焊接载物台制造技术

一种焊接载物台，其特征在于：主体部由导热率为１００Ｗ／ｍＫ以上的构件组成，并存在该主体部的外缘至少有一部分是由导热率为５０Ｗ／ｍＫ以下的构件组成的外周部。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体制造工序中，半导体元件与印刷电路板的电极在焊接时采用的焊接载物台。通常，焊接头应安装在安装装置内不干涉周围构件的位置上，但载物台位于高密度组装了载膜的箝位器(clamper)、印刷电路板座、半导体元件座和拾波器(pick-up)等部件的位置上时，发生下列问题。①加热到高温时，周围的零件受到辐射热而温度升高，因热膨胀致使接合位置的精度下降。②因温度增高而自载物台表面的放热影响增大，为控制温度而增大输出，从而增加了电源负荷。③与安装装置内置式加热器的温度的偏离差增大。另外，要求半导体元件与印刷电路板接合的高可靠性，对载物台表面平面度也有要求。另外，关于通过ACF(Anisotropic Conductive Film)、ACP(AnisotropicConductive Paste)、NCP(Non Conductive Paste)树脂材料的接合，因接合温度低，载物台或焊接头粘附着树脂，所以需要定期清理载物台和焊接头的表面。为了能在粘附树脂后仍继续安装，就要通过加热凝固，并不损坏载物台或焊接头的焊接面而清除，需要长时间浸泡在有机溶剂中处理，很麻烦。本专利技术的宗旨是解决上述技术问题，提供一种能够减小安装设备内的热负荷，使半导体元件的全部端子与印刷电路板或载膜的导线高精度焊接合的焊接载物台。另外，在通过树脂材料的接合法中，提供一种树脂不易粘附在表面上并易清除的焊接载物台。本专利技术的另一实施例为，焊接载物台主体部由导热率均为100W/mK以上的至少两个构件组成。这是因焊接载物台总体设计、而使主体部的形状变得复杂的情况。作为本专利技术主体部而使用的高导热率材料，大多数是难加工的材料，很难加工成复杂形状且成本增高。这种情况下，主体部若由几个形状简单的构件组合的话，即可用较低的成本制造形状复杂的高精度的主体部。另外，所述至少两个以上构件最好接合成一体。该至少两个以上构件间的接合方法，最好是利用金属焊接剂的接合方法接合成一体。另外，使用时如果是耐高温的结构，也可以用机械方法固定。用金属接合剂的接合方法，需要在比半导体元件安装温度高的高温下接合。例如，在安装半导体元件时，焊接载物台可加热的最高温度，在Au-Sn接合时为450～500℃，构件的接合温度应超过该温度，最好在600℃以上。在载物台主体部由上述的至少两个以上构件构成的情况下，两个相邻构件的热膨胀系数之差最好在室温与最高使用温度之间，即，在3×10-6/℃以下。这是因为，当室温与最高使用温度的热膨胀率之差超过3×10-6时，载物台上面的平面度增大，半导体元件的安装精度变差。本专利技术的焊接载物台的又一实施例是，主体部载物台面，最好涂覆氮化物陶瓷膜。另外，在该主体部的载物台面上所涂覆的氮化物陶瓷膜的、与环氧树脂的接触角度最好为55°以上。采用氮化铬作为氮化物陶瓷能够满足这些要求。在半导体制造生产线中，如前所述，在用金属材料接合的基础上，正在扩大到利用电性树脂片或浆的接合。与金属比较，树脂材料的接合具有接合温度低的优点。但缺点是树脂易粘附在载物台或焊接头上。很多树脂材料的主要成分是环氧树脂，正在寻求不易粘附环氧树脂并易清理的材质。如果粘附环氧树脂，则必须长时间浸泡在有机溶剂中清洗，由于不是由机械的组装作业，所以成本增高。本专利技术的专利技术人刻苦研究的结果发现，氮化物陶瓷的表面与环氧树脂的接触角度为55°以上，环氧树脂不易粘附，而且热硬化后极易清除。形成载物台前端面的材质不必采用整体材料，可在表面涂覆陶瓷膜。在本专利技术的焊接载物台中，在上述主体部载物台面上涂覆的氮化物陶瓷膜的硬度最好在1800kg/mm2以上。这样在清除树脂时，一般用砂轮或刷子清理不会划伤载物台面，载物台面涂覆的氮化物陶瓷膜的硬度如果为1800kg/mm2以上，则进行清除处理时，载物台不会留下擦痕。另外，在本专利技术的焊接载物台中，在上述主体部的载物台面上所涂覆的氮化物陶瓷膜的表面光洁度最好在0.05μm以上、0.2μm以下。如果表面光洁度超过0.2μm，则树脂易粘附。以不足0.05μm的表面光洁度加工，在技术上是可能的。但是，研磨非常费时并使制造成本提高，对于树脂的粘附性和清除的难易程度效果没有变化。在氮化物陶瓷中满足上述要求的最好的是氮化铬。氮化铬之外的氮化陶瓷也可使用氮化硅、氮化铝等。在本专利技术的焊接载物台中，上述主体部最好由从立方晶一氮化硼烧结体、金刚石烧结体、单晶金刚石、气相合成金刚石、氮化铝烧结体、钼、钨中选择出的至少一种以上的材料构成，上述外周部最好由从镍钴合金、硬质合金、铁镍钴合金、氧化铝陶瓷烧结体、氧化锆陶瓷烧结体中选择出的至少一种以上的材料加工而成。主体部采用的材质应考虑导热率、热膨胀系数、半导体芯片材质的Si或对清除金属接合材的粘附物的砂轮的耐磨性，从上述组合中选择。另外，低导热率的外周部，同上可从上述的组合中选择。本专利技术焊接载物台，主体部台面的平面度最好在1μm以下。近年来由于半导体元件的小型化高密度端子化，焊接头的平面度降低，安装温度下，要求精度在2μm以下1μm以上，作为载物台的平面度，最好为在1μm以下的凸面。在本专利技术另一实施例的焊接载物台中，所述主体部至少应设有一处测温用温度计插入孔。传统的载物台是通过检测具有载物台固定功能的金属加热器座部分的温度来控制加热器的输出。为此，加热器控制温度和载物台上面的温度产生偏离差。本专利技术的产品可将温度计插进载物台内控制温度，所以，安装温度的控制性甚佳。温度计最好靠近载物台上面。图2是实施例1制造的焊接载物台的结构概念图。图3是实施例1实施的焊接载物台的结构图。图4是实施例2实施的焊接载物台的结构图。图5是实施例3实施的焊接载物台的结构图。具体实施例方式实施例1试制了图2的(a)～(c)所示3种形状的焊接载物台。(a)为主体部1由整体构件构成并与外周部3接合。(b)为主体部1、2由接合的两个构件组成，并且构成主体部的两个构件中的一个构件与外周部3接合。(c)是主体部1由整体构件构成，并且主体部不与外周部接合。所制造的焊接载物台的材质组成出示在表1中，所使用的材质的导热率和热膨胀率出示在表2中。表1焊接载物台的材质组成 表2用于载物台的构件的物理参数 下面介绍制造工序。准备厚度为3mm的cBN烧结体、金刚石烧结体、表面利用CVD法合成的多晶金刚石膜的厚度为3mm的陶瓷、厚度为1mm的单晶金刚石作为焊接载物台前端材料。用YAG激光切割机将cBN烧结体、金刚石烧结体、CVD金刚石合成陶瓷切割成20mm×20mm，将单晶金刚石切割成4mm×4mm。激光输出和振荡频率因加工材料而异。输出为3～100W，振荡频率在1～10KHz范围可调。用线电火花加工、由金刚石砂轮的平面研磨和车床加工Mo、W、Fe-Ni-Co、Ni-Co、Cu构件。采用金刚石砂轮的研磨加工修整AlN。主体部之间的接合通过采用活性钎焊料的真空钎焊，主体部与外周部的接合采用大气下的Au-Au压接接合。在形状(a)及(b)焊接载物台的全部构件接合之后，只对形状(c)主体部分的上下面进行平面研磨加之后，一面用热电偶检测，一面用加热器加热，并且一面使载物台面保持在比安装温度低50～100℃的温度下，一面用金刚石砂轮研磨载物台面。这样，一面用热电偶检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接载物台，其特征在于主体部由导热率为100W/mK以上的构件组成，并存在该主体部的外缘至少有一部分是由导热率为50W/mK以下的构件组成的外周部。2.如权利要求1所述的焊接载物台，其特征在于所述主体部由导热率均为100W/mK以上的至少两个构件组成。3.如权利要求2所述的焊接载物台，其特征在于构成所述主体部的至少两个构件被接合成一体。4.如权利要求2或3所述的焊接载物台，其特征在于构成所述主体部的至少两个相邻构件的热膨胀系数之差为3×10-6/℃以下。5.如权利要求1～4中任意一项所述的焊接载物台，其特征在于所述主体部的载物台面涂覆有氮化物陶瓷膜。6.如权利要求1～5中任意一项所述的焊接载物台，其特征在于在所述主体部的载物台面上所涂覆的氮化物陶瓷膜的、与环氧树脂的接触角度为55°以上。7.如权利要求1～6中任意一项所述的焊接载物台，其特征在于在所述主体部的载物台面上所涂覆的氮化物陶瓷膜的硬度...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本佳津子，藤冈昭文，中井哲男，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：