JP4808949B2 - Method for manufacturing a heating element having an embedded heater - Google Patents
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本発明は、半導体製造プロセスにおける半導体ウエハの熱処理、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の透明基板の板熱処理等に使用される発熱体であって、例えば金属板等の熱拡散用の基材の表面に設けた溝に長尺なヒータを嵌め込み、この溝を封止材により封止した埋込ヒータを有する発熱体を製造する方法に関する。 The present invention is a heating element used for heat treatment of a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process, plate heat treatment of a transparent substrate such as a liquid crystal display or a plasma display, and the like, for example, on the surface of a base material for heat diffusion such as a metal plate. The present invention relates to a method of manufacturing a heating element having an embedded heater in which a long heater is fitted into a provided groove and the groove is sealed with a sealing material.
半導体製造プロセスにおける半導体ウエハの熱処理、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の透明基板の板熱処理等には、前記のような発熱面が或る程度の面積を有する平面となった板状の発熱体が使用される。この種の発熱体は、アルミニウム板等の熱伝導良好な熱拡散用の板材の表面に、所望のパターンで溝を設け、この溝内に長尺なシーズヒータを嵌め込み、その上を別の部材で封止している。 For heat treatment of semiconductor wafers in semiconductor manufacturing processes, plate heat treatment of transparent substrates such as liquid crystal displays and plasma displays, etc., a plate-shaped heating element having a flat surface with a certain heating area as described above is used. Is done. In this type of heating element, a groove is formed in a desired pattern on the surface of a thermal diffusion plate material such as an aluminum plate, and a long sheathed heater is fitted in the groove, and another member is placed thereon. It is sealed with.
このような板状の発熱体としては、例えば、特開2001−176645号公報に開示されたものがある。この板状の発熱体は、金属製の板材と、この板材の表面にヒーターパターンを形成する溝と、この溝内に沿って埋設されるシーズヒータ等のフレキシブルヒータと、このフレキシブルヒータを嵌入した溝を覆うように嵌め込まれ、板材に溶着された蓋体とを有するものである。蓋体は予め板材の溝に沿って形成され、この蓋体をフレキシブルヒータを嵌め込んだ溝の開口部に嵌め込み、この蓋体を溝の開口部に電子溶接やビーム溶接等の手段で融着している。 An example of such a plate-like heating element is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-176645. The plate-like heating element is formed by inserting a metal plate material, a groove for forming a heater pattern on the surface of the plate material, a flexible heater such as a sheathed heater embedded in the groove, and the flexible heater. The lid body is fitted so as to cover the groove and welded to the plate material. The lid is formed in advance along the groove of the plate material. The lid is fitted into the opening of the groove into which the flexible heater is fitted, and the lid is fused to the opening of the groove by means such as electron welding or beam welding. is doing.
図5は、このような板状の発熱体の要部断面を示している。板材31の表面に形成した溝33にシーズヒータ等からなる長尺なヒータ32が嵌め込まれ、この状態で溝33の開口部に蓋体34が施され、この蓋体34の縁が板材31の表面に溶接されている。符号35は溶接部を示し、この溶接部35は、溝33に沿ってその両側に設けられる。
FIG. 5 shows a cross section of the main part of such a plate-like heating element. A
前記のような従来の発熱体では、次のような課題があった。第一に、蓋体34により封止される溝33の内部に空間が出来、ヒータ32と板材31との間に間隙が生じるため、ヒータ32から板材31への伝熱効率が悪くなる。第2に、蓋体34を溝33の形状に従って板材からレーザカット等の手段により予め切り出さなければならず、部材の歩留まりが悪く、製造に手数もかかる。第三に、蓋体34をその両側縁で板材31の溝33の両側に溶接しなければならず、細いヒータ32を使用したものでは、細かい溶接作業となり、製造に手数がかかる。第四に、蓋体34の封止性が悪いため、溝33の内部に空気等のガスや湿気を保有しやすく、真空中で使用する場合に減圧の障害となることがある。
本発明は、前記従来の発熱体の製造方法における課題に鑑み、ヒータを基材の表面の溝に密着して埋め込むことが出来ると共に、溝の封止性も良好で、且つ製造も容易な埋込ヒータを有する発熱体の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the problems in the conventional method of manufacturing a heating element , the present invention can embed a heater in close contact with a groove on the surface of a base material, has a good groove sealing property, and is easy to manufacture. It aims at providing the manufacturing method of the heat generating body which has a built-in heater.
本発明では、前記の目的を達成するため、長尺なヒータ2を嵌め込んだ溝3の開口部を封止する部材として、可撓性の棒状或いは線状の金属材料を使用し、この部材を摩擦攪拌作用により溶融化し、その後硬化させて固体封止材6として溝3に充填し、封止するようにしたものである。
In the present invention, in order to achieve the above object, a flexible rod-like or linear metal material is used as a member for sealing the opening of the
すなわち、本発明による埋込ヒータを有する発熱体を製造する方法は、金属素材からなる基材1の表面に溝3を形成し、この溝3に長尺なヒータ2を嵌め込み、溝3の開口部を封止部材で覆うに当たり、底面がほぼ半円筒形であり、幅がヒータ2の径と同じか僅かに広く形成された溝3にヒータ2を嵌め込む工程と、ヒータ2を嵌め込んだ溝3に長尺な金属製の封止用部材4を嵌め込む工程と、この封止用部材4を摩擦しながら攪拌することにより溶融化すると共に、基材1の溝3の両側部分を一部溶融化する工程と、その後溶融した部材を硬化させて固体封止材6として溝3を封止する工程とを有する。
That is, in the method of manufacturing a heating element having an embedded heater according to the present invention, a
長尺な金属製の封止用部材4が可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属部材からなるものを使用する。 封止用部材4を摩擦しながら攪拌する接合ツール7に前後して押えピン8により前記封止用部材4を溝3の中に押えながら封止用部材4を摩擦攪拌しながら攪拌することにより溶融化して溝3に充填した後、硬化させて固体封止材6とする。
The long metal sealing member 4 is made of a long metal member having a substantially circular cross section having flexibility. By agitating the sealing member 4 while frictionally stirring the pressing member 8 while pressing the sealing member 4 into the
このような埋込ヒータを有する発熱体とその製造方法では、ヒータ2を収納した溝3に嵌め込んだ長尺な金属製の封止用部材4を摩擦しながら攪拌することにより溶融化するため、封止用部材4は溝3の断面形状に従って溶融変形し、充填される。このため、硬化した後の固体封止材6は、溝3の形状に倣ったものとなり、溝3の開口部が完全に封止される。
In the heating element having such an embedded heater and its manufacturing method, the long metal sealing member 4 fitted in the
摩擦攪拌接合技術は、通常ピンのような回転する接合ツール7により部材を攪拌し、溶融させながら長尺な部位を移動して加工する技術のため、溝3に嵌め込んだ長尺な封止用部材4を溶融し、溝3に充填するのに最適である。この場合、摩擦攪拌作用により基材1の溝3の両側部分も一部溶融化されるため、その溝3の中に封止用部材4がより容易に充填できる。従って、こうして固体封止材6による封止された溝3の中にヒータ2が隙間無く埋め込まれることになり、ヒータ2から基材1への熱伝達が効率よく行われる。また、溝3の内部に空気等のガスが残留することも無い。
The friction stir welding technique is a technique in which a member is usually stirred by a rotating
さらに、摩擦攪拌接合技術を適用することにより、可撓性を有する断面ほぼ円形の長尺な金属部材、すなわち棒状或いは線状の部材を封止用部材4として使用出来るため、板材から封止用部材を切り出す必要も無くなる。このような 封止用部材4を摩擦しながら攪拌する接合ツール7に前後して押えピン8により前記封止用部材4を溝3の中に押えながら封止用部材4を摩擦しながら攪拌して溶融化することにより、封止用部材4を確実に溝3に充填し、固体封止材6を形成することが出来る。
Further, by applying the friction stir welding technique, a long metal member having a substantially circular cross section having flexibility, that is, a rod-like or wire-like member can be used as the sealing member 4. There is no need to cut out the member. The sealing member 4 is agitated while rubbing the sealing member 4 while pressing the sealing member 4 into the
このように、本発明による埋込ヒータを有する発熱体の製造方法では、ヒータ2を基材1の表面の溝3に密着して埋め込むことが出来、溝3の中に空隙が生じない。このため、ヒータ2から基材1への伝熱性が良好となる。また、溝3の封止性も良好である。さらに、板材から封止用部材を切り出す必要も無く、接合ツール7で封止用部材4に沿って加工していくだけでヒータ2を収納した溝3の封止が可能であるため、製造も容易である。
As described above, in the method of manufacturing a heating element having an embedded heater according to the present invention, the
本発明では、可撓性の棒状或いは線状の金属材料を使用し、この部材を摩擦攪拌作用により溶融化し、その硬化させて固体封止材6として溝3に充填することにより、ヒータ2を収納した機材1の溝3を封止するようにし、前記の目的を達成するものである。
以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。
In the present invention, a flexible rod-shaped or linear metal material is used, and this member is melted by a friction stir action, cured, and filled into the
Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with specific examples with reference to the drawings.
先ず図4に示すような基材1を用意する。図4に示す基材1は板状であり、アルミニウム、銅、ステンレス等の熱伝導良好な金属からなるものである。
この基材1の表面にヒータ2を埋め込むための溝3を形成する。この溝3は、基材1にヒータ2を配置しようとするパターンに従って形成することは言うまでもない。溝3の底面はほぼ半円筒形であり、その溝3の幅はヒータ2の径と同じか僅かに広くする。
First, a
A
ヒータ2としては、シースヒータを使用する。シースヒータは、ステンレス等からなる長尺なチューブ状のシースの中にヒータ線を収納し、ヒータ線とシースとの間にマグネシア粉末等の熱的、化学的に安定した無機絶縁粉末を充填したものである。シースの中にヒータ線を1本だけ収納した単芯ヒータ、シースの中にヒータ線を2本以上収納した複芯ヒータ、その何れも適用することが出来る。このヒータ2は、図4に示すように、それを基材1に配置するパターン、すなわち前記溝3と同じパターンで予め曲げておく。
A sheath heater is used as the
封止用部材4は、長尺な金属材料を使用し、基本的には基材1と同じ材料、すなわちアルミニウム、銅、ステンレス等からなるものである。この封止用部材4の断面形状は特に限定されないが、一般的には断面がほぼ円形の棒状または線状のものを使用する。こうすることにより、一般的な棒材や線材を使用することが可能である。封止用部材4の径は、前記ヒータ2と同程度が一般的であるが、溝3の深さにより適宜の径のものを使用する。この封止用部材4もまた、図4に示すように、ヒータ2を基材1に配置するパターン、すなわち前記溝3と同じパターンで予め曲げておく。
The sealing member 4 uses a long metal material, and is basically made of the same material as that of the
次に、図2及び図3に示すように、基材1の溝3の中にヒータ2を嵌め込んで収納する。ヒータ2は、溝3の底いっぱいに嵌め込む。さらに、この溝3の中に収めたヒータ2の上に載せるようにして溝3の中に封止用部材4を嵌め込んで収納する。
その後、摩擦攪拌接合により、封止用部材4と基材1の溝3の開口部とを接合する。「摩擦攪拌接合」とは、被加工物を溶融せずに固相で接合する方法の一つであり、被加工物より硬い材質で作られた接合ツールを、二つの被加工物の接合部に回転させながら圧入し、接合方向に沿って移動させて、接合ツールの回転によって生ずる摩擦攪拌現象を利用して接合する方法である。
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the
Thereafter, the sealing member 4 and the opening of the
摩擦攪拌接合機の接合ヘッド5に設けた接合ツール7で封止用部材4と基材1の溝3の開口部とを摩擦攪拌しながら攪拌して溶融化することにより、同封止用部材4を溝3に充填し、溝3を封止する。接合ツール7は、高速回転するピン状のツールであり、この接合ツール7を封止用部材4に沿って移動させながら、封止用部材4と基材1の溝3の開口部とを摩擦攪拌しながら溝3の封止を行う。
The sealing member 4 and the opening of the
この場合は、図2に示すように、接合ツール7と前後して押えピン8により前記封止用部材4を溝3の中に押えながら封止用部材4と基材1の溝3の開口部とを摩擦しながら攪拌することにより、封止用部材4を溝3に充填する。押えピン8の役目からして、押えピン8は、接合ツール7のごく手前で先行する如く封止用部材4をトレースして押さえるようにするのが適当である。
In this case, as shown in FIG. 2, the opening of the sealing member 4 and the
図1は、摩擦攪拌接合により基材1の溝3が固体封止材6で封止された状態である。この状態では、基材1の溝3の開口部が一部溶融して広がると共に、断面円形であった封止用部材4は溶融して溝3の開口部を閉じる格好で溝3内に充填される。図1では、基材1と固体封止材6との間に界面があり、別個の部材の如く示されているが、実際は、基材1と固体封止材6とが同じ材料であるため、混然と一体化し、固相接合されることになる。また、基材1と固体封止材6とが別の材料であっても同様である。
FIG. 1 shows a state in which the
この図1に示されたように、摩擦攪拌接合により基材1の溝3が固体封止材6で封止された状態では、ヒータ2が基材1の溝3の底部に密着して固定されると共に、固体封止材6が基材1の溝3のヒータ2の上に部分、すなわち溝3の開口部を隙間無く覆う。従って、溝3の中には空隙は形成されない。
As shown in FIG. 1, in a state where the
1 基材
2 ヒータ
3 基材の溝
4 封止用部材
5 摩擦攪拌接合機の接合ヘッド
6 固体封止材
7 摩擦攪拌接合機の接合ツール
8 摩擦攪拌接合機の押えピン
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