(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ホルダーと、これらを結合するための、皿ネジおよびナットから成る係合部材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、発熱部と、該発熱部に接続されるリードパターンと、該リードパターンに形成された電極引き出し孔を有しており、該電極引き出し孔表面の少なくとも一部に電極取出し部が形成され、該電極取出し部に前記係合部材が接触するとともに該系合部材が前記セラミックヒーターに電力を供給するためのリード部としての機能を有し、さらに、前記係合部材の熱膨張率が前記セラミックヒーターの熱膨張率と前記断熱材の熱膨張率の中間であることを特徴とする接触加熱装置。
【請求項２】
前記電極取出し部がメタライズ層から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触加熱装置。
【請求項３】
前記電極取出し部の表面にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触加熱装置。
【請求項４】
前記セラミックヒーターが窒化珪素質セラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接触加熱装置。
【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４、図５（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２１と、該セラミックツール２１を加熱するためのセラミックヒーター２２と、セラミックヒーター２２から発生した熱がセラミックツール２１以外に伝熱することを防止するための断熱材２３と、これらの部材を統合し他部材に結合するホルダー２４とから構成されており、前記セラミックヒーター２２は、セラミック体２５中に発熱体２６を埋設した発熱部Ｂと、該発熱部Ｂに一体的に接合され、帯状のセラミック体に前記発熱体２６の両端に接続されるリードパターン２７を埋設させた一対のリード部２８と、前記リードパターン２７の一部を各リード部２８の側面より露出させた電極取出部２９と、該電極取出部２９に接続されるリード端子３０とから構成される。
【０００５】
また、前記リード端子３０は、L字状或いは板状の電極金具３０ｂに、リード線３０ａが取着されており、前記電極金具３０ｂは電極取出部２９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の電力を印加して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の電力を印加して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２２は、電極取出部２９に接合されるリード端子３０が、リード部２８の一部を覆うようにロウ付けされており、より高温で繰り返し使用される場合電極部の温度も高温となり熱膨張の小さいセラミックヒーター２２と熱膨張の大きい電極金具３０ａとの熱膨張率の差により、接触加熱装置の作動時にロウ付け部に応力が発生し、ロウ付け部の周辺にクラックが入りやすくヒーター寿命が低下するという欠点を有していた。
【０００８】
また、従来の接触加熱装置に用いられる前記セラミックヒーター２２は、電極取出部２９の温度を下げるため大きく突き出た構造となっていたため、実作業において邪魔な構造となっていた。
【０００９】
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、高温での繰り返し使用において、セラミックヒーターの電極取出部２９にリード端子接続による応力の発生が少なく、安定した電極引き出し構造が得られコンパクトで高寿命な接触加熱装置を提供することにある。
【００１０】
【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ホルダーと、これらを結合するための、皿ネジおよびナットから成る係合部材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、発熱部と、該発熱部に接続されるリードパターンと、該リードパターンに形成される電極引き出し孔を有しており、該電極引き出し孔表面の少なくとも一部に前記リードパターンと接続する電極取出し部が形成されており、該電極取出し部が前記係合部材と接触するとともに該系合部材が前記セラミックヒーターに電力を供給するためのリード部としての機能を有し、さらに、前記係合部材の熱膨張率が前記セラミックヒーターの熱膨張率と前記断熱材の熱膨張率の中間であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記電極取出し部がメタライズ層から形成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明は、前記電極取出し部の表面にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、前記セラミックヒーターが窒化珪素質セラミックで形成されていることを特徴とする。
【００１６】
【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。
【００１７】
本発明の接触加熱装置は、図１の斜視図のように、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、各部材を結合するための係合部材１２とから構成される。
【００１８】
係合部材１２は例えばナットと皿ネジであり、これらの部品を結合する機能と同時に、セラミックヒーター２の電極取出し部に接触してセラミックヒーター２に電力を供給するためのリード部としての機能を有している。
【００１９】
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発熱体６に接続するリードパターン７と、各リードパターン７に形成された電極引き出し孔９を有し、各電極引き出し穴９には電極取出し部８が形成されている。
【００２０】
また、図３（ａ）のように、電極取出し部８はメタライズ層１０とメッキ層１１とからなり、図３（ｂ）のように、この電極取出し部８に係合部材１２を接触させてこの係合部材１２より通電するようになっている。
【００２１】
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。
【００２２】
得られた焼結体を所定の寸法に研削加工した後、一対の電極引き出し孔９を研削加工し、リードパターン７の一部を電極引き出し孔９より露出させ、その表面に主成分としてＡｕ−Ｎｉ、またはＡｇ−Ｃｕ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層１０を形成し、該メタライズ層１０の上にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層１１を施して電極取出し部８を形成する。そして、係合部材１２でセラミックヒーター２、断熱材３、ホルダー４を組み付けるとともに、該係合部材１２と前記電極取出し部８とを接触させる。
【００２３】
前記メタライズ層１０は耐酸化性の高い金属成分を主成分とし、またその表面に耐酸化性の高いメッキ層１１を形成していることから、電極部の耐熱性を高めることができ、また係合部材１２と電極取出し部８を接触させていることから、高温で使用時に該電極取出し部８に大きな応力が発生することが少なく、クラック等の不具合の発生を防止することができる。
【００２４】
また、前記係合部材１２は、熱膨張率が前記セラミックヒーター２の熱膨張率と前記断熱材３の熱膨張率の中間のものを用いることにより、温度上昇時の熱膨張差による各部材のゆるみ、または電気導通の不具合等を防止することができる。
【００２５】
さらに、前記係合部材１２が皿ねじとナットから形成されることで各部材の固定と電極引き出し部８の電気導通を安価で確実に行うことができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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できるとともに温度ムラ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で実装することが可能となる。
【００２８】
また、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となっている。
【００２９】
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い。これにより、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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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となっている。セラミックヒーター２のリード引き出し部を外部に取出さないので、該リード引き出し部から発生する余分な熱により、隣接する接合部分以外にある接合用ハンダを溶解して接合に悪影響を及ぼすような問題を発生させることもない。
【００３４】
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。
【００３５】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
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、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成した後、平面研削盤、および超音波加工機を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍのセラミック体と、テーパー部とネジ部直径が３ｍｍの電極引き出し孔９を形成し、リードパターンの一部を電極引き出し孔９より露出させ、電極取出し部８を形成し、メタライズペーストを電極引き出し孔９の電極面に塗布し、真空中にて焼成を行いメタライズ層１０を形成した後、このメタライズ層１０に表1に示す如くメッキ層１１を形成しセラミックヒーター２の試料を得た。
【００３８】
また、比較例であるろう付け仕様のセラミックヒーターは図５に示すように、セラミック焼結体を作製した後、２４ｍｍ×２４ｍｍの発熱部と、長さ２０ｍｍのリード部を形成し、表１に示す如くろう材にて電極金具３０ｂをろう付けするとともにリード線３０ａを接続した。
【００３９】
係合部材１２電極金具３０ｂからなる電極部の温度は熱電対を取り付けて測定し、発熱部温度を電極部温度が表中の所定の温度になるよう調整した。電極のクラックの有無はヒーターの常温抵抗値の変化と外観の双眼顕微鏡のチェックにより確認した。
【００４０】
その結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0004683782.tif 000002
【００４２】
表１の結果より、Ｎｏ．１６〜２０に示したろう付け仕様のセラミックヒーターは、電極金具３０ｂからなる電極部の温度が４００〜５００℃になると、電極部にクラックが発生した。
【００４３】
これに対し、係合部材１２からなる電極部を用いたＮｏ．１〜１５は、電極部にクラックは発生しなかった。電極引き出し部を電極引き出し孔９と係合部材１２との接触により形成することで電極部にクラックが発生し難くなることが判った。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、接触加熱装置に用いるセラミックヒーターが、発熱部と、該発熱部に接続されるリードパターンと、該リードパターンに形成される電極引き出し孔を有しており、該電極引き出し孔表面の少なくとも一部に前記リードパターンと接続する電極取出し部が形成されており、該電極取出し部が皿ネジおよびナットから成る係合部材と接触するように形成されていることから、高温での繰り返し使用において、セラミックヒーターの電極引き出し部にリード端子接続による応力の発生が少なく、安定した電極引き出し構造が得られるコンパクトで高寿命な接触加熱装置が得られる。
【００４５】
また、電極取出し部がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層を備えたメタライズ層で形成することによって、高温での耐熱性が高く電極引き出し部のクラックを防止できる。
【００４６】
さらに、係合部材の熱膨張率を、前記セラミックヒーターの熱膨張率と断熱材の熱膨張率の中間とすることによって、高温使用時の各部材の熱膨張差によるゆるみを防止できる。
【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）（ｂ）は、本発明の接触加熱装置のセラミックヒーターの電極取出し部の断面図である。
【図４】従来の接触加熱装置の斜視図である。
【図５】（ａ）は従来の接触加熱装置に用いるセラミックヒーターを示す斜視図であり、（ｂ）はそ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：電極取出し部
９：電極引き出し孔
１２：係合部材
【図１】
0004683782.tif 000003
【図２】
0004683782.tif 000004
【図３】
0004683782.tif 000005
【図４】
0004683782.tif 000006
【図５】
0004683782.tif 000007