JP2004158547A

JP2004158547A - Heater

Info

Publication number: JP2004158547A
Application number: JP2002321170A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakao; 誠中尾; Tsuyoshi Watanabe; 剛志渡辺; Yoshihiko Murakami; 嘉彦村上
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater which can deal with quick rise and fall of a temperature as required, which has sufficient durability, excellent cost performance, accurate positional accuracy and particularly excellent positional accuracy in a height direction. <P>SOLUTION: The heater 1 includes at least a heating element 2 for heating by an energization, and a base 3 for insulating the heat from the element 2 and holding the element 2. A through hole 18 for performing the vacuum chuck of the element 2 is provided through the base 3. A negative pressure source is connected to the hole 18 in the element 2 to perform the vacuum chuck of the element 2 to the base 3, and the element 2 is fixed to the base 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用時における急速昇降温特性に優れ、また位置精度、特に高さ方向の位置精度にも優れたヒータに係るもので、例えば半導体の組立工程において半導体チップボンディング用として好適に用いられるヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、パソコンや携帯電話等の多くの情報端末に、半導体チップが使用されている。半導体チップはその小型化、薄型化、軽量化、高性能化の要求のため、高集積化の一途を辿っている。そのため、半導体チップの組立方法としては、従来のワイヤーボンディング法から高集積化が容易なフリップチップボンディング法へとその方式がシフトしてきている。
【０００３】
フリップチップボンディング法には、Ｃ４工法（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＣｏｌｌａｐｓｅＣｈｉｐＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）や超音波工法、熱圧着工法などがあるが、位置精度等の観点から熱圧着法が主流を占めている。熱圧着法においては、その熱圧着の熱源として各種のヒータが使われてきている。また、レーザダイオードなどのチップの基板へのダイボンディングについても熱圧着法が使用されおり、その工程にも各種のヒータが使われている。
【０００４】
ところで、このような熱圧着法としては、半導体チップへの熱ダメージを防止するため、半導体チップと基板との間に置かれたボンディング用はんだを瞬時に溶かしかつ固化させる必要があり、例えば常温（２５℃）から４５０℃まで数秒間で昇温してボンディング用はんだを溶融し、その後、直ちに数秒間で１００℃まで冷却するといったことを行う必要がある。したがって、このような急速昇降温を行うことのできるヒータの提供が望まれている。
【０００５】
また、近年では半導体チップの小型化、高集積化に伴い、半導体チップとこれを搭載する基板との間の位置精度に対する要求が非常に厳しくなっており、８μｍ以下、場合によっては３μｍ以下の位置精度が求められるようになってきている。
このような要求に答えるため従来のヒータでは、発熱体としてモリブデンやチタン、ニッケルクロム合金等を用いたり、金属線や金属パターンをセラミックスで一体化したものを用いたもの、あるいは導電性炭化珪素を用いたセラミックス製のものを用いたりしている。また、このような従来のヒータは、前記発熱体がボルト等によって断熱材に機械的に連結された構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７５１号公報（図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発熱体としてモリブデンやチタン、ニッケルクロム合金等の金属を用いたヒータでは、発熱体の電気比抵抗が非常に低いことから急速昇降温時に大電流を必要とし、これにより誘導磁場が発生したり高温での塑性変形が起こったりしてしまい、正確な位置精度を得ることができなかった。また、発熱体部分は最高で４５０℃まで加熱されるため酸化され易く、耐久性にも難があった。
【０００８】
一方、発熱体として金属パターンをセラミックスで一体化したものを用いたヒータ、あるいは導電性炭化珪素を用いたセラミック製のものを用いたヒータでは、発熱体だけで考えれば急速昇降温特性及び位置精度に関しては要求特性を満たすことができる。
ところが、このようなセラミックスを用いた発熱体の破損を防ぐためには、発熱体を固定する断熱材の材料として、発熱体より十分に熱膨張係数が小さいものを用いることはできない。なぜなら、金属パターンをセラミックスで一体化した発熱体、すなわち絶縁性セラミックスに金属を埋め込んで一体化した発熱体の場合、その熱膨張係数は４〜６×１０^−６／℃であり、また、導電性炭化珪素からなる発熱体の場合、その熱膨張係数は４×１０^−６／℃であるが、このような発熱体と断熱材とをボルト等によって機械的に連結する従来のものでは、断熱材の熱膨張係数が発熱体より十分に小さいと、熱膨張係数の差によって発熱体や断熱材に割れ等の破損が生じてしまうからである。
【０００９】
そこで、断熱材としては、例えばムライトやコーディエライト、ジルコン等の発熱体に近い熱膨張係数を有するものを使用しなければならないが、その場合に、ヒータ全体としては十分な昇降温性及び位置精度を満たすことができなくなってしまい、特に高さ方向での十分な位置精度が得られなくなってしまう。すなわち、ヒータ全体として熱により比較的大きな膨張を生じ、チップ実装時等の位置精度を向上させることが困難になってしまう。また、ムライトやコーディエライト、ジルコン等では、熱膨張率について以外にも、耐熱衝撃性が低く、急速昇降温を繰り返すと破損するといった問題もある。
【００１０】
このような背景から、前記従来のヒータを用いてボンディング処理を行う場合、位置精度調整用カメラ等を用いて高さ方向の位置精度を調整しなければならず、結果としてボンディング装置が高価となってしまい、また、全自動化が困難になって十分なボンディング処理能力が得られなくなってしまう。
【００１１】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、要求される急速な昇降温に対応することができ、また十分な耐久性を有し、コストパフォーマンスに優れ、しかも正確な位置精度、特に高さ方向での優れた位置精度を有するヒータを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のヒータでは、通電により発熱する発熱体と、該発熱体からの熱を断熱するとともに該発熱体を保持するためのベース部とを少なくとも備えてなり、前記ベース部には前記発熱体を真空吸着するための貫通孔が設けられたことを前記課題の解決手段とした。
このヒータにあっては、前記貫通孔に負圧源を接続することによって前記発熱体をベース部に真空吸着し、発熱体をベース部に固定するようにすれば、発熱体とベース部とが機械的に一体化しないことからこれらの熱膨張差を考慮する必要がなくなり、熱膨張率の差に起因する破損を防止することが可能になる。
【００１３】
また、前記ヒータにおいては、前記ベース部の表面に、前記貫通孔に連通して前記発熱体を真空吸着するための溝を形成するのが好ましい。
このようにすれば、ベース部の表面に開口する溝によって発熱体を真空吸着することができ、したがって吸着する部分の面積が増えることによって発熱体を安定して固定することが可能になる。
【００１４】
また、前記ヒータにおいては、前記ベース部が、前記発熱体からの熱を断熱するためのヒータベースと、該ヒータベースを固定するためのベース板とを備えてなり、前記ヒータベースの熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であるのが好ましい。
このようにすれば、ヒータ全体としての熱による膨張収縮が抑えられ、これにより位置精度が向上する。
【００１５】
また、前記ヒータにおいては、前記ベース部が、前記発熱体からの熱を断熱するためのヒータベースと、該ヒータベースを固定するためのベース板とを備えてなり、前記ヒータベースの熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのが好ましい。このようにすれば、ヒータベースをその高さ方向に厚くしなくても熱の放散が十分に抑えられ、したがって高さ方向の厚さを薄くできることから、熱による膨張の影響をさらに少なくして位置精度をより向上することが可能になる。
【００１６】
また、前記ヒータにおいては、前記発熱体が、導電性セラミックスからなり、あるいは絶縁性セラミックス内に金属が埋め込まれてなるのが好ましい。
このようにすれば、発熱体自体の、急速昇降温特性及び位置精度に対しての特性がより良好になる。
【００１７】
また、前記ヒータにおいては、前記ベース部が、前記発熱体からの熱を断熱するためのヒータベースと、該ヒータベースを固定するためのベース板とを備えてなり、前記ヒータベースが、前記ベース板に機械的固定部材によって固定され、該ヒータベースと該機械的固定部材との間に緩衝材が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、ヒータベースと機械的固定部材との間に緩衝材が設けられていることにより、ヒータベースとベース板との間に大きな熱膨張係数の差があっても、これに起因して破損等が生じることが確実に防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のヒータをその実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態は本発明の要旨を説明するためのものであり、本発明はこの実施形態に限定されないのはもちろんである。
図１（ａ）、（ｂ）において符号１はヒータであり、このヒータ１は、通電により発熱する発熱体２と、該発熱体２からの熱を断熱するとともに該発熱体２を保持するためのベース部３とを備えたものである。なお、このヒータ１は、使用時において発熱体２上に伝熱板（図示せず）を吸着保持するようになっている。
【００１９】
発熱体２としては、特に限定されることはないものの、導電性セラミックス製のもの、もしくは絶縁性セラミックスに金属を埋め込んで一体化したものが好適に用いられる。導電性セラミックス製のものを用いる場合、セラミックスとしては導電性炭化珪素が好適に用いられ、特に焼結体密度が２．５ｇ／ｃｍ^３以上、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、電気比抵抗が０．１〜１００Ω・ｃｍのものがより好適とされる。また、絶縁性セラミックスに金属を埋め込んで一体化したものを用いる場合、埋め込む金属をＮｉ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ−Ｃｒ合金から選択されたものとし、絶縁性セラミックスを絶縁性炭化珪素や窒化アルミニウムの中から選択されたものとするのが好ましい。なお、発熱体２として導電性炭化珪素セラミックスを用いた場合、その熱膨張係数は前述したように４×１０^−６／℃であり、絶縁性セラミックスに金属を埋め込んで一体化したものを用いた場合、その熱膨張係数は４〜６×１０^−６／℃である。
【００２０】
また、この発熱体２は、本例では図１（ｂ）に示すように矩形板状のもので、その均熱性を向上し、かつ降温時における冷却速度が向上するため、長辺側から対向する長辺側に向かって２つのスリット４、４が形成されている。
この発熱体２には、一方の対角線上の二隅に、すなわち前記スリット４、４の側方に、電極取付用の孔５、５が形成されており、これら孔５、５にはそれぞれ電極６が取り付けられている。電極６、６は、発熱体２に通電するためのもので、図１（ａ）に示すように配線６ａ、６ａによって電源（図示せず）に接続されている。なお、これら電極６、６は、前記孔５に挿通された状態で、ろう付け法あるいは機械的固定法によって発熱体２に接続されている。本例では、孔５、５をテーパ状に形成し、電極６、６を皿ネジ状に形成してこれをナット等によりネジ止めすることで固定する、機械的固定法を採用している。
また、図１（ｂ）に示すように、前記電極取付用の孔５、５と反対側の二隅には、前述の伝熱板を吸着保持するためのＬ字状の溝４０、４０が形成されている。ここで、伝熱板は、その平面外形状が発熱体２と同じ矩形状のもので、その中心部に吸着孔を形成しただけの窒化アルミニウム製のものである。
【００２１】
また、この発熱体２には、図１（ｂ）に示すように前記スリット４、４間に熱電対取付用の孔７が形成されており、図１（ａ）に示すようにこの孔７には皿ネジ８、固定用リング９、ナット１０、さらにはワッシャ（図示せず）によって熱電対１１が取り付けられている。すなわち、この熱電対１１は、孔７に皿ネジ８が挿通し、この皿ネジ８の先端側から固定用リング９が挿通されることにより、発熱体２の裏面と固定用リング９との間に挟持されたもので、さらに皿ネジ８にナット１０が締結されることにより、発熱体２の裏面に密着した状態に固定されたものである。また、この熱電対１１は、発熱体２の温度を検知してこれを制御するためのもので、配線１１ａによって制御部（図示せず）に接続されたものである。そして、この制御部が電極６、６に通電するための電源（図示せず）に接続していることにより、熱電対１１は発熱体２の温度を制御するものとなっている。
【００２２】
ここで、熱電対１１をこのように機械的に固定したことにより、接着剤を用いた場合に比較して発熱体２の温度を正確にモニタすることができ、また剥がれ等が生じないので高い耐久性を有する構造となる。また、熱容量を小さくすることができるので、良好な均熱性が得られる構造となる。
また、この発熱体２には、その中心部に吸着孔１２が形成されている。この吸着孔１２は、後述するベース部３に形成された吸引孔に連通し、さらに前記した伝熱板の吸着孔に連通することにより、この伝熱板の吸着孔を介して半導体チップなどの被処理物を真空吸着するためのものである。
【００２３】
ベース部３は、前記発熱体２をその上面に保持するとともにこの発熱体２からの熱を断熱するためのヒータベース１３と、該ヒータベース１３を固定するためのベース板１４とを備えて構成されたものである。ヒータベース１３は、その上部側が発熱体２と同じ平面形状を有する四角柱状とされ、下端部側が略円盤状の固定部１３ａとされたもので、その内部には、前記の電極６、６や熱電対１１を取り付けるための皿ネジ８などを収容するための空洞部１５が形成されており、さらにその側面部には、電極６、６や熱電対１１の配線６ａ、１１ａを引き出すための引き出し孔１６が前記空洞部１５に連通した状態に形成されている。
【００２４】
このヒータベース１３には、その中心部に上下に貫通する吸引孔１７が形成されており、この吸引孔１７の側方には上下に貫通する貫通孔１８が形成されており、さらに周辺部には上下に貫通する貫通孔４１、４１が前記溝４０、４０に連通して形成されている。吸引孔１７は、ヒータベース１３上に保持固定される発熱体２の前記吸着孔１２に連通するよう形成されたものである。また、ヒータベース１３には、図１（ｂ）に示すようにその上面（表面）に円環状の溝１９が形成されている。この溝１９は、前記吸引孔１７およびこれに連通する吸着孔１２を中心としてその周囲に形成されたもので、前記貫通孔１８に連通し、これにより前記発熱体２を真空吸着するよう構成されたものである。
【００２５】
ここで、円環状の溝１９を、吸着孔１２を中心として形成するのは、後述するようにこの溝１９で発熱体２を真空吸着した際、平面方向での均一性を保つことができ、横方向の精度を良好にすることができるからである。
この真空吸着用の溝１９の、ヒータベース１３上面に開口する開口部の合計面積としては、発熱体２の底面の面積の１〜１０％とするのが好ましい。１％未満であると、吸着力が弱くなって冷却時にエアを流した際位置ずれを起こす可能性があるからである。一方、１０％を超えると、断熱材であるヒータベース１３と直接接触する発熱体２の面積が少なくなり、断熱効果にむらがでて均熱性に影響を及ぼすおそれがあるからである。
【００２６】
なお、真空吸着用の貫通孔１８については、本例では１つしか形成していないが、複数形成してもよいのはもちろんである。また、貫通孔１８の溝１９に連通する開口部の面積（貫通孔１９が複数ある場合にはその合計面積）については、発熱体２の面積の０．１〜１０％とするのが好ましい。
【００２７】
このような構成からなるヒータベース１３は、発熱体２を機械的に固定することなく、後述するように真空吸着で保持固定することから、その材質を、発熱体２との熱膨張係数の差に制限されることなく自由に選択することができる。ただし、位置精度を向上させる点から、熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下のものとするのが好ましく、また、断熱性の点から、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものが好ましい。
【００２８】
ヒータベース１３の熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下であると、ヒータとしての熱による膨張収縮が抑えられ、これにより位置精度が向上するからである。具体的には、その高さ方向で８μｍ以下、さらには３μｍ以下といった位置精度が得られ、横方向では、５μｍ以下、さらには２μｍ以下といった位置精度が得られる。一方、ヒータベース１３の熱膨張係数が１×１０^−６／℃を超えると、高さ方向への熱膨張が大きくなり、上記の位置精度を得ることが難しくなる。
また、熱伝導率を１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることにより、ヒータベース１３を高さ方向に厚くしなくても熱の放散が十分に抑えられ、したがって高さ方向の厚さを薄くできることから、熱による膨張の影響をさらに少なくして位置精度をより向上することができる。
【００２９】
このような条件を満たす材料としては、セラミックスもしくはガラス、ガラスセラミックスなどを選ぶことができ、特に石英、不透明石英、チタン珪酸ガラス、低熱膨張ガラスセラミックス、さらには六方晶窒化ホウ素を主成分としたセラミックスなどがより好適とされる。これらの材料は、耐熱衝撃性が高く、優れた耐久性が得られ、しかも加工が容易なためコスト的にも優れたものとなる。
【００３０】
また、このようなヒータベース１３の下端部は、前述したようにベース板１４と機械的に連結するために側方に延出した固定部１３ａとなっており、この固定部１３ａにはリングキャップ２１を介してベース板１４が取り付けられている。ベース板１４は、その上面側に円盤部２２を形成し、この円盤部２２の外周面に雄ネジ部２２ａを形成したもので、この円盤部２２の中心位置にヒータベース１３の吸引孔１７に連通する孔２３を形成し、この孔２３の側方にヒータベース１３の貫通孔１８に連通する孔２４を形成し、さらに周辺部にヒータベースの貫通孔４１、４１に連通する孔４２、４２を形成したものである。これら孔２３、孔２４および孔４２、４２には、真空ポンプ等の負圧源（図示せず）が接続するようになっている。このようなベース板１４の材質としては、特にその高さ方向への熱膨張を小さくするため低熱膨張係数の金属とするのが望ましく、具体的にはコバール、インバー等が好適とされ、特にスーパーインバーが好適に用いられる。
【００３１】
リングキャップ２１は、円環状の機械的固定部材であって、その下端部に雌ネジ部２１ａを形成したものである。また、このリングキャップ２１には、その上端部に内側に延出する押さえ部２１ｂが形成されている。このような構成のもとに、ヒータベース１３がベース板１４上に載置され、その状態でリングキャップ２１がその押さえ部２１ｂでヒータベース１３の固定部１３ａを押さえ、かつリングキャップ２１の雌ネジ部２１ａがヒータベース１３の雄ネジ部２２ａにネジ止めされることにより、ヒータベース１３はベース板１４に保持固定されるようになっている。
【００３２】
ここで、ヒータベース１３の固定部１３ａとリングキャップ２１の押さえ部２１ｂとの間には緩衝材２５が設けられており、これによってヒータベース１３とベース板１４との熱膨張係数の差に起因して破損等が生じることが確実に防止されている。この緩衝材２５の材質としては、ゴム及びプラスチック等が好適に用いられ、特にフッ素ゴムや４フッ化エチレンなどのフッ素系樹脂が好適に用いられる。
なお、ベース板１４上にヒータベース１３を固定するための機械的固定部材としては、リングキャップ２１に代えて、ボルト・ナットによる締結固定等を用いることもできる。
【００３３】
このような構成のヒータ１を用いて例えば基板に半導体チップをボンディング処理するには、予めベース板１４にヒータベース１３を固定した後、まず、ベース板１４の孔２４、および孔４２に真空ポンプ（負圧源）を接続し、この真空ポンプを作動させることにより、貫通孔１８、溝１９を介して発熱体２をヒータベース１３に真空吸着し、さらに貫通孔４１、４１、溝４０、４０を介して発熱体２上に伝熱板（図示せず）を真空吸着する。また、これとは別に、ベース板１４の孔２３に真空ポンプ（負圧源）を接続しておく。この真空ポンプについては、孔２４に接続した真空ポンプと同じものとしてもよく、また別のものとしてもよい。同じものにした場合には、経路中にそれぞれ弁を設けておくことにより、孔２４側と孔２３側とをそれぞれ独立して真空引きできるようにしておく。
次いで、孔２３側からも真空引きすることにより、吸引孔１７、吸着孔１２、および伝熱板の吸着孔（図示せず）を介して前記半導体チップ等の被処理物を吸着し、これを基板上のボンディング材上に載せる。
そして、この状態のもとで、すなわち伝熱板を介して発熱体２を被処理物に当接させた状態のもとで、従来と同様にして発熱体２に通電し、ボンディング処理を行う。
【００３４】
このようなヒータ１にあっては、発熱体２が断熱材であるヒータベース１３に機械的固定でなく真空吸着で固定されているため、発熱体２とヒータベース１３との熱膨張差を考慮する必要がなくなり、よって熱膨張の差に起因する破損を防止することができる。したがって、従来使用できなかった熱膨張係数の小さい材料を断熱材、すなわちヒータベース１３の材料として使用することができる。このため、ヒータ１全体としての熱による膨張収縮を抑えることができ、チップ実装時（ボンディング時）等において位置精度、特に高さ方向の位置精度を向上させることができる。
【００３５】
また、発熱体２についても、機械止めのためのボルトなどを使用しなくて済むことから、その構造をシンプルにすることができ、したがってコストパフォーマンスに優れ、さらに均熱性に優れ、耐熱衝撃性が高く、耐久性に優れたものとなる。
また、ヒータベース１３の表面に、貫通孔１８に連通する溝１９を形成したので、この溝１９の開口部で発熱体２を真空吸着することができ、したがって吸着する部分の面積が増えることによって発熱体２を安定して保持固定することができる。
【００３６】
なお、前記例においては、貫通孔１８をヒータベース１３に形成し、これに連通する孔２４をベース板１４に形成することによってベース部３の上下方向に貫通する孔を形成したが、例えば貫通孔をヒータベース１３の上面から側面に向けて貫通するように形成してもよい。
また、ヒータベース１３（ベース部３）の上面に溝１９を形成し、この溝１９を介して貫通孔１８より発熱体２を真空吸着するようにしたが、溝１９を形成することなく、貫通孔１８のみによって発熱体２を真空吸着するようにしてもよい。その場合に、貫通孔１８を複数形成し、発熱体２に対する吸着面積を増やすようにするのが好ましい。
【００３７】
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
（実施例１）
図１（ａ）、（ｂ）に示した構造のヒータ１を以下のようにして作製した。
発熱体２を、常温下での熱伝導率が１７５Ｗ／ｍ・Ｋで、かつ、常温下での抵抗率が０．５Ω・ｃｍ、輻射率が０．９、焼結体密度が３．１ｇ／ｃｍ^３、熱膨張係数が４×１０^−６／℃の導電性炭化珪素焼結体で形成した。
この発熱体２の形状については、２箇所にスリット４、４を形成し、貫通孔を４個形成した正方形平板状とし、厚み１ｍｍ、一辺の長さが２２ｍｍのものとした。スリット４は、幅１ｍｍ、長さ１５ｍｍとした。
前記４個の貫通孔のうち、吸着孔１２に相当する貫通孔については、その開口形状を直径１ｍｍの円形状とした。また、電極用の孔５、５に相当する貫通孔については、Ｍ１．４の皿ネジ用穴とした。さらに、熱電対を取り付けるための孔７に相当する貫通孔については、Ｍ１．４の皿ネジ用穴とした。
通電用の電極６については、発熱体２に形成した貫通孔（孔５、５）に、Ｍ１．４のボルト、ナット、ワッシャを用いてリード線（配線６ａ）を接続することで構成した。
【００３８】
ヒータベース１３には、不透明石英（熱膨張係数：０．５×１０^−６／℃、熱伝導率：１Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、四角柱状の部分として高さ１０ｍｍ、２２×２２ｍｍ角とし、緩衝材による機械止め部分（固定部１３ａ）として、高さ３ｍｍ、φ４０ｍｍとした。
また、発熱体２を真空吸着するための溝１９については、発熱体２の中心からφ４．５ｍｍの位置を中心に、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍのザグリ加工を行なって形成した。
真空吸着用の貫通孔１８はφ１ｍｍとし、溝１９からヒータベース１３を貫通し、ベース板１４の孔２４に連通するように形成した。これにより、ベース板１４の下方から孔２４内を真空引きすることで、発熱体２を真空吸着できる構造とした。
【００３９】
ベース板１４については、装置側固定部分として６０×６０ｍｍ角、高さ３ｍｍとし、その上部にφ４０、高さ５ｍｍ、Ｍ２０で雄ネジ切りした、スーパーインバー製の円盤部２２を形成した。
緩衝材２５としては、φ３５−φ４０、厚み１ｍｍのリング状のフッ素ゴム（バイトン［登録商標］；デュポン社製）を用いた。そして、ベース板１４にヒータベース１３をセットし、ヒータベース１３の固定部１３ａ（機械止め部分）に緩衝材２５をセットした。
リングキャップ２１としては、Ｍ２０で雄ネジ切りしたスーパーインバーを用いた。そして、これをベース板１４にネジ止めすることにより、ヒータベース１３、緩衝材２５をベース板１４に固定した。
【００４０】
発熱体２の温度を制御するための熱電対１１にはｋ型熱電対を用い、固定用リング９としてはφ１．６−φ２．６厚み３ｍｍの窒化珪素を用いた。そして、発熱体２の孔７にＭ１．４のボルト（皿ネジ８）、ナット１０及びワッシャを用いて機械止めした。
【００４１】
「急速昇温繰り返し試験」
このような実施例１のヒータにより、以下の条件で急速昇温繰り返し試験を行った。
１００Ｖ−２０Ａ、５０Ｈｚ単相の位相制御型電源を用い、ＰＩＤ制御にて発熱体２を５０℃から４５０℃まで２秒で昇温した。さらに、４５０℃で１０秒間保持した後、５０℃まで冷却した。そして、このような急速昇温を繰り返した。得られた結果を表１に示す。
【００４２】
「位置精度試験」
ＸＹＺテーブルに実施例１のヒータを置き、これにＳｉチップを吸着させ、上部からＣＣＤカメラによってＳｉチップを観測した。５０℃から４５０℃まで加熱し、１０秒間保持した後、Ｓｉチップの加熱後のずれをＸＹＺテーブルを動かして評価した。高さ方向（ｚ軸方向）については、ＣＣＤカメラのピントによって評価した。ＸＹＺテーブルの最小単位は１μｍである。得られた結果を表１に併記する。
【００４３】
（実施例２）
実施例１と同様の構造を有するヒータを作製した。ただし、発熱体２として、Ｗ線を発熱体として内蔵する窒化アルミニウム焼結体を使用し、通電用の電極６、６はロウ付けによって発熱体２に固定した。この窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
実施例１と同様にして、急速昇温繰り返し試験及び位置精度試験を実施した。得られた結果を表１に併記する。
【００４４】
（比較例１）
図２（ａ）、（ｂ）に示す構造のヒータ３０を作製した。このヒータ３０が図１（ａ）、（ｂ）に示したヒータ１と異なるところは、発熱体３１とヒータベース３２との間の固定を、機械的固定で行った点である。すなわち、この比較例１では、発熱体３１に形成した貫通孔３３とヒータベース３２に形成した貫通孔（図示せず）とにＭ１．４のボルト３４を挿通し、これをナット３５、ワッシャー（図示せず）で固定するようにした。なお、発熱体３１としては、実施例１で用いた発熱体２と同じ材質の導電性炭化珪素焼結体を用いた。また、ヒータベース３２の材質は不透明石英（熱膨張係数０．５×１０^−６／℃、熱伝導率：１Ｗ／ｍ・Ｋ）とした。
このような構成のヒータ３０に対して、実施例１と同様に急速昇温繰り返し試験及び位置精度試験を実施した。得られた結果を表１に併記する。
【００４５】
（比較例２）
図２（ａ）、（ｂ）に示す構造のヒータ３０を作製した。このヒータ３０が比較例１と異なるところは、ヒータベース３２として、その材質を、コーディライト（熱膨張係数２．６×１０^−６／℃、熱伝導率：１Ｗ／ｍ・Ｋ）とした点である。なお、発熱体３１としては、実施例１で用いた発熱体２と同じ材質の導電性炭化珪素焼結体を用いた。
このような構成のヒータ３０に対して、実施例１と同様に急速昇温繰り返し試験及び位置精度試験を実施した。得られた結果を表１に併記する。
【００４６】
【表１】

【００４７】
なお、表１中において位置精度については、試験中のずれの最小値と最大値とを示した。
表１に示した結果より、実施例１、２のものは、いずれも急速昇温繰り返し試験の結果が良好であった。また、位置精度についても比較例１、２に比べ良好であることが確認された。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のヒータは、発熱体をベース部に真空吸着することで、発熱体をベース部に固定するようにしたものであるから、発熱体とベース部とが機械的に一体化しないことでこれらの熱膨張差を考慮する必要がなくなり、したがって熱膨張率の差に起因する破損を防止することができる。よって、従来使用できなかった熱膨張係数の小さい材料を断熱材、すなわちベース部の材料として使用することができため、ヒータ全体としての熱による膨張収縮を抑えることができ、これによりチップ実装時（ボンディング時）等において位置精度、特に高さ方向の位置精度を向上させることができる。
また、要求される急速な昇降温に良好に対応することができ、さらに十分な耐久性を有し、コストパフォーマンスに優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒータの一実施形態を示す図であり、（ａ）はヒータの概略構成を示す側断面図、（ｂ）は発熱体側から見たヒータの平面図である。
【図２】比較例としてのヒータの一例を示す図であり、（ａ）はヒータの概略構成を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）に示したヒータの発熱体の平面図である。
【符号の説明】
１…ヒータ、２…発熱体、３…ベース部、１３…ヒータベース、
１４…ベース板、１８…貫通孔、１９…溝、
２１…リングキャップ（機械的固定部材）、２５…緩衝材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heater excellent in rapid temperature rise / fall characteristics during use, and also excellent in positional accuracy, particularly in positional accuracy in a height direction, and is suitably used for, for example, semiconductor chip bonding in a semiconductor assembling process. Related to heater.
[0002]
[Prior art]
Currently, semiconductor chips are used in many information terminals such as personal computers and mobile phones. Due to the demand for miniaturization, thinning, weight reduction, and high performance of semiconductor chips, the integration of semiconductor chips is steadily increasing. Therefore, as a method of assembling a semiconductor chip, the method has been shifting from a conventional wire bonding method to a flip chip bonding method which is easy to achieve high integration.
[0003]
As the flip chip bonding method, there are a C4 method (Controlled Collapse Chip Connection), an ultrasonic method, a thermocompression bonding method, and the like. The thermocompression bonding method occupies the mainstream from the viewpoint of positional accuracy and the like. In the thermocompression bonding method, various heaters have been used as a heat source of the thermocompression bonding. A thermocompression bonding method is also used for die bonding of a chip such as a laser diode to a substrate, and various heaters are used in the process.
[0004]
By the way, in such a thermocompression bonding method, it is necessary to instantaneously melt and solidify the bonding solder placed between the semiconductor chip and the substrate in order to prevent thermal damage to the semiconductor chip. It is necessary to raise the temperature from 25 ° C.) to 450 ° C. in a few seconds to melt the bonding solder, and then immediately cool it to 100 ° C. in a few seconds. Therefore, it is desired to provide a heater capable of performing such rapid temperature rise and fall.
[0005]
In recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductor chips, the demand for positional accuracy between a semiconductor chip and a substrate on which the semiconductor chip is mounted has become extremely strict. Accuracy has been required.
In order to respond to such demands, conventional heaters use molybdenum, titanium, nickel chromium alloy, or the like as a heating element, a metal wire or a metal pattern integrated with ceramics, or a conductive silicon carbide. The ceramics used are used. Further, such a conventional heater has a configuration in which the heating element is mechanically connected to a heat insulating material by bolts or the like (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-25751 (FIG. 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, a heater using a metal such as molybdenum, titanium, or nickel-chromium alloy as the heating element requires a large current during rapid temperature rise and fall due to the extremely low electric resistivity of the heating element, which generates an induced magnetic field. Or high temperature plastic deformation occurred, and accurate positional accuracy could not be obtained. Further, since the heating element is heated up to 450 ° C. at the maximum, it is easily oxidized, and the durability is also difficult.
[0008]
On the other hand, a heater using a heating element in which a metal pattern is integrated with ceramics or a heating element using ceramic made of conductive silicon carbide has a rapid temperature rise / fall characteristic and position accuracy when considered only with the heating element. Can satisfy the required characteristics.
However, in order to prevent the breakage of the heating element using such ceramics, it is not possible to use a material having a thermal expansion coefficient sufficiently smaller than that of the heating element as a material of a heat insulating material for fixing the heating element. This is because, in the case of a heating element in which a metal pattern is integrated with ceramics, that is, a heating element in which metal is embedded in insulating ceramics, the coefficient of thermal expansion is 4 to 6 × 10 ^-6 / ° C., and in the case of a heating element made of conductive silicon carbide, its thermal expansion coefficient is 4 × 10 ^-6 / ° C, but in the conventional type in which such a heating element and a heat insulating material are mechanically connected by bolts or the like, if the thermal expansion coefficient of the heat insulating material is sufficiently smaller than that of the heat generating element, the difference in the thermal expansion coefficient causes This is because the heating element and the heat insulating material may be damaged such as cracks.
[0009]
Therefore, as the heat insulating material, for example, a material having a coefficient of thermal expansion close to that of a heating element such as mullite, cordierite, or zircon must be used. Accuracy cannot be satisfied, and sufficient position accuracy, particularly in the height direction, cannot be obtained. That is, relatively large expansion occurs due to heat in the entire heater, and it becomes difficult to improve the positional accuracy at the time of chip mounting or the like. Further, mullite, cordierite, zircon, and the like also have a problem in that, besides the coefficient of thermal expansion, they have low thermal shock resistance and are damaged by repeated rapid temperature rise and fall.
[0010]
From such a background, when performing the bonding process using the conventional heater, it is necessary to adjust the position accuracy in the height direction using a camera for adjusting the position accuracy, and as a result, the bonding apparatus becomes expensive. In addition, full automation becomes difficult, and a sufficient bonding processing ability cannot be obtained.
[0011]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, can respond to the required rapid temperature rise and fall, and also has sufficient durability, excellent cost performance, and accurate positional accuracy, especially An object of the present invention is to provide a heater having excellent positional accuracy in a height direction.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The heater according to the present invention includes at least a heating element that generates heat when energized, and a base portion that insulates heat from the heating element and holds the heating element. The base portion includes the heating element. The provision of a through-hole for vacuum suction is a means for solving the above problem.
In this heater, by connecting a negative pressure source to the through hole, the heating element is vacuum-sucked to the base portion, and the heating element is fixed to the base portion. Since they are not mechanically integrated, there is no need to consider these differences in thermal expansion, and it is possible to prevent breakage due to differences in the coefficient of thermal expansion.
[0013]
In the heater, it is preferable that a groove is formed on the surface of the base portion so as to communicate with the through hole for vacuum-sucking the heating element.
With this configuration, the heating element can be vacuum-sucked by the groove that is opened on the surface of the base portion. Therefore, the area of the sucked portion increases, so that the heating element can be stably fixed.
[0014]
Further, in the heater, the base portion includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base, and a thermal expansion coefficient of the heater base. Is 1 × 10 ^-6 / ° C or lower.
With this configuration, expansion and contraction due to heat of the entire heater are suppressed, and thereby positional accuracy is improved.
[0015]
Further, in the heater, the base portion includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base, and a heat conductivity of the heater base. Is preferably 10 W / m · K or less. In this way, the heat dissipation can be sufficiently suppressed without increasing the thickness of the heater base in the height direction, and the thickness in the height direction can be reduced, so that the influence of expansion due to heat is further reduced. Position accuracy can be further improved.
[0016]
In the heater, it is preferable that the heating element is made of conductive ceramics or a metal is embedded in insulating ceramics.
In this case, the characteristics of the heating element itself with respect to the rapid temperature rising / falling characteristics and the positional accuracy become better.
[0017]
Further, in the heater, the base portion includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base, wherein the heater base includes the base. It is preferred that the heater is fixed to the plate by a mechanical fixing member, and a cushioning material is provided between the heater base and the mechanical fixing member.
With this configuration, even if there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the heater base and the base plate, the buffer member is provided between the heater base and the mechanical fixing member. The occurrence of breakage or the like is reliably prevented.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the heater of the present invention will be described in detail based on the embodiment. This embodiment is for explaining the gist of the present invention, and the present invention is of course not limited to this embodiment.
In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 1 denotes a heater. The heater 1 is used to heat the heating element 2 that generates heat when energized, and to insulate heat from the heating element 2 and hold the heating element 2. And the base portion 3 of FIG. The heater 1 adsorbs and holds a heat transfer plate (not shown) on the heating element 2 during use.
[0019]
The heating element 2 is not particularly limited, but a heating element made of conductive ceramics or an insulating ceramics in which a metal is embedded and integrated is preferably used. In the case of using conductive ceramics, conductive silicon carbide is preferably used as the ceramics, and particularly, the sintered body density is 2.5 g / cm. ³ As described above, those having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more and an electric resistivity of 0.1 to 100 Ω · cm are more preferable. In the case of using a material obtained by embedding a metal in an insulating ceramic and integrating the same, the metal to be embedded is selected from Ni, W, Ti, Mo, and a Ni—Cr alloy, and the insulating ceramic is made of insulating silicon carbide or nitride. Preferably, it is selected from aluminum. When conductive silicon carbide ceramics is used as heating element 2, its thermal expansion coefficient is 4 × 10 as described above. ^-6 / ° C, the coefficient of thermal expansion is 4 to 6 × 10 ^-6 / ° C.
[0020]
Further, in this example, the heating element 2 has a rectangular plate shape as shown in FIG. 1 (b), and since the heat uniformity is improved and the cooling rate at the time of cooling is improved, the heating element 2 is opposed from the long side. Two

slits

4, 4 are formed toward the longer side of the slit.
In the heating element 2, holes 5 for mounting electrodes are formed at two corners on one diagonal line, that is, on the sides of the

slits

4 and 4, respectively. 6 is attached. The

electrodes

6, 6 are for supplying electricity to the heating element 2, and are connected to a power supply (not shown) by

wirings

6a, 6a as shown in FIG. The

electrodes

6, 6 are connected to the heating element 2 by a brazing method or a mechanical fixing method while being inserted through the hole 5. In this embodiment, a mechanical fixing method is employed in which the

holes

5, 5 are formed in a tapered shape, the

electrodes

6, 6 are formed in a countersunk screw shape, and are fixed by screwing them with nuts or the like.
Further, as shown in FIG. 1B, L-shaped grooves 40 for holding the heat transfer plate by suction are provided at two corners opposite to the holes 5 for mounting the electrodes. Is formed. Here, the heat transfer plate is made of aluminum nitride whose outer shape is the same rectangular shape as the heating element 2 and whose suction hole is formed at the center thereof.
[0021]
The heating element 2 has a hole 7 for attaching a thermocouple between the

slits

4 and 4 as shown in FIG. 1B, and the hole 7 is formed as shown in FIG. , A thermocouple 11 is attached by means of a countersunk screw 8, a fixing ring 9, a nut 10, and a washer (not shown). That is, the thermocouple 11 is provided between the back surface of the heating element 2 and the fixing ring 9 by inserting the flathead screw 8 into the hole 7 and inserting the fixing ring 9 from the tip side of the flathead screw 8. , And is fixed in a state in which the nut 10 is fastened to the flat head screw 8 so as to be in close contact with the back surface of the heating element 2. The thermocouple 11 is for detecting and controlling the temperature of the heating element 2 and is connected to a control unit (not shown) by a wiring 11a. The control unit is connected to a power supply (not shown) for supplying electricity to the

electrodes

6, 6, so that the thermocouple 11 controls the temperature of the heating element 2.
[0022]
Here, by mechanically fixing the thermocouple 11 in this manner, the temperature of the heating element 2 can be monitored more accurately than when an adhesive is used, and the temperature is high because the heating element 2 does not peel off. The structure has durability. In addition, since the heat capacity can be reduced, a structure with good heat uniformity can be obtained.
The heating element 2 has a suction hole 12 formed at the center thereof. The suction hole 12 communicates with a suction hole formed in the base portion 3 to be described later, and further communicates with the suction hole of the heat transfer plate. This is for vacuum-adsorbing an object to be processed.
[0023]
The base portion 3 includes a heater base 13 for holding the heating element 2 on its upper surface and insulating the heat from the heating element 2, and a base plate 14 for fixing the heater base 13. It was done. The heater base 13 has a quadrangular prism shape having the same planar shape as the heating element 2 on the upper side, and a substantially disc-shaped fixing portion 13a on the lower end side. A hollow portion 15 for accommodating the flathead screw 8 for mounting the thermocouple 11 and the like is formed, and a drawer for drawing out the

electrodes

6 and 6 and the

wirings

6a and 11a of the thermocouple 11 is formed on the side surface thereof. A hole 16 is formed so as to communicate with the cavity 15.
[0024]
The heater base 13 has a suction hole 17 penetrating vertically in the center thereof, a through hole 18 penetrating vertically in the side of the suction hole 17, and a peripheral portion. Are formed with through

holes

41, 41 penetrating vertically, communicating with the

grooves

40, 40. The suction hole 17 is formed so as to communicate with the suction hole 12 of the heating element 2 held and fixed on the heater base 13. In addition, an annular groove 19 is formed on the upper surface (front surface) of the heater base 13 as shown in FIG. The groove 19 is formed around the suction hole 17 and the suction hole 12 communicating with the suction hole 17, and communicates with the through hole 18, so that the heating element 2 is vacuum-sucked. It is a thing.
[0025]
Here, the annular groove 19 is formed around the suction hole 12 because, as described later, when the heating element 2 is vacuum-sucked by the groove 19, uniformity in the plane direction can be maintained. This is because the accuracy in the lateral direction can be improved.
It is preferable that the total area of the openings of the vacuum suction grooves 19 opening on the upper surface of the heater base 13 be 1 to 10% of the area of the bottom surface of the heating element 2. If it is less than 1%, the attraction force is weakened, and there is a possibility that a positional shift may occur when air is flowed during cooling. On the other hand, if it exceeds 10%, the area of the heat generating element 2 which is in direct contact with the heater base 13 which is a heat insulating material is reduced, so that the heat insulating effect may be uneven and affect the uniform temperature.
[0026]
Although only one through-hole 18 for vacuum suction is formed in this example, a plurality of through-holes 18 may be formed. The area of the opening communicating with the groove 19 of the through-hole 18 (the total area of the plurality of through-holes 19 when there are a plurality of through-holes 19) is preferably 0.1 to 10% of the area of the heating element 2.
[0027]
The heater base 13 having such a configuration holds and fixes the heating element 2 by vacuum suction as described later without mechanically fixing the heating element 2. Can be freely selected without limitation. However, from the viewpoint of improving the position accuracy, the thermal expansion coefficient is 1 × 10 ^-6 / C or less, and from the viewpoint of heat insulation, a thermal conductivity of 10 W / m · K or less is preferred.
[0028]
The thermal expansion coefficient of the heater base 13 is 1 × 10 ^-6 When the temperature is not more than / ° C, expansion and contraction due to heat as a heater is suppressed, and thereby positional accuracy is improved. Specifically, a positional accuracy of 8 μm or less, or even 3 μm or less, is obtained in the height direction, and a positional accuracy of 5 μm or less, or even 2 μm or less in the horizontal direction. On the other hand, the coefficient of thermal expansion of the heater base 13 is 1 × 10 ^-6 When the temperature exceeds / ° C, thermal expansion in the height direction becomes large, and it becomes difficult to obtain the above positional accuracy.
Further, by setting the thermal conductivity to 10 W / m · K or less, heat dissipation can be sufficiently suppressed without increasing the thickness of the heater base 13 in the height direction, so that the thickness in the height direction can be reduced. In addition, the position accuracy can be further improved by further reducing the influence of expansion due to heat.
[0029]
Ceramics, glass, glass ceramics, and the like can be selected as materials satisfying such conditions, and in particular, quartz, opaque quartz, titanium silicate glass, low thermal expansion glass ceramics, and ceramics containing hexagonal boron nitride as a main component And the like are more preferred. These materials have high thermal shock resistance, have excellent durability, and are easy to process, so that they are also excellent in cost.
[0030]
The lower end of the heater base 13 is a fixed portion 13a extending laterally for mechanical connection with the base plate 14 as described above, and the fixed portion 13a has a ring cap. The base plate 14 is attached via 21. The base plate 14 has a disk portion 22 formed on the upper surface thereof, and a male screw portion 22a formed on the outer peripheral surface of the disk portion 22. The suction hole 17 of the heater base 13 is formed at the center position of the disk portion 22. A communication hole 23 is formed, a hole 24 communicating with the through hole 18 of the heater base 13 is formed on a side of the communication hole 23, and holes 42, 42 communicating with the heater base through

holes

41, 41 are formed in the periphery. Is formed. A negative pressure source (not shown) such as a vacuum pump is connected to the

holes

23 and 24 and the

holes

42 and 42. The material of the base plate 14 is preferably a metal having a low coefficient of thermal expansion in order to reduce the thermal expansion particularly in the height direction, and specifically, Kovar, Invar and the like are preferable. Invar is preferably used.
[0031]
The ring cap 21 is an annular mechanical fixing member having a female screw portion 21a formed at a lower end thereof. The ring cap 21 has a pressing portion 21b formed at the upper end thereof and extending inward. With such a configuration, the heater base 13 is placed on the base plate 14, and in this state, the ring cap 21 presses the fixing portion 13 a of the heater base 13 with the pressing portion 21 b and the female member of the ring cap 21. By screwing the screw portion 21 a to the male screw portion 22 a of the heater base 13, the heater base 13 is held and fixed to the base plate 14.
[0032]
Here, a cushioning material 25 is provided between the fixing portion 13a of the heater base 13 and the pressing portion 21b of the ring cap 21. This causes a difference in thermal expansion coefficient between the heater base 13 and the base plate 14. The occurrence of breakage or the like is surely prevented. As the material of the cushioning material 25, rubber, plastic, or the like is preferably used, and particularly, fluorine-based resin such as fluororubber or ethylene tetrafluoride is preferably used.
It should be noted that as the mechanical fixing member for fixing the heater base 13 on the base plate 14, instead of the ring cap 21, a fastening and fixing method using bolts and nuts can be used.
[0033]
In order to bond a semiconductor chip to a substrate by using the heater 1 having such a configuration, for example, the heater base 13 is fixed to the base plate 14 in advance, and then a vacuum pump is first inserted into the

holes

24 and 42 of the base plate 14. (Negative pressure source) is connected, and by operating this vacuum pump, the heating element 2 is vacuum-sucked to the heater base 13 via the through holes 18 and the grooves 19, and further, the through

holes

41, 41, the

grooves

40, 40 are provided. A heat transfer plate (not shown) is vacuum-sucked onto the heating element 2 through the heat sink. Separately, a vacuum pump (negative pressure source) is connected to the hole 23 of the base plate 14. This vacuum pump may be the same as the vacuum pump connected to the hole 24, or may be another. When they are the same, a valve is provided in each path so that the

holes

24 and 23 can be evacuated independently of each other.
Next, the object to be processed such as the semiconductor chip is sucked through the suction hole 17, the suction hole 12, and the suction hole (not shown) of the heat transfer plate by evacuating the hole 23 side. Place on the bonding material on the substrate.
Then, in this state, that is, in a state where the heating element 2 is in contact with the object to be processed via the heat transfer plate, the heating element 2 is energized in the same manner as in the related art to perform the bonding process. .
[0034]
In such a heater 1, since the heating element 2 is fixed to the heater base 13, which is a heat insulating material, by vacuum suction instead of mechanical fixing, a difference in thermal expansion between the heating element 2 and the heater base 13 is taken into consideration. Therefore, it is possible to prevent breakage due to a difference in thermal expansion. Therefore, a material having a small thermal expansion coefficient, which cannot be used conventionally, can be used as a heat insulating material, that is, a material of the heater base 13. For this reason, expansion and contraction due to heat of the entire heater 1 can be suppressed, and positional accuracy, particularly in the height direction, can be improved during chip mounting (bonding) and the like.
[0035]
In addition, since the heating element 2 does not need to use bolts or the like for stopping the machine, the structure can be simplified, so that the cost performance is excellent, the heat uniformity is excellent, and the thermal shock resistance is low. High and excellent in durability.
Further, since the groove 19 communicating with the through hole 18 is formed on the surface of the heater base 13, the heating element 2 can be vacuum-sucked at the opening of the groove 19, and therefore, the area of the sucked portion increases. The heating element 2 can be stably held and fixed.
[0036]
In the above-described example, the through-hole 18 is formed in the heater base 13, and the hole 24 communicating with the through-hole 18 is formed in the base plate 14 to form a hole that penetrates the base portion 3 in the vertical direction. The hole may be formed so as to penetrate from the upper surface of the heater base 13 to the side surface.
Further, a groove 19 is formed on the upper surface of the heater base 13 (base portion 3), and the heating element 2 is vacuum-sucked through the through hole 18 through the groove 19, but the groove 19 is formed without forming the groove 19. The heating element 2 may be vacuum-sucked only by the hole 18. In that case, it is preferable to form a plurality of through holes 18 so as to increase the adsorption area for the heating element 2.
[0037]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(Example 1)
The heater 1 having the structure shown in FIGS. 1A and 1B was manufactured as follows.
The heating element 2 has a thermal conductivity at room temperature of 175 W / m · K, a resistivity at room temperature of 0.5 Ω · cm, an emissivity of 0.9, and a sintered body density of 3.1 g. / Cm ³ , Thermal expansion coefficient is 4 × 10 ^-6 / ° C. formed of a conductive silicon carbide sintered body.
The shape of the heating element 2 was a square flat plate having two

slits

4, 4 formed with four through holes, a thickness of 1 mm, and a side length of 22 mm. The slit 4 was 1 mm in width and 15 mm in length.
Of the four through holes, the through hole corresponding to the suction hole 12 had a circular opening having a diameter of 1 mm. The through holes corresponding to the

holes

5 and 5 for the electrodes were M1.4 flathead screw holes. Further, a through hole corresponding to the hole 7 for attaching a thermocouple was a M1.4 countersunk screw hole.
The current-carrying electrode 6 was configured by connecting a lead wire (wiring 6a) to a through-hole (holes 5, 5) formed in the heating element 2 using M1.4 bolts, nuts, and washers.
[0038]
Opaque quartz (thermal expansion coefficient: 0.5 × 10 ^-6 / ° C, thermal conductivity: 1 W / m · K), a square pillar-shaped part having a height of 10 mm and a size of 22 × 22 mm, and a mechanical stop part (fixing part 13 a) with a buffer material having a height of 3 mm and φ40 mm. did.
The groove 19 for vacuum-sucking the heating element 2 was formed by counterboring a 1 mm wide and 0.5 mm deep centering on a position 4.5 mm from the center of the heating element 2.
The through hole 18 for vacuum suction was 1 mm in diameter, and was formed so as to penetrate the heater base 13 from the groove 19 and communicate with the hole 24 of the base plate 14. Thus, the heating element 2 can be vacuum-adsorbed by evacuating the inside of the hole 24 from below the base plate 14.
[0039]
The base plate 14 was a 60 × 60 mm square, 3 mm high as a device-side fixed portion, and a disc portion 22 made of Super Invar, which was male-threaded with φ40, height 5 mm, and M20, was formed on the upper portion thereof.
As the cushioning material 25, a ring-shaped fluorine rubber (Viton (registered trademark); manufactured by DuPont) having a diameter of 35 to 40 and a thickness of 1 mm was used. Then, the heater base 13 was set on the base plate 14, and the cushioning material 25 was set on the fixing portion 13 a (machine stop portion) of the heater base 13.
As the ring cap 21, a Super Invar threaded with M20 was used. The heater base 13 and the cushioning material 25 were fixed to the base plate 14 by screwing them to the base plate 14.
[0040]
A k-type thermocouple was used as the thermocouple 11 for controlling the temperature of the heating element 2, and silicon nitride having a thickness of φ1.6-φ2.6 and a thickness of 3 mm was used as the fixing ring 9. Then, it was mechanically fixed to the hole 7 of the heating element 2 using an M1.4 bolt (counterhead screw 8), a nut 10, and a washer.
[0041]
`` Rapid heating test ''
Using the heater of Example 1 as described above, a rapid temperature increase repetition test was performed under the following conditions.
The heating element 2 was heated from 50 ° C. to 450 ° C. in 2 seconds by PID control using a 100 V-20 A, 50 Hz single phase phase control type power supply. Further, the temperature was maintained at 450 ° C. for 10 seconds, and then cooled to 50 ° C. Then, such a rapid temperature increase was repeated. Table 1 shows the obtained results.
[0042]
"Position accuracy test"
The heater of Example 1 was placed on the XYZ table, the Si chip was adsorbed on the heater, and the Si chip was observed from above with a CCD camera. After heating from 50 ° C. to 450 ° C. and holding for 10 seconds, the displacement of the Si chip after heating was evaluated by moving an XYZ table. The height direction (z-axis direction) was evaluated by focusing on a CCD camera. The minimum unit of the XYZ table is 1 μm. The results obtained are also shown in Table 1.
[0043]
(Example 2)
A heater having the same structure as in Example 1 was manufactured. However, as the heating element 2, an aluminum nitride sintered body containing a W wire as a heating element was used, and the electrodes 6 for energization were fixed to the heating element 2 by brazing. The thermal conductivity of this aluminum nitride sintered body was 170 W / m · K.
In the same manner as in Example 1, a rapid temperature rise repetition test and a position accuracy test were performed. The results obtained are also shown in Table 1.
[0044]
(Comparative Example 1)
A heater 30 having the structure shown in FIGS. 2A and 2B was manufactured. The heater 30 differs from the heater 1 shown in FIGS. 1A and 1B in that the fixing between the heating element 31 and the heater base 32 is performed by mechanical fixing. That is, in this comparative example 1, an M1.4 bolt 34 is inserted into a through hole 33 formed in the heating element 31 and a through hole (not shown) formed in the heater base 32, and this is inserted into a nut 35 and a washer ( (Not shown). As the heating element 31, a conductive silicon carbide sintered body made of the same material as the heating element 2 used in Example 1 was used. The material of the heater base 32 is opaque quartz (coefficient of thermal expansion 0.5 × 10 ^-6 / ° C, thermal conductivity: 1 W / m · K).
A rapid temperature rise repetition test and a position accuracy test were performed on the heater 30 having such a configuration as in the first embodiment. The results obtained are also shown in Table 1.
[0045]
(Comparative Example 2)
A heater 30 having the structure shown in FIGS. 2A and 2B was manufactured. The difference between this heater 30 and Comparative Example 1 is that the material of the heater base 32 is cordierite (coefficient of thermal expansion 2.6 × 10 ^-6 / ° C, thermal conductivity: 1 W / m · K). In addition, as the heating element 31, a conductive silicon carbide sintered body of the same material as the heating element 2 used in Example 1 was used.
A rapid temperature rise repetition test and a position accuracy test were performed on the heater 30 having such a configuration as in the first embodiment. The results obtained are also shown in Table 1.
[0046]
[Table 1]

[0047]
In Table 1, the positional accuracy shows the minimum value and the maximum value of the displacement during the test.
From the results shown in Table 1, all of Examples 1 and 2 showed good results of the rapid temperature rise repetition test. It was also confirmed that the positional accuracy was better than Comparative Examples 1 and 2.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, the heater of the present invention is configured such that the heating element is fixed to the base section by vacuum-sucking the heating element to the base section. By not being integrally integrated, it is not necessary to consider these differences in thermal expansion, so that breakage due to differences in the coefficient of thermal expansion can be prevented. Therefore, a material having a small coefficient of thermal expansion, which could not be used conventionally, can be used as a heat insulating material, that is, a material for the base portion. At the time of bonding, etc., the positional accuracy, particularly the positional accuracy in the height direction can be improved.
In addition, it is possible to satisfactorily cope with the required rapid temperature rise and fall, and has sufficient durability and excellent cost performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a heater according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) is a side sectional view showing a schematic configuration of the heater, and FIG. 1 (b) is a plan view of the heater as viewed from a heating element side.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an example of a heater as a comparative example, in which FIG. 2A is a side sectional view showing a schematic configuration of the heater, and FIG. 2B is a plan view of a heating element of the heater shown in FIG. .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... heater, 2 ... heating element, 3 ... base part, 13 ... heater base,
14 ... base plate, 18 ... through hole, 19 ... groove,
21: ring cap (mechanical fixing member), 25: cushioning material

Claims

A heating element that generates heat when energized, and at least a base portion for insulating the heat from the heating element and holding the heating element,
The base portion is provided with a through-hole for vacuum-sucking the heating element, and the heating element is vacuum-sucked to the base portion by connecting a negative pressure source to the through-hole and fixed to the base portion. A heater characterized by being constituted as follows.

2. The heater according to claim 1, wherein a groove is formed on a surface of the base portion and communicates with the through-hole to vacuum-suck the heating element. 3.

The base unit includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base,
The heater according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the heater base is 1 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less.

The base unit includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base,
The heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater base has a thermal conductivity of 10 W / m · K or less.

The heater according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating element is made of a conductive ceramic or a metal is embedded in an insulating ceramic.

The base unit includes a heater base for insulating heat from the heating element, and a base plate for fixing the heater base,
The heater base is fixed to the base plate by a mechanical fixing member, and a cushioning material is provided between the heater base and the mechanical fixing member. The heater described in Crab.