一种用于读取磁性PUF的传感器阵列制造技术

描述了一种磁传感器阵列器件，其由多个单传感器晶粒构成，这些晶粒作为一组从晶圆中切出并被封装在晶圆级封装(WLP)中。该器件包括多轴磁传感器阵列，当该多轴磁传感器阵列被放置在电路卡上时可以以高空间分辨率、减小的感测距离、更高的测量吞吐量、对运动的容忍、改进的温度测量、以及提高的良率来测量任意尺寸二维区域的多维磁场，该电路卡包括认证系统的一部分，该认证系统包括物理不可克隆函数(“PUT”)、衬底、随机分散在衬底中的多个磁化粒子、以及使用一个或更多个磁传感器阵列器件构造的PUT读取器，其中PUT读取器在紧靠磁化粒子的多个位置处测量磁场。可以将测量的磁场数据与先前登记的数据进行比较，以评估可靠性。以评估可靠性。以评估可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于读取磁性PUF的传感器阵列
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请作为序列号为16/429,710的美国专利申请的部分延续申请，要求该美国专利申请的优先权和权益，该美国专利申请的标题为“Magnetometer Chip Sensor Array for Reading a Magnetic PUF,Including aMagnetic PUF Film or Tape,and Systems Incorporating the Reader”，申请日为2019年6月3日。本申请还根据35U.S.C.119(e)要求美国临时申请第62/896,883号和第62/942,364号的优先权和权益，美国临时申请第62/896,883号的标题为“Magnetic Sensor Array Device for Reading aMagnetic PUF”，申请日为2019年9月6日；美国临时申请第62/942,364号的标题为“Magnetic Sensor Array Device for Reading a Magnetic PUF”，申请日为2019年12月2日。
[0003]背景
1.专利

[0004]本专利技术总体上涉及用于测量PUF指纹中的磁场的传感器阵列，更具体地说，涉及一种包含该传感器阵列的PUF读取器设备。
[0005]2.相关技术的描述
[0006]第9,553,582号美国专利通过引用并入本文，其公开了一种包含磁性粒子的PUF(物理不可克隆函数)，该磁性粒子在PUF部件的表面附近产生复杂的磁场。该磁场可以沿着路径来测量，并且与磁场分量相对应的数据被记录，以用于后续对PUF部件进行比较和认证。第9,608,828号美国专利通过引用并入本文，其公开了在注射成型工艺之前磁化进料(feed stock)以实现磁化方向的随机取向的优点。在这些专利中，NdFeB合金的薄片被引用为优选的磁性粒子，然而也可以使用其他磁性材料、合金和粒子形状。这些薄片通常约为35微米厚，具有宽度从100
‑
500微米变化的不规则形状，但可以大体上从这些范围变化。NdFeB合金不易磁化，因为它的内禀矫顽力(intrinsic coercivity)在9000奥斯特左右。然而，一旦磁化，合金具有约为9000高斯的剩余感应(residual induction)，并且粒子和薄片的随机位置和磁取向在距离PUF表面约0.5mm处测量时产生的磁场强度尖峰约为
±
10
‑
35高斯。
[0007]磁性PUF技术可以应用于创建PUF标签，用于认证护照、安全ID卡和其他非旋转对象。对于这些应用，在非旋转的二维区域上测量的磁性PUF表面附近的复杂磁场结构可以作为磁性“指纹”。对于读取静止或平移PUF的非旋转系统，需要低成本的磁性PUF指纹认证方式。在旋转式PUF传感器系统中，单个传感器可以围绕穿过PUF指纹的圆形路径以多个角度测量磁性分布值。这可以使用单个3轴霍尔效应传感器来实现，因为PUF元件的旋转使得能够使用单个磁强计芯片在高空间频率下采样指纹。对于没有移动部件的非旋转PUF系统，在多个位置对磁性指纹进行采样需要多个磁场传感器，或者需要PUF相对于传感器的移动(类似于信用卡刷卡)。考虑到由PUF样本产生的预期信号幅度，至少0.1高斯的分辨率是优选的。
[0008]专利技术概述
[0009]伪造商品问题正在迅速升级，并且影响到许多市场和地区，其中不仅包括粗心大
意的消费者购买的零售产品，还包括对公共安全和国家安全至关重要的产品。最近的一项研究预测，全球伪造品跨广泛的行业领域造成的年度经济影响超过1万亿美元，占全球经济总产出的2％以上。除经济影响外，随着假冒产品出现在药品(例如处方药)、医疗设备(例如外科钻头)、食品产品(例如婴儿配方奶粉)、护肤品(例如化妆品)、酒类(例如波旁威士忌)和汽车设备(例如气囊控制装置)中，伪造品还对公共安全产生风险。公共交通系统(例如飞机和火车)中使用的备件也容易被伪造，如果公共交通系统发生故障，可能会造成危及生命的后果。
[0010]伪造品现在也是保护国家安全的许多系统的主要威胁。电子部件回收率的增加，增加了有缺陷、不合标准或未经授权复制的部件进入供应链并影响用于国防的关键军事系统(例如飞机、武器)的可能性。用于保护边境不被非法进入的重要政府身份证件(如护照)也有被伪造的风险，并且有证据表明，伪造品也是向威胁个人和国家的恐怖组织提供现金的一种方式。
[0011]对于所有这些伪造威胁，需要改进的方法来识别和消除伪造产品，以防止其进入供应链，并以这些负面方式影响个人的生活或国家。独特的物理对象包含来自随机的随机制造过程的高熵，使得它们几乎不可能被复制，为基于密码算法的认证方法提供了一种改进的替代方案，而密码算法通常使用容易被复制的集成电路。这种独特的物理对象(也称为物理不可克隆函数或PUF)可以基于物理领域中任何随机发生的属性，诸如电、光或磁。当独特的物理对象与能够从该对象提取所有熵的高分辨率感测系统和用来保存从该对象感测到的熵数据(用于后续认证该对象)的安全存储库相结合时，这可以形成提供提高的安全性的新认证系统的基础。
[0012]在US 9,553,582中公开了这样一种新的认证系统，该系统基于独特的物理对象，在该系统中独特的物理对象是PUF(物理不可克隆函数)，PUF包含在大小、形状和取向上随机的磁性粒子，当磁化时，磁性粒子在PUF部件的表面附近产生(在幅度和方向上)复杂的和随机的磁场。该磁场可以沿着路径测量，并且与磁场分量相对应的数据被记录，以用于后续对PUF部件进行比较和认证。US 9,608,828公开了在注射成型工艺之前磁化进料以实现磁化方向的随机取向的优点。
[0013]在这些专利中，NdFeB合金的薄片被引用为优选的磁性粒子，然而也可以使用其他磁性材料、合金和粒子形状。这些磁性粒子具有大于25μm的直径，并且具有从50μm到500μm的平均直径，并且其平均厚度小于直径。来自PUF表面的磁场是由磁化后的NdFeB合金产生的，一旦NdFeB合金被磁化，其具有约为9000高斯的剩余感应，并且当用磁传感器在距离PUF表面约0.5mm处测量时，粒子和薄片的随机位置和磁取向产生的磁场强度尖峰为+/
‑
10高斯到35高斯。当用磁传感器从到PUF部件的距离小于0.5mm处测量时，磁场强度增加到大于+/
‑
35高斯。PUF部件表面上的非均匀磁场在幅度和方向上是随机的，并且在小于500μm的距离处可以跨PUF部件的表面发生显著变化，并且在小于1mm的距离处可以发生完全的峰到峰变化。
[0014]用这些特性构造的独特物理对象PUF部件在其表面上产生磁场，该磁场可以用诸如上面公开的读取器设备来感测。本系统公开了磁强计芯片传感器阵列，该磁强计芯片传感器阵列提供了二维感测系统，该二维感测系统能够在非旋转的二维区域上测量磁性PUF表面附近的复杂磁场结构。
[0015]如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种构造具有提高的二维空间分辨率的磁传感器阵列器件的方法，包括：组合多个磁传感器晶粒，其中每个晶粒包含磁传感器，所述磁传感器被设计成对一个以上的轴上的磁场敏感；使用半导体制造工艺构造每个晶粒；从晶圆中锯切出多于一个晶粒作为一个单元；和将所述单元中的一个或更多个单元组装在集成电路封装中，以形成包含以空间分辨率小于1.5mm的阵列布置的多个磁传感器的集成电路器件，其中每个单元包含多个晶粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件在一时间段内测量磁场。3.根据权利要求2所述的方法，其中通过以下方式缩短所述器件中磁场测量的所述时间段：使用多个磁传感器，所述多个磁传感器中的每个磁传感器被设计成对一个以上的轴上的磁场敏感；和使用以行和列布置的多个多轴磁传感器来同时测量一个或更多个行中的传感器的一个或更多个列的一个或更多个轴的磁场。4.根据权利要求3所述的方法，其中使用算法来估计第三轴的磁场。5.根据权利要求3所述的方法，进一步地，其中为一个或更多个列中的磁传感器晶粒的一部分提供专用总线主设备，并且并行地测量一个或更多个列中的磁传感器晶粒的一部分。6.根据权利要求2所述的方法，其中通过以下方式减少所述器件中的磁场测量的时间：使用多个三轴磁传感器，所述多个三轴磁传感器中的每个三轴磁传感器被设计成对一个以上的轴上的磁场敏感；和磁传感器阵列进行多轴磁场测量，所述磁传感器阵列中多个多轴磁传感器布置成行和列，以同时测量一个或更多个行中的传感器的一个或更多个列的一个或更多个轴的磁场。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件测量物理不可克隆函数部件的磁场。8.根据权利要求7所述的方法，其中在一时间段内测量所述磁场。9.根据权利要求8所述的方法，其中连续地进行一次以上的磁场测量。10.根据权利要求9所述的方法，进一步地，其中减少使用包括多个晶粒的磁传感器阵列器件对多个物理不可克隆函数部件进行的连续磁场测量之间的时间，所述方法包括：将来自第一磁场测量的测量数据到主计算机的全部或部分传输与进行第二磁场测量全部或部分重叠，其中测量过程的全部或部分与传输过程的全部或部分的重叠使得能够在第一测量的数据被全部或部分传输之前进行第二测量的全部或部分，从而增加了测量吞吐量。11.根据权利要求1所述的方法，进一步地，其中磁传感器阵列与产生磁场的PUF部件的表面的距离通过对晶圆进行背磨而减小。12.根据权利要求1所述的方法，进一步地，其中最小化由所述磁传感器阵列器件相对于PUF部件的移动引起的磁场测量中的误差，包括：针对所述阵列器件中的每个磁传感器包括采样和保持电路，其中所述采样和保持电路使得所述阵列器件中的多个传感器能够在大致相同的时间被测量，并且对于每个传感器的测量结果被临时存储，从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：小詹姆斯，
申请(专利权)人：利盟国际有限公司，
类型：发明
国别省市：