特開2017-224663(P2017-224663A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2017-224663磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-224663(P2017-224663A)
(43)【公開日】2017年12月21日
(54)【発明の名称】磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/8246 20060101AFI20171124BHJP
   H01L 27/105 20060101ALI20171124BHJP
   H01L 29/82 20060101ALI20171124BHJP
   H01L 43/08 20060101ALI20171124BHJP
   H01L 43/02 20060101ALI20171124BHJP
【FI】
   H01L27/10 447
   H01L29/82 Z
   H01L43/08 Z
   H01L43/02 Z
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2016-117571(P2016-117571)
(22)【出願日】2016年6月14日
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】TDK株式会社
(72)【発明者】
【氏名】積田 淳史
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 智生
【テーマコード(参考)】
4M119
5F092
【Fターム(参考)】
4M119AA07
4M119CC05
4M119JJ09
4M119JJ20
4M119KK16
5F092AA11
5F092AB06
5F092AD25
5F092CA25
5F092FA02
5F092FA05
(57)【要約】
【課題】磁気記録装置を大型化することなくリフロー工程における熱によるデータの消失や素子破壊のダメージを低減することのできる磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に断熱材を設ける第1ステップと、前記断熱材を備えた前記磁気記録装置を前記リフロー炉内に通し、前記磁気記録装置を加熱する第2ステップと、加熱された前記磁気記録装置から前記断熱材を取り除く第3ステップとを有するリフロー工程を備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に断熱材を設ける第1ステップと、
前記断熱材を備えた前記磁気記録装置を前記リフロー炉内に通し、前記磁気記録装置を加熱する第2ステップと、
加熱された前記磁気記録装置から前記断熱材を取り除く第3ステップとを有するリフロー工程を備えた磁気記録装置の製造方法。
【請求項2】
前記断熱材は発泡体であることを特徴とする請求項1に記載された磁気記録装置の製造方法。
【請求項3】
前記断熱材はゲル状であることを特徴とする請求項1に記載された磁気記録装置の製造方法。
【請求項4】
前記断熱材は常温より上、リフロー炉内最大温度より下の沸点であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載された磁気記録装置の製造方法。
【請求項5】
前記磁気記録装置が、ランドに接する端子部分は少なくとも露出するように前記断熱材に覆われているように前記断熱材を設けることを特徴とする請求項1に記載された磁気記録装置の製造方法。
【請求項6】
前記断熱材が前記リフロー炉内を通った後、前記磁気記録装置の、リフロー炉内に露出する表面に焼け残った状態であることを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、不揮発性、高速性、長期信頼性などの特徴を持つ磁気記憶装置としてトンネル磁気抵抗効果(TMR:Tunnel Magneto−Resistance Effect)を利用した磁気的ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)が提案されている。メモリなどの記録媒体は、製品になるまでに実装という工程があるため高温プロセスを通す必要がある。リフロー工程などの高い温度のプロセスに投入することにより磁気抵抗効果素子には熱によるデータの消失や素子破壊などのダメージにより、磁気抵抗効果素子の破壊、データが保持できないなどの問題が生じる。さらに、熱によるダメージが残り磁気抵抗効果素子が壊れやすく品質が低下するといった問題が起こることがある。この問題を解決するために、例えば特開2014−36192に断熱領域を有する外囲器を備えた不揮発性半導体記憶装置が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2014−36192
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の外囲器では磁気記録装置のサイズが大型になってしまうため、全体を覆うことでコストも高くなる。本発明は、磁気記録装置を大型化することなくリフロー工程における熱によるデータの消失や素子破壊のダメージを低減することのできる磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に接するように断熱材を設ける第1ステップと、断熱材を備えた磁気記録装置をリフロー炉内に通し、磁気記録装置を加熱する第2ステップと、加熱された磁気記録装置から断熱材を取り除く第3ステップとを有するリフロー工程を備えることを特徴とする。
【0006】
上記特徴の磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に接するように断熱材を設けることで、リフロー炉内での磁気抵抗効果素子の温度上昇を抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することが可能となる。
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置の製造方法は、断熱材が発泡体であることを特徴とする。
【0008】
上記特徴の磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に接するように断熱材として発泡体を用いることで、断熱材の熱伝導率を下げる。それによって、リフロー炉内での磁気抵抗効果素子の温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することが可能となる。
【0009】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置の製造方法は、断熱材がゲル状であることを特徴とする。
【0010】
上記特徴の磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置のリフロー炉内に露出する表面に接する断熱材をゲル状にすることで、断熱材の密着率が上がり、リフロー工程中での断熱材の剥離を防止する。また、熱伝導率が下がるため、リフロー炉内での磁気抵抗効果素子の温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することが可能となる。
【0011】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置の製造方法は、断熱材は常温より高温で、リフロー炉内最大温度より低温の沸点であることを特徴とする。
【0012】
上記特徴の磁気記録装置の製造方法は、断熱材が常温より高温で、リフロー炉内最大温度より低温の沸点であることで、リフロー炉内で気化する。それによって、気化熱が発生し、リフロー炉内での磁気抵抗効果素子の温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することが可能となる。
【0013】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置の製造方法は、磁気記録装置が、ランドに接する端子部分は少なくとも露出するように断熱材に覆われているように断熱材を設けることを特徴とする。
【0014】
上記特徴の磁気記録装置の製造方法は、ランドに接する端子部分は少なくとも露出するように断熱材で覆うことで、端子から伝わる温度も低減される。それによって、リフロー炉内での磁気抵抗効果素子の温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制する効果を向上することが可能となる。
【0015】
上記課題を解決するため、本発明に係る磁気記録装置は、断熱材がリフロー炉内を通った後、磁気記録装置の、リフロー炉内に露出する表面に断熱材が焼け残った状態であることを特徴とする。
【0016】
上記特徴の磁気記録装置は、断熱材が焼け残ることで、磁気記録装置の表面の面積を増やすことができる。それによって、磁気記録装置が動作したときに生じる発熱を放熱することができ、記録されたデータが消失する可能性を下げることが可能となる。
【発明の効果】
【0017】
本発明は、磁気記録装置を大型化することなくリフロー工程での熱によるデータの消失や素子破壊のダメージを低減することのできる磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】第1の実施形態に係る表面に断熱材を設けた磁気記録装置の断面図
図2】第1の実施形態に係るリフロー工程の断面図
図3】第2の実施形態に係る表面に断熱材を設けた磁気記録装置の断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【0020】
(第1実施形態)
[磁気記録装置]
図1は第1の実施形態に係る表面に断熱材を設けた磁気記録装置の断面図である。磁気記録装置1は半導体磁気メモリ2とICパッケージ3と、端子4とを備えている。半導体磁気メモリ2は、端子4を備えたICパッケージ3に覆われている。磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に断熱材7が設けられる。磁気記録装置1は、端子4と基板5上にあるランド6とが半田8で固定されることで電気的に接続される。
【0021】
半導体磁気メモリ2としては、例えばMRAMを用いることができる。特に半導体磁気メモリ2はスピン偏極した電子を磁性体に流すことにより、磁性体の磁化方向を反転させるSTT−MRAMなど磁化反転を利用したものに適している。半導体磁気メモリ2は製品として使用するために基板5等に実装される。基板5に実装する際には、半田8を溶融して基板5上に接続する。
【0022】
半導体磁気メモリ2は一般的に樹脂封止をされており、樹脂封止された半導体磁気メモリ2をICパッケージ3として基板5に実装する。ただし、半導体メモリ2が基板5上に直接実装され、半導体メモリ2が樹脂封止される場合もある。このようなパッケージの方法もあり、樹脂封止の方法は限定されない。信号線が多いことと、基板5とのコネクションをよくするためICパッケージ3からは複数の端子4がでている。端子4としては磁気記録装置1と基板5を電気的に接続できるものならよい。例えば、SIPタイプのような一方向に端子が出ているものや、DIPタイプのような二方向に端子が出ているもの、QFPタイプのように四方向に端子がでているもの、BGAやCSPなどの背面端子などでもよい。端子4の材料としては金、銀、銅やそれらを含んだ合金などが好ましい。
【0023】
樹脂封止は熱硬化性樹脂などを用いることができる。ICパッケージ3の樹脂封止として使用される樹脂は、例えばエポキシ樹脂である。
【0024】
基板5はICパッケージ3から出ている端子4と電気的に接続できるような構成となっていればよい。基板5は使用用途によってプリント配線基板、フレキシブル基板などであってもよい。基板5の材料としては例えば、ガラスエポキシやポリイミド、セラミックなどである。
【0025】
[リフロー工程]
リフロー工程とは、ICなどの部品と基板5を電気的に接続させるための工程であればよい。半田を使用して接続する以外でも、リフロー炉を使用して、部品と基板を電気的に接続できる工程であればよい。磁気記録装置1をリフロー炉に投入し、基板5に実装する工程について以下図2を使って説明する。
【0026】
[第1ステップ]
磁気記録装置1をリフロー炉に投入する前に、磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に断熱材7が設けられる。端子4とランド6を固定するため、端子4とランド6の間には半田8を設けている。半田としてはランド6に乗るような鉛フリー半田や低温半田が用いられ、例えば錫、銀および銅の合金で構成される。
【0027】
磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に備えられた断熱材7として発泡体を用いることができる。断熱材7が発泡体になることで、磁気記録装置1のリフロー炉内での温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することができる。
【0028】
発泡体とは気泡を含んだ材料のことを意味している。発泡体中では、気泡が密集しており、少なくともリフロー炉内で気泡が全てなくならないことが好ましい。発泡体は発泡絶縁材料、中空構造の絶縁材料などを含み、例えば発泡絶縁材料の例としてはポリスチレンやシリコン、PTFEなどで、中空構造の絶縁材料の例としては中空構造のフッ素樹脂などである。発泡体の形状として、固体、液体のものが固化するもの、液状のものなどがある。中でも、形状としては、液体のものが固化する発泡体の方がICパッケージ3に密着してから、固まり、ICパッケージ3の表面からも流れ落ちないので好ましい。ただし、それらに限定されるものではない。
【0029】
また、磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に備えられた断熱材7としてゲル状の断熱材を用いることができる。ゲル状の断熱材7を用いることで、断熱材7の密着率が上がり、リフロー工程中での断熱材7の剥離を防止する。また、半導体磁気メモリ2のリフロー炉内での温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制する効果を向上することができる。
【0030】
ゲル状とは多少の弾性と固さをもってゼリー状に固化したもののことを意味し、粘度が強く、ICパッケージ3とゲル状の断熱材7との隙間が生まれないよう密着し、ICパッケージ3と接続している端子4にはかからないことが望ましい。ゲル状の断熱材7は、例えばPVAゲルなどである。
【0031】
また、磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に備えられた断熱材7として、常温より高温で、リフロー炉内最大温度より低温の沸点であり、気化するものを用いることができる。断熱材7が常温より高温、リフロー炉内最大温度より低温の沸点であると、常温より高温、リフロー炉内最大温度より低温で気化することで、気化熱が発生し、半導体磁気メモリ2のリフロー炉内での温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制することができる。
【0032】
常温より高温、リフロー炉内最大温度より低温の沸点であるものとは、沸点が常温より高温、リフロー炉内最大温度より低温であるため、その温度内で気化するもののことを意味し、ICパッケージ3に密着するものが望ましい。常温より上、リフロー炉内最大温度より下が沸点である断熱材7は磁気記録装置1の表面に設けられており、例えばフラックスなどである。
【0033】
断熱材7の熱伝導率は0.5W/mK以下のものが好ましい。断熱材7は例えば、低密度材料、低熱伝導率樹脂、低熱伝導率無機材料などを含む。
【0034】
[第2ステップ]
次に、図2は磁気記録装置1を基板に半田固定するリフロー工程を示す図である。磁気記録装置1はリフロー炉内をベルト9によって進むリフロー工程によって、半田8をヒーター10によって溶融することで磁気記録装置1を基板5上に電気的に接続させ、固定する。
【0035】
ベルト9は、磁気記録装置1をリフロー炉内に通すためにリフロー炉内に備え付けられているものである。
【0036】
ヒーター10は、リフロー炉内における熱源になる。ヒーター10が熱されることによってリフロー炉内の温度が上昇する。一般的なリフロー炉は予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンに分かれており、本加熱ゾーンがリフロー炉内で最高温度を加えるゾーンになる。
【0037】
例えば、リフロー炉内で実際に磁気記録装置1には約260℃の温度が印可される。この温度は一般的に使われている鉛フリー半田の融点以上の温度であり、半田8は融点以上で熱処理をすることで半田8を溶融するためにリフロー炉に通す。それにより半導体磁気メモリ2内に形成されている磁気抵抗効果素子にも260℃もの温度がかかってしまう。260℃もの温度が磁気抵抗効果素子にかかると、磁気抵抗効果素子は、データの書き換わりや素子の破壊を引き起こしやすくなる。ここで、半田8を鉛フリー半田として説明したが、半田の種類によっては200℃近辺の温度が融点である低温半田も存在する。リフローの温度は、使用する半田の融点以上を印可すればよい。
【0038】
このリフロー工程の前に磁気記録装置1の表面に設ける断熱材7は少なくとも磁気記録装置1の表面の一部でも覆われていればよい。半導体磁気メモリ2内の磁気抵抗効果素子が壊れなければよい。
【0039】
[第3ステップ]
リフロー工程後は、磁気記録装置1上にある断熱材7を取り除く。取り除く工程は断熱材自体が意図的になくなってもよい。例えば、リフロー工程間にリフロー炉の温度によって本加熱ゾーンを越えた後に、断熱材7がなくなってもよい。またフラックス除去等の化学的な方法や、物理的な方法であってもよい。さらに、除去した断熱材7の大部分が取り除かれていればよく、磁気記録装置1上から断熱材7が完全に取り除かれていなくてもよい。
【0040】
また、断熱材7が焼け残ると、磁気記録装置1の表面の面積を増やすことができる。表面の面積が増えることにより、磁気記録装置1が動作したときに生じる発熱によって記録されたデータが消失する可能性を下げることができる。断熱材7の材料としては有機物などが好ましい。
【0041】
焼け残り方としては、円状あるいはそれに類する形で曲線状、一筆書きでできるような形状、水玉模様、長方形や正方形などの多角形あるいはそれに類する形状などが好ましい。磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面上に焼け残りがあればよい。
【0042】
(第2実施形態)
第2の実施形態と第1の実施形態の差異は治具を使ってデータの消失や素子破壊のダメージを防ぐことである。
【0043】
図3は磁気記録装置が、ランドに接する端子部分は少なくとも露出するように断熱材7に覆われている場合を示す断面図である。磁気記録装置1のリフロー炉9内に露出する表面に備えられた断熱材7が少なくとも端子4のランド6に接する部分は露出させ、基板5と半田8で固定すると電気的に接続できるようになっている。
【0044】
ICパッケージ3が少なくとも端子4は露出するように断熱材7に覆われているとは端子4が半田8で固定される部分以外は断熱材7に覆われていることを意味する。例えば、断熱材7は半田8で固定される部分に侵入することが好ましくないため、固体の治具等である。これにより、リフロー工程における端子4から伝わる温度が低減され、半導体磁気メモリ2のリフロー炉内での温度上昇をより抑制し、データの書き換わりや素子の破壊を抑制する効果を向上することができる。
【0045】
治具とは、図3に示すようにICパッケージ3と半田8で固定される部分以外の端子4を覆うことができ、半導体磁気メモリ2に与えられる熱を低減することができる。この治具は、リフロー工程後に取り外すことができる。例えば、リフロー炉内での熱が直接ICパッケージ3に当たらないようにするものである。形状としては図3に示すようにICパッケージ3との間に空気層があることが好ましいが、ICパッケージ3と治具が接していてもよい。
【0046】
治具を構成する材料は、有機物または絶縁物、あるいは気泡を含むこれらの材料であることが好ましい。これらの材料は、熱伝導性が悪いため、リフロー工程で温度が上がりにくく、治具に適している。
【0047】
第2の実施形態は、第1の実施形態と同じくリフロー工程を行う。第1の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0048】
磁気記録装置1のリフロー炉内に露出する表面に備えられた断熱材7として、ランド6に接する端子4部分は少なくとも露出するような断熱材7を用いる。断熱材7が、端子4を露出しつつも、それ以外を断熱材7で覆うことにより断熱材7の密着率が上がり、磁気記録装置1のリフロー炉内での温度上昇をより抑制するとともに、端子4から伝わってくる伝導熱も軽減することで、データの書き換わりや素子の破壊を抑制する効果を向上することができる。
【0049】
以上、本実施形態によれば、磁気記録装置を大型化することなくリフロー工程での熱によるデータの消失や素子破壊のダメージを低減することのできる磁気記録装置の製造方法を提供する。
【0050】
本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも実施形態を変更することが可能である。例えば、実施形態では半田する工程について説明したが、半田する工程ではなく、リフロー炉を用いた乾燥工程であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明は、磁気記録装置を大型化することなくリフロー工程での熱によるデータの消失や素子破壊のダメージを低減することのできる磁気記録装置の製造方法および磁気記録装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0052】
1 磁気記録装置
2 半導体磁気メモリ
3 ICパッケージ
4 端子
5 基板
6 ランド
7 断熱材
8 半田
9 ベルト
10 ヒーター
図1
図2
図3