JP2003142508A - Pressurized heater - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを基
板上に実装する際に用いるダイボンディングヒーター
等、被加熱物を押圧加熱する押圧加熱ヒーターに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressing heater such as a die bonding heater used for mounting a semiconductor chip on a substrate for pressing an object to be heated.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体ベアチップを基板上に実装する方
法として、異方性導電膜（ＡＣＦ）等の樹脂系の接着材
を使用したＡＣＦ接続方法、またはマルチチップモジュ
ールに用いるようなＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ等の低融点
ロウ材を使用したフリップチップ接続法が行われてい
る。2. Description of the Related Art As a method for mounting a semiconductor bare chip on a substrate, an ACF connecting method using an adhesive of resin type such as an anisotropic conductive film (ACF), or Au-Si used for a multi-chip module, A flip-chip connection method using a low melting point brazing material such as Au-Sn is performed.
【０００３】例えば、フリップチップ接続法は、多層パ
ッケージ基板上に半導体チップを載置して、その上面か
らセラミックヒーターを備えた押圧加熱ヒーターで加熱
しながら押圧することによって、接合を行っており、こ
の時、両者に備えたハンダバンプ等の接着剤によって接
合するとともに、ワイヤリングを行うことができる。For example, in the flip-chip connection method, a semiconductor chip is placed on a multi-layer package substrate, and the upper surface of the semiconductor chip is bonded while being heated and pressed by a pressing heater equipped with a ceramic heater. At this time, wiring can be performed while bonding with an adhesive such as a solder bump provided for both.
【０００４】ボンディング用ヒーターに求められる特性
としては、まず使用する接着材を軟化もしくは溶融する
ために必要な熱を半導体チップを介してハンダバンプに
代表される接着材まで効率よく伝える必要がある。しか
し、必要な熱としては、ヒーターの押圧面の温度分布が
不均一で、局所的な高温部があると、部分的に半導体チ
ップへ過剰な熱を供給し、半導体チップ自身の損傷もし
くは、半導体チップ実装後の信頼性を著しく低下させる
ため、ヒーターにはその発熱部の均熱性が最も重要であ
る。また、生産効率の点から、所要の温度までの昇温速
度が速く、押圧加熱接合後の接着剤が固化するまでの温
度降下速度が速いことが重要である。さらに半導体ベア
チップを押圧加熱する際には、熱とともに圧力も加える
ため押圧加熱ヒーターには、機械的強度や耐磨耗性、あ
るいは靭性が求められる。As a characteristic required for the bonding heater, first, the heat required for softening or melting the adhesive used must be efficiently transmitted to the adhesive represented by solder bumps via the semiconductor chip. However, as the necessary heat, if the temperature distribution on the pressing surface of the heater is non-uniform and there is a local high temperature part, excessive heat is partially supplied to the semiconductor chip and the semiconductor chip itself may be damaged or the semiconductor may be damaged. The soaking property of the heating portion of the heater is of the utmost importance for the heater because it significantly lowers the reliability after chip mounting. Further, from the viewpoint of production efficiency, it is important that the rate of temperature rise to the required temperature is fast and the rate of temperature drop until the adhesive solidifies after pressure heating and joining is fast. Further, when the semiconductor bare chip is pressed and heated, pressure is applied together with heat, so that the pressing heater is required to have mechanical strength, abrasion resistance, or toughness.
【０００５】このため押圧加熱型ヒーターとしては、熱
伝導率の高い窒化アルミニウム質セラミックスを用いた
物や機械的強度の優れる窒化珪素質セラミックス質セラ
ミックスを用いたものがある。窒化アルミニウム質セラ
ミックス用いた押圧加熱ヒーターは、窒化アルミニウム
質セラミックスを方形体に形成し、押圧加熱面の逆面も
しくは内部にＡｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ等の発熱体を厚膜
印刷し、焼き付けた後、ガラスカバーペースト等で覆っ
たものである。For this reason, as the pressure heating type heater, there are a heater using aluminum nitride ceramics having high thermal conductivity and a heater using silicon nitride ceramics having excellent mechanical strength. The pressing heater using aluminum nitride ceramics is formed by forming aluminum nitride ceramics in a rectangular shape, and printing a heating element such as Ag-Pd or Pt-Pd on the opposite side or inside of the pressing heating surface with a thick film and baking it. After that, it is covered with a glass cover paste or the like.
【０００６】しかし、窒化アルミニウム質セラミックス
押圧加熱ヒーターは、窒化アルミニウム質セラミックス
表面に発熱体を厚膜印刷するため、発熱体と窒化アルミ
ニウム質セラミックスとの密着性が悪く、しかも窒化ア
ルミニウム質セラミックスと厚膜印刷された発熱体との
熱膨張差が大きいことから、昇温、降温の熱サイクルを
繰り返すうちに発熱体がセラミックスから剥がれ、頻繁
に断線を生じるという問題があった。However, in the aluminum nitride ceramics pressure heater, since a heating element is printed in a thick film on the surface of the aluminum nitride ceramics, the adhesion between the heating element and the aluminum nitride ceramics is poor, and the thickness of the aluminum nitride ceramics is large. Since the difference in thermal expansion from the film-printed heating element is large, there is a problem that the heating element is peeled off from the ceramics during repeated thermal cycles of temperature increase and decrease, frequently causing disconnection.
【０００７】そこで、急速な昇温、降温を行う押圧加熱
ヒーターとしては、機械的強度の高い窒化珪素質質セラ
ミックスが使用されることが特開２０００−１７３７４
７号公報に開示されている。窒化珪素質質セラミックス
を用いた押圧加熱ヒーターは、窒化珪素質セラミックス
を板状に成形し、その上にW、Ｍｏ等の高融点金属もし
くはその炭化物、珪化物、窒化物により発熱体およびリ
ード部を形成し、もう一枚の板状に成形した窒化珪素質
セラミックスを重ねて焼成し、窒化珪素質セラミックス
の内部に発熱体、リード部を埋設したものであり、図３
に示すようにヒーターへ通電させるためにリード部１２
の端部に電極取出用のメタライズ部１３を有している。
この窒化珪素質セラミックスヒーターに用いられる電極
部の電極取出用のメタライズ層は耐熱温度が低いため
に、リード部に冷却フィン１４を設けると同時に、ホル
ダー１５の下部に多孔質体を設けリード部を冷却するも
のである。Therefore, it is known that silicon nitride-based ceramics having high mechanical strength are used as a pressing heater for rapidly raising and lowering the temperature.
No. 7 publication. A pressing heater using silicon nitride ceramics is a heating element and a lead portion formed by molding silicon nitride ceramics into a plate shape and using a refractory metal such as W or Mo or its carbide, silicide or nitride. And a heating element and a lead portion are embedded inside the silicon nitride ceramics.
The lead portion 12 for energizing the heater as shown in FIG.
Has an electrode extraction metallized portion 13 at its end.
Since the metallization layer for electrode extraction of the electrode part used in this silicon nitride ceramics heater has a low heat resistant temperature, the cooling fin 14 is provided in the lead part, and at the same time, the porous part is provided in the lower part of the holder 15 to form the lead part. It is to cool.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、半導体
ベアチップの実装後の信頼性向上が望まれ、Ａｕ−Ａｕ
接合等のより高温での実装が要求されている。従来のＡ
ＣＦを用いた実装は、４００℃以下で押圧加熱ヒーター
を用いるが、Ａｕ―Ａｕ接合では、５５０℃以上の温度
が求められる。このため、ヒーターを５５０℃〜６００
℃で使用する場合、冷却フィンでの放熱のみでは、電極
部の温度を十分低下させることができない事が判った。However, in recent years, it has been desired to improve reliability after mounting a semiconductor bare chip, and Au-Au
Mounting at higher temperature such as joining is required. Conventional A
The mounting using CF uses a pressing heater at 400 ° C. or lower, but a temperature of 550 ° C. or higher is required for Au—Au bonding. Therefore, the heater is 550 ℃ ~ 600
It was found that when used at ℃, the temperature of the electrode portion could not be sufficiently lowered only by heat dissipation by the cooling fin.
【０００９】また、リード部の温度が変化すると局部的
に高温部の高い部分が発生し、均熱性が悪くなり良好な
ボンディングができなくなるという課題があった。Further, when the temperature of the lead portion changes, a high-temperature portion is locally generated, and there is a problem that uniform heating is deteriorated and good bonding cannot be performed.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点に鑑み、鋭意研究の結果、半導体ベアチップの高信頼
性を実現するより高温でのＡｕ−Ａｕ接合を可能とする
窒化珪素質セラミックスヒーターを考案した。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have earnestly studied and, as a result, have realized a silicon nitride material that enables Au-Au bonding at a higher temperature to realize high reliability of a bare semiconductor chip. We devised a ceramic heater.
【００１１】すなわち、被加熱物を押圧するためのセラ
ミックス製のツールと、該ツールを加熱するためのセラ
ミックスヒーターと、該セラミックスヒーターを保持
し、該セラミックスヒーターから発生した熱を主に上記
ツール側に伝達させるための断熱材と、これらの部材を
統合し他部材に結合する為のベースとからなる押圧加熱
ヒーターにおいて、前記セラミックスヒーターは、端部
に電極部を有するリード部を有し、前記断熱材がその内
部に冷却ガス通路を有するとともに前記電極部まで延長
され、その先端に前記セラミックスヒーターの電極部を
冷却するための冷却孔が形成されていることを特徴とす
るものである。That is, a tool made of ceramics for pressing an object to be heated, a ceramics heater for heating the tool, a ceramics heater for holding the ceramics heater, and the heat generated from the ceramics heater is mainly applied to the tool side. In a pressing heater comprising a heat insulating material for transmitting to a member, and a base for integrating these members and joining to another member, the ceramic heater has a lead portion having an electrode portion at an end, The heat insulating material has a cooling gas passage therein and is extended to the electrode portion, and a cooling hole for cooling the electrode portion of the ceramics heater is formed at the tip of the heat insulating material.
【００１２】また、前記断熱材が、その発熱部側の電極
部近傍でのみ前記リード部に接触し、且つ前記電極部は
非接触部とし、前記電極部に対向する部分に冷却孔を設
けたことを特徴とするものである。さらに、前記押圧加
熱ヒーターのリード部を冷却する気体の流量が１〜５リ
ットル／分以下であることを特徴とするものである。Further, the heat insulating material is in contact with the lead portion only in the vicinity of the electrode portion on the heat generating portion side, the electrode portion is a non-contact portion, and a cooling hole is provided in a portion facing the electrode portion. It is characterized by that. Further, the flow rate of the gas for cooling the lead portion of the pressing heater is 1 to 5 liters / minute or less.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１、
２を用いて説明する。図１は全体の斜視図、図2は分解
斜視図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
2 is used for the explanation. 1 is an overall perspective view, and FIG. 2 is an exploded perspective view.
【００１４】本発明の押圧加熱ヒーターは、発熱体を埋
設した窒化珪素質セラミックスヒーター２は、発熱部５
と発熱部５から突出した端部に電極部６ａをもつリード
部６からなり、発熱部５の両側で低熱伝導率セラミック
スからなる断熱材３にネジ等で保持し、さらに断熱材３
をベース４にネジで保持したものであり、断熱材３は、
セラミックスヒーター２の発熱部５から突出したリード
部６に合わせるようにリード部６側に同様に突出部３ａ
を形成し、その内部に冷却ガス通路８を形成し、電極部
７まで延長され、その先端に電極部６ａを冷却するため
の冷却孔９を形成したものである。In the pressing heater according to the present invention, the silicon nitride ceramics heater 2 in which a heating element is embedded has a heating portion 5
And a lead portion 6 having an electrode portion 6a at an end projecting from the heat generating portion 5, held on both sides of the heat generating portion 5 by a heat insulating material 3 made of low thermal conductivity ceramics, and further the heat insulating material 3
Is held on the base 4 with screws, and the heat insulating material 3 is
Similarly, the protruding portion 3a is provided on the lead portion 6 side so as to match the lead portion 6 protruding from the heat generating portion 5 of the ceramics heater 2.
Is formed, a cooling gas passage 8 is formed therein, the cooling gas passage 8 is extended to the electrode portion 7, and a cooling hole 9 for cooling the electrode portion 6a is formed at the tip thereof.
【００１５】前記断熱材３の突出部３ａには突起部３ｂ
を備え、セラミックスヒーター２のリード部６における
電極部６ａの発熱部５側でのみ接触しており、電極部６
ａでは非接触となっている。また、断熱材３に設けられ
た冷却ガス通路８は、リード部６と接触する突起部３ｂ
よりも端部側に冷却孔９を設ける。このため、冷却孔９
から噴出したガスは、断熱材３の突起部３ｂにより、電
極部６ａのみに流れて選択的に冷却し、リード部６およ
び発熱部５に冷却ガスが当たらない構造となっており、
発熱部５からリード部６への熱引きを極めて小さくする
ことができる。A protrusion 3b is provided on the protrusion 3a of the heat insulating material 3.
And is in contact only with the heating portion 5 side of the electrode portion 6a of the lead portion 6 of the ceramics heater 2.
In a, it is non-contact. In addition, the cooling gas passage 8 provided in the heat insulating material 3 has a protrusion 3 b that is in contact with the lead portion 6.
The cooling hole 9 is provided on the end side. Therefore, the cooling holes 9
The gas ejected from the heat insulating material 3 flows only to the electrode portion 6a by the projection 3b of the heat insulating material 3 and is selectively cooled, so that the cooling gas does not hit the lead portion 6 and the heat generating portion 5,
The heat transfer from the heat generating portion 5 to the lead portion 6 can be made extremely small.
【００１６】また、電極部６ａは、セラミックスヒータ
ー２の発熱部５の均熱性を確保するため、８ｍｍ以上離
して設置することが望ましい。Further, the electrode portion 6a is preferably installed at a distance of 8 mm or more in order to ensure uniform heating of the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2.
【００１７】また、セラミックスヒーター２の発熱抵抗
体は、リード部６への熱引きを考慮して、リード部６の
との境界付近の発熱量が大きくなるように設計されてい
る。このためリード部６の温度により熱引きがばらつ
き、急昇温させた際に前記境界付近に局所的な高温部が
発生しやすくなる。本発明のように、電極部６ａのみを
冷却する構造にすれば、発熱部５に必要以上の局所的な
高温部の発生をなくすことができる。Further, the heating resistor of the ceramic heater 2 is designed so that the amount of heat generated in the vicinity of the boundary with the lead portion 6 becomes large in consideration of heat conduction to the lead portion 6. Therefore, heat dissipation varies depending on the temperature of the lead portion 6, and a local high temperature portion is likely to occur near the boundary when the temperature is rapidly raised. If the structure is such that only the electrode portion 6a is cooled as in the present invention, it is possible to eliminate the occurrence of an unnecessarily high local high temperature portion in the heat generating portion 5.
【００１８】電極部６ａを冷却するガスの量としては、
少なすぎると電極部６ａの温度を十分低下させることが
できず、多すぎるとセラミックスヒーター２の発熱部５
からの熱引けが多大となり、発熱部５に局所的な高温部
が発生する。このため、電極部６ａを冷却するガスの量
としては１〜５リットル／分が望ましい。The amount of gas for cooling the electrode portion 6a is
If it is too small, the temperature of the electrode portion 6a cannot be lowered sufficiently, and if it is too large, the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2
A large amount of heat is removed from the heat generation part, and a local high temperature part is generated in the heat generating part 5. Therefore, the amount of gas that cools the electrode portion 6a is preferably 1 to 5 liters / minute.
【００１９】被加熱物と押圧するためのツール１として
は、炭化珪素、窒化アルミニウムなどを主成分とする焼
結体を用いる。たとえば焼結助剤としてＡｌ2Ｏ3、Ｙ2
Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3などを焼結助剤として含有させた窒化ア
ルミニウム焼結体を使用することが好ましい。窒化アル
ミニウムセラミックス製のツール１は、窒化アルミニウ
ム粉末とＡｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3などの所望の焼結
助剤粉末を所望の組成になるように調整して、メタノー
ル、ＩＰＡなどの非水系溶媒と混合効率を上げるための
Ａｌ2Ｏ3製又はＳｉ3Ｎ4製のメディアとともにボールミ
ル、振動ミルといった方法で混合し、得られた窒化アル
ミニウムスラリーを２００メッシュ程度のメッシュに通
して、メディアからの混入、ボールミル、振動ミルのラ
イニングからの混入を取り去った後に防爆式の乾燥機を
用いて１２０℃程度で２４時間程度乾燥し、４０メッシ
ュ程度のメッシュに通す。ここで得られた、窒化アルミ
ニウムと所望の焼結助剤の混合された粉末に、さらに、
所望の有機バインダーを所望量混合し、スプレードライ
法、乾式造粒法、湿式造粒法などの方法により造粒した
のち、プレス成形またはＣＩＰ成形により所望の形状に
加工し、５００〜７００℃程度の温度で脱脂することに
より有機バインダーを飛散させ、得られた成形体を窒素
中にて１８００℃〜２０００℃程度の温度で焼結させ
た。あるいは直接カーボン型中で成形と焼結を同時に行
うホットプレスで焼結させても良い。As the tool 1 for pressing the object to be heated, a sintered body containing silicon carbide, aluminum nitride or the like as a main component is used. For example, as a sintering aid, Al 2 O 3 , Y 2
It is preferable to use an aluminum nitride sintered body containing O 3 , Yb 2 O 3 or the like as a sintering aid. The tool 1 made of aluminum nitride ceramics is prepared by adjusting aluminum nitride powder and desired sintering aid powders such as Al 2 O 3 , Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 to have a desired composition, and then adding methanol, Aluminium nitride slurry obtained by mixing with a non-aqueous solvent such as IPA and an Al 2 O 3 or Si 3 N 4 media for improving mixing efficiency by a method such as a ball mill or a vibration mill, to a mesh of about 200 mesh Then, after removing the mixture from the media and the mixture from the lining of the ball mill and the vibration mill, the mixture is dried at about 120 ° C. for about 24 hours using an explosion-proof dryer and passed through a mesh of about 40 mesh. To the powder obtained here, in which the aluminum nitride and the desired sintering aid are mixed, further,
After mixing a desired amount of the desired organic binder and granulating by a method such as a spray drying method, a dry granulation method, or a wet granulation method, it is processed into a desired shape by press molding or CIP molding, and the temperature is about 500 to 700 ° C. The organic binder was scattered by degreasing at the temperature of, and the obtained molded body was sintered in nitrogen at a temperature of about 1800 ° C to 2000 ° C. Alternatively, it may be directly sintered in a carbon mold by a hot press that simultaneously performs molding and sintering.
【００２０】また、炭化珪素質焼結体を用いる場合、例
えば炭化珪素に対し０．２〜４．０重量％の炭化硼素や
必要に応じて０．５〜５重量％の希土類元素酸化物を添
加して、１９００〜２１００℃の真空中で焼成する。When a silicon carbide-based sintered body is used, for example, 0.2 to 4.0% by weight of boron carbide and, if necessary, 0.5 to 5% by weight of a rare earth element oxide are used. Add and bake in vacuum at 1900-2100 ° C.
【００２１】これらの窒化アルミニウム質焼結体や炭化
珪素質焼結体は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、
熱膨張率が６×１０-6／℃以下とすることができる。These aluminum nitride sintered bodies and silicon carbide sintered bodies have a thermal conductivity of 100 W / mK or more,
The coefficient of thermal expansion can be 6 × 10 −6 / ° C. or less.
【００２２】また、セラミックスヒーター２は、窒化珪
素、アルミナ、窒化アルミニウムなどを主成分とするセ
ラミックス中に発熱抵抗体を埋設したものを用いること
が好ましい。Further, as the ceramic heater 2, it is preferable to use one in which a heating resistor is embedded in a ceramic containing silicon nitride, alumina, aluminum nitride or the like as a main component.
【００２３】たとえば焼結助剤として、Ｙ2Ｏ3、Ａｌ2
Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3などを焼結助剤として含有した窒化珪素
を用いた。セラミックスヒーター２は、窒化珪素粉末と
Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3などの所望の焼結助剤粉末
を所望の組成になるように調整するか、又は炭化珪素粉
末とＢ、Ｃなどの所望の焼結助剤粉末を所望の組成にな
るように調整して、メタノール、ＩＰＡなどの非水系溶
媒と混合効率を上げるためのＡｌ2Ｏ3製又はＳｉ3Ｎ4製
のメディアとともにボールミル、振動ミルといった方法
で混合し、得られたスラリーを２００メッシュ程度のメ
ッシュに通して、メディアからの混入、ボールミル、振
動ミルのライニングからの混入を取り去った後、防爆式
の乾燥機を用いて１２０℃程度で２４時間程度乾燥した
後に４０メッシュ程度のメッシュに通す。ここで得られ
た、混合粉末に、スプレードライ法、乾式造粒法、湿式
造粒法などの方法により所望の有機バインダーを所望の
量だけ混合して、プレス成形、ＣＩＰ成形して所望の形
状を得た後、脱脂工程を５００〜７００℃程度の温度で
行い、有機バインダーを飛散させて得られた成形体を窒
素中にて１８００℃〜２０００℃程度の温度で焼結させ
ることにより窒化珪素製の板を得る。あるいは直接カー
ボン型中で成形と焼結を同時に行うホットプレスでも窒
化珪素製の板を得ても良い。For example, as a sintering aid, Y 2 O 3 , Al 2
Silicon nitride containing O 3 , Yb 2 O 3 or the like as a sintering aid was used. The ceramic heater 2 is prepared by adjusting silicon nitride powder and a desired sintering aid powder such as Al 2 O 3 , Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 so as to have a desired composition, or a silicon carbide powder and B , by adjusting the desired sintering aid powder such as C so as to have a desired composition, methanol, manufactured by Al 2 O 3 to increase the non-aqueous solvent and mixing efficiency, such as IPA or Si 3 N 4 made of After mixing the media with a ball mill, a vibration mill, etc., pass the resulting slurry through a mesh of about 200 mesh to remove the contamination from the media and the lining of the ball mill and the vibration mill, and then an explosion-proof dryer. It is dried at about 120 ° C. for about 24 hours and then passed through a mesh of about 40 mesh. The mixed powder obtained here is mixed with a desired amount of a desired organic binder by a method such as a spray drying method, a dry granulation method, or a wet granulation method, and press-molded or CIP-molded to have a desired shape. Then, a degreasing step is performed at a temperature of about 500 to 700 ° C., and a molded body obtained by scattering the organic binder is sintered in nitrogen at a temperature of about 1800 ° C. to 2000 ° C. to obtain silicon nitride. Get a plate made of. Alternatively, a silicon nitride plate may be obtained by hot pressing in which the molding and sintering are performed simultaneously in a carbon mold.
【００２４】ここで得られた窒化珪素製の板をセラミッ
クスヒーターとする方法を以下に説明する。窒化珪素を
セラミックスヒーター２として使用する場合には、その
絶縁性から直接窒化珪素に電流を通電するのではなく、
窒化珪素の表面または内部に導電性セラミックスあるい
は金属からなるＷ、Ｍｏ、ＷＣなどの発熱抵抗体を印刷
するなどの方法で形成して、還元雰囲気中などでその発
熱体を窒化珪素に後付又は窒化珪素の焼結と同時に焼き
付け一体化することにより、セラミックスヒーター２と
して使用する。この窒化珪素の表面または内部に一体形
成された導電性セラミックスあるいは金属からなる発熱
抵抗体に電流を通電することにより加熱するには、リー
ド部６の端部で、埋設された発熱抵抗体を露出させ、Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉあるいはガラス成分にＮｉを添加したペ
ーストを塗布し、真空中または、還元雰囲気中で焼付
け、電極部６ａを形成する。この電極部６ａに金属リー
ド線をＡｇ−Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕなどのロウ材を用いて真
空中又は非酸化性雰囲気中にてロウ付けを行い、このロ
ウ付けされた金属リード線に通電すると良い。A method of using the silicon nitride plate obtained here as a ceramic heater will be described below. When silicon nitride is used as the ceramic heater 2, it does not directly pass a current to the silicon nitride because of its insulating property.
A heating resistor such as W, Mo, or WC made of conductive ceramics or a metal is formed on the surface or inside of silicon nitride by a method such as printing, and the heating element is attached to silicon nitride in a reducing atmosphere or the like. It is used as a ceramics heater 2 by integrally baking and sintering silicon nitride. In order to heat the heating resistor made of conductive ceramics or metal integrally formed on the surface or inside of this silicon nitride by passing a current, the embedded heating resistor is exposed at the end of the lead portion 6. Let A
A paste in which Ni is added to g-Cu-Ti or a glass component is applied and baked in a vacuum or a reducing atmosphere to form the electrode portion 6a. A metal lead wire may be brazed to the electrode portion 6a using a brazing material such as Ag-Cu, Ag or Cu in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere, and electricity may be applied to the brazed metal lead wire. .
【００２５】このようにして熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であり、熱膨張率が６×１０-6／℃以下のセラミッ
クヒーター２を得ることができる。In this way, the thermal conductivity is 10 W / mK
As described above, the ceramic heater 2 having a coefficient of thermal expansion of 6 × 10 −6 / ° C. or less can be obtained.
【００２６】断熱材３としては、気孔率３０％以下のセ
ラミックスが望ましく、５〜３０％程度の気孔率を有す
るムライトセラミックスやムライト−コージェライトセ
ラミックスを用いる。上記気孔率を持った断熱材３は、
樹脂性のビーズを生成形体中に分散させて焼成すれば、
強度と断熱性を同時に満足する焼結体を得ることができ
る。また、単に多孔質焼結体とするだけであれば、焼結
温度より低い温度で焼成するか、粒径の粗い原料を用い
て焼成することにより、多孔質な断熱材とすることがで
きる。気孔率０％の緻密体質のセラミックスとしては、
熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以下と極めて小さいフッソ金雲
母系のセラミックスが望ましい。断熱材３は、研削加工
で所望の形状とし、冷却用通路は、超音波加工機で加工
を行う。As the heat insulating material 3, ceramics having a porosity of 30% or less is desirable, and mullite ceramics or mullite-cordierite ceramics having a porosity of about 5 to 30% is used. The heat insulating material 3 having the above porosity is
If resin beads are dispersed in the green body and baked,
It is possible to obtain a sintered body that satisfies both strength and heat insulation at the same time. Further, if it is simply a porous sintered body, it can be made into a porous heat insulating material by firing at a temperature lower than the sintering temperature or by using a raw material having a coarse particle size. As a dense ceramic with a porosity of 0%,
Fluoro-phlogopite-based ceramics having extremely low thermal conductivity of 3 W / mK or less are desirable. The heat insulating material 3 is ground into a desired shape, and the cooling passage is processed by an ultrasonic processing machine.
【００２７】このようにして熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以
下であり、熱膨張率が６×１０-6／℃以下の断熱材３を
得ることができる。セラミックヒーター２と断熱材３
は、ネジ等で機械的に固定、保持する。用いられるネジ
は、熱膨張率がセラミックヒーター２より大きく断熱材
３より小さいことが望ましい。Thus, the heat insulating material 3 having a thermal conductivity of 3 W / m · K or less and a thermal expansion coefficient of 6 × 10 −6 / ° C. or less can be obtained. Ceramic heater 2 and heat insulating material 3
Is mechanically fixed and held with screws or the like. The screw used preferably has a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic heater 2 and smaller than that of the heat insulating material 3.
【００２８】上記セラミックス製のツール１を除く、各
部品を統合し他部材に結合する為のベース４としては、
例えばＮｉの添加量を調整することによって熱膨張係数
を６×１０-6／℃以下としたノビナイト鋳鉄を使用すれ
ば良い。Except for the ceramic tool 1, the base 4 for integrating the parts and connecting them to other members is as follows.
For example, novinite cast iron having a coefficient of thermal expansion of 6 × 10 −6 / ° C. or less by adjusting the addition amount of Ni may be used.
【００２９】[0029]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.
【００３０】（実施例１）まず、本発明の実施の形態で
示した方法に従って作製した図１、２に示す本発明のセ
ラミックスヒーター２を用いた接触加熱装置と、図３に
示す従来のボンディング用ヒーターの作製方法を説明す
る。Example 1 First, a contact heating apparatus using the ceramic heater 2 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 manufactured according to the method shown in the embodiment of the present invention, and a conventional bonding shown in FIG. A method of manufacturing a heater for a vehicle will be described.
【００３１】Ｙｂ2Ｏ3を焼結助剤とする窒化ケイ素粉末
をバインダーと混合後にプレス成形し５０ｍｍ角の窒化
珪素成形体を得た後に発熱体としてＷＣインクを印刷
し、もう一つの５０ｍｍ角の窒化珪素でＷＣインクを挟
み込み、１７００〜１８００℃でホットプレスを行うこ
とにより、ＷＣを発熱抵抗体として内蔵する窒化珪素質
焼結体を得た。これを平面研削盤、超音波加工機を用い
て、発熱部は２４ｍｍ×２４ｍｍ×２ｍｍｔとし、ボル
ト締め用の穴を両サイドに形成した。さらに電極引き出
し用のリード部、真空吸着穴、真空吸着溝を形成して、
セラミックスヒーター２とした。Silicon nitride powder containing Yb 2 O 3 as a sintering aid was mixed with a binder and press-molded to obtain a 50 mm square silicon nitride molded body, and then WC ink was printed as a heating element, and another 50 mm square was formed. The WC ink was sandwiched between the silicon nitrides of No. 1 and hot-pressed at 1700 to 1800 ° C. to obtain a silicon nitride sintered body containing WC as a heating resistor. Using a surface grinder and an ultrasonic processing machine, the heat generating portion was 24 mm × 24 mm × 2 mmt, and holes for bolting were formed on both sides. Furthermore, by forming a lead part for drawing out the electrode, a vacuum suction hole, a vacuum suction groove,
The ceramic heater 2 was used.
【００３２】断熱材３は熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以下で
あるフッソ金雲母系セラミックスを用い、平面研削盤、
超音波加工機で加工する。従来の押圧加熱ヒーターの断
熱材は、セラミックヒーター２の発熱部５に合わせる形
状とし、本発明での断熱材３は、セラミックヒーター２
のリード部６の方向に電極部６ａに対向する位置まで延
長した突出部３ａを形成し、突出部３ａの内部に冷却ガ
ス通路８を設けた。さらに、突出部３ａでは、セラミッ
クヒーター2の発熱部５から伸びたリード部６には非接
触とし、電極部６ａの発熱部５側で接触する突起部３ｂ
を設け、電極部６ａに対向する位置で非接触とし、冷却
孔９を設けた。The heat insulating material 3 is a surface grinder, which is made of Fluoro phlogopite based ceramics having a thermal conductivity of 3 W / mK or less.
Process with an ultrasonic machine. The heat insulating material of the conventional pressing heater is shaped to fit the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2, and the heat insulating material 3 of the present invention is the ceramic heater 2.
A protrusion 3a was formed extending in the direction of the lead 6 to a position facing the electrode 6a, and a cooling gas passage 8 was provided inside the protrusion 3a. Further, the protruding portion 3a is not in contact with the lead portion 6 extending from the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2, and the protruding portion 3b is in contact with the heat generating portion 5 side of the electrode portion 6a.
Is provided, and the cooling hole 9 is provided at a position facing the electrode portion 6a without contact.
【００３３】ベース４としてはＮｉを多く含有した鋳鉄
を断熱材３と寸法をあわせるように平面研削盤、超音波
加工機で加工して作製した。As the base 4, cast iron containing a large amount of Ni was processed by a surface grinder and an ultrasonic processing machine so as to match the dimensions of the heat insulating material 3.
【００３４】そして、セラミックヒーター２の発熱部温
度を５５０℃、６００℃に設定し、その時の電極部温度
とセラミックヒーター２の発熱部５の温度分布（最大温
度―最小温度）および最大温度を測定した。Then, the temperature of the heating portion of the ceramic heater 2 is set to 550 ° C. and 600 ° C., and the temperature of the electrode portion at that time and the temperature distribution (maximum temperature-minimum temperature) and the maximum temperature of the heating portion 5 of the ceramic heater 2 are measured. did.
【００３５】結果を表１に示す。The results are shown in Table 1.
【００３６】[0036]
【表１】 [Table 1]
【００３７】本発明の実施例を表１のＮｏ．３、Ｎｏ．
６に示す。Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５は
比較のための従来例である。No. 1 in Table 1 was used as the embodiment of the present invention. 3, No.
6 shows. No. 1, No. 2, No. 4, No. Reference numeral 5 is a conventional example for comparison.
【００３８】表１からも明らかなように、セラミックヒ
ーター２の発熱部５を５５０℃、６００℃に設定すると
従来の冷却フィンと多孔質体から電極部６ａを冷却する
方法では、リード部６の熱引けが過大となるため、セラ
ミックヒーター２の発熱部５の温度分布が劣化し、局所
的な高温部が発生した。As is clear from Table 1, when the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2 is set to 550 ° C. and 600 ° C., in the conventional method of cooling the electrode portion 6a from the cooling fin and the porous body, the lead portion 6 Since the heat shrinkage became excessive, the temperature distribution of the heat generating part 5 of the ceramic heater 2 deteriorated, and a local high temperature part was generated.
【００３９】これに対し、本発明の押圧加熱ヒーター
は、セラミックヒーター２の発熱部５を５５０℃および
６００℃に設定しても、セラミックヒーター２の発熱部
５の温度分布の劣化もなく、且つ、電極部６ａの温度も
２８０℃以下とすることができた。On the other hand, in the pressing heater according to the present invention, even if the heating portion 5 of the ceramic heater 2 is set to 550 ° C. and 600 ° C., the temperature distribution of the heating portion 5 of the ceramic heater 2 is not deteriorated, and The temperature of the electrode portion 6a could also be set to 280 ° C. or lower.
【００４０】（実施例２）本発明の実施例を表１のＮ
ｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７に示す。Ｎｏ．
１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．８は比較のための従来
例である。本実施例では、セラミックヒーター２の発熱
部温度を５５０℃、６００℃に設定し、電極部６ａを冷
却する冷却ガスの流量について、その時の電極部温度と
セラミックヒーター２の発熱部５の温度分布（最大温度
―最小温度）および最大温度を測定した。結果を表２に
示す。(Embodiment 2) N of Table 1 is an embodiment of the present invention.
o. 2, No. 3, No. 6, No. 7 shows. No.
1, No. 4, No. 5, No. Reference numeral 8 is a conventional example for comparison. In this embodiment, the temperature of the heating portion of the ceramic heater 2 is set to 550 ° C. and 600 ° C., and the flow rate of the cooling gas for cooling the electrode portion 6 a is the electrode temperature at that time and the temperature distribution of the heating portion 5 of the ceramic heater 2. (Maximum temperature-minimum temperature) and maximum temperature were measured. The results are shown in Table 2.
【００４１】[0041]
【表２】 [Table 2]
【００４２】表２からも明らかなように、冷却ガスの流
量が１リットル／分未満では、冷却効果がなく、電極部
６ａの温度が２８０℃を超えた。また、５リットル／分
を越える流量では、冷却効果が過大となりセラミックヒ
ーター２の発熱部５の温度分布が劣化し、局所的な高温
部が発生しするので好ましくない。As is clear from Table 2, when the flow rate of the cooling gas was less than 1 liter / minute, there was no cooling effect and the temperature of the electrode portion 6a exceeded 280 ° C. Further, if the flow rate exceeds 5 liters / minute, the cooling effect becomes excessive, the temperature distribution of the heat generating portion 5 of the ceramic heater 2 deteriorates, and a local high temperature portion is generated, which is not preferable.
【００４３】これに対し、冷却ガスの流量を１〜５リッ
トル／分にしたＮｏ．２、３、６、７は、良好な温度分
布を示した。On the other hand, in No. 3 in which the flow rate of the cooling gas was 1 to 5 liters / minute. 2, 3, 6, and 7 showed a good temperature distribution.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明によれば、被加熱物を押圧するた
めのセラミックス製のツールと、該ツールを加熱するた
めのセラミックスヒーターと、該セラミックスヒーター
を保持し、該セラミックスヒーターから発生した熱を主
に上記ツール側に伝達させるための断熱材と、これらの
部材を統合し他部材に結合する為のベースとからなる押
圧加熱ヒーターにおいて、前記セラミックスヒーターが
前記ツールを加熱するための発熱部と、その端部に電極
部を有するリード部とから構成されており、前記断熱材
がその内部に冷却ガス流路を有するとともに前記電極部
まで延長され、その先端に前記電極部を冷却するための
冷却孔が形成されている押圧加熱装置とすることによ
り、５５０℃を超える温度においてもセラミックヒータ
ーの温度分布が良好で且つ電極部温度の上昇を防止する
ことができる。According to the present invention, a ceramic tool for pressing an object to be heated, a ceramic heater for heating the tool, a ceramic heater for holding the ceramic heater, and heat generated by the ceramic heater. In a pressure heating heater mainly composed of a heat insulating material for transmitting to the tool side, and a base for integrating these members and joining them to another member, a heating portion for heating the tool by the ceramics heater. And a lead portion having an electrode portion at its end, wherein the heat insulating material has a cooling gas passage therein and is extended to the electrode portion to cool the electrode portion at its tip. The temperature distribution of the ceramic heater is good even at temperatures over 550 ° C by using the pressure heating device with the cooling holes And an increase in the electrode portion temperature can be prevented.
【００４５】また、冷却ガスの流量は、１〜５リットル
／分とすることで、さらに冷却効率を高めることができ
る。Further, by setting the flow rate of the cooling gas to be 1 to 5 liters / minute, the cooling efficiency can be further enhanced.
【００４６】これらにより、高温でより信頼性の高い半
導体チップの実装が可能となる。As a result, it becomes possible to mount a semiconductor chip with higher reliability at high temperature.
【図１】本発明の押圧加熱ヒーターの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a pressing heater according to the present invention.
【図２】本発明の押圧加熱ヒーターの分解斜視図であ
る。FIG. 2 is an exploded perspective view of a pressing heater according to the present invention.
【図３】従来の押圧加熱ヒーターの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a conventional pressing heater.
【符号の説明】 １ ツール ２ セラミックヒーター ３ 断熱材 ４ ベース ５ 発熱部 ６ リード部 ６ａ 電極部 ８ 冷却ガス通路 ９ 冷却孔 １１ 発熱部 １２ リード部 １３ メタライズ層 １４ 冷却フィン １５ ホルダー[Explanation of symbols] 1 tool 2 Ceramic heater 3 insulation 4 base 5 heating part 6 Lead section 6a Electrode part 8 Cooling gas passage 9 cooling holes 11 Heat generating part 12 Lead section 13 Metallized layer 14 Cooling fins 15 holder
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA37 BB06 BB14 BC04 BC17 CA02 CA14 CA27 CA32 FA21 JA10 3K092 QA05 QB02 QB03 QB75 QB76 QC06 QC25 QC49 QC58 QC67 RF03 RF11 RF27 SS18 SS24 VV21 VV25 5F047 AA13 BA12 BA42 FA52 Continued front page F term (reference) 3K034 AA02 AA04 AA37 BB06 BB14 BC04 BC17 CA02 CA14 CA27 CA32 FA21 JA10 3K092 QA05 QB02 QB03 QB75 QB76 QC06 QC25 QC49 QC58 QC67 RF03 RF11 RF27 SS18 SS24 VV21 VV25 5F047 AA13 BA12 BA42 FA52
Claims (3)
のツールと、該ツールを加熱するためのセラミックスヒ
ーターと、該セラミックスヒーターを保持し、該セラミ
ックスヒーターから発生した熱を主に上記ツール側に伝
達させるための断熱材と、これらの部材を統合し他部材
に結合する為のベースとからなる押圧加熱ヒーターにお
いて、前記セラミックスヒーターは、端部に電極部を有
するリード部を有し、前記断熱材がその内部に冷却ガス
通路を有するとともに前記セラミックスヒーターの電極
部まで延長され、その先端に前記セラミックスヒーター
の電極部を冷却するための冷却孔が形成されていること
を特徴とする押圧加熱ヒーター。1. A ceramic tool for pressing an object to be heated, a ceramic heater for heating the tool, and a ceramic heater which holds the ceramic heater and mainly generates heat from the ceramic heater on the tool side. In a pressing heater comprising a heat insulating material for transmitting to a member, and a base for integrating these members and joining to another member, the ceramic heater has a lead portion having an electrode portion at an end, Pressurization characterized in that the heat insulating material has a cooling gas passage therein and extends to the electrode portion of the ceramics heater, and a cooling hole for cooling the electrode portion of the ceramics heater is formed at the tip thereof. heater.
の電極部近傍の発熱部側でのみ前記リード部に接触し、
前記電極部に対向する部分に冷却孔を設けたことを特徴
とする請求項１記載の押圧加熱ヒーター。2. The heat insulating material comes into contact with the lead portion only on the heat generating portion side near the electrode portion of the ceramic heater,
The pressing heater according to claim 1, wherein a cooling hole is provided in a portion facing the electrode portion.
リットル／分であることを特徴とする請求項１記載の押
圧加熱ヒーター。3. The flow rate of the gas for cooling the electrode portion is 1 to 5
The heating heater according to claim 1, wherein the heating heater is liter / minute.
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