(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を押圧するためのセラミックツールと、該セラミックツールを加熱するためのセラミックヒーターと、該セラミックヒーターの前記セラミックツールと反対側に位置し、前記セラミックヒーターから発生した熱が前記セラミックツール以外に伝熱することを防止するための断熱材と、これらの部材を統合し他部材に結合する、前記断熱材の前記セラミックヒーターと反対側に位置するホルダーとから構成された接触加熱装置であって、前記セラミックヒーターは、セラミック体中に発熱体を埋設した発熱部と、該発熱部と一体的に形成された帯状のセラミック体に前記発熱体の両端に接続されるリードパターンを埋設させた一対のリード部と、各該リード部の両側面より前記リードパターンの一部を露出させた電極取出し部と、該電極取出し部に接続されるリード端子とからなり、該リード端子は前記リード部の少なくとも一主面と前記両側面とにロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されており、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上であり、さらに、前記リード部を前記発熱部より１０ｍｍ以上突出して形成するとともに前記リード部に備えた各前記電極取出し部の長さの合計を１０ｍｍ以上としたことを特徴とする接触加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ベアチップを基板上に実装する際に用いるダイボンディングヒーター等、被加熱物に接触して加熱する接触加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ベアチップを基板上に実装する方法として、異方性導電膜等の樹脂系の接着材を使用したＡＣＦ（ＡＣＦ：ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｆｉｌｍ）接続法、またはマルチチップモジュールに用いるようなＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ等の低融点ロウ材を使用したフリップチップ接続法が行われている。
【０００３】
例えば、フリップチップ接続法は、多層パッケージ基板上に半導体チップを載置して、その上面からセラミックヒーターを内蔵した接触加熱装置で加熱しながら、押圧することによって接合を行っており、この時、両者に備えたハンダバンプによって接合するとともに、ワイヤリングを行うことができる。
【０００４】
かかる接触加熱装置は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように被加熱物を押圧するためのセラミックツール１１と、該セラミックツール１１を加熱するためのセラミックヒーター１２と、セラミックヒーター１２から発生した熱がセラミックツール１１以外に伝熱することを防止するための断熱材１３と、これらの部材を統合し他部材に結合するホルダー１４とから構成されており、前記セラミックヒーター１２は、セラミック体１５中に発熱体１６を埋設した発熱部Ａと、該発熱部Ａに一体的に接合され、帯状のセラミック体に前記発熱体１６の両端に接続されるリードパターン１７を埋設させた一対のリード部１８と、前記リードパターン１７の一部を各リード部１８の一方の側面より露出させた電極取出し部１９と、該電極取出し部１９に接続されるリード端子２０とから構成される。
【０００５】
また、前記リード端子２０は、Ｌ字状或いは板状の電極金具２０ａに、リード線２０ｂが取着されており、前記電極金具２０ａは電極取出し部１９を覆うようにロウ付けされており、このロウ材にはビッカース硬度２．２ＧＰａのＡｕ−Ｎｉ（組成比８２重量％：１８重量％）等が用いられ、そのロウ付け面積は１５ｍｍ2程度であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生産効率の向上のため、接触加熱装置の加熱温度、温度分布の向上が要求されており、従来は約１ｋＷの電力を印加し１００〜３００℃を４秒程度で昇温させていたのに対し、現在は約２．５ｋＷの電力を印加し１００〜５００℃を５秒以下で急速昇温させることが要求されている。
【０００７】
しかしながら、従来の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーター１２は、電極取出し部１９に接合されるリード端子２０が、リード部１８の一部を覆うようにロウ付けされており、そのロウ付け面積が１５ｍｍ2程度と小さいことから、接触加熱装置の作動時にロウ付け部に上下方向や回転方向等の応力が加わった際、リード端子２０が剥離しやすいという欠点を有していた。
【０００８】
また、前記ロウ材はＡｕ−Ｎｉ（組成比８２重量％：１８重量％）等のビッカース硬度の大きいロウ材からなるため、作動時にセラミック体１５とロウ材との間に熱膨張差等に起因する応力が発生すると、ロウ付け部の周辺にクラックが発生しやすいという欠点を有していた。
【０００９】
さらに、前記電極取出し部１９は、リード部１８の一方の側面より露出し、その露出領域が小さいことから、印加電力の向上にともなって電極取出し部１９とリード端子２０とのロウ付け部に大電流が集中し、発熱体１６からの熱伝達とロウ付け部の自己発熱によって３００℃以上の高温に達し、ロウ付け部の耐久性が低下し、リード端子２０が剥離しやすいという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、セラミックヒーターの印加電力が向上しても電極取出し部が高温になることなく、リード端子の剥離を防止することができる高精度な接触加熱装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加熱物を押圧するためのセラミックツールと、該セラミックツールを加熱するためのセラミックヒーターと、該セラミックヒーターの前記セラミックツールと反対側に位置し、前記セラミックヒーターから発生した熱が前記セラミックツール以外に伝熱することを防止するための断熱材と、これらの部材を統合し他部材に結合する、前記断熱材の前記セラミックヒーターと反対側に位置するホルダーとから構成された接触加熱装置であって、前記セラミックヒーターは、セラミック体中に発熱体を埋設した発熱部と、該発熱部と一体的に形成された帯状のセラミック体に前記発熱体の両端に接続されるリードパターンを埋設させた一対のリード部と、各該リード部の両側面より前記リードパターンの一部を露出させた電極取出し部と、該電極取出し部に接続されるリード端子とからなり、該リード端子はリード部の少なくとも一主面と前記両側面とにロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されており、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上であり、さらに、前記リード部を前記発熱部より１０ｍｍ以上突出して形成するとともに前記リード部に備えた各前記電極取出し部の長さの合計を１０ｍｍ以上としたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターは、発熱部に一体的に形成された一対のリード部の両側面より露出させた電極取出し部に接続されるリード端子を、各リード部の少なくとも一主面と両側面にロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されていることから、リード端子とリード部とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部の長さを大きいものにし、電極取出し部が高温となるのを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の接触加熱装置によれば、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上であることから、作動時にロウ付け部に加わった応力をロウ材が吸収し、セラミック体にクラックが生じるのを防止して、リード端子をより強固に接合することができる。
【００１６】
さらに、本発明の接触加熱装置によれば、前記各リード部に備えた電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上であることから、セラミックヒーターへの印加電力の増加にともなって、電極取出し部に大電流が集中してもロウ付け部の温度が高温になるのを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次いで、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明の接触加熱装置は、図１の斜視図に示すように、被加熱物を押圧するためのセラミックツール１と、セラミックツール１を加熱するためのセラミックヒーター２と、セラミックヒーター２から発生した熱が前記セラミックツール１以外に伝熱することを防止するための断熱材３と、これらの部材を統合し他部材に結合するためのホルダー４とから構成される。
【００１９】
前記セラミックツール１は、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等からなり、その上面に半導体チップを真空吸着するための真空引き穴１ａが形成されており、その下面に形成されるセラミックヒーター２、断熱材３およびホルダー４にも同様な真空引き穴が設けられており、これら真空引き穴は全て貫通しているため、これらを介して真空引きすることによってセラミックツール１の上面の半導体チップを真空吸着する仕組みである。
【００２０】
また、前記セラミックツール１は、その熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、セラミックツール１の周囲部分の温度が低下するのを防止するとともに、セラミックヒーター２の熱をセラミックツール１側に効率的に供給し、その上面に載置された半導体チップの温度分布を一定に保ちハンダチップのボンディングにバラツキが発生するのを有効に防止することができる。
【００２１】
さらに、前記セラミックツール１の下面にはセラミックヒーター２が形成され、セラミックツール１の上面に載置された半導体チップを加熱する作用をなす。
【００２２】
前記セラミックヒーター２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すようにセラミック体５に前記発熱体６を埋設した発熱部Ａと、該発熱部Ａと一体的に形成され、帯状のセラミック体に前記発熱体６の両端に接続されるリードパターン７を埋設させた一対のリード部８と、各リード部８の両側面より前記リードパターン７の一部を露出させた電極取出し部９と、該電極取出し部９に接続されるリード端子１０とからなり、前記リード端子１０は、帯状のリード部８の少なくとも一主面及び両側面にロウ付けされている電極金具１０ａと、該電極金具１０ａに取着されているリード線１０ｂとから形成されている。
【００２３】
このようなセラミックヒーター２の製造方法としては、先ず、例えば主成分として９０〜９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％、１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、原料粉末をプレス成形法等によって所定形状に成形し成形体を得、該成形体にタングステンやモリブデン、レニウム等、或いはこれらの炭化物、窒化物等に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して発熱体ペーストを作り、これを発熱体６とリードパターン７の形状にスクリーン印刷法等によりプリントし、その上面に上述のプレス体を重ねて密着させ、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成するか、もしくは、１０気圧以上の窒素雰囲気中にて約１７００〜１８５０℃で焼成する。得られた焼結体を所定の寸法に研削加工した後、一対の帯状のリード部８を研削加工し、リードパターン７の一部をリード部８より露出させて電極取出し部９を形成し、該電極取出し部９及びリード部８の端部の一主面と両側面に、すなわちリード部８と電極金具１０ａとの接触面に主成分であるＡｇにＴｉを含有したペーストを塗布し、真空中にて焼成してメタライズを形成し、このメタライズ上にＮｉメッキを施した後、Ａｇ−Ｃｕ等のロウ材を用いて真空中又は非酸化性雰囲気中にて電極金具１０ａをロウ付けし、該電極金具１０ａにリード線１０ｂを取着してリード端子１０を形成することによって製作される。
【００２４】
また、前記セラミック体５は、窒化珪素質焼結体で形成することが好ましく、セラミック体５に発熱体６及びリードパターン７を埋設させることによって動作時に発熱体６及びリードパターン７の付近まで空気中の酸素が拡散し、発熱体６やリードパターン７が酸化して断線するのを有効に防止するとともに、高温強度を極めて高いものとし、電気的な絶縁性、耐久性を保持する。
【００２５】
さらに、前記セラミック体５は、その熱伝導率を常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としておくと、発熱体６の熱をセラミック体５全体に短時間で伝達し、温度むらを防止することができ、その厚みを１〜２ｍｍの範囲としておくと、セラミックヒーター２の機械的強度を高いものに維持しつつ熱容量を小さくし、昇温速度を速くすることができるため、半導体ベアチップを押圧加熱して配線基板に実装する際、セラミックヒーター２に割れ等の破損を発生させることなく短時間に実装可能となる。
【００２６】
前記発熱部Ａにはリード部８が一体的に接合され、該リード部８は一対の帯状として断面積を小さくすることにより、発熱部Ａで発生した熱がリード部８に伝わり難くしてある。また、各リード部８の両側面に形成された電極取出し部９が高温になるのを防止するため、発熱部Ａより１０ｍｍ以上突出して形成されることが好ましい。
【００２７】
前記電極取出し部９は、図２（ｂ）に示すように各リード部８の両側面に形成されており、該電極取出し部９を覆うようにリード端子１０がリード部の少なくとも一主面及び両側面にロウ付けされていることから、リード端子１０とリード部８とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部９が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部９の長さを大きいものにし、電極取出し部９が高温となるのを防止することができる。
【００２８】
また、前記ロウ材のビッカース硬度は、１．３ＧＰａ以下、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上であることが好ましい。ロウ材のビッカース硬度を１．３ＧＰａ以下とすることにより、ロウ付け部に応力が加わっても該応力を吸収し、且つロウ付け面積を３０ｍｍ2以上の大きなものとしても、セラミック体５にクラックが生じることはなく、リード部８とリード端子とをより強固に接合し、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｃｕ（組成比７２重量％−２８重量％）、Ａｕ−Ｃｕ（組成比５０重量％−５０重量％）、Ａｕ−Ｃｕ−Ｎｉ（組成比３５重量％−６２重量％−３重量％）、等のロウ材を用いることができる。
【００２９】
なお、ロウ材のビッカース硬度は荷重０．９８Ｎ印加した際の値であり、微少硬度計を用いて測定することができ、また、前記ロウ付け面積とはリード端子１０の電極金具１０ａとリード部８との接触面積を示すものであり、電極金具１０ａはその全面にわたってリード部８とロウ付けされている。
【００３０】
さらに、各電極取出し部９の長さの合計を１０ｍｍ以上としておくことが好ましく、電極取出し部９の露出領域を大きくすることによって、印加電力が大きくなっても、電極取出し部９が高温となることを防止することができる。
【００３１】
なお、前記各電極取出し部９の長さとは、各リード部８の両側面に形成される計４箇所の電極取出し部９の合計の長さを示す。
【００３２】
前記セラミックヒーター２の下面には断熱材３が形成され、５〜３０％程度の気孔率を有するムライトセラミックスやムライト−コージェライトセラミックスからなり、セラミックヒーター２の熱をセラミックツール１側に有効に伝達させる作用をなす。
【００３３】
また、前記断熱材３の下面には、セラミックツール１を除く各部品を統合し、他部材に結合するためのホルダー４が形成されており、該ホルダー４は低熱伝導性を有するセラミックスから成り、前記セラミックヒーター２を形成するセラミック体５と同程度、もしくはそれよりも熱伝導率の低いセラミックスであれば良く、好ましくは常温での熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いる。具体的には、低熱伝導窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスから成る。
【００３４】
上述のような接触加熱装置は、セラミックヒーター２の発熱体６の電気抵抗により電力が印加される際、ジュール発熱を起こし、セラミックツール１の上面に載置された半導体ベアチップを低融点ロウ材を介して配線基板上に実装する際、前記低融点ロウ材を溶融させるために必要な温度に発熱する仕組みである。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更は可能である。
【００３６】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
【００３７】
図２に示すような接触加熱装置用のセラミックヒーターを作製し、その特性を測定した。
【００３８】
先ず、主成分として９０〜９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％と１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、原料粉末をプレス成形法等により５０ｍｍ×５０ｍｍの成形体を得、該成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して発熱体ペーストを作り、これを発熱部パターンとリード部パターンにスクリーン印刷法等によりプリントし、その上面に上述の成形体を重ねて密着させ、１０気圧の窒素雰囲気中にて約１７００〜１８５０℃で焼成した後、所定の寸法に研削加工し、別途リード部を研削加工してリード部パターンの一部を露出させ、電極取出し部を形成し、表1に示す如くロウ材にて電極金具をロウ付けするとともにリード線を接続した。
【００３９】
これを平面研削盤、超音波加工機を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍの発熱部と、長さ２０ｍｍのリード部とを形成した。その後、研削加工によってリード部の一主面及び両側面に表１に示す如く長さの電極取出し部を形成し、Ａｇを主成分とするペーストを塗布し、真空中にて焼成を行いメタライズを形成した後、このメタライズにＮｉメッキを施し、表１に示す如くロウ材を用いて真空中又は非酸化性雰囲気中にてリード端子をロウ付けし、セラミックヒーターの試料を得た。
【００４０】
なお、ロウ材のビッカース硬度は０．９８Ｎを加えた際の値を微少硬度計を用いて測定した。
【００４１】
また、ロウ付け部の強度は、試料Ｎｏ．１〜２７はリード部の主面に形成されたリード端子をリード部の主面に対して垂直な方向に引っ張り、剥離した強度を測定し、試料Ｎｏ．２８〜３１については、リード部の側面に対して垂直な方向に引っ張り、リード端子の剥離する強度をそれぞれプッシュプルゲージを用いて測定した。
【００４２】
さらに、ロウ付け部の温度は、印加電力約２．５ｋＷを加えジュール熱によりセラミックヒーターを発熱させ、発熱部の温度を４００℃にて安定させ電極金具のロウ付け部の温度を測定した。
【００４３】
その結果を表1に示す。
【００４４】
【表１】
0004605932.tif 000002
【００４５】
表１の結果より、リード端子をリード部の一主面及び両側面にロウ付けした試料（Ｎｏ．１〜２７）は、ロウ付け部の強度が１３０Ｎ以上と大きく、リード端子が剥離し難いことが判った。
【００４６】
特に、ロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上の試料（Ｎｏ．４〜９、Ｎｏ．１３〜１８）は、ロウ付け強度が２００Ｎ以上とさらに大きくなっていることが判った。
【００４７】
また、電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上の試料（Ｎｏ．２、３、５、６、８、９、１１、１２、１４、１５、１７、１８、２０、２１、２３、２４、２６、２７）は、ロウ付け部の温度が２６５℃以下と低くなっていることが判った。
【００４８】
これに対し、リード端子がリード部の一方の側面にのみ形成された試料（Ｎｏ．２８〜３１）は、ロウ付け強度が１００Ｎ以下と小さく、ロウ付け部の温度も３１５℃以上と高いことが判った。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターは、発熱部に一体的に形成された一対のリード部の両側面より露出させた電極取出し部に接続されるリード端子を、各リード部の少なくとも一主面と両側面にロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されていることから、リード端子とリード部とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部の長さを大きいものにし、電極取出し部が高温となるのを防止することができる。
【００５０】
また、本発明の接触加熱装置によれば、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ2以上であることから、作動時にロウ付け部に加わった応力をロウ材が吸収し、セラミック体にクラックが生じるのを防止して、リード端子をより強固に接合することができる。
【００５１】
さらに、本発明の接触加熱装置によれば、前記各リード部に備えた電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上であることから、セラミックヒーターへの印加電力の増加にともなって、電極取出し部に大電流が集中してもロウ付け部の温度が高温になるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触加熱装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターの斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の分解斜視図である。
【図３】（ａ）は従来の接触加熱装置を示す斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターの分解斜視図である。
【符号の説明】
１：セラミックツール
２：セラミックヒーター
３：断熱材
４：ホルダー
５：セラミック体
６：発熱体
７：リードパターン
８：リード部
９：電極取出し部
１０：リード端子
１０ａ：電極金具
１０ｂ：リード線
【図１】
0004605932.tif 000003
【図２】
0004605932.tif 000004
【図３】
0004605932.tif 000005