JP4605932B2

JP4605932B2 - Contact heating device

Info

Publication number: JP4605932B2
Application number: JP2001113033A
Authority: JP
Inventors: 秀明下水流; 裕之有馬; 清横山; 尚文鶴丸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP2002313823A

Description

【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、被加熱物に接触して加熱する接触加熱装置に関する。
【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、異方性導電膜等の樹脂系の接着材を使用したＡＣＦ（ＡＣＦ：ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｆｉｌｍ）接続法、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。
【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内蔵した接触加熱装置で加熱しながら、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。
【０００４】
かかる接触加熱装置は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように被加熱物を押圧するためのセラミックツール１１と、該セラミックツール１１を加熱するためのセラミックヒーター１２と、セラミックヒーター１２から発生した熱がセラミックツール１１以外に伝熱することを防止するための断熱材１３と、これらの部材を統合し他部材に結合するホルダー１４とから構成されており、前記セラミックヒーター１２は、セラミック体１５中に発熱体１６を埋設した発熱部Ａと、該発熱部Ａに一体的に接合され、帯状のセラミック体に前記発熱体１６の両端に接続されるリードパターン１７を埋設させた一対のリード部１８と、前記リードパターン１７の一部を各リード部１８の一方の側面より露出させた電極取出し部１９と、該電極取出し部１９に接続されるリード端子２０とから構成される。
【０００５】
また、前記リード端子２０は、Ｌ字状或いは板状の電極金具２０ａに、リード線２０ｂが取着されており、前記電極金具２０ａは電極取出し部１９を覆うようにロウ付けされており、このロウ材にはビッカース硬度２．２ＧＰａのＡｕ−Ｎｉ（組成比８２重量％：１８重量％）等が用いられ、そのロウ付け面積は１５ｍｍ²程度であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、生産効率の向上のため、接触加熱装置の加熱温度、温度分布の向上が要求されており、従来は約１ｋＷの電力を印加し１００〜３００℃を４秒程度で昇温させていたのに対し、現在は約２．５ｋＷの電力を印加し１００〜５００℃を５秒以下で急速昇温させることが要求されている。
【０００７】
しかしながら、従来の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーター１２は、電極取出し部１９に接合されるリード端子２０が、リード部１８の一部を覆うようにロウ付けされており、そのロウ付け面積が１５ｍｍ²程度と小さいことから、接触加熱装置の作動時にロウ付け部に上下方向や回転方向等の応力が加わった際、リード端子２０が剥離しやすいという欠点を有していた。
【０００８】
また、前記ロウ材はＡｕ−Ｎｉ（組成比８２重量％：１８重量％）等のビッカース硬度の大きいロウ材からなるため、作動時にセラミック体１５とロウ材との間に熱膨張差等に起因する応力が発生すると、ロウ付け部の周辺にクラックが発生しやすいという欠点を有していた。
【０００９】
さらに、前記電極取出し部１９は、リード部１８の一方の側面より露出し、その露出領域が小さいことから、印加電力の向上にともなって電極取出し部１９とリード端子２０とのロウ付け部に大電流が集中し、発熱体１６からの熱伝達とロウ付け部の自己発熱によって３００℃以上の高温に達し、ロウ付け部の耐久性が低下し、リード端子２０が剥離しやすいという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、セラミックヒーターの印加電力が向上しても電極取出し部が高温になることなく、リード端子の剥離を防止することができる高精度な接触加熱装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加熱物を押圧するためのセラミックツールと、該セラミックツールを加熱するためのセラミックヒーターと、該セラミックヒーターの前記セラミックツールと反対側に位置し、前記セラミックヒーターから発生した熱が前記セラミックツール以外に伝熱することを防止するための断熱材と、これらの部材を統合し他部材に結合する、前記断熱材の前記セラミックヒーターと反対側に位置するホルダーとから構成された接触加熱装置であって、前記セラミックヒーターは、セラミック体中に発熱体を埋設した発熱部と、該発熱部と一体的に形成された帯状のセラミック体に前記発熱体の両端に接続されるリードパターンを埋設させた一対のリード部と、各該リード部の両側面より前記リードパターンの一部を露出させた電極取出し部と、該電極取出し部に接続されるリード端子とからなり、該リード端子はリード部の少なくとも一主面と前記両側面とにロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されており、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ ² 以上であり、さらに、前記リード部を前記発熱部より１０ｍｍ以上突出して形成するとともに前記リード部に備えた各前記電極取出し部の長さの合計を１０ｍｍ以上としたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターは、発熱部に一体的に形成された一対のリード部の両側面より露出させた電極取出し部に接続されるリード端子を、各リード部の少なくとも一主面と両側面にロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されていることから、リード端子とリード部とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部の長さを大きいものにし、電極取出し部が高温となるのを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の接触加熱装置によれば、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ²以上であることから、作動時にロウ付け部に加わった応力をロウ材が吸収し、セラミック体にクラックが生じるのを防止して、リード端子をより強固に接合することができる。
【００１６】
さらに、本発明の接触加熱装置によれば、前記各リード部に備えた電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上であることから、セラミックヒーターへの印加電力の増加にともなって、電極取出し部に大電流が集中してもロウ付け部の温度が高温になるのを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次いで、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明の接触加熱装置は、図１の斜視図に示すように、被加熱物を押圧するためのセラミックツール１と、セラミックツール１を加熱するためのセラミックヒーター２と、セラミックヒーター２から発生した熱が前記セラミックツール１以外に伝熱することを防止するための断熱材３と、これらの部材を統合し他部材に結合するためのホルダー４とから構成される。
【００１９】
前記セラミックツール１は、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等からなり、その上面に半導体チップを真空吸着するための真空引き穴１ａが形成されており、その下面に形成されるセラミックヒーター２、断熱材３およびホルダー４にも同様な真空引き穴が設けられており、これら真空引き穴は全て貫通しているため、これらを介して真空引きすることによってセラミックツール１の上面の半導体チップを真空吸着する仕組みである。
【００２０】
また、前記セラミックツール１は、その熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、セラミックツール１の周囲部分の温度が低下するのを防止するとともに、セラミックヒーター２の熱をセラミックツール１側に効率的に供給し、その上面に載置された半導体チップの温度分布を一定に保ちハンダチップのボンディングにバラツキが発生するのを有効に防止することができる。
【００２１】
さらに、前記セラミックツール１の下面にはセラミックヒーター２が形成され、セラミックツール１の上面に載置された半導体チップを加熱する作用をなす。
【００２２】
前記セラミックヒーター２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すようにセラミック体５に前記発熱体６を埋設した発熱部Ａと、該発熱部Ａと一体的に形成され、帯状のセラミック体に前記発熱体６の両端に接続されるリードパターン７を埋設させた一対のリード部８と、各リード部８の両側面より前記リードパターン７の一部を露出させた電極取出し部９と、該電極取出し部９に接続されるリード端子１０とからなり、前記リード端子１０は、帯状のリード部８の少なくとも一主面及び両側面にロウ付けされている電極金具１０ａと、該電極金具１０ａに取着されているリード線１０ｂとから形成されている。
【００２３】
このようなセラミックヒーター２の製造方法としては、先ず、例えば主成分として９０〜９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％、１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、原料粉末をプレス成形法等によって所定形状に成形し成形体を得、該成形体にタングステンやモリブデン、レニウム等、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、これを発熱体６とリードパターン７の形状にスクリーン印刷法等によりプリントし、その上面に上述のプレス体を重ねて密着させ、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成するか、もしくは、１０気圧以上の窒素雰囲気中にて約１７００〜１８５０℃で焼成する。得られた焼結体を所定の寸法に研削加工した後、一対の帯状のリード部８を研削加工し、リードパターン７の一部をリード部８より露出させて電極取出し部９を形成し、該電極取出し部９及びリード部８の端部の一主面と両側面に、すなわちリード部８と電極金具１０ａとの接触面に主成分であるＡｇにＴｉを含有したペーストを塗布し、真空中にて焼成してメタライズを形成し、このメタライズ上にＮｉメッキを施した後、Ａｇ−Ｃｕ等のロウ材を用いて真空中又は非酸化性雰囲気中にて電極金具１０ａをロウ付けし、該電極金具１０ａにリード線１０ｂを取着してリード端子１０を形成することによって製作される。
【００２４】
また、前記セラミック体５は、窒化珪素質焼結体で形成することが好ましく、セラミック体５に発熱体６及びリードパターン７を埋設させることによって動作時に発熱体６及びリードパターン７の付近まで空気中の酸素が拡散し、発熱体６やリードパターン７が酸化して断線するのを有効に防止するとともに、高温強度を極めて高いものとし、電気的な絶縁性、耐久性を保持する。
【００２５】
さらに、前記セラミック体５は、その熱伝導率を常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としておくと、発熱体６の熱をセラミック体５全体に短時間で伝達し、温度むらを防止することができ、その厚みを１〜２ｍｍの範囲としておくと、セラミックヒーター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、昇温速度を速くすることができるため、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、セラミックヒーター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。
【００２６】
前記発熱部Ａにはリード部８が一体的に接合され、該リード部８は一対の帯状として断面積を小さくすることにより、発熱部Ａで発生した熱がリード部８に伝わり難くしてある。また、各リード部８の両側面に形成された電極取出し部９が高温になるのを防止するため、発熱部Ａより１０ｍｍ以上突出して形成されることが好ましい。
【００２７】
前記電極取出し部９は、図２（ｂ）に示すように各リード部８の両側面に形成されており、該電極取出し部９を覆うようにリード端子１０がリード部の少なくとも一主面及び両側面にロウ付けされていることから、リード端子１０とリード部８とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部９が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部９の長さを大きいものにし、電極取出し部９が高温となるのを防止することができる。
【００２８】
また、前記ロウ材のビッカース硬度は、１．３ＧＰａ以下、且つロウ付け面積が３０ｍｍ²以上であることが好ましい。ロウ材のビッカース硬度を１．３ＧＰａ以下とすることにより、ロウ付け部に応力が加わっても該応力を吸収し、且つロウ付け面積を３０ｍｍ²以上の大きなものとしても、セラミック体５にクラックが生じることはなく、リード部８とリード端子とをより強固に接合し、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｃｕ（組成比７２重量％−２８重量％）、Ａｕ−Ｃｕ（組成比５０重量％−５０重量％）、Ａｕ−Ｃｕ−Ｎｉ（組成比３５重量％−６２重量％−３重量％）、等のロウ材を用いることができる。
【００２９】
なお、ロウ材のビッカース硬度は荷重０．９８Ｎ印加した際の値であり、微少硬度計を用いて測定することができ、また、前記ロウ付け面積とはリード端子１０の電極金具１０ａとリード部８との接触面積を示すものであり、電極金具１０ａはその全面にわたってリード部８とロウ付けされている。
【００３０】
さらに、各電極取出し部９の長さの合計を１０ｍｍ以上としておくことが好ましく、電極取出し部９の露出領域を大きくすることによって、印加電力が大きくなっても、電極取出し部９が高温となることを防止することができる。
【００３１】
なお、前記各電極取出し部９の長さとは、各リード部８の両側面に形成される計４箇所の電極取出し部９の合計の長さを示す。
【００３２】
前記セラミックヒーター２の下面には断熱材３が形成され、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からなり、セラミックヒーター２の熱をセラミックツール１側に有効に伝達させる作用をなす。
【００３３】
また、前記断熱材３の下面には、セラミックツール１を除く各部品を統合し、他部材に結合するためのホルダー４が形成されており、該ホルダー４は低熱伝導性を有するセラミックスから成り、前記セラミックヒーター２を形成するセラミック体５と同程度、もしくはそれよりも熱伝導率の低いセラミックスであれば良く、好ましくは常温での熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いる。具体的には、低熱伝導窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスから成る。
【００３４】
上述のような接触加熱装置は、セラミックヒーター２の発熱体６の電気抵抗により電力が印加される際、ジュール発熱を起こし、セラミックツール１の上面に載置された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ために必要な温度に発熱する仕組みである。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施形態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る。
【００３６】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
【００３７】
図２に示すような接触加熱装置用のセラミックヒーターを作製し、その特性を測定した。
【００３８】
先ず、主成分として９０〜９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、酸化アルミニウム、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％と１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、原料粉末をプレス成形法等により５０ｍｍ×５０ｍｍの成形体を得、該成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して発熱体ペーストを作り、これを発熱部パターンとリード部パターンにスクリーン印刷法等によりプリントし、その上面に上述の成形体を重ねて密着させ、１０気圧の窒素雰囲気中にて約１７００〜１８５０℃で焼成した後、所定の寸法に研削加工し、別途リード部を研削加工してリード部パターンの一部を露出させ、電極取出し部を形成し、表1に示す如くロウ材にて電極金具をロウ付けするとともにリード線を接続した。
【００３９】
これを平面研削盤、超音波加工機を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍの発熱部と、長さ２０ｍｍのリード部とを形成した。その後、研削加工によってリード部の一主面及び両側面に表１に示す如く長さの電極取出し部を形成し、Ａｇを主成分とするペーストを塗布し、真空中にて焼成を行いメタライズを形成した後、このメタライズにＮｉメッキを施し、表１に示す如くロウ材を用いて真空中又は非酸化性雰囲気中にてリード端子をロウ付けし、セラミックヒーターの試料を得た。
【００４０】
なお、ロウ材のビッカース硬度は０．９８Ｎを加えた際の値を微少硬度計を用いて測定した。
【００４１】
また、ロウ付け部の強度は、試料Ｎｏ．１〜２７はリード部の主面に形成されたリード端子をリード部の主面に対して垂直な方向に引っ張り、剥離した強度を測定し、試料Ｎｏ．２８〜３１については、リード部の側面に対して垂直な方向に引っ張り、リード端子の剥離する強度をそれぞれプッシュプルゲージを用いて測定した。
【００４２】
さらに、ロウ付け部の温度は、印加電力約２．５ｋＷを加えジュール熱によりセラミックヒーターを発熱させ、発熱部の温度を４００℃にて安定させ電極金具のロウ付け部の温度を測定した。
【００４３】
その結果を表1に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１の結果より、リード端子をリード部の一主面及び両側面にロウ付けした試料（Ｎｏ．１〜２７）は、ロウ付け部の強度が１３０Ｎ以上と大きく、リード端子が剥離し難いことが判った。
【００４６】
特に、ロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下、且つロウ付け面積が３０ｍｍ²以上の試料（Ｎｏ．４〜９、Ｎｏ．１３〜１８）は、ロウ付け強度が２００Ｎ以上とさらに大きくなっていることが判った。
【００４７】
また、電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上の試料（Ｎｏ．２、３、５、６、８、９、１１、１２、１４、１５、１７、１８、２０、２１、２３、２４、２６、２７）は、ロウ付け部の温度が２６５℃以下と低くなっていることが判った。
【００４８】
これに対し、リード端子がリード部の一方の側面にのみ形成された試料（Ｎｏ．２８〜３１）は、ロウ付け強度が１００Ｎ以下と小さく、ロウ付け部の温度も３１５℃以上と高いことが判った。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターは、発熱部に一体的に形成された一対のリード部の両側面より露出させた電極取出し部に接続されるリード端子を、各リード部の少なくとも一主面と両側面にロウ付けされている電極金具にリード線を取着して形成されていることから、リード端子とリード部とのロウ付け強度が向上し、ロウ付け部に応力が加わってもリード端子が剥離することを有効に防止することができ、電極取出し部が各リード部の両側面に形成されていることから、電極取出し部の長さを大きいものにし、電極取出し部が高温となるのを防止することができる。
【００５０】
また、本発明の接触加熱装置によれば、前記リード端子を接続するロウ材のビッカース硬度が１．３ＧＰａ以下であり、且つロウ付け面積が３０ｍｍ²以上であることから、作動時にロウ付け部に加わった応力をロウ材が吸収し、セラミック体にクラックが生じるのを防止して、リード端子をより強固に接合することができる。
【００５１】
さらに、本発明の接触加熱装置によれば、前記各リード部に備えた電極取出し部の長さの合計が１０ｍｍ以上であることから、セラミックヒーターへの印加電力の増加にともなって、電極取出し部に大電流が集中してもロウ付け部の温度が高温になるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触加熱装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターの斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の分解斜視図である。
【図３】（ａ）は従来の接触加熱装置を示す斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の接触加熱装置に用いられるセラミックヒーターの分解斜視図である。
【符号の説明】
１：セラミックツール
２：セラミックヒーター
３：断熱材
４：ホルダー
５：セラミック体
６：発熱体
７：リードパターン
８：リード部
９：電極取出し部
１０：リード端子
１０ａ：電極金具
１０ｂ：リード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a contact heating apparatus that contacts and heats an object to be heated, such as a die bonding heater used when a semiconductor bare chip is mounted on a substrate.
[0002]
[Prior art]
As a method of mounting a semiconductor bare chip on a substrate, an ACF (ACF) connection method using a resin adhesive such as an anisotropic conductive film, or Au-Si, Au used for a multichip module, or the like A flip chip connecting method using a low melting point brazing material such as -Sn has been performed.
[0003]
For example, in the flip chip connection method, a semiconductor chip is placed on a multilayer package substrate, and bonding is performed by pressing while heating with a contact heating device incorporating a ceramic heater from the upper surface. Bonding can be performed by solder bumps provided for both, and wiring can be performed.
[0004]
The contact heating device includes a ceramic tool 11 for pressing an object to be heated, a ceramic heater 12 for heating the ceramic tool 11, and a ceramic heater 12, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). A heat insulating material 13 for preventing the generated heat from being transferred to other than the ceramic tool 11 and a holder 14 for integrating these members and connecting them to other members, the ceramic heater 12 is made of ceramic. A pair of heat generating portions A in which a heat generating body 16 is embedded in a body 15 and a lead pattern 17 that is integrally joined to the heat generating portion A and is connected to both ends of the heat generating body 16 in a strip-shaped ceramic body. A lead portion 18, an electrode extraction portion 19 in which a part of the lead pattern 17 is exposed from one side surface of each lead portion 18, and the electrode extraction portion 19 Composed of lead terminals 20 for the connection.
[0005]
The lead terminal 20 has an L -shaped or plate-shaped electrode fitting 20a to which a lead wire 20b is attached, and the electrode fitting 20a is brazed so as to cover the electrode extraction portion 19. As the brazing material, Au—Ni (composition ratio 82 wt%: 18 wt%) having a Vickers hardness of 2.2 GPa or the like was used, and its brazing area was about 15 mm ² .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in order to improve production efficiency, it has been required to improve the heating temperature and temperature distribution of the contact heating device. Conventionally, about 1 kW of electric power was applied and the temperature was raised from 100 to 300 ° C. in about 4 seconds. On the other hand, it is currently required to apply a power of about 2.5 kW and rapidly raise the temperature from 100 to 500 ° C. in 5 seconds or less.
[0007]
However, in the ceramic heater 12 used in the conventional contact heating device, the lead terminal 20 joined to the electrode extraction part 19 is brazed so as to cover a part of the lead part 18, and the brazing area is 15 mm. ^Since it is as small as about ² , when the contact heating device is operated, there is a drawback that the lead terminal 20 is easily peeled off when a stress such as a vertical direction or a rotational direction is applied to the brazed portion.
[0008]
In addition, the brazing material is made of a brazing material having a large Vickers hardness such as Au-Ni (composition ratio 82% by weight: 18% by weight), and therefore, due to a difference in thermal expansion between the ceramic body 15 and the brazing material during operation. When such stress is generated, there is a drawback that cracks are likely to occur around the brazed portion.
[0009]
Furthermore, since the electrode lead-out portion 19 is exposed from one side surface of the lead portion 18 and its exposed area is small, the brazing portion between the electrode lead-out portion 19 and the lead terminal 20 becomes large as the applied power is improved. The current is concentrated, and heat transfer from the heating element 16 and self-heating of the brazing part reach a high temperature of 300 ° C. or more, so that the durability of the brazing part is lowered and the lead terminal 20 is easily peeled off. It was.
[0010]
The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and the purpose thereof is to prevent peeling of the lead terminal without increasing the temperature of the electrode extraction portion even when the applied power of the ceramic heater is improved. The object is to provide a highly accurate contact heating device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a ceramic tool for pressing the object to be heated, a ceramic heater for heating the ceramic tools, positioned on the opposite side of the ceramic tool of the ceramic heater, heat generated from the ceramic heater and the heat insulating material to prevent the heat transfer in addition to the ceramic tool, integrates these members bind other members, the contact made up of a holder located opposite to the ceramic heater of the heat insulating material A heating device, wherein the ceramic heater includes a heat generating part in which a heat generating element is embedded in a ceramic body, and a lead pattern connected to both ends of the heat generating element on a strip-shaped ceramic body integrally formed with the heat generating part a pair of lead portions is embedded, the electrode take-out to expose a portion of the lead pattern from both sides of each said lead portions If consists of a lead terminal connected to the electrode extraction portion, the lead terminals are formed by attaching a lead wire to the electrode fitting being brazed to said both side surfaces and at least one main surface of the lead portion The brazing material connecting the lead terminals has a Vickers hardness of 1.3 GPa or less, a brazing area of 30 mm ² or more, and the lead portion is formed to protrude 10 mm or more from the heating portion. The total length of each of the electrode extraction portions provided in the lead portion is 10 mm or more .
[0014]
The ceramic heater used in the contact heating device of the present invention has at least one lead terminal connected to the electrode lead-out portion exposed from both side surfaces of the pair of lead portions formed integrally with the heat generating portion. Because the lead wire is attached to the electrode bracket that is brazed to the main surface and both side surfaces, the brazing strength between the lead terminal and the lead portion is improved, and stress is applied to the brazed portion. The lead terminals can be effectively prevented from peeling off, and the electrode lead-out portions are formed on both sides of each lead portion. Can be prevented.
[0015]
According to the contact heating device of the present invention, the brazing material connecting the lead terminals has a Vickers hardness of 1.3 GPa or less and a brazing area of 30 mm ² or more. The brazing material absorbs the applied stress to prevent the ceramic body from cracking, and the lead terminals can be joined more firmly.
[0016]
Furthermore, according to the contact heating device of the present invention, since the total length of the electrode take-out portions provided in the respective lead portions is 10 mm or more, the electrode take-out portion is increased along with an increase in power applied to the ceramic heater. Even if a large current is concentrated on the solder, it is possible to prevent the temperature of the brazing portion from becoming high.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
As shown in the perspective view of FIG. 1 , the contact heating device of the present invention is generated from a ceramic tool 1 for pressing an object to be heated, a ceramic heater 2 for heating the ceramic tool 1, and the ceramic heater 2. It is comprised from the heat insulating material 3 for preventing that heat transfers other than the said ceramic tool 1, and the holder 4 for integrating these members and couple | bonding with another member.
[0019]
The ceramic tool 1 is composed of a silicon carbide sintered body, a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body, and the like, and a vacuum drawing hole 1a for vacuum-adsorbing a semiconductor chip is formed on the upper surface thereof. A similar vacuum drawing hole is provided in the ceramic heater 2, the heat insulating material 3 and the holder 4 formed on the lower surface, and since these vacuum drawing holes are all penetrated, the vacuum drawing is performed through them. Thus, the semiconductor chip on the upper surface of the ceramic tool 1 is vacuum-sucked.
[0020]
In addition, the ceramic tool 1 preferably has a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, and prevents the temperature of the surrounding portion of the ceramic tool 1 from being lowered, and the heat of the ceramic heater 2 is transferred to the ceramic tool 1. The temperature distribution of the semiconductor chip mounted on the upper surface of the semiconductor chip can be kept constant and the occurrence of variations in the bonding of the solder chips can be effectively prevented.
[0021]
Further, a ceramic heater 2 is formed on the lower surface of the ceramic tool 1 to heat the semiconductor chip placed on the upper surface of the ceramic tool 1.
[0022]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the ceramic heater 2 includes a heat generating part A in which the heat generating element 6 is embedded in a ceramic body 5, and is integrally formed with the heat generating part A. A pair of lead portions 8 in which lead patterns 7 connected to both ends of the heating element 6 are embedded, and an electrode extraction portion 9 in which a part of the lead pattern 7 is exposed from both side surfaces of each lead portion 8; The lead terminal 10 is connected to the electrode lead-out portion 9, and the lead terminal 10 is brazed to at least one main surface and both side surfaces of the strip-like lead portion 8, and the electrode fitting 10a. The lead wire 10b is attached to the lead wire 10b.
[0023]
As a manufacturing method of such a ceramic heater 2, first, for example, 90 to 92 mol% of silicon nitride as a main component, 2 to 10 mol% of a rare earth element oxide as a sintering aid, aluminum oxide, and silicon oxide are nitrided. After adjusting the raw material powder by adding and mixing 0.2 to 2.0% by weight and 1 to 5% by weight, respectively, with respect to the total amount of silicon and rare earth element oxide, the raw material powder is formed into a predetermined shape by a press molding method or the like. A molded body is obtained and tungsten, molybdenum, rhenium, or the like, or an appropriate organic solvent or solvent thereof is added to and mixed with the molded body to form a heating element paste. Printed in the shape of the pattern 7 by screen printing or the like, and the above-mentioned press body is overlapped and adhered to the upper surface of the pattern 7, and hot press firing is performed at a temperature of about 1650 to 1800 ° C., or Baking at about from 1700 to 1850 ° C. C. in less than 10 atm of nitrogen atmosphere. After grinding the obtained sintered body to a predetermined dimension, the pair of strip-shaped lead portions 8 are ground, and a portion of the lead pattern 7 is exposed from the lead portion 8 to form an electrode extraction portion 9. A paste containing Ti as a main component is applied to one main surface and both side surfaces of the end portions of the electrode take-out portion 9 and the lead portion 8, that is, contact surfaces between the lead portion 8 and the electrode fitting 10a, and vacuum is applied. After firing inside to form a metallization and applying Ni plating on this metallization, the electrode fitting 10a is brazed in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere using a brazing material such as Ag-Cu, The lead terminal 10 is formed by attaching the lead wire 10b to the electrode fitting 10a.
[0024]
The ceramic body 5 is preferably formed of a silicon nitride-based sintered body, and the heating element 6 and the lead pattern 7 are embedded in the ceramic body 5 so that the air flows to the vicinity of the heating element 6 and the lead pattern 7 during operation. While effectively preventing oxygen from diffusing and oxidizing the heat generating element 6 and the lead pattern 7 and disconnecting them, the high temperature strength is extremely high, and electrical insulation and durability are maintained.
[0025]
Furthermore, if the thermal conductivity of the ceramic body 5 is 50 W / m · K or more at room temperature, the heat of the heating element 6 can be transmitted to the entire ceramic body 5 in a short time, and temperature unevenness can be prevented. If the thickness is set in the range of 1 to 2 mm, the heat capacity can be reduced and the heating rate can be increased while maintaining the mechanical strength of the ceramic heater 2 high. When mounted on the wiring board, the ceramic heater 2 can be mounted in a short time without causing breakage such as cracks.
[0026]
A lead portion 8 is integrally joined to the heat generating portion A, and the lead portion 8 is formed as a pair of strips and has a small cross-sectional area so that heat generated in the heat generating portion A is not easily transmitted to the lead portion 8. . In addition, in order to prevent the electrode lead-out portions 9 formed on both side surfaces of each lead portion 8 from becoming high temperature, it is preferably formed so as to protrude from the heat generating portion A by 10 mm or more.
[0027]
The electrode lead-out portion 9 is formed on both side surfaces of each lead portion 8 as shown in FIG. 2 (b), and the lead terminal 10 covers at least one main surface of the lead portion and covers the electrode lead-out portion 9. Since it is brazed to both side surfaces, the brazing strength between the lead terminal 10 and the lead portion 8 is improved, and it is possible to effectively prevent the lead terminal from being peeled off even when stress is applied to the brazed portion. Since the electrode extraction portion 9 is formed on both side surfaces of each lead portion, the length of the electrode extraction portion 9 can be increased to prevent the electrode extraction portion 9 from becoming high temperature.
[0028]
The brazing material preferably has a Vickers hardness of 1.3 GPa or less and a brazing area of 30 mm ² or more. By setting the Vickers hardness of the brazing material to 1.3 GPa or less, even if stress is applied to the brazed portion, the stress is absorbed, and even if the brazed area is larger than 30 mm ² , cracks are generated in the ceramic body 5. never occurs, more firmly bonding the lead portion 8 and the lead terminals, for example Ag, Ag-Cu (composition ratio 72 wt% -28 wt%), a u-Cu (composition ratio 50 wt% -50 wt %), a u-Cu- Ni ( composition ratio 35 wt% -62 wt% -3 wt%), can be used a brazing material and the like.
[0029]
The Vickers hardness of the brazing material is a value when a load of 0.98 N is applied, and can be measured using a microhardness meter. The brazing area is the electrode fitting 10a of the lead terminal 10 and the lead portion. The electrode metal fitting 10a is brazed to the lead portion 8 over the entire surface.
[0030]
Furthermore, it is preferable that the total length of each electrode extraction portion 9 is 10 mm or more. Even if the applied power is increased by increasing the exposed area of the electrode extraction portion 9, the electrode extraction portion 9 becomes high temperature. This can be prevented.
[0031]
In addition, the length of each said electrode extraction part 9 shows the total length of the electrode extraction part 9 of a total of four places formed in the both sides | surfaces of each lead part 8. FIG.
[0032]
A heat insulating material 3 is formed on the lower surface of the ceramic heater 2 and is made of mullite ceramics or mullite-cordierite ceramics having a porosity of about 5 to 30%. The heat of the ceramic heater 2 is effectively transmitted to the ceramic tool 1 side. To act.
[0033]
Further, a holder 4 is formed on the lower surface of the heat insulating material 3 to integrate the parts excluding the ceramic tool 1 and to be connected to other members. The holder 4 is made of ceramics having low thermal conductivity, A ceramic having the same thermal conductivity as that of the ceramic body 5 forming the ceramic heater 2 or a lower thermal conductivity may be used. Preferably, a ceramic having a thermal conductivity of 50 W / m · K or less at room temperature is used. Specifically, it consists of ceramics such as low thermal conductivity silicon nitride, alumina, zirconia.
[0034]
The contact heating device as described above causes Joule heat generation when electric power is applied by the electric resistance of the heating element 6 of the ceramic heater 2, and the semiconductor bare chip placed on the upper surface of the ceramic tool 1 is replaced with a low melting point brazing material. When mounted on the wiring board, the heat is generated to a temperature necessary for melting the low melting point brazing material.
[0035]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible if it is a range which does not deviate from the summary of this invention.
[0036]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
[0037]
A ceramic heater for a contact heating device as shown in FIG. 2 was prepared and its characteristics were measured.
[0038]
First, 90 to 92 mol% of silicon nitride as a main component, 2 to 10 mol% of rare earth element oxide as a sintering aid, aluminum oxide and silicon oxide are each 0% relative to the total amount of silicon nitride and rare earth element oxide. After adjusting the raw material powder by adding and mixing 2 to 2.0% by weight and 1 to 5% by weight, a raw material powder is obtained by press molding or the like to obtain a 50 mm × 50 mm compact, and the upper surface of the compact is coated with tungsten. An appropriate organic solvent and a solvent are added and mixed to make a heating element paste, which is printed on the heating part pattern and the lead part pattern by screen printing or the like. After firing at about 1700 to 1850 ° C. in a nitrogen atmosphere of the above, grinding to a predetermined dimension, grinding the lead part separately to expose a part of the lead part pattern, forming an electrode extraction part, Lead wires are connected to with brazing electrode fittings at brazing material as shown in 1.
[0039]
Using a surface grinder and an ultrasonic machine, a heat generating part of 24 mm × 24 mm and a lead part having a length of 20 mm were formed. After that, an electrode lead-out portion having a length as shown in Table 1 is formed on one main surface and both side surfaces of the lead portion by grinding, and a paste containing Ag as a main component is applied and baked in vacuum to be metallized. After the formation, this metallization was subjected to Ni plating, and a lead terminal was brazed in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere using a brazing material as shown in Table 1 to obtain a ceramic heater sample.
[0040]
The Vickers hardness of the brazing material was measured with a microhardness meter when 0.98N was added.
[0041]
Further, the strength of the brazing part is determined by the sample No. Nos. 1-27 were measured by pulling a lead terminal formed on the main surface of the lead portion in a direction perpendicular to the main surface of the lead portion and measuring the peeled strength. About 28-31, it pulled in the direction perpendicular | vertical with respect to the side surface of a lead part, and measured the intensity | strength which a lead terminal peels, respectively using the push pull gauge.
[0042]
Furthermore, the temperature of the brazing part was measured by applying an applied power of about 2.5 kW to heat the ceramic heater by Joule heat, stabilizing the temperature of the heat generating part at 400 ° C., and measuring the temperature of the brazing part of the electrode fitting.
[0043]
The results are shown in Table 1.
[0044]
[Table 1]

[0045]
From the results shown in Table 1, in the sample (Nos. 1 to 27) in which the lead terminal is brazed to one main surface and both side surfaces of the lead part, the strength of the brazed part is as large as 130 N or more, and the lead terminal is difficult to peel off I understood.
[0046]
In particular, samples (No. 4 to 9, No. 13 to 18) having a Vickers hardness of the brazing material of 1.3 GPa or less and a brazing area of 30 mm ² or more have a brazing strength of 200 N or more. I found out.
[0047]
Moreover, the sample (No. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 23, 24, the total of the length of an electrode extraction part is 10 mm or more. 26, 27), it was found that the temperature of the brazing part was as low as 265 ° C. or lower.
[0048]
On the other hand, the samples (Nos. 28 to 31) in which the lead terminals are formed only on one side surface of the lead part have a low brazing strength of 100 N or less and the temperature of the brazing part is as high as 315 ° C. or more. understood.
[0049]
【The invention's effect】
The ceramic heater used in the contact heating device of the present invention has at least one lead terminal connected to the electrode lead-out portion exposed from both side surfaces of the pair of lead portions formed integrally with the heat generating portion. Because the lead wire is attached to the electrode bracket that is brazed to the main surface and both side surfaces, the brazing strength between the lead terminal and the lead portion is improved, and stress is applied to the brazed portion. The lead terminals can be effectively prevented from peeling off, and the electrode lead-out portions are formed on both sides of each lead portion. Can be prevented.
[0050]
According to the contact heating device of the present invention, the brazing material connecting the lead terminals has a Vickers hardness of 1.3 GPa or less and a brazing area of 30 mm ² or more. The brazing material absorbs the applied stress to prevent the ceramic body from cracking, and the lead terminals can be joined more firmly.
[0051]
Furthermore, according to the contact heating device of the present invention, since the total length of the electrode take-out portions provided in the respective lead portions is 10 mm or more, the electrode take-out portion is increased along with an increase in power applied to the ceramic heater. Even if a large current is concentrated on the solder, it is possible to prevent the temperature of the brazing portion from becoming high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a contact heating device of the present invention.
2A is a perspective view of a ceramic heater used in the contact heating device of the present invention, and FIG. 2B is an exploded perspective view of FIG.
3A is a perspective view showing a conventional contact heating device, and FIG. 3B is an exploded perspective view of a ceramic heater used in the contact heating device of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Ceramic tool 2: Ceramic heater 3: Heat insulating material 4: Holder 5: Ceramic body 6: Heating element 7: Lead pattern 8: Lead part 9: Electrode extraction part 10: Lead terminal 10a: Electrode fitting 10b: Lead wire

Claims

A ceramic tool for pressing the object to be heated, a ceramic heater for heating the ceramic tools, positioned on the opposite side of the ceramic tool of the ceramic heater, heat generated by the ceramic heater than the ceramic tool It is a contact heating device composed of a heat insulating material for preventing heat from being transferred to and a holder located on the side opposite to the ceramic heater of the heat insulating material, which integrates these members and couples them to other members. In the ceramic heater, a heating part in which a heating element is embedded in a ceramic body, and a lead pattern connected to both ends of the heating element are embedded in a strip-shaped ceramic body integrally formed with the heating part. a pair of lead portions, and electrode extraction portion to expose a portion of the lead pattern from both sides of each said lead part, electric Consists of a lead terminal connected to the take-out portion, the lead terminals are formed by attaching a lead wire to the electrode fitting being brazed to said both side surfaces and at least one main surface of the lead portion, The brazing material connecting the lead terminals has a Vickers hardness of 1.3 GPa or less, a brazing area of 30 mm ² or more, and the lead portion is formed to protrude 10 mm or more from the heating portion, and the lead portion The contact heating device, wherein the total length of each of the electrode take-out portions provided in is 10 mm or more .