CN109565906B - SiC加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种SiC加热器，其具备：发热体，具有薄板状碳化硅烧结体和形成于所述碳化硅烧结体的表面的绝缘被膜；一对电极，用于对所述发热体进行通电；及加热器底座，阻断来自所述发热体的热，并且从一表面侧保持所述发热体，所述绝缘被膜位于所述碳化硅烧结体的与所述加热器底座相反的一侧的表面，常温下的电阻率为109Ω·cm以上，热膨胀率为2×10‑6/K以上且6×10‑6/K以下，将SiO2设为基质，含有1重量％以上且35重量％以下的包含B2O3及Al2O3中的至少一种的第1添加成分，含有1重量％以上且35重量％以下的包含MgO及CaO中的至少1种的第2添加成分。

Description

SiC加热器
技术领域
本发明涉及一种SiC加热器。
本申请主张基于2016年8月2日于日本申请的日本专利申请2016-151911号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
近年来，以智能手机或移动电话、平板终端等为中心面向2.5D、3D安装等高集成化的开发正在加速进行。存储器或应用处理器等SoC(System-on-a-Chip：片上系统)的安装中，对多个设备统一连续进行热处理的基于回流的安装是主流。然而，在基于回流的安装中，在凸块的微细化、窄间距化中存在限制，进一步的高集成化变得困难。由此，被称作热压接方法的安装方式作为代替回流的代替技术受到关注，一部分正投入实际使用。
热压接方法是通过具备发热体的加热器一边对每一个芯片施加荷重，一边进行加热及冷却并进行安装的方式。已知有作为实现热压接方法的加热器的发热体，使用由陶瓷构成的发热体，由此能够抑制施加荷重时发热体的变形，从而实现高精度的安装。因此，预测今后基于在发热体中使用了陶瓷的陶瓷加热器的热压接方法将成为安装的主流。
作为陶瓷加热器，在专利文献1中记载有在发热体中使用了碳化硅的SiC加热器。该SiC加热器中，在由碳化硅构成的发热体的表面设置有由硼硅酸玻璃或铝硅酸玻璃构成的绝缘被膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3710690号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1中记载的SiC加热器若承受700℃以上的高温热历程，则有时绝缘被膜白浊化，从而绝缘特性显著降低。通常，安装时工件的加热温度为450℃左右，但期待一种对应于预料之外的过度升温，而能够承受一定程度的高温。
本发明是鉴于现有的碳化硅加热器中的所述问题而完成的，其目的在于提供一种抑制了由过度升温引起的绝缘性降低的SiC加热器。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一方式的SiC加热器具备：发热体，具有薄板状碳化硅烧结体和形成于所述碳化硅烧结体的表面的绝缘被膜；一对电极，用于对所述发热体进行通电；及加热器底座，阻断来自所述发热体的热，并且从一表面侧保持所述发热体，所述绝缘被膜位于所述碳化硅烧结体的与所述加热器底座相反的一侧的表面，并由硼硅酸玻璃或铝硅酸玻璃中的至少1种构成，常温下的电阻率为109Ω·cm以上，热膨胀率为2×10-6/K以上且6×10-6/K以下，将SiO2设为基质，含有1重量％以上且35重量％以下的包含B2O3及Al2O3中的任一方或双方的第1添加成分，并含有1重量％以上且35重量％以下的包含MgO及CaO中的任一方或双方的第2添加成分。
即，为了解决上述课题，本发明的一方式的SiC加热器具备：发热体，具有薄板状碳化硅烧结体和形成于所述碳化硅烧结体的表面的绝缘被膜；一对电极，用于对所述发热体进行通电；加热器底座，阻断来自所述发热体的热，并且从一表面侧保持所述发热体，所述绝缘被膜位于所述碳化硅烧结体的与所述加热器底座相反的一侧的表面，所述绝缘被膜在常温下的电阻率为109Ω·cm以上，所述绝缘被膜的热膨胀率为2×10-6/K以上且6×10-6/K以下，所述绝缘被膜将SiO2设为基质，并含有1重量％以上且35重量％以下的包含B2O3及Al2O3中的至少1种的第1添加成分，含有1重量％以上且35重量％以下的包含MgO及CaO中的至少1种的第2添加成分。
上述SiC加热器中，可以设为所述第2添加成分还包含BaO的结构。
上述SiC加热器中，可以设为所述第2添加成分包含BaO、MgO及CaO三者的结构。
上述SiC加热器中，可以设为所述第2添加成分的MgO及CaO的总含量相对于BaO的含量为1倍以上且2倍以下的结构。
上述SiC加热器中，可以设为如下结构：所述发热体的形状为具有从大致正方形或大致长方形的彼此对置的两边分别向相反侧的边切入的两条狭缝的俯视时大致S字形状，所述大致S字形状的两端部分别连接有所述一对电极中的一个。
上述SiC加热器中，可以设为所述绝缘被膜由硼硅酸玻璃或铝硅酸玻璃中的至少1种构成的结构。
上述SiC加热器中，可以设为所述第1添加成分的比例相对于所述绝缘被膜的总重量为1重量％以上且30重量％以下的结构。
上述SiC加热器中，可以设为所述碳化硅烧结体的烧结体密度为2.5g/cm3以上，25℃下的电阻率为0.1Ω·cm以上且100Ω·cm以下的结构。
发明效果
根据本发明的SiC加热器，其目的在于提供一种抑制了由过度升温引起的绝缘性降低的SiC加热器。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的发热体的剖视图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的发热体的立体图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的主视图。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的俯视图。
图5是表示本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的仰视图。
图6是表示本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器的侧视图。
图7是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的正面剖视图(沿图4中示出的A-A线的剖视图)。
图8是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的侧面剖视图(沿图4中示出的B-B线的剖视图)。
图9是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的、从倾斜方向观察到的侧面剖视图(沿图4中示出的C-C线的剖视图)。
图10是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器并基于倒装芯片键合机的制造状态的立体图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式具体地进行说明。
其中，该实施方式是为了更好地理解发明的主旨而进行具体说明的内容，只要无特别的指定，并不限定发明内容。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行关于数量、位置、大小等的变更、省略、追加及其他变更。
〔SiC加热器〕
图1及图2分别是本实施方式的SiC加热器100的发热体1的剖视图及立体图。并且，图3～图6分别是本实施方式的SiC加热器100的主视图、俯视图、仰视图及侧视图。
如图4所示，本实施方式的SiC加热器100具备发热体1、一对电极20、20、加热器底座21及冷却系统连接部件22。一对电极20、20对发热体1进行通电。加热器底座21阻断来自发热体1的热，并且从一表面侧保持发热体1。冷却系统连接部件22支承加热器底座21。电极20具有引线24和用于将引线24固定于发热体1的螺栓16。
以下，对各部具体地进行说明。
〔发热体〕
如图1所示，发热体1具有薄板状碳化硅烧结体1A和形成于所述碳化硅烧结体表面的绝缘被膜1B。
如图2所示，发热体1是大致正方形或大致长方形的薄板。在本实施方式中，所述大致正方形或大致长方形定义为具有彼此对置的第1边及第2边、在角部与所述第1边及第2边连接且彼此对置的第3边及第4边。作为一例，发热体1为外形为22mm的四边形且厚度为1mm的薄板。发热体1具有：吸附面1a，其为吸附芯片的一侧的表面，且位于与加热器底座21相反的一侧；及背面1b，位于加热器底座21侧。
发热体1为具有两个狭缝2、3(也称作第1狭缝2、第2狭缝3)的大致S字形状，所述两个狭缝2、3从彼此对置的两边(即，第1边及第2边)分别向相反侧的边切入。两个狭缝2、3彼此大致平行，并与第3边及第4边大致平行。狭缝2、3的长度为第3边及第4边的长度的2/3。并且，在发热体1中，在大致S字形的两端部(也称作起点及终点)分别连接有电极20。狭缝2、3吸收由温度变化引起的发热体1的热膨胀、热收缩的影响。从而，通过设置狭缝2、3，能够增强发热体1的耐热应力。由此，能够将发热体1的板厚形成得较薄，其结果，减小发热体1的热容量而能够进行快速的加热及冷却。而且，通过狭缝2、3将发热体1设为大致S字形，由此电流流过该路径，能够提高发热体1的均热性。
在发热体1上设置有电极安装用贯穿孔4、5、形成芯片吸附用气体通路的贯穿孔6、形成导热板吸附用气体通路的贯穿孔7、8及槽9、10、形成惰性气体的通路的贯穿孔11、12、用于插通将发热体1固定于加热器底座21的盘形小螺丝15、15的贯穿孔13、14。
电极安装用贯穿孔4、5位于发热体1的大致S字形状的各前端部(即，起点及终点)。贯穿孔6位于发热体1的大致中央部。换言之，贯穿孔6位于连接贯穿孔4和贯穿孔5的直线的大致中间点。贯穿孔7、8位于发热体1的与大致S字形的各前端部对置的角部的外缘附近的位置。槽9、10在发热体1的吸附面1a上分别与贯穿孔7、8连通，并且沿外缘形成为大致L字形。贯穿孔11位于贯穿孔4与贯穿孔7的中间位置。贯穿孔12位于贯穿孔5与贯穿孔8的中间位置。
发热体1的碳化硅烧结体1A为碳化硅，优选为尤其是烧结体密度为2.5g/cm3以上的碳化硅，更优选为烧结体密度为3.15/cm3以上的碳化硅。通过将碳化硅烧结体1A的烧结体密度设为2.5g/cm3以上，能够充分地获得碳化硅粒子之间的结合力。并且，通过将碳化硅烧结体1A的烧结体密度设为2.5g/cm3以上，也能够充分地确保高温下的机械强度。从而，抑制发热体1因粘接时的荷重而破损以及高温时的塑性变形，从而能够容易获得几μm的表面精度。另外，碳化硅的理论密度为3.21g/cm3。由此，本实施方式中的碳化硅烧结体1A的烧结体密度优选为2.5g/cm3以上且3.21g/cm3以下。
关于碳化硅烧结体1A，在室温下的导热率优选为100W/m·K以上，更优选为180W/m·K以上。如上所述，碳化硅烧结体1A的烧结体密度为2.5g/cm3以上，为致密质，而且，如后述，能够不添加烧结助剂便能够进行烧结，因此存在于晶界中的杂质少，可得到微细且均匀的组织，成为100W/m·K以上的高导热率。该碳化硅烧结体1A的均热性优异，无粘接部分的连接不良，产品成品率变高，而且，冷却所需时间短，1次粘接处理时间缩短，性价比变高，此外，即使在快速升温时或快速降温时，也不存在因热冲击而破损的风险。碳化硅烧结体1A在室温下的导热率越高越优选，但通常为260W/m·K以下。
碳化硅烧结体1A在室温(25℃)下的电阻率优选为0.1Ω·cm以上且100Ω·cm以下，更优选为0.2Ω·cm以上且10.0Ω·cm以下。
通过将碳化硅烧结体1A的电阻率设为0.1Ω·cm以上，能够抑制大电流流向碳化硅烧结体1A。从而，抑制由在电极20的引线24中产生的电磁感应引起的应力，从而能够抑制加热头的位置精度的降低。而且，通过将碳化硅烧结体1A的电阻率设为0.1Ω·cm以上，不减小发热体1的厚度便能够充分地确保碳化硅烧结体1A的电阻值，并能够设为可以抵抗粘接时的压力(通常为50kg/cm2左右)的强度。
并且，通过将碳化硅烧结体1A的电阻率设为100Ω·cm以下，不施加大电压便能够使电流流过，由于不需要特别的电源，因此优选。
发热体1的绝缘被膜1B至少设置于碳化硅烧结体1A的与加热器底座21相反的一侧的表面(吸附面1a)。绝缘被膜1B由硼硅酸玻璃及铝硅酸玻璃中的至少1种构成。另外，绝缘被膜1B优选不仅形成于吸附面1a，而且也形成于发热体1的背面1b及侧面。
绝缘被膜1B的膜厚优选设为10μm以上且100μm以下。在绝缘被膜1B的膜厚小于10μm的情况下，导致作为加热器的绝缘特性显著降低，若超过100μm，则由于与SiC加热器的内部应变，绝缘被膜1B变得容易从碳化硅烧结体1A剥离，因此不优选。若绝缘被膜1B的膜厚为10μm以上，则能够确保作为加热器的绝缘特性。并且，通过将绝缘被膜1B的膜厚设为100μm以下，能够减小绝缘被膜1B的热容量，并且提高从碳化硅烧结体1A向工件的、经由绝缘被膜1B的导热率，因此能够提高加热器的响应速度。
绝缘被膜1B在常温下的电阻率优选为109Ω·cm以上，更优选为1010Ω·cm以上。由此，能够可靠地确保发热体1与基于发热体1的工件(加热对象)即芯片的绝缘。
绝缘被膜1B在常温下的电阻率由绝缘电阻计来测定，具体而言，在覆盖于加热器的玻璃表面与加热器电极之间施加高电压而测定。
绝缘被膜1B的热膨胀率优选为2×10-6/K以上且6×10-6/K以下，更优选为3.5/K以上且5.5/K以下。发热体1重复几次快速的升温和降温。因此通过使绝缘被膜1B的热膨胀率接近于发热体1的底座的组成即碳化硅烧结体1A的热膨胀率(约4.5×10-6/K)，能够抑制绝缘被膜1B从碳化硅烧结体1A剥离。
绝缘被膜1B的热膨胀率通过激光干涉仪而测定。
绝缘被膜1B将SiO2设为基质。绝缘被膜1B通过将SiO2设为基质而能够确保具有上述电阻率的充分的绝缘性。另外，将SiO2设为基质是指在绝缘被膜1B中SiO2为主要成分。SiO2相对于绝缘被膜1B的总重量优选为30重量％以上且98重量％以下，更优选为46重量％以上且57重量％以下。
绝缘被膜1B相对于绝缘被膜1B的总重量含有1重量％以上且35重量％以下的、包含B2O3及Al2O3中的至少1种的第1添加成分，更优选含有15重量％以上且33重量％以下。换言之，绝缘被膜1B包含B2O3及Al2O3中的至少1种，包含B2O3及Al2O3中的至少1种的比例相对于绝缘被膜1B的总重量含有1重量％以上且35重量％以下，优选含有15重量％以上且33重量％以下。
另外，包含于绝缘被膜1B中的B2O3的比例相对于绝缘被膜1B的总重量优选为2重量％以上且15重量％以下，更优选为4重量％以上且13重量％以下。包含于绝缘被膜1B中的Al2O3的比例相对于绝缘被膜1B的总重量优选为8重量％以上且25重量％以下，更优选为10重量％以上且22重量％以下。并且，根据需要，优选Al2O3的量比B2O3的量多。
绝缘被膜1B相对于绝缘被膜1B的总重量包含1重量％以上的、作为B2O3及Al2O3中的至少1种的第1添加成分，由此能够提高耐热冲击性及耐磨损性。另一方面，若第1添加成分的含量相对于绝缘被膜1B的总重量超过30重量％，则绝缘被膜1B的韧性受损而变脆。从而，优选将第1添加成分的含量设为30重量％以下。
绝缘被膜1B相对于绝缘被膜1B的总重量含有1重量％以上且35重量％以下的、作为MgO及CaO中的至少1种的第2添加成分，优选含有10重量％以上且33重量％以下。换言之，绝缘被膜1B包含MgO及CaO中的至少1种，包含MgO及CaO中的至少1种的比例相对于绝缘被膜1B的总重量含有1重量％以上且35重量％以下，优选含有10重量％以上且33重量％以下。并且，第2添加成分优选为MgO及CaO中的至少1种以及BaO。该情况下，包含于绝缘被膜1B中的MgO及CaO中的至少1种和BaO的总比例相对于绝缘被膜1B的总重量为1重量％以上且35重量％以下，优选为10重量％以上且33重量％以下。而且，第2添加成分更优选为BaO、MgO及CaO。该情况下，包含于绝缘被膜1B中的BaO、MgO及CaO的总比例相对于绝缘被膜1B的总重量为1重量％以上且35重量％以下，优选为10重量％以上且33重量％以下。
另外，根据需要，包含于绝缘被膜1B中的MgO的比例也优选为2重量％以上且15重量％以下，更优选为3重量％以上且12重量％以下。
根据需要，包含于绝缘被膜1B中的CaO的比例也优选为1重量％以上且15重量％以下，更优选为3重量％以上且12重量％以下。
当BaO包含于绝缘被膜1B中时，根据需要，包含于绝缘被膜1B中的BaO的比例也优选为3重量％以上且23重量％以下，更优选为4重量％以上且13重量％以下。
当MgO和CaO两者包含于绝缘被膜1B中时，根据需要，CaO的量也优选为MgO的量以上。
当MgO和BaO两者包含于绝缘被膜1B中时，根据需要，BaO的量也优选大于MgO的量。
当CaO和BaO两者包含于绝缘被膜1B中时，根据需要，BaO的量也优选大于CaO的量。
构成第2添加成分的BaO、MgO及CaO包含于绝缘被膜1B中，由此提高绝缘被膜1B的热膨胀率。将SiO设为基质并由硼硅酸玻璃及铝硅酸玻璃中的至少1种构成的绝缘被膜1B比碳化硅烧结体1A的热膨胀率低。
作为第2添加成分，使BaO、MgO及CaO中的至少1种包含于绝缘被膜1B中，由此能够使绝缘被膜1B的热膨胀率接近于碳化硅烧结体1A的热膨胀率。即，第2添加成分作为热膨胀率调整成分而发挥功能。
绝缘被膜1B含有相对于绝缘被膜1B的总重量为1重量％以上且35重量％以下的第2添加成分，由此能够使绝缘被膜1B的热膨胀率接近于碳化硅烧结体1A的热膨胀率。另外，在第2添加成分的含量相对于绝缘被膜1B的总重量小于1重量％的情况下，绝缘被膜1B的热膨胀率小于2×10-6/K，在超过35重量％的情况下，绝缘被膜1B的热膨胀率超过6×10-6/K。
MgO及CaO发挥使绝缘被膜1B的熔点充分上升的效果。从而，作为第2添加成分，使MgO及CaO中的至少1种包含于绝缘被膜1B中，由此提高绝缘被膜1B的熔点，并能够进一步提高发热体1的耐热温度。从而，即使在发热体1预料之外地过度升温的情况下，也能够抑制绝缘性的降低。并且，通过提高发热体1的耐热温度，当通过发热体1来加热工件(加热对象)时，与加热对象的目标温度相比，能够充分地提高发热体1的温度。由此，能够进一步快速加热加热对象。
另一方面，BaO提高绝缘被膜1B的熔点的效果并不充分。从而，在不包含MgO及CaO中的至少1种，而仅使BaO包含于绝缘被膜1B中的情况下，不会充分地发挥充分地提高发热体1的耐热温度的效果。然而，与MgO及CaO相比，BaO具有作为绝缘被膜1B显现粘性的效果。由此，作为第2添加成分，不仅添加MgO及CaO中的至少1种，而且还添加BaO，由此能够形成有效地抑制了从碳化硅烧结体1A的剥离的绝缘被膜1B。而且，在第2添加成分中包含BaO、MgO及CaO的情况下，能够提高作为绝缘被膜的耐热性，并且能够提高绝缘被膜1B对碳化硅烧结体1A的密合性。
在第2添加成分中，MgO及CaO的总含量相对于BaO的含量优选为1倍以上且2倍以下。由此，能够提高绝缘被膜1B的耐热性，而且均衡地提高绝缘被膜1B对碳化硅烧结体1A的密合性。
〔电极〕
电极20具有引线24和螺栓16。螺栓16插通于位于发热体1的大致S字形的各前端部的贯穿孔4、5，从而将引线24固定于发热体1。另外，固定于发热体1的电极20优选根据发热体1的形状配置成使电流遍及发热体1的整个范围而更加均匀地流过。
〔加热器底座〕
加热器底座21位于冷却系统连接部件22与发热体1之间。加热器底座21在使芯片吸附侧的表面(槽刻设侧的表面)朝向下端的状态下保持发热体1。加热器底座21使用分别插通于发热体1的贯穿孔13、14的盘形小螺丝15、15保持发热体1。
加热器底座21由绝热性高且耐热冲击性优异的绝缘体陶瓷构成。作为使用于加热器底座21的陶瓷，能够例示出氮化硅(Si3N4)、硅酸钙(CaO·SiO2)及赛隆(SiAlON)等。
加热器底座21从一表面侧保持发热体1，因此在发热体1升温时，能够抑制经由加热器底座21逸出热量。由此，能够以小的输入电力使发热体1快速升温。并且，由于向安装有加热器底座21的冷却系统连接部件22逸出的热量也变少，因此能够抑制由冷却系统连接部件22的热膨胀引起的加热器的位移。而且，加热器底座21从一个方向对发热体1进行机械加固，因此能够抑制粘接时发热体1因荷重而损伤。
如图6所示，在加热器底座21的与发热体1接触的一侧的表面设置有锪孔部(也称作凹部)21a。锪孔部21a设置在发热体1与加热器底座21之间除了需要绝热的部分以外的部分。即，通过设置有锪孔部21a，在发热体1与加热器底座21之间，除了需要绝热的部分以外彼此不接触。并且，锪孔部21a使形成锪孔部21a的间隙作为冷却气体的通路而发挥功能。
〔冷却系统连接部件〕
如图3、图4及图6所示，冷却系统连接部件22经由加热器底座21支承发热体1。冷却系统连接部件22通过一对螺栓23、23而与加热器底座21固定。
如图5所示，冷却系统连接部件22的与加热器底座21相反的一侧的表面(上表面22a)形成为平坦的表面。SiC加热器100经由上表面22a固定于倒装芯片键合机等粘接装置侧的加热器安装部。在上表面22a设置有用于螺固于加热器安装部的4个贯穿孔28、……、28。
图7～图9是表示使用SiC加热器来接合半导体芯片的状态的图。图7是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的、沿图4的A-A线的剖视图。图8是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的、沿图4的B-B线的剖视图。图9是表示使用本发明的一实施方式所涉及的SiC加热器来接合半导体芯片的状态的、沿图4的C-C线的剖视图。
如图7所示，在冷却系统连接部件22及加热器底座21上设置有以与发热体1的贯穿孔6同心的方式贯穿了加热器底座21及冷却系统连接部件22的贯穿孔(芯片吸附用贯穿孔)31。在贯穿孔31中连接有负压产生装置(省略图示)，在发热体1的贯穿孔6中吸附芯片。
如图8所示，在冷却系统连接部件22及加热器底座21上设置有以与发热体1的贯穿孔11、12同心的方式贯穿加热器底座21及冷却系统连接部件22的贯穿孔(各种气体供给用贯穿孔)32、33。在惰性气体气氛下使用SiC加热器100进行了接合的情况下，贯穿孔32、33成为所供给的氮气等各种气体的通路。
如图9所示，在冷却系统连接部件22及加热器底座21上设置有以与发热体1的贯穿孔7、8同心的方式贯穿加热器底座21及冷却系统连接部件22的贯穿孔(槽侧导热板吸附用贯穿孔)35、36。并且，如图5所示，在冷却系统连接部件22上设置有一对槽26。并且，贯穿孔35、36在一对槽26中朝上侧开口。贯穿孔35、36形成导热板吸附用气体通路。
如图9所示，在冷却系统连接部件22及加热器底座21上，设置有在与加热器底座21的锪孔部21a连通的位置贯穿加热器底座21及冷却系统连接部件22的贯穿孔37、38。并且，如图5所示，在冷却系统连接部件22上设置有一对槽27。并且，贯穿孔37、38在一对槽27中朝上侧开口。贯穿孔37、38形成将快速冷却发热体1的冷却气体供给到锪孔部21a的供气通道。从贯穿孔37、38供给的冷却气体穿过在加热器底座21的发热体1侧的表面形成的锪孔部21a，在冷却了发热体1的背面之后，从加热器底座21的侧面向外部逸出。并且，从贯穿孔37、38供给的冷却气体经由锪孔部21a穿过狭缝2、3，在冷却了发热体1之后，从发热体1的侧面逸出。
如此，在加热器底座21的发热体1侧的表面形成锪孔部21a，从而在发热体1与加热器底座21之间设置间隙，并且在发热体1上形成狭缝2、3，由此在通过冷却气体进行冷却时，能够通过锪孔部21a增大发热体1与加热器底座21的间隙与冷却气体接触的面积，从而提高冷却效率。而且，发热体1的狭缝2、3与锪孔部21a连通，由此冷却气体也穿过狭缝2、3，从而能够提高冷却速度，并能够进行快速冷却。
〔发热体的制造方法〕
接着，对发热体1的制造方法进行说明。
本实施方式的发热体1具有烧结体密度为2.5g/cm3以上且电阻率为0.1～100Ω·cm的碳化硅烧结体1A。这种碳化硅烧结体1A是通过混合平均粒径为0.1～10μm的第1碳化硅粉末和0.1μm以下的第2碳化硅粉末，并烧结这些碳化硅粉末的方法而得到的。根据该方法，容易得到显示出0.1～100Ω·cm范围的电阻率的碳化硅。这种碳化硅烧结体1A的制造方法公开在日本特开平4-65361号公报中，但该实施方式中优选使用大的电阻率，即0.1～100Ω·cm。
为了制造具有上述特性的碳化硅烧结体1A，首先，准备平均粒径为0.1～10μm的第1碳化硅粉末和平均粒径为0.1μm以下的第2碳化硅微粉末。第1碳化硅粉末及第2碳化硅粉末的平均粒径通过激光衍射式粒度分布测定装置而求出。
作为第1碳化硅粉末，为通常使用的碳化硅粉末即可，例如使用通过二氧化硅还原法、艾奇逊法等方法制造的碳化硅粉末。作为第1碳化硅粉末的晶相，可以是非晶质、α型、β型中的任一种，但从将电阻率值调整为0.1～100Ω·cm的容易度考虑，优选α型晶相。
作为第2碳化硅粉末，使用的是在非氧化性气氛的等离子体中导入由硅烷化合物或卤化硅和烃构成的原料气体，在小于1大气压至0.1torr(另外，1torr＝133.3Pa)的范围内控制反应系统的压力，并且进行气相反应而得到的碳化硅粉末。作为第2碳化硅粉末的晶相，可以是非晶质、α型、β型中的任一种。如此得到的第2碳化硅粉末的烧结性非常优异，因此仅通过与上述第1碳化硅粉末进行混合，无需添加烧结助剂便能够得到高纯度且致密质的碳化硅烧结体1A。
接着，将上述第1碳化硅粉末和第2碳化硅粉末进行混合而制成混合物。混合比率预先通过预备实验而求出，以使所得到的碳化硅烧结体成为规定的电阻率值(0.1～100Ω·cm)。之后，将上述混合物成型为所希望的形状，将所得到的成型体在1800～2400℃的温度下进行烧结而得到烧结体，将该烧结体设为碳化硅烧结体1A。烧结方法及烧结时的气氛均不受限制，但例如可以例举非氧化气氛下的基于热压炉的烧结方法等。
接着，在碳化硅烧结体1A的表面形成绝缘被膜1B。
绝缘被膜1B的形成是通过以下方法进行的。首先，用丙酮对经过加工的碳化硅烧结体1A的表面进行超声波清洗之后使其自然干燥。之后，在氧化炉中，例如在温度1000℃下进行70小时的热处理，从而生成充分的氧化膜。
接着，将具有所希望的玻璃组成的玻璃粉末、第1添加成分及第2添加成分、筛油进行混合而形成浆料。具体而言，玻璃粉末的所希望的玻璃组成例如为高纯度(3N以上)的氧化硅玻璃。将玻璃粉末和第1添加成分及第2添加成分进行了混合时的组成比为如下：相对于玻璃粉末和第1添加成分及第2添加成分的总重量，氧化硅为44～60重量％，第1添加成分为1～35重量％，第2添加成分为1～35重量％。将玻璃粉末和第1添加成分及第2添加成分进行了混合时的组成比优选为如下：相对于玻璃粉末和第1添加成分及第2添加成分的总重量，氧化硅为46～57重量％，第1添加成分为5～25重量％，第2添加成分为5～20重量％。
接着，在碳化硅烧结体1A的与接触加热器底座的面(背面1b)相反的面(吸附面1a)及侧面涂布浆料状玻璃，在干燥器中，例如在100℃下干燥1小时。
接着，在氧化炉中，例如在1050℃下加热20分钟，使玻璃熔接于碳化硅烧结体1A，形成绝缘被膜1B。而且，作为精加工工序，研磨所形成的绝缘被膜1B的表面，从而将发热体1的上下表面(吸附面1a及背面1b)的平行度分别设为例如3μm以下。
发热体1的上下表面的平行度通过百分表测定9个点而算出。
〔半导体芯片的粘接方法〕
图10是表示使用发明的一实施方式所涉及的SiC加热器并基于倒装芯片键合机的制造状态的立体图。根据图10对使用了本实施方式的SiC加热器100的半导体芯片的粘接方法进行说明。
如图10所示，SiC加热器100安装于倒装芯片键合机200的活动工作台210的下端部，为了制造半导体安装板而使用。
首先，SiC加热器100将活动工作台210移动至载置了放置有多个半导体芯片40的托盘220的自动装载机230的位置，从贯穿孔6吸入空气，并从托盘220吸附1个半导体芯片40。
接着，将活动工作台210移动至准备有基板50的位置，将半导体芯片40放在预先载置于图7～图9所示的基板50上的导电性粘接材料60上。而且，由活动工作台210朝下方施加加压力，并且与SiC加热器100进行通电，从而使发热体1发热，并经由导热板30使半导体芯片40、导电性粘接材料60、基板50大致均等地升温。由此，在几秒钟内熔融导电性粘接材料60，由经熔融的导电性粘接材料60来接合基板50和半导体芯片40。
另外，在惰性气体气氛中进行粘接的情况下，一边将从贯穿孔32、33供给的惰性气体向导电性粘接材料的配设侧吹出，一边进行接合。
在完成了基板50与半导体芯片40的接合之后，经由贯穿孔37、38将压缩空气供给到锪孔部21a。压缩空气从发热体1的背面1b侧经由狭缝2、3向SiC加热器100的外部流出。发热体1通过压缩空气被快速冷却。在导电性粘接材料60被冷却而固化之后，解除半导体芯片40的吸附，使活动工作台210朝上方移动。根据供给压缩空气等高压压缩气体的冷却，能够在几秒钟内快速冷却发热体1，因此保护半导体芯片40及基板50免于过热，并且能够缩短1个循环的粘接处理时间。
接着，将活动工作台210移动至自动装载机230的位置并重新吸附半导体芯片40，连续进行对下一个基板50的倒装芯片粘接。
该半导体芯片安装板的制造中使用的导热板30用于将发热体1的热量均匀地传递至半导体芯片40、导电性粘接材料60及基板50。由此，导热板30需要导热性、耐热性及热冲击性优异。导热板30例如优选为氮化铝(AlN)等陶瓷制。
作为导电性粘接材料60，可例举焊料凸块及金凸块等。这种粘接材料具有通过加热而熔融并通过冷却而固化的性质。
发热体1由于快速升温和降温，因此优选为热容量小的发热体。从而，为了一边维持作为发热体1的机械强度，一边减小热容量，发热体1的厚度优选为约0.5～1.5mm，更优选为0.8～1.2mm。
根据使用了本实施方式的SiC加热器的接合方法，是通过来自发热体1的热量对半导体芯片40、导电性粘接材料60及基板50进行加热加压，从而在几秒钟内熔融导电性粘接材料60的快速加热。从而，能够抑制半导体芯片40和基板50过热。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式中的各结构及它们的组合等为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、替换及其他变更。并且，本发明并不受实施方式的限定。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
〔试样的制作〕
如下制造出SiC加热器的发热体。
首先，将四氯化硅和乙烯作为原料气体，并通过等离子体CVD法得到了平均粒径为0.01μm、BET比表面积为96m2/g的非晶质碳化硅超微粉末。
使该碳化硅超微粉末5重量％和市售的α型碳化硅粉末(平均粒径为0.7μm、BET比表面积为13m2/g)95重量％分散于甲醇中，进而，用球磨机混合了12小时。接着，对该混合物进行了干燥、成型及热压烧结。
另外，非晶质碳化硅超微粉末及α型碳化硅粉末的平均粒径是通过激光衍射式粒径分布测定装置SALD-2300(Shimadzu Corporation制造)而测定。
非晶质碳化硅超微粉末及α型碳化硅粉末的BET比表面积是使用BET比表面积测定装置BELSORP-miniII(MicrotracBEL Corp.制造)，并通过气体吸附法而测定。
烧结条件为在氩气氛下烧结温度为2200℃、冲压压力为39.23MPa(400kgf/cm2)及90分钟。得到了烧结体的密度为3.1×103kg/m3，室温下的电阻率为0.3Ω·cm(四端法)，室温下的导热率为230W/mK(激光闪光法)的碳化硅烧结体。
关于烧结体的密度，通过阿基米德方法测定烧结体的真实密度(d0)，用百分比来表示该真实密度(d0)相对于理论密度(dt)的比率(d0/dt)，并设为相对密度(％)。
烧结体在室温下的电阻率使用Loresta GX(Mitsubishi Chemical AnalytechCo.,Ltd.制造)并通过四端法而测定，具体而言，对经过表面研磨的圆板的烧结体表面，在45°下以10cm间隔，呈放射状进行了测定。
烧结体在室温下的导热率通过激光闪光法而测定，具体而言，将烧结体切割成Φ10×3t，对表面照射激光，用放射温度计测定背面的温度，由此算出导热率(日本工业标准JIS R 1611“微细陶瓷的基于闪光法的热扩散率、比热容、导热率的测定方法”中所规定的激光闪光法)。
接着，通过加工所述碳化硅烧结体，得到了如图2所示的具有直径为2mm的半导体芯片吸附用贯穿孔6、导热板吸附用贯穿孔7、8、从外缘部向内部延伸的宽度为1mm的狭缝2、3的碳化硅烧结体薄板。薄板的加热器面的大小为22×22mm，其厚度t为1.0mm。而且，该薄板形成有用于螺固于加热器底座21的贯穿孔13、14和电极安装用贯穿孔4、5。另外，半导体芯片吸附用贯穿孔6、导热板吸附用贯穿孔7、8及导热板分离用贯穿孔11、12以与穿设于加热器底座21的贯穿孔31、32、33、35、36分别同轴的方式穿设。
接着，进行了在由经过上述工序制作出的碳化硅烧结体构成的薄板的表面形成绝缘被膜的表面处理。以下，对绝缘被膜的形成步骤，更具体地进行说明。
首先，用丙酮对由碳化硅烧结体构成的薄板的表面进行超声波清洗之后使其自然干燥，之后，在氧化炉中，在温度1000℃下进行70小时的热处理，从而生成了充分的氧化膜。
接着，如以下表1所示，以成为比较例1及实施例1～实施例7的组成比的方式，将玻璃粉末及各添加成分和筛油以3:2的比例放入玛瑙乳钵中进行混合而制成浆料。
接着，在碳化硅烧结体的表面，以约200μm的厚度均匀地涂布浆料状玻璃，在干燥器中，在100℃温度下干燥1小时之后，在氧化炉中进行加热，从而使绝缘被膜熔接于碳化硅烧结体的表面。另外，关于氧化炉中的加热时间及加热温度，在比较例1中，在950℃温度下进行20分钟的加热，在实施例1～实施例7中，在1050℃下进行了20分钟的加热。
最后，研磨玻璃表面，将发热体的平行度精加工成3μm以下。另外，所得到的绝缘被膜的膜厚为50μm。
关于玻璃表面的平行度，用百分表测定发热体的厚度的9个点而算出平行度。
[表1]
Figure GDA0001963192490000171
接着，如图7～图9所示，在所述发热体的上表面(背面1b)重叠了作为加热器底座21的氮化硅烧结体。另外，加热器底座21具备用于冷却发热体的贯穿孔37、38。而且，在紧固用贯穿孔13、14中插通M1.4的螺栓，将加热器底座21和发热体进行了螺固。并且，在电极安装孔29中插通M1.4的盘形小螺丝，由螺母将引线的端部固定于该螺丝的前端附近，由此形成电极20，其结果，得到了比较例1及实施例1～实施例7的SiC加热器。
〔评价〕
接着，对经过上述工序的比较例1及实施例1～实施例7的试样，进行了过度升温前后的绝缘性试验及热循环后的密合性评价。以下，对该评价方法进行说明。
(过度升温的热循环后的绝缘特性及膜的密合性评价)
首先，对比较例1及实施例1～实施例7的试样即各SiC加热器的绝缘被膜，使用高阻表测定了绝缘电阻，其结果，确认到均具有2MΩ以上(施加DC500V)的充分的绝缘电阻。
接着，在各试样的SiC加热器中，使用温度调整计，在1秒钟内使发热体从100℃加热至800℃之后，通过空气压力0.5MPa的压缩空气进行了强制冷却。之后，通过肉眼确认在绝缘被膜中是否存在异常之后，由高阻表测定出绝缘被膜的绝缘电阻。最多重复5次过度升温的热历程，在每一次的热历程中通过肉眼确认绝缘被膜及测定绝缘电阻。关于绝缘电阻劣化的试样，在该时刻终止。将这些测定结果示于表2中。
[表2]
Figure GDA0001963192490000181
注1)绝缘膜的观察结果，○：无异常、△：有一些白浊、×：有非常多的白浊
注2)通过超级测试仪测定绝缘电阻(施加DC 500V)
〔研究〕
比较例1的试样在过度升温之后，绝缘性显著降低。确认到比较例1的试样在过度升温之后，加热器的狭缝底部的绝缘被膜局部白浊化。
另外，另行测定了比较例1的绝缘被膜的熔点，其结果，熔点为844℃。根据这些结果，认为在比较例1的试样中，当过度升温时，在因电流集中而在温度尤其升高的部分绝缘被膜达到熔点，从而成分发生变化，绝缘性劣化。
另一方面，在实施例1～实施例3的试样中，在5次过度升温之后，绝缘被膜的外观上也没有变化，也没有绝缘电阻的劣化。另行测定了实施例1的绝缘被膜的熔点，其结果，熔点为943℃。
并且，在实施例4、5中，在5次过度升温之后，未观察到绝缘电阻的劣化，但在加热器的狭缝底部的绝缘被膜上确认到一些白浊化。
根据这些结果，确认到在实施例1～实施例3的绝缘被膜中，通过包含BaO、MgO及CaO三者，即使在熔点充分变高且进行了过度升温的情况下，也能够确保绝缘性。
其中，如实施例4、5所示，认为在不包含MgO或CaO中的某一种的情况下，由于绝缘被膜对碳化硅表面的密合性稍微降低，因此在5次的过度升温之后，在绝缘被膜的界面上产生剥离，从而观察到一些白浊。
在实施例6、7中，在第3次以后的过度升温之后，在加热器的狭缝底部的绝缘被膜上观察到白浊，观察到绝缘电阻降低。
实施例6的试样中，在绝缘被膜中未添加BaO。因此，认为在绝缘被膜中无粘性而变脆，绝缘被膜对碳化硅烧结体的密合性变低。由此，推测为在碳化硅烧结体与绝缘被膜的界面产生剥离而观察到一些白浊，在第4次过度升温之后，导致绝缘电阻也劣化。
关于实施例7的试样，相对于绝缘被膜的BaO的含量，MgO及CaO的含量的比例少。更具体而言，MgO及CaO的总含量相对于BaO的含量未成为1倍以上且2倍以下的范围。因此，认为与成为所述范围的实施例1～3相比，实施例7的试样的绝缘被膜的耐热性变低，在第3次的过度升温中，绝缘被膜的成分发生变化，从而绝缘性劣化。
产业上的可利用性
本发明涉及一种能够快速地升温和降温的SiC加热器，尤其，作为在半导体的组装工序中使用的半导体芯片粘接用加热器而优选使用。本发明能够提供一种抑制了由过度升温引起的绝缘性降低的SiC加热器。
标号说明
1-发热体
1A-碳化硅烧结体
1B-绝缘被膜
2、3-狭缝
4、5-(电极安装用)贯穿孔
6-(芯片吸附用)贯穿孔
7，8-(导热板吸附用)贯穿孔
9、10-(导热板吸附用)槽
11、12-(各种气体供给用)贯穿孔
13、14-(安装螺丝插通用)贯穿孔
15-盘形小螺丝
21-加热器底座
21a-锪孔部
22-冷却系统连接部件
24-引线(配线)
26、27-槽
28-贯穿孔
29-电极安装孔
30-导热板
31-(芯片吸附用)贯穿孔
32、33-(各种气体供给用)贯穿孔
35、36-(槽侧导热板吸附用)贯穿孔
37、38-(冷却气体供给用)贯穿孔
40-半导体芯片
50-基板
60-导电性粘接材料

Claims (8)

1.一种SiC加热器，其具备：
发热体，具有薄板状碳化硅烧结体和形成于所述碳化硅烧结体的表面的绝缘被膜；
一对电极，用于对所述发热体进行通电；及
加热器底座，阻断来自所述发热体的热，并且从一表面侧保持所述发热体，
所述绝缘被膜位于所述碳化硅烧结体的与所述加热器底座相反的一侧的表面，
所述绝缘被膜在常温下的电阻率为109Ω·cm以上，
所述绝缘被膜的热膨胀率为2×10-6/K以上且6×10-6/K以下，
所述绝缘被膜的膜厚设为10μm以上100μm以下，
所述绝缘被膜将SiO2设为基质，
所述绝缘被膜含有包含B2O3及Al2O3中的至少一种的第1添加成分，
所述第1添加成分的比例相对于所述绝缘被膜的总重量为1重量％以上且35重量％以下，
所述绝缘被膜含有包含MgO及CaO中的至少1种的第2添加成分，
所述第2添加成分的比例相对于所述绝缘被膜的总重量为1重量％以上且35重量％以下。
2.根据权利要求1所述的SiC加热器，其中，
所述第2添加成分还包含BaO。
3.根据权利要求2所述的SiC加热器，其中，
所述第2添加成分包含BaO、MgO及CaO三者。
4.根据权利要求3所述的SiC加热器，其中，
所述第2添加成分的MgO及CaO的总含量相对于BaO的含量为1倍以上且2倍以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的SiC加热器，其中，
所述发热体的形状为具有从俯视时大致正方形或大致长方形的彼此对置的两边分别向相反侧的边切入的两条狭缝的俯视时大致S字形状，所述大致S字形状的两端部分别连接有所述一对电极中的一个。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的SiC加热器，其中，
所述绝缘被膜由硼硅酸玻璃或铝硅酸玻璃中的至少1种构成。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的SiC加热器，其中，
所述第1添加成分的比例相对于所述绝缘被膜的总重量为1重量％以上且30重量％以下。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的SiC加热器，其中，
所述碳化硅烧结体的烧结体密度为2.5g/cm3以上，25℃下的电阻率为0.1Ω·cm以上且100Ω·cm以下。
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