JP2001093655A - Heater device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ベアチップ
を基板上にダイレクトボンドする際に用いるボンデイン
グ用ヒータヘッド等、被加熱物を押圧加熱するためのヒ
ータ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater device for pressing and heating an object to be heated, such as a bonding heater head used for directly bonding a semiconductor bare chip onto a substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体ベアチップを配線基板上に実装す
る方法として、フリップチップ法が一般的に利用されて
いる。2. Description of the Related Art As a method for mounting a semiconductor bare chip on a wiring board, a flip chip method is generally used.
【０００３】かかるフリップチップ法は配線導体を有す
る基板上に半導体ベアチップを、該半導体ベアチップの
下面に設けた電極が間にＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｐｂ
−Ｓｎ等の低融点ロウ材を挟んで配線導体と対向するよ
うに載置させ、次に前記半導体ベアチップをその上面か
らヒータ装置で押圧、加熱し、前記低融点ロウ材を溶融
させ、該溶融した低融点ロウ材で配線基板の配線導体と
半導体ベアチップの電極とを接合させる方法である。In such a flip chip method, a semiconductor bare chip is provided on a substrate having a wiring conductor, and electrodes provided on the lower surface of the semiconductor bare chip are formed of Au-Si, Au-Sn, Pb.
-The semiconductor bare chip is placed so as to face the wiring conductor with a low melting point brazing material such as Sn interposed therebetween, and then the semiconductor bare chip is pressed from above by a heater device and heated to melt the low melting point brazing material. This is a method of joining the wiring conductor of the wiring board and the electrode of the semiconductor bare chip with the low melting point brazing material.
【０００４】このフリップチップ法に使用されるヒータ
装置としては、低融点ロウ材を短時間で溶融させるため
に所定温度までの昇温時間が短いこと、半導体チップを
押圧するための機械的強度に優れていることが要求され
ており、一般的に使用されているヒータ装置としては、
図３（ａ）、（ｂ）に示すような、窒化珪素質焼結体
や、窒化アルミニウム質焼結体等の厚さ約３．５ｍｍ程
度のセラミックブロック体に発熱体１６を厚膜印刷した
セラミックヒータ１２を窒化珪素質焼結体や酸化アルミ
ニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体等からなる
ホルダ１１にガラス等の接着剤によって接合固定し、更
にセラミックヒータ１２の表面に窒化珪素質焼結体や窒
化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等からなる
ヘッド１３をガラス等の接着剤を用いて接合した構造を
有している。[0004] The heater device used in the flip chip method has a short heating time to a predetermined temperature in order to melt a low melting point brazing material in a short time, and has a low mechanical strength for pressing a semiconductor chip. It is required to be excellent, and as a commonly used heater device,
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the heating element 16 is thick-film printed on a ceramic block having a thickness of about 3.5 mm such as a silicon nitride sintered body or an aluminum nitride sintered body. The ceramic heater 12 is bonded and fixed to a holder 11 made of a silicon nitride-based sintered body, an aluminum oxide-based sintered body, a zirconium oxide-based sintered body, or the like with an adhesive such as glass. It has a structure in which a head 13 made of a sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon carbide sintered body, or the like is joined using an adhesive such as glass.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】近年、生産効率を上げ
るため、ヒータ装置の加熱温度、温度分布の向上が求め
られている。例えば、従来は約１ｋＷを印加し１００℃
〜３００℃を４秒程度で昇温させていたが、現在は約
２．５ｋＷを印加し１００℃〜５００℃を５秒以下で急
速昇温することが求められるようになった。In recent years, in order to increase production efficiency, it has been required to improve the heating temperature and temperature distribution of a heater device. For example, conventionally, about 1 kW was applied and 100 ° C
Although the temperature was raised from about 300 ° C. in about 4 seconds, it is now required to apply about 2.5 kW and rapidly raise the temperature from 100 ° C. to 500 ° C. in 5 seconds or less.
【０００６】しかし、図３（ａ）、（ｂ）に示す従来の
ヒータ装置では、セラミックヒータ２がホルダ１１にガ
ラスの接着剤を介して接合固定されており、該ガラスは
熱を伝え難いものであるためセラミックヒータ１２が作
動時に発した熱は、セラミックヒータ１２からホルダ１
１に大量に伝達されることはない。そのためセラミック
ヒータ１２の温度はホルダ１１に比して高温となり、セ
ラミックヒータ１２とホルダ１１との間に大きな温度差
が生じるとともに、両者間に両者の熱膨張量の相違に伴
う大きな熱応力が発生し、該熱応力によってホルダ１１
やセラミックヒータ１２にクラックや割れ等を生じさせ
るという欠点を有していた。However, in the conventional heater device shown in FIGS. 3A and 3B, the ceramic heater 2 is fixedly joined to the holder 11 via a glass adhesive, and the glass is difficult to transmit heat. Therefore, the heat generated when the ceramic heater 12 operates is transferred from the ceramic heater 12 to the holder 1.
It is not transmitted in large quantities to one. Therefore, the temperature of the ceramic heater 12 becomes higher than that of the holder 11, so that a large temperature difference is generated between the ceramic heater 12 and the holder 11, and a large thermal stress is generated between the ceramic heater 12 and the holder 11 due to a difference in thermal expansion between the two. Then, the holder 11
And the ceramic heater 12 has a disadvantage of causing cracks and cracks.
【０００７】そこで、上記欠点を解消するためにセラミ
ックヒータ１２をホルダ１１上に熱を伝え難いガラスか
らなる接着剤を介して固定するのに代えて、熱を伝えや
すい接着剤を用いて固定する。或いは、ホルダ１１上に
セラミックヒータ１２を載置させ、該セラミックヒータ
１２をホルダ１１に取着されている固定用部材で押圧す
ることによって固定することが考えられる。In order to solve the above-mentioned drawbacks, instead of fixing the ceramic heater 12 on the holder 11 via an adhesive made of glass which does not easily transmit heat, the ceramic heater 12 is fixed using an adhesive which easily transmits heat. . Alternatively, it is conceivable to place the ceramic heater 12 on the holder 11 and fix the ceramic heater 12 by pressing the ceramic heater 12 with a fixing member attached to the holder 11.
【０００８】しかしながら、セラミックヒータ１２をホ
ルダ１１上に熱を伝えやすい接着剤を用いて固定した場
合、セラミックヒータ１２の発する熱はホルダ１１側に
大量に逃げて、セラミックヒータ１２が所定の温度とな
るのに長時間を要し（昇温時間が長い）、近時の半導体
ベアチップを配線基板上に実装する際に使用するヒータ
装置には適さないという欠点が誘発される。However, when the ceramic heater 12 is fixed on the holder 11 using an adhesive which easily conducts heat, the heat generated by the ceramic heater 12 escapes to the holder 11 in a large amount, and the ceramic heater 12 is heated to a predetermined temperature. It takes a long time (long time for temperature rise) to be achieved, which is disadvantageous in that it is not suitable for a heater device used when mounting a recent semiconductor bare chip on a wiring board.
【０００９】また、セラミックヒータ１２とホルダ１１
の熱膨張係数が異なる場合、セラミックヒータ１２とホ
ルダ１１との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する熱
応力が発生し、該熱応力によってセラミックヒータ１２
やホルダ１１にクラックや割れ等が生じるという欠点が
誘発される。The ceramic heater 12 and the holder 11
If the thermal expansion coefficients of the ceramic heater 12 and the holder 11 are different from each other, a thermal stress is generated between the ceramic heater 12 and the holder 11 due to the difference between the two.
And the holder 11 may be cracked or broken.
【００１０】セラミックヒータ１２をホルダ１１上に固
定用部材を用いて固定する場合も、セラミックヒータ１
２の下面全体がホルダ１１上に直接接しているため、セ
ラミックヒータ１２の発した熱はホルダ１１に大量に逃
げ、その結果上記熱を伝えやすい接着剤を用いてセラミ
ックヒータ１２を固定した場合と同様の欠点が誘発され
てしまう。When the ceramic heater 12 is fixed on the holder 11 using a fixing member, the ceramic heater 1
2 is in direct contact with the holder 11, the heat generated by the ceramic heater 12 escapes to the holder 11 in a large amount, and as a result, the case where the ceramic heater 12 is fixed using an adhesive that easily conducts the heat is used. Similar drawbacks are induced.
【００１１】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はセラミックヒータやホルダにクラックや
割れが発生するのを有効に防止し、かつ急速昇温を可能
として短時間で半導体ベアチップの電極を配線基板の配
線導体に効率よく接合させることができるヒータ装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and has as its object to effectively prevent cracks and cracks from being generated in a ceramic heater and a holder, and to enable a rapid temperature rise to realize a semiconductor in a short time. An object of the present invention is to provide a heater device capable of efficiently joining a bare chip electrode to a wiring conductor of a wiring board.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のヒータ装置はホ
ルダと、該ホルダ上に載置されるセラミックヒータと、
前記ホルダに取着され前記セラミックヒータをホルダに
固定する固定用部材とからなり、前記ホルダのセラミッ
クヒータが載置される領域の一部に凹部を設け、ホルダ
とセラミックヒータとの接触面積をセラミックヒータ下
面の面積に対し２０％〜５０％としたことを特徴とする
ものである。A heater device according to the present invention includes a holder, a ceramic heater mounted on the holder,
A fixing member attached to the holder and fixing the ceramic heater to the holder, a concave portion is provided in a part of a region of the holder where the ceramic heater is mounted, and the contact area between the holder and the ceramic heater is reduced by ceramic. The area is set to 20% to 50% of the area of the lower surface of the heater.
【００１３】また、本発明のヒータ装置は前記セラミッ
クヒータの厚みが１ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とす
るものである。Further, the heater device of the present invention is characterized in that the ceramic heater has a thickness of 1 mm to 2 mm.
【００１４】本発明のヒータ装置によれば、ホルダのセ
ラミックヒータが載置される領域の一部に凹部を設け、
ホルダとセラミックヒータとの接触面積をセラミックヒ
ータ下面の面積に対し２０％〜５０％としたことからセ
ラミックヒータに通電した際、セラミックヒータの熱が
ホルダに逃げホルダに吸収されるのが有効に防止され、
その結果、セラミックヒータを所定温度に急速昇温する
ことができる。According to the heater device of the present invention, a concave portion is provided in a part of the region of the holder where the ceramic heater is mounted,
Since the contact area between the holder and the ceramic heater is 20% to 50% of the area of the lower surface of the ceramic heater, when the ceramic heater is energized, the heat of the ceramic heater escapes to the holder and is effectively prevented from being absorbed by the holder. And
As a result, the temperature of the ceramic heater can be rapidly raised to a predetermined temperature.
【００１５】また、本発明のヒータ装置によれば、ホル
ダ上にセラミックヒータを載置し、ホルダと該ホルダに
取着されている固定用部材とでセラミックヒータを挟持
し、これによってセラミックヒータをホルダ上に固定し
ていることから、セラミックヒータとホルダとの熱膨張
係数が相違するとしてもセラミックヒータはホルダ上に
載置されているだけであるため、両者間に両者の熱膨張
係数の相違に起因する大きな熱応力は発生することはな
く、その結果、ホルダやセラミックヒータにクラックや
割れが発生することもほとんどない。Further, according to the heater device of the present invention, the ceramic heater is mounted on the holder, and the ceramic heater is sandwiched between the holder and the fixing member attached to the holder. Since the ceramic heater is fixed on the holder, even if the ceramic heater and the holder have different coefficients of thermal expansion, the ceramic heater is only mounted on the holder. Does not cause large thermal stress, and as a result, cracks and cracks hardly occur in the holder and the ceramic heater.
【００１６】さらに、本発明のヒータ装置によればセラ
ミックヒータの厚みを１ｍｍ〜２ｍｍの範囲としておく
とセラミックヒータの機械的強度を強いものに維持しつ
つ熱容量を小さなものとして所定温度への急速昇温がよ
り可能となる。Further, according to the heater device of the present invention, when the thickness of the ceramic heater is set in the range of 1 mm to 2 mm, the heat capacity is reduced while the mechanical strength of the ceramic heater is maintained strong, and the ceramic heater is rapidly raised to a predetermined temperature. Warming becomes more possible.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に示す実
施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings.
【００１８】図１（ａ）は本発明のヒータ装置の斜視図
を示し、図１（ｂ）はその分解斜視図、図２は図１
（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。FIG. 1A is a perspective view of a heater device according to the present invention, FIG. 1B is an exploded perspective view thereof, and FIG.
It is a XX sectional view taken on the line of (a).
【００１９】本発明のヒータ装置は、ホルダ１上に発熱
体６を埋設したセラミックヒータ２を載置するととも
に、該セラミックヒータ２を固定用部材５でホルダ１に
固定することによって形成されている。The heater device of the present invention is formed by mounting a ceramic heater 2 having a heating element 6 embedded on a holder 1 and fixing the ceramic heater 2 to the holder 1 with a fixing member 5. .
【００２０】前記ホルダ１は、その上面にセラミックヒ
ータ２が載置される載置領域を有しており、該載置領域
にセラミックヒータ２を載置させることによってセラミ
ックヒータ２を支持する支持部材として作用する。The holder 1 has a mounting area on the upper surface of which the ceramic heater 2 is mounted, and a supporting member for supporting the ceramic heater 2 by mounting the ceramic heater 2 on the mounting area. Act as
【００２１】前記ホルダ１は、窒化珪素質焼結体や酸化
アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体等か
ら成る。例えば窒化珪素質焼結体から成る場合、主成分
としての窒化珪素に焼結助材としての酸化イットリウム
（Ｙ2Ｏ3）等の希土類元素酸化物や、酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）、酸化珪素（ＳｉＯ2）等を添加混合して
原料粉末を調整し、しかる後、この原料粉末をホットプ
レス法により所定形状に成形しつつ約１６５０℃〜１８
００℃で焼成することによって製作される。The holder 1 is made of a silicon nitride sintered body, an aluminum oxide sintered body, a zirconium oxide sintered body, or the like. For example, when a silicon nitride-based sintered body is used, silicon nitride as a main component, a rare earth element oxide such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a sintering aid, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and oxide The raw material powder is prepared by adding and mixing silicon (SiO 2 ) and the like. Thereafter, the raw material powder is formed into a predetermined shape by a hot press method while being heated to about 1650 ° C. to 18 ° C.
It is manufactured by firing at 00 ° C.
【００２２】前記ホルダ１は、これを窒化珪素質焼結体
で形成しておくと該窒化珪素質焼結体は、高温強度が高
く、高靭性であるためホルダ１の耐久性を高いものとし
てヒータ装置を長期間の使用に供することができる。従
って前記ホルダ１は窒化珪素質焼結体で形成しておくこ
とが好ましい。なお、前記ホルダ１は、窒化珪素質焼結
体で形成する場合、窒化珪素９０〜９８モル％、希土類
元素酸化物２〜１０モル％に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2を窒
化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して外添加で各々
０．５〜５重量％と１〜５重量％添加して形成すると、
該添加材の粒界相が増加しすぎることなく、窒化珪素質
焼結体が緻密化して、常温及び高温強度が極めて高いも
のとなる。従って、ホルダ１を窒化珪素質焼結体で形成
する場合には、窒化珪素９０〜９８モル％、希土類元素
酸化物２〜１０モル％に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2を窒化珪
素と希土類酸化物の総量に対して外添加で各々０．５〜
５重量％と１〜５重量％添加しておくことが好ましい。If the holder 1 is formed of a silicon nitride sintered body, the silicon nitride sintered body has high strength at high temperature and high toughness, so that the durability of the holder 1 is high. The heater device can be used for a long time. Therefore, it is preferable that the holder 1 is formed of a silicon nitride sintered body. When the holder 1 is formed of a silicon nitride sintered body, 90 to 98 mol% of silicon nitride, 2 to 10 mol% of rare earth oxide, Al 2 O 3 , SiO 2 and silicon nitride and rare earth element are used. When formed by adding 0.5 to 5% by weight and 1 to 5% by weight of the total amount of the oxides by external addition,
The silicon nitride-based sintered body is densified without excessively increasing the grain boundary phase of the additive, and the room-temperature and high-temperature strength becomes extremely high. Therefore, when the holder 1 is formed of a silicon nitride sintered body, 90 to 98 mol% of silicon nitride and 2 to 10 mol% of rare earth element oxide, and Al 2 O 3 and SiO 2 are converted to silicon nitride and rare earth oxide. 0.5 to the total amount of
It is preferable to add 5% by weight and 1 to 5% by weight.
【００２３】また、ホルダ１の熱伝導率を常温での熱伝
導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものとしておくと、後述す
るセラミックヒータ２の発する熱がホルダ１に大量に逃
げることはなく、セラミックヒータ２を短時間で所定温
度に昇温することができる。従って、セラミックヒータ
２の昇温時間をより短いものとなすにはホルダ１の熱伝
導率を常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下としておくことが好ま
しい。When the thermal conductivity of the holder 1 at room temperature is 50 W / m · K or less, a large amount of heat generated by the ceramic heater 2 described later does not escape to the holder 1. The temperature of the ceramic heater 2 can be raised to a predetermined temperature in a short time. Therefore, in order to shorten the heating time of the ceramic heater 2, it is preferable to set the thermal conductivity of the holder 1 to 50 W / m · K or less at room temperature.
【００２４】さらに、前記ホルダ１はセラミックヒータ
２が設置去れる領域の一部に凹部Ａを有し、ホルダ１と
セラミックヒータ２との接触面積はセラミックヒータ２
下面の面積に対し２０％〜５０％となっている。Further, the holder 1 has a concave portion A in a part of the area where the ceramic heater 2 is installed, and the contact area between the holder 1 and the ceramic heater 2 is the ceramic heater 2.
20% to 50% of the area of the lower surface.
【００２５】前記ホルダ１のセラミックヒータ２が載置
される領域の一部に凹部Ａを設けるのは、セラミックヒ
ータ２の発した熱がホルダ１に逃げるのを有効に防止す
るためであり、これによってセラミックヒータ２はその
発生した熱がホルダ１に大量に逃げることはなく、短時
間で所定の温度に昇温することが可能となる。The reason why the recess A is provided in a part of the region of the holder 1 where the ceramic heater 2 is placed is to prevent the heat generated by the ceramic heater 2 from escaping to the holder 1 effectively. Thus, the generated heat of the ceramic heater 2 does not escape to the holder 1 in a large amount, and the temperature can be raised to a predetermined temperature in a short time.
【００２６】なお、前記ホルダ１に形成する凹部Ａは、
セラミックヒータ２との接触面積がセラミックヒータ２
の下面面積に対し、２０％未満となるとセラミックヒー
タ２をホルダ１上に強固に載置固定することができなく
なり、また５０％を越えるとセラミックヒータ２の発し
た熱がホルダ１に逃げてセラミックヒータ２の温度を所
要温度とするに時間を要してしまう。（昇温時間が遅
い）。従って、前記ホルダ１に形成する凹部Ａはセラミ
ックヒータ２の下面面積に対し２０〜５０％の範囲とな
るものに推定される。The recess A formed in the holder 1 is
The contact area with the ceramic heater 2 is
If the area of the ceramic heater 2 is less than 20% of the lower surface area, the ceramic heater 2 cannot be firmly mounted and fixed on the holder 1, and if it exceeds 50%, the heat generated by the ceramic heater 2 escapes to the holder 1 and the ceramic heater 2 escapes. It takes time to bring the temperature of the heater 2 to the required temperature. (Slow heating time). Therefore, the recess A formed in the holder 1 is estimated to be in the range of 20 to 50% of the area of the lower surface of the ceramic heater 2.
【００２７】また前記ホルダ１の凹部Ａは、ホルダ１を
構成し、例えば窒化珪素質焼結体の上面を従来周知の研
削加工法により加工することによって所定形状に形成さ
れる。前記ホルダ１はその上面にセラミックヒータが載
置され、該セラミックヒータ２は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に必要な熱を発生する作用をな
す。The recess A of the holder 1 constitutes the holder 1 and is formed in a predetermined shape by, for example, processing the upper surface of a silicon nitride sintered body by a conventionally known grinding method. The holder 1 has a ceramic heater mounted on its upper surface, and the ceramic heater 2 generates heat necessary for melting the low melting point brazing material when mounting the semiconductor bare chip on the wiring board via the low melting point brazing material. The action that occurs.
【００２８】前記セラミックヒータ２は、高温強度が高
く、高靭性である窒化珪素質焼結体から成る絶縁ボディ
７にタングステンやモリブデン等の高融点金属からなる
発熱体６を埋設して形成されており、前記絶縁ボディ７
は例えば、主成分としての窒化珪素に焼結助剤としての
希土類元素酸化物、酸化アルミニウム、酸化珪素を添加
混合して原料粉末を調整し、しかる後、前記原料粉末を
プレス成形法等により所定形状に成形するとともに約１
６５０℃〜１８００℃の温度で焼結することによって製
作されている。The ceramic heater 2 is formed by embedding a heating element 6 made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum in an insulating body 7 made of a silicon nitride sintered body having a high temperature strength and a high toughness. The insulating body 7
For example, a raw material powder is prepared by adding and mixing a rare earth element oxide, aluminum oxide, and silicon oxide as a sintering aid to silicon nitride as a main component, and thereafter, the raw material powder is subjected to a predetermined method such as a press molding method. About 1
It is manufactured by sintering at a temperature of 650C to 1800C.
【００２９】また、前記発熱体６はタングステンやモリ
ブデン等、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
れを焼成によって絶縁ボディ７となる成形体に予めスク
リーン印刷法等により所定パターンに被着させておくこ
とによって絶縁ボディ７に一体的に形成される。前記発
熱体６は、それが有する電気抵抗により電力が印加され
る際にジュール発熱を起こし、半導体ベアチップを低融
点ロウ剤を介して配線基板上に実装するときに、低融点
ロウ剤を溶融させるために必要な温度に発熱する。The heating element 6 is prepared by adding a suitable organic solvent and a solvent to tungsten, molybdenum, or the like, or a carbide or nitride thereof, to produce a heating element paste. It is integrally formed on the insulating body 7 by previously applying a predetermined pattern to the molded body by a screen printing method or the like. The heating element 6 generates Joule heat when electric power is applied due to its electric resistance, and melts the low melting point brazing agent when the semiconductor bare chip is mounted on the wiring board via the low melting point brazing agent. Generates heat to the required temperature.
【００３０】なお、前記絶縁ボディ７は、窒化珪素９０
〜９２モル％、希土類元素酸化物２〜１０モル％とし、
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2は窒化珪素と希土類元素酸化物の総
量に対して外添加で各々０．２〜２．０重量％と１〜５
重量％添加して形成すると、窒化珪素質焼結体が緻密化
し、使用中に発熱体６付近まで空気中の酸素が拡散し、
発熱体６が酸化して断線するのを有効に防止することが
でき、常温及び高温強度が極めて高いものとなる。従っ
て前記絶縁ボディ７は、窒化珪素９０〜９２モル％、希
土類元素酸化物２〜１０モル％とし、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ
2は窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して外添加
で各々０．２〜２．０重量％と１〜５重量％添加してお
くことが好ましい。The insulating body 7 is made of silicon nitride 90
~ 92 mol%, rare earth element oxide 2 ~ 10 mol%,
Al 2 O 3, SiO 2 is a 0.2 to 2.0 wt%, respectively outside the addition of the total amount of silicon nitride and rare earth element oxides 1-5
When the silicon nitride-based sintered body is formed by adding by weight%, oxygen in the air diffuses to the vicinity of the heating element 6 during use,
It is possible to effectively prevent the heating element 6 from being oxidized and disconnected, and the strength at normal temperature and high temperature is extremely high. Therefore, the insulating body 7 is composed of 90 to 92 mol% of silicon nitride, 2 to 10 mol% of rare earth oxide, and Al 2 O 3 , SiO 2.
2 is preferably added in an amount of 0.2 to 2.0% by weight and 1 to 5% by weight, respectively, based on the total amount of silicon nitride and rare earth element oxide.
【００３１】また前記セラミックヒータ２は絶縁ボディ
７の熱伝導率を常温での熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
のものにしておくと、発熱体６が発した熱は絶縁ボディ
７の全体に短時間に広がってセラミックヒータ２を短時
間にして、かつ温度むらの発生をほとんど無として所望
する温度となることができる。従って、昇温速度をより
速く、かつ温度むらの発生を無とした時にはセラミック
ヒータ２の絶縁ボディ７は熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上としておくことが好ましい。さらに前記セラミックヒ
−タ２はその厚みを１ｍｍ〜２ｍｍの範囲としておくと
セラミックヒータ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、昇温速度をより速いものとなすこ
とができ、これによって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２に割れ等
の破損を発生させることなく短時間に実装可能となる。
従って、前記セラミックヒ−タ２は、その厚みを１ｍｍ
〜２ｍｍの範囲としておくことが好ましい。If the thermal conductivity of the insulating body 7 at room temperature is 50 W / m · K or more, the heat generated by the heating element 6 is reduced to the whole of the insulating body 7. Thus, the temperature can be set to a desired value by spreading the ceramic heater 2 in a short period of time and generating almost no temperature unevenness. Therefore, it is preferable that the thermal conductivity of the insulating body 7 of the ceramic heater 2 be set to 50 W / m · K or more when the rate of temperature rise is higher and the occurrence of temperature unevenness is eliminated. Further, when the thickness of the ceramic heater 2 is set in the range of 1 mm to 2 mm, the heat capacity can be reduced while maintaining the mechanical strength of the ceramic heater 2 at a high level, and the temperature rising rate can be further increased. Accordingly, when the semiconductor bare chip is mounted on the wiring board by pressing and heating, the ceramic heater 2 can be mounted in a short time without causing breakage such as cracking in the ceramic heater 2.
Therefore, the ceramic heater 2 has a thickness of 1 mm.
It is preferable to set the range to 2 mm.
【００３２】また、前記セラミックヒータ２はホルダ１
と該ホルダ１に取着されている固定用部材５とで挟持さ
れてホルダ１上に固定されており、セラミックヒータ２
はホルダ１上に載置されているだけである。そのためセ
ラミックヒータ２とホルダ１との熱膨張係数が相違する
としてもセラミックヒータ２はホルダ１上に載置されて
いるだけであるため両者間に両者の熱膨張係数の相違に
起因する大きな熱応力は発生することはなく、その結
果、ホルダ１やセラミックヒ−タ２にクラックや割れが
発生することもほとんどない。The ceramic heater 2 comprises a holder 1
And a fixing member 5 attached to the holder 1, and fixed on the holder 1.
Are merely placed on the holder 1. Therefore, even if the thermal expansion coefficients of the ceramic heater 2 and the holder 1 are different, the ceramic heater 2 is only mounted on the holder 1 and therefore a large thermal stress between the two due to the difference in the thermal expansion coefficient between the two. Does not occur, and as a result, cracks and cracks hardly occur in the holder 1 and the ceramic heater 2.
【００３３】前記セラミックヒータ２をホルダ１上に固
定する固定用部材５はステンレスや、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ
の合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏの合金等の耐熱性金属やセラ
ミックスからなり、一端はホルダ1上にネジ止めされて
おり、他端はセラミックヒータ2の表面を押圧する。The fixing member 5 for fixing the ceramic heater 2 on the holder 1 is made of stainless steel or Ni-Mn-Fe.
One end is screwed on the holder 1 and the other end presses the surface of the ceramic heater 2.
【００３４】かくして上述のヒータ装置によれば、配線
基板上に間に低融点ロウ材を介して半導体ベアチップを
載置させるとともに、半導体ベアチップの上面にセラミ
ックヒータ２を当接させ、次にホルダ１を介してセラミ
ックヒータ２を半導体ベアチップ側に一定の圧力で押圧
させるとともに発熱体６に電力を印加して所定温度に発
熱させ、この発熱で前記低融点ロウ材を溶融させること
によって半導体ベアチップの実装に供される。Thus, according to the above-described heater device, the semiconductor bare chip is placed on the wiring substrate with the low melting point brazing material interposed therebetween, and the ceramic heater 2 is brought into contact with the upper surface of the semiconductor bare chip. The ceramic heater 2 is pressed against the semiconductor bare chip side at a constant pressure via the above, and power is applied to the heating element 6 to generate heat to a predetermined temperature, and the heat is used to melt the low melting point brazing material, thereby mounting the semiconductor bare chip. To be served.
【００３５】なお、本発明は上述の実施例に限定される
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り、例えばセラミックヒータ２の
上面に荷重５００ｇでのビッカース硬度が１０ＧＰａ以
上の高熱伝導性のセラミックスからなるヘッド３を配置
しておくと、半導体ベアチップを配線基板に繰り返し実
装したとしてもヒータ装置のセラミックヒータ２が、ヘ
ッド３により補強されるため長期間の使用に耐え得るこ
とが可能となる。従って、セラミックヒータ２の上面に
は、該セラミックヒータ２の補強のために荷重５００ｇ
でのビッカース硬度１０ＧＰａ以上の高熱伝導性のセラ
ミックスからなるヘッド３を配置しておくことが好まし
い。また、前記ホルダ１及びセラミックヒータ２は、角
張った角部を有する場合、その角部を例えば０．２ｍｍ
以上のＣ面加工あるいは半径０．２ｍｍ以上のＲ面加工
を施しておくと、ホルダ１及びセラミックヒータ２に応
力が作用した際、その応力を有効に分散させてホルダ１
及びセラミックヒータ２にクラックや割れ等が発生する
のを防止することができる。従って、前記ホルダ１及び
セラミックヒータ２は角張った角部を有する場合、その
角部にＣ面加工あるいはＲ面加工を施しておくことが好
ましい。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. If the head 3 made of a ceramic having a high thermal conductivity having a Vickers hardness of 10 GPa or more is arranged, the ceramic heater 2 of the heater device is reinforced by the head 3 even if the semiconductor bare chip is repeatedly mounted on the wiring board, so that the Can be used. Therefore, a load of 500 g is placed on the upper surface of the ceramic heater 2 to reinforce the ceramic heater 2.
It is preferable to arrange a head 3 made of a ceramic having high thermal conductivity having a Vickers hardness of 10 GPa or more. When the holder 1 and the ceramic heater 2 have sharp corners, the corners are, for example, 0.2 mm.
If the above-mentioned C-plane processing or R-plane processing with a radius of 0.2 mm or more is performed, when stress is applied to the holder 1 and the ceramic heater 2, the stress is effectively dispersed and the holder 1
In addition, it is possible to prevent cracks and cracks from occurring in the ceramic heater 2. Therefore, when the holder 1 and the ceramic heater 2 have angular corners, it is preferable that the corners are subjected to C-plane processing or R-plane processing.
【００３６】さらに、上述の実施例では、半導体ベアチ
ップを実装する際に使用するヒータ装置を例に挙げて本
発明のヒータ装置を説明したが、これに限定されるもの
ではなく被加熱物を短時間で加熱するヒータ装置、具体
的にはＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃａｂ
ｌｅ）等の半田接続、半導体パッケージキャップのシー
ル、レーザーヘッド等の光学系ヘッドのキャンシール、
チップ接続のリワーク等に用いられるヒータ装置に適用
可能である。Further, in the above-described embodiment, the heater device of the present invention has been described by taking the heater device used for mounting the semiconductor bare chip as an example. However, the present invention is not limited to this. Heater device for heating over time, specifically, FPC (Flexible Print Cab)
le) etc., seal of semiconductor package cap, can seal of optical head such as laser head,
The present invention can be applied to a heater device used for chip connection rework or the like.
【００３７】次に本発明の使用効果について下記の実験
例に基づき説明する。Next, effects of the present invention will be described based on the following experimental examples.
【００３８】[0038]
【実施例】まず、熱伝導率２５．２Ｗ／ｍ・Ｋで長さが
４４ｍｍ、幅が２４ｍｍの窒化珪素質焼結体からなる絶
縁ボディ７に、タングステンカーバイト（ＷＣ）からな
り、発熱量が始動時の突入電力で２ｋＷの発熱体を埋設
したセラミックヒータを準備する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an insulating body 7 made of silicon nitride sintered body having a thermal conductivity of 25.2 W / m · K, a length of 44 mm and a width of 24 mm is made of tungsten carbide (WC). Prepares a ceramic heater in which a heating element of 2 kW is buried with inrush power at the time of starting.
【００３９】次に前記セラミックヒータ２を熱伝導率２
５．２Ｗ／ｍ・Ｋの窒化珪素質焼結体からなるホルダ１
上に接触面積を表１に示す値となるように載置させると
ともに固定用部材５で固定して複数のヒータ装置試料を
得る。Next, the ceramic heater 2 is set to a thermal conductivity of 2
Holder 1 made of 5.2 W / m · K silicon nitride sintered body
A plurality of heater device samples are obtained by placing the sample on the upper surface so that the contact area has the value shown in Table 1 and fixing the sample with the fixing member 5.
【００４０】同時にセラミックヒータ２の厚みを表１に
示す値となるように種々に変えて複数のヒータ装置試料
を得る。At the same time, a plurality of heater device samples are obtained by changing the thickness of the ceramic heater 2 variously so as to have the values shown in Table 1.
【００４１】次に各ヒータ装置試料の発熱体に２．５ｋ
Ｗの電力を印可して発熱体６をジュール発熱させ、セラ
ミックヒータ２が１００℃から５００℃に加熱するまで
に要する時間（昇温時間）を調べた。Next, 2.5 k was applied to the heating element of each heater device sample.
The electric power of W was applied to cause the heating element 6 to generate Joule heat, and the time required for the ceramic heater 2 to heat from 100 ° C. to 500 ° C. (heating time) was examined.
【００４２】またセラミックヒータ２に蛍光性の浸透液
を塗布し、ブラックライト下で目視し、セラミックヒー
タ２にクラックや割れ等が発生しているのを調べた。Further, a fluorescent penetrating liquid was applied to the ceramic heater 2 and visually observed under a black light to check that cracks, cracks, and the like occurred in the ceramic heater 2.
【００４３】なお、試料番号１２、１３は本発明品と比
較するための比較試料であり、試料番号１２、１３はホ
ルダ１にセラミックスヒータ２を、ガラスを介して接合
固定したものである。Sample numbers 12 and 13 are comparative samples for comparison with the product of the present invention. Sample numbers 12 and 13 are obtained by joining and fixing a ceramics heater 2 to a holder 1 via glass.
【００４４】[0044]
【表１】 [Table 1]
【００４５】表１からわかるように、ホルダ１とセラミ
ックヒータ２をガラスで接合した試料Ｎｏ．１２、Ｎ
ｏ．１３（比較試料）は、セラミックヒータ２とホルダ
１の熱膨張量の相違により発生する熱応力によって、セ
ラミックヒータ２にクラックが発生した。As can be seen from Table 1, Sample No. 1 in which the holder 1 and the ceramic heater 2 were joined with glass. 12, N
o. In the sample No. 13 (comparative sample), cracks occurred in the ceramic heater 2 due to thermal stress generated due to the difference in the amount of thermal expansion between the ceramic heater 2 and the holder 1.
【００４６】またセラミックヒータ２とホルダ１の接触
面積がセラミッックヒータ２の下面面積に対し２０％未
満の場合、セラミックヒータ２のホルダ１上での固定が
極めて不安定なものとなり、また５０％を越えるとセラ
ミックヒータ２の熱がホルダ１に逃げ、セラミックヒー
タ２の温度を５００℃とするのに９秒以上要し、昇温時
間が長いものとなってしまう。When the contact area between the ceramic heater 2 and the holder 1 is less than 20% of the lower surface area of the ceramic heater 2, the fixing of the ceramic heater 2 on the holder 1 becomes extremely unstable. %, The heat of the ceramic heater 2 escapes to the holder 1 and it takes 9 seconds or more to bring the temperature of the ceramic heater 2 to 500 ° C., and the temperature rise time becomes long.
【００４７】これに対し本発明のヒータ装置は、セラミ
ックヒータ２の温度を５００℃となるのに要する時間
は、５秒以下であり昇温時間が極めて短い。On the other hand, in the heater device of the present invention, the time required for the temperature of the ceramic heater 2 to reach 500 ° C. is 5 seconds or less, and the temperature rise time is extremely short.
【００４８】さらには、セラミックヒータ２等にクラッ
クや割れ等が発生することもない。従って、半導体ベア
チップを配線基板上に実装する際等に使用されるヒータ
装置として好適に使用に供する。Further, cracks, cracks and the like do not occur in the ceramic heater 2 and the like. Therefore, the semiconductor device is suitably used as a heater device used for mounting a semiconductor bare chip on a wiring board.
【００４９】[0049]
【発明の効果】本発明のヒータ装置によれば、ホルダの
セラミックヒータが載置される領域の一部に凹部を設
け、ホルダとセラミックヒータとの接触面積をセラミッ
クヒータ２下面の面積に対し２０％〜５０％としたこと
からセラミックヒータに通電した際、セラミックヒータ
の熱がホルダに逃げホルダに吸収されるのが有効に防止
され、その結果、セラミックヒータを所定温度に急速昇
温することができる。According to the heater device of the present invention, a concave portion is provided in a part of the region of the holder where the ceramic heater is mounted, and the contact area between the holder and the ceramic heater is set to 20 times the area of the lower surface of the ceramic heater 2. % To 50%, when the ceramic heater is energized, the heat of the ceramic heater escapes to the holder and is effectively prevented from being absorbed by the holder. As a result, the temperature of the ceramic heater can be rapidly raised to a predetermined temperature. it can.
【００５０】また本発明のヒータ装置によれば、ホルダ
上にセラミックヒータを載置し、ホルダと該ホルダに取
着されている固定用部材とでセラミックヒータを挟持
し、これによってセラミックヒータをホルダ上に固定し
ていることから、セラミックヒータとホルダとの熱膨張
係数が相違するとしても、セラミックヒータはホルダ上
に載置されているだけであるため両者間に両者の熱膨張
係数の相違に起因する大きな熱応力は発生することはな
く、その結果、ホルダやセラミックヒータにクラックや
割れが発生することもほとんどない。According to the heater device of the present invention, the ceramic heater is placed on the holder, and the ceramic heater is sandwiched between the holder and the fixing member attached to the holder. Even if the ceramic heater and the holder have different coefficients of thermal expansion, the ceramic heater is only mounted on the holder. The resulting large thermal stress does not occur, and as a result, cracks and cracks hardly occur in the holder and the ceramic heater.
【００５１】さらに、本発明のヒータ装置によればセラ
ミックヒータの厚みを１ｍｍ〜２ｍｍの範囲としておく
とセラミックヒータの機械的強度を強いものに維持しつ
つ熱容量を小さなものとして、所定温度への急速昇温が
より可能となる。Further, according to the heater device of the present invention, when the thickness of the ceramic heater is set in the range of 1 mm to 2 mm, the heat capacity is reduced while maintaining the mechanical strength of the ceramic heater strong, and the ceramic heater is rapidly cooled to a predetermined temperature. The temperature can be raised more.
【図１】本発明のヒータ装置を示し、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。FIG. 1 shows a heater device of the present invention, wherein (a) is a perspective view,
(B) is an exploded perspective view of (a).
【図２】図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.
【図３】（ａ）は従来のヒータ装置の斜視図、（ｂ）は
（ａ）の分解斜視図である。FIG. 3A is a perspective view of a conventional heater device, and FIG. 3B is an exploded perspective view of FIG.
１：ホルダ ２：セラミックヒータ ３：ヘッド ５：固定用部材 ６：発熱体 ７：絶縁ボディ Ａ：凹部 1: Holder 2: Ceramic heater 3: Head 5: Fixing member 6: Heating element 7: Insulating body A: Recess
Claims (2)
ックヒータと、前記ホルダに取着され前記セラミックヒ
ータをホルダに固定する固定用部材とからなり、前記ホ
ルダのセラミックヒータが載置される領域の一部に凹部
を設け、ホルダとセラミックヒータとの接触面積をセラ
ミックヒータ下面の面積に対し２０％〜５０％としたこ
とを特徴とするヒータ装置。1. A holder, a ceramic heater mounted on the holder, and a fixing member attached to the holder and fixing the ceramic heater to the holder, wherein the ceramic heater of the holder is mounted. A heater, wherein a contact area between the holder and the ceramic heater is set to 20% to 50% of an area of a lower surface of the ceramic heater.
ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のヒータ装
置。2. The ceramic heater has a thickness of 1 mm to 2 mm.
The heater device according to claim 1, wherein
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1999
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