JP2000286036A - ボンディング用ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータの端子接合部と電極端子との接合強度
信頼性が高く、長寿命であるとともに、ヒータ製造時に
おける作業性の向上とコストの削減に寄与することがで
きるボンディング用ヒータを提供するものである。 【解決手段】 発熱体１２が埋設されたセラミック製の
ヒータ部１４と、他部材にヒータ部１４を結合させるセ
ラミック製のホルダー部１５と、発熱体１２に電極端子
８０を接合する端子接合部８を有するボンディング用ヒ
ータ１である。端子接合部８は、ヒータ部１４の側面に
発熱体１２の端面を発熱体１２の埋設面に対して垂直な
面で露出させた露出部９を備え、露出部９と電極端子８
０とが接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、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ＭＣ
Ｍ実装等で用いられるフリップチップボンディング（Ｆ
ＣＢ）に使用されるボンディング用ヒータに関する。

【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ＣＯ
Ｇ，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８（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８（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（Ｗ
Ｂ）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（ＦＣ
Ｂ）に用いる装置の一例を図７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６
２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４
０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５０ｋｇｆ程度）を掛ける
と同時に、Ｓｉチップ５０を所定の温度（４５０〜５０
０℃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）５
２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（ＦＣ
Ｂ）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
いたボンディング用ヒータ１が主に用いられている。

【０００７】 このとき、上記ヒータ１の電極端子の接
合方法は、例えば、図３〜４に示すように、ヒータ部１
４の接合端子部８に孔加工を施し、取付孔１００の内面
に介在物であるロウ材９０を塗布した上で、電極端子８
４を挿入した後、所定の条件で処理することにより、接
合端子部８と電極端子８４との接合を行っていた。しか
しながら、上記の接合方法は、ロウ材９０の濡れ性が悪
く、底面コーナー部１０２で応力集中が発生しやすいた
め、セラミック基材２にクラックが入りやすくなるとい
う問題点があった。このため、ヒータ１の接合端子部８
と電極端子８４との接合強度信頼性が十分でなく、ヒー
タ１の寿命も短くなるという問題があった。

【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、ヒータの端子接合部と電極端
子との接合強度信頼性が高く、長寿命であるとともに、
ヒータ製造時における作業性の向上とコストの削減に寄
与することができるボンディング用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セラミック製のヒータ部と、
他部材に該ヒータ部を結合させるセラミック製のホルダ
ー部と、該発熱体に電極端子を接合する端子接合部とを
有するボンディング用ヒータであって、該端子接合部
が、該ヒータ部の側面に該発熱体の端面を該発熱体の埋
設面に対して垂直な面で露出させた露出部を備え、該露
出部と該電極端子とが接合されてなることを特徴とする
ボンディング用ヒータが提供される。

【００１０】 このとき、本発明では、ヒータ部とホル
ダー部とが、一体的に結合していることが好ましい。

【００１１】 また、本発明では、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】

【発明の実施の形態】 本発明のボンディング用ヒータ
は、発熱体が埋設されたセラミック製のヒータ部と、他
部材にヒータ部を結合させるセラミック製のホルダー部
と、発熱体に電極端子を接合する端子接合部とを有する
ボンディング用ヒータであって、端子接合部が、ヒータ
部の側面に発熱体の端面を発熱体の埋設面に対して垂直
な面で露出させた露出部を備え、その露出部と電極端子
とが接合されてなるものである。

【００１３】 これにより、本発明のボンディング用ヒ
ータは、ヒータの端子接合部と電極端子との接合強度信
頼性が高く、長寿命であるとともに、ヒータ製造時にお
ける作業性の向上とコストの削減に寄与することができ
る。

【００１４】 以下、図面に基づき本発明を詳細に説明
する。図１は、本発明のヒータにおける端子接合部の露
出部を示す説明図であり、図２は、本発明のヒータにお
ける端子接合部と電極端子との接合状態の一例を示すも
のであり、（ａ）は正面透視図、（ｂ）は左側面図、
（ｃ）は要部断面図である。

【００１５】 ここで、本発明のヒータの主な特徴は、
図１〜２に示すように、電極端子８０を接合するための
端子接合部８が、ヒータ部１４の側面に発熱体１２の端
面を発熱体１２の埋設面に対して垂直な面で露出させた
露出部９を備え、その露出部９と電極端子８０とを接合
する点にある。これにより、従来の接合方法（図３〜４
参照）と比較して、シンプルな構造にすることができる
ため、応力集中しにくく、端子接合部８と電極端子８０
との接合強度を向上させることができるだけでなく、電
極端子の接合が容易であるため、ヒータ製造時における
作業性の向上とコストの削減に寄与することができる。

【００１６】 尚、本発明で用いた接合方法は、特に限
定されないが、ヒータの使用温度、ヒータ製造時におけ
る作業性を考慮して、例えば、金属ソルダー法や圧着法
等を適宜用いることができる。

【００１７】 次に、本発明のボンディング用ヒータ
は、ヒータ部とホルダー部とが一体的に結合されている
ことが好ましい。これは、ヒータ部とホルダー部が分割
された従来のヒータと比較して、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。上記のボンディング用ヒータは、例えば、図５〜
６に示すように、発熱体１２が埋設されたヒータ部１４
と、ヒータ部１４に一体的に結合してヒータ部１４を固
定するホルダー部１５とを備えたセラミック基材２から
なり、Ｓｉチップ５０（図７参照）をツールヘッド２０
（図７参照）を介して真空吸着により固定するＳｉチッ
プ真空吸着孔４と、発熱体１２に給電する端子接合部８
と、ボンディング用ヒータ１の温度を測定する測温用熱
電対孔１３と、ツールヘッド２０（図７参照）を真空吸
着により固定するツールヘッド真空吸着孔６と、ジャケ
ット３０（図７参照）にボンディング用ヒータ１を固定
する固定用ねじ孔１０を備えている。このとき、セラミ
ック基材２の加熱面１７から発熱体１２までの距離ａ
は、１〜３ｍｍであることが好ましい（図６（ｂ）参
照）。また、セラミック基材の厚みＴは、発熱体１２よ
り剛性を大きくするために、１０ｍｍ以上であることが
好ましい（図６（ｂ）参照）。

【００１８】 尚、本発明で用いる発熱体１２は、重金
属又は重金属炭化物からなる粉末ペーストから形成され
ることが好ましい。特に、重金属炭化物を用いることに
より、セラミック基材と発熱体の一体焼結時における重
金属の炭化を低減することができるため、セラミック基
材中の発熱体周辺部の剥離を防止することができる。

【００１９】 このとき、本発明で用いる重金属は、従
来から用いられている高融点金属であれば、特に限定さ
れないが、タングステン又はモリブデンであることが好
ましい。

【００２０】 また、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２Ｍ
Ｐａ・ｍ^1/2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７参照）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。

【００２１】 更に、本発明で用いる電極端子８０は、
ヒータ１本体を形成するセラミック基材２に無理な歪力
がかからず、且つ接合後、セラミック基材２にわずかに
圧縮応力が加わっている状態にすることが良いため、セ
ラミック基材２の熱膨張率よりもわずかに大きくなる金
属、例えば、コバール（ｋｏｖａｒ）等で形成されてい
ることが好ましい。

【００２２】

【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。

【００２３】 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６（ａ）に示す形状でスクリーン印刷を施
した。

【００２４】 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。

【００２５】 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℃×３ｈ
ｒで焼成を行うことにより、発熱体が埋設され、ヒータ
部とホルダー部が一体となったセラミック基材を作製し
た。

【００２６】 得られたセラミック基材をマシニングセ
ンターで研削加工及び平面研磨機にて研磨することによ
り、図５に示す形状の一体型ボンディング用ヒータを作
製した。

【００２７】 次に、上記ヒータの端子接合部と電極端
子との接合を行った。このとき、実施例は、図１〜２に
示すように、Ｌ字状の電極端子８０（端子材料：ｋｏｖ
ａｒ）を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金（融点：８５０℃）
であるロウ材９０が塗布された露出部９に圧着させなが
ら、真空炉中、８５０℃で接合を行った。一方、比較例
は、図３〜４に示すように、ヒータ本体であるセラミッ
ク基材２の接合端子部８に孔加工を施し、取付孔１００
の内面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金（融点：８５０℃）で
あるロウ材９０を塗布した後、円柱状の電極端子８４
（端子材料：ｋｏｖａｒ）を挿入し、真空炉中、８５０
℃で接合を行った。尚、発熱体１２の厚さｄは、２０μ
ｍ、接合端子部８の厚さｅは、５０μｍ、ロウ材の厚さ
ｔは、５０μｍであった。

【００２８】 それぞれ得られたボンディング用ヒータ
（実施例、比較例）を、図７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
を５００℃に急速昇温（５０℃から５００℃まで５秒以
下）し、５００℃で一定時間（３〜５秒程度）保持した
後、Ｓｉチップを急速降温（５００℃から１００℃まで
２０秒以下）させる工程を１サイクルとして、これをヒ
ータ寿命まで繰り返し行うことにより、熱サイクル耐久
試験を行い、その結果及び熱サイクル耐久試験後のヒー
タの電極端子の接合状態を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】（考察：実施例、比較例）表１の結果か
ら、実施例は、比較例と比較して、シンプルな構造にす
ることができるため、応力集中しにくく、端子接合部と
電極端子との接合強度を向上させることができるため、
熱サイクル耐久性も向上していることが判明した。一
方、比較例は、接合時にロウ材の濡れ性が悪く、クラッ
クが入りやすくなるため、ヒータの接合端子部と電極端
子との接合強度信頼性が十分でなく、熱サイクル耐久性
も低下していることが判明した。

【００３１】

【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発
明のボンディング用ヒータは、ヒータの端子接合部と電
極端子との接合強度信頼性が高く、長寿命であるととも
に、ヒータ製造時における作業性の向上とコストの削減
に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のヒータにおける端子接合部の露出部
を示す説明図である。

【図２】 本発明のヒータにおける端子接合部と電極端
子との接合状態の一例を示すものであり、（ａ）は正面
透視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は要部断面図であ
る。

【図３】 従来のヒータにおける端子接合部の露出部を
示す説明図である。

【図４】 従来のヒータにおける端子接合部と電極端子
との接合状態の一例を示すものであり、（ａ）は正面透
視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は要部断面図である。

【図５】 実施例及び比較例で作製したボンディング用
ヒータの一例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面
図、（ｃ）は右側面図である。

【図６】 実施例及び比較例で作製したボンディング用
ヒータの発熱体の配置の一例であり、（ａ）は正面透視
図、（ｂ）は、側面透視図である。

【図７】 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８】 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（ＦＣ
Ｂ）、（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…ボンディング用ヒータ、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、６…
ツールヘッド真空吸着孔、８…端子接合部、９…露出
部、１０…固定用ねじ孔、１１…固定用ねじ、１２…発
熱体、１３…測温用熱電対孔、１４…ヒータ部、１５…
ホルダー部、１７…加熱面、１８…冷却面、２０…ツー
ルヘッド、３０…ジャケット、４０…基板用基台、５０
…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、８０，８４…電極端子、９０…ロウ材、１
００…取付孔、１０２…底面コーナー部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体が埋設されたセラミック製のヒー
   タ部と、他部材に該ヒータ部を結合させるセラミック製
   のホルダー部と、該発熱体に電極端子を接合する端子接
   合部とを有するボンディング用ヒータであって、 該端子接合部が、該ヒータ部の側面に該発熱体の端面を
   該発熱体の埋設面に対して垂直な面で露出させた露出部
   を備え、該露出部と該電極端子とが接合されてなること
   を特徴とするボンディング用ヒータ。
2. 【請求項２】 ヒータ部とホルダー部とが、一体的に結
   合している請求項１に記載のボンディング用ヒータ。
3. 【請求項３】 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請求項１又は２に記載のボンディ
   ング用ヒータ。