(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が埋設されたヒータ部と、該ヒータ部に一体的に結合して該ヒータ部を固定するホルダー部とを備えたセラミック基材からなるセラミックヒータであって、
該ヒータ部の加熱面の中央部に凹部を設けることにより、該ヒータ部の加熱面に被加熱体を接触させ、該被加熱体を該凹部の非接触面から間接伝熱し、該被加熱体の温度分布における温度差を、２０℃以内にするとともに、該凹部の深さｔが１０μｍ〜（加熱面から発熱体までの距離Ｌ−０．５）ｍｍであり、且つ該ヒータ部の加熱面の電極端子近傍部が、該ヒータ部の加熱面の外縁部より、該被加熱体との接触面積を大きくしたセラミックヒータ。
【請求項２】
加熱面から発熱体までの距離Ｌが、１ｍｍ≦Ｌ≦（セラミックヒータの厚さの２／３）である請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
加熱面から発熱体までの距離Ｌが、１ｍｍ≦Ｌ≦４ｍｍである請求項２に記載のセラミックヒータ。
【請求項４】
セラミック基材の熱伝導率が、少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
【請求項５】
セラミック基材が、単一材料で、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかで形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）又は成膜プロセスに好適に用いることができるセラミックヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高速・多ピン化に伴い、狭ピッチ・高精度の半導体実装技術がますます重要になりつつある。
特に、液晶パネル実装におけるＣＯＧ，コンピュータや携帯電話におけるＭＣＭ実装などで、すでに実用化されているフリップチップボンディング（ＦＣＢ）は、図６（ａ）に示すように、半導体デバイスのＳｉチップ５０と基板６０上の電極６２を接合する際、直接半田やＡｕロウ等の接合端子（バンプ）５２で熱圧着により接合する方法である。
このフリップチップボンディング（ＦＣＢ）は、図６（ｂ）（ｃ）に示すような従来のリード線５４，５６を介して接合を行うワイヤボンディング（ＷＢ）やテープキャリア（ＴＣ）と比較して、デバイスの更なるコンパクト・小形化および高速化が可能となるため、今後ワイヤボンディング（ＷＢ）にかわりフリップチップボンディング（ＦＣＢ）が主流になると予想されている。
【０００３】
このフリップチップボンディング（ＦＣＢ）に用いる装置の一例を図５に示す。
実際にフリップチップボンディング（ＦＣＢ）を行う場合、Ｓｉチップ５０のサイズに対応したツールヘッド２０を選択し、ツールヘッド２０を真空吸着によりヒータ１に固定した後、Ｓｉチップ５０を真空吸着によりツールヘッド２０に装着させる。
ここで、ヒータ１は、Ｓｉチップ５０を強制冷却するために、ジャケット３０にネジ止めされている。
そして、Ｓｉチップ５０と接合するための電極６２が配設された基板６０を、基板用基台４０に真空吸着により固定させる。
【０００４】
次に、ツールヘッド２０を基板用基台４０の位置決めされた方向に垂直に降下させて、Ｓｉチップ５０上の接合端子５２と基板６０上の電極６２を接触させた後、所定の荷重（最大約４９０Ｎ［５０ｋｇｆ］程度）を掛けると同時に、Ｓｉチップ５０を所定の温度（４５０〜５００℃程度）に急速昇温（５０℃から４５０〜５００℃まで５秒程度）させ、一定時間（３〜５秒程度）保持することにより、Ｓｉチップ５０上の接合端子（バンプ）５２と基板６０上の電極６２を熱圧着する。
そして、速やかにヒータ１の電源を切断し、ジャケット３０で強制冷却（水冷又は空冷）を行い、ツールヘッド２０に装着されたＳｉチップ５０を急速降温（４５０〜５００℃から１００℃まで２０秒程度）させることにより、Ｓｉチップ５０上の接合端子（バンプ）５２と基板６０上の電極６２が接合され、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）は完了する。
【０００５】
このとき、Ｓｉチップ５０の接合端子（バンプ）５２の広がりを防止すると同時に、Ｓｉチップ５０に対する熱的なダメージを少なくするため、急速昇降温（昇温：５秒以下、降温：２０秒以下）することが、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）を確実に行う上で必要不可欠である。
【０００６】
上記の要件を満たすために、最近では、熱伝導性、均熱性、放熱性及び熱衝撃性に優れた窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミックスを用いたセラミックヒータ１が主に用いられている。
【０００７】
上記セラミックヒータ１は、図２に示すように、Ｓｉチップ５０を加熱面１７の全面に直接接触させて加熱することが主に行われていたが、ホルダー部１５と電極端子８近傍部での熱の逃げが大きいため、加熱面１７の温度分布が不均一になってしまうという問題点があった。
これを解消するため、上記セラミックヒータ１は発熱体のパターンの最適化が行われているが、これを行う度に印刷型やコイル成形型を作り直さなければならないため、コストがかさむという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、急速昇降温時における被加熱体の温度分布を均一にすることができるとともに、コストの低減に寄与することができるセラミックヒータを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、発熱体が埋設されたヒータ部と、該ヒータ部に一体的に結合して該ヒータ部を固定するホルダー部とを備えたセラミック基材からなるセラミックヒータであって、該ヒータ部の加熱面の中央部に凹部を設けることにより、該ヒータ部の加熱面に被加熱体を接触させ、該被加熱体を該凹部の非接触面から間接伝熱し、該被加熱体の温度分布における温度差を、２０℃以内にするとともに、該凹部の深さｔが１０μｍ〜（加熱面から発熱体までの距離Ｌ−０．５）ｍｍであり、且つ該ヒータ部の加熱面の電極端子近傍部が、該ヒータ部の加熱面の外縁部より、該被加熱体との接触面積を大きくしたセラミックヒータが提供される。
【００１０】
また、本発明では、加熱面から発熱体までの距離Ｌが、１ｍｍ≦Ｌ≦（セラミックヒータの厚さの２／３）であることが好ましく、１ｍｍ≦Ｌ≦４ｍｍであることが特に好ましい。
【００１１】
更に、本発明では、セラミック基材の熱伝導率が、少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、ヒータ部とホルダー部とが、単一材料で、かつ窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかで形成されていることが好ましい。
【００１２】
尚、本発明では、セラミックヒータが、フリップチップボンディング用ヒータ又は成膜プロセス用ヒータであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックヒータは、ヒータ部の加熱面の中央部に凹部を設けることにより、ヒータ部の加熱面に被加熱体を接触させ、被加熱体を凹部の非接触面から間接伝熱し、被加熱体の温度分布における温度差を、２０℃以内にするとともに、凹部の深さｔが１０μｍ〜（加熱面から発熱体までの距離Ｌ−０．５）ｍｍであり、且つヒータ部の加熱面の電極端子近傍部が、ヒータ部の加熱面の外縁部より、被加熱体との接触面積を大きくしたものである。
これにより、本発明のセラミックヒータは、急速昇降温時における被加熱体の温度分布を均一にすることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。尚、被加熱体の温度分布における温度差は、２０℃以内（より好ましくは１０℃以内）であることが、フリップチップボンディング用ヒータ又は成膜プロセス用ヒータとして実使用する上で好ましい。
【００１４】
以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のセラミックヒータの一例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
ここで、本発明のヒータの主な特徴は、図１に示すように、ヒータ部１５の加熱面の中央部に凹部１３を設けることにある。即ち、図１に示すように、ヒータ部１５の加熱面の中央部に設けられた凹部１３は、ヒータ部１５に被加熱体５０を接触させる際、ヒータ部１５と被加熱体５０との間に空間７０を設けるものである。
【００１５】
これにより、外縁部１４と被加熱体５０との接触面積及び凹部の深さｔを適宜調整することができるため、急速昇降温時における被加熱体５０の温度分布を均一にすることができる。
また、本発明のヒータは、従来のヒータ（図２参照）を、発熱体形状を固定したまま、図１（ａ）（ｂ）に示す形状に加工するだけで、被加熱体５０の温度分布を均一にすることができるため、製造コストを低減することができる。尚、ヒータ部１５の加熱面の電極端子近傍部１９（図１（ａ）の交差斜線部参照）は、ヒータ部１５の加熱面の外縁部１４（図１（ａ）の斜線部参照）より、被加熱体５０との接触面積を大きくすることが好ましい。これにより、本発明のヒータは、従来のセラミックヒータ（図２参照）と比較して、電極端子近傍部１９での熱の逃げを抑制することができるため、ヒータ部１５の加熱面に接触する被加熱体５０の温度分布を均一にすることができる。
更に、図１（ａ）に示すヒータは、凹部の外縁部１４が閉じているため、被加熱体５０の真空吸着時における吸着力を損なうことがなく、被加熱体５０とヒータ部１５との接触面積が少ないため、被加熱体５０の真空吸着時における脱着応答性も向上させることができる。
【００１６】
また、本発明では、凹部の深さｔが１０μｍ〜（加熱面から発熱体までの距離Ｌ−０．５）ｍｍであることが好ましい（図１（ｂ）参照）。
これは、凹部の深さｔが１０μｍより小さい場合、被加熱体５０と接触した時に形成される空間７０が小さくなり、狙いとなる効果が得られないからである。
一方、凹部の深さｔが（加熱面から発熱体までの距離Ｌ−０．５）ｍｍを超過する場合、発熱体上のセラミック基材が薄くなり、強度も低くなるため、クラックが入りやすくなる。
このとき、加熱面から発熱体までの距離Ｌは、１ｍｍ≦Ｌ≦（セラミックヒータの厚さの２／３）であることが好ましく、１ｍｍ≦Ｌ≦４ｍｍであることが特に好ましい。
尚、使用温度（Ｔ）が５００℃以上のヒータの場合、ｔ（ｍｍ）／Ｔ（℃）＜０．０２では、ほとんど温度差を得ることができなかった。
【００１７】
ここで、本発明のヒータは、温度が低くなる外縁部１４及び電極端子８ａ，ｂ近傍部に被加熱体５０を接触させて、熱伝導により大量の熱を与えるとともに、温度が高くなるヒータ部１５の中央に凹部１３を形成し、被加熱体５０を輻射熱及び僅かなガスによる自然対流熱伝達による間接伝熱が行われている。
【００１８】
また、本発明のヒータは、図１に示すように、発熱体１２が埋設されたヒータ部１５と、ヒータ部１５に一体的に結合してヒータ部１５を固定するホルダー部１６とを備えたセラミック基材２からなることが好ましい。
これは、ヒータ部とホルダー部が分割されたヒータと比較して、接触熱抵抗を小さくすることができるため、降温速度を高速化することができるとともに、局所的な温度分布による応力集中が発生しないため、強度信頼性が高く、且つ剛性もあるため、熱変形しにくく、平面度を良好にすることができるからである。
【００１９】
尚、本発明で用いるセラミック基材２は、熱伝導率が少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるとともに、抗折強度が３００ＭＰａ以上、破壊靭性が２ＭＰａ・ｍ1/2以上、熱衝撃性がΔＴ５００℃以上であることが好ましい。
このため、セラミック基材２は、単一材料で、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかで形成されていることが好ましく、特に、ジャケット３０（図５参照）で強制冷却を行う場合、より抗折強度、破壊靱性及び熱衝撃性に優れた窒化珪素で形成されていることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例、比較例）
窒化珪素造粒顆粒を金型プレス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を行い、プレス成形体Ａを作製した。
【００２１】
９９ｗｔ％のタングステン粉末（平均粒径：１．１μｍ）にバインダーとしてポリビニルブチラールを加え、ブチルカルビト−ルで粘調した粉末ペーストを調製した。
この粉末ペーストを用い、プレス成形体Ａの上面に図２（ａ）に示すように、スクリーン印刷を施し、発熱体１２のパターンを形成させた。
【００２２】
スクリーン印刷されたプレス成形体Ａの上に窒化珪素造粒顆粒を金型内で積層させた後、金型プレス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を行い、プレス成形体Ｂを作製した。
上記プレス成形体Ｂを７ｔの加圧でコールドアイソスタティックプレス（ＣＩＰ）による成形と白加工することにより、プレス成形体Ｃを作製した。
【００２３】
上記プレス成形体Ｃをバインダー等の樹脂抜くために、窒素ガス雰囲気下、５００℃×２ｈｒで仮焼した後、更に窒素ガス雰囲気下、１８７０℃×３ｈｒで焼成を行うことにより、発熱体１２が埋設され、ヒータ部１５とホルダー部１６が一体となったセラミック基材２（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍｔ）を作製した（図２参照）。
【００２４】
得られたセラミック基材２をマシニングセンターで研削加工及び平面研磨機にて研磨した後、電極端子８ａ，ｂを所定の位置に取り付けることにより、図１（実施例［凹部１３の深さｔ：５０μｍ］）及び図２（比較例）に示すセラミックヒータ１をそれぞれ作製した。
このとき、図１に示すセラミックヒータ（実施例）の凹部１３は、ビードブラスト（砥粒を含んだ溶液を被加工面にノズルから高速に吹き付ける方法）にて加工を行った。
先ず、被加工面の凸部にしたい部分が削れないようにフィルムを貼った後、被加工面に、粒径：０．１ｍｍの砥粒を３ｋｇ／ｃｍ2の圧力で６０分間吹き付けた。
【００２５】
次に、それぞれ得られたセラミックヒータ１（実施例、比較例）を、図５に示すフリップチップボンディング（ＦＣＢ）に用いる装置に適用し、Ｓｉチップ５０（３０ｍｍ×３０ｍｍ）を５００℃に急速昇温（５０℃から５００℃まで５秒以下）した。
このとき、Ｓｉチップ５０の温度分布をそれぞれ測定した。その結果を図３（実施例）及び図４（比較例）に示す。
尚、電極端子への給電量は、２００Ｖ、ｍａｘ：３０Ａであり、またＳｉチップの吸着力は、２．０×１０4Ｐａ（１５０Ｔｏｒｒ）であった。
【００２６】
（考察：実施例、比較例）
図３〜４の結果から、実施例（図３参照）は、比較例（図４参照）と比較して、Ｓｉチップの加熱面における温度差を１０℃程度と大幅に抑制することができるため、均熱スペック（加熱面内で２０℃以内）を十分満たすことができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のセラミックヒータは、急速昇降温時における被加熱体の温度分布を均一にすることができるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のセラミックヒータの一例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】  従来のセラミックヒータの一例を示すものであり、（ａ）は正面透視図、（ｂ）は側面図である。
【図３】  急速昇温時におけるＳｉチップの温度分布を示すイメージ図（実施例）である。
【図４】  急速昇温時におけるＳｉチップの温度分布を示すイメージ図（比較例）である。
【図５】  フリップチップボンディング（ＦＣＢ）に用いる装置の一例を示した概略説明図である。
【図６】  半導体実装技術の主要な方法を示したものであり、（ａ）はフリップチップボンディング（ＦＣＢ）、（ｂ）はワイヤボンディング（ＷＢ）、（ｃ）はテープキャリア（ＴＣ）である。
【符号の説明】
１…セラミックヒータ、２…セラミック基材（ヒータ部＋ホルダー部）、４…Ｓｉチップ真空吸着孔、８…電極端子、１０…固定用ねじ孔、１１…固定用ねじ、１２…発熱体、１３…凹部、１４…外縁部、１５…ヒータ部、１６…ホルダー部、１７…加熱面、１８…冷却面、１９…電極端子近傍部、２０…ツールヘッド、３０…ジャケット、４０…基板用基台、５０…被加熱体（Ｓｉチップ）、５２…接合端子、５４…リード線（接続細線）、５６…リード線（接続テープ）、６０…基板、６２…電極、７０…空間。
【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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