亓骱嫦渲谢蛘咄ㄟ^使得焊球56熔化的紅外加熱器來執(zhí)行焊球連附方法。上述制造方法描述了單個管芯的封裝。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以使用所述方法形成具有包含磁敏感材料的多于一個管芯的層疊的封裝結(jié)構(gòu)。如上所述，本發(fā)明涉及封裝MRAM管芯。使用兩個磁屏蔽從球柵陣列封裝的兩側(cè)保護(hù)MRAM管芯。如上所述，第一磁屏蔽被嵌入在襯底內(nèi)并且被配置在MRAM管芯之下。此外，第二磁屏蔽被置于MRAM管芯的頂部上，由此提高上述封裝的磁阻。上述磁屏蔽結(jié)構(gòu)具有良好的屏蔽特性并且可以抵抗大約IOOGs的外場。至此，應(yīng)當(dāng)理解已經(jīng)提供了一種改進(jìn)的MRAM器件和一種組裝MRAM器件的方法。由于電路細(xì)節(jié)的資料不是全面了解本發(fā)明所需要的，因此沒有公開其細(xì)節(jié)。此外，盡管已經(jīng)在說明書和權(quán)利要求書中利用相對性的術(shù)語描述了本發(fā)明，(例如“正面”、“背面”、“頂”、“底”、“之上”、“之下”等等)，上述術(shù)語被用于描述性的目的，而并非一定用于描述固定的相對位置。應(yīng)當(dāng)理解，所使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下是可互換的，由此使得此處描述的本發(fā)明的實施例能夠例如以不同于所示出的或者另行描述的方向的其他方向來操作。除非另有說明，術(shù)語例如“第一”和“第二”被用于任意地區(qū)分上述術(shù)語描述的要素。由此，這些術(shù)語不一定意圖指明上述要素的時間的或者其他的優(yōu)先性。此外，權(quán)利要求書中使用的引導(dǎo)性的短語例如“至少一個”和"一個或多個"不應(yīng)該被視為暗示通過不定冠詞“a”或者“an”引入的另一權(quán)利要求要素將任何包含上述引入的權(quán)利要求要素的特定的權(quán)利要求限制為僅僅包含一個上述要素的發(fā)明，即使當(dāng)相同權(quán)利要求進(jìn)一步包括所述引導(dǎo)性的短語“至少一個”或者“一個或多個”以及不定冠詞例如“a”或者“an”時。這也適用于定冠詞的使用。盡管此處參考特定實施例描述了本發(fā)明，但是在不背離如以下權(quán)利要求書所闡明的本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，可以作出各種改型和改變。因此，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的，且所有上述改型都被視為落入了本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此處描述的相對于特定實施例的任何益處、優(yōu)點或者對問題的解決方案不應(yīng)被解讀為所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必須的或者必要的特征或者要 素。
權(quán)利要求
1.一種裝配半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟 提供襯底，在所述襯底中具有在中央安置的開ロ ； 將膠帶施加到所述襯底的第一主表面； 將第一磁屏蔽配置到所述膠帶上和所述襯底開口內(nèi)； 在所述第一磁屏蔽和所述襯底之間施加粘合劑，以使得所述第一磁屏蔽連附到所述襯底；以及 去除所述膠帶。
2.如權(quán)利要求I所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，其中所述襯底包括多層印刷電路板。
3.如權(quán)利要求I所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)ー步包括固化所述粘合剤。
4.如權(quán)利要求I所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一磁屏蔽包括Ni/Fe金屬塊。
5.如權(quán)利要求I所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)ー步包括 將半導(dǎo)體管芯連附到所述第一磁屏蔽的第一主表面，其中所述管芯的底表面連附到所述第一磁屏蔽的所述第一主表面； 將第二磁屏蔽連附到所述半導(dǎo)體管芯的頂表面；以及 將封裝材料分配到所述襯底的與所述第一主表面相反的第二主表面上，由此使得所述封裝材料覆蓋所述半導(dǎo)體管芯和所述第一和第二磁屏蔽。
6.如權(quán)利要求5所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)ー步包括利用線接合方法使用線路將所述半導(dǎo)體管芯的接合襯墊電氣地連接到所述襯底的所述第二主表面上的相應(yīng)襯墊。
7.如權(quán)利要求5所述的裝配半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體管芯包括磁阻隨機存取存儲器MRAM器件。
8.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底，在所述襯底中具有在中央安置的開ロ ； 第一磁屏蔽，配置在所述開口內(nèi)，其中所述第一磁屏蔽通過粘合劑材料連附到所述襯底； 磁阻隨機存取存儲器MRAM管芯，連附到所述第一磁屏蔽的頂表面并且電氣地耦合到所述襯底； 第二磁屏蔽，連附到所述MRAM管芯的頂表面；以及 封裝材料，覆蓋所述襯底的第一主表面、所述MRAM管芯、所述第二磁屏蔽和所述第一磁屏蔽的頂表面的一部分。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二磁屏蔽包括Ni/Fe金屬塊。
10.一種裝配磁阻隨機存取存儲器MRAM器件的方法，包括如下步驟 提供襯底，在所述襯底中具有在中央安置的開ロ ； 將膠帶施加到所述襯底的第一主表面； 將第一磁屏蔽配置到所述膠帶上和所述襯底開口內(nèi)； 在所述第一磁屏蔽和所述襯底之間施加粘合劑，由此使得所述第一磁屏蔽連附到所述襯底； 固化所述粘合劑； 將半導(dǎo)體管芯連附到所述第一磁屏蔽的頂表面；利用線接合方法使用線路將所述MRAM管芯的接合襯墊電氣地連接到所述襯底的與所述第一主表面相反的第二主表面上的相應(yīng)襯墊； 將第二磁屏蔽連附到所述MRAM管芯的頂表面，其中所述第一和第二磁屏蔽包括Ni/Fe金屬塊； 將封裝材料分配到所述襯底的所述第二主表面、所述MRAM管芯、所述第二磁屏蔽和所述第一磁屏蔽的頂表面的一部分上； 固化所述封裝材料； 去除所述膠?。灰约? 將焊球連附到所述襯底的所述第一主表面。
全文摘要
一種裝配磁阻隨機存取存儲器(MRAM)器件的方法，包括提供襯底，所述襯底具有在中央安置的孔。膠帶被施加到所述襯底的第一主表面，以及第一磁屏蔽被配置到所述膠帶上和所述襯底開口內(nèi)。在所述第一磁屏蔽和所述襯底之間施加粘合劑，由此使得所述第一磁屏蔽連附到所述襯底。固化粘合劑。一種半導(dǎo)體器件連附到第一磁屏蔽的頂表面，并且利用線接合方法使用線路將所述MRAM管芯的接合襯墊電氣地連接到所述襯底的與所述第一主表面相反的第二主表面上的相應(yīng)襯墊。第二磁屏蔽連附到所述MRAM管芯的頂表面。封裝材料被分配到所述襯底的所述第二主表面、所述MRAM管芯、所述第二磁屏蔽和所述第一磁屏蔽的頂表面的一部分上。隨后固化所述封裝材料并去除所述膠帶。隨后將焊球連附到所述襯底的所述第一主表面。
文檔編號H01L27/22GK102651449SQ201110044560
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者于萬銘, 姚晉鐘, 徐雪松, 李軍, 王建洪 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司