JP4683782B2

JP4683782B2 - Contact heating device

Info

Publication number: JP4683782B2
Application number: JP2001230876A
Authority: JP
Inventors: 裕之有馬
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003045915A

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４、図５（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２１と、該セラミックツール２１を加熱するためのセラミックヒーター２２と、セラミックヒーター２２から発生した熱がセラミックツール２１以外に伝熱することを防止するための断熱材２３と、これらの部材を統合し他部材に結合するホルダー２４とから構成されており、前記セラミックヒーター２２は、セラミック体２５中に発熱体２６を埋設した発熱部Ｂと、該発熱部Ｂに一体的に接合され、帯状のセラミック体に前記発熱体２６の両端に接続されるリードパターン２７を埋設させた一対のリード部２８と、前記リードパターン２７の一部を各リード部２８の側面より露出させた電極取出部２９と、該電極取出部２９に接続されるリード端子３０とから構成される。
【０００５】
また、前記リード端子３０は、L字状或いは板状の電極金具３０ｂに、リード線３０ａが取着されており、前記電極金具３０ｂは電極取出部２９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の電力を印加して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の電力を印加して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２２は、電極取出部２９に接合されるリード端子３０が、リード部２８の一部を覆うようにロウ付けされており、より高温で繰り返し使用される場合電極部の温度も高温となり熱膨張の小さいセラミックヒーター２２と熱膨張の大きい電極金具３０ａとの熱膨張率の差により、接触加熱装置の作動時にロウ付け部に応力が発生し、ロウ付け部の周辺にクラックが入りやすくヒーター寿命が低下するという欠点を有していた。
【０００８】
また、従来の接触加熱装置に用いられる前記セラミックヒーター２２は、電極取出部２９の温度を下げるため大きく突き出た構造となっていたため、実作業において邪魔な構造となっていた。
【０００９】
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、高温での繰り返し使用において、セラミックヒーターの電極取出部２９にリード端子接続による応力の発生が少なく、安定した電極引き出し構造が得られコンパクトで高寿命な接触加熱装置を提供することにある。
【００１０】
【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ホルダーと、これらを結合するための、皿ネジおよびナットから成る係合部材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、発熱部と、該発熱部に接続されるリードパターンと、該リードパターンに形成される電極引き出し孔を有しており、該電極引き出し孔表面の少なくとも一部に前記リードパターンと接続する電極取出し部が形成されており、該電極取出し部が前記係合部材と接触するとともに該系合部材が前記セラミックヒーターに電力を供給するためのリード部としての機能を有し、さらに、前記係合部材の熱膨張率が前記セラミックヒーターの熱膨張率と前記断熱材の熱膨張率の中間であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記電極取出し部がメタライズ層から形成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明は、前記電極取出し部の表面にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、前記セラミックヒーターが窒化珪素質セラミックで形成されていることを特徴とする。
【００１６】
【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。
【００１７】
本発明の接触加熱装置は、図１の斜視図のように、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、各部材を結合するための係合部材１２とから構成される。
【００１８】
係合部材１２は例えばナットと皿ネジであり、これらの部品を結合する機能と同時に、セラミックヒーター２の電極取出し部に接触してセラミックヒーター２に電力を供給するためのリード部としての機能を有している。
【００１９】
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発熱体６に接続するリードパターン７と、各リードパターン７に形成された電極引き出し孔９を有し、各電極引き出し穴９には電極取出し部８が形成されている。
【００２０】
また、図３（ａ）のように、電極取出し部８はメタライズ層１０とメッキ層１１とからなり、図３（ｂ）のように、この電極取出し部８に係合部材１２を接触させてこの係合部材１２より通電するようになっている。
【００２１】
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。
【００２２】
得られた焼結体を所定の寸法に研削加工した後、一対の電極引き出し孔９を研削加工し、リードパターン７の一部を電極引き出し孔９より露出させ、その表面に主成分としてＡｕ−Ｎｉ、またはＡｇ−Ｃｕ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層１０を形成し、該メタライズ層１０の上にＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層１１を施して電極取出し部８を形成する。そして、係合部材１２でセラミックヒーター２、断熱材３、ホルダー４を組み付けるとともに、該係合部材１２と前記電極取出し部８とを接触させる。
【００２３】
前記メタライズ層１０は耐酸化性の高い金属成分を主成分とし、またその表面に耐酸化性の高いメッキ層１１を形成していることから、電極部の耐熱性を高めることができ、また係合部材１２と電極取出し部８を接触させていることから、高温で使用時に該電極取出し部８に大きな応力が発生することが少なく、クラック等の不具合の発生を防止することができる。
【００２４】
また、前記係合部材１２は、熱膨張率が前記セラミックヒーター２の熱膨張率と前記断熱材３の熱膨張率の中間のものを用いることにより、温度上昇時の熱膨張差による各部材のゆるみ、または電気導通の不具合等を防止することができる。
【００２５】
さらに、前記係合部材１２が皿ねじとナットから形成されることで各部材の固定と電極引き出し部８の電気導通を安価で確実に行うことができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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できるとともに温度ムラ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で実装することが可能となる。
【００２８】
また、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となっている。
【００２９】
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い。これにより、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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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となっている。セラミックヒーター２のリード引き出し部を外部に取出さないので、該リード引き出し部から発生する余分な熱により、隣接する接合部分以外にある接合用ハンダを溶解して接合に悪影響を及ぼすような問題を発生させることもない。
【００３４】
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。
【００３５】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
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、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成した後、平面研削盤、および超音波加工機を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍのセラミック体と、テーパー部とネジ部直径が３ｍｍの電極引き出し孔９を形成し、リードパターンの一部を電極引き出し孔９より露出させ、電極取出し部８を形成し、メタライズペーストを電極引き出し孔９の電極面に塗布し、真空中にて焼成を行いメタライズ層１０を形成した後、このメタライズ層１０に表1に示す如くメッキ層１１を形成しセラミックヒーター２の試料を得た。
【００３８】
また、比較例であるろう付け仕様のセラミックヒーターは図５に示すように、セラミック焼結体を作製した後、２４ｍｍ×２４ｍｍの発熱部と、長さ２０ｍｍのリード部を形成し、表１に示す如くろう材にて電極金具３０ｂをろう付けするとともにリード線３０ａを接続した。
【００３９】
係合部材１２電極金具３０ｂからなる電極部の温度は熱電対を取り付けて測定し、発熱部温度を電極部温度が表中の所定の温度になるよう調整した。電極のクラックの有無はヒーターの常温抵抗値の変化と外観の双眼顕微鏡のチェックにより確認した。
【００４０】
その結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１の結果より、Ｎｏ．１６〜２０に示したろう付け仕様のセラミックヒーターは、電極金具３０ｂからなる電極部の温度が４００〜５００℃になると、電極部にクラックが発生した。
【００４３】
これに対し、係合部材１２からなる電極部を用いたＮｏ．１〜１５は、電極部にクラックは発生しなかった。電極引き出し部を電極引き出し孔９と係合部材１２との接触により形成することで電極部にクラックが発生し難くなることが判った。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、接触加熱装置に用いるセラミックヒーターが、発熱部と、該発熱部に接続されるリードパターンと、該リードパターンに形成される電極引き出し孔を有しており、該電極引き出し孔表面の少なくとも一部に前記リードパターンと接続する電極取出し部が形成されており、該電極取出し部が皿ネジおよびナットから成る係合部材と接触するように形成されていることから、高温での繰り返し使用において、セラミックヒーターの電極引き出し部にリード端子接続による応力の発生が少なく、安定した電極引き出し構造が得られるコンパクトで高寿命な接触加熱装置が得られる。
【００４５】
また、電極取出し部がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、またはＮｉからなるメッキ層を備えたメタライズ層で形成することによって、高温での耐熱性が高く電極引き出し部のクラックを防止できる。
【００４６】
さらに、係合部材の熱膨張率を、前記セラミックヒーターの熱膨張率と断熱材の熱膨張率の中間とすることによって、高温使用時の各部材の熱膨張差によるゆるみを防止できる。
【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）（ｂ）は、本発明の接触加熱装置のセラミックヒーターの電極取出し部の断面図である。
【図４】従来の接触加熱装置の斜視図である。
【図５】（ａ）は従来の接触加熱装置に用いるセラミックヒーターを示す斜視図であり、（ｂ）はそ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：電極取出し部
９：電極引き出し孔
１２：係合部材[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 for mounting a semiconductor bare chip on a substrate, an ACF (ACF) connection method using a resin-based 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]
Such a contact heating apparatus includes a ceramic tool 21 for pressing an object to be heated, a ceramic heater 22 for heating the ceramic tool 21, and a ceramic as shown in FIGS. 4, 5A, and 5B. The ceramic heater 22 includes a heat insulating material 23 for preventing heat generated from the heater 22 from being transferred to other than the ceramic tool 21 and a holder 24 that integrates these members and couples them to other members. The heat generating part B in which the heat generating element 26 is embedded in the ceramic body 25 and the lead pattern 27 that is integrally joined to the heat generating part B and connected to both ends of the heat generating element 26 are embedded in the belt-shaped ceramic body. A pair of lead portions 28, an electrode extraction portion 29 in which a part of the lead pattern 27 is exposed from the side surface of each lead portion 28, and a connection to the electrode extraction portion 29 Consisting of lead terminals 30 for being.
[0005]
In addition, the lead terminal 30 has a lead wire 30a attached to an L-shaped or plate-shaped electrode fitting 30b, and the electrode fitting 30b is brazed so as to cover the electrode extraction portion 29. 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, the temperature was raised from 100 to 300 ° C. in about 4 seconds by applying about 1 kW of power. On the other hand, it is currently required to rapidly increase the temperature from 100 to 500 ° C. in 5 seconds or less by applying about 2.5 kW of electric power.
[0007]
However, the ceramic heater 22 used in the conventional contact heating device is brazed so that the lead terminal 30 joined to the electrode extraction part 29 covers a part of the lead part 28, and is repeatedly used at a higher temperature. When the contact heating device is activated, stress is generated in the brazing portion due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic heater 22 having a small thermal expansion and the electrode fitting 30a having a large thermal expansion. There was a drawback that the heater life was reduced because cracks were likely to occur in the periphery of the part.
[0008]
Further, the ceramic heater 22 used in the conventional contact heating device has a structure that protrudes greatly in order to lower the temperature of the electrode extraction part 29, and therefore has a structure that is obstructive in actual work.
[0009]
The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and its purpose is to provide a stable electrode lead-out structure with less generation of stress due to lead terminal connection to the electrode lead-out portion 29 of the ceramic heater in repeated use at high temperatures. Is to provide a compact and long-life contact heating apparatus.
[0010]
[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 tool, heat generated from the ceramic heater to prevent the heat transfer in addition to the ceramic tool A contact heating device composed of a heat insulating material, a holder for integrating these members and connecting them to other members, and an engaging member consisting of a countersunk screw and a nut for connecting them, wherein the ceramic heater comprises: A heat generating part, a lead pattern connected to the heat generating part, and an electrode lead hole formed in the lead pattern, and an electrode lead connected to the lead pattern on at least a part of the surface of the electrode lead hole parts are formed, said system if members together with the electrode extraction portion is in contact with the engaging member is power to the ceramic heater It has a function as a lead portion for supplying further thermal expansion coefficient of the engaging member and said intermediate der Rukoto coefficient of thermal expansion of the heat insulating material and the thermal expansion coefficient of the ceramic heater.
[0011]
Further, the invention is characterized in that the electrode lead-out portion is formed from a metallized layer.
[0012]
Furthermore, the present invention is characterized in that a plating layer made of Au, Pt, Ag, or Ni is formed on the surface of the electrode extraction portion.
[0015]
Furthermore, the present invention is characterized in that the ceramic heater is formed of silicon nitride ceramic.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
As shown in the perspective view of FIG. 1 , the contact heating device of the present invention includes a ceramic tool 1 for pressing an object to be heated, a ceramic heater 2 for heating the ceramic tool 1, and heat generated from the ceramic heater 2. A heat insulating material 3 for preventing heat from being transferred to other than the ceramic tool 1, a holder 4 for integrating these members and connecting them to other members, and an engagement member 12 for connecting the respective members. Consists of
[0018]
The engaging member 12 is, for example, a nut and a countersunk screw, and has a function as a lead part for contacting the electrode extraction part of the ceramic heater 2 and supplying electric power to the ceramic heater 2 at the same time as a function of connecting these parts. Have.
[0019]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the ceramic heater 2 has a heat generating part A in which a heat generating element 6 is embedded in a ceramic body 5, and is integrally formed with the heat generating part A and connected to the heat generating element 6. Each lead pattern 7 has a lead pattern 7 and an electrode lead hole 9 formed in each lead pattern 7, and an electrode lead portion 8 is formed in each electrode lead hole 9.
[0020]
Further, as shown in FIG. 3A, the electrode lead-out portion 8 is composed of a metallized layer 10 and a plating layer 11, and the engagement member 12 is brought into contact with the electrode lead-out portion 8 as shown in FIG. 3B. Electricity is supplied from the engaging member 12.
[0021]
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.
[0022]
After grinding the obtained sintered body to a predetermined size, the pair of electrode lead holes 9 is ground to expose a part of the lead pattern 7 from the electrode lead hole 9 and Au—as a main component on the surface thereof. A paste containing Ni or Ag—Cu is applied, fired in vacuum to form a metallized layer 10, and a plated layer 11 made of Au, Pt, Ag, or Ni is applied on the metallized layer 10. Thus, the electrode extraction portion 8 is formed. Then, the ceramic heater 2, the heat insulating material 3, and the holder 4 are assembled by the engaging member 12, and the engaging member 12 and the electrode extraction portion 8 are brought into contact with each other.
[0023]
Since the metallized layer 10 is mainly composed of high metal component oxidation resistance, also forms a high plating layer 11 oxidation resistance on the surface, it is possible to improve the heat resistance of the electrode portion, also Since the engaging member 12 and the electrode extraction portion 8 are in contact with each other, a large stress is hardly generated in the electrode extraction portion 8 at the time of use at a high temperature, and the occurrence of defects such as cracks can be prevented.
[0024]
Further, the engagement member 12 uses a member having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the ceramic heater 2 and the thermal expansion coefficient of the heat insulating material 3, so that each member due to a difference in thermal expansion when the temperature rises. It is possible to prevent looseness or electrical conduction failure.
[0025]
Furthermore, since the engaging member 12 is formed of a countersunk screw and a nut, the fixing of each member and the electrical conduction of the electrode lead-out portion 8 can be reliably performed at low cost.
[0026]
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.
[0027]
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 transferred 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 or the like.
[0028]
The ceramic tool 1 is made 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. The same vacuum suction hole is provided in the ceramic heater 2, the heat insulating material 3 and the holder 4 formed on the lower surface of the ceramic heater 2. By doing so, the semiconductor chip on the upper surface of the ceramic tool 1 is vacuum-sucked.
[0029]
The ceramic tool 1 preferably has a thermal conductivity of 100 W / m · K or more. This prevents the temperature of the peripheral portion of the ceramic tool 1 from decreasing, and also efficiently supplies the heat of the ceramic heater 2 to the ceramic tool 1 side, and the temperature distribution of the semiconductor chip placed on the upper surface of the ceramic tool 1 is obtained. It is possible to effectively prevent the occurrence of variations in the bonding of the solder chips while maintaining a constant value.
[0030]
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.
[0031]
Further, 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 applied to the ceramic tool 1 side. It acts to transmit to.
[0032]
A holder 4 is formed on the lower surface of the heat insulating material 3 to integrate the parts except for 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 heater 2 or a lower thermal conductivity may be used, and a ceramic having a thermal conductivity of 50 W / m · K or less at room temperature is preferably used. Specifically, it consists of ceramics such as low thermal conductivity silicon nitride, alumina, zirconia.
[0033]
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 via the heat sink, the heat is generated to a temperature necessary to melt the low melting point brazing material. Since the lead lead-out part of the ceramic heater 2 is not taken out to the outside, there is a problem that the bonding solder other than the adjacent joint part is melted by the extra heat generated from the lead lead-out part and adversely affects the joint. It is not generated.
[0034]
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.
[0035]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
[0036]
A ceramic heater for a contact heating device as shown in FIG. 2 was prepared and its characteristics were measured.
[0037]
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. A heating element paste is prepared by adding and mixing an appropriate organic solvent and a solvent, and this is printed on the heating part pattern and the lead part pattern by a screen printing method or the like. After hot press firing at a temperature of ˜1800 ° C., using a surface grinder and an ultrasonic machine, a 24 mm × 24 mm ceramic body, a taper portion, and an electrode drawing with a screw portion diameter of 3 mm A lead hole 9 is formed, a part of the lead pattern is exposed from the electrode lead hole 9, an electrode lead part 8 is formed, a metallized paste is applied to the electrode surface of the electrode lead hole 9, and firing is performed in a vacuum. After the metallized layer 10 was formed, a plated layer 11 was formed on the metallized layer 10 as shown in Table 1 to obtain a sample of the ceramic heater 2.
[0038]
In addition, as shown in FIG. 5, the ceramic heater of the brazing specification as a comparative example, after producing the ceramic sintered body, formed a heat generating part of 24 mm × 24 mm and a lead part of 20 mm in length. As shown, the electrode fitting 30b was brazed with a brazing material and the lead wire 30a was connected.
[0039]
The temperature of the electrode part composed of the engagement member 12 electrode fitting 30b was measured by attaching a thermocouple, and the heat generation part temperature was adjusted so that the electrode part temperature was a predetermined temperature in the table. The presence or absence of cracks in the electrodes was confirmed by checking the resistance of the heater at room temperature and checking the appearance with a binocular microscope.
[0040]
The results are shown in Table 1.
[0041]
[Table 1]

[0042]
From the results of Table 1, No. When the temperature of the electrode part which consists of the electrode metal fittings 30b became 400-500 degreeC, the ceramic heater of the brazing specification shown to 16-20 generate | occur | produced the crack in the electrode part.
[0043]
On the other hand, No. using the electrode part which consists of the engaging member 12 was used. As for No. 1-15, the crack did not generate | occur | produce in the electrode part. It has been found that by forming the electrode lead-out portion by contact between the electrode lead-out hole 9 and the engaging member 12, it is difficult for the electrode portion to crack.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, the ceramic heater used in the contact heating device has a heat generating portion, a lead pattern connected to the heat generating portion, and an electrode lead hole formed in the lead pattern, and the electrode lead hole. An electrode extraction portion connected to the lead pattern is formed on at least a part of the surface, and the electrode extraction portion is formed so as to come into contact with an engaging member made of a countersunk screw and a nut . In repeated use, a compact and long-life contact heating device can be obtained in which the generation of stress due to the lead terminal connection is small in the electrode lead portion of the ceramic heater and a stable electrode lead structure can be obtained.
[0045]
Further, when the electrode extraction part is formed of a metallized layer having a plating layer made of Au, Pt, Ag, or Ni, the heat resistance at high temperature is high, and cracks in the electrode extraction part can be prevented.
[0046]
Furthermore, by making the coefficient of thermal expansion of the engaging member intermediate between the coefficient of thermal expansion of the ceramic heater and the coefficient of thermal expansion of the heat insulating material, loosening due to the difference in thermal expansion of each member during high temperature use can be prevented.
[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 and 3B are cross-sectional views of an electrode extraction portion of a ceramic heater of the contact heating device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a conventional contact heating device.
5A is a perspective view showing a ceramic heater used in a conventional contact heating device, and FIG. 5B is an exploded perspective view thereof.
[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: Electrode extraction part 9: Electrode extraction hole 12: Engagement member

Claims

A ceramic tool for pressing the object to be heated, a ceramic heater for heating the ceramic tools, and the heat insulating material for heat generated from the ceramic heater is prevented from heat transfer in addition to the ceramic tool, A contact heating device composed of a holder that integrates these members and couples them to other members, and an engagement member that consists of a countersunk screw and a nut for coupling them, wherein the ceramic heater includes a heat generating portion, And a lead pattern connected to the heat generating part and an electrode lead hole formed in the lead pattern, and an electrode lead part is formed on at least a part of the surface of the electrode lead hole. has a function as a lead part for said system if members to supply power to the ceramic heater contacts with said engaging member, Et al, the contact heating and wherein the thermal expansion coefficient of the engaging member is an intermediate thermal expansion coefficient of the heat insulating material and the thermal expansion coefficient of the ceramic heater.

The contact heating apparatus according to claim 1 , wherein the electrode extraction part is formed of a metallized layer.

The contact heating apparatus according to claim 1 , wherein a plating layer made of Au, Pt, Ag, or Ni is formed on a surface of the electrode extraction portion.

Contact heating device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic heater is formed by silicon nitride ceramics.