JP2002025751A

JP2002025751A - ＳｉＣヒータ

Info

Publication number: JP2002025751A
Application number: JP2000202560A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Murakami; 嘉彦村上; Yukio Ikuhara; 幸雄生原; Yoshie Nagatsuma; 良枝長妻
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-25
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP3710690B2

Abstract

(57)【要約】【課題】要求される急速な昇降温が可能であり、正
確な位置で接合でき、ヒータ断線の虞がなく、十分な表
面精度を有し、ボンディング部分の接続不良がなく、コ
ストパフォーマンスにも優れたＳｉＣヒータを提供する
ことを課題とする。【解決手段】発熱体と、該発熱体に通電して発熱体
を昇温させるための電極と、発熱体を降温させるための
冷却孔と、発熱体からの熱を断熱するためのヒータベー
スとを備え、前記発熱体が炭化珪素から構成されており
かつ前記発熱体がその外縁部から内部に向かって伸びた
表裏に貫通したスリットを有するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、急速な昇温と降温
が可能なＳｉＣヒータに関するものであり、特に半導体
の組立工程において使用される半導体チップボンディン
グ用ヒータとして好適に使用される。

【０００２】

【従来の技術】現在、パソコンや携帯電話が急速に普及
し、小型化、薄型化、軽量化、高性能化への要求が高ま
り続けている中、半導体の組立工程において、半導体チ
ップ実装ボードを製造するために種々のヒータが用いら
れている。特に、ＩＣチップ内の配線部と基板との間に
ハンダバンプや金バンプ等の導電性ボンディング材を置
き、この導電性ボンディング材をヒータにより加熱溶融
してＩＣチップと基板とを接合するフリップチップボン
ディング法においては、バンプが存在するボンディング
部分全体を加熱することにより、例えば常温（ 25℃)
から 450℃まで 2秒間で昇温する等のように、急速に昇
温して導電性ボンディング材を熱溶融させ、そして直ち
に、ボンディング部分を冷却することにより、例えば 4
50℃から 100℃まで 10 秒で降温する等のように、急速
に降温して導電性ボンディング材を固化させることが可
能となるヒ−タを必要としている。この要求に答えるた
め、従来よりモリブデンやチタン、ニッケルクロム合
金、窒化アルミニウムに白金パラジウム膜を焼き付けた
もの等の金属製のヒータまたは炭化珪素を用いたヒータ
が用いられてきた。

【０００３】〔問題点〕しかしながら、モリブデンやチ
タンを発熱体として用いたヒ−タにあっては、電気比抵
抗が非常に低いために急速昇温時に大電流を必要とし、
そのために誘導磁場が発生し、正確な位置合わせを必要
とするヒータの位置を狂わせてしまう虞があった。ま
た、ヒータ部分は約 450℃まで加熱されるために酸化さ
れやすく、耐久性がなく、更に金属製であるため高温で
の塑性変形が大きく、数μｍ程度の表面精度を確保でき
ない。

【０００４】また、ニッケルクロム合金を用いたヒータ
にあっては、モリプデンやチタンを用いたヒータと比較
すると、耐酸化性は若干良くなるものの、熱伝導率が低
いために均熱性が非常に悪く、ボンディングの接続不良
が起こりやすく、製品としての歩留まりが上がらない。
更に、熱伝導率が低いため、急速昇温時に必要な最大投
入電力が大きく、また降温に要する時間がかかり、１回
のボンディング処理に多くの時間を要し、コストパフォ
−マンスが低下する他、金属製であるため高温での塑性
変形が大きく、数μｍ程度の表面精度を確保できない。

【０００５】また、窒化アルミニウムに白金パラジウム
膜を焼き付けてなるヒータにあっては、白金パラジウム
薄膜の電気抵抗を大きくするために膜厚を薄くしてあ
り、そのために昇温時に断線が起こりやすく、均熱性も
非常に悪くボンディング部分に接続不良が起こりやす
く、製品としての歩留まりが上がらないうえ、断線がい
つ発生するか予測できず、製造工程中で使用されるヒー
タとしての信頼性がきわめて低い。

【０００６】また、炭化珪素よりなる発熱体を使用した
ヒータでは、耐酸化性、消費電力の低下、急速昇温・降
温といった要求特性をある程度満たしているが、近年、
更に急速な昇温・降温（例えば 450℃から 100℃まで 5
秒以内で降温）が要求されており、従来のヒータでは、
これに対応することができなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における前記問題点に鑑みて成されたものであり、その
解決のため具体的に設定した課題は、要求される急速な
昇降温が可能であり、正確な位置で接合でき、ヒータ断
線の虞がなく、十分な表面精度を有し、ボンディング部
分の接続不良がなく、コストパフォーマンスにも優れた
ＳｉＣヒータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を効果的に解決
できるよう具体的に構成された手段としての、本発明に
おける請求項１に係るＳｉＣヒータは、発熱体と、該発
熱体に通電して発熱体を昇温させるための電極と、発熱
体を降温させるための冷却孔と、発熱体からの熱を断熱
するためのヒータベースとを備え、前記発熱体が炭化珪
素から構成されておりかつ前記発熱体がその外縁部から
内部に向かって伸びた表裏に貫通したスリットを有する
ことを特徴とするものである。また、請求項２に係るＳ
ｉＣヒータは、前記発熱体が、略正方形または略長方形
の炭化珪素焼結体の互いに対向する２辺からそれぞれ反
対側の辺に向けて切り込んだ２つのスリットにより略Ｓ
字状に形成され、この略Ｓ字状の両端部に電極を取り付
けたことを特徴とする。また、請求項３に係るＳｉＣヒ
ータは、前記ヒータベースに冷却気体が通る貫通孔を設
け、断熱が必要な部分以外は前記発熱体と接触しないよ
うにザグリをいれて隙間を確保するとともに前記貫通孔
を前記発熱体に設けた前記スリットと連通したことを特
徴とする。

【０００９】また、請求項４に係るＳｉＣヒータは、前
記炭化珪素焼結体が、燒結体密度が2.5ｇ／ｃｍ³以上
で室温での電気比抵抗が 0.1〜100 Ω・ｃｍであること
を特徴とする。また、請求項５に係るＳｉＣヒータは、
前記炭化珪素焼結体が、平均粒径 0.1〜 10 μｍの第１
の炭化珪素粉末と 0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末と
を混合し、これを焼結して得られたことを特徴とする。
また、請求項６に係るＳｉＣヒータは、前記炭化珪素焼
結体の少なくとも片面に、常温での電気比抵抗が 10⁹Ω
・ｃｍ以上で熱膨張率が 2〜6 ×10^-6／Ｋの硼珪酸ガラ
スまたはアルミノ珪酸ガラスの少なくとも１つにより絶
縁被膜が構成されることを特徴とする。また、請求項７
に係るＳｉＣヒータは、前記絶縁被膜が、ＳｉＯ₂をマ
トリックスとし、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃のうち少なくと
も１種類を 1〜 30 重量％含み、さらにＢａＯを 35 重
量％以下含んだ硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラス
の少なくとも１つであることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
具体的に説明する。ただし、この実施の形態は、発明の
趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するもので
あり、特に指定のない限り、発明内容を限定するもので
はない。

【００１１】〔発熱体〕この実施の形態における発熱体
としては、例えば粒界に不純物の少ない微細で均一な組
織を有する高導電性の炭化珪素焼結体が好適に使用でき
る。そして、この炭化珪素焼結体の外縁部から内部に向
かって切り込みを設けることにより、温度変化による熱
膨張、熱収縮の影響を吸収し、これにより熱応力に強く
なるため、発熱体としての炭化珪素焼結体を薄く形成で
き、熱容量を小さくできるようになる。さらに、略Ｓ字
状にすることにより電流がその経路を流れ発熱体の均熱
性が向上する。

【００１２】この発熱体は、炭化珪素、特に焼結体密度
が 2.5ｇ／ｃｍ³以上、室温（ 25℃）における電気比
抵抗が 0.1〜100 Ω・ｃｍである炭化珪素焼結体により
構成させる。焼結体密度が 2.5ｇ／ｃｍ³以上であれば
炭化珪素粒子間の結合力が充分であり、高温での機械強
度も高いことから、ボンディング時の荷重により発熱体
が破損する虞がなく、高温時の塑性変形がなく、数μｍ
の表面精度が容易に得られる。なお、炭化珪素の理論密
度は 3.21 ｇ／ｃｍ³である。

【００１３】また、このような電気比抵抗であれば、金
属ヒータの場合のような大電流が流れないので、リード
線に電磁誘導からくる応力が働いてヒータヘッドの位置
が狂う虞もなくなる。これに対して、室温での電気比抵
抗が 0.1Ω・ｃｍ未満であると、急速昇温するために大
電力を投入することが必要となり、大電流が流れてリー
ド線に電磁誘導からくる応力が働きヒータヘッドの位置
が狂う虞がある他、大電流が発熱体に集中してヒータが
破損し、また所定の抵抗値とするためには発熱体を薄肉
化しなければならず、ボンディング時の圧力（通常 50
ｋｇ／ｃｍ²程度）により破損する虞がある。一方、室
温での電気比抵抗が 100Ω・ｃｍを超えると大電圧を投
入しなければならず、特別の電源が必要となる。

【００１４】また、発熱体を形成する炭化珪素焼結体は
室温での熱伝導率が 100Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好
ましい。上述したように発熱体を形成する炭化珪素焼結
体の焼結密度は 2.5ｇ／ｃｍ³以上と緻密質であり、し
かも後述するように焼結助剤無添加で焼結できるので、
粒界に存在する不純物が少なく、微細で均一な組織が得
られ、よって 100Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率が得ら
れる。従って、この炭化珪素焼結体から成る発熱体を備
えると、均熱性に優れたものとなり、ボンディング部分
の接続不良がなく製品歩留まりが高くなり、更に冷却に
要する時間が短く１回のボンディング処理時間が短縮さ
れコストパフォーマンスが高くなる他、急速昇温時又は
急速降温時においても熱衝撃で破損する虞がない。

【００１５】この発熱体の形状は、図１に示すように、
炭化珪素焼結体を外形が２２ｍｍの四角形で厚みが１ｍ
ｍの薄板に加工し、四隅の対向する２つの角部を電極取
付可能に形成するとともに各電極取付位置の間には各種
用途の貫通孔を略均等に穿設し、加熱状態を均一化する
ように形成する。この発熱体１は、外形が略四角形で略
Ｓ字状薄板に形成され、この薄板材の互いに対向する二
辺から各辺の長さの 1／3 の長さの位置で、反対側の辺
に向けて切り込んだ２つのスリット２，３により均等幅
の略Ｓ字状板材に形成する。

【００１６】この略Ｓ字状板材には、各先端部に穿設し
た電極取付用の貫通孔４，５と、中央部に穿設したチッ
プ吸着用の気体通路を形成する貫通孔６と、各先端部に
対向する角部の外縁寄りの位置にそれぞれ穿設した伝熱
板吸着用の気体通路を形成する貫通孔７，８と、チップ
吸着側の面に刻設して貫通孔７，８にそれぞれ連通する
とともに外縁に沿って略Ｌ字状に延設した伝熱板吸着用
の気体通路を形成する溝９，１０と、前記電極取付用の
貫通孔４，５と前記伝熱板吸着用の貫通孔７，８との中
間位置に穿設して不活性ガス雰囲気で加熱する場合に供
給する窒素ガス等の各種ガスの通路を形成する貫通孔１
１，１２とを少なくとも設ける。これらの貫通孔の孔径
はそれぞれの用途に応じて適宜選択して穿設すれば良
い。この他に、外縁に沿って形成された溝９，１０と中
央部に穿設された貫通孔６との間の溝９，１０側に寄っ
た位置に、ヒータ本体側への取付用ねじを挿通するため
の貫通孔１３，１４を穿設する。そして、電極取付用の
貫通孔４，５およびヒータ本体側への取付用として穿設
された貫通孔１３，１４のチップ吸着側の面には、皿頭
が埋没する深さの皿ざぐりを施して、伝熱板吸着時に発
熱体取付用の皿小ねじ（図示せず）の皿形のねじ頭が邪
魔にならないようにする。

【００１７】〔発熱体の製造方法〕焼結体密度 2.5ｇ／
ｃｍ³以上で電気比抵抗 0.1〜100 Ω・ｃｍである炭化
珪素焼結体は、平均粒径 0.1〜 10 μｍの第１の炭化珪
素粉末と 0.1μｍ以下の第２の炭化珪素粉末とを混合
し、これを焼結する方法により得られる。この方法によ
れば、 0.1〜100 Ω・ｃｍの範囲の電気比抵抗を示す炭
化珪素を得ることが容易である。このような炭化珪素焼
結体の製造方法は、特開平４ー６５３６１号公報に開示
されているが、この実施の形態においては電気比抵抗が
0.1〜100 Ω・ｃｍと大きいものを用いることが望まし
い。

【００１８】前記特性を有する炭化珪素焼結体を製造す
るために、平均粒径が 0.1〜 10 μｍの第１の炭化珪素
粉末と、平均粒径が 0.1μｍ以下の第２の炭化珪素微粉
末とを用意する。第１の炭化珪素粉末としては、一般に
使用されているものでよく、例えばシリカ還元法、アチ
ソン法等の方法によって製造されたものが用いられ、そ
の結晶相としては非晶質、α型、β型のいずれであって
もよいが、電気比抵抗値を 0.1〜100 Ω・ｃｍに調整す
る容易さからはα型のものが好適である。第２の炭化珪
素粉末としては、非酸化性雰囲気のプラズマ中にシラン
化合物またはハロゲン化珪素と炭化水素とからなる原料
ガスを導入し、反応系の圧力を１気圧未満から 0.1ｔｏ
ｒｒの範囲で制御しつつ気相反応させることによって得
られたものを使用する。結晶相としては非晶質、α型、
β型のいずれであってもよい。このようにして得られた
第２の炭化珪素粉末は焼結性が非常に優れているため
に、上記第１の炭化珪素粉末と混合するのみで、焼結助
剤を添加することなく高純度かつ緻密質の炭化珪素焼結
体を得ることができるようになる。

【００１９】次に、上記第１の炭化珪素粉末と第２の炭
化珪素粉末とを混合して混合物とする。混合比率は所定
の電気比低抗値（ 0.1〜100 Ω・ｃｍ）となるよう予め
予備実験で求めておく。その後、上記混合物を所望の形
状に成形し、得られた成形体を 1800 〜 2400 ℃の温度
で焼結して焼結体を得て、これを発熱体とする。焼結方
法、焼結時の雰囲気はいずれも制限されない。

【００２０】〔ＳｉＣヒータ〕この発熱体１を取り付け
たＳｉＣヒータ１００は、第２〜５図に示すように、発
熱体１のチップ吸着側の面（溝刻設側の面）を先端（下
端）に向け、貫通孔１３，１４にそれぞれ挿通する皿小
ねじ１５，１５を用いて発熱体１を固着した、断熱性が
高く耐熱衝撃性に優れた絶縁体セラミックス製のヒータ
ベース２１と、ヒータベース２１を介して発熱体１を螺
着する金属製の冷却系接続部材２２とからなり、複数の
ボルト２３，２３によりヒータベース２１と冷却系接続
部材２２とを固定し、発熱体１の電極接続部（２ヶ所、
図示せず）は、貫通孔４，５にそれぞれ挿通したボルト
１６，１６とナット（図示せず）によりリード線２４，
２４の端部に設けられた電極（図示せず）を接続し、冷
却系接続部材２２にはヒータベース２１を装着する面と
反対側の面には、フリップチップボンダ等のボンディン
グ装置側に形成されたヒータ取付部（図示せず）に取付
可能な平面を形成するとともに、ガス吸引と冷却ガス供
給とを行うための接続部を中心線上まで延設するための
溝２６，２７を刻設し、冷却系接続部材２２の四隅に貫
通孔２８，…，２８を穿設してヒータ取付部にねじ止め
できるようにする。ヒータベース２１の発熱体１と接す
る側の面には、断熱が必要な部分以外は発熱体１と接触
しないようにザグリして、そのザグリ部２１ａが形成す
る隙間を冷却気体の通路として利用する。

【００２１】そして、この冷却系接続部材２２にヒータ
ベース２１を固着し、そのヒータベース２１に発熱体１
を固着したＳｉＣヒータ１００では、図６〜８に示すよ
うに、チップ吸着用の貫通孔６と同心的にヒータベース
２１および冷却系接続部材２２を貫通した（チップ吸着
用）貫通孔３１を穿設し、貫通孔１１，１２と同心的に
ヒータベース２１および冷却系接続部材２２を貫通して
不活性ガス雰囲気で加熱する場合に供給する窒素ガス等
の各種ガスの通路を形成する（各種ガス供給用）貫通孔
３２，３３を穿設し、溝９，１０に連通した貫通孔７，
８と同心的にヒータベース２１および冷却系接続部材２
２を貫通した伝熱板吸着用の気体通路を形成する（溝側
の伝熱板吸着用）貫通孔３５，３６を穿設し、さらに、
発熱体１を急速に冷却する冷却気体をザグリ部２１ａに
供給する給気路を形成する（冷却気体供給用）貫通孔３
７，３８をヒータベース２１および冷却系接続部材２２
を貫通して穿設する。

【００２２】これにより、貫通孔３７，３８より供給さ
れた冷却気体は、冷却孔としての貫通孔３７，３８から
ヒータベース２１に形成されたザグリ部２１ａを通り、
発熱体１の裏面に接触して冷却した後、ヒータベース２
１の横面より外部へ抜けていく。また、貫通孔３７，３
８より供給された冷却気体は、ザグリ部２１ａを介して
スリット２，３を通り、発熱体１を冷却したのち発熱体
１の横面から抜けていく。このようにヒータベース２１
の発熱体１側に、ザグリ部２１ａを形成して発熱体１と
ヒータベース２１の間に隙間を設けるとともに発熱体１
にスリット２，３を形成したことにより、冷却気体で冷
却を行なうにあたって、ザグリ部２１ａによって発熱体
１とヒータベース２１との間隙が冷却気体と接する面積
を大きくして冷却効率を上げ、しかも、発熱体１のスリ
ット２，３がザグリ部２１ａと連通していることによ
り、スリット２，３にも冷却気体が通過して冷却速度を
高めることができて、急速冷却が可能となる。

【００２３】また、スリット２，３が発熱体１に形成さ
れていることにより、昇温、降温を繰り返した時の熱に
よる膨張、収縮を吸収することができ、熱応力に強くな
るため、発熱体１の厚みを薄くすることができ、これに
より発熱体１の熱容量が小さくなるため、冷却速度を増
すことができ、従来よりも急速な冷却を行なうことがで
きる。さらに、発熱体１が電極を略Ｓ字状板材の両端部
にそれぞれ設けたことにより、スリット２，３があるた
め電流が発熱体１の略Ｓ字形状に沿って電極間を流れる
ため、発熱体１の全体が均一に発熱するとともに、発熱
体１自身が熱衝撃により破損する虞がなくなり、さらに
ボンディング部分に接続不良が起こりにくく、半導体チ
ップの歩留まりおよび信頼性を向上することができる。

【００２４】この実施の形態のＳｉＣヒータでは、断熱
性と電気絶縁性とを有するヒータベース２１により発熱
体１を保持する。このヒータベース２１はセラミックス
から構成されることが望ましい。セラミックスとして、
窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、カルシウムシリケート（Ｃａ
Ｏ・ＳｉＯ₂）、サイアロン等を例示することができ
る。ヒータベース２１を発熱体１の片面側に設ければ、
発熱体１の昇温時における熱逃げが少なく、小さな投入
電力での急速昇温が可能となり、またヒータベース２１
を取り付けた冷却系接続部材２２への熱逃げも少なくな
るために、冷却系接続部材２２の熱膨張によるヒータの
位置ずれも少ない。また、発熱体１が機械的に補強さ
れ、ボンディング時の荷重により破損することがない。

【００２５】また、電極は形成されるスリットに応じ
て、スリットで区切られる面を電流が全範囲にわたって
流れる位置に作成することが好ましい。例えば、図３に
示すように、電極をヒータベース２１に穿設される電極
取付孔２９，２９の位置に設けると、電流はスリット
２，３で区切られた面に沿って略Ｓ字状に流れるため、
発熱体１の全体が均一に発熱する。

【００２６】さらに、発熱体１として導電性のＳｉＣ発
熱体を使用しているため、導通部の発熱体がむき出しに
なっており、ＳｉＣ発熱体がヒータベース２１に接する
面と反対の面および側面に絶縁性の膜を被覆すること
が、安全上好ましい。ただし、この実施の形態のＳｉＣ
ヒータの場合、急速昇降温を何度も繰り返すため、温度
の急激な変化のもたらす熱履歴により剥離することがな
く、ボンディング時、半導体チップをボンディング材に
押し付けるため、この際の塑性変形や摩耗がなく、かつ
高温においても絶縁性の高い被膜でなければならない。
また、被膜でなく絶縁用のカバーをかぶせようとする
と、ヒータとしての熱容量が大きくなり、冷却速度が遅
くなってしまう。このため、前記条件を満足する絶縁皮
膜が必要となる。

【００２７】そこで、この実施の形態においては、常温
での電気比抵抗が 10⁹Ω・ｃｍ以上で熱膨張率が 2〜6
×10^-6／Ｋの硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラスの
少なくとも１つからなる絶縁膜を形成する。また、前記
硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラスとしては、Ｓｉ
Ｏ₂をマトリックスとし、Ｂ₂Ｏ₃またはＡｌ₂Ｏ₃を
少なくとも１種類、 1〜 30 重量％含有し、さらにＢａ
Ｏを 35 重量％以下含むものがよい。Ｂ₂Ｏ₃またはＡ
ｌ₂Ｏ₃の少なくとも１種類が 1重量％未満では耐熱衝
撃性と耐摩耗性の向上がみられず、 30 重量％を超える
と、もろくなってしまうためである。また、ＢａＯは前
記硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラスの熱膨張率を
ＳｉＣに合わせるために含有させるもので、硼珪酸ガラ
ス、アルミノ珪酸ガラスの耐熱衝撃性、耐摩耗性を損な
わないで熱膨張率を上げることができる。ＢａＯの含有
率が 35 ｗｔ％を超えると、熱膨張率が 6×10^-6／Ｋよ
り大きくなってしまい好ましくない。

【００２８】〔半導体チップのボンディング方法〕この
ようなＳｉＣヒータ１００は、例えば図９に示すような
フリップチップボンダ２００の可動台２１０の下端部に
取り付けて半導体実装ボードの製造のために使用され
る。ＳｉＣヒータ１００を取り付けたフリップチップボ
ンダ２００では、図６〜８に示すように、伝熱板吸着用
の各貫通孔７，８から空気を吸引して発熱体１の表面に
伝熱板３０を吸着し、それから、図９に示す複数の半導
体チップ４０が置かれているトレイ２２０を載置したオ
ートローダ２３０の位置まで、可動台２１０を移動し、
貫通孔６から空気を吸引してトレイ２２０から１つの半
導体チップ４０を吸着し、次に、可動台２１０を基板５
０が用意されている位置まで移動して、図６〜８に示す
基板５０上に予め載置された導電性ボンディング材６０
の上に半導体チップ４０を載せ、可動台２１０により下
方に加圧力を加えつつ、ＳｉＣヒータ１００に通電して
発熱体１を発熱させ、伝熱板３０を介して半導体チップ
４０、導電性ボンディング材６０、基板５０を略均等に
昇温することにより、導電性ボンディング材６０を数秒
で溶融し、溶融した導電性ボンディング材６０により基
板５０と半導体チップ４０とを接合する。この接合時
に、不活性ガス雰囲気中でボンディングを行う場合に
は、予め伝熱板３０を、貫通孔３２，３３に対応した位
置に貫通孔（図示せず）を穿設した不活性ガス雰囲気ボ
ンディング用の伝熱板（図示せず）に交換しておき、貫
通孔３２，３３から供給された不活性ガスを伝熱板を介
して導電性ボンディング材の配設側に吹き出しながら接
合する。この接合方法では、発熱体１からの熱により半
導体チップ４０、導電性ボンディング材６０、基板５０
を加熱加圧して導電性ボンディング材６０を数秒で溶融
する、急速加熱のため、半導体チップ４０と基板５０の
過熱を防止できる。

【００２９】そして、導電性ボンディング材６０が溶解
して基板５０と半導体チップ４０とが接合された後、す
みやかに圧縮空気を冷却系接続部材２２およびヒータベ
ース２１に穿設された貫通孔３７，３８を介してザグリ
部２１ａに供給し、発熱体１の背面（伝熱板吸着面とは
反対側の面）側からスリット２，３を介してＳｉＣヒー
タ１００の外部に流出させながら発熱体１を急速に冷却
し、導電性ボンディング材６０が冷却されて固化してか
ら、半導体チップ４０の吸着を解除し、可動台２１０を
上方に移動する。この圧縮空気等の高圧の圧縮ガスを供
給する冷却は、発熱体１を数秒で急速冷却するから、半
導体チップ４０、基板５０は過熱から保護されるととも
に１サイクルのボンディング処理時間を短縮できる。そ
してまた、オートローダ２３０の位置まで可動台２１０
を移動して新たに半導体チップ４０を吸着し、次の基板
５０に対するフリップチップボンディングを行う。

【００３０】この半導体チップ実装ボードの製造に使用
される伝熱板３０は、発熱体１の熱を半導体チップ４
０、導電性ボンディング材６０、基板５０に対して均一
に伝熱するために用いられるものであるから、伝熱性、
耐熱性、熱衝撃性に優れていることが必要であり、例え
ば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック製であ
ることが好ましい。導電性ボンディング材６０として
は、ハンダバンプ、金バンプ等が挙げられる。このよう
なボンディング材は加熱によって溶融し、冷却によって
固化する性質を持っている。発熱体１は、急速昇降温さ
せるため、熱容量の小さいものが好ましい。従って、発
熱体１としての機械的強度を維持しながら熱容量を小さ
くするためには、発熱体１のヒータ面の厚みが約 0.5〜
1.5 ｍｍであることが好ましく、 0.8〜1.2 ｍｍである
ことがより好ましい。

【００３１】

【実施例】以下、実施例について詳述する。〔実施例１〕ＳｉＣヒータの発熱体を次のようにして製
造した。四塩化珪素とエチレンとを原料ガスとし、プラ
ズマＣＶＤ法により、平均粒径0.01 μｍ、ＢＥＴ比表
面積 96 ｍ²／ｇの非晶質炭化珪素超微粉末を得た。こ
の炭化珪素超微粉末 5重量％と市販のα型炭化珪素粉末
（平均粒径 0.7μｍ、ＢＥＴ比表面積 13 ｍ²／ｇ） 9
5 重量％とを、メタノール中に分散させ、さらにボール
ミルで 12 時間混合した。次いで、この混合物を乾燥
し、成形、ホットプレス焼結した。焼結条件は、アルゴ
ン雰囲気下で、焼結温度 2200 ℃、プレス圧 39.23ＭＰ
ａ（ 400ｋｇｆ／ｃｍ²）で、 90 分間であった。焼結
体の密度は 3.1×10³ｋｇ／ｍ³、室温での電気比抵抗
は、0.3 Ω・ｃｍ（４端子法）、室温での熱伝導率が 2
30Ｗ／ｍＫ（レーザーフラッシュ法）の焼結体を得た。

【００３２】次に、前記炭化珪素焼結体を加工すること
により、図１に示すような、直径２ｍｍの半導体チップ
吸着用の貫通孔６と、伝熱板吸着用の貫通孔７，８と、
外縁部から内部にのびた幅 1ｍｍのスリット２，３とを
有し、炭化珪素焼結体からなる発熱体１を得た。さら
に、この発熱体１は、ヒータベース２１にねじ止めする
ための貫通孔１３，１４と電極取付用の貫通孔４，５と
が形成されている。なお、半導体チップ吸着用の貫通孔
６、伝熱板吸着用の貫通孔７，８および伝熱板分離用の
貫通孔１１，１２は、ヒータベース２１に穿設されてい
る貫通孔３１，３２，３３，３５，３６とそれぞれ同軸
的に穿設される。発熱体１のヒータ面の大きさは 22 ×
22 ｍｍであり、その厚みｔは 1.0ｍｍであった。

【００３３】図６〜８に示すように、前記発熱体１の上
面に、ヒータベース２１として断熱性が高く、耐熱衝撃
に優れた窒化珪素焼結体を重ねた。なお、ヒータベース
２１は発熱体１を冷却するための貫通孔３７，３８を備
えたものである。そして、締結用の貫通孔１３，１４に
Ｍ1.4 のボルトを挿通して、ヒータベース２１と発熱体
１とをねじ止めした。また、電極取付孔２９にＭ1.4 の
皿小ねじを挿通し、そのねじの先端付近にリード線の端
部をナットにより固定することによって電極を形成し、
その結果として、ＳｉＣヒータが得られた。

【００３４】このＳｉＣヒータの性能を、急速昇温試
験、ヒータ面の均熱性試験、急速冷却試験により試験し
た。これらの試験は、 1φ、ＡＣ 100Ｖ、 50 Ｈｚ（位
相制御型）の電源に、ＳｉＣヒータを接続し、ヒータ面
に取り付けたＫ熱電対で測定した温度で制御して行っ
た。

【００３５】（急速昇温試験）実施例のＳｉＣヒータに
つき 8.3Ａ、52.0Ｖを印加したところ 2秒間で 50 ℃か
ら 450℃まで昇温できることが確認された。

【００３６】（急速降温試験）実施例のＳｉＣヒータに
つき 2秒間で 50 ℃から 450℃まで昇温し（ 200℃／
秒）、 450℃で 10 秒間保持した後、ＳｉＣヒータ内部
からのみ冷却空気を圧力0.49 ＭＰａ（ 5ｋｇｆ／ｃｍ
²）で吹き付けた場合の 450℃から 100℃までの冷却時
間を測定した。また、比較のために炭化珪素を発熱体と
して使用した従来のＳｉＣヒータ（比較例１）、窒化ア
ルミニウムの裏面にメタライズされた白金パラジウムを
発熱体として使用した従来のＳｉＣヒータ（比較例２）
およびステンレス鋼を発熱体として使用した従来のＳｉ
Ｃヒータ（比較例３）についても同様の試験をおこなっ
た。その結果を表１に示す。

【００３７】（ヒータ面の均熱性試験）常温から 450℃
までヒータ面を昇温させ、 450℃に 10 秒間保持した時
のヒータ面における８点での温度分布をサーモビュアに
より測定した。また、比較のため、炭化珪素を発熱体と
して使用した従来のＳｉＣヒータ（比較例１）、窒化ア
ルミニウムの裏面にメタライズされた白金パラジウムを
発熱体として使用した従来のＳｉＣヒータ（比較例２）
およびステンレス鋼を発熱体として使用した従来のＳｉ
Ｃヒータ（比較例３）の温度分布を同様に測定した。ヒ
ータ面の８点の温度測定位置（ａ）〜（ｈ）を図１０に
示し、その測定温度の最高値と最低値との差の 1／2 を
均熱性として表１に示す。

【００３８】〔実施例２〕実施例１において得られた加
工後の炭化珪素焼結体を発熱体として、ヒータに組み込
む前に表面に絶縁処理を施した。具体的には、加工した
炭化珪素焼結体の表面をアセトンで超音波洗浄した後自
然乾燥させ、その後、酸化炉に温度 1000 ℃で 70 時間
熱処理して十分な酸化膜を生成させる。次に、絶縁用の
ガラスとして、ＳｉＯ₂： 49 重量％、Ａｌ₂Ｏ ₃： 1
0 重量％、ＢａＯ： 25 重量％、Ｂ₂Ｏ₃：15重量％の
硼珪酸ガラス粉末とスクリーンオイルを 3：2 の割合で
メノウ乳鉢に入れてよく混合し、スラリーを作成する。

【００３９】次に、炭化珪素焼結体のヒータベースと接
する面と反対の面および側面にスラリー状のガラスを均
一に約 200μｍの厚みで塗布し、乾燥器にて温度 100℃
で 1時間乾燥させた後、酸化炉にて、温度 950℃で 20
分間加熱してガラスを炭化珪素焼結体に溶着させた。最
後に、ガラス表面を研削して発熱体の平行度を 3μｍ以
下に仕上げた。こうして得られた表面に絶縁性の被膜を
有した炭化珪素発熱体を用いて、実施例１と同様にＳｉ
Ｃヒータを組み立てた。このようにして得られたＳｉＣ
ヒータを用いて実施例１と同様に、急速降温試験とヒー
タ面の均熱性試験を行なったところ、実施例１と同様の
結果が得られた。さらに、ヒータの伝熱板と接する面を
アースに接地したリード線の端子部を接触させながら、
ＳｉＣヒータを昇降温させてアースに接地したリード線
への漏れ電流を測定したところ、 1μＡ以下となり、絶
縁耐圧性に問題がないことが確認された。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１に示すように、実施例のＳｉＣヒータ
は、 450℃から 100℃への降温時間が内部冷却のみで
4.6秒と従来品の 9.0秒に対して約 50 ％に短縮され
た。また、均熱性も従来の±7.4 ℃から±4.6 ℃へと向
上している。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係るＳｉＣヒータでは、発熱体は炭化珪素より成ると
ともにその外縁部から内部に向かって伸びた表裏に貫通
したスリットを有しているため、熱伝導率が非常に良く
熱応答性が早く、短時間に熱的平衡に達するという炭化
珪素としての優れた特性に加え、スリット部が熱による
膨張、収縮を吸収するため、ヒータ断線の虞がなく、十
分な表面精度を有し、正確な位置で接合でき、熱応力に
強く、従来の炭化珪素発熱体よりも薄くでき、そのた
め、発熱体の熱容量が小さくなり、特に急速降温が可能
となる。また、発熱体に形成されたスリットの効果によ
り、従来品に比べて優れた均熱性が得られる。このた
め、ボンディングによる接続不良が大幅に低減され、結
果的にコストパフォーマンスに非常に優れる。また、容
易に急速昇降温が可能なので、半導体チップを基板にボ
ンディングさせるためのヒータとして好適である。ま
た、請求項２に係るＳｉＣヒータでは、形成された形状
に従って略Ｓ字状に電流が流れて発熱状態を均等にし、
均熱性を向上することができる。また、請求項３に係る
ＳｉＣヒータでは、冷却気体をザグリ形成部分に供給す
ることによって冷却面積を広くして冷却効率を高め、冷
却気体を発熱体のスリットを介して外部に流出させるこ
とによって冷却速度を速くすることができる。

【００４３】また、請求項４に係るＳｉＣヒータでは、
炭化珪素粒子間の結合力が充分であり、高温で機械強度
が高く、ボンディング時の荷重により発熱体が破損する
恐れがなくなるとともに、大電流を流す必要がなく、ヒ
ータヘッドの位置狂いが防止でき、また、大電圧も必要
がなく電源を特別に設けることも必要なく、電力消費量
が削減できる。また、請求項５に係るＳｉＣヒータで
は、 0.1〜100 Ω・ｃｍの範囲の電気比抵抗を示す炭化
珪素を得ることができる。また、請求項６に係るＳｉＣ
ヒータでは、絶縁被膜を構成することができ、急速昇降
温を繰り返しても剥離、塑性変形または摩耗をなくすこ
とができ、冷却速度を遅くすることなく絶縁性を向上す
ることができる。また、請求項７に係るＳｉＣヒータで
は、耐熱衝撃性および耐摩耗性を向上するとともに熱膨
張率を炭化珪素の熱膨張率に合わせることができ、待機
を性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるＳｉＣヒータの発
熱体を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態におけるＳｉＣヒータを示
す正面図である。

【図３】同上ＳｉＣヒータを示す下平面図である。

【図４】同上ＳｉＣヒータを示す上平面図である。

【図５】同上ＳｉＣヒータを示す側面図である。

【図６】同上ＳｉＣヒータを用いて半導体チップを接合
する状態を示す正面断面図（図３で示すＡ−Ａ矢視図）
である。

【図７】同上ＳｉＣヒータを用いて半導体チップを接合
する状態を示す側面断面図（図３で示すＢ−Ｂ矢視図）
である。

【図８】同上ＳｉＣヒータを用いて半導体チップを接合
する状態を示す斜め方向から見た側面断面図（図３で示
すＣ−Ｃ矢視図）である。

【図９】同上ＳｉＣヒータを用いてフリップチップボン
ダによる製造状態を示す斜視図である。

【図１０】本発明の実施例におけるヒータ面の温度測定
位置を示す平面説明図である。

【符号の説明】

１発熱体２，３スリット４，５（電極取付用）貫通孔６（チップ吸着用）貫通孔７，８（伝熱板吸着用）貫通孔９，１０（伝熱板吸着用）溝１１，１２（各種ガス供給用）貫通孔１３，１４（取付ねじ挿通用）貫通孔１５皿小ねじ２１ヒータベース２２冷却系接続部材２４リード線２６，２７溝２８貫通孔２９電極取付孔３０伝熱板３１（チップ吸着用）貫通孔３２，３３（各種ガス供給用）貫通孔３５，３６（溝側の伝熱板吸着用）貫通孔３７，３８（冷却気体供給用）貫通孔４０半導体チップ５０基板６０導電性ボンディング材１００ＳｉＣヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/20 ３９６Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１Ｐ (72)発明者長妻良枝千葉県鎌ヶ谷市鎌ヶ谷１−６−46 新工事株式会社内Ｆターム(参考） 3K034 AA04 AA16 AA29 BC29 CA32 EA07 HA01 HA10 JA02 3K092 QA05 QB09 QB32 QB37 QB40 QC16 QC25 QC59 RF03 RF11 VV06 VV15 VV22 VV28 VV34 4G001 BA22 BB22 BC13 BD22 BE33 5F044 LL01 PP19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体と、該発熱体に通電して発熱体を昇
温させるための電極と、発熱体を降温させるための冷却
孔と、発熱体からの熱を断熱するためのヒータベースと
を備え、前記発熱体が炭化珪素から構成されておりかつ
前記発熱体がその外縁部から内部に向かって伸びた表裏
に貫通したスリットを有することを特徴とするＳｉＣヒ
ータ。
【請求項２】前記発熱体が、略正方形または略長方形の
炭化珪素焼結体の互いに対向する２辺からそれぞれ反対
側の辺に向けて切り込んだ２つのスリットにより略Ｓ字
状に形成され、この略Ｓ字状の両端部に電極を取り付け
たことを特徴とする請求項１記載のＳｉＣヒータ。
【請求項３】前記ヒータベースに冷却気体が通る貫通孔
を設け、断熱が必要な部分以外は前記発熱体と接触しな
いようにザグリをいれて隙間を確保するとともに前記貫
通孔を前記発熱体に設けた前記スリットと連通したこと
を特徴とする請求項１または２記載のＳｉＣヒータ。
【請求項４】前記炭化珪素焼結体が、燒結体密度が 2.5
ｇ／ｃｍ³以上で室温での電気比抵抗が 0.1〜100 Ω・
ｃｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載のＳｉＣヒータ。
【請求項５】前記炭化珪素焼結体が、平均粒径 0.1〜 1
0 μｍの第１の炭化珪素粉末と 0.1μｍ以下の第２の炭
化珪素粉末とを混合し、これを焼結して得られたことを
特徴とする請求項４記載のＳｉＣヒータ。
【請求項６】前記炭化珪素焼結体の少なくとも片面に、
常温での電気比抵抗が 10⁹Ω・ｃｍ以上で熱膨張率が 2
〜6 ×10^-6／Ｋの硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラ
スの少なくとも１つにより絶縁被膜が構成されることを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＳｉＣヒー
タ。
【請求項７】前記絶縁被膜が、ＳｉＯ₂をマトリックス
とし、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃のうち少なくとも１種類を
1〜 30 重量％含み、さらにＢａＯを 35 重量％以下含
んだ硼珪酸ガラスまたはアルミノ珪酸ガラスの少なくと
も１つであることを特徴とする請求項６記載のＳｉＣヒ
ータ。