JP2000286038A - セラミックヒータと電極端子との接合構造およびその接合方法 - Google Patents
セラミックヒータと電極端子との接合構造およびその接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒータの端子接合部と電極端子との接合強度
信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができるセラ
ミックヒータと電極端子との接合構造及びその接合方法
を提供する。 【解決手段】 電極端子を接合させるセラミック基材２
の表面に、活性金属ロウを用いてメタライジング層９２
を形成した後、メタライジング層９２と電極端子８０と
の間に金属ロウ９０を介在させ、接合する。
信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができるセラ
ミックヒータと電極端子との接合構造及びその接合方法
を提供する。 【解決手段】 電極端子を接合させるセラミック基材２
の表面に、活性金属ロウを用いてメタライジング層９２
を形成した後、メタライジング層９２と電極端子８０と
の間に金属ロウ９０を介在させ、接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、セラミックヒー
タと電極端子との接合構造及びその接合方法に関する。
タと電極端子との接合構造及びその接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 半導体デバイスの高速・多ピン化に伴
い、狭ピッチ・高精度の半導体実装技術がますます重要
になりつつある。特に、液晶パネル実装におけるＣＯ
Ｇ，コンピュータや携帯電話におけるＭＣＭ実装など
で、すでに実用化されているフリップチップボンディン
グ（ＦＣＢ）は、図７（ａ）に示すように、半導体デバ
イスのＳｉチップ５０と基板６０上の電極６２を接合す
る際、直接半田やＡｕロウ等の接合端子（バンプ）５２
で熱圧着により接合する方法である。このフリップチッ
プボンディング（ＦＣＢ）は、図７（ｂ）（ｃ）に示す
ような従来のリード線５４，５６を介して接合を行うワ
イヤボンディング（ＷＢ）やテープキャリア（ＴＣ）と
比較して、デバイスの更なるコンパクト・小形化および
高速化が可能となるため、今後ワイヤボンディング（Ｗ
Ｂ）にかわりフリップチップボンディング（ＦＣＢ）が
主流になると予想されている。
い、狭ピッチ・高精度の半導体実装技術がますます重要
になりつつある。特に、液晶パネル実装におけるＣＯ
Ｇ，コンピュータや携帯電話におけるＭＣＭ実装など
で、すでに実用化されているフリップチップボンディン
グ（ＦＣＢ）は、図７（ａ）に示すように、半導体デバ
イスのＳｉチップ５０と基板６０上の電極６２を接合す
る際、直接半田やＡｕロウ等の接合端子（バンプ）５２
で熱圧着により接合する方法である。このフリップチッ
プボンディング（ＦＣＢ）は、図７（ｂ）（ｃ）に示す
ような従来のリード線５４，５６を介して接合を行うワ
イヤボンディング（ＷＢ）やテープキャリア（ＴＣ）と
比較して、デバイスの更なるコンパクト・小形化および
高速化が可能となるため、今後ワイヤボンディング（Ｗ
Ｂ）にかわりフリップチップボンディング（ＦＣＢ）が
主流になると予想されている。
【０００３】 このフリップチップボンディング（ＦＣ
Ｂ）に用いる装置の一例を図６に示す。実際にフリップ
チップボンディング（ＦＣＢ）を行う場合、Ｓｉチップ
５０のサイズに対応したツールヘッド２０を選択し、ツ
ールヘッド２０を真空吸着によりヒータ１に固定した
後、Ｓｉチップ５０を真空吸着によりツールヘッド２０
に装着させる。ここで、ヒータ１は、Ｓｉチップ５０を
強制冷却するために、ジャケット３０にネジ止めされて
いる。そして、Ｓｉチップ５０と接合するための電極６
２が配設された基板６０を、基板用基台４０に真空吸着
により固定させる。
Ｂ）に用いる装置の一例を図６に示す。実際にフリップ
チップボンディング（ＦＣＢ）を行う場合、Ｓｉチップ
５０のサイズに対応したツールヘッド２０を選択し、ツ
ールヘッド２０を真空吸着によりヒータ１に固定した
後、Ｓｉチップ５０を真空吸着によりツールヘッド２０
に装着させる。ここで、ヒータ１は、Ｓｉチップ５０を
強制冷却するために、ジャケット３０にネジ止めされて
いる。そして、Ｓｉチップ５０と接合するための電極６
２が配設された基板６０を、基板用基台４０に真空吸着
により固定させる。
【０００４】 次に、ツールヘッド２０を基板用基台４
０の位置決めされた方向に垂直に降下させて、Ｓｉチッ
プ５０上の接合端子５２と基板６０上の電極６２を接触
させた後、所定の荷重（最大５０ｋｇｆ程度）を掛ける
と同時に、Ｓｉチップ５０を所定の温度（４５０〜５０
０℃程度）に急速昇温（５０℃から４５０〜５００℃ま
で５秒程度）させ、一定時間（３〜５秒程度）保持する
ことにより、Ｓｉチップ５０上の接合端子（バンプ）５
２と基板６０上の電極６２を熱圧着する。そして、速や
かにヒータ１の電源を切断し、ジャケット３０で強制冷
却（水冷又は空冷）を行い、ツールヘッド２０に装着さ
れたＳｉチップ５０を急速降温（４５０〜５００℃から
１００℃まで２０秒程度）させることにより、Ｓｉチッ
プ５０上の接合端子（バンプ）５２と基板６０上の電極
６２が接合され、フリップチップボンディング（ＦＣ
Ｂ）は完了する。
０の位置決めされた方向に垂直に降下させて、Ｓｉチッ
プ５０上の接合端子５２と基板６０上の電極６２を接触
させた後、所定の荷重（最大５０ｋｇｆ程度）を掛ける
と同時に、Ｓｉチップ５０を所定の温度（４５０〜５０
０℃程度）に急速昇温（５０℃から４５０〜５００℃ま
で５秒程度）させ、一定時間（３〜５秒程度）保持する
ことにより、Ｓｉチップ５０上の接合端子（バンプ）５
２と基板６０上の電極６２を熱圧着する。そして、速や
かにヒータ１の電源を切断し、ジャケット３０で強制冷
却（水冷又は空冷）を行い、ツールヘッド２０に装着さ
れたＳｉチップ５０を急速降温（４５０〜５００℃から
１００℃まで２０秒程度）させることにより、Ｓｉチッ
プ５０上の接合端子（バンプ）５２と基板６０上の電極
６２が接合され、フリップチップボンディング（ＦＣ
Ｂ）は完了する。
【０００５】 このとき、Ｓｉチップ５０の接合端子
（バンプ）５２の広がりを防止すると同時に、Ｓｉチッ
プ５０に対する熱的なダメージを少なくするため、急速
昇降温（昇温：５秒以下、降温：２０秒以下）すること
が、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）を確実に行
う上で必要不可欠である。
（バンプ）５２の広がりを防止すると同時に、Ｓｉチッ
プ５０に対する熱的なダメージを少なくするため、急速
昇降温（昇温：５秒以下、降温：２０秒以下）すること
が、フリップチップボンディング（ＦＣＢ）を確実に行
う上で必要不可欠である。
【０００６】 上記の要件を満たすために、最近では、
熱伝導性、均熱性、放熱性および熱衝撃性の優れた特性
を有する窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素等のセ
ラミックスを用いたボンディング用ヒータ１が主に用い
られている。
熱伝導性、均熱性、放熱性および熱衝撃性の優れた特性
を有する窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素等のセ
ラミックスを用いたボンディング用ヒータ１が主に用い
られている。
【０００７】 このとき、上記ヒータ１の電極端子の接
合方法は、導電性、接合強度に加えて、ヒータに埋設さ
れた発熱体を高温大気から保護するために、接合部の真
空気密性が要求される。このため、電極端子を形成する
接合金属をヒータに接合する場合、発熱体とその周辺の
セラミック基材を同時に接合することが必要であり、活
性金属ロウを用いた接合が従来から行われていた。
合方法は、導電性、接合強度に加えて、ヒータに埋設さ
れた発熱体を高温大気から保護するために、接合部の真
空気密性が要求される。このため、電極端子を形成する
接合金属をヒータに接合する場合、発熱体とその周辺の
セラミック基材を同時に接合することが必要であり、活
性金属ロウを用いた接合が従来から行われていた。
【０００８】 しかしながら、図３に示すように、セラ
ミック基材２と電極端子８０を形成する接合金属を金属
ロウ９０で直接接合しようとすると、金属ロウ９０中の
活性金属が電極端子８０を形成する接合金属と反応して
しまい、セラミック基材２と反応するための活性金属が
欠乏し、セラミック基材２と金属ロウ９０との濡れ性が
悪くなるため、接合強度が著しく低下し、ヒータの寿命
が短くなってしまうという問題があった。特に、この問
題は、電極端子がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成る群の１種以
上を主成分とする金属、例えば、コバールやＳＵＳ等で
ある場合、顕著であった。
ミック基材２と電極端子８０を形成する接合金属を金属
ロウ９０で直接接合しようとすると、金属ロウ９０中の
活性金属が電極端子８０を形成する接合金属と反応して
しまい、セラミック基材２と反応するための活性金属が
欠乏し、セラミック基材２と金属ロウ９０との濡れ性が
悪くなるため、接合強度が著しく低下し、ヒータの寿命
が短くなってしまうという問題があった。特に、この問
題は、電極端子がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成る群の１種以
上を主成分とする金属、例えば、コバールやＳＵＳ等で
ある場合、顕著であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ヒータと電極端子との接合強
度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができるセ
ラミックヒータと電極端子との接合構造及びその接合方
法を提供するものである。
な従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ヒータと電極端子との接合強
度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができるセ
ラミックヒータと電極端子との接合構造及びその接合方
法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、発熱体が埋設されたセラミック基材からなるセラ
ミックヒータと電極端子との接合構造であって、電極端
子を接合させるセラミック基材の表面に、活性金属ロウ
を用いてメタライジング層を形成し、該メタライジング
層と該電極端子との間に金属ロウを介在させ、接合させ
てなることを特徴とするセラミックヒータと電極端子と
の接合構造が提供される。
れば、発熱体が埋設されたセラミック基材からなるセラ
ミックヒータと電極端子との接合構造であって、電極端
子を接合させるセラミック基材の表面に、活性金属ロウ
を用いてメタライジング層を形成し、該メタライジング
層と該電極端子との間に金属ロウを介在させ、接合させ
てなることを特徴とするセラミックヒータと電極端子と
の接合構造が提供される。
【００１１】 また、本発明によれば、発熱体が埋設さ
れたセラミック基材からなるセラミックヒータと電極端
子との接合方法であって、電極端子を接合させるセラミ
ック基材の表面に、活性金属ロウを用いてメタライジン
グ層を形成した後、該メタライジング層と該電極端子と
の間に金属ロウを入れ、加熱処理して接合させることを
特徴とするセラミックヒータの電極端子の接合方法が提
供される。
れたセラミック基材からなるセラミックヒータと電極端
子との接合方法であって、電極端子を接合させるセラミ
ック基材の表面に、活性金属ロウを用いてメタライジン
グ層を形成した後、該メタライジング層と該電極端子と
の間に金属ロウを入れ、加熱処理して接合させることを
特徴とするセラミックヒータの電極端子の接合方法が提
供される。
【００１２】 このとき、本発明では、活性金属ロウが
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ａｕ−Ｔｉ合
金のいずれかであることが好ましく、金属ロウが、活性
金属ロウ又は通常の金属同士を接合するために用いられ
るＡｇロウ、Ｃｕロウ、Ｎｉロウ、Ａｕロウ等であるこ
とが好ましい。更に、電極端子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏか
ら成る群の１種以上を主成分とする金属であることが好
ましく、低熱膨張かつ耐酸化性の良好なコバールである
ことがより好ましい。
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ａｕ−Ｔｉ合
金のいずれかであることが好ましく、金属ロウが、活性
金属ロウ又は通常の金属同士を接合するために用いられ
るＡｇロウ、Ｃｕロウ、Ｎｉロウ、Ａｕロウ等であるこ
とが好ましい。更に、電極端子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏか
ら成る群の１種以上を主成分とする金属であることが好
ましく、低熱膨張かつ耐酸化性の良好なコバールである
ことがより好ましい。
【００１３】 また、本発明では、セラミックヒータが
ボンディング用ヒータであり、発熱体を埋設したヒータ
部と、ヒータ部に一体的に結合してヒータ部を固定する
ホルダー部とを備えたものであることが好ましい。
ボンディング用ヒータであり、発熱体を埋設したヒータ
部と、ヒータ部に一体的に結合してヒータ部を固定する
ホルダー部とを備えたものであることが好ましい。
【００１４】 更に、本発明では、セラミック基材が単
一材料で、緻密質又は多孔質である窒化珪素、窒化アル
ミニウム、炭化珪素のいずれかで形成されていることが
好ましい。
一材料で、緻密質又は多孔質である窒化珪素、窒化アル
ミニウム、炭化珪素のいずれかで形成されていることが
好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】 本発明のセラミックヒータと電
極端子との接合方法及びその接合構造は、電極端子を接
合させるセラミック基材の表面に、活性金属ロウを用い
てメタライジング層を形成した後、該メタライジング層
と該電極端子との間に金属ロウを入れ、加熱処理して接
合させたものである。これにより、ヒータと電極端子と
の接合強度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることが
できる。
極端子との接合方法及びその接合構造は、電極端子を接
合させるセラミック基材の表面に、活性金属ロウを用い
てメタライジング層を形成した後、該メタライジング層
と該電極端子との間に金属ロウを入れ、加熱処理して接
合させたものである。これにより、ヒータと電極端子と
の接合強度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることが
できる。
【００１６】 以下、図面に基づき本発明を詳細に説明
する。図１は、本発明におけるセラミック基材と電極端
子との接合状態を示す説明図、図２は、本発明の電極端
子の接合構造の一実施態様の要部を示すものであり、
（ａ）は正面透視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は断面
図である。
する。図１は、本発明におけるセラミック基材と電極端
子との接合状態を示す説明図、図２は、本発明の電極端
子の接合構造の一実施態様の要部を示すものであり、
（ａ）は正面透視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は断面
図である。
【００１７】 ここで、本発明のセラミックヒータと電
極端子との接合方法及びその接合構造の主な特徴は、例
えば、金属ロウ９０による電極端子８０とセラミック基
材２との接合を行う前に、図１に示すように、電極端子
８０を接合させるセラミック基材２の表面に、活性金属
ロウを用いてメタライジング層（セラミックスの表面に
金属粒子が埋め込まれた層）９２を形成することにあ
る。これにより、セラミック基材２と反応するために必
要な金属ロウ９０中の活性金属の欠乏を防止することが
できるため、セラミック基材２と金属ロウ９０との濡れ
性を向上させることができる。
極端子との接合方法及びその接合構造の主な特徴は、例
えば、金属ロウ９０による電極端子８０とセラミック基
材２との接合を行う前に、図１に示すように、電極端子
８０を接合させるセラミック基材２の表面に、活性金属
ロウを用いてメタライジング層（セラミックスの表面に
金属粒子が埋め込まれた層）９２を形成することにあ
る。これにより、セラミック基材２と反応するために必
要な金属ロウ９０中の活性金属の欠乏を防止することが
できるため、セラミック基材２と金属ロウ９０との濡れ
性を向上させることができる。
【００１８】 次いで、セラミック基材２の表面に形成
されたメタライジング層９２と電極端子８０との間に金
属ロウ９０を入れ、加熱処理して接合させる。これによ
り、従来の方法（図３参照）と比較して、セラミック基
材２と電極端子８０との接合強度を向上させることがで
きる。尚、金属ロウ９０は、活性金属ロウ又は通常の金
属同士を接合するために用いられるＡｇロウ、Ｃｕロ
ウ、Ｎｉロウ、Ａｕロウ等であってもよい。
されたメタライジング層９２と電極端子８０との間に金
属ロウ９０を入れ、加熱処理して接合させる。これによ
り、従来の方法（図３参照）と比較して、セラミック基
材２と電極端子８０との接合強度を向上させることがで
きる。尚、金属ロウ９０は、活性金属ロウ又は通常の金
属同士を接合するために用いられるＡｇロウ、Ｃｕロ
ウ、Ｎｉロウ、Ａｕロウ等であってもよい。
【００１９】 本発明で用いる活性金属ロウは、特に限
定されないが、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合
金、Ａｕ−Ｔｉ合金のいずれかであることが、ヒータの
使用温度、ヒータ製造時における作業性を考慮した上で
好ましい。尚、上記活性金属ロウは、シート状でもペー
スト状でも良い。
定されないが、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合
金、Ａｕ−Ｔｉ合金のいずれかであることが、ヒータの
使用温度、ヒータ製造時における作業性を考慮した上で
好ましい。尚、上記活性金属ロウは、シート状でもペー
スト状でも良い。
【００２０】 本発明で用いる電極端子８０は、ヒータ
１本体を形成するセラミック基材２に無理な歪力がかか
らないことが良いため、セラミック基材２との熱膨張差
が小さく、且つ大気中で高温下に曝されるため、耐酸化
性が要求される。以上のことから、電極端子８０は、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成る群の１種以上を主成分とする金
属であることが好ましく、例えば、コバール（ｋｏｖａ
ｒ）で形成されていることがより好ましい。
１本体を形成するセラミック基材２に無理な歪力がかか
らないことが良いため、セラミック基材２との熱膨張差
が小さく、且つ大気中で高温下に曝されるため、耐酸化
性が要求される。以上のことから、電極端子８０は、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成る群の１種以上を主成分とする金
属であることが好ましく、例えば、コバール（ｋｏｖａ
ｒ）で形成されていることがより好ましい。
【００２１】 ここで、本発明で用いるセラミックヒー
タは、特に限定されないが、ボンディング用ヒータであ
ることが好ましく、発熱体が埋設されたヒータ部と、ヒ
ータ部に一体的に結合してヒータ部を固定するホルダー
部とを備えたセラミック基材からなるものであることが
より好ましい。これは、ヒータ部とホルダー部とが分割
された従来のヒータと比較して、接触熱抵抗を小さくす
ることができるため、降温速度を高速化することができ
るとともに、局所的な温度分布による応力集中が発生し
ないため、強度信頼性が高く、且つ剛性もあるため、熱
変形しにくく、平面度を良好にすることができるからで
ある。
タは、特に限定されないが、ボンディング用ヒータであ
ることが好ましく、発熱体が埋設されたヒータ部と、ヒ
ータ部に一体的に結合してヒータ部を固定するホルダー
部とを備えたセラミック基材からなるものであることが
より好ましい。これは、ヒータ部とホルダー部とが分割
された従来のヒータと比較して、接触熱抵抗を小さくす
ることができるため、降温速度を高速化することができ
るとともに、局所的な温度分布による応力集中が発生し
ないため、強度信頼性が高く、且つ剛性もあるため、熱
変形しにくく、平面度を良好にすることができるからで
ある。
【００２２】 上記ボンディング用ヒータは、例えば、
図４〜５に示すように、発熱体１２が埋設されたヒータ
部１４と、ヒータ部１４に一体的に結合してヒータ部１
４を固定するホルダー部１５とを備えたセラミック基材
２からなり、Ｓｉチップ５０（図６参照）をツールヘッ
ド２０（図６参照）を介して真空吸着により固定するＳ
ｉチップ真空吸着孔４と、発熱体１２に給電する端子接
合部８と、ボンディング用ヒータ１の温度を測定する測
温用熱電対孔１３と、ツールヘッド２０（図６参照）を
真空吸着により固定するツールヘッド真空吸着孔６と、
ジャケット３０（図６参照）にボンディング用ヒータ１
を固定する固定用ねじ孔１０を備えている。このとき、
セラミック基材２の加熱面１７から発熱体１２までの距
離ａは、１〜３ｍｍであることが好ましい（図５（ｂ）
参照）。また、セラミック基材の厚みＴは、発熱体１２
より剛性を大きくするために、１０ｍｍ以上であること
が好ましい（図５（ｂ）参照）。
図４〜５に示すように、発熱体１２が埋設されたヒータ
部１４と、ヒータ部１４に一体的に結合してヒータ部１
４を固定するホルダー部１５とを備えたセラミック基材
２からなり、Ｓｉチップ５０（図６参照）をツールヘッ
ド２０（図６参照）を介して真空吸着により固定するＳ
ｉチップ真空吸着孔４と、発熱体１２に給電する端子接
合部８と、ボンディング用ヒータ１の温度を測定する測
温用熱電対孔１３と、ツールヘッド２０（図６参照）を
真空吸着により固定するツールヘッド真空吸着孔６と、
ジャケット３０（図６参照）にボンディング用ヒータ１
を固定する固定用ねじ孔１０を備えている。このとき、
セラミック基材２の加熱面１７から発熱体１２までの距
離ａは、１〜３ｍｍであることが好ましい（図５（ｂ）
参照）。また、セラミック基材の厚みＴは、発熱体１２
より剛性を大きくするために、１０ｍｍ以上であること
が好ましい（図５（ｂ）参照）。
【００２３】 尚、本発明で用いる発熱体１２は、重金
属又は重金属炭化物からなる粉末ペーストから形成され
ることが好ましい。特に、重金属炭化物を用いることに
より、セラミック基材と発熱体の一体焼結時における重
金属の炭化を低減することができるため、セラミック基
材中の発熱体周辺部の剥離を防止することができる。
属又は重金属炭化物からなる粉末ペーストから形成され
ることが好ましい。特に、重金属炭化物を用いることに
より、セラミック基材と発熱体の一体焼結時における重
金属の炭化を低減することができるため、セラミック基
材中の発熱体周辺部の剥離を防止することができる。
【００２４】 このとき、本発明で用いる重金属は、従
来から用いられている高融点金属であれば、特に限定さ
れないが、タングステン又はモリブデンであることが好
ましい。
来から用いられている高融点金属であれば、特に限定さ
れないが、タングステン又はモリブデンであることが好
ましい。
【００２５】 尚、本発明で用いるセラミック基材２
は、熱伝導率が少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると
ともに、抗折強度が３００ＭＰａ以上、破壊靭性が２Ｍ
Ｐａ・ｍ1/2以上、熱衝撃性がΔＴ５００℃以上である
ことが好ましい。このため、セラミック基材２は、単一
材料で、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいず
れかで形成されていることが好ましく、特に、ジャケッ
ト３０（図６参照）で強制冷却を行う場合、より抗折強
度、破壊靱性及び熱衝撃性に優れた窒化珪素で形成され
ていることが好ましい。
は、熱伝導率が少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると
ともに、抗折強度が３００ＭＰａ以上、破壊靭性が２Ｍ
Ｐａ・ｍ1/2以上、熱衝撃性がΔＴ５００℃以上である
ことが好ましい。このため、セラミック基材２は、単一
材料で、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいず
れかで形成されていることが好ましく、特に、ジャケッ
ト３０（図６参照）で強制冷却を行う場合、より抗折強
度、破壊靱性及び熱衝撃性に優れた窒化珪素で形成され
ていることが好ましい。
【００２６】
【実施例】 本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。 （実施例１、比較例１）セラミックヒータの基材の材質
である窒化珪素製の試料を２対（計４個）用意した。そ
のうち１対の試料の接合面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金から
なる活性金属ロウを用いてメタライジング層を形成した
（実施例１）。次に、上記２対の試料の接合面にＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金からなる活性金属ロウシート材を積層し
た後、電極端子の材質であるコバールの板材（厚さ：
０．１ｍｍ）を２つの試料で挟み込むように圧着しなが
ら、真空炉中、８５０℃でそれぞれ接合した（実施例
１、比較例１）。上記の方法により接合されたそれぞれ
の接合体（実施例１、比較例１）の接合強度を調べるた
めに、ＪＩＳ Ｒ−１６０１「ファインセラミックスの
曲げ強さ試験法」に準拠した４点曲げ強度試験を行っ
た。その結果を表１に示す。
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。 （実施例１、比較例１）セラミックヒータの基材の材質
である窒化珪素製の試料を２対（計４個）用意した。そ
のうち１対の試料の接合面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金から
なる活性金属ロウを用いてメタライジング層を形成した
（実施例１）。次に、上記２対の試料の接合面にＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金からなる活性金属ロウシート材を積層し
た後、電極端子の材質であるコバールの板材（厚さ：
０．１ｍｍ）を２つの試料で挟み込むように圧着しなが
ら、真空炉中、８５０℃でそれぞれ接合した（実施例
１、比較例１）。上記の方法により接合されたそれぞれ
の接合体（実施例１、比較例１）の接合強度を調べるた
めに、ＪＩＳ Ｒ−１６０１「ファインセラミックスの
曲げ強さ試験法」に準拠した４点曲げ強度試験を行っ
た。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】（実施例２、比較例２）窒化珪素造粒顆粒
を金型プレス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を
行い、プレス成形体Ａを作製した。
を金型プレス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を
行い、プレス成形体Ａを作製した。
【００２９】 ９９ｗｔ％のタングステン粉末（平均粒
径：１．１μｍ）にバインダーとしてポリビニルブチラ
ールを加え、ブチルカルビト−ルで粘調した粉末ペース
トを調製した。この粉末ペーストを用い、プレス成形体
Ａの上面に図５（ａ）に示す形状になるようにスクリー
ン印刷を施した。
径：１．１μｍ）にバインダーとしてポリビニルブチラ
ールを加え、ブチルカルビト−ルで粘調した粉末ペース
トを調製した。この粉末ペーストを用い、プレス成形体
Ａの上面に図５（ａ）に示す形状になるようにスクリー
ン印刷を施した。
【００３０】 スクリーン印刷されたプレス成形体Ａの
上に窒化珪素造粒顆粒を金型内で積層させた後、金型プ
レス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を行い、プ
レス成形体Ｂを作製した。上記プレス成形体Ｂを７ｔの
加圧でコールドアイソスタティックプレス（ＣＩＰ）に
よる成形と白加工することにより、プレス成形体Ｃを作
製した。
上に窒化珪素造粒顆粒を金型内で積層させた後、金型プ
レス（成形圧：２００ｋｇ／ｃｍ2）で成形を行い、プ
レス成形体Ｂを作製した。上記プレス成形体Ｂを７ｔの
加圧でコールドアイソスタティックプレス（ＣＩＰ）に
よる成形と白加工することにより、プレス成形体Ｃを作
製した。
【００３１】 上記プレス成形体Ｃをバインダー等の樹
脂抜くために、窒素ガス雰囲気下、５００℃×２ｈｒで
仮焼した後、更に窒素ガス雰囲気下、１８７０℃×３ｈ
ｒで焼成を行うことにより、発熱体が埋設され、ヒータ
部とホルダー部が一体となったセラミック基材を作製し
た。
脂抜くために、窒素ガス雰囲気下、５００℃×２ｈｒで
仮焼した後、更に窒素ガス雰囲気下、１８７０℃×３ｈ
ｒで焼成を行うことにより、発熱体が埋設され、ヒータ
部とホルダー部が一体となったセラミック基材を作製し
た。
【００３２】 得られたセラミック基材をマシニングセ
ンターで研削加工及び平面研磨機にて研磨することによ
り、図４に示す一体型ボンディング用ヒータを作製した
（実施例２、比較例２）。
ンターで研削加工及び平面研磨機にて研磨することによ
り、図４に示す一体型ボンディング用ヒータを作製した
（実施例２、比較例２）。
【００３３】 次いで、図２に示すように、上記ヒータ
１の端子接合部８と電極端子８０との接合を行う。この
とき、実施例２は、図１に示すように、電極端子８０を
接合させるセラミック基材２の表面（端子接合部８の周
辺部）にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金である活性金属ロウを
用いてメタライジング層９２を形成させた後、メタライ
ジング層９２と電極端子８０との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系合金（融点：８５０℃）である金属ロウ９０を入れ、
圧着させながら、真空炉中、８５０℃で接合を行った。
一方、比較例２は、図３に示すように、電極端子８０を
接合させるセラミック基材２の表面（端子接合部８の周
辺部）と電極端子８０との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金
である金属ロウ９０を入れ、圧着させながら、真空炉
中、８５０℃で接合を行った。
１の端子接合部８と電極端子８０との接合を行う。この
とき、実施例２は、図１に示すように、電極端子８０を
接合させるセラミック基材２の表面（端子接合部８の周
辺部）にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金である活性金属ロウを
用いてメタライジング層９２を形成させた後、メタライ
ジング層９２と電極端子８０との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
系合金（融点：８５０℃）である金属ロウ９０を入れ、
圧着させながら、真空炉中、８５０℃で接合を行った。
一方、比較例２は、図３に示すように、電極端子８０を
接合させるセラミック基材２の表面（端子接合部８の周
辺部）と電極端子８０との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金
である金属ロウ９０を入れ、圧着させながら、真空炉
中、８５０℃で接合を行った。
【００３４】 それぞれ得られたボンディング用ヒータ
（実施例２、比較例２）を、図６に示すフリップチップ
ボンディング（ＦＣＢ）に用いる装置に適用し、Ｓｉチ
ップを５００℃に急速昇温（５０℃から５００℃まで５
秒以下）し、５００℃で一定時間（３〜５秒程度）保持
した後、Ｓｉチップを急速降温（５００℃から１００℃
まで２０秒以下）させる工程を１サイクルとして、これ
をヒータ寿命まで繰り返し行うことにより、熱サイクル
耐久試験を行い、その結果及び熱サイクル耐久試験後の
ヒータの電極端子の接合状態を表２に示す。
（実施例２、比較例２）を、図６に示すフリップチップ
ボンディング（ＦＣＢ）に用いる装置に適用し、Ｓｉチ
ップを５００℃に急速昇温（５０℃から５００℃まで５
秒以下）し、５００℃で一定時間（３〜５秒程度）保持
した後、Ｓｉチップを急速降温（５００℃から１００℃
まで２０秒以下）させる工程を１サイクルとして、これ
をヒータ寿命まで繰り返し行うことにより、熱サイクル
耐久試験を行い、その結果及び熱サイクル耐久試験後の
ヒータの電極端子の接合状態を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】（考察：実施例１〜２、比較例１〜２）表
１の結果から、実施例１は、金属を接合させるセラミッ
クスの表面に、活性金属ロウを用いてメタライジング層
を形成した後、活性金属ロウによる金属とセラミックス
とを接合することにより、セラミックスと活性金属ロウ
との濡れ性を向上させることができるため、比較例１と
比較して、セラミックスと金属との接合強度を向上させ
ることができた。また、上記の理由から、実施例２は、
比較例２と比較して、端子接合部と電極端子との接合強
度を向上させることができるため、表２に示すように、
熱サイクル耐久性も向上していることが判明した。
１の結果から、実施例１は、金属を接合させるセラミッ
クスの表面に、活性金属ロウを用いてメタライジング層
を形成した後、活性金属ロウによる金属とセラミックス
とを接合することにより、セラミックスと活性金属ロウ
との濡れ性を向上させることができるため、比較例１と
比較して、セラミックスと金属との接合強度を向上させ
ることができた。また、上記の理由から、実施例２は、
比較例２と比較して、端子接合部と電極端子との接合強
度を向上させることができるため、表２に示すように、
熱サイクル耐久性も向上していることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発
明のセラミックヒータと電極端子の接合構造およびその
接合方法は、ヒータの端子接合部と電極端子との接合強
度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができる。
明のセラミックヒータと電極端子の接合構造およびその
接合方法は、ヒータの端子接合部と電極端子との接合強
度信頼性が高く、ヒータを長寿命にすることができる。
【図１】 本発明におけるセラミック基材と電極端子と
の接合状態を示す説明図である。
の接合状態を示す説明図である。
【図２】 本発明のセラミックヒータと電極端子との接
合構造の一実施態様の要部を示すものであり、（ａ）は
正面透視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は断面図であ
る。
合構造の一実施態様の要部を示すものであり、（ａ）は
正面透視図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は断面図であ
る。
【図３】 従来におけるセラミック基材と電極端子との
接合状態を示す説明図である。
接合状態を示す説明図である。
【図４】 実施例２及び比較例２で作製したボンディン
グ用ヒータの一例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左
側面図、（ｃ）は右側面図である。
グ用ヒータの一例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左
側面図、（ｃ）は右側面図である。
【図５】 実施例２及び比較例２で作製したボンディン
グ用ヒータの発熱体の配置の一例であり、（ａ）は正面
透視図、（ｂ）は、側面透視図である。
グ用ヒータの発熱体の配置の一例であり、（ａ）は正面
透視図、（ｂ）は、側面透視図である。
【図６】 フリップチップボンディング（ＦＣＢ）に用
いる装置の一例を示した概略説明図である。
いる装置の一例を示した概略説明図である。
【図７】 半導体実装技術の主要な方法を示したもので
あり、（ａ）はフリップチップボンディング（ＦＣ
Ｂ）、（ｂ）はワイヤボンディング（ＷＢ）、（ｃ）は
テープキャリア（ＴＣ）である。
あり、（ａ）はフリップチップボンディング（ＦＣ
Ｂ）、（ｂ）はワイヤボンディング（ＷＢ）、（ｃ）は
テープキャリア（ＴＣ）である。
１…ボンディング用ヒータ、２…セラミック基材（ヒー
タ部＋ホルダー部）、４…Ｓｉチップ真空吸着孔、６…
ツールヘッド真空吸着孔、８…端子接合部、９…露出
部、１０…固定用ねじ孔、１１…固定用ねじ、１２…発
熱体、１３…測温用熱電対孔、１４…ヒータ部、１５…
ホルダー部、１７…加熱面、１８…冷却面、２０…ツー
ルヘッド、３０…ジャケット、４０…基板用基台、５０
…Ｓｉチップ、５２…接合端子、５４…リード線（接続
細線）、５６…リード線（接続テープ）、６０…基板、
６２…電極、８０…電極端子（接合金属）、９０…金属
ロウ、９２…メタライジング層。
タ部＋ホルダー部）、４…Ｓｉチップ真空吸着孔、６…
ツールヘッド真空吸着孔、８…端子接合部、９…露出
部、１０…固定用ねじ孔、１１…固定用ねじ、１２…発
熱体、１３…測温用熱電対孔、１４…ヒータ部、１５…
ホルダー部、１７…加熱面、１８…冷却面、２０…ツー
ルヘッド、３０…ジャケット、４０…基板用基台、５０
…Ｓｉチップ、５２…接合端子、５４…リード線（接続
細線）、５６…リード線（接続テープ）、６０…基板、
６２…電極、８０…電極端子（接合金属）、９０…金属
ロウ、９２…メタライジング層。
Claims (14)
- 【請求項１】 発熱体が埋設されたセラミック基材から
なるセラミックヒータと電極端子との接合構造であっ
て、 電極端子を接合させるセラミック基材の表面に、活性金
属ロウを用いてメタライジング層を形成し、該メタライ
ジング層と該電極端子との間に金属ロウを介在させ、接
合させてなることを特徴とするセラミックヒータと電極
端子との接合構造。 - 【請求項２】 活性金属ロウが、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ａｕ−Ｔｉ合金のいずれかである
請求項１記載のセラミックヒータと電極端子との接合構
造。 - 【請求項３】 電極端子が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成る
群の１種以上を主成分とする金属である請求項１又は２
に記載のセラミックヒータと電極端子との接合構造。 - 【請求項４】 電極端子が、コバールである請求項３に
記載のセラミックヒータと電極端子との接合構造。 - 【請求項５】 セラミックヒータが、ボンディング用ヒ
ータである請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミ
ックヒータと電極端子との接合構造。 - 【請求項６】 ボンディング用ヒータが、発熱体を埋設
したヒータ部と、該ヒータ部に一体的に結合して該ヒー
タ部を固定するホルダー部とを備えたものである請求項
５に記載のセラミックヒータと電極端子との接合構造。 - 【請求項７】 セラミック基材が、単一材料で、窒化珪
素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかで形成され
ている請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミック
ヒータと電極端子との接合構造。 - 【請求項８】 発熱体が埋設されたセラミック基材から
なるセラミックヒータと電極端子との接合方法であっ
て、 電極端子を接合させるセラミック基材の表面に、活性金
属ロウを用いてメタライジング層を形成した後、該メタ
ライジング層と該電極端子との間に金属ロウを入れ、加
熱処理して接合させることを特徴とするセラミックヒー
タと電極端子との接合方法。 - 【請求項９】 活性金属ロウが、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ａｕ−Ｔｉ合金のいずれかである
請求項８に記載のセラミックヒータと電極端子との接合
方法。 - 【請求項１０】 電極端子が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏから成
る群の１種以上を主成分とする金属である請求項８又は
９に記載のセラミックヒータと電極端子との接合方法。 - 【請求項１１】 電極端子が、コバールである請求項１
０に記載のセラミックヒータと電極端子との接合方法。 - 【請求項１２】 セラミックヒータが、ボンディング用
ヒータである請求項８〜１１のいずれか１項に記載のセ
ラミックヒータと電極端子との接合方法。 - 【請求項１３】 ボンディング用ヒータが、発熱体を埋
設したヒータ部と、該ヒータ部に一体的に結合して該ヒ
ータ部を固定するホルダー部とを備えたものである請求
項１２に記載のセラミックヒータと電極端子との接合方
法。 - 【請求項１４】 セラミック基材が、単一材料で、窒化
珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかで形成さ
れている請求項８〜１３のいずれか１項に記載のセラミ
ックヒータと電極端子との接合方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11092889A JP2000286038A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | セラミックヒータと電極端子との接合構造およびその接合方法 |
| US09/537,052 US6291804B1 (en) | 1999-03-31 | 2000-03-28 | Joined structure of ceramic heater and electrode terminal, and joining method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11092889A JP2000286038A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | セラミックヒータと電極端子との接合構造およびその接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286038A true JP2000286038A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=14067034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11092889A Pending JP2000286038A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | セラミックヒータと電極端子との接合構造およびその接合方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6291804B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000286038A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101130093B1 (ko) | 2006-05-03 | 2012-03-28 | 와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니 | 세라믹 히터를 위한 전력 단자 |
| JP2014091676A (ja) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Ngk Insulators Ltd | セラミックス部材と金属部材との接合体及びその製法 |
| US20220362891A1 (en) * | 2019-10-08 | 2022-11-17 | Rogers Germany Gmbh | Method for producing a metal-ceramic substrate, solder system, and metal-ceramic substrate produced using such a method |
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| KR100474333B1 (ko) * | 2002-04-09 | 2005-03-08 | 엘지전자 주식회사 | 전열기의 발열체 단자 구조 |
| JP4136648B2 (ja) * | 2002-12-26 | 2008-08-20 | 日本碍子株式会社 | 異種材料接合体及びその製造方法 |
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| WO2005119128A1 (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-15 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Igniter systems |
| CN100434218C (zh) * | 2004-09-30 | 2008-11-19 | 太原理工大学 | 表面合金化陶瓷的应用方法 |
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| JP6140955B2 (ja) * | 2011-12-21 | 2017-06-07 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータの製造方法 |
| US20160249413A1 (en) * | 2015-02-23 | 2016-08-25 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Transparent planar heater |
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| US4803345A (en) * | 1986-07-11 | 1989-02-07 | Nippondenso Co., Ltd. | Ceramic heater apparatus with metal electrodes |
| US4804823A (en) * | 1986-07-31 | 1989-02-14 | Kyocera Corporation | Ceramic heater |
| JP2535372B2 (ja) * | 1988-03-09 | 1996-09-18 | 日本碍子株式会社 | セラミック・ヒ―タ及び電気化学的素子並びに酸素分析装置 |
| DE4240812A1 (de) * | 1992-12-04 | 1994-06-09 | Bosch Gmbh Robert | Heizeranordnung für einen Meßfühler zur Bestimmung von Bestandteilen in Gasen |
| GB9423921D0 (en) * | 1994-11-26 | 1995-01-11 | Panaghe Stylianos | Electrical connection method |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11092889A patent/JP2000286038A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-28 US US09/537,052 patent/US6291804B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US20220362891A1 (en) * | 2019-10-08 | 2022-11-17 | Rogers Germany Gmbh | Method for producing a metal-ceramic substrate, solder system, and metal-ceramic substrate produced using such a method |
| US11945054B2 (en) * | 2019-10-08 | 2024-04-02 | Rogers Germany Gmbh | Method for producing a metal-ceramic substrate, solder system, and metal-ceramic substrate produced using such a method |
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