JP7285751B2 - ヒータおよびこれを備えた熱圧着装置 - Google Patents

Description

本開示は、半導体ベアチップ等の電子部品を基板上に実装する際に用いる熱圧着装置に利用されるヒータおよびこれを備えた熱圧着装置に関する。

通電によって発熱するヒータを備えた熱圧着装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ヒータを発熱させる電力は、ヒータのリード部に接続した電極金具を介して、外部電源から供給することができる。

特開２００１－３５８４５５号公報

従来の熱圧着装置は、リード部と電極金具との界面に熱応力が生じ易く、昇降温を繰り返した場合に、リード部にクラックが発生し、ヒータの耐久性が低下することがあった。また、近年、熱圧着装置の小型化が進められており、これに伴い、リード部と電極金具との接続部に熱応力が生じ易くなっている。昇降温を繰り返しても耐久性が低下しにくいヒータ、熱圧着装置が求められている。

本開示のヒータは、平板状の本体部と、前記本体部の側面に設けられ、前記側面から離反する第１方向に延びる矩形平板状の２つのリード部であって、各々が、前記第１方向と平行な第１面、前記第１面とは反対側の第２面、および前記第１面と前記第２面とを接続し、かつ前記第１方向と平行な第３面を有する２つのリード部とを含む絶縁基体と、
前記絶縁基体に埋設された発熱抵抗体と、
前記２つのリード部にそれぞれ埋設された２つの引き出し導体であって、各々が、前記発熱抵抗体に電気的に接続されるとともに、前記第１面に露出する第１端および前記第２面に露出する第２端を有する２つの引き出し導体と、
前記２つのリード部にそれぞれ接合された２つの電極金具であって、各々が、前記第３面から前記第１面および前記第２面にかけて覆うとともに、前記第１端および前記第２端に電気的に接続された２つの電極金具とを備える。前記２つのリード部の各々は、該リード部に接合された前記電極金具から、前記第１面の前記第３面側とは反対側の縁部、および前記第２面の前記第３面側とは反対側の縁部が露出している。前記２つのリード部と前記２つの電極金具とは、ろう材層を介してそれぞれ接合されている。前記２つの電極金具の各々は、前記第３面に対向する底面、前記第１面に対向する第１側面、および前記第２面に対向する第２側面を有し、前記第３面と前記底面との間に位置する前記ろう材層の厚さが、前記第１面と前記第１側面との間に位置する前記ろう材層の厚さ、および前記第２面と前記第２側面との間に位置する前記ろう材層の厚さよりも大きい。

また、本開示の熱圧着装置は、上記のヒータと、
前記ヒータの主面に配設され、被加熱物を押圧するセラミックツールと、
前記ヒータの前記主面とは反対側の裏面に配設される支持部材とを備える。

本開示のヒータによれば、耐久性に優れた、小型のヒータを提供することができる。また、本開示の熱圧着装置によれば、上記のヒータを備えることにより、信頼性に優れた、小型の熱圧着装置を提供することが可能になる。

本開示の一実施形態に係るヒータを示す斜視図である。 図１の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図である。 図２の切断面線Ｂ－Ｂで切断した断面図である。 本開示の一実施形態に係るヒータを示す断面図である。 本開示の他の実施形態に係るヒータを示す断面図である。 本開示の一実施形態に係る熱圧着装置を示す斜視図である。

以下、図面を用いて本開示の実施形態に係るヒータについて説明する。本明細書では、便宜的に、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するとともに、Ｚ軸の正方向を上方として、上面または下面等の語を用いるものとする。

図１は、本開示の一実施形態に係るヒータを示す斜視図であり、図２は、本開示の一実施形態に係るヒータを示す平面図であり、図３は、図２の切断面線Ａ－Ａで切断した断面図であり、図４は、本開示の一実施形態に係るヒータを示す断面図である。図４に示す断面図は、図３に示す断面図に対応する。

本実施形態のヒータ１は、絶縁基体１０と、発熱抵抗体２０と、２つの引き出し導体３０と、２つの電極金具４０とを備える。

絶縁基体１０は、例えば、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成る。絶縁基体１０は、本体部１１と２つのリード部１２とを有する。

本体部１１は、平板状の形状を有する。本体部１１は、主面１１ａ、主面１１ａとは反対側の裏面１１ｂ、および主面１１ａと裏面１１ｂとを接続する側面１１ｃを有する。本体部１１は、平面視における形状が、例えば、円形状、正方形状、矩形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。本実施形態では、例えば図１，２に示すように、本体部１１は、矩形平板状の形状を有する。この場合、平面視における本体部１１の一辺の長さは、例えば、１０ｍｍ～４０ｍｍである。

本体部１１には、例えば図１，２に示すように、主面１１ａから裏面１１ｂにかけて貫通する貫通孔１１ｄが形成されていてもよい。貫通孔１１ｄは、被加熱物を熱圧着装置のセラミックツールに真空吸着するために用いることができる。

リード部１２は、矩形平板状の形状を有する。リード部１２は、本体部１１の側面１１ｃに設けられ、本体部１１から離反する第１方向（図１に示すＸ軸の正方向）に延びる。第１方向におけるリード部１２の長さは、例えば、２ｍｍ～４０ｍｍである。各リード部１２は、第１方向と平行な第１面１２ａ、および第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂを有する。また、各リード部１２は、第１面１２ａと第２面１２ｂとを接続し、第１方向と平行な第３面１２ｃ、および第３面１２ｃとは反対側の第４面１２ｄを有する。

絶縁基体１０は、例えば図１に示すように、少なくとも２つの固定部１３を有していてもよい。固定部１３は、ヒータ１を外部部材に固定するために用いることができる。固定部１３には、外部部材へのピン留め、ネジ留め等に用いられる貫通孔１３ａが形成されていてもよい。

発熱抵抗体２０は、金属材料から成り、絶縁基体１０に埋設されている。発熱抵抗体２０は、一方端部２０ａおよび他方端部２０ｂを有する線状または帯状の部材である。発熱抵抗体２０は、例えば図２に示すように、複数の直線状部分２０ｃと、複数の折り返し部分２０ｄとを有するミアンダ形状であってもよい。

発熱抵抗体２０に用いられる金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。発熱抵抗体２０は、絶縁基体１０の形成材料を含んでいてもよい。

２つの引き出し導体３０は、金属材料から成り、２つのリード部１２にそれぞれ埋設されている。引き出し導体３０は、線状または帯状の部材であり、第１端３０ａおよび第２端３０ｂを有している。例えば図２，３に示すように、第１端３０ａは、第１面１２ａに露出しており、第２端３０ｂは、第２面１２ｂに露出している。また、例えば図２に示すように、一方の引き出し導体３０の、第１端３０ａと第２端３０ｂとの間の部位には、発熱抵抗体２０の一方端部２０ａが接続されている。他方の引き出し導体３０の、第１端３０ａと第２端３０ｂとの間の部位には、発熱抵抗体２０の他方端部２０ｂが接続されている。

引き出し導体３０に用いられる金属材料としては、例えば、タングステン、モリブデンまたはレニウム等を主成分とする導電性材料が挙げられる。引き出し導体３０は、絶縁基体１０の形成材料を含んでいてもよい。

引き出し導体３０は、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。これにより、リード部１２における発熱および該発熱に起因するクラックの発生を抑制することができる。さらに、リード部１２に発生したクラックが進展して、引き出し導体３０が断線する、または発熱抵抗体２０と引き出し導体３０との接続部が断線する、もしくは高抵抗となる虞を低減することができる。

引き出し導体３０は、引き出し導体３０の横断面の面積を発熱抵抗体２０の横断面の面積よりも大きくすることによって、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。引き出し導体３０は、絶縁基体１０の形成材料の含有量を発熱抵抗体２０よりも少なくすることによって、発熱抵抗体２０よりも単位長さ当たりの抵抗値が低くされていてもよい。

２つの電極金具４０は、金属材料から成り、２つのリード部１２にそれぞれ接合されている。電極金具４０に用いられる金属裁量としては、例えば、ニッケル、ステンレス等が挙げられる。電極金具４０は、例えば、はんだ、ろう材、導電性接着剤等の接合材によって、リード部１２に接合されている。

電極金具４０は、例えば図３に示すように、第１方向に見たときに、略コ字状の形状を有する。電極金具４０は、平板状の底部４３と、底部４３の対向する両端部にそれぞれ連なる第１側壁部４１および第２側壁部４２とを有する。電極金具４０は、第３面１２ｃから第１面１２ａおよび第２面１２ｂにかけて覆っており、底部４３の底面４３ａが、第３面１２ｃに対向し、第１側壁部４１の第１側面４１ａおよび第２側壁部４２の第２側面４２ａが、第１面１２ａおよび第２面１２ｂにそれぞれ対向している。電極金具４０は、引き出し導体３０の第１端３０ａおよび第２端３０ｂに電気的に接続されている。

各電極金具４０には、例えば図１，３に示すように、リード線８０の一方端部が接続されている。リード線８０の他方端部は、外部電源（図示せず）に接続される。リード線４４は、例えば、電極金具４０に底部４３を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、該貫通孔にリード線４４の一方端部を挿通した後、はんだ、ろう材、導電性接着剤等の接合材を用いて電極金具４０に接続することができる。

上記では、リード部１２の第３面１２ｃが、本体部１１の裏面１１ｂと同じ方向（Ｚ軸の負方向）を向いている例を示したが、第３面１２ｃは、本体部１１の主面１１ａと同じ方向（Ｚ軸の正方向）を向いていてもよい。また、上記では、第３面１２ｃが裏面１１ｂと面一に連なっている例を示したが、第３面１２ｃは、裏面１１ｂよりも主面１１ａ側（Ｚ軸の正方向側）に位置していてもよい。第３面１２ｃおよび主面１１ａが同じ方向（Ｚ軸の正方向）を向いている場合、第３面１２ｃは、主面１１ａと面一に連なっていてもよく、主面１１ａよりも裏面１１ｂ側（Ｚ軸の負方向側）に位置していてもよい。

本実施形態のヒータ１では、例えば図３に示すように、各リード部１２は、該リード部１２に接合された電極金具４０から、第１面１２ａの第３面１２ｃ側とは反対側の縁部１２ａａ、および第２面１２ｂの第３面１２ｃ側とは反対側の縁部１２ｂａが露出している。換言すると、ヒータ１は、第３方向（Ｚ軸方向）において、リード部１２の第４面１２ｄと電極金具４０の底面４３ａとの距離が、第１側壁部４１の底面４３ａからの高さ、および第２側壁部４２の底面４３ａからの高さよりも大きくされている。リード部１２の縁部１２ａａ，１２ｂａが電極金具４０から露出していない場合、縁部１２ａａ，１２ｂａに応力が集中し易いため、昇降温を繰り返したとき、縁部１２ａａ，１２ｂａを起点とするクラックが発生する虞がある。ヒータ１によれば、応力が集中し易いリード部１２の縁部１２ａａ，１２ｂａが電極金具４０から露出していることにより、昇降温を繰り返した場合であっても、リード部１２にクラックが発生することを抑制できる。

ヒータ１では、例えば図４に示すように、２つのリード部１２と２つの電極金具４０とが、ろう材層５０を介してそれぞれ接合されていてもよい。これにより、リード部１２と電極金具４０との接合強度を向上させることができる。

ろう材層５０に用いられるろう材としては、例えば、銀ろう、銀－銅ろう、金－銅ろう、金－銅－ニッケルろう等が挙げられる。ろう材層５０は、ガラス成分を含んでいてもよい。これにより、ろう材層５０とリード部１２との接合強度、およびろう材層５０と電極金具４０との接合強度を一層向上させることができる。ひいては、リード部１２と電極金具４０との接合強度を一層向上させることができる。

ろう材層５０は、例えば図４に示すように、第３面１２ｃと底面４３ａとの間に位置するろう材層５０の厚さが、第１面１２ａと第１側面４１ａとの間に位置するろう材層５０の厚さ、および第２面１２ｂと第２側面４２ａとの間に位置するろう材層５０の厚さよりも大きい構成であってもよい。このような構成によれば、第３面１２ｃと底面４３ａとの間に位置するろう材層５０の熱容量によって、リード部１２と電極金具４０との接合部の温度変化を抑制することができる。これにより、リード部１２と電極金具４０との接合部に生じる熱応力を緩和することができ、リード部１２にクラックが発生する虞を低減することが可能になる。また、電極金具４０のリード部１２へのろう付け、および電極金具４０とリード線８０との接続を、同時に行うことが容易になる。

また、例えば図４に示すように、第３面１２ｃと底面４３ａとの間に位置するろう材層５０は、内部に複数の空隙５１を有する構成であってもよい。このような構成によれば、空隙５１は発熱抵抗体２０の発熱の影響を受けにくいため、ろう材層５０の温度変化を抑制でき、ひいては、リード部１２と電極金具４０との接合部の温度変化を抑制することができる。これにより、リード部１２と電極金具４０との接合部に生じる熱応力を緩和することができ、リード部１２にクラックが発生する虞を低減することが可能になる。

複数の空隙５１を形成するためには、例えば、ろう材層５０となるろう材にガラス成分を含有させておけばよい。ろう付けのための加熱時に、ガラス成分に含まれる窒素または酸素が発泡して、ろう材層５０の内部に複数の空隙５１が形成される。

次に、本開示の他の実施形態に係るヒータについて説明する。

図５は、本開示の他の実施形態に係るヒータを示す断面図である。図５に示す断面図は、図３に示した断面図に対応する。

本実施形態のヒータ１Ａは、上記のヒータ１に対して、リード部１２が面取り部を有する点で異なっており、その他については、同様の構成であるので、同様の構成にはヒータ１と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

各リード部１２は、第３面１２ｃと第１面１２ａとの間の稜部、および第３面１２ｃと第２面１２ｂとの間の稜部に、Ｃ面またはＲ面の面取り部１２ｅが形成されていてもよい。応力が生じ易い第３面１２ｃと第１面１２ａとの間の稜部、および第３面１２ｃと第２面１２ｂとの間の稜部を面取りすることで、リード部１２に生じる応力を分散させることができる。これにより、リード部１２にクラックが発生する虞を低減することができる。

各リード部１２は、第４面１２ｄと第１面１２ａとの間の稜部、および第４面１２ｄと第２面１２ｂとの間の稜部に、Ｃ面またはＲ面の面取り部１２ｆが設けられていてもよい。応力が生じ易い第４面１２ｄと第１面１２ａとの間の稜部、および第４面１２ｄと第２面１２ｂとの間の稜部を面取りすることで、リード部１２に生じる応力を分散させることができる。これにより、リード部１２にクラックが発生する虞を低減することができる。また、リード部１２の第４面１２ｄに、リード部１２と電極金具４０との接合部を保護するための被覆層（図示せず）を配設した場合に、第４面１２ｄと第１面１２ａとの間の稜部、および第４面１２ｄと第２面１２ｂとの間の稜部を起点として、樹脂層が剥離する虞を低減することができる。

次に、本開示の一実施形態に係る熱圧着装置について説明する。

図６は、本開示の一実施形態に係る熱圧着装置の斜視図である。本実施形態の熱圧着装置１００は、上記のヒータ１，１Ａと、セラミックツール６０と、支持部材７０とを備える。

セラミックツール６０は、例えば、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成る。セラミックツール６０は、被加熱物を吸着するための平板状の部材である。セラミックツール６０は、ヒータ１，１Ａの主面、すなわち本体部１１の主面１１ａに配設されている。熱圧着装置１００では、セラミックツール６０の上面６０ａに被加熱物を真空吸着して保持する。

セラミックツール６０には、被加熱物を真空吸着するための真空引き孔６０ｃが形成されている。真空引き孔６０ｃは、セラミックツール６０を厚さ方向に貫通し、ヒータ１，１Ａの本体部１１の貫通孔１１ｄと連通している。

セラミックツール６０は、ヒータ１，１Ａの絶縁基体１０と同程度、またはヒータ１，１Ａの絶縁基体１０よりも低い熱伝導率を有していてもよい。これにより、これにより、ヒータ１，１Ａで発生した熱を、被加熱物に効果的に伝達させることができる。

支持部材７０は、ヒータ１，１Ａの裏面、すなわち本体部１１の裏面１１ｂに配設されている。支持部材７０は、ヒータ１，１Ａを外部装置に結合するための部材である。支持部材７０は、セラミックツール６０の真空引き孔６０ｃおよびヒータ１，１Ａの貫通孔１１ｄと連通する貫通孔を有している。外部装置から、セラミックツール６０の真空引き孔６０ｃ、ヒータ１，１Ａの貫通孔１１ｄおよび支持部材７０の貫通孔を介して、真空引きすることによって、セラミックツール６０の上面６０ａに被加熱物を真空吸着することができる。

支持部材７０の上面には、ヒータ１，１Ａの固定部１３の貫通孔１３ａと連通する開口を有する孔が形成されている。固定部１３の貫通孔１３ａに、本体部１１の主面１１ａ側から、支持部材７０の孔の内部に到達する固定ピン等を差し込むことによって、ヒータ１，１Ａを支持部材７０に固定することができる。

熱圧着装置１００は、例えば図６に示すように、支持部材７０とヒータ１，１Ａとの間に断熱材９０を有していてもよい。これにより、ヒータ１，１Ａで発生した熱を、セラミックツール６０側に効果的に伝達させることができる。

本実施形態の熱圧着装置１００によれば、上記のヒータ１，１Ａを備えることによって、信頼性に優れた、小型の熱圧着装置を提供することができる。

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

１，１Ａ ヒータ
１０ 絶縁基体
１１ 本体部
１１ａ 主面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 側面
１１ｄ 貫通孔
１２ リード部
１２ａ 第１面
１２ａａ 縁部
１２ｂ 第２面
１２ｂａ 縁部
１２ｃ 第３面
１２ｄ 第４面
１２ｅ，１２ｆ 面取り部
１３ 固定部
１３ａ 貫通孔
２０ 発熱抵抗体
２０ａ 一方端部
２０ｂ 他方端部
２０ｃ 直線状部分
２０ｄ 部分
３０ 引き出し導体
３０ａ 第１端
３０ｂ 第２端
４０ 電極金具
４１ 第１側壁部
４１ａ 第１側面
４２ 第２側壁部
４２ａ 第２側面
４３ 底部
４３ａ 底面
５０ ろう材層
５１ 空隙
６０ セラミックツール
６０ａ 主面
６０ｂ 真空引き孔
７０ 支持部材
８０ リード線
９０ 断熱材
１００ 熱圧着装置

Claims (5)

1. 平板状の本体部と、前記本体部の側面に設けられ、前記側面から離反する第１方向に延びる矩形平板状の２つのリード部であって、各々が、前記第１方向と平行な第１面、前記第１面とは反対側の第２面、および前記第１面と前記第２面とを接続し、かつ前記第１方向と平行な第３面を有する２つのリード部とを含む絶縁基体と、
   前記絶縁基体に埋設された発熱抵抗体と、
   前記２つのリード部にそれぞれ埋設された２つの引き出し導体であって、各々が、前記発熱抵抗体に電気的に接続されるとともに、前記第１面に露出する第１端および前記第２面に露出する第２端を有する２つの引き出し導体と、
   前記２つのリード部にそれぞれ接合された２つの電極金具であって、各々が、前記第３面から前記第１面および前記第２面にかけて覆うとともに、前記第１端および前記第２端に電気的に接続された２つの電極金具とを備え、
   前記２つのリード部の各々は、該リード部に接合された前記電極金具から、前記第１面の前記第３面側とは反対側の縁部、および前記第２面の前記第３面側とは反対側の縁部が露出しており、
   前記２つのリード部と前記２つの電極金具とは、ろう材層を介してそれぞれ接合されており、
   前記２つの電極金具の各々は、前記第３面に対向する底面、前記第１面に対向する第１側面、および前記第２面に対向する第２側面を有し、
   前記第３面と前記底面との間に位置する前記ろう材層の厚さが、前記第１面と前記第１側面との間に位置する前記ろう材層の厚さ、および前記第２面と前記第２側面との間に位置する前記ろう材層の厚さよりも大きい、ヒータ。
2. 前記ろう材層は、前記ろう材層の内部に位置する複数の空隙を有する、請求項１に記載のヒータ。
3. 前記２つのリード部の各々は、前記第３面と前記第１面との間の稜部、および前記第３面と前記第２面との間の稜部に、Ｃ面またはＲ面の面取り部が設けられている、請求項１または２に記載のヒータ。
4. 前記２つのリード部の各々は、前記第３面とは反対側の第４面と前記第１面との間の稜部、および前記第４面と前記第２面との間の稜部に、Ｃ面またはＲ面の面取り部が設けられている、請求項１～３のいずれかに記載のヒータ。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のヒータと、
   前記ヒータの主面に配設され、被加熱物を押圧するセラミックツールと、
   前記ヒータの前記主面とは反対側の裏面に配設される支持部材とを備える熱圧着装置。

Images