JP4089966B2

JP4089966B2 - 押圧加熱ヒーターおよびその加工方法

Info

Publication number: JP4089966B2
Application number: JP2003202732A
Authority: JP
Inventors: 尚文鶴丸
Original assignee: Kyocera Corp; Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp; Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2005050835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体実装プロセスにおいて、半導体チップを基板上に押圧加熱実装する際に用いるダイボンディングセラミックヒーター等、被加熱物をパルス型押圧加熱する押圧加熱ヒーターに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、半導体実装プロセスにおいて、半導体チップ等の被加熱物を基板上に押圧加熱する方法として、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等が用いられている。
【０００３】
この熱圧着に用いられる押圧加熱ヒーターとして、例えばフリップチップ接続法を行う場合、図５に示すように、チップのサイズに対応したヘッド２１と、このヘッド２１を真空吸着によってセラミックヒーター２２に固定し、チップを真空吸着によってヘッド２１に装着させ、ヘッド２１を降下させてチップ上の接合端子と基板上の電極を接触させ、荷重をかけながらチップを加熱してチップ上の接合端子と基板上の電極を熱圧着するものである。
【０００４】
この熱圧着に用いられる押圧加熱ヒーターは、チップ等の被加熱物を効率良く、均一に押圧加熱するために、被加熱物を装着するヘッド２１の上面２１ａの平面度及び平行度が極めて重要な因子となる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、図６に示すように、工具先端部のボンディングツールの先端押圧面１４がボンディングツール１１の被加熱物を押圧加熱する温度において、周縁部から中心部になだらかに窪んだ凹状面を形成し、その平坦度を被加熱物を加熱する温度において１〜５μｍとすることが開示されている。
【０００６】
このような手法を用いることにより、半導体チップ全体を均一に加熱することが可能となり、半導体チップを接合するハンダを均等に加熱し、接合の信頼性を高めることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３２６６４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被加熱物を押圧加熱する加熱温度はＡＣＦ接続方法では、２００℃〜３００℃であり、低融点ロウ材を使用したフリップチップ接続法では、３５０℃から４５０℃と加熱温度も接続方法によりさまざまであり、押圧加熱される被加熱物の大きさも各種さまざまである。このため、従来の金属性のボンディングツール１１では、金属本体部１３に加熱用ヒーター１５を内蔵させたものであるため、熱容量が大きく、このため昇温、降温が遅く、タクトタイムが極めて長いと言う欠点を有していた。
【０００９】
また、ボンディングツール１１の先端押圧面１４を加工するために、ボンディングツール１１の被加熱物を加熱する温度が変われば、図７に示すように、先端押圧面１４を研磨板１７により再度加工する必要があった。
【００１０】
また、ボンディングツール１１の先端押圧面１４を加工するために、被加熱物の大きさが変われば、被加熱物の大きさに合わせて、新たにシャンク１２を含めたボンディングツール１１全体を作製、交換する必要があった。
【００１１】
このため近年の、被加熱物の多様化への対応、または、高生産性を実現するため被加熱物の加熱温度変更時の対応等に対して、従来のボンディングツール１１では十分な対応ができないという課題があった。
【００１２】
【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、被加熱物の多様化および各種さまざまな接続方法おいて、極めて生産性の高い、高精度の実装が可能な押圧加熱ヒーターを考案した。
【００１３】
すなわち、本発明の押圧加熱ヒーターは、上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記ヘッドの上面または下面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ１（μｍ）が、Ｔ１／１５０＋Ｌ１／１５≦Ｄ１≦Ｔ１／５０＋Ｌ１／１０（Ｔ１：被加熱物の加熱温度（℃）、Ｌ１：ヘッド長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の押圧加熱ヒーターは、上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記セラミックヒーターのヘッド側の加熱面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ２（μｍ）が、Ｔ２／１４０＋Ｌ２／１４≦Ｄ２≦Ｔ２／４７＋Ｌ２／９．５（Ｔ２：セラミックヒーターの加熱温度（℃）、Ｌ２：セラミックヒーターの加熱面における長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の押圧加熱ヒーターの加工方法は、上記ヘッドとなる平板を、被加熱物の加熱温度Ｔ１に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする。
【００１６】
そして、本発明の押圧加熱ヒーターの加工方法は、上記セラミックヒーターとなる基体を、セラミックヒーターの加熱温度Ｔ２に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする。
【００１７】
これらにより、被加熱物を載置するヘッドの平面度を確保することが可能となり、高精度の平行度、平面度を保てるため、半導体チップを基板にハンダ付けする際に、全てのハンダを均等に加熱することができるので、高精度の実装が可能となる。
【００１８】
さらに、被加熱物の加熱温度および被加熱物の大きさごとに凹状の曲面深さＤの形成が可能となり、被加熱物の接続方法の変更および被加熱物の大きさを変更するたびに、先端押圧面の加工、または、新規にボンディングツールを作製する必要がなく、極めて高い稼働率で高い生産性を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を、図を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の押圧加熱ヒーターを示す斜視図であり、図２はその分解斜視図である。
【００２１】
本発明の押圧加熱ヒーターは、上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッド１と、該ヘッド１の下面に当接し、加熱するセラミックヒーター２と、該セラミックヒーター２を保持するホルダー３とからなり、ヘッド１は、セラミックホルダー３およびセラミックヒーター２に連通する吸着穴により、真空吸着することによりセラミックヒーター２との着脱を可能とすることができる。この真空吸着は、押圧加熱処理の際にヘッド１が落下して破損することを防止するためである。
【００２２】
なお、ヘッド１はセラミックヒーター２とネジにより締結し、着脱可能としても構わない。
【００２３】
また、ヘッド１は、セラミックヒーター２からの熱を効率よく伝え、その表面の温度分布を小さくするため、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導のセラミックスからなることが好ましく、窒化アルミニウムセラミックス、高熱伝導性炭化硅素質セラミックス、高熱伝導性窒化珪素質セラミックス等からなり、ホルダー３は、押圧加熱ヒーター全体をさらに支持台に固定し、押圧加熱ヒーターから支持体への熱伝導を防止する断熱層として作用するため、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導のセラミックスからなることが好ましく、窒化珪素質セラミックス、アルミナ質セラミックス、ムライト質セラミックス等を用いることが好ましい。また、セラミックヒーター２には急速昇温性が要求されているので、中でも高靭性が期待できる窒化珪素質セラミックスが最も好ましい。
【００２４】
この押圧加熱ヒーターを用いて半導体チップ等の被加熱物を押圧加熱する際は、ヘッド１を下方側にし、チップを真空吸着によってヘッド１の上面に装着させ、ヘッド１を基板上に降下させてチップ上の接合端子と基板上の電極を接触させ、荷重をかけながらチップを加熱してチップ上の接合端子と基板上の電極を熱圧着するものである。
【００２５】
このため、セラミックホルダー３、セラミックヒーター２、ヘッド１を常温で組み立てた際は、これらの寸法は同じで反りは発生しないが、セラミックヒーター２を発熱させた場合、ヘッド１はセラミックヒーター２の形状に倣って変形し、セラミックヒーター２側の変形がヘッド１に転写されることとなる。
【００２６】
これは、ヘッド１がセラミックヒーター２とほぼ同等の温度に加熱されるのに対し、ホルダー３は押圧加熱ヒーターから支持体への熱伝導を防止する断熱層として機能しているため、セラミックヒーター２より低い温度に保持されており、セラミクヒーター２とホルダー３の温度差により、温度が高いセラミックヒーター２側が凸になるような反りが発生する。これがヘッド１に転写されてヘッド１が凸に反ることになる。
【００２７】
ここで、本発明の押圧加熱ヒーターの第１の実施形態として、図３（ａ１）、（ｂ）および図４（ａ）、（ｂ）に示すように、上記ヘッド１の上面１ａまたは下面１ｂが常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ１（μｍ）が、下記の式
Ｔ１／１５０＋Ｌ１／１５≦Ｄ１≦Ｔ１／５０＋Ｌ１／１０
（Ｔ１：被加熱物の加熱温度（℃）、Ｌ１：ヘッドの長手寸法（ｍｍ））
で規定される範囲内であることを特徴とする。
【００２８】
これによって、半導体チップ等の実装時にセラミックヒーター２が発熱し、押圧加熱ヒーターに温度分布が生じても、ヘッド１の平面度、平行度を高精度に保ち、被加熱物に均一に熱、力が加わり、高精度な実装を可能とするものである。
【００２９】
上記被加熱物の加熱温度Ｔ１とは、使用時と同様に加熱させた状態でヘッド１の上面１ａにおける中心点の温度であり、例えば非接触型の温度測定器であるサーモビュア（日本電子データム社製・ＪＴＧ−７２００）等で測定する。
【００３０】
また、上記ヘッド１の長手寸法Ｌ１とは、凹状の曲面を有する面の長手寸法であり、図３（ａ１）に示すように上面１ａが曲面の場合には、上面１ａの長手寸法を、図３（ｂ）に示すように下面１ｂが曲面の場合には、下面１ｂの長手寸法を示すものである。
【００３１】
この押圧加熱ヒーターは、セラミックヒーター２の加熱温度を高くすればするほど、ホルダー３とヘッド１との温度差によりヘッド１部分が余計に膨張するため、この膨張を吸収するようにヘッド１の表面が凸になるように反りが発生する。また、ヘッド１の上面1ａの長手方向の寸法Ｌ１を長くすれば長くするほど、上記のように、押圧加熱ヒーターおよびホルダー３との温度差によるヘッド１の膨張寸法が大きくなるので、ヘッド１に生じる反りが大きくなる。
【００３２】
そこで、被加熱物の加熱温度Ｔ１（℃）、ヘッドの長手寸法Ｌ１（ｍｍ）の値を考慮し、温度Ｔ１とヘッド長手方向寸法Ｌ１を種々変更してセラミックヒーター２を加熱した状態でヘッド１の表面を研削し、室温（２０℃）まで冷却した後、ヘッド１の反り量を測定し、その結果を基に前記凹状の曲面の深さＤ１を上記範囲内にするために、経験的に求めることで各定数を決めた上記式によってヘッド１の形状を規定することで、図４（ａ）、（ｂ）に示すように常温におけるヘッド１、セラミックヒーター２の状態から、加熱時においてヘッド１の上面が平坦となり、ヘッド１の長手寸法Ｌが大きい程、凹状の曲面の最大深さＤ１を大きく、また加熱温度Ｔ１が高い程、凹状の曲面の最大深さＤ１は大きくすることで、ヘッド１の大きさ、セラミックヒーター２の加熱温度を考慮したヘッド１を得ることができるものである。
【００３３】
また、ヘッド１の曲面形状は、図３（ａ１）に示すように、ヘッド１の長手方向の両端の２点Ｘ、Ｙと、その中心から上記式で求めた最大深さＤ１だけヘッド１の内部に入った点Ｚの３点を通る円で形成される滑らかな円筒面とすることが好ましく、加熱時のヘッド１の熱変形を吸収し、ヘッド１の平面度が高精度に確保され、被加熱物を均一に圧着して高精度な実装が可能となる。
【００３４】
例えば、被加熱物の長手寸法が３０ｍｍの場合、これをＡＣＦ接続法により押圧加熱する場合、ヘッド１の長手寸法Ｌ１と被加熱物の長手寸法が同一であるため、Ｌ１は３０ｍｍ、加熱温度Ｔ１は２５０℃となり、上式によってヘッド１に形成される凹状の曲面の最大深さＤ１は１．６７〜８μｍとなる。また、接続方法がフリップチップ接続法で接続温度が４５０℃の場合は、上式によりヘッド１に形成される凹状の曲面の最大深さＤ１は３〜１２μｍとなる。
【００３５】
また、ヘッド１の上面１ａを凹状の曲面とする場合、図４（ａ）に示すように、常温ではヘッド１とセラミックヒーター２との間に隙間はなく、ヘッド１の上面１ａに凹状の曲面が形成されており、セラミックヒーター２を発熱させた場合、ホルダー３は熱伝導率が低いため、セラミックヒーター２のホルダー３側の面が反りによる伸びを制限するように引っ張られるため、セラミックヒーター２の加熱面２ａが凸状に反るのに対し、ヘッド１は何の応力も掛からない状態でセラミックヒーター２と密着しているために反りが発生し、これによりヘッド１の上面１ａが平坦になる。
【００３６】
また、ヘッド１の下面１ｂを凹状の曲面とする場合、図４（ｂ）に示すように、常温ではヘッド１とセラミックヒーター２との間に隙間があるが、セラミックヒーター２を発熱させると、上記同様にセラミックヒーター２の加熱面２ａが凸状に反るため、この反りによってヘッド１の下面１ｂと密着するようになる。
【００３７】
なお、この凹状の曲面は、図３（ａ１）に示すように平板状の場合や、図３（ａ２）に示すようにその両端にセラミックヒーター２に固定するネジ穴を有する形状でもよく、この場合、ヘッドの長手寸法Ｌ１は、被加熱物と接する面の長手寸法Ｌ１となる。
【００３８】
次いで、本発明の第２の実施形態について、図３（ｃ）、図４（ｃ）を用いて説明する。
【００３９】
本発明の押圧加熱ヒーターでは、上記セラミックヒーター２のヘッド１側の加熱面２ａが常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ２（μｍ）が、
Ｔ２／１４０＋Ｌ２／１４≦Ｄ２≦Ｔ２／４７＋Ｌ２／９．５
（Ｔ２：セラミックヒーターの加熱温度（℃）、Ｌ２：セラミックヒーターの加熱面における長手寸法（ｍｍ））
で規定される範囲内であることを特徴とする。
【００４０】
これによって、第１の実施形態と同様に、半導体チップ等の実装時にセラミックヒーター２が発熱し、押圧加熱ヒーターに温度分布が生じても、ヘッド１の平面度、平行度を高精度に保ち、被加熱物に均一に熱、力が加わり、高精度な実装を可能とするものである。
【００４１】
上記セラミックヒーターの加熱温度Ｔ２とは、使用時と同様に加熱させた状態でセラミックヒーター２の加熱面２ａの中心の温度であり、非接触型の温度測定器であるサーモビュア（日本電子データム社製・ＪＴＧ−７２００）等で測定する。なお、中心に吸着穴がある場合にはその周囲の温度を測定する。
【００４２】
また、上記セラミックヒーター２の長手寸法Ｌ２とは、図３（ｃ）に示すようにその加熱面２ａの長手寸法である。
【００４３】
この押圧加熱ヒーターは、上述の第１の実施形態のヘッド１と同様に、セラミックヒーター２の加熱温度Ｔ２を高くすればするほど、熱伝導率の低いホルダー３側に比べヘッド1側に熱が伝わりやすく、ホルダー３とセラミックヒーター２との温度差によりセラミックヒーター２が余計に膨張するため、この膨張を吸収するようにセラミックヒーター２の表面が凸になるように反りが発生する。また、セラミックヒーター２のヘッド１と接触する側の長手方向の寸法Ｌ２を長くすれば長くするほど、上記のように、押圧加熱ヒーターおよびホルダー３との温度差によるセラミックヒーター２の膨張寸法が大きくなるので、セラミックヒーター２に生じる反りが大きくなる。そして、その結果、セラミックヒーター２の上に設置したヘッド１にその反りが転写されて、ヘッドが反ってしまう。
【００４４】
そこで、上記式によってセラミックヒーター２の加熱面２ａの形状を規定することで、図４（ｃ）に示すように、常温ではヘッド１の下面１ｂとセラミックヒーター２の加熱面２ａとの間に隙間があり、セラミックヒーター２を発熱させた場合、押圧加熱ヒーター設置部およびホルダー３は温度が上がらないのに対し、セラミックヒーター２は温度が上がるため膨張し、押圧加熱ヒーター設置部およびホルダー３の固定部の寸法よりセラミックヒーター２の寸法が大きくなるため、セラミックヒーター２のヘッド１側が凸になるように反りが発生する。これに対し、セラミックヒーター２の上に隙間２ａを有して設置されているので、セラミックヒーター２の膨張は影響せずに自由膨張し、セラミックヒーター２の反りにより隙間２ａが埋まるようにセラミックヒーター２の加熱面２ａの中心が平坦となり、ヘッド１の下面１ｂとセラミックヒーター２の加熱面２ａが密着してヘッド１の上面１ａの平面度も高精度に保持して効率良く被加熱物を押圧加熱することができる。
【００４５】
通常、上記ヘッド１としては被加熱物を載置する上面１ａの温度を均一にするため、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性の材料が使用され、特に窒化アルミニウムからなるものが多用されている。ところが、高熱伝導性のセラミックスは、熱伝導率を大きくするために、熱伝導の障害となる粒界層を小さくするように磁器の粒径を粒成長させるようにしている。このため、磁器の引張強度が６００ＭＰａ以下に低下するので、加工時にクラックや欠けが発生しやすいという問題があった。特に、ヘッド１の反りを矯正するために、ヘッド１を加熱しながらヘッド１の表面を水による冷却なしに平面研削する場合、加工部の温度が高くなり局部的に温度の高い部分が生成するので、窒化アルミニウムを用いた場合、このような部分の温度差により発生する引張応力により磁器にクラックが発生し易くなるという課題があることが判った。
【００４６】
これに対し、セラミックヒーター２は、基体に発熱抵抗体を埋設してなり、その基体として急速昇温に耐える強度と靭性を有する、窒化珪素や炭化珪素のような引張応力が８００ＭＰａ以上と高強度の材料を用いている。そのため、セラミックヒーター２の加熱面２ａに上記凹状の曲面を加工する際にクラックや欠けの発生を防止することができる。
【００４７】
セラミックヒーター２の加熱温度毎に上記のような凹部１ａを形成したセラミックヒーター２を準備すれば、ヘッド１の加工必要なくボンディング処理ができるようになる。
【００４８】
なお、前記ヘッド１の加工の場合、ヘッド１にセラミックヒーター２の反りが転写されたものなので、ポアソン比等の影響により若干ヘッド１の反りが緩和されるので、セラミックヒーター２に形成する凹部１ａは、ヘッド１の場合より少し大きな値となる。
【００４９】
次いで、上述の第１の実施形態におけるヘッド１の製造方法について説明する。
【００５０】
先ず、図４（ａ）に示すようにヘッド１の上面１ａに凹状の曲面を加工する場合は、例えば窒化アルミニウムセラミックスから成る場合、窒化アルミニウムに対し希土類元素酸化物やＣａＯを０．５〜１０重量％添加した材料を十分混合し、プレス成形により平板状に加工し１７００〜２０００℃で焼成して、例えば長手寸法３５ｍｍ、幅１０ｍｍのヘッド１となる平板を作製する。
【００５１】
この平板の上面の長手寸法、即ち、ヘッド１の上面１ａの長手寸法Ｌ１をノギス等の測定器を用いて測定する。
【００５２】
次いで、この平板をセラミックヒーター２の加熱面にセットし、真空吸着させた後、セラミックヒーター２を実際に押圧加熱する際の加熱温度まで発熱させ、押圧加熱ヒーター全体の温度が飽和する段階となった時点で、上記ヘッド１となる平板の中心における加熱温度Ｔ１を測定する。
【００５３】
そして、この加熱温度Ｔ１に保持したまま乾式による平面研削盤で平板の上面を平面加工することで上記式によって算出した最大深さＤ１の範囲内となるよう凹状の曲面を加工することができる。
【００５４】
このように、加熱温度Ｔ１に保持したまま乾式による平面研削盤で平板の上面を平面加工することによって、上記式を満たす凹状の曲面を精度よく加工することができ、乾式研削のためにヘッド１の加工面の荒れを防ぐことができる。
【００５５】
なお、乾式による平面研削に用いた砥石は、湿式研削に用いる砥石より、集中度を２倍程度上げ、脱粒し易いビトリファイドのボンドで作製することが好ましく、このような砥石を選定することで、湿式での加工と同様の面粗さが確保される。
【００５６】
また、ヘッド１の上面１ａは、その表面粗さがＲａで１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下とすることが好ましい。これにより、被加熱物側への熱伝導を良好にすることができる。
【００５７】
また、このような方法で上記式を満たすヘッド１を被加熱物の大きさ、加熱温度Ｔ１によって種々用意しておくことで、被加熱物の多様化に対し、ヘッド１の脱着だけで対応することが可能となり、被加熱物の大きさによってヘッド１をその都度研磨する必要は無くなる。また、圧着の接続方法の変更による被加熱物の加熱温度Ｔ１の変更に対しても、同様に、ヘッド１の脱着だけで対応可能となる。
【００５８】
次いで、図４（ｂ）に示すようにヘッド１の下面１ｂに凹状の曲面を加工する場合は、ヘッド１の下面が上向きになるように台板に固定し、ヘッド１の使用温度Ｔ１とヘッド１の被加熱物側の長手寸法Ｌ１を上記式に代入して求めたＤ１に従いヘッド１の表面をＮＣ研削盤により曲面加工する。
【００５９】
または、予め被加熱物の大きさからヘッド１の長手寸法Ｌ１を決め、常温において湿式のＮＣ研削盤にて加工する。
【００６０】
次いで、上述の第２の実施形態におけるセラミックヒーター２の製造方法について説明する。
【００６１】
先ず、基体として、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウムなどを主成分として、焼結助剤として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等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アルミナ製又は窒化珪素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、スラリーを作製する。そして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時間乾燥し、その後に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原料粉末を得る。
【００６２】
次いで、この原料粉末をプレス成形、ＣＩＰ成形して所望の形状に形成し、次に窒化珪素の表面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、転写等の方法で形成したのち、必要に応じて上に別のプレス成形体で覆い、さらに脱脂工程を５００〜７００℃程度の温度で行って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１７００℃〜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により窒化珪素製の板を得てもよい。
【００６３】
そして、得られたセラミックヒーター２の加熱面２ａを、セラミックヒーター２の加熱温度Ｔ２に保持した状態で保持し、上記式によって求めた最大深さＤ２に範囲になるように、ヘッド１の加工と同様に乾式による平面研削加工を施すことが好ましい。これにより、セラミックヒーター２の加熱面２ａに凹状の曲面を容易に加工することができる。
【００６４】
このようにして得られた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、セラミックヒーター２を発熱させることができる。
【００６５】
また、上記ヘッド１やセラミックヒーター２としては、金属に較べて剛性の高いセラミックスを用いることで、これらの部品を小型化できるので、全体の熱容量を小さくすることが可能となり、ハンダ付けの温度変更に対する応答性を向上させることができる。
【００６６】
【実施例】
（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、図１に示す本発明の押圧加熱ヒーターを作製した。
【００６７】
先ず、図３（ａ１）、（ｂ）に示すヘッドを作製するため、窒化アルミニウムセラミックスから成る場合、窒化アルミニウムに対し希土類元素酸化物やＣａＯを０．５〜１０重量％添加した材料を十分混合し、プレス成形により平板状に加工し１７００〜２０００℃で焼成して、３５ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍおよび２５ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍの２種類の平板を作製した。
【００６８】
セラミックヒーター２は、窒化珪素を主成分としＹｂ_２Ｏ_３を７重量％、ＳｉＯ_２を２重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．７重量％混合した原料を用いて、これらの粉末をバインダーと混合後にプレス成形し４０ｍｍ角の窒化珪素成形体を得た後に発熱抵抗体としてＷＣインクを印刷し、その上にもう一つの４０ｍｍ角の窒化珪素を重ねてＷＣインクを挟み込み、１７３０℃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、平面研削盤を用いて、加熱部２１はヘッド１の大きさに合わせて３５ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍおよび２５ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍとし、リード部２２を加熱部２２の中央から形成し、Ｔ字状のセラミックヒーター２とした。
【００６９】
なお、加熱部２２の加熱面２ａの平面度は１μｍ以下である。
【００７０】
ホルダー３としては、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の窒化珪素質セラミックスを用いた。セラミックヒーター２とヘッド１を一体化させるため、ホルダー３に７ｍｍ幅の溝を平面研削盤により設け、ここにセラミックヒーター２を配し、焼結助剤を界面に塗布したのち１７００℃で熱処理して一体化させた。
【００７１】
その後、セラミックヒーター２とヘッド１の当接面を平面研削加工し、ホルダー３とセラミックヒーター２を連通する吸着穴を、超音波加工機を用いて直径１ｍｍの吸着用穴を形成し、ヘッド１のセラミックヒーター２側の接触面にＨ型に長手方向１８ｍｍの中央部分に幅１．５ｍｍ×深さ０．５ｍｍの溝を形成して、真空吸着によりヘッド１を脱着可能とした。
【００７２】
ヘッド２の被加熱物の加熱温度として、２５０℃、３５０℃となるように加熱し、押圧加熱ヒーター全体の温度が飽和した段階で、ヘッド１となる平板の上面に乾式による平面研削盤で上記平板の上面または下面を表１に示す如く最大深さＤ１を有するように凹状の曲面を加工した。なお、加熱温度Ｔ１の測定は非接触型の温度測定器であるサーモビュア（日本電子データム社製・ＪＴＧ−７２００）等で測定する。
【００７３】
なお、乾式による平面研削に用いた砥石は、湿式に用いる砥石より、集中度を２倍程度上げ、脱粒し易いビトリファイドのボンドで作製した。
【００７４】
また、ヘッド１の下面１ｂに上面１ａと同様な凹状の曲面を常温において、ＮＣ平面研削盤により、表１に示す最大深さＤ１を有するように曲面加工を行う。
【００７５】
そして、各形状のヘッド１を備えた押圧加熱ヒーターを用いて、被加熱物として半導体チップを実装した後の実装歩留まりを評価した。なお、実装歩留まりの評価方法については、実装した半導体チップを回路チェック装置に設置し、それぞれの回路が正常にボンディングされているかどうかを確認し、ひとつでも回路が接続されていないものはＮＧとして評価した。
【００７６】
また、加熱温度Ｔ１におけるヘッド１の上面の平面度を拡散反射型のレーザー変位測定機にて平面度を評価した。
【００７７】
拡散型レーザー変位測定機を用いて、平面度を測定する場合は、熱の影響を防ぐ為に、耐熱性のある石英ガラス等で遮熱することが望ましい。
【００７８】
結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】

【００８０】
表１に示すように、凹状の曲面をヘッド１の上面に付けたもので、Ｄ１がＴ１／１５０＋Ｌ１／１５で規定される値より小さいＮｏ．１、７、１３、１８、およびＤ１がＴ１／５０＋Ｌ１／１０で規定される値より大きいＮｏ．６、１２、１７、２２は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が５．０μｍを越えてしまい、実装後の歩留まりが８０％未満になることが判った。
【００８１】
これに対し、Ｄ１が本発明の請求範囲内であるＴ１／１５０＋Ｌ１／１５からＴ１／５０＋Ｌ１／１０で規定されるＮｏ．２〜５、８〜１１、１４〜１６、１９〜２１は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が３．０μｍ以下となり、実装歩留まりが８０％以上となることが判った。
【００８２】
また、凹状の曲面をヘッド１の下面付けたもので、Ｄ１がＴ１／１５０＋Ｌ１／１５で規定される値より小さいＮｏ．２３、２９、およびＤ１がＴ１／５０＋Ｌ１／１０で規定される値より大きいＮｏ．２８、３４は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が５．０μｍを越えてしまい、実装後の歩留まりが８０％未満になることが判った。
【００８３】
これに対し、Ｄ１が本発明の請求範囲内であるＴ１／１５０＋Ｌ１／１５からＴ１／５０＋Ｌ１／１０で規定されるＮｏ．２４〜２７、３０〜３３は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が３．０μｍ以下となり、実装歩留まりが８０％以上となることが判った。
【００８４】
（実施例２）
次いで、図３（ｃ）に示すようにセラミックヒーター２の加熱面２ａに凹状の曲面を加工する。
【００８５】
ヘッド１は、実施例１と同様な材質で形成し、３５ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍおよび２５ｍｍ×７ｍｍ×３ｍｍの平板状とした。
【００８６】
セラミックヒーター２として、加熱面２ａをセラミックヒーター２の加熱温度Ｔ２に保持した状態で保持し、表２に示す如く深さＤ２になるように、ヘッド１の加工と同様に乾式による平面研削加工を施した。
【００８７】
そして、実施例１のヘッドと同様に、押圧加熱ヒーターを作製して同様の評価を行った。
【００８８】
結果を表２に示す。
【００８９】
【表２】

【００９０】
表２に示すように、凹状の曲面をセラミックヒーター２の加熱面２ａに付けたもので、Ｄ２がＴ２／１４０＋Ｌ２／１４で規定される値より小さいＮｏ．１、７、１３、１８、およびＤ２がＴ２／４７＋Ｌ２／９．５で規定される値より大きいＮｏ．６、１２、１７、２２は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が５．０μｍを越えてしまい、実装後の歩留まりが８０％未満になることが判った。
【００９１】
これに対し、Ｄ２が本発明の請求範囲内であるＴ２／１４０＋Ｌ２／１４からＴ２／４７＋Ｌ２／９．５で規定されるＮｏ．２〜５、８〜１１、１４〜１６、１９〜２１は、加熱温度Ｔ１でのヘッド１の平面度が３．０μｍ以下となり、実装歩留まりが８０％以上となることが判った。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の押圧加熱ヒーターは、上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記ヘッドの上面または下面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ１（μｍ）が、Ｔ１／１５０＋Ｌ１／１５≦Ｄ１≦Ｔ２／５０＋Ｌ１／１０（Ｔ１：被加熱物の加熱温度（℃）、Ｌ１：ヘッド長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内とすることにより、加熱温度におけるヘッド１の平面度を確保しすることが可能となり、高精度実装が実現された。また、実装歩留まりも向上し、生産性も向上した。
【００９３】
さらに、上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記セラミックヒーターのヘッド側の加熱面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ２（μｍ）が、Ｔ２／１４０＋Ｌ２／１４≦Ｄ２≦Ｔ２／４７＋Ｌ２／９．５（Ｔ２：セラミックヒーターの加熱温度（℃）、Ｌ１：セラミックヒーターの加熱面における長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内とすることにより、加熱温度におけるヘッド１の平面度を確保し高精度実装が可能となり、高精度実装が実現された。また、実装歩留まりも向上し、生産性も向上した。
【００９４】
さらに、上記ヘッドとなるセラミック体へ凹状の曲面を形成する手段が、上記ヘッドとなる平板を、被加熱物の加熱温度Ｔ１に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする押圧加熱ヒーターの加工方法、または、上記セラミックヒーターとなる基体を、セラミックヒーターの加熱温度Ｔ２に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする押圧加熱ヒーターの加工方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の押圧加熱ヒーターを示す斜視図である。
【図２】本発明の押圧加熱ヒーターの分解斜視図である。
【図３】（ａ１）〜（ｂ）は、本発明の押圧加熱ヒーターにおけるヘッドを示す斜視図であり、（ｃ）はセラミックヒーターを示す斜視図である。
【図４】本発明の押圧加熱ヒーターにおけるヘッドおよびセラミックヒーターの常温、加熱中の種々の例を示す平面図である。
【図５】押圧加熱ヒーターを用いた押圧加熱装置を示す平面図である。
【図６】従来の押圧加熱ヒーターにおけるボンディングツールを示す平面図である。
【図７】図６の押圧加熱ヒーターの先端押圧面の加工例を示す平面図である。
【符号の説明】
１：ヘッド
１ａ：上面
１ｂ：下面
２：セラミックヒーター
２ａ：加熱面
２１：加熱部
２２：リード部
３：ホルダー
１１：ボンディングツール
１２：シャンク
１３：金属本体部
１４：先端押圧面
１５：加熱用ヒーター
１６：熱電対
１７：研磨板

Claims

上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記ヘッドの上面または下面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ１（μｍ）が、Ｔ１／１５０＋Ｌ１／１５≦Ｄ１≦Ｔ１／５０＋Ｌ１／１０（Ｔ１：被加熱物の加熱温度（℃）、Ｌ１：ヘッド長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内であることを特徴とする押圧加熱ヒーター。
上面に被加熱物を載置して押圧するためのヘッドと、該ヘッドの下面に当接し、加熱するセラミックヒーターと、該セラミックヒーターを保持するホルダーとからなる押圧加熱ヒーターであって、上記セラミックヒーターのヘッド側の加熱面が常温において凹状の曲面となっており、その最大深さＤ２（μｍ）が、Ｔ２／１４０＋Ｌ２／１４≦Ｄ２≦Ｔ２／４７＋Ｌ２／９．５（Ｔ２：セラミックヒーターの加熱温度（℃）、Ｌ２：セラミックヒーターの加熱面における長手寸法（ｍｍ））で規定される範囲内であることを特徴とする押圧加熱ヒーター。
請求項１に記載の押圧加熱ヒーターの加工方法であって、上記ヘッドとなる平板を、被加熱物の加熱温度Ｔ１に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする押圧加熱ヒーターの加工方法。
請求項２に記載の押圧加熱ヒーターの加工方法であって、上記セラミックヒーターとなる基体を、セラミックヒーターの加熱温度Ｔ２に保持した状態で乾式による平面研削加工を施すことを特徴とする押圧加熱ヒーターの加工方法。