(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を備えた耐熱性金属ブロック内部に、前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体を埋め込んだ加熱装置であって、前記耐熱性金属ブロック内部に前記均等加熱用金属体を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にした加熱装置。
【請求項２】
加熱手段を備えた加熱装置本体と、同加熱装置本体に載置され、または前面に配置して、または装着して使用される均等加熱用部材とからなる加熱装置であって、  前記均等加熱用部材は、耐熱性金属ブロックと同耐熱性金属ブロックに埋め込まれ前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体とを備え、前記耐熱性金属ブロック内部に前記均等加熱用金属体を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にした加熱装置。
【請求項３】
前記耐熱性金属ブロックがステンレス鋼で、前記均等加熱用金属体が、銅、銀、アルミニウム、金のいずれかである請求項１または２記載の加熱装置。
【請求項４】
加熱手段を備えた耐熱性金属ブロック内部に、前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体を埋め込んだ加熱装置の製造方法であって、前記耐熱性金属ブロックの一面を開口し、同開口部から均等加熱用金属体用材料を挿入し、しかる後に前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で前記耐熱性金属ブロック及び均等加熱用金属体用材料を加熱した後冷却し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にすることを特徴とする加熱装置の製造方法。
【請求項５】
加熱手段を備えた加熱装置本体と、同加熱装置本体に載置され、または前面に配置して、または装着して使用される均等加熱用部材とからなる加熱装置の製造方法であって、前記均等加熱用部材は、耐熱性金属ブロックと同耐熱性金属ブロックに埋め込まれ前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体とを備え、前記耐熱性金属ブロック内部に均等加熱用金属体用材料を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱した後冷却し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にすることを特徴とする加熱装置の製造方法。。
【請求項６】
前記耐熱性金属ブロックがステンレス鋼で、前記均等加熱用金属体が、銅、銀、アルミニウム、金のいずれかであり、かつ前記加熱温度が、均等加熱用金属体用材料の溶融温度〜溶融温度＋１℃であることを特徴とする請求項４または５記載の加熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造における表面実装部品用接着剤の熱印加や、ボンディング後の熱処理、クリーム半田リフロー、また高熱動作試験用加熱などに使用される加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるブロックヒータと呼ばれる加熱装置は、耐熱性に優れたステンレス鋼などをブロック状とし、この内部に熱源である加熱ヒータを埋め込んだもので、加熱ヒータによってブロック全体の温度を上昇させ、この熱によって上記した接着剤等を硬化させるものである。
【０００３】
このような加熱装置において特に重要なのは、加熱領域全面を精度よく均一に温度上昇させることであり、加熱装置の加熱領域にむらがあると、例えば、表面実装部品用接着剤の熱印加に用いた場合、樹脂の硬化むらを引き起こし、製品のひずみとなって現れる。
【０００４】
このような温度むらに起因する製品のひずみは、製品の性能に悪影響を与えるばかりでなくひずみ部分からクラックが発生し、甚だしい場合は製品破損の原因になる場合もある。
【０００５】
このような問題点を解消し、均一な表面温度を得る手段として、本出願人は、特開平８−３３５４９０号公報において、従来から使用されているステンレス鋼からなるブロック本体内部に、熱伝導性に優れた銅などからなる均等加熱用封入体を埋め込んだ加熱装置を提案した。
【０００６】
この加熱装置によれば、ステンレス鋼だけで形成されたものに比べて加熱装置全体の熱抵抗を下げることが可能となり、これによって、ヒータの熱を効率良く加熱面側に伝導させて加熱面全域に均一な温度分布を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の方法では、ブロック本体と均等加熱用封入体との接合は、単なる機械的なはめ込みや、または銀ロー付けなどによって行われており、機械的はめ込みではブロック本体内面と均等加熱用封入体外面との境界部全体に隙間ができやすく、また銀ロー付けの場合、部分的に隙間ができる傾向がある。
【０００８】
このような全体の隙間は、熱効率を悪くし、また部分的な隙間は、温度むらの原因となる。特に温度むらは高温になればなるほど甚だしく、４００℃の場合±３℃、５００℃の場合±７．５℃の温度むらが発生していた。
【０００９】
そこで、本発明が解決すべき課題は、先に本出願人が提案した加熱装置の上記問題点を解消し、さらに熱効率が良くかつ温度むらが少ない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】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究の結果、耐熱性金属ブロックを外枠として、この中に挿入される均等加熱用金属体の材料を溶融点まで一旦加熱した後冷却することにより、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とが完全に密着し、これによって熱効率の向上と温度むらを解消できるのではないかとの知見に基づき本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、加熱手段を備えた耐熱性金属ブロック内部に、前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体を埋め込んだ加熱装置であって、前記耐熱性金属ブロック内部に前記均等加熱用金属体を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にしたことを特徴とする。
【００１２】
ここで耐熱性金属ブロックとしては耐久性に優れたステンレス鋼を、また均等加熱用金属体としては、熱伝導性に優れた、銅、銀、アルミニウム、金のいずれかを好適に用いることができる。
【００１３】
また、本発明は、上記したように、加熱手段と均等加熱用金属体とを耐熱性金属ブロック内部に埋め込んだもののみならず、加熱手段を備えた加熱装置本体と、同加熱装置本体に載置され、または前面に配置して、または装着して使用される均等加熱用部材とからなる加熱装置においても可能である。
【００１４】
この場合、前記均等加熱用部材は、耐熱性金属ブロックと同耐熱性金属ブロックに埋め込まれ前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体とを備え、前記耐熱性金属ブロック内部に前記均等加熱用金属体を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態とする。
【００１５】
本発明の加熱装置の製造方法は、加熱手段を備えた耐熱性金属ブロック内部に、前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体を埋め込んだ加熱装置の製造方法であって、前記耐熱性金属ブロックの一面を開口し、同開口部から均等加熱用金属体用材料を挿入し、しかる後に前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で前記耐熱性金属ブロック及び均等加熱用金属体用材料を加熱した後冷却し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にすることを特徴とする。
【００１６】
また本発明の別の加熱装置の製造方法は、加熱手段を備えた加熱装置本体と、同加熱装置本体に載置され、または前面に配置して、または装着して使用される均等加熱用部材とからなる加熱装置の製造方法であって、前記均等加熱用部材は、耐熱性金属ブロックと同耐熱性金属ブロックに埋め込まれ前記耐熱性金属ブロックよりも熱伝導率が高い均等加熱用金属体とを備え、前記耐熱性金属ブロック内部に前記均等加熱用金属体用材料を挿入した状態で前記均等加熱用金属体の溶融点以上の温度で加熱した後冷却し、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを密着状態にする。
【００１７】
ここで、前記の加熱温度は、均等加熱用金属体の溶融温度〜溶融温度＋１℃（たとえば銅の場合、１０８３〜１０８４℃）が望ましい。加熱温度が均等加熱用金属体の溶融温度＋１℃を超えて高くなり過ぎると、溶融物があふれて内部に空洞が発生し、均等な加熱に支障を生じるようになる。
【００１８】
上記条件で加熱することによって、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面との境界に体積拡散層が形成され、これによって、耐熱性金属ブロック内面と均等加熱用金属体外面とを完全密着状態とすることができるものと考えられる。この現象は、固相焼結における体積拡散に似た現象により生じるものと推察される。
【００１９】
なお、均等加熱用金属体用材料を溶融点まで加熱する際には、過昇温により溶融物があふれ出して空洞が発生するのを防止するために、たとえば銅の場合、１０５０℃程度から１０８３℃までは３０〜４０分程度の時間をかけて加熱することが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の特徴を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施の形態の加熱装置を示す一部切欠斜視図、図２は図１に示す加熱装置の縦断面図である。
【００２１】
本実施形態の加熱装置１０は、耐熱性や耐摩耗性に優れたステンレス鋼からなる耐熱性金属ブロック１１と、この耐熱性金属ブロック１１の内部に挿入されステンレス鋼よりも熱伝導率が高い銅からなる均等加熱用金属体１２、及び熱源であるヒータ１３によって構成されている。図の上面側が半導体製造などにおいての加熱面となる。
【００２２】
次いで図３〜図５を参照して、図１に示す加熱装置の製造プロセスについて説明する。
【００２３】
図３において、１１ａ〜１１ｅは金属ブロック１１を構成する各パーツで、これらのパーツ１１ａ〜１１ｅを上面のみを開口した状態に溶接によって組み立て、内部に均等加熱用金属体用材料としての銅板Ｇを挿入する。その際、銅板Ｇの溶融によって各パーツ１１ａ〜１１ｅと銅板Ｇとの隙間を埋めることによる上面低下を想定して、高さ方向の寸法を１０ｍｍ程度長めとする。
【００２４】
この状態で図４に示すように電気炉５０内に入れ、電気炉５０上面に蓋５１を被せる。電気炉５０には、底面及び側面にそれぞれ分かれた分割ヒータ５０ａ〜５０ｅが設けられ、これらが独立して温度制御される。
【００２５】
本実施形態の場合、縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ３５ｍｍの寸法の銅板Ｇを、不活性ガス雰囲気中あるいは還元性ガス雰囲気中で１０８３℃で９０分間加熱することによって完全に溶融させ、その後自然冷却する。
【００２６】
その後、上面を約１０ｍｍカットして所定の寸法とし、図５に示すように切断面に金属ブロックのパーツ１１ｆを被せて溶接を施すことにより、６面体を完成させる。さらにその後ヒータ用に孔（図示せず）加工を行い、必要に応じて図１及び図２に示すヒータ１３を装着して完成させる。
【００２７】
このように本実施形態の加熱装置１０においては、均等加熱用金属体１２は、耐熱性金属ブロック１１内部に銅板Ｇを挿入した状態で銅の溶融点である１０８３℃温度で加熱し、耐熱性金属ブロック１１内面と均等加熱用金属体１２外面とが完全に密着状態となっている。
【００２８】
本実施形態の加熱装置における効果を確認するために、溶融法による本実施形態の加熱装置と、銀ロー付け法による従来の加熱装置について、実際の加熱試験を行った。図６はその結果を示すグラフである。
【００２９】
図６に示すように、本実施形態の加熱装置においては、設定温度４００〜５００℃における偏差が従来の加熱装置に比べて約１／２であり、従来装置にくらべて比べて大幅な改善が見られた。
【００３０】
このように本実施形態の加熱装置によれば、比較的簡単な構造で熱効率が良くかつ温度むらが少ない加熱装置が得られる。また、各部材が熱処理をうけていることにより、残留応力がゼロとなり、使用時における熱ひずみの発生が少なく安定した性能を維持することができる。
【００３１】
図７は第２の実施の形態の加熱装置を示す縦断面図で、本実施形態の加熱装置２０は、ヒータ２１ａを備えた加熱装置本体２１と、加熱装置本体２１に載置して使用される均等加熱用部材２２とからなる加熱装置である。
【００３２】
均等加熱用部材２２は、ステンレス鋼からなる耐熱性金属ブロック２２ａと金属ブロック２２ａに埋め込まれ耐熱性金属ブロック２２ａよりも熱伝導率が高い銅からなる均等加熱用金属体２２ｂとを備えている。また第１の実施形態の加熱装置と同様に、耐熱性金属ブロック２２ａ内部に均等加熱用金属体２２ｂを挿入した状態で均等加熱用金属体２２ｂの溶融点以上の温度で加熱し、耐熱性金属ブロック２２ａ内面と均等加熱用金属体２２ｂ外面とが密着状態となっている。本実施形態の加熱装置においても、上記実施の形態の加熱装置と同等の改善が確認された。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって、比較的簡単な構造で熱効率が良くかつ温度むらが少ない加熱装置が得られる。また、各部材が熱処理をうけていることにより、残留応力がゼロとなり、使用時における熱ひずみの発生が少なく安定した性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の加熱装置を示す一部切欠斜視図である。
【図２】  図１に示す加熱装置の縦断面図である。
【図３】  図１に示す加熱装置の製造プロセスを示す説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】  図１に示す加熱装置の製造プロセスを示す説明図である。
【図５】  図１に示す加熱装置の製造プロセスを示す説明図である。
【図６】  加熱試験の結果を示すグラフである。
【図７】  第２の実施の形態の加熱装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０  加熱装置
１１  耐熱性金属ブロック
１１ａ〜１１ｆ  耐熱性金属ブロックのパーツ
１２  均等加熱用金属体
１３  ヒータ
２０  加熱装置
２１  加熱装置本体
２１ａ  ヒータ
２２  均等加熱用部材
２２ａ  耐熱性金属ブロック
２２ｂ  均等加熱用金属体
５０  電気炉
５０ａ〜５０ｅ  分割ヒータ
５１  蓋
Ｇ  銅板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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