JP7741576B2 - Bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体部品、電子部品等の端子電極とプリント基板の電極とを接合する接合層（半田部等）の評価方法・測定方法及び接合層の評価装置に関するものである。接合層の構造または構成、接合層を評価することにより、接合層の劣化及び寿命の評価・測定方法等に関するものである。また、接合層評価装置に用いるヒータチップ、ヒータチップの構造、使用方法、当該製造方法、ヒータチップを有する評価装置及び当該評価方法等に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating and measuring bonding layers (solder joints, etc.) that bond terminal electrodes of semiconductor components, electronic components, etc. to electrodes on printed circuit boards, and to a bonding layer evaluation device. It also relates to a method for evaluating and measuring the deterioration and lifespan of bonding layers by evaluating the structure or configuration of the bonding layer. It also relates to a heater chip used in the bonding layer evaluation device, the structure of the heater chip, a method for using the heater chip, a method for manufacturing the heater chip, an evaluation device having the heater chip, and the evaluation method.
電子機器は、現在、小形・薄型化、さらには高機能・高精度化の傾向にある。それを支える重要な技術が表面実装技術である。この表面実装技術は、高精度なプリント板に、ＩＣ、ＬＳＩ を中心としたチップ部品、電子部品を装着、接続する技術であり、高密度実装方式の切り札となっている。 Electronic devices are currently trending toward smaller, thinner sizes, and higher functionality and precision. A key technology supporting this trend is surface mounting technology. Surface mounting technology is a technique for mounting and connecting chip components, primarily ICs and LSIs, and electronic components to high-precision printed circuit boards, and is a key technology for high-density mounting.
電子回路基板の高精度化、実装部品の小型化、狭ピッチ化が進展し、チップ部品、電子部品の電極と電子回路基板の電極との接合が重要になってきている。そのため、電極と電極との接合層の接合状態を定量的に評価できる技術が求められている。 As electronic circuit boards become more precise, mounted components become smaller, and pitches become narrower, the bonding between the electrodes of chip components and electronic components and the electrodes of electronic circuit boards is becoming increasingly important. Therefore, there is a demand for technology that can quantitatively evaluate the bonding condition of the bonding layer between electrodes.
従来の電極間の接合層の劣化診断方法として半導体チップを含む電子部品を、電子回路基板上に形成されて配線部上にナノカーボンを含有する半田を介して実装し、電子部品または電子回路基板を加熱しながら、該電子部品の温度分布を測定し、温度分布の測定データに基づいて半田による接合層の劣化を検出していた。 A conventional method for diagnosing deterioration of the bonding layer between electrodes involves mounting electronic components, including semiconductor chips, on an electronic circuit board via solder containing nanocarbon on the wiring portion, heating the electronic component or electronic circuit board while measuring the temperature distribution of the electronic component, and detecting deterioration of the bonding layer due to the solder based on the measured temperature distribution data.
しかし、半田接合層の熱伝導性を向上させるため、ナノカーボンを含有する半田を使用する必要があること、接合層のクラック等が発生するまで加熱しないと劣化診断ができないという課題があった。また、加熱する温度により劣化状態、劣化寿命が異なり、定量的に接合層の状態を評価できないという課題があった。 However, there were issues with this method, such as the need to use solder containing nanocarbon to improve the thermal conductivity of the solder joint layer, and the fact that deterioration diagnosis was not possible unless the joint layer was heated until cracks or other damage occurred. Furthermore, the state of deterioration and deterioration lifespan differed depending on the heating temperature, making it impossible to quantitatively evaluate the state of the joint layer.
従来の接合層１０５の評価では、接合層１０５にナノカーボンを含有する半田を使用する必要があった。したがって、実際に使用する接合層１０５材料を使用することができなかった。そのため、評価結果と、実製品では評価結果の差異が発生していた。 In conventional evaluations of the bonding layer 105, it was necessary to use solder containing nanocarbon for the bonding layer 105. Therefore, it was not possible to use the bonding layer 105 material that is actually used. As a result, there was a discrepancy between the evaluation results and those of the actual product.
また、従来の接合層１０５の評価では、接合層１０５を含む箇所を切断して研磨して光学観察あるいはＳＥＭ観察が行われていた。そのため、接合層１０５は破壊評価となり、非破壊では評価することができなかった。 In addition, in conventional evaluations of the bonding layer 105, the area containing the bonding layer 105 was cut and polished, and then optical or SEM observation was performed. This required destructive evaluation of the bonding layer 105, and it was not possible to evaluate it non-destructively.
本発明は、フェムト秒レーザ光等でＳｉＣ基板の両面を粗面加工し、粗面加工箇所にＮｉ－Ｐ膜で薄膜ヒータを形成する。薄膜ヒータの両端には端子電極を配置し、薄膜ヒータに電流を印加できるようにしてヒータチップを構成する。 In this invention, both sides of a SiC substrate are roughened using femtosecond laser light or the like, and a thin-film heater is formed in the roughened areas using a Ni-P film. Terminal electrodes are placed on both ends of the thin-film heater, allowing current to be applied to the thin-film heater, forming a heater chip.
銅プレートの表面のＮｉ－Ｐ膜と、ＳｉＣ基板の裏面部に半田等による接合層を形成する。ヒータチップのＳｉＣ基板、銅プレート及び半田接合層の端面は研磨する。端面の研磨部にポリイミド（ＰＩ）シート等を貼り付ける。 A bonding layer is formed using solder or similar material on the Ni-P film on the surface of the copper plate and on the back surface of the SiC substrate. The edge surfaces of the heater chip's SiC substrate, copper plate, and solder bonding layer are polished. A polyimide (PI) sheet or similar material is attached to the polished edge surface.
ヒータチップとしての薄膜ヒータに所定の定電流を印加し、定電流による発熱により、半田等による接合層を加熱しつつ、端面の研磨部を赤外線サーモグラフィティカメラ等で観察あるいは測定する。観察あるいは測定は、ポリイミドフィルムを介して行う。研磨部の接合層の温度を複数点測定し、複数点間の温度情報△Ｔを求める。 A predetermined constant current is applied to the thin-film heater serving as the heater chip. The heat generated by the constant current heats the solder or other bonding layer, while the polished end surface is observed or measured using an infrared thermography camera or similar. The observation or measurement is performed through the polyimide film. The temperature of the bonding layer in the polished area is measured at multiple points, and temperature information ΔT between the multiple points is calculated.
温度情報△Ｔとは、測定箇所、測定近傍箇所、測定箇所の所定深さ位置の温度、温度変化量、温度変化時間、温度変化割合、温度分布、温度傾斜等、印加電圧あるいは印加電流に対する温度変化等である。 Temperature information ΔT includes the temperature at the measurement point, the measurement vicinity, and a specified depth position of the measurement point, the amount of temperature change, the temperature change time, the temperature change rate, the temperature distribution, the temperature gradient, and the temperature change in response to applied voltage or applied current.
ヒータチップより、半田等による接合層を加熱し、赤外線サーモグラフィティカメラ等で、接合層の温度を測定して、複数点間の温度情報（温度分布）△（デルタ）Ｔを求める。温度情報△Ｔにより、接合層の状態を非接触で定量的に評価することができる。 The heater chip heats the bonding layer, such as that made of solder, and the temperature of the bonding layer is measured using an infrared thermography camera or similar to obtain temperature information (temperature distribution) △ (delta)T between multiple points. The temperature information △T allows for a non-contact quantitative evaluation of the state of the bonding layer.
温度分布の温度情報（温度分布）△Ｔに基づいて、接合層の劣化あるいは接合層の特性を容易に検出することが可能となる。また、半田接合層の寿命等の評価を容易に行うことが可能となる。また、劣化状態の検知及び寿命の評価の信頼性も高い。 Based on the temperature distribution information (temperature distribution) ΔT, it is possible to easily detect deterioration of the bonding layer or the characteristics of the bonding layer. It also makes it easy to evaluate the lifespan of the solder bonding layer. Furthermore, the detection of the deterioration state and the evaluation of lifespan are highly reliable.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る接合層の評価方法及び接合層評価装置、本発明のヒータチップについて説明をする。 The bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device according to embodiments of the present invention, as well as the heater chip of the present invention, will be described below with reference to the attached drawings.
明細書で記載する実施形態では、半田により電極間に形成した接合層を評価するとして説明をする。しかし、本発明は半田等による接合層に限定するものではない。 In the embodiments described in this specification, we will explain how to evaluate a bonding layer formed between electrodes using solder. However, the present invention is not limited to bonding layers made of solder or the like.
例えば、銀ペーストあるいは銅ペーストにより接着した接合層、放電加工による形成した接合層、高周波誘導加熱による接合層、電磁誘導加熱による接合層、圧着により接着した接合層等に対しても適用できることは言うまでもない。接合層１０５は導電性材料には限定されず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の有機絶縁物等であってもよい。 For example, it goes without saying that the present invention can be applied to bonding layers bonded with silver paste or copper paste, bonding layers formed by electrical discharge machining, bonding layers formed by high-frequency induction heating, bonding layers formed by electromagnetic induction heating, and bonding layers bonded by pressure bonding. The bonding layer 105 is not limited to conductive materials, and may also be made of organic insulating materials such as acrylic resin or epoxy resin.
本発明は加温、あるいは加熱した電極間等に配置あるいは形成された接合層を、赤外線カメラ等を用いて観測するものである。したがって、電極を有する電子部品、配線基板等に限定されるものではない。 The present invention uses an infrared camera or similar device to observe a bonding layer placed or formed between heated electrodes. Therefore, it is not limited to electronic components or wiring boards with electrodes.
接合層１０５は接合部１０５と呼ぶこともある。接合層１０５は層状に限定されるものではなく、立体的に、あるいは独立して接合部１０５として形成または構成される場合もある。本発明は、接続部の多種多様な構成あるいは構造にも適用できる。 The bonding layer 105 is also sometimes referred to as a bonding portion 105. The bonding layer 105 is not limited to being layered, and may be formed or configured three-dimensionally or independently as a bonding portion 105. The present invention can be applied to a wide variety of configurations or structures of connection portions.
発明を実施するための形態を説明するための各図面において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、本発明の実施例は、それぞれの実施例の一部または全部をそれぞれ組み合わせることができる。 In the drawings used to explain the embodiments of the invention, elements having the same functions are given the same reference numerals, and descriptions thereof may be omitted. Furthermore, the embodiments of the present invention may be combined in part or in whole with each other.
図２は本発明の接合層評価装置に使用する本発明のヒータチップ１０９の平面図及び断面図である。図２（ａ）はヒータチップ１０９の平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ’線における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢＢ’線における断面図である。 Figure 2 shows a plan view and a cross-sectional view of the heater chip 109 of the present invention used in the bonding layer evaluation device of the present invention. Figure 2(a) is a plan view of the heater chip 109. Figure 2(b) is a cross-sectional view taken along line AA' in Figure 2(a), and Figure 2(c) is a cross-sectional view taken along line BB' in Figure 2(a).
ベース基板１０６として、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）が例示される。ＳｉＣはシリコン (Ｓｉ) と炭素 (Ｃ) で構成される化合物半導体材料である。ＳｉＣの単結晶は高熱伝導度であり、内部温度分布が小さく、また、耐熱温度も高く、ベース基板１０６として好ましい。その他、ベース基板１０６として絶縁性があり、熱伝導性の良好なサファイアガラス等のガラス基板、アルミナまたは窒化珪素からなるセラミック基板が例示される。 An example of the base substrate 106 is silicon carbide (SiC). SiC is a compound semiconductor material composed of silicon (Si) and carbon (C). SiC single crystals have high thermal conductivity, small internal temperature distribution, and a high heat resistance temperature, making them preferable for the base substrate 106. Other examples of the base substrate 106 include glass substrates such as sapphire glass, which are insulating and have good thermal conductivity, and ceramic substrates made of alumina or silicon nitride.
ＳｉＣセラミックスやＡlＮセラミックスあるいはＡlＮ（窒化アルミニウム）あるいはＡlＮを充填した基板のような材料は電気を通さないが、熱は良く通す物質のため、本発明のヒータチップ１０９の基板１０６として採用できる。 Materials such as SiC ceramics, AlN ceramics, AlN (aluminum nitride), or substrates filled with AlN do not conduct electricity but are good conductors of heat, and can therefore be used as the substrate 106 for the heater chip 109 of the present invention.
また、ベース基板１０６として、窒化アルミニウム（Ａluminum nitride, ＡlＮ）が例示される。ＡlＮはアルミニウムの窒化物あり、無色透明のセラミックスである。アルミナイトライドともいう。ＡlＮは熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫと高い。
ベース基板１０６として、ＢｅＯ（ベリリウム酸化物：通称ベリリア）は熱伝導率が２７０ Ｗ／ｍＫと高く、使用できことができる。
The base substrate 106 can be made of aluminum nitride (AlN). AlN is a nitride of aluminum and is a colorless, transparent ceramic. It is also called aluminum nitride. AlN has a high thermal conductivity of 230 W/mK.
As the base substrate 106, BeO (beryllium oxide, commonly known as beryllia) can be used because it has a high thermal conductivity of 270 W/mK.
ＡlＮは、ホットプレス等でディスク状に加工してセラミック製品にすることがあるが、その基本は粉末である。その粉末の粒径を制御することが求められるが、還元窒化法では０．１μｍ以下のものから１０μｍ程度のものまで製造できる。シリコン樹脂等にフィラーとして使う場合には、粒径の異なるＡlＮ粒を組み合わせて使うとフィラーの充填率は向上する。 AlN can be processed into ceramic products by forming it into disks using a hot press or other process, but it is basically a powder. The particle size of this powder needs to be controlled, and the reduction-nitridation method makes it possible to produce powder with a particle size ranging from less than 0.1 μm to around 10 μm. When used as a filler in silicone resins, etc., the filling rate of the filler can be improved by combining AlN particles of different particle sizes.
還元窒化法は、アルミナ（Ａl２Ｏ３）とカーボン（Ｃ）を混ぜたものを窒化しＡlＮとする。その後、酸化して、ＡlＮ粒の表面を酸化膜で覆う。直接窒化法と比べ、表面酸化膜の厚さは２倍の１１Å（オングストローム）程度になる。最後の酸化処理によって、粒表面のイミド基（Ｎ－Ｈ）やアミド基（Ｎ－Ｈ２）を除去し、純粋なＡlＮ粒ができる。 In the reduction nitridation method, a mixture of alumina (Al 2 O 3 ) and carbon (C) is nitrided to form AlN. The mixture is then oxidized to cover the surface of the AlN particles with an oxide film. Compared to the direct nitridation method, the thickness of the surface oxide film is about 11 Å (angstroms), twice as thick. The final oxidation process removes imide groups (N-H) and amide groups (N-H 2 ) from the particle surface, resulting in pure AlN particles.
本明細書では、説明を容易にするため。ベース基板１０６は、ＳｉＣからなる基板として説明をする。しかし、ベース基板１０６は、先に例示したように熱伝導性が良好で、絶縁性または半導体性を有する基板であれば、いずれのものであっても採用できることは言うまでもない。また、ベース基板１０６は複数の材料からなる基板を重ねたものを採用してよい。 For ease of explanation, the base substrate 106 will be described herein as being made of SiC. However, it goes without saying that any substrate can be used as the base substrate 106 as long as it has good thermal conductivity and is insulating or semiconducting, as exemplified above. Furthermore, the base substrate 106 may be made up of a stack of substrates made of multiple materials.
ベース基板１０６の厚みは、０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とする。ただし、ベース基板１０６の厚みは、薄い方が薄膜ヒータ１１７からの熱が接合層１０５に伝達されやすい。しかし、ベース基板１０６の厚みが薄いと、薄膜ヒータ１１７が形成されている箇所と形成されていない箇所で、接合層１０５での温度分布が発生しやすい。ヒータチップ１０９の大きさは、３ｍｍ角以上１０ｍｍ角以下のサイズが好ましい。 The thickness of the base substrate 106 is 0.1 mm or more and 0.8 mm or less. However, the thinner the base substrate 106, the easier it is for heat from the thin-film heater 117 to be transferred to the bonding layer 105. However, if the base substrate 106 is thin, a temperature distribution is likely to occur in the bonding layer 105 between areas where the thin-film heater 117 is formed and areas where it is not formed. The size of the heater chip 109 is preferably 3 mm square or more and 10 mm square or less.
本発明は、ヒータチップ１０９の薄膜ヒータ１１７の配線幅、接合層１０５の形成面積、接合層１０５厚みを考慮して、熱シミュレーションを実施する。熱シミュレーションによりヒータチップ１０９の大きさ、厚みを設計している。図２において、一例として、ヒータチップ１０９のサイズは、幅Ｗ１は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下、幅Ｗ２は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６はＮｉ（ニッケル）－Ｐ、またはＮｉで形成あるいは構成する。
In the present invention, a thermal simulation is performed taking into consideration the wiring width of the thin film heater 117 of the heater chip 109, the formation area of the bonding layer 105, and the thickness of the bonding layer 105. The size and thickness of the heater chip 109 are designed through the thermal simulation. In Figure 2, as an example, the size of the heater chip 109 is such that the width W1 is 3 mm or more and 30 mm or less, and the width W2 is 3 mm or more and 30 mm or less.
The thin film heater 117 and the temperature probe 116 are made of or consist of Ni (nickel)-P or Ni.
ＳｉＣ基板１０６の裏面には、Ｎｉ－Ｐめっきによる薄膜（Ｎｉ－Ｐ膜１１１d）が形成され、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄの表面には金めっき膜１１２ｃが形成されている。なお、薄膜１１１は、Ｎｉ－Ｐ膜として説明するが、他に、ＮｉあるいはＮｉ－Ｂで薄膜１１１を形成してもよい。薄膜１１１は接合層１０５と密着良く接合できる材料であれば、いずれの材料物であってもよい。ニッケル（Ｎｉ）以外に、例えば、錫、銀、金、銅、鉛、亜鉛、あるいはこれらの合金等が例示される。ただし、適切な抵抗が存在する必要がある。薄膜ヒータ１１７等は発熱素子として使用するからである。
薄膜１１１は、接合層１０５と密着でき、抵抗値が比較的高いＮｉまたはＮｉ－Ｐを使用することが好ましい。
以後、本明細書あるいは図面では、説明を容易にするため、特に断りがない場合は、薄膜１１１は、Ｎｉ－Ｐ膜１１１として説明する。
Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄの膜厚は、１μｍ以上１０μｍ以下の膜厚が好ましい。特に、２μｍ以上６μｍ以下の膜厚にすることが好ましい。
A thin film (Ni-P film 111d) is formed on the back surface of the SiC substrate 106 by Ni-P plating, and a gold-plated film 112c is formed on the surface of the Ni-P film 111d. Although the thin film 111 is described as a Ni-P film, the thin film 111 may also be formed of Ni or Ni-B. The thin film 111 may be made of any material as long as it can be bonded closely to the bonding layer 105. In addition to nickel (Ni), examples of the material include tin, silver, gold, copper, lead, zinc, and alloys of these. However, an appropriate resistance is required. This is because the thin film heater 117 and the like are used as heating elements.
The thin film 111 is preferably made of Ni or Ni--P, which can adhere closely to the bonding layer 105 and has a relatively high resistance.
Hereinafter, in this specification and drawings, for ease of explanation, the thin film 111 will be described as a Ni--P film 111 unless otherwise specified.
The thickness of the Ni--P film 111d is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 6 μm or less.
金めっき膜１１２ｃの膜厚は０．０１μｍ以上とする。金めっき膜１１２ｃはＮｉ－Ｐ膜１１１ｄの表面の酸化あるいは汚染を防止あるいは抑制する機能を有する。なお、金めっき膜１１２の膜厚は０．５μｍ以下とすることが好ましい。 ＳｉＣ基板１０６の表面には、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６が形成される。薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６は、Ｎｉ－Ｐめっきによる薄膜（Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄ）で形成される。Ｎｉの他、白金（Ｐｔ）で構成あるいは形成してもよい。その他、亜鉛、錫、鉛、クロム等も使用することができる。金属以外、例えば、炭素（Ｃ）等の有機材料で形成することもできる。
図３に図示するように薄膜ヒータ１１７の膜厚（μｍ）と薄膜ヒータ１１７の薄膜ヒータ１１７のシート抵抗値（Ω／ｓｑ）は、略線形の関係にある。
The gold plating film 112c has a thickness of 0.01 μm or more. The gold plating film 112c has the function of preventing or suppressing oxidation or contamination of the surface of the Ni-P film 111d. The thickness of the gold plating film 112c is preferably 0.5 μm or less. A thin-film heater 117 and a temperature probe 116 are formed on the surface of the SiC substrate 106. The thin-film heater 117 and the temperature probe 116 are formed of a thin film (Ni-P film 111d) by Ni-P plating. In addition to Ni, they may be made of or formed from platinum (Pt). Other materials that can be used include zinc, tin, lead, and chromium. In addition to metals, they can also be made of organic materials such as carbon (C).
As shown in FIG. 3, the film thickness (μm) of the thin film heater 117 and the sheet resistance value (Ω/sq) of the thin film heater 117 have a substantially linear relationship.
図３に図示するように、薄膜ヒータ１１７の膜厚が厚くなると、シート抵抗値（Ω／ｓｑ）が相対的に小さくなり非線形の関係となる傾向にある（薄膜ヒータ１１７の膜厚（μｍ）＞１０．０（μｍ））。また、薄膜ヒータ１１７の膜厚が薄くなると、シート抵抗値（Ω／ｓｑ）が相対的に高くなり非線形の関係となる傾向にある（薄膜ヒータ１１７の膜厚（μｍ）＜０．１（μｍ））。ＳｉＣ基板１０６の粗面化状態、薄膜ヒータ１１７が曲線状に形成されているためと思われる。 As shown in Figure 3, as the film thickness of the thin-film heater 117 increases, the sheet resistance value (Ω/sq) tends to become relatively smaller, resulting in a non-linear relationship (film thickness (μm) of the thin-film heater 117 > 10.0 (μm)). Furthermore, as the film thickness of the thin-film heater 117 decreases, the sheet resistance value (Ω/sq) tends to become relatively higher, resulting in a non-linear relationship (film thickness (μm) of the thin-film heater 117 < 0.1 (μm)). This is thought to be due to the roughened surface of the SiC substrate 106 and the curved shape of the thin-film heater 117.
薄膜ヒータ１１７の膜厚とシート抵抗値（Ω／ｓｑ）とが線形の関係になる領域を採用することが好ましい。したがって、薄膜ヒータ１１７の膜厚は、０．１（μｍ）以上７．５（μｍ）以下とすることが好ましく、シート抵抗値（Ω／ｓｑ）は０．２５（Ω／ｓｑ）以上１．００（Ω／ｓｑ）とすることが好ましい。なお、薄膜ヒータ１１７の抵抗値は、５Ω以上３００Ω以下とすることが好ましい。 It is preferable to adopt a region where the film thickness of the thin-film heater 117 and the sheet resistance value (Ω/sq) have a linear relationship. Therefore, the film thickness of the thin-film heater 117 is preferably 0.1 (μm) or more and 7.5 (μm) or less, and the sheet resistance value (Ω/sq) is preferably 0.25 (Ω/sq) or more and 1.00 (Ω/sq). The resistance value of the thin-film heater 117 is preferably 5 Ω or more and 300 Ω or less.
温度プローブ１１６は薄膜ヒータ１１７と同一材料、同一プロセス工程で形成される。薄膜ヒータ１１７がＮｉ－Ｐ膜の場合、温度プローブ１１６もＮｉ－Ｐ膜で形成される。薄膜ヒータ１１７と温度プローブ１１６を同一材料で形成することにより、低コストが可能になる。温度プローブ１１６は配線幅を細く形成することにより、温度プローブ１１６の抵抗値は薄膜ヒータの抵抗値よりも高く設計する。 The temperature probe 116 is formed from the same material and in the same process as the thin-film heater 117. If the thin-film heater 117 is a Ni-P film, the temperature probe 116 is also formed from a Ni-P film. Forming the thin-film heater 117 and temperature probe 116 from the same material enables low costs. By forming the wiring width of the temperature probe 116 narrow, the resistance value of the temperature probe 116 is designed to be higher than the resistance value of the thin-film heater.
温度プローブ１１６には定電流を印加する。温度プローブ１１６の抵抗値を高くすることにより、抵抗値変化が大きくなり、定電流に対する温度プローブ１１６端子間の電圧変化が大きくなる。したがって、温度プローブ１１６が検出する薄膜ヒータ１１７の温度変化に関する感度が良好になる。温度プローブ１１６の抵抗値は、２０Ω以上、１ｋΩ以下に作製する。 A constant current is applied to the temperature probe 116. Increasing the resistance of the temperature probe 116 increases the change in resistance, and the voltage change between the terminals of the temperature probe 116 in response to the constant current increases. This improves the sensitivity of the temperature probe 116 to temperature changes in the thin-film heater 117. The resistance of the temperature probe 116 is set to 20 Ω or more and 1 kΩ or less.
温度プローブ１１６の両端には端子電極１１４ａ、端子電極１１４ｂを形成する。薄膜ヒータ１１７の両端には端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂを形成する。 Terminal electrodes 114a and 114b are formed on both ends of the temperature probe 116. Terminal electrodes 115a and 115b are formed on both ends of the thin-film heater 117.
端子電極１１４の表面等には金めっき膜１１２を形成する。端子電極１１５の表面等には金めっき膜１１２を形成する。金めっき膜１１２ｃの膜厚は０．０１μｍ以上とする。 A gold plating film 112 is formed on the surface of the terminal electrode 114, etc. A gold plating film 112 is formed on the surface of the terminal electrode 115, etc. The thickness of the gold plating film 112c is 0.01 μm or more.
薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６上には、金めっき膜１１２は形成しない。金めっき膜１１２を形成すると、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６の抵抗値が低下し、発熱あるいは温度変化に関する感度が低下するからである。 The gold plating film 112 is not formed on the thin-film heater 117 and the temperature probe 116. If the gold plating film 112 were formed, the resistance of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 would decrease, reducing their sensitivity to heat generation or temperature changes.
薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６上には、０．０５μｍ以上５μｍ以下の厚みからなる、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯＮ膜のうち、少なくとも１種類の膜を形成し、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６の表面が酸化あるいは汚染されることを抑制する。 At least one film selected from a SiO2 film, a SiNx film, and a SiON film having a thickness of 0.05 μm or more and 5 μm or less is formed on the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 to prevent the surfaces of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 from being oxidized or contaminated.
１１７は薄膜ヒータとして説明するが、これに限定するものではない。薄膜ヒータ１１７は基板１０６を加熱するために配置または形成したものである。薄膜ヒータ１１７の代替えとして、ニクロム線を組み込んだ面ヒータ、ペルチェ素子を用いたヒータ等を使用してもよい。ニクロム線を組み込んだ面ヒータ、ペルチェ素子に流す電流によりベース基板１０６を加熱することができる。 117 will be described as a thin-film heater, but is not limited to this. The thin-film heater 117 is arranged or formed to heat the substrate 106. As an alternative to the thin-film heater 117, a surface heater incorporating nichrome wire, a heater using a Peltier element, or the like may be used. The base substrate 106 can be heated by passing a current through a surface heater incorporating nichrome wire or a Peltier element.
端子電極１１４及び端子電極１１５には、リード線１２１を半田付け、あるいはプローブ（図示せず）を圧接し、電流電源装置８０３が出力する定電流を端子電極１１４または端子電極１１５に印加する。 A lead wire 121 is soldered to the terminal electrode 114 and the terminal electrode 115, or a probe (not shown) is pressure-welded to them, and a constant current output by the current power supply 803 is applied to the terminal electrode 114 or the terminal electrode 115.
図１９、図２０は、本発明のヒータチップ１０９の製造方法の説明図である。図１９はヒータチップの製造方法を示すフローチャートである。図２０（ａ）～図２０（ｆ）は、ヒータチップ１０９の製造方法を説明するための説明図である。 Figures 19 and 20 are explanatory diagrams of the manufacturing method of the heater chip 109 of the present invention. Figure 19 is a flowchart showing the manufacturing method of the heater chip. Figures 20(a) to 20(f) are explanatory diagrams for explaining the manufacturing method of the heater chip 109.
ＳｉＣ基板１０６の表面にマスク５０１を塗布する（図１９Ｓ１１、図２０（ｂ））。マスク５０１としては、アルカリ可溶タイプのアクリルポリマーを含むものが好ましい。 A mask 501 is applied to the surface of the SiC substrate 106 (Figure 19S11, Figure 20(b)). The mask 501 preferably contains an alkali-soluble acrylic polymer.
次に、フェムト秒レーザ装置を用いて、ＳｉＣ基板１０６の表面を粗化する（図１９Ｓ１２、図２０（ｃ））。フェムト秒レーザ光５０２またはピコ秒レーザ光５０２を照射し、ＳｉＣ基板１０６の表面の、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６、端子電極１１４、端子電極１１５に対応する部分を除去して、角溝状の凹部５０３を形成する。フェムト秒レーザ光５０２等の照射により、凹部５０３の底面及び側面は粗化（粗面化）される。 Next, the surface of the SiC substrate 106 is roughened using a femtosecond laser device (Figure 19S12, Figure 20(c)). Femtosecond laser light 502 or picosecond laser light 502 is irradiated to remove portions of the surface of the SiC substrate 106 corresponding to the thin-film heater 117, temperature probe 116, terminal electrode 114, and terminal electrode 115, forming rectangular groove-shaped recesses 503. The bottom and side surfaces of the recesses 503 are roughened (roughened) by irradiation with the femtosecond laser light 502, etc.
凹部５０３は溝状の形状として説明するが、溝状に限定されるものではなく、ＳｉＣ基板１０６の表面に傷、あるいは表面のみが粗面化された構成あるいは形状も含む。 The recess 503 is described as having a groove-like shape, but is not limited to a groove shape and may also include a configuration or shape in which the surface of the SiC substrate 106 is scratched or only the surface is roughened.
フェムト秒レーザ光５０２による粗面化は、端子電極１１４、端子電極１１５に対応する箇所にも実施される。粗面化される箇所に、Ｎｉ－Ｐ膜１１１が形成される。 Roughening using femtosecond laser light 502 is also performed on the areas corresponding to terminal electrodes 114 and 115. Ni-P film 111 is formed on the roughened areas.
端子電極１１４、端子電極１１５部は粗化される面積が大きい。温度プローブ１１６部は粗化される線幅が細い。温度プローブ１１６部は粗化を大きくする（粗化により発生する凹凸を深くする）ように、粗化される面積に依存して粗化状態を変化させることが好ましい。
粗化状態は、フェムト秒レーザ光５０２のレーザ強度、照射するレーザパルスの移動速度を変更あるいは設定することにより容易に実現できる。
The terminal electrodes 114 and 115 have large roughened areas, while the temperature probe 116 has a narrow roughened line width. It is preferable to change the roughened state of the temperature probe 116 depending on the roughened area so that the roughening is increased (the unevenness caused by the roughening is deepened).
The roughened state can be easily achieved by changing or setting the laser intensity of the femtosecond laser light 502 and the moving speed of the irradiated laser pulse.
ＳｉＣ基板１０６に裏面にも、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄが形成される。したがって、ＳｉＣ基板１０６のＮｉ－Ｐ膜１１１ｄが形成される箇所にも、フェムト秒レーザ光５０２による粗面化が実施される。 A Ni-P film 111d is also formed on the back surface of the SiC substrate 106. Therefore, the area of the SiC substrate 106 where the Ni-P film 111d is to be formed is also roughened by the femtosecond laser light 502.
フェムト秒レーザ装置は、一般にパルス幅が、サブピコ秒から数十フェムト秒のフェムト秒レーザ光５０２を発生する。サブピコ秒から数十フェムト秒の超短パルスのレーザ光５０２を材料に照射した場合、材料の熱拡散特性時間に比べてパルス幅が十分に短いため、光エネルギーを有効に照射部に投入できる。 A femtosecond laser device generally generates femtosecond laser light 502 with a pulse width of subpicoseconds to tens of femtoseconds. When an ultrashort pulse of laser light 502 of subpicoseconds to tens of femtoseconds is irradiated onto a material, the pulse width is sufficiently short compared to the thermal diffusion characteristic time of the material, so light energy can be effectively input to the irradiated area.
その結果、照射周辺部への熱影響を局限することが可能であり、高精度な微細加工が実現できる。また、レーザ光の電場強度が非常に高いので、ビームが集光されたところにのみ、選択的に加工することができる。 As a result, it is possible to limit the thermal effects to the periphery of the irradiation, enabling highly accurate micromachining. Furthermore, because the electric field strength of the laser light is extremely high, selective machining can be performed only in the area where the beam is focused.
フェムト秒レーザ光５０２のパルスを照射することにより、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６を形成する部分に対応するマスク５０１の部分が除去され、凹部５０３が形成される。 By irradiating a pulse of femtosecond laser light 502, the portions of the mask 501 corresponding to the areas where the thin-film heater 117 and temperature probe 116 will be formed are removed, forming recesses 503.
配線のパターニング（薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６等）は、マスク５０１の表面に形成されたマークに基づいて行ってもよい。ＳｉＣ基板１０６上に形成された位置決めマーク１２４等に基づいて位置決めを行う。 Patterning of wiring (thin-film heater 117, temperature probe 116, etc.) may be performed based on marks formed on the surface of the mask 501. Positioning is performed based on alignment marks 124, etc. formed on the SiC substrate 106.
ＳｉＣ基板１０６上に形成された位置決めマーク１２４をカメラで取り込み、位置決めマーク１２４を画像認識して位置決めマーク１２４位置と設計座標を比較し、パターニング（薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６等）位置（レーザ光を照射する箇所）に位置決めしてレーザ光５０２を照射する。
ＳｉＣ基板１０６に対し酸性脱脂剤を用い、例えば４５℃、５分の条件で脱脂を行う（図１９Ｓ１３）。
塩酸系水溶液を用いてプリディップ処理を行う（図１９Ｓ１４）。保持時間は、一例として、２分である。
The positioning mark 124 formed on the SiC substrate 106 is captured by a camera, the position of the positioning mark 124 is image-recognized, the position of the positioning mark 124 is compared with the design coordinates, and the patterning (thin film heater 117, temperature probe 116, etc.) position (the location where the laser light is irradiated) is positioned, and the laser light 502 is irradiated.
The SiC substrate 106 is degreased using an acidic degreaser at 45° C. for 5 minutes, for example (FIG. 19, S13).
A pre-dip treatment is performed using a hydrochloric acid-based aqueous solution (FIG. 19, S14). The retention time is, for example, 2 minutes.
次に、Ｓn－Ｐｄ触媒５０４を凹部５０３の表面、及びマスク５０１の残存している部分の表面に付与する（図１９Ｓ１５、図２０（ｄ））。Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４はコロイド状の粒子であり、Ｓｎ－Ｐｄの核部の表面にＳｎ－rich層、及びＳｎ2+層が順に形成されている。 Next, a Sn-Pd catalyst 504 is applied to the surface of the recess 503 and the surface of the remaining portion of the mask 501 (Figure 19S15, Figure 20(d)). The Sn-Pd catalyst 504 is a colloidal particle, and a Sn-rich layer and a Sn2+ layer are formed in that order on the surface of the Sn-Pd core.
次に、活性化を行う（図１９Ｓ１６）。Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４を付与したＳｉＣ基板１０６を塩酸系の溶液に浸漬することでＳｎの層が除去され、内部のＰｄ触媒が露出する。Ｐｄ触媒が露出するので、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４が存在する部分において、無電解Ｎｉ－Ｐめっき液による反応が生じる。 Next, activation is performed (Fig. 19, S16). The SiC substrate 106 with the Sn-Pd catalyst 504 applied is immersed in a hydrochloric acid solution to remove the Sn layer and expose the internal Pd catalyst. Because the Pd catalyst is exposed, a reaction occurs with the electroless Ni-P plating solution in the areas where the Sn-Pd catalyst 504 is present.
アルカリ溶液を用いて、マスク５０１を剥離する（図１９Ｓ１７、図２０（ｅ））。ＳｉＣ基板１０６のマスク５０１が剥離された部分にはＳｎ－Ｐｄ触媒５０４が存在しない。 The mask 501 is removed using an alkaline solution (Figure 19S17, Figure 20(e)). The Sn-Pd catalyst 504 is not present in the portion of the SiC substrate 106 where the mask 501 has been removed.
ＳｉＣ基板１０６の表面に無電解Ｎｉ－Ｐめっきを行い、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６が形成される（図１９Ｓ１８、図２０（ｆ））。無電解Ｎｉ－Ｐめっき液としては、酸性領域から中性領域で次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする還元析出型の無電解Ｎｉ－Ｐめっき液を用いることができる。 Electroless Ni-P plating is performed on the surface of the SiC substrate 106 to form the thin-film heater 117 and temperature probe 116 (Figure 19S18, Figure 20(f)). The electroless Ni-P plating solution can be a reduction precipitation type electroless Ni-P plating solution that uses sodium hypophosphite as a reducing agent in the acidic to neutral range.
キレート剤としては、リンゴ酸、またはクエン酸、またはマロン酸、酒石酸等のオキシカルボン酸、または酢酸やコハク酸等のモノカルボン酸、アンモニアやグリシン等のアミン類を単独もしくは複数併用して用いることができる。無電解Ｎｉ－Ｐめっき液中の還元剤がＳｉＣ基板１０６上で電子を放出するように触媒として機能するＰｄが付与されている。したがって、無電解Ｎｉめっき液中のＮｉイオンが、還元剤の酸化反応で放出される電子によって還元され、ＳｉＣ基板１０６の表面に析出し、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６が形成される。
本実施形態によれば、難めっき材料からなるＳｉＣ基板１０６に対して、密着性が良好なＮｉ－Ｐめっきを行うことができる。
The chelating agent may be malic acid, citric acid, malonic acid, tartaric acid, or other hydroxycarboxylic acids, acetic acid, succinic acid, or other monocarboxylic acids, or amines, such as ammonia or glycine, either singly or in combination. Pd, which functions as a catalyst, is added to the electroless Ni-P plating solution so that the reducing agent in the solution releases electrons on the SiC substrate 106. Therefore, Ni ions in the electroless Ni plating solution are reduced by electrons released by the oxidation reaction of the reducing agent and precipitate on the surface of the SiC substrate 106, forming the thin-film heater 117 and the temperature probe 116.
According to this embodiment, Ni--P plating with good adhesion can be performed on the SiC substrate 106 made of a material that is difficult to plate.
本実施の形態においては、マスク５０１を用い、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６に対応するＳｉＣ基板１０６の粗化部分のみにＳｎ－Ｐｄ触媒５０４を残存させて、めっきを行うので、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６のパターニングの精度が良好であり、表面研磨が不要である。 In this embodiment, a mask 501 is used to leave the Sn-Pd catalyst 504 only on the roughened portions of the SiC substrate 106 corresponding to the thin-film heater 117 and temperature probe 116, and plating is performed. This ensures accurate patterning of the thin-film heater 117 and temperature probe 116, and eliminates the need for surface polishing.
配線パターンに対応する部分以外の部分がマスク５０１により保護された状態で、配線パターンが容易に形成される。粗化部のみに無電解Ｎｉ－Ｐめっきを行うので、所望の厚みの薄膜ヒータ１１７等を形成することができる。 The wiring pattern can be easily formed while the mask 501 protects areas other than those corresponding to the wiring pattern. Electroless Ni-P plating is performed only on the roughened areas, allowing the thin-film heater 117 and other components to be formed to the desired thickness.
ヒータチップ１０９は１つのＳｉＣ基板に複数個がマトリックス状に、かつ同時に作製される。各ヒータチップ１０９は、Ｎｉ－Ｐ膜が形成後、各ヒータチップ１０９の外枠部に、炭酸ガスレーザ光、ＹＡＧレーザ光等が照射されて削られ（レーザダイシング）、個片に分割される。また、ダイシング加工（湿式）、スクライブ（乾式）により、ヒータチップ１０９個片に分割してもよい。 Multiple heater chips 109 are fabricated simultaneously in a matrix on a single SiC substrate. After the Ni-P film is formed, each heater chip 109 is diced (laser dicing) by irradiating the outer frame of the heater chip 109 with a carbon dioxide laser beam, YAG laser beam, or the like, and separated into individual pieces. Alternatively, the heater chips 109 may be separated into individual pieces by dicing (wet) or scribing (dry).
図２１は、本発明の実施の形態に係る接合層評価装置の構成についての説明図である。図２１（ａ）は作製されたヒータチップ１０９を示す。図２１（ａ）のヒータチップ１０９は図２１（ｂ）に図示するように、銅プレート１０４と接合層１０５で接合される。 Figure 21 is an explanatory diagram of the configuration of a bonding layer evaluation device according to an embodiment of the present invention. Figure 21(a) shows a fabricated heater chip 109. The heater chip 109 in Figure 21(a) is bonded to a copper plate 104 by a bonding layer 105, as shown in Figure 21(b).
銅プレート１０４は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の銅板である。銅プレート１０４は、無酸素銅板であることが好ましい。銅プレート１０４の表面には、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａが形成される。また、銅プレート１０４の表面には、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｂが形成される。Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａ、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｂの膜厚、形成方法は、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａと同様であるので説明を省略する。また、Ｎｉ－Ｐ膜１１１の表面には金めっきで金を形成することが好ましい。 The copper plate 104 is a copper plate with a thickness of 0.1 mm or more and 2 mm or less. The copper plate 104 is preferably an oxygen-free copper plate. A Ni-P film 111a is formed on the surface of the copper plate 104. A Ni-P film 111b is also formed on the surface of the copper plate 104. The film thickness and formation method of the Ni-P films 111a and 111b are the same as those of the Ni-P film 111a, so a description thereof will be omitted. Furthermore, it is preferable to form gold on the surface of the Ni-P film 111 by gold plating.
本発明の実施例では、１０４は銅プレートとして説明するが、これに限定するものではない。プレート１０４の表面に半田と接合するＮｉ－Ｐ膜１１１が良好に形成されており、熱伝導性が良好なプレートであれば、銅以外の材質でプレート１０４を形成してもよい。例えば、セラミックプレート、ステンレスプレート、ニッケルプレート、銀プレートが例示される。本明細書では説明を容易にするため、銅プレート１０４として説明をする。 In the embodiments of the present invention, plate 104 is described as a copper plate, but this is not limited to this. Plate 104 may be made of a material other than copper, as long as the Ni-P film 111 that bonds with solder is well formed on the surface of plate 104 and the plate has good thermal conductivity. Examples include ceramic plates, stainless steel plates, nickel plates, and silver plates. For ease of explanation, this specification will use a copper plate 104.
Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａの表面には金めっき膜１１２ａが形成され、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｂの表面には金めっき膜１１２ｂが形成される。金めっき膜１１２ａ、金めっき膜１１２ｂの形成方法は、金めっき膜１１２ｃと同様であるので説明を省略する。 A gold plating film 112a is formed on the surface of Ni-P film 111a, and a gold plating film 112b is formed on the surface of Ni-P film 111b. The method for forming gold plating films 112a and 112b is the same as that for gold plating film 112c, so a description will be omitted.
ヒータチップ１０９のＮｉ－Ｐ膜１１２ｃと銅プレート１０４のＮｉ－Ｐ膜１１２ａとの間に評価する接合層１０５が形成される。一例として、接合層１０５は半田であり、半田シート（半田クリーム）が銅プレート１０４上にスクリーン印刷される。半田シート上にヒータチップ１０９が実装される。実装後、銅プレート１０４とヒータチップ１０９は一体として、所定条件に設定されたリフロー炉に投入される。なお、半田シートの代わりに半田ペーストを用いても良い。 The bonding layer 105 to be evaluated is formed between the Ni-P film 112c of the heater chip 109 and the Ni-P film 112a of the copper plate 104. As an example, the bonding layer 105 is solder, and a solder sheet (solder cream) is screen-printed on the copper plate 104. The heater chip 109 is mounted on the solder sheet. After mounting, the copper plate 104 and heater chip 109 are placed together in a reflow oven set to specified conditions. Note that solder paste may be used instead of the solder sheet.
接合層１０５は、半田等による接合層に限定するものではない。例えば、銀ペーストあるいは銅ペーストにより接着した接合層、放電加工による形成した接合層、高周波誘導加熱による接合層、電磁誘導加熱による接合層等に対しても適用できることは言うまでもない。また、有機物を押圧して接着した接合層、絶縁物も接合層であり、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で温度情報△Ｔを測定することができる。 The bonding layer 105 is not limited to bonding layers made of solder or the like. It goes without saying that it can also be applied to bonding layers bonded with silver paste or copper paste, bonding layers formed by electrical discharge machining, bonding layers formed by high-frequency induction heating, and bonding layers formed by electromagnetic induction heating. Bonding layers formed by pressing organic materials and insulating materials are also bonding layers, and temperature information ΔT can be measured using an infrared thermography camera 108 or the like.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８は、接合層１０５等を２次元的な温度分布を測定できる。２次元的に測定することにより、Ａ点、Ｂ点等を中心に温度の変化を測定することができる。しかし、Ａ点、Ｂ点等、特定の位置の温度情報△Ｔを得る目的であれば、放射温度計で測定することにより温度情報△Ｔを取得できる。
本明細書では、説明を容易にするため、接合層１０５は半田クリームまたは半田シートをリフロー工程で加熱することにより形成したものとして説明をする。
The infrared thermography camera 108 can measure the two-dimensional temperature distribution of the bonding layer 105, etc. By measuring two-dimensionally, it is possible to measure temperature changes centered around points A, B, etc. However, if the purpose is to obtain temperature information ΔT at a specific position, such as point A or point B, the temperature information ΔT can be obtained by measuring with a radiation thermometer.
For ease of explanation, the present specification will be described assuming that the bonding layer 105 is formed by heating a solder cream or a solder sheet in a reflow process.
以降の説明において、赤外線サーモグラフティカメラ１０８を用いて温度分布等を測定するとして説明するが、これに限定するものではなく、放射温度計等により温度を測定しても良いことは言うまでもない。 In the following explanation, we will assume that the temperature distribution and the like are measured using an infrared thermography camera 108, but this is not limited to this, and it goes without saying that the temperature can also be measured using a radiation thermometer or the like.
リフロー工程で半田付けする場合は、あらかじめ半田クリーム等を指定の場所に印刷しておき、それをリフロー炉で加熱し、半田クリーム等を溶かすことによって部品を接合する。 When soldering using the reflow process, solder cream or similar is printed in advance in the designated locations, and then heated in a reflow oven to melt the solder cream and join the components.
半田クリームは印刷された状態は一見、正常に半田付けされたように見えるが、半田は細かい粒の状態なので正常な機能を果たせない。これをリフロー炉で加熱することで粒同士だった半田が接合し、フラックスも熱で気化させることで、通常の半田と同じ状態なり、半田付けされる。
リフロー半田で溶けている半田の温度と、リフロー半田の炉の温度も異なる。使用部品の熱耐性を考慮し、適正な工程設計をすることが重要になる。
本発明の接合層評価装置で、接合層の温度情報△Ｔを測定することにより、接合層を定量的に評価し、また、接合層の詳細な設計ができるようになる。
When solder cream is printed, it looks like it has been soldered properly, but the solder is in the form of small particles and does not function properly. By heating it in a reflow furnace, the solder particles join together, and the flux is vaporized by the heat, so it becomes the same state as regular solder and is soldered.
The temperature of the melted solder in reflow soldering differs from the temperature of the reflow soldering oven. It is important to design an appropriate process taking into account the heat resistance of the components used.
By measuring the temperature information ΔT of the bonding layer with the bonding layer evaluation device of the present invention, the bonding layer can be quantitatively evaluated and detailed design of the bonding layer can be performed.
本発明の接合層の評価方法及び接合層評価装置では、ヒータチップ１０９で接合層１０５を加熱し、加熱条件（リフロー炉条件）に対応する変化あるいは加熱状態を異ならせる。また、接合層の材料混合状態（フラックスと半田の混合割合等）、使用材料の差異（フラックスあるいは半田材料の差異等）を異ならせて形成した接合層１０５を形成する。形成した接合層１０５を赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で測定し、温度分布状態、温度情報△Ｔ等を取得する。温度情報△Ｔの取得により、接合層の寿命、接合特性を定量的に評価する。 In the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention, the bonding layer 105 is heated with a heater chip 109, and changes or heating states are made to correspond to the heating conditions (reflow furnace conditions). Bonding layers 105 are also formed by varying the material mixture state of the bonding layer (e.g., the mixture ratio of flux and solder) and the materials used (e.g., differences in flux or solder material). The formed bonding layer 105 is measured with an infrared thermography camera 108 or the like to obtain the temperature distribution state, temperature information ΔT, etc. Obtaining the temperature information ΔT allows for quantitative evaluation of the bonding layer's lifespan and bonding characteristics.
図２１（ｂ）に図示するように、ヒータチップ１０９と銅プレート１０４は接合層１０５で接合される。次に、図２１（ｃ）に図示するように、Ａ方向から、ヒータチップ１０９、銅プレート１０４、接合層１０５は同時に、薄膜ヒータ１１７端のＣＣ’線まで研磨加工される。 As shown in Figure 21(b), the heater chip 109 and copper plate 104 are bonded by a bonding layer 105. Next, as shown in Figure 21(c), the heater chip 109, copper plate 104, and bonding layer 105 are simultaneously polished from the A direction up to line CC' at the end of the thin-film heater 117.
研削加工とは、一例として、砥石車と呼ばれる円状の大きな工具を高速回転させ、その表面を加工するものに当てることにより、その表面を滑らかな状態に整える。この砥石車の表面には大きめの砥粒が無数につけられており、これによって対象物の表面の微小突起等を削ることができる。 One example of grinding is the process of rotating a large circular tool called a grinding wheel at high speed and bringing its surface into contact with the object to be processed, thereby smoothing the surface. Countless large abrasive grains are attached to the surface of this grinding wheel, which allows for the removal of tiny protrusions from the surface of the object.
好ましくは、研磨は、ＣＰ（Cross section polisher）加工（イオンミリング）で行うことが好ましい。ＣＰ加工（イオンミリング）とは、集束していないブロードなアルゴンイオンビームを試料に照射し、試料原子を弾き飛ばすスパッタリング現象を利用して試料を削ることである。試料の表面にアルゴンイオンビームを入射させ、試料を作製する。ＣＰ加工では、研磨面に熱が発生せず、接合層１０５での熱による影響がない。 Preferably, polishing is performed using CP (Cross Section Polisher) processing (ion milling). CP processing (ion milling) involves irradiating a sample with a broad, unfocused argon ion beam, which scatters sample atoms and uses the sputtering phenomenon to remove the sample. The argon ion beam is incident on the surface of the sample to create the sample. CP processing does not generate heat on the polished surface, and there is no thermal impact on the bonding layer 105.
次に、図２１（ｄ）に図示するように、研磨加工した面に感光性ポリイミド膜を形成する。感光性ポリイミド膜は、スピンコート方法、スリットコート方法、スクリーン印刷による方法、インクジェットによる吹付ける方法、スプレーコート方法、ダイコート方法、ドクターナイフコート方法、フレキソ印刷等により、研磨加工した面に形成される。感光性ポリイミド膜を形成する箇所は少なくも接合層１０５を含む。 Next, as shown in Figure 21(d), a photosensitive polyimide film is formed on the polished surface. The photosensitive polyimide film is formed on the polished surface by a method such as spin coating, slit coating, screen printing, inkjet spraying, spray coating, die coating, doctor knife coating, or flexographic printing. The area where the photosensitive polyimide film is formed includes at least the bonding layer 105.
図２１（ｄ）の矢印に図示するように、露光は、任意のパターンを有するフォトマスクを介して、２００～２０００ｍＪの照射量、紫外線等を照射することにより行う。 As shown by the arrow in Figure 21(d), exposure is performed by irradiating ultraviolet light or the like with an exposure dose of 200 to 2000 mJ through a photomask having an arbitrary pattern.
現像液としては、アルカリ現像液、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ等の水溶液を用いることができる。現像は、１５℃～６０℃程度で０．５分間～１０分間程度行われる。硬化のための加熱は、１２０℃～２００℃程度で３０分間～１２０分間程度行われる。 The developer can be an alkaline developer, such as an aqueous solution of an inorganic alkali such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, or aqueous ammonia. Development is carried out at approximately 15°C to 60°C for approximately 0.5 to 10 minutes. Heating for curing is carried out at approximately 120°C to 200°C for approximately 30 to 120 minutes.
物体はその表面から赤外線を放射しており、物体表面の温度は赤外線の量によって決まる。また、赤外線は空間を伝ってエネルギーを運ぶという特徴がある。この空間を伝ってきた赤外線を、赤外線サーモグラフティカメラ１０８は光学的に読み取り、物体と接触させることなく温度を測定する。赤外線サーモグラフティカメラ１０８はオートフォーカスの機能を有する。 Objects emit infrared rays from their surfaces, and the temperature of the object's surface is determined by the amount of infrared radiation. Infrared rays also have the characteristic of transmitting energy through space. The infrared thermography camera 108 optically reads this infrared radiation that travels through space, measuring the temperature without coming into contact with the object. The infrared thermography camera 108 has an autofocus function.
測定対象物が放射する実際の熱放射エネルギー量と、同じ温度の完全放射体（黒体）の熱放射エネルギー量の比を放射率と呼ぶ。
完全放射体（黒体）はそこに入射する全てのエネルギーを吸収し、その温度に対応したエネルギーを熱放射する。赤外線サーモグラフティカメラ１０８では完全放射体（黒体）の放射率を１．０として校正されており、実際の物体測定では放射率を予め設定し、補正する。
The ratio of the actual amount of thermal radiation energy emitted by the object being measured to the amount of thermal radiation energy of a perfect radiator (black body) at the same temperature is called emissivity.
A perfect radiator (black body) absorbs all energy incident on it and radiates thermal energy corresponding to its temperature. The infrared thermography camera 108 is calibrated assuming that the emissivity of a perfect radiator (black body) is 1.0, and in actual object measurements, the emissivity is set in advance and corrected.
研磨加工面の構成材料あるいは構成組成が異なると、熱放射エネルギー量の比である放射率が異なる。しかし、研磨加工面の構成材料あるいは構成組成に、補正をすると補正による差異が発生する可能性がある。また、研磨された金属のように反射率の高い物体は放射率の測定に適さない。 If the constituent material or composition of the polished surface differs, the emissivity, which is the ratio of the amount of thermal radiation energy, will differ. However, if corrections are made to the constituent material or composition of the polished surface, there is a possibility that differences will occur due to the corrections. In addition, objects with high reflectivity, such as polished metal, are not suitable for measuring emissivity.
図２１（ｄ）に図示するように、本発明は、研磨加工面の接合層１０５に感光性ポリイミド膜１０７を形成する。感光性ポリイミド膜１０７の放射率を測定し、予め設定しておけば、研磨加工面の構成材料あるいは構成組成の影響を受けず、形成した接合層１０５を赤外線サーモグラフティカメラ１０８、放射温度計等で測定し、温度分布状態、温度情報△Ｔ等を精度よく取得することができる。温度情報△Ｔ等の取得により、接合層の寿命、接合特性を定量的に評価できる。 As shown in Figure 21(d), the present invention forms a photosensitive polyimide film 107 on the bonding layer 105 of the polished surface. By measuring and setting the emissivity of the photosensitive polyimide film 107 in advance, the formed bonding layer 105 can be measured with an infrared thermography camera 108, radiation thermometer, etc., without being affected by the constituent materials or composition of the polished surface, and the temperature distribution, temperature information ΔT, etc. can be obtained with high accuracy. By obtaining temperature information ΔT, etc., the lifespan and bonding characteristics of the bonding layer can be quantitatively evaluated.
以上の実施例では、研磨加工面に感光性ポリイミド膜１０７を形成するとしたが、これに限定するものではない。例えば、耐熱性のポリイミドフィルム１０７を貼り付けてもよい。また、耐熱性のポリイミドフィルム１０７を接合層１０５等に密着して配置してもよい。 In the above embodiment, a photosensitive polyimide film 107 is formed on the polished surface, but this is not limited to this. For example, a heat-resistant polyimide film 107 may be attached. Furthermore, the heat-resistant polyimide film 107 may be placed in close contact with the bonding layer 105, etc.
ポリイミドフィルム１０７あるいはポリアミドフィルム１０７として、米国デュポン社のカプトン（登録商標）、宇部興産のユーピレックス（登録商標）、ユニチカのユニアミド（登録商標）が例示される。 Examples of polyimide film 107 or polyamide film 107 include Kapton (registered trademark) from DuPont USA, Upilex (registered trademark) from Ube Industries, and Uniamide (registered trademark) from Unitika.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８、放射温度計は、赤外線放射を温度測定に利用するため、測温抵抗体や熱電対と比べ応答速度が早い。熱容量の小さい物体、熱伝導率の小さい物体、微小面積の物体の温度測定が可能である。非接触で温度測定を行うことができる。 Infrared thermography cameras 108 and radiation thermometers use infrared radiation to measure temperature, so they have a faster response speed than resistance thermometers and thermocouples. They can measure the temperature of objects with low heat capacity, low thermal conductivity, and small areas. Temperature measurements can be performed without contact.
図２１（ｃ）で説明したように、観察面はＣＣ’線で研磨される。研磨により表面に平滑化され、良好な観察ができる。研磨された接合層は、反射率が高い場合があり、この場合は放射率の測定に適さない。 As explained in Figure 21(c), the observation surface is polished along the CC' line. Polishing smooths the surface, allowing for good observation. The polished bonding layer may have a high reflectivity, making it unsuitable for measuring emissivity.
本発明は研磨された観察する面に、感光性ポリイミド膜１０７、ポリイミドフィルム１０７、ポリアミドフィルム１０７等を形成または配置する。ポリイミドフィルム１０７等を観察面に形成または配置することにより、赤外線放射率が安定し、精度よく赤外線放射率を測定することができる。
なお、感光性ポリイミド膜１０７は、硬化させず、塗付状態であっても放射率は安定して測定することができる。
In the present invention, a photosensitive polyimide film 107, a polyimide film 107, a polyamide film 107, or the like is formed or placed on the polished observation surface. By forming or placing a polyimide film 107, or the like on the observation surface, the infrared emissivity becomes stable, and the infrared emissivity can be measured with high accuracy.
The emissivity of the photosensitive polyimide film 107 can be measured stably even when it is not cured and is in a coated state.
次に、図２１（ｅ）に図示するように、銅プレート１０４と加熱冷却プレート１０１とを取り付ける。取り付けは、一例として、放熱グリス１１８を使用する。放熱グリス１１８で、変性シリコンのグリスが例示される。このグリスに、熱伝導率の高い金属あるいは金属酸化物の粒子（フィラー）を混合したものを採用することが好ましい。 Next, as shown in Figure 21 (e), the copper plate 104 and the heating/cooling plate 101 are attached. For example, thermal grease 118 is used for attachment. An example of the thermal grease 118 is modified silicone grease. It is preferable to use this grease mixed with metal or metal oxide particles (filler) that have high thermal conductivity.
粒子として主に用いられるのは銅や銀、アルミニウム等の他に、アルミナや酸化マグネシウム、窒化アルミニウム等も用いられる。これらの単体、もしくは混合物を、それらの粒子直径に見合った分散方法を用いて分散させる。 The particles mainly used are copper, silver, aluminum, etc., but alumina, magnesium oxide, aluminum nitride, etc. are also used. These particles, either individually or in mixtures, are dispersed using a dispersion method appropriate for their particle diameter.
塗布直後は適度な粘度を維持しても、使用後時間が経過すると劣化し硬化することがある。そのため固形化したグリスに、接合する材質の線膨張係数の差によってクラックが入る場合があり、伝導特性が低下する場合がある。 Even if the grease maintains an appropriate viscosity immediately after application, it may deteriorate and harden over time after use. As a result, cracks may appear in the solidified grease due to differences in the linear expansion coefficient of the materials being joined, which may result in a decrease in conductivity.
放熱グリス１１８との接続は、上下を押さえつけるだけでも良いが、特に高温が想定される場合は、低温リフローを実施し、確実な密着を確保することが好ましい。 The thermal grease 118 can be connected by simply pressing down on the top and bottom, but if high temperatures are expected, it is preferable to perform low-temperature reflow to ensure a secure seal.
図２１（ｅ）に図示するように、接合層１０５及び当該近傍を、ポリイミド、ポリアミドのフィルムまたは膜を介して、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で観察する。 As shown in Figure 21(e), the bonding layer 105 and its vicinity are observed using an infrared thermography camera 108 or the like through a polyimide or polyamide film or membrane.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８はＸＹＺステージ１１０に搭載される。ＸＹＺ（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）ステージ１１０は、Ｘ軸方向（左右方向）の移動と位置決め、Ｙ軸方向（接合層１０５とカメラ１０８の距離）の移動と位置決め、Ｚ軸方向（上下方向）の移動と位置決めを行う。ＸＹＺステージ１１０の軸移動は１μｍの位置決め精度を有する。また、必要に応じて、θ方向にも回転する。 The infrared thermography camera 108 is mounted on an XYZ stage 110. The XYZ (X-axis, Y-axis, Z-axis) stage 110 moves and positions the camera in the X-axis direction (left and right), the Y-axis direction (the distance between the bonding layer 105 and the camera 108), and the Z-axis direction (up and down). The axial movement of the XYZ stage 110 has a positioning accuracy of 1 μm. It can also rotate in the θ direction as needed.
加熱冷却プレート１０１をＸＹＺステージ１１０に搭載あるいは積載し、加熱冷却プレート１０１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動あるいは位置決めしても良いことは言うまでもない。
図１は、本発明の接合層の評価方法及び接合層評価装置の説明図である。加熱冷却プレート１０１内には、循環水パイプ１０２が配置されている。
It goes without saying that the heating/cooling plate 101 may be mounted or placed on an XYZ stage 110, and the heating/cooling plate 101 may be moved or positioned in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
1 is an explanatory diagram of a bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device according to the present invention. A circulating water pipe 102 is arranged within a heating/cooling plate 101.
チラー（冷却・加温装置）１０３と、加熱冷却プレート１０１、加熱冷却プレート１０１とチラー１０３間を循環する循環水パイプ１０２を有する。加熱冷却プレート１０１には、評価対象物の接合層１０５を有するヒータチップ１０９及び銅プレート１０４が積載されている。 It has a chiller (cooling/heating device) 103, a heating/cooling plate 101, and a circulating water pipe 102 that circulates between the heating/cooling plate 101 and the chiller 103. A heater chip 109 with a bonding layer 105 of the object to be evaluated and a copper plate 104 are loaded on the heating/cooling plate 101.
薄膜ヒータ１１７には、電流電源装置８０３ｂから端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂを介して、定電流Ｉｂ（図７参照）を印加する。温度プローブ１１６は、電流電源装置８０３ａから端子電極１１４ａ、端子電極１１４ｂを介して、定電流Ｉａ（図７を参照）を印加する。
薄膜ヒータ１１７に定電流Ｉａを流し、接合層１０５を加熱する。評価結果あるいは評価の途中に、評価サンプルの評価を停止、あるいは制御方法を変更する。
A constant current Ib (see FIG. 7) is applied to the thin film heater 117 from the current power supply device 803b via the terminal electrodes 115a and 115b. A constant current Ia (see FIG. 7) is applied to the temperature probe 116 from the current power supply device 803a via the terminal electrodes 114a and 114b.
A constant current Ia is applied to the thin film heater 117 to heat the bonding layer 105. Depending on the evaluation result or during the evaluation, the evaluation of the evaluation sample is stopped or the control method is changed.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８で観察して取得される温度情報△Ｔあるいは温度情報△Ｔの変化で、評価サンプルの特性変化を判定あるいは判定する。あるいは、接合層１０５の特性、状態を評価する。
本発明の接合層の評価方法において、接合層１０５の劣化、あるいは特性変化にあわせて、外部条件を変更あるいは設定する。
The change in the characteristics of the evaluation sample is determined or judged based on the temperature information ΔT or the change in the temperature information ΔT obtained by observation with the infrared thermography camera 108. Alternatively, the characteristics and state of the bonding layer 105 are evaluated.
In the method for evaluating the bonding layer of the present invention, the external conditions are changed or set in accordance with the deterioration or characteristic change of the bonding layer 105 .
例えば、接合層１０５の変化が大きい場合あるいは、接合層１０５の温度が所定値より高い場合は、ヒータチップ１０９に流す電流Ｉｂを小さくする。また、循環水パイプ１０２に流れる冷媒（水等）の温度を下げる。接合層１０５の変化が小さい場合、あるいは、接合層１０５の温度が所定値より低い場合は、ヒータチップ１０９に流す電流Ｉｂを大きくする。また、循環水パイプ１０２に流れる冷媒（水等）の温度を上げる。 For example, if the change in the bonding layer 105 is large or the temperature of the bonding layer 105 is higher than a predetermined value, the current Ib flowing through the heater chip 109 is reduced. Also, the temperature of the refrigerant (water, etc.) flowing through the circulating water pipe 102 is lowered. If the change in the bonding layer 105 is small or the temperature of the bonding layer 105 is lower than a predetermined value, the current Ib flowing through the heater chip 109 is increased. Also, the temperature of the refrigerant (water, etc.) flowing through the circulating water pipe 102 is increased.
チラー１０３は水や熱媒体の液温を管理しながら循環させることで、機器等の温度を一定に保つことができるように構成している。主に冷却に用いる場合が多いが、冷やすだけでなく温めることもできる。様々な温度の制御を実施できるように構成している。 The chiller 103 is designed to maintain a constant temperature for equipment by circulating water or heat transfer medium while managing its temperature. It is primarily used for cooling, but can also heat as well as cool. It is designed to be able to control a variety of temperatures.
なお、本明細書では循環水として説明するが、水に限定されるものではない。エチレングリコール、グリセリン等でも良いし、強制空冷であってもよい。チラー１０３は循環水パイプ１０２内の液体を、例えば、水温マイナス１℃からプラス１００℃までの範囲で制御して試験ユニットの加熱冷却プレート１０１に供給する。加熱冷却プレート１０１は十分に大きな熱容量を持っている。 Note that although circulating water is described in this specification, it is not limited to water. Ethylene glycol, glycerin, etc. may also be used, or forced air cooling may be used. The chiller 103 controls the liquid in the circulating water pipe 102 to a temperature range of, for example, -1°C to +100°C, and supplies it to the heating/cooling plate 101 of the test unit. The heating/cooling plate 101 has a sufficiently large heat capacity.
本実施例では加熱冷却プレート１０１を使用したが、加熱プレートと冷却プレートを別体とし、加熱冷却プレート以外の熱源・冷熱源を用いて加熱・冷却するものであってもよい。 In this embodiment, a heating/cooling plate 101 is used, but the heating plate and cooling plate may be separate and heating/cooling may be performed using a heat source or cold source other than the heating/cooling plate.
本発明の接合層の評価方法、接合層評価装置では、接合層１０５及び当該近傍の温度分布状態を測定、あるいは取得することにより、接合層１０５を定量的に評価する。 The bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention quantitatively evaluate the bonding layer 105 by measuring or acquiring the temperature distribution state of the bonding layer 105 and its vicinity.
接合層１０５等は、接合層１０５内のボイドの状態、半田の金属材料の合金割合、フラックスの含有、半田の金属材料の種類、半田金属材料への不純物の溶融割合で特性等が異なる。これらは、リフロー条件（温度、時間、温度変化速度）等によっても変化あるいは異なる。 The properties of the bonding layer 105 and other layers vary depending on the state of voids within the bonding layer 105, the alloy ratio of the solder metal material, the flux content, the type of solder metal material, and the proportion of molten impurities in the solder metal material. These properties also change or differ depending on the reflow conditions (temperature, time, rate of temperature change), etc.
通常のボイドは主にガス化したフラックスがフィレット内にとどまって発生する。リードが細い、または小さい場合には、半田量が十分であれば融点以上を長くすることでかなり解消することができる。これは、フラックス効果で溶融半田の表面張力が抑えられ、熱対流することによってガスがフィレット内部から放出され、解消される。同時に、基板や部品リード表面からのガスも放出される。
パッケージあるいは実装部品形態であるＢＧＡ、ＣＳＰでは部品の下に半田が印刷されるため、発生したガスは部品下部にとどまりやすくなる。しかし、ボール分だけ部品と基板に隙間があるので、半田の流動性が保持される限りにおいて、ガスはボール内から外へ放出される。
逆に、リードレス部品やパワー系部品では部品と基板ランド間に隙間がない。そのため、発生ガスやフラックス残渣はそのまま部品下にとどまり、大きなボイドを形成する。
ボイドは実装時に発生したガスが、半田の流動性不足や溶融時間の短さ等の理由で外部に排出されなかった際に発生する。
Ordinary voids are mainly caused by gasified flux remaining inside the fillet. If the leads are thin or small, and there is a sufficient amount of solder, they can be largely eliminated by extending the time above the melting point. This is because the flux effect reduces the surface tension of the molten solder, and thermal convection causes the gas to be released from inside the fillet, eliminating the void. At the same time, gas is also released from the surface of the board and component leads.
In the case of packages or mounted components such as BGA and CSP, solder is printed underneath the component, so the generated gas tends to stay underneath the component. However, there is a gap between the component and the board for the size of the ball, so as long as the solder fluidity is maintained, the gas will be released from inside the ball to the outside.
Conversely, leadless and power components have no gap between the component and the board land, so generated gases and flux residue remain under the component, forming large voids.
Voids occur when gas generated during mounting is not released to the outside due to reasons such as insufficient solder fluidity or a short melting time.
電子部品、基板、半田ペーストが吸湿し、リフロー時に水蒸気として発生する。半田印刷時に発生した粒子間の隙間がリフロー後、ボイドとなる。プリント配線板や電子部品に凹部があり、その上に実装すると凹部と部品間に隙間ができ、半田が流れ込むことなくボイドとなる。クラックの経路にボイドがあるとクラックの進行が加速する。ボイドの占有率と疲労寿命の関係が示されている。 Electronic components, circuit boards, and solder paste absorb moisture, which is released as water vapor during reflow. Gaps between particles that occur during solder printing become voids after reflow. If a printed wiring board or electronic component has a recess, and the component is mounted on it, a gap will form between the recess and the component, preventing the solder from flowing in and creating a void. If there is a void in the path of a crack, the crack will progress more quickly. A relationship has been shown between the void occupancy rate and fatigue life.
本発明の接合層の評価方法、接合層評価装置は、温度分布状態、温度情報△Ｔ等を取得することにより、接合層１０５及び当該接合層１０５近傍の状態を定量的に評価でき有効である。 The bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention are effective in quantitatively evaluating the state of the bonding layer 105 and the vicinity of the bonding layer 105 by acquiring temperature distribution state, temperature information ΔT, etc.
熱疲労試験により接合層１０５に劣化が発生している部分とその周囲には、温度情報△Ｔが大きい。温度情報△Ｔはヒータチップ１０９による過熱（加熱）状態及び過熱（加熱）時間に対応して変化する。時間経過後の温度分布を測定することにより、接合部１０５の寿命予測ができる。 Thermal fatigue testing reveals large temperature information ΔT in areas where deterioration has occurred in the bonding layer 105 and in the surrounding area. The temperature information ΔT changes depending on the overheating state (heating) caused by the heater chip 109 and the overheating (heating) time. By measuring the temperature distribution over time, the lifespan of the bonding part 105 can be predicted.
本発明の接合層の評価方法、接合層評価装置は用いると、クラックの発生が加熱の初期段階で確認できる。また、発明の接合層の評価方法、接合層評価装置を用いることにより、ボイドの分布状態、フラックスの分布状態、接合層１０５の金属あるいは組成材質、合金状態等による温度情報△Ｔ、温度分布データを取得あるいは測定することができる。 By using the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention, it is possible to confirm the occurrence of cracks at an early stage of heating. Furthermore, by using the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention, it is possible to acquire or measure temperature information ΔT and temperature distribution data based on the void distribution state, flux distribution state, metal or composition material of the bonding layer 105, alloy state, etc.
取得あるいは測定した温度情報△Ｔ、温度分布データにより、接合層１０５の状態を定量的に評価できる。また、接合層１０５の特性、寿命予測、故障率を定量的に評価、判定することができる。 The state of the bonding layer 105 can be quantitatively evaluated based on the acquired or measured temperature information ΔT and temperature distribution data. Furthermore, the characteristics, life expectancy, and failure rate of the bonding layer 105 can be quantitatively evaluated and determined.
本発明の接合層の評価方法、接合層評価装置は用いると、接合層１０５の劣化に関して、劣化が進行しているか、進展速度を算出して、残存寿命を非破壊で容易に把握、あるいは算出することができる。
接合層（接合層）１０５の劣化診断を行うためには、まず、温度分布の測定データから温度差分を抽出し、また、必要に応じて時間経過の温度差分を抽出する。
By using the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention, it is possible to easily determine whether deterioration of the bonding layer 105 is progressing, calculate the rate of progression, and non-destructively grasp or calculate the remaining lifespan.
To diagnose deterioration of the bonding layer (bonding layer) 105, first, a temperature difference is extracted from the measurement data of the temperature distribution, and if necessary, a temperature difference over time is also extracted.
その後、抽出されたデータを解析することにより、接合層１０５の特性評価、接合層１０５の劣化あるいは変化を検出することができる。また、このデータの解析により、接合層の寿命を評価あるいは予測することも可能である。 The extracted data can then be analyzed to evaluate the characteristics of the bonding layer 105 and detect any deterioration or changes in the bonding layer 105. Analysis of this data also makes it possible to evaluate or predict the lifespan of the bonding layer.
赤外線サーモグラフィカメラの場合、温度分布の測定データを画像表示して、得られたデータ画像から時間経過の温度差分を抽出し、クラック、剥離等の発生している箇所を特定することができる。クラックの長さや大きさを計測することにより、温度分布の測定データの解析を行うことができる。また、接合層１０５の特性評価、接合層１０５の劣化あるいは変化を検出することができる。 In the case of an infrared thermography camera, the temperature distribution measurement data can be displayed as an image, and temperature differences over time can be extracted from the obtained data image, making it possible to identify locations where cracks, peeling, etc. have occurred. By measuring the length and size of cracks, it is possible to analyze the temperature distribution measurement data. It is also possible to evaluate the characteristics of the bonding layer 105 and detect deterioration or changes in the bonding layer 105.
図７は、本発明の接合層の評価方法及び接合層評価装置の動作の説明図である。制御回路８０４には、放射温度計、あるいは赤外線サーモグラフティカメラ１０８からの温度情報△Ｔが入力され、温度情報△Ｔに基づいてチラー１０３を制御する。あるいは、温度情報△Ｔを所定値にするように、チラー１０３を制御する。 Figure 7 is an explanatory diagram of the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention. Temperature information ΔT from the radiation thermometer or infrared thermography camera 108 is input to the control circuit 804, and the chiller 103 is controlled based on the temperature information ΔT. Alternatively, the chiller 103 is controlled so that the temperature information ΔT becomes a predetermined value.
制御回路８０４は、ＸＹＺステージ１１０を制御し、赤外線サーモグラフティカメラ１０８を移動し、接合層１０５に所定位置に位置決めする。また、所定間隔で接合層１０５位置を変化させ、温度情報△Ｔを取得する。 The control circuit 804 controls the XYZ stage 110 to move the infrared thermography camera 108 and position it at a predetermined position on the bonding layer 105. It also changes the position of the bonding layer 105 at predetermined intervals to obtain temperature information ΔT.
制御回路８０４は、電流電源装置８０３ａの定電流回路８０２ａ、スイッチ回路８０１ａを制御し、温度プローブ１１６に定電流Ｉａを印加する。定電流Ｉａは端子電極１１４ａと端子電極１１４ｂ間に印加される。 The control circuit 804 controls the constant current circuit 802a and switch circuit 801a of the current power supply device 803a to apply a constant current Ia to the temperature probe 116. The constant current Ia is applied between the terminal electrodes 114a and 114b.
制御回路８０４は、電流電源装置８０３ｂの定電流回路８０２ｂ、スイッチ回路８０１ｂを制御し、薄膜ヒータ１１７に定電流Ｉｂを印加する。定電流Ｉａは端子電極１１５ａと端子電極１１５ｂ間に印加される。 The control circuit 804 controls the constant current circuit 802b and switch circuit 801b of the current power supply device 803b to apply a constant current Ib to the thin-film heater 117. The constant current Ia is applied between the terminal electrodes 115a and 115b.
薄膜ヒータ１１７は、定電流Ｉｂにより発熱し、発熱した熱は、ＳｉＣ基板１０６を伝熱し、接合層１０５を加熱する。薄膜ヒータ１１７の発熱温度は、温度プローブ１１６の抵抗値を増加させる。 The thin-film heater 117 generates heat due to the constant current Ib, and the generated heat is transferred to the SiC substrate 106, heating the bonding layer 105. The heat generated by the thin-film heater 117 increases the resistance value of the temperature probe 116.
温度プローブ１１６の周囲に薄膜ヒータ１１７が形成または配置されている。薄膜ヒータ１１７の温度と、温度プローブ１１６の抵抗値は線形の関係となるように、ヒータチップ１０９が構成されている。 A thin-film heater 117 is formed or arranged around the temperature probe 116. The heater chip 109 is configured so that the temperature of the thin-film heater 117 and the resistance value of the temperature probe 116 have a linear relationship.
温度プローブ１１６には、定電流Ｉａが供給されている。温度プローブ１１６の抵抗値が高くなると、温度プローブ１１６の端子電極１１４ａと端子電極１１４ｂ間の電圧も温度に比例して変化する。電圧計１２２ａで、温度プローブ１１６の端子電極１１４ａと端子電極１１４ｂ間の電圧を測定することにより、薄膜ヒータ１１７の発熱温度（ＳｉＣ基板１０６の温度）を取得できる。 A constant current Ia is supplied to the temperature probe 116. As the resistance value of the temperature probe 116 increases, the voltage between the terminal electrodes 114a and 114b of the temperature probe 116 also changes in proportion to the temperature. By measuring the voltage between the terminal electrodes 114a and 114b of the temperature probe 116 with the voltmeter 122a, the heat generation temperature of the thin-film heater 117 (the temperature of the SiC substrate 106) can be obtained.
本明細書では循環水パイプ１０２に流れる冷媒は循環水として説明するが、水に限定されるものではない。エチレングリコール、グリセリン、フロン等でもよいし、強制空冷であってもよい。 In this specification, the refrigerant flowing through the circulating water pipe 102 is described as circulating water, but it is not limited to water. It can also be ethylene glycol, glycerin, chlorofluorocarbon, etc., or forced air cooling.
チラー１０３は循環水パイプ１０２内の液体を、例えば、水温マイナス１℃からプラス１００℃までの範囲で制御して、試験ユニットの加熱冷却プレート１０１に供給する。加熱冷却プレート１０１は十分に大きな熱容量を持っている。 The chiller 103 controls the liquid in the circulating water pipe 102 to a temperature range of, for example, -1°C to +100°C, and supplies it to the heating and cooling plate 101 of the test unit. The heating and cooling plate 101 has a sufficiently large heat capacity.
本発明の実施形態では加熱冷却プレート１０１を使用したが、加熱プレートと冷却プレートを別体とし、加熱冷却プレート以外の熱源・冷熱源を用いて加熱・冷却するものであってもよい。 In the embodiment of the present invention, a heating/cooling plate 101 is used, but the heating plate and cooling plate may be separate entities, and heating and cooling may be performed using heat and cold sources other than the heating/cooling plate.
電流電源装置８０３は、薄膜ヒータ１１７または温度プローブ１１６に供給する定電流Ｉａまたは定電流Ｉｂを出力する。電流電源装置８０３は、制御回路８０４からの制御信号に同期させて、薄膜ヒータ１１７または温度プローブ１１６に電力（電流、電圧）を供給する。また、電流電源装置８０３は、出力する最大電圧値を設定することができる。 The current power supply device 803 outputs a constant current Ia or a constant current Ib to be supplied to the thin-film heater 117 or the temperature probe 116. The current power supply device 803 supplies power (current, voltage) to the thin-film heater 117 or the temperature probe 116 in synchronization with a control signal from the control circuit 804. The current power supply device 803 can also set the maximum voltage value to be output.
スイッチ回路８０１は、電流電源装置８０３が出力する定電流の供給をオン（供給）オフ（遮断）させる。スイッチ回路８０１は制御回路８０４からの信号に基づき、オン(定電流を出力)またはオフ（定電流を遮断）に設定または制御される。通常、スイッチ回路８０１は試験開始前にオンされ、接合層１０５の試験中はオン状態に維持される。 The switch circuit 801 turns on (supply) and off (shutoff) the supply of constant current output by the current power supply device 803. The switch circuit 801 is set or controlled to be on (output constant current) or off (shutoff constant current) based on a signal from the control circuit 804. Typically, the switch circuit 801 is turned on before the test begins and is maintained in the on state during the test of the bonding layer 105.
図７において、電流電源装置８０３ａ、電流電源装置８０３ｂは、各１台の電流電源装置を図示している。電流電源装置８０３は各１台に限定されるものではない。例えば、２台以上の電流電源装置８０３ａ、２台以上の電流電源装置８０３ｂを保有させてもよい。電流電源装置８０３ａ、電流電源装置８０３ｂの台数が増加するほど、多種多様な電流Ｉａ、電流Ｉｂの波形、あるいは電圧波形を発生させることができる。
本発明の実施例において、電流電源装置８０３として説明するが、電流電源装置８０３は定電流を出力するものに限定されるものではない。
7, the current power supply device 803a and the current power supply device 803b are shown as one current power supply device each. The number of current power supply devices 803 is not limited to one. For example, two or more current power supply devices 803a and two or more current power supply devices 803b may be provided. The more current power supply devices 803a and current power supply devices 803b are provided, the more diverse the waveforms of current Ia and current Ib or voltage waveforms that can be generated.
In the embodiment of the present invention, the current power supply device 803 is described, but the current power supply device 803 is not limited to one that outputs a constant current.
例えば、電流電源装置８０３に最大電圧を設定できるものを使用する。一定の条件で、設定された最大電圧において、所定の定電流を出力できるように機能させることが例示される。また、定電流を出力する場合に、出力端子電圧を所定の最大電圧を設定できるように構成することが例示される。 For example, the current power supply device 803 can be configured to allow a maximum voltage to be set. An example is to configure it so that it can output a predetermined constant current at a set maximum voltage under certain conditions. Another example is to configure it so that when outputting a constant current, the output terminal voltage can be set to a predetermined maximum voltage.
本発明において、電流電源装置８０３は、定電流のみ出力する装置ではなく、電圧、電流を出力あるいは設定できる電源装置であってもよいことは言うまでもない。 In the present invention, it goes without saying that the current power supply device 803 does not have to be a device that outputs only a constant current, but may also be a power supply device that can output or set voltage and current.
図７の実施例において、電流電源装置８０３で定電流を発生させるとして説明するが、定電流は、薄膜ヒータ１１７の抵抗の状態に応じて、印加電圧を調整することによっても実現できる。したがって、本発明において、電流を出力する電流電源装置８０３に限定するものではなく、電圧出力の電源装置で構成してもよいことはいうまでもない。また、電流＋電圧出力の電源装置で構成してもよいことはいうまでもない。 In the embodiment of Figure 7, a constant current is generated by the current power supply 803, but a constant current can also be achieved by adjusting the applied voltage depending on the resistance state of the thin-film heater 117. Therefore, the present invention is not limited to a current power supply 803 that outputs current, and it goes without saying that it can also be configured as a power supply that outputs voltage. It also goes without saying that it can be configured as a power supply that outputs both current and voltage.
電流電源装置８０３ｂは、定電流Ｉｂを薄膜ヒータ１１７に供給する。薄膜ヒータ１１７は印加される定電流Ｉｂに対応して発熱する。発熱した熱は、ＳｉＣ基板１０６を伝熱し、接合層１０５を加熱する。ＳｉＣ基板１０６は熱伝導性が高い。一方、銅プレート１０４は加熱冷却プレート１０１により一定温度に保持される。 The current power supply 803b supplies a constant current Ib to the thin-film heater 117. The thin-film heater 117 generates heat in response to the applied constant current Ib. The generated heat is transferred through the SiC substrate 106 and heats the bonding layer 105. The SiC substrate 106 has high thermal conductivity. Meanwhile, the copper plate 104 is maintained at a constant temperature by the heating/cooling plate 101.
接合層１０５の上側は、ＳｉＣ基板１０６側からの薄膜ヒータ１１７の熱により加熱され、接合層１０５の下側は、銅プレート１０４により、一定温度に維持される。したがって、接合層１０５は上側から下側に温度情報△Ｔが発生する。放射温度計、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等は、主として接合層１０５上側の温度と接合層１０５下側の温度を測定する。当該温度差を温度情報△Ｔとして取得する。 The upper side of the bonding layer 105 is heated by heat from the thin-film heater 117 on the SiC substrate 106 side, and the lower side of the bonding layer 105 is maintained at a constant temperature by the copper plate 104. Therefore, temperature information ΔT is generated from the upper side to the lower side of the bonding layer 105. The radiation thermometer, infrared thermography camera 108, etc. mainly measure the temperatures of the upper side and the lower side of the bonding layer 105. This temperature difference is obtained as temperature information ΔT.
薄膜ヒータ１１７に定電流Ｉｂが印加され、薄膜ヒータ１１７が発熱する。温度プローブ１１６には定電流Ｉａが印加される。定電流Ｉａは比較的小さい電流であり、当該定電流Ｉａで温度プローブ１１６が発熱することはほとんどないか、発熱は発生しない。薄膜ヒータ１１７に定電流Ｉｂが印加され、薄膜ヒータ１１７が発熱する薄膜ヒータ１１７の発熱により温度プローブ１１６が加熱される。温度プローブ１１６は加熱される温度プローブ１１６の端子間電圧と温度の関係は予め取得しておく。 A constant current Ib is applied to the thin-film heater 117, causing it to generate heat. A constant current Ia is applied to the temperature probe 116. The constant current Ia is a relatively small current, and the temperature probe 116 generates little or no heat at all with this constant current Ia. A constant current Ib is applied to the thin-film heater 117, causing the thin-film heater 117 to generate heat. The heat generated by the thin-film heater 117 heats the temperature probe 116. The relationship between the voltage between the terminals of the heated temperature probe 116 and the temperature is obtained in advance.
温度プローブ１１６が加熱されると、温度プローブ１１６の端子間電圧（電圧計１２２ａで測定）が変化する。制御回路８０４は端子間電圧を取得し、ＳｉＣ基板１０６が所定の温度となるように、薄膜ヒータ１１７に流す定電流Ｉｂを調整する。定電流Ｉｂは、０．２Ａ以上２Ａ以下である。定電流Ｉｂの設定刻みは、１ｍＡ以下とすることが好ましい。
以上の実施例では、定電流Ｉｂの調整は、温度プローブ１１６の端子間電圧を測定して、薄膜ヒータ１１７に流す定電流Ｉｂを調整するとした。
When the temperature probe 116 is heated, the voltage between the terminals of the temperature probe 116 (measured by the voltmeter 122a) changes. The control circuit 804 acquires the voltage between the terminals and adjusts the constant current Ib flowing through the thin film heater 117 so that the SiC substrate 106 reaches a predetermined temperature. The constant current Ib is equal to or greater than 0.2 A and equal to or less than 2 A. It is preferable that the setting increment of the constant current Ib be 1 mA or less.
In the above embodiment, the constant current Ib is adjusted by measuring the voltage between the terminals of the temperature probe 116 and adjusting the constant current Ib flowing through the thin film heater 117 .
定電流Ｉｂの設定及び調整は、放射温度計、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等でＳｉＣ基板１０６の温度あるいは接合部１０５の温度を測定することによっても実施できる。赤外線サーモグラフティカメラ１０８で温度情報△Ｔを測定し、温度情報△Ｔが所定値あるいは所定の範囲内か否かで、薄膜ヒータ１１７に流す定電流Ｉｂを調整する。 The constant current Ib can also be set and adjusted by measuring the temperature of the SiC substrate 106 or the temperature of the junction 105 using a radiation thermometer, infrared thermography camera 108, etc. The infrared thermography camera 108 measures temperature information ΔT, and the constant current Ib flowing through the thin-film heater 117 is adjusted depending on whether the temperature information ΔT is a predetermined value or within a predetermined range.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８等による温度情報△Ｔと、温度プローブ１１６の端子間電圧（電圧計１２２ａで測定）の両方を加味して、薄膜ヒータ１１７に流す定電流Ｉｂを調整しても良いことは言うまでもない。
スイッチ回路８０１ｂをオンオフして、薄膜ヒータ１１７に流す定電流Ｉｂをオンオフし、薄膜ヒータ１１７の発熱を調整あるいは設定してもよい。
It goes without saying that the constant current Ib flowing through the thin film heater 117 may be adjusted taking into consideration both the temperature information ΔT from the infrared thermography camera 108 or the like and the voltage between the terminals of the temperature probe 116 (measured by the voltmeter 122a).
The heat generation of the thin film heater 117 may be adjusted or set by turning on or off the switch circuit 801b to turn on or off the constant current Ib flowing through the thin film heater 117.
本発明のヒータチップ１０９は図２の構成だけではなく、多種多様な構成が例示される。例えば、図４、図５、図６、図１２、図１５、図１６等の構成あるいは構造が例示される。ヒータチップ１０９の基板１０６は、ＳｉＣ、ＡlＮ等で構成されている。 The heater chip 109 of the present invention can have a wide variety of configurations other than the configuration shown in Figure 2. Examples include the configurations or structures shown in Figures 4, 5, 6, 12, 15, and 16. The substrate 106 of the heater chip 109 is made of SiC, AlN, or the like.
図４の基板１０６の表面には薄膜ヒータ１１７が渦巻き状あるいは同心状に形成または配置されている。同様に温度プローブ１１６も渦巻き状または同心状に形成または配置されている。 In Figure 4, a thin-film heater 117 is formed or arranged in a spiral or concentric shape on the surface of the substrate 106. Similarly, the temperature probe 116 is also formed or arranged in a spiral or concentric shape.
薄膜ヒータ１１７を、渦巻き状あるいは同心状に構成あるいは形成することにより、ＳｉＣ基板１０６等を均一に加熱することができる。薄膜ヒータ１１７には端子電極１１５ａ及び端子電極１１５ｂに定電流Ｉｂを印加する。 By configuring or forming the thin-film heater 117 in a spiral or concentric shape, the SiC substrate 106 and the like can be heated uniformly. A constant current Ib is applied to the terminal electrodes 115a and 115b of the thin-film heater 117.
薄膜ヒータ１１７には端子電極１１５ａ及び端子電極１１５ｂに定電流Ｉｂを印加する。温度プローブ１１６には端子電極１１４ａ及び端子電極１１４ｂに定電流Ｉａを印加する。 A constant current Ib is applied to terminal electrodes 115a and 115b of the thin-film heater 117. A constant current Ia is applied to terminal electrodes 114a and 114b of the temperature probe 116.
なお、薄膜ヒータ１１７は、ジグザグ状に形成する構成、四角形状に形成する構成、放射状に形成する構成も例示される。また、ヒータチップ１０９に複数の薄膜ヒータ１１７を形成または配置してもよいことは言うまでもない。以上の事項は、温度プローブ１１６に関しても同様である。 Note that examples of the thin-film heater 117 include a zigzag configuration, a rectangular configuration, and a radial configuration. It goes without saying that multiple thin-film heaters 117 may be formed or arranged on the heater chip 109. The same applies to the temperature probe 116.
一例として、図７は、１つの銅プレート１０４に、１つのＳｉＣ基板１０６と接合層１０５が配置された実施例を図示している。しかし、本発明はこれに限定するものではない。 As an example, Figure 7 illustrates an embodiment in which one SiC substrate 106 and bonding layer 105 are arranged on one copper plate 104. However, the present invention is not limited to this.
図８は、加熱冷却プレート１０１に１つの銅プレート１０４が配置され、１つの銅プレート１０４に複数の接合層１０５が形成された実施例である。各接合層１０５はそれぞれヒータチップ１０９に挟持されている。 Figure 8 shows an example in which one copper plate 104 is placed on the heating/cooling plate 101, and multiple bonding layers 105 are formed on the copper plate 104. Each bonding layer 105 is sandwiched between heater chips 109.
接合層１０５ａはヒータチップ１０９ａと銅プレート１０４間に挟持されている。接合層１０５ｂはヒータチップ１０９ｂと銅プレート１０４間に挟持されている。接合層１０５ｃはヒータチップ１０９ｃと銅プレート１０４間に挟持されている。接合層１０５ｄはヒータチップ１０９ｄと銅プレート１０４間に挟持されている。接合層１０５ｅはヒータチップ１０９ｅと銅プレート１０４間に挟持されている。 The bonding layer 105a is sandwiched between the heater chip 109a and the copper plate 104. The bonding layer 105b is sandwiched between the heater chip 109b and the copper plate 104. The bonding layer 105c is sandwiched between the heater chip 109c and the copper plate 104. The bonding layer 105d is sandwiched between the heater chip 109d and the copper plate 104. The bonding layer 105e is sandwiched between the heater chip 109e and the copper plate 104.
それぞれの接合層１０５のＡ点及びＢ点の温度は、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で測定される。ＸＹＺステージ１１０に赤外線サーモグラフティカメラ１０８が配置され、ＸＹＺステージ１１０上を赤外線サーモグラフティカメラ１０８が移動し、各接合層１０５のＡ点、Ｂ点位置の温度情報△Ｔを取得する。 The temperatures of points A and B of each bonding layer 105 are measured using an infrared thermography camera 108 or the like. The infrared thermography camera 108 is placed on an XYZ stage 110, and moves along the XYZ stage 110 to obtain temperature information ΔT at points A and B of each bonding layer 105.
各接合層１０５（接合層１０５ａ～接合層１０５ｅ）は、接合層１０５を構成する材料あるいは組成を異ならせることにより、多様な接合層１０５の情報（特性、寿命等）を同時に得ることができる。 By varying the material or composition of each bonding layer 105 (bonding layers 105a to 105e), it is possible to simultaneously obtain various pieces of information about the bonding layers 105 (such as characteristics and lifespan).
また、各接合層１０５（接合層１０５ａ～接合層１０５ｅ）のヒータチップ１０９の温度を異ならせることにより、接合層１０５を加温する温度に対して、多様な接合層１０５の情報（特性、寿命等）を同時に得ることができる。 Furthermore, by varying the temperature of the heater chip 109 for each bonding layer 105 (bonding layers 105a to 105e), it is possible to simultaneously obtain various information about the bonding layer 105 (characteristics, lifespan, etc.) for each temperature to which the bonding layer 105 is heated.
なお、赤外線サーモグラフティカメラ１０８で接合層１０５の温度を測定するとしてが、温度に限定するものではない。温度に相関あるいは比例する値もしくは情報であればいずれのデータであっても良いことは言うまでもない。
なお、図８の本発明は、図１７、図１８で説明する事項あるいは内容を適用することにより、より効果を発揮できる。
Although the temperature of the bonding layer 105 is measured by the infrared thermography camera 108, it is not limited to measuring the temperature. It goes without saying that any data or information may be used as long as it is a value or information that is correlated with or proportional to the temperature.
The present invention shown in FIG. 8 can be more effective by applying the matters or contents explained in FIGS.
図９は、本発明の接合層の評価方法及び接合層評価装置の説明図である。Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄと接合層１０５間には金めっき膜１１２ｃが形成され、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａと接合層１０５間には金めっき膜１１２ａが形成される。接合層１０５の形成により、金が接合層１０５に拡散するため、金の層は消滅するため、図示していない。 Figure 9 is an explanatory diagram of the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention. A gold plating film 112c is formed between the Ni-P film 111d and the bonding layer 105, and a gold plating film 112a is formed between the Ni-P film 111a and the bonding layer 105. Since the gold diffuses into the bonding layer 105 upon formation of the bonding layer 105, the gold layer disappears and is therefore not shown.
薄膜ヒータ１１７に定電流Ｉｂが印加されることにより、薄膜ヒータ１１７が発熱し、発生した熱はＳｉＣ基板１０６に伝熱される。発熱した熱により接合層１０５に拡散部９０１が発生する。拡散部９０１では、熱により接合層１０５を構成する材料、組成が移動し、あるいは特性が変化する。また、クラック発生、ボイドの拡大、フラックス等の流出等が発生する。これらの変化あるいは発生により、接合層１０５の温度状態、温度情報△Ｔが変化する。 When a constant current Ib is applied to the thin-film heater 117, the thin-film heater 117 generates heat, which is transferred to the SiC substrate 106. The generated heat causes a diffusion region 901 to form in the bonding layer 105. In the diffusion region 901, the heat causes the material and composition that make up the bonding layer 105 to move or the characteristics to change. It also causes cracks, voids to expand, and flux to leak out. These changes or occurrences cause changes in the temperature state and temperature information ΔT of the bonding layer 105.
接合層１０５の構造あるいは材料により、初期状態（薄膜ヒータ１１７で加熱し、接合層１０５が所定の温度になった状態）として特有の温度情報△Ｔ、あるいは温度情報△Ｔの差異が発生する。当該初期状態の温度情報△Ｔで接合層１０５を定量的に評価あるいは接合層１０５の特性を把握することができる。 Depending on the structure or material of the bonding layer 105, specific temperature information ΔT or differences in temperature information ΔT occur in the initial state (when the bonding layer 105 reaches a predetermined temperature after heating with the thin-film heater 117). The temperature information ΔT in this initial state can be used to quantitatively evaluate the bonding layer 105 or to understand the characteristics of the bonding layer 105.
以上のように、本発明は、初期状態の温度情報△Ｔで接合層１０５を定量的に評価あるいは接合層１０５の特性を把握することができる。また、接合層１０５を加熱、あるいは加温することにより接合層１０５が変化する。温度情報△Ｔの取得により、変化状態を定量的に測定でき、寿命あるいは特性劣化状態あるいは経時変化を定量的に把握することができる。 As described above, the present invention makes it possible to quantitatively evaluate the bonding layer 105 or grasp the characteristics of the bonding layer 105 using temperature information ΔT in the initial state. Furthermore, the bonding layer 105 changes when it is heated or warmed. By acquiring temperature information ΔT, the state of change can be quantitatively measured, and the lifespan, characteristic degradation, or changes over time can be quantitatively grasped.
接合層１０５は、上側が薄膜ヒータ１１７により加熱される。銅プレート１０４は加熱冷却プレート１０１により所定温度に維持されている。したがって、接合層１０５は上側から下側に温度分布が発生する、また、接合層１０５は上側から下側に温度情報△Ｔが変化する。 The upper side of the bonding layer 105 is heated by the thin-film heater 117. The copper plate 104 is maintained at a predetermined temperature by the heating/cooling plate 101. Therefore, a temperature distribution occurs from the top to the bottom of the bonding layer 105, and the temperature information ΔT changes from the top to the bottom of the bonding layer 105.
接合層１０５が均一に形成されていると熱移動は容易になり、また、熱分布は均一となり、温度情報△Ｔも均一となる。接合層１０５にクラックあるいはボイドが発生していると、クラックあるいはボイド部分で熱移動が小さくなる。したがって、熱分布は不均一となり、温度情報△Ｔも接合層１０５の各部分で異なる。 If the bonding layer 105 is formed uniformly, heat transfer is facilitated, the heat distribution is uniform, and the temperature information ΔT is also uniform. If cracks or voids occur in the bonding layer 105, heat transfer is reduced in the cracked or voided areas. Therefore, the heat distribution is non-uniform, and the temperature information ΔT differs in each part of the bonding layer 105.
図１０に図示するように、薄膜ヒータ１１７が発熱することにより、接合層１０５に点線で示すような温度分布が発生する。温度分布は接合層１０５の組成、構造、材料を示す。 As shown in Figure 10, heat generated by the thin-film heater 117 generates a temperature distribution in the bonding layer 105 as shown by the dotted line. The temperature distribution indicates the composition, structure, and material of the bonding layer 105.
図１０に図示するように、接合層１０５のＡ点、Ｂ点での温度を赤外線サーモグラフティカメラ１０８で測定をする。Ａ点、Ｂ点の温度（温度情報△Ｔ）から温度情報△Ｔを求める。温度情報△Ｔで接合層１０５の状態を定量的に把握することができる。 As shown in Figure 10, the temperatures at points A and B of the bonding layer 105 are measured using an infrared thermography camera 108. Temperature information ΔT is calculated from the temperatures at points A and B (temperature information ΔT). The state of the bonding layer 105 can be quantitatively determined from the temperature information ΔT.
接合層１０５において、赤外線サーモグラフティカメラ１０８で複数個所の温度情報△Ｔを取得し、接合層１０５の複数点間で温度情報△Ｔを求めることにより、接合層１０５を定量的に評価することができる。また、接合層１０５を加熱または過熱し、所定の時間の経過後と初期状態での温度情報△Ｔを比較することにより、接合層１０５の寿命あるいは劣化を定量的に測定することができる。 The bonding layer 105 can be quantitatively evaluated by acquiring temperature information ΔT at multiple locations using an infrared thermography camera 108 and determining the temperature information ΔT between multiple points on the bonding layer 105. Furthermore, by heating or overheating the bonding layer 105 and comparing the temperature information ΔT after a predetermined time has elapsed with the temperature information ΔT in the initial state, the lifespan or deterioration of the bonding layer 105 can be quantitatively measured.
図１０では、放射温度計、赤外線サーモグラフティカメラ１０８で、Ａ点及びＢ点の温度情報△Ｔを測定するとした。詳細に接合層１０５の特性、構造、寿命等を測定あるいは把握するには、図１１に図示するように、３点以上の箇所で温度情報△Ｔを取得する。 In Figure 10, the radiation thermometer and infrared thermography camera 108 measure temperature information ΔT at points A and B. To measure or understand the characteristics, structure, lifespan, etc. of the bonding layer 105 in detail, temperature information ΔT is obtained at three or more points, as shown in Figure 11.
図１１では、９点の測定点を等間隔（ｄ／２）で測定している。ｄは略接合層１０５の膜厚とする。図１１に図示するように、接合層１０５をマトリックス状に温度情報△Ｔを取得する。取得した各点の温度情報△Ｔから各点間の温度情報△Ｔを求める。
温度情報△Ｔは、故障率と相関がある。図１４は温度情報△Ｔと故障率との関係を模式的に図示した説明図である。
In Fig. 11, nine measurement points are measured at equal intervals (d/2), where d is approximately the film thickness of the bonding layer 105. As shown in Fig. 11, temperature information ΔT is acquired in a matrix form for the bonding layer 105. Temperature information ΔT between each point is calculated from the acquired temperature information ΔT at each point.
The temperature information ΔT is correlated with the failure rate. Fig. 14 is an explanatory diagram that schematically illustrates the relationship between the temperature information ΔT and the failure rate.
温度情報△Ｔが小さい場合、接合層１０５が均一、ボイドあるいはクラック等が発生してないか、または少ない。温度情報△Ｔが大きい場合、温度情報△Ｔが不均一な場合等は、接合層１０５に不均一材料混合、ボイド、クラック等が発生している場合が多い。 When the temperature information ΔT is small, the bonding layer 105 is uniform and no or few voids or cracks have occurred. When the temperature information ΔT is large or non-uniform, the bonding layer 105 often has non-uniform material mixing, voids, cracks, etc.
図１４に図示するように、温度情報△Ｔが△Ｔ１以下の場合は、故障率がＦ１までと一定以下である。しかし、温度情報△Ｔが△Ｔ１以上の場合、△Ｔ１を超えると急激に故障率が大きくなる。
接合部１０５は、所定の故障率Ｆ２以下に収める必要があるとすると、温度情報△Ｔは△Ｔ２以下となるようにする必要がある。
14, when the temperature information ΔT is ΔT1 or less, the failure rate is constant up to F1. However, when the temperature information ΔT is ΔT1 or more, the failure rate increases rapidly once ΔT1 is exceeded.
If the failure rate of the joint 105 needs to be kept below a predetermined failure rate F2, the temperature information ΔT needs to be set to ΔT2 or less.
各接合層１０５を作製し、赤外線サーモグラフティカメラ１０８で温度情報△Ｔを取得することにより、接合層１０５を定量的に評価でき、故障率を把握できる。また、薄膜ヒータ１１７で接合層１０５を過熱することにより、接合層１０５の寿命、劣化を定量的に測定あるいは把握することができ、故障率を予測することができる。 By creating each bonding layer 105 and acquiring temperature information ΔT using an infrared thermography camera 108, the bonding layer 105 can be quantitatively evaluated and the failure rate can be determined. Furthermore, by overheating the bonding layer 105 using a thin-film heater 117, the lifespan and deterioration of the bonding layer 105 can be quantitatively measured or determined, and the failure rate can be predicted.
図１４のグラフを、作製した接合部１０５の試料の温度情報△Ｔと当該故障率を測定、あるいは取得して作成する。グラフを作成することにより、新たに作製した接合部１０５を赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で温度情報△Ｔを取得することにより、故障率が定量的に予測することができる。 The graph in Figure 14 is created by measuring or acquiring the temperature information ΔT and failure rate of the sample of the fabricated joint 105. By creating the graph and acquiring the temperature information ΔT of the newly fabricated joint 105 using an infrared thermography camera 108 or the like, the failure rate can be quantitatively predicted.
図１２は、薄膜ヒータ１１７で接合層１０５を加熱した状態を熱シミュレーションした状態を図示したものである。薄膜ヒータ１１７により、接合層１０５には、温度分布が発生する。 Figure 12 shows a thermal simulation of the state in which the bonding layer 105 is heated by the thin-film heater 117. The thin-film heater 117 generates a temperature distribution in the bonding layer 105.
熱シミュレーションは、Ｎｉ－Ｐ膜１１１の膜厚・配置位置、薄膜ヒータ１１７の膜厚・配置位置、ヒータチップ１０９の形状・配置位置、ヒータチップ１０９に印加電流、温度プローブ１１６の形状・配置位置、接合層１０５の材料あるいは組成と膜厚等の情報のうち、少なくとも１つ以上の情報を設定することにより、実現することができる。 Thermal simulation can be performed by setting at least one of the following information: the thickness and position of the Ni-P film 111, the thickness and position of the thin-film heater 117, the shape and position of the heater chip 109, the current applied to the heater chip 109, the shape and position of the temperature probe 116, and the material or composition and film thickness of the bonding layer 105.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８で取得するＡ点、Ｃ点、Ｂ点の温度情報△Ｔも熱シミュレーションで求めることができる。熱シミュレーションした値と赤外線サーモグラフティカメラ１０８で測定した値との相関をとることができる。 The temperature information ΔT at points A, C, and B obtained by the infrared thermography camera 108 can also be obtained by thermal simulation. A correlation can be established between the thermal simulation values and the values measured by the infrared thermography camera 108.
図７に図示するように、赤外線サーモグラフティカメラ１０８は接合層１０５の端面の温度情報△Ｔを取得する。取得した温度情報△Ｔを用いて、薄膜ヒータ１１７に印加する定電流Ｉｂを可変あるいは設定する。 As shown in Figure 7, the infrared thermography camera 108 acquires temperature information ΔT of the end surface of the bonding layer 105. The acquired temperature information ΔT is used to vary or set the constant current Ib applied to the thin-film heater 117.
赤外線サーモグラフティカメラ１０８の測定と、変化させる定電流Ｉｂとは同期を取ることが好ましい。定電流Ｉｂを変化させたタイミングに同期して、赤外線サーモグラフティカメラ１０８の測定を実施する。また、変化させる定電流Ｉｂと温度プローブ１１６の端子電圧の測定も同期させることが好ましい。 It is preferable to synchronize the measurement of the infrared thermography camera 108 with the changing constant current Ib. The measurement of the infrared thermography camera 108 is performed in synchronization with the timing of changing the constant current Ib. It is also preferable to synchronize the measurement of the terminal voltage of the temperature probe 116 with the changing constant current Ib.
薄膜ヒータ１１７に印加する定電流Ｉｂの設定は、図７、図１３に図示するように、端面からｔ距離離れた位置（深さ方向）である接合層１０５の中央部Ｄ点での温度情報△Ｔを取得し、中央部Ｄ点の温度情報△Ｔを用いて定電流Ｉｂを設定できることが好ましい。 As shown in Figures 7 and 13, the constant current Ib to be applied to the thin-film heater 117 is preferably set by acquiring temperature information ΔT at point D, the center of the bonding layer 105, which is a distance t from the end face (depth direction), and using the temperature information ΔT at point D to set the constant current Ib.
中央部Ｄ点での温度情報△Ｔは直接測定することはできない。本発明は図１２に図示するように、熱シミュレーションを実施し、図１３に図示するように端面ｂ１からｔ距離離れたＤ点の下層での熱シミュレーションによるＡ点、Ｂ点、Ｃ点の温度情報△Ｔを求める。 The temperature information ΔT at the central point D cannot be measured directly. In this invention, a thermal simulation is performed as shown in Figure 12, and the temperature information ΔT at points A, B, and C is obtained by thermal simulation in the layer below point D, which is a distance t away from the end face b1, as shown in Figure 13.
熱シミュレーションを実施することにより、例えば、図１３（ｂ１）がｂ１線での熱シミュレーションによる温度分布状態、図１３（ｂ２）がｂ２線での熱シミュレーションによる温度分布状態、図１３（ｂ３）がｂ３線での熱シミュレーションによる温度分布状態として求まる。また、ｂ１線での温度分布情報に赤外線サーモグラフィカメラによる温度情報△Ｔを使用して、熱シミュレーションによりｂ２線及びｂ３線の温度分布状態を求めてもよい。この場合、実測値に基づいた熱シミュレーションになるため、より正確にｂ１線及びｂ３線の温度分布状態を求めることができる。 By performing a thermal simulation, for example, Figure 13 (b1) shows the temperature distribution state obtained by thermal simulation at line b1, Figure 13 (b2) shows the temperature distribution state obtained by thermal simulation at line b2, and Figure 13 (b3) shows the temperature distribution state obtained by thermal simulation at line b3. Furthermore, the temperature distribution state of lines b2 and b3 can be obtained by thermal simulation using temperature information ΔT obtained by an infrared thermography camera in addition to the temperature distribution information at line b1. In this case, since the thermal simulation is based on actual measurements, the temperature distribution state of lines b1 and b3 can be obtained more accurately.
本発明は、熱シミュレーションにより接合層１０５の中央部または任意の箇所の温度情報△Ｔを求め、求めた温度情報△Ｔに基づき薄膜ヒータ１１７の定電流Ｉｂを制御する。したがって、温度制御を精度よく実施することができる。 The present invention uses thermal simulation to determine temperature information ΔT at the center or any location of the bonding layer 105, and controls the constant current Ib of the thin-film heater 117 based on the determined temperature information ΔT. This allows for accurate temperature control.
薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６はベース基板１０６の上面に形成するとしたが、これに限定するものではない。例えば、ベース基板１０６が接合層１０５に接する面に形成してもよい。例えば、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄとベース基板１０６間に、薄膜ヒータ１１７と温度プローブ１１６のうち少なくとも一方を形成してもよい。この構成の場合は、ベース基板１０６の下面に、薄膜ヒータ１１７等を形成し、薄膜ヒータ１１７等上にＳｉＯ２等の絶縁膜を形成し、その上に、Ｎｉ－Ｐ膜１１１ｄを形成する。 Although the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 are formed on the upper surface of the base substrate 106, this is not limitative. For example, they may be formed on the surface of the base substrate 106 that contacts the bonding layer 105. For example, at least one of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 may be formed between the Ni-P film 111d and the base substrate 106. In this configuration, the thin-film heater 117 and the like are formed on the lower surface of the base substrate 106, an insulating film such as SiO2 is formed on the thin-film heater 117 and the like, and the Ni-P film 111d is formed thereon.
銅プレート１０４にはＮｉ－Ｐ膜１１１ａ、ベース基板１０６にはＮｉ－Ｐ膜１１１ｄを形成するとした。Ｎｉ－Ｐ膜１１１は接合層１０５の電極または金属層（金属膜）として想定される。Ｎｉ－Ｐ膜１１１は接合層１０５と密着性を良好なものとするために形成する。 A Ni-P film 111a is formed on the copper plate 104, and a Ni-P film 111d is formed on the base substrate 106. The Ni-P film 111 is assumed to serve as an electrode or metal layer (metal film) for the bonding layer 105. The Ni-P film 111 is formed to improve adhesion with the bonding layer 105.
接合層１０５に種類に応じて、適時、適切な材料を選定すればよいことは言うまでもない。例えば、接合層１０５が半田の場合は、ニッケル（Ｎｉ）、錫、鉛等が例示される。接合層１０５がエポキシ樹脂等の有機物の場合は、エポキシ樹脂用プライマーが例示される。この場合は、エポキシ樹脂用プライマー１１１は電極ではなく、接触層（接触層）として機能する。 It goes without saying that an appropriate material can be selected depending on the type of bonding layer 105. For example, if the bonding layer 105 is solder, examples of the material include nickel (Ni), tin, and lead. If the bonding layer 105 is an organic material such as epoxy resin, an example of the material is a primer for epoxy resin. In this case, the epoxy resin primer 111 functions as a contact layer (contact layer) rather than an electrode.
本明細書及び図面等において、ベース基板１０６は基板として説明するがこれに限定するものではない。ベース基板１０６は、フィルムとしてベースフィルム１０６であってもよい。少なくとも、部材に薄膜ヒータ１１７等の発熱材と、接合のための仲介層１１１ｄを有するものであればいずれの構成であってもよい。 In this specification and drawings, the base substrate 106 is described as a substrate, but this is not limited to this. The base substrate 106 may be a film, such as a base film 106. Any configuration is acceptable as long as the component includes at least a heat-generating material such as a thin-film heater 117 and an intermediary layer 111d for bonding.
本明細書及び図面等において、銅プレート１０４として説明するが、銅プレート１０４はプレートに限定されるものではない。プレートはフィルムあるいはシートであってもよい。また、厚みのある個体部材であってもよいことは言うまでもない。銅プレート１０４は、一方の面に接合のための仲介層１１１ａを有するものであればいずれの構成であってもよい。 Although this specification and drawings refer to the copper plate 104, the copper plate 104 is not limited to a plate. The plate may be a film or sheet. It goes without saying that it may also be a thick solid component. The copper plate 104 may have any configuration as long as it has an intermediary layer 111a for bonding on one side.
薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６は薄膜に限定されるものではない。線材等で構成され、一定の厚みを有する構成物であってもよいことは言うまでもない。薄膜ヒータ１１７は面状発熱体ヒータ、セラミックヒータ、フィルムヒータ、面状発光体カーボン、ペルチェ素子からなるヒータ等が例示される。なお、ヒータとは加熱手段であればいずれのものであってもよい。温度プローブ１１６は、熱電対、放射温度計等であっても良いことは言うまでもない。 The thin-film heater 117 and temperature probe 116 are not limited to thin films. They may, of course, be made of wire or other materials and have a certain thickness. Examples of the thin-film heater 117 include a planar heating element heater, a ceramic heater, a film heater, a planar carbon emitter, and a heater made of a Peltier element. Note that the heater may be any type of heating means. The temperature probe 116 may, of course, be a thermocouple, a radiation thermometer, etc.
本明細書等において、銅プレート１０４の裏面に加熱冷却プレート１０１を配置し、銅プレート１０４を所定温度に維持するとしたが、これに限定するものではない。例えば、加熱冷却プレート１０１の表面にＮｉ－Ｐ膜１１１ａを直接形成し、当該Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａとＳｉＣ基板１０６のＮｉ－Ｐ膜１１１ｄ間に接合層１０５を配置してもよい。 In this specification, the heating/cooling plate 101 is placed on the back surface of the copper plate 104, and the copper plate 104 is maintained at a predetermined temperature, but this is not limited to this. For example, a Ni-P film 111a may be formed directly on the surface of the heating/cooling plate 101, and a bonding layer 105 may be placed between the Ni-P film 111a and the Ni-P film 111d of the SiC substrate 106.
銅プレート１０４の機能として、１つは接合層１０５の片面を、均一な所定温度にするために採用する。したがって、銅プレート１０４は金属に限定されるものではない。例えば、ＡlＮ、ＳｉＣ、セラミック等伝熱性が高いプレート、あるいはシートを採用することができる。プレート１０４は、少なくとも接合層１０５との接触面積以上の面積があり、当該面積部において均質な熱伝導率を有する部材である。 One of the functions of the copper plate 104 is to maintain a uniform, predetermined temperature on one side of the bonding layer 105. Therefore, the copper plate 104 is not limited to metal. For example, a plate or sheet with high thermal conductivity, such as AlN, SiC, or ceramic, can be used. The plate 104 has an area at least equal to or greater than the contact area with the bonding layer 105, and is a member with uniform thermal conductivity in that area.
ポリイミドシート１０７はシートに限定されるものではない。板状の樹脂部材を粘着材等で接合層１０５に貼り付けても良い。また、アクリル系、エポキシ系等の樹脂を塗布してもよい。また、ポリイミドに限定されるものでななく、前駆体のポリアミド等を採用してもよい。 The polyimide sheet 107 is not limited to a sheet. A plate-shaped resin member may be attached to the bonding layer 105 with an adhesive or the like. Alternatively, an acrylic or epoxy resin may be applied. Furthermore, the material is not limited to polyimide, and precursor polyamides may also be used.
温度を測定あるいは取得する手段として、赤外線サーモグラフティカメラ１０８を例示した。しかし、接合層１０５及び当該近傍の温度を、非接触で測定できるものであればいずれのものでも採用できる。例えば、放射温度計が例示される。 An infrared thermography camera 108 has been shown as an example of a means for measuring or acquiring temperature. However, any device that can measure the temperature of the bonding layer 105 and its vicinity without contact can be used. For example, a radiation thermometer is an example.
図５は、本発明の他の実施例におけるヒータチップ１０９の平面図（図５（ａ）、図５（ｂ））、及び断面図（図５（ｃ））である。なお、図５（ｃ）は図５（ａ）または図５（ｂ）のＡＡ’線での断面図である。なお、図５、図６において、温度プローブ１１６等は図示することを省略している。 Figure 5 shows a plan view (Figures 5(a) and 5(b)) and a cross-sectional view (Figure 5(c)) of a heater chip 109 in another embodiment of the present invention. Note that Figure 5(c) is a cross-sectional view taken along line AA' in Figure 5(a) or Figure 5(b). Note that the temperature probe 116 and other components are omitted from the illustration in Figures 5 and 6.
図２等との差異は、主として薄膜ヒータ１１７部の厚みを端子電極１１５部よりも薄くし、薄膜ヒータ１１７の抵抗値を高くした点である。薄膜ヒータ１１７は、無電解Ｎｉ－Ｐで形成されている。薄膜ヒータ１１７のａ部（端子電極１１５下）の無電解Ｎｉ－Ｐは厚く、薄膜ヒータ１１７のｂ部（主として発熱に寄与する部分）の無電解Ｎｉ－Ｐは薄く形成されている。少なくともａ部よりｂ部の無電解Ｎｉ－Ｐ膜は薄くなるように形成されている。ｂ部の膜厚を薄く形成することにより抵抗値が高くなる。したがって、薄膜ヒータ１１７に定電流を印加した際に、ｂ部の抵抗値が高いことからｂ部の発熱を大きくすることができる。 The main difference from Figure 2 and others is that the thickness of the thin-film heater 117 is thinner than that of the terminal electrode 115, increasing the resistance of the thin-film heater 117. The thin-film heater 117 is made of electroless Ni-P. The electroless Ni-P is thick in part a of the thin-film heater 117 (below the terminal electrode 115), while the electroless Ni-P is thin in part b of the thin-film heater 117 (the part that mainly contributes to heat generation). The electroless Ni-P film is formed so that it is thinner at least in part b than in part a. By making part b thinner, the resistance value increases. Therefore, when a constant current is applied to the thin-film heater 117, the high resistance value of part b allows for greater heat generation in part b.
なお、図５（ｂ）において、幅Ｌ１部と幅Ｌ２部の膜厚を異ならしてもよい。幅Ｌ２部よりも幅Ｌ２部の膜厚を薄くすることにより、幅Ｌ２の発熱が大きくなる。 In Figure 5(b), the film thickness of the width L1 portion and the width L2 portion may be different. By making the film thickness of the width L2 portion thinner than the width L1 portion, the heat generated in the width L2 portion will be greater.
温度プローブ１１６、薄膜ヒータ１１７は、表面にレーザ光を照射する、あるいは表面を研磨して、抵抗値を高くしても良い。 本明細書、図面に記載して説明載する事項は、他の図面、明細書との差異を中心に説明する。したがって、図５、図６等で説明あるいは記載する事項は、本明細書、図面の記載あるいは内容を流用、あるいは、全部または一部を組み合わせることができることは言うまでもない。 The resistance of the temperature probe 116 and thin-film heater 117 may be increased by irradiating the surface with laser light or polishing the surface. The matters described and explained in this specification and drawings will be explained with a focus on differences from other drawings and specifications. Therefore, it goes without saying that the matters explained or described in Figures 5, 6, etc. may be reused or combined in whole or in part with the descriptions or content of this specification and drawings.
なお、以上の事項は本発明の明細書、図面に関して同様である。本発明の明細書及び図面に記載した事項は、相互に流用、組み合わせ、入れ替えをすることができる。 The above points also apply to the specification and drawings of the present invention. The points described in the specification and drawings of the present invention may be mutually reused, combined, or interchanged.
図５（ａ）に図示するヒータチップ１０９は、薄膜ヒータ１１７が幅Ｌ１で形成されるとともに、厚みｂで形成されている。また、厚みａに対応する無電解Ｎｉ－Ｐは端子部であり、表面に端子電極（金めっき膜）１１５が形成されている。 The heater chip 109 shown in Figure 5(a) has a thin-film heater 117 formed with a width L1 and a thickness b. The electroless Ni-P corresponding to the thickness a is the terminal portion, and a terminal electrode (gold-plated film) 115 is formed on the surface.
図５（ｂ）に図示するヒータチップ１０９は、薄膜ヒータ１１７が幅Ｌ１の部分と幅Ｌ２の部分で形成されている。薄膜ヒータ１１７の幅Ｌ２は、幅Ｌ１よりも狭く形成されている。幅Ｌ２部を幅Ｌ１部よりも幅を狭くしていることより、幅Ｌ２部の抵抗値が高くなり、幅Ｌ２部に集中して発熱させることができる。 The heater chip 109 shown in Figure 5(b) has a thin-film heater 117 formed from a portion with width L1 and a portion with width L2. Width L2 of the thin-film heater 117 is formed to be narrower than width L1. By making width L2 narrower than width L1, the resistance value of width L2 is higher, allowing heat to be concentrated in width L2.
薄膜ヒータ１１７は、厚みｂで形成されている。また、厚みａに対応する無電解Ｎｉ－Ｐは端子部であり、表面に端子電極（金めっき膜）１１５が形成されている。 The thin-film heater 117 is formed with a thickness of b. The electroless Ni-P corresponding to thickness a is the terminal portion, and a terminal electrode (gold-plated film) 115 is formed on the surface.
図５（ｂ）の構成では、端子電極１１５ａと端子電極１１５ｂ間に定電流を印加した場合、幅Ｌ２部分で抵抗値が高いため、幅Ｌ２部分での発熱が大きくなる。したがって、ヒータチップ１０９の薄膜ヒータ１１７の幅Ｌ２部での発熱が大きく、幅Ｌ２部の下のサンプルの接合層１０５への加温あるいは加熱もしくは過熱状態が良好となる。
図５の実施例では、端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂ間の薄膜ヒータ１１７は１本であった。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
図５の実施例では、薄膜ヒータ１１７の太さは、２段階であったが、図６（ｂ）に図示するように３段階以上であってもよい。
5B, when a constant current is applied between the terminal electrodes 115a and 115b, the resistance value is high in the width L2 portion, so heat generation in the width L2 portion is large. Therefore, heat generation in the width L2 portion of the thin film heater 117 of the heater chip 109 is large, and the bonding layer 105 of the sample below the width L2 portion is well heated or overheated.
5, there is one thin film heater 117 between the terminal electrodes 115a and 115b, but the present invention is not limited to this.
In the embodiment of FIG. 5, the thickness of the thin film heater 117 is divided into two stages, but it may be divided into three stages or more as shown in FIG. 6(b).
また、図５、図６の実施例は、主として薄膜ヒータ１１７に関して説明しているが、これに限定するものではなく、例えば、温度プローブ１１６についても同様に適用することができることは言うまでもない。 Furthermore, while the examples in Figures 5 and 6 are primarily described with reference to the thin-film heater 117, this is not limited to this, and it goes without saying that the same can also be applied to, for example, the temperature probe 116.
図５では、薄膜ヒータ１１７は、1本であるが、図６（ａ）、図６（ｂ）に図示するように、端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂ間に形成または配置する薄膜ヒータ１１７は複数本にしてもよい。 In Figure 5, there is one thin-film heater 117, but as shown in Figures 6(a) and 6(b), there may be multiple thin-film heaters 117 formed or placed between the terminal electrodes 115a and 115b.
また、図６（ｂ）では、薄膜ヒータ１１７の幅は２段階（幅Ｌ１、幅Ｌ２）であったが、図６（ｂ）に図示するように、３段階（幅Ｌ１、幅Ｌ２、幅Ｌ３）以上としてもよい。定電流駆動の場合、薄膜ヒータ１１７の幅が狭い部分は、単位配線幅あたりに流れる電流の大きさが大きくなる。したがって、幅が狭い箇所での発熱量が大きくなる。図６（ｂ）では、幅Ｌ３部の下のサンプルの接合層１０５への加温が良好となる。 In addition, while the width of the thin-film heater 117 in Figure 6(b) is two-stage (width L1, width L2), it may be three-stage or more (width L1, width L2, width L3) as shown in Figure 6(b). When driven with a constant current, the amount of current flowing per unit wiring width increases in the narrower portions of the thin-film heater 117. Therefore, the amount of heat generated in the narrower portions increases. In Figure 6(b), the bonding layer 105 of the sample below the width L3 portion is well heated.
図６（ａ）において、端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂ間に薄膜ヒータ１１７ａ、薄膜ヒータ１１７ｂの２本が、形成または配置されている。薄膜ヒータ１１７は、幅Ｌ１の部分と幅Ｌ２の部分を有する。幅Ｌ１の部分は、長さが短い。また、端子電極１１５の近傍に配置されている。幅Ｌ１の部分は、端子電極１１５から薄膜ヒータ１１７の幅Ｌ２部分に流入する電流が集中することを回避するために形成されている。 In Figure 6(a), two thin-film heaters, 117a and 117b, are formed or placed between terminal electrodes 115a and 115b. Thin-film heater 117 has a portion with width L1 and a portion with width L2. The portion with width L1 is short and is placed near terminal electrode 115. The portion with width L1 is formed to prevent current flowing from terminal electrode 115 into the portion with width L2 of thin-film heater 117 from concentrating.
図６では、端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂ間に薄膜ヒータ１１７ａ、薄膜ヒータ１１７ｂの２本が形成または配置されているとしているが、これに限定するものではない。３本以上であっても良いことは言うまでもない。 In Figure 6, two thin-film heaters, 117a and 117b, are formed or arranged between terminal electrodes 115a and 115b, but this is not limited to this. Needless to say, three or more heaters may also be used.
図６（ｂ）において、端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂ間に薄膜ヒータ１１７ａ、薄膜ヒータ１１７ｂの２本が、形成または配置されている。薄膜ヒータ１１７は、幅Ｌ１の部分と幅Ｌ２と幅Ｌ３の部分を有する。幅Ｌ１の部分は、長さが短い。また、端子電極１１５の近傍に配置されている。幅Ｌ１の部分は、端子電極１１５から薄膜ヒータ１１７の幅Ｌ２部分に流入する電流の集中を回避するために形成されている。 In Figure 6(b), two thin-film heaters, 117a and 117b, are formed or placed between terminal electrodes 115a and 115b. Thin-film heater 117 has a portion with width L1 and portions with widths L2 and L3. The portion with width L1 is short. It is also placed near terminal electrode 115. The portion with width L1 is formed to prevent current from concentrating in the portion with width L2 of thin-film heater 117 from terminal electrode 115.
幅Ｌ１の部分と幅Ｌ２と幅Ｌ３の部分の３段階に限定されるものではなく、４段階以上であってもよい。また、滑らかに幅を変化させたものであっても良いことは言うまでもない。また、薄膜ヒータ１１７の中央部あるいは途中に端子１１５等を形成あるいは配置してもよい。また、薄膜ヒータ１１７は、複数の幅が繰り返して形状に構成してもよい。 幅Ｌ３の部分は、幅Ｌ２の部分より細く形成されている。したがって、定電流駆動の場合、薄膜ヒータ１１７の幅が狭い部分は、単位配線幅あたりに流れる電流の大きさが大きくなる。したがって、幅Ｌ３部の発熱が最も大きくなり、幅Ｌ３部の下のサンプルの接合層１０５への加温が良好となる。
以上の薄膜ヒータ１１７の形状等に関する事項は、温度プローブ１１６に対しても適用できることは言うまでもない。
The width is not limited to three stages, i.e., the portion with width L1, the portion with width L2, and the portion with width L3, but may be four or more stages. It goes without saying that the width may also be smoothly changed. Furthermore, a terminal 115 or the like may be formed or disposed in the center or midway of the thin-film heater 117. Furthermore, the thin-film heater 117 may be configured with a shape in which multiple widths are repeated. The portion with width L3 is formed narrower than the portion with width L2. Therefore, in the case of constant current driving, the amount of current flowing per unit wiring width is larger in the narrow portion of the thin-film heater 117. Therefore, the heat generation in the portion with width L3 is greatest, and the bonding layer 105 of the sample below the portion with width L3 is effectively heated.
It goes without saying that the above matters regarding the shape and the like of the thin film heater 117 can also be applied to the temperature probe 116 .
以下、図面を参照しながら、本発明のヒータチップの他の実施例について説明をする。主として先に記載した実施例との差異点を中心に説明し、同一あるいは類似の場合は、説明を省略する場合がある。特に記載のない事項は、先に説明した実施例と同一あるいは類似である。 Below, we will explain other embodiments of the heater chip of the present invention with reference to the drawings. We will mainly focus on the differences from the previously described embodiments, and may omit explanations of the same or similar aspects. Items not specifically mentioned are the same or similar to the previously described embodiments.
図１５は、第２の実施例における本発明のヒータチップの平面図及び断面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡＡ’線における断面図であり、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＢＢ’線における断面図である。 Figure 15 shows a plan view and a cross-sectional view of a heater chip of the present invention in a second embodiment. Figure 15(b) is a cross-sectional view taken along line AA' in Figure 15(a), and Figure 15(c) is a cross-sectional view taken along line BB' in Figure 15(a).
ベース基板１０６は、図２の実施例と同様に、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、サファイアガラス等のガラス基板、ＡｌＮセラミックスあるいはＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の絶縁基板あるいは半導体基板が例示される。 As in the embodiment shown in Figure 2, examples of the base substrate 106 include a glass substrate such as SiC (silicon carbide) or sapphire glass, an insulating substrate such as AlN ceramics or AlN (aluminum nitride), or a semiconductor substrate.
ベース基板１０６は、ＳｉＣからなる基板として説明をする。しかし、ベース基板１０６は熱伝導性が良好で、絶縁性または半導体性を有する基板であれば、いずれのものであっても採用できることは言うまでもない。 The base substrate 106 will be described as being made of SiC. However, it goes without saying that any substrate with good thermal conductivity and insulating or semiconducting properties can be used for the base substrate 106.
ベース基板１０６の厚みは、０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とする。ただし、ベース基板１０６の厚みは、薄い方が薄膜ヒータ１１７からの熱が接合層に伝達されやすい。しかし、ベース基板１０６の厚みが薄いと、薄膜ヒータ１１７が形成されている箇所と形成されていない箇所で、接合層での温度分布が発生しやすい。 The thickness of the base substrate 106 is 0.05 mm or more and 0.8 mm or less. However, the thinner the base substrate 106, the easier it is for heat from the thin-film heater 117 to be transferred to the bonding layer. However, if the base substrate 106 is thin, a temperature distribution is likely to occur in the bonding layer between areas where the thin-film heater 117 is formed and areas where it is not formed.
薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６はＮｉ（ニッケル）－Ｐ、またはＮｉで形成あるいは構成する。Ｎｉ－Ｐ膜１１１ａの膜厚は、１μｍ以上１０μｍ以下の膜厚が好ましい。特に、２μｍ以上６μｍ以下の膜厚にすることが好ましい。
金めっき膜１１２の膜厚は０．０１μｍ以上とする。金めっき膜１１２はＮｉ－Ｐ膜１１１の表面の酸化あるいは汚染を防止あるいは抑制する機能を有する。
The thin film heater 117 and the temperature probe 116 are made of Ni (nickel)-P or Ni. The thickness of the Ni-P film 111a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. In particular, the thickness is preferably 2 μm or more and 6 μm or less.
The gold plating film 112 has a thickness of 0.01 μm or more and functions to prevent or suppress oxidation or contamination of the surface of the Ni—P film 111.
ＳｉＣ基板１０６の表面には、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６が形成される。薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６は、Ｎｉ－Ｐめっきによる薄膜（Ｎｉ－Ｐ膜１１１d）で形成される。Ｎｉの他、白金（Ｐｔ）で構成あるいは形成してもよい。その他、亜鉛、錫、鉛、クロム等も使用することができる。金属以外、例えば、炭素（Ｃ）で形成することができることは言うまでもない。 A thin-film heater 117 and a temperature probe 116 are formed on the surface of the SiC substrate 106. The thin-film heater 117 and the temperature probe 116 are formed from a thin film (Ni-P film 111d) plated with Ni-P. In addition to Ni, they may also be made of platinum (Pt). Other materials that can be used include zinc, tin, lead, and chromium. It goes without saying that they can also be made from materials other than metals, such as carbon (C).
温度プローブ１１６は薄膜ヒータ１１７と同一材料、同一プロセス工程で形成される。薄膜ヒータ１１７がＮｉ－Ｐ膜の場合、温度プローブ１１６もＮｉ－Ｐ膜で形成される。温度プローブ１１６は配線幅を細く形成し、全長での抵抗値を高くする。 The temperature probe 116 is formed using the same material and process as the thin-film heater 117. If the thin-film heater 117 is made of Ni-P film, the temperature probe 116 is also made of Ni-P film. The temperature probe 116 is formed with a narrow wiring width to increase the resistance value over its entire length.
温度プローブ１１６には定電流を印加する。温度プローブ１１６の抵抗値を高くすることにより、抵抗値変化が大きくなり、定電流に対する温度プローブ１１６端子間の電圧変化が大きくなる。 A constant current is applied to the temperature probe 116. Increasing the resistance of the temperature probe 116 increases the change in resistance, and therefore the change in voltage between the terminals of the temperature probe 116 in response to the constant current.
したがって、温度プローブ１１６が検出する薄膜ヒータ１１７の温度変化に関する感度が良好になる。温度プローブ１１６の抵抗値は、５Ω以上、１ｋΩ以下に作製する。 This improves the sensitivity of the temperature probe 116 to temperature changes in the thin-film heater 117. The resistance of the temperature probe 116 is set to 5 Ω or more and 1 kΩ or less.
温度プローブ１１６の両端には端子電極１１４ａ、端子電極１１４ｂを形成する。薄膜ヒータ１１７の両端には端子電極１１５ａ、端子電極１１５ｂを形成する。 Terminal electrodes 114a and 114b are formed on both ends of the temperature probe 116. Terminal electrodes 115a and 115b are formed on both ends of the thin-film heater 117.
端子電極１１４の表面等には金めっき膜１１２を形成する。金めっき１１２は、端子電極１１４部だけでなく、延長して温度プローブ１１６部のａ部まで形成されている。 A gold plating film 112 is formed on the surface of the terminal electrode 114. The gold plating 112 is not only formed on the terminal electrode 114, but also extends to part a of the temperature probe 116.
端子電極１１５の表面等には金めっき膜１１２を形成する。金めっき１１２は、端子電極１１５部だけでなく、延長して薄膜ヒータ１１７部のｂ部まで形成されている。 A gold plating film 112 is formed on the surface of the terminal electrode 115. The gold plating 112 is not only formed on the terminal electrode 115, but also extends to part b of the thin-film heater 117.
ただし、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６上には、金めっき膜１１２は形成しない。金めっき膜１１２を形成すると、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６の抵抗値が低下し、発熱あるいは温度変化に関する感度が低下するからである。薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６のシート抵抗値は、電極端子のシート抵抗値より高くする。 However, the gold plating film 112 is not formed on the thin-film heater 117 and the temperature probe 116. This is because forming the gold plating film 112 would reduce the resistance of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116, reducing their sensitivity to heat generation or temperature changes. The sheet resistance of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 is set higher than the sheet resistance of the electrode terminals.
薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６上には、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯＮ膜からなる単層または多層膜を形成してもよい。ＳｉＯ２膜等の無機薄膜を形成することにより、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６の表面が酸化あるいは汚染されることを抑制できる。 A single layer or multilayer film made of SiO2 film, SiNx film, or SiON film may be formed on the thin-film heater 117 and the temperature probe 116. By forming an inorganic thin film such as a SiO2 film, the surfaces of the thin-film heater 117 and the temperature probe 116 can be prevented from being oxidized or contaminated.
ＳｉＣ基板１０６には薄膜ヒータ１１７を形成するとして説明するが、これに限定するものではない。薄膜ヒータ１１７は基板１０６を加熱するために配置または形成したものである。 Although the description will be given assuming that a thin-film heater 117 is formed on the SiC substrate 106, this is not limited to this. The thin-film heater 117 is arranged or formed to heat the substrate 106.
薄膜ヒータ１１７の代替えとして、ニクロム線を組み込んだ面ヒータ、ペルチェ素子を用いたヒータ等を使用してもよい。ニクロム線を組み込んだ面ヒータ、ペルチェ素子に流す電流によりベース基板１０６を加熱することができる。 Instead of the thin-film heater 117, a surface heater incorporating nichrome wire, a heater using a Peltier element, or the like may be used. The base substrate 106 can be heated by passing a current through the surface heater incorporating nichrome wire or the Peltier element.
研磨加工した端面Ｃにポリイミド（ＰＩ）テープ（シート）１０７等を貼り付ける。ヒータチップ１０９としての薄膜ヒータ１１７に所定の定電流を印加し、定電流による発熱により、半田等による接合層等を加熱しつつ、端面の研磨部を赤外線サーモグラフィティカメラ等で観察あるいは測定する。観察あるいは測定は、ポリイミドフィルムを介して行う。研磨部の接合層の温度を複数点測定し、複数点間の温度情報△Ｔを求める。 A polyimide (PI) tape (sheet) 107 or the like is attached to the polished end surface C. A predetermined constant current is applied to the thin-film heater 117 serving as the heater chip 109, and the heat generated by the constant current heats the solder or other bonding layer, while the polished portion of the end surface is observed or measured using an infrared thermography camera or the like. The observation or measurement is performed through the polyimide film. The temperature of the bonding layer in the polished portion is measured at multiple points, and temperature information ΔT between the multiple points is determined.
また、研磨加工した端面Ｃには、感光性ポリイミド膜１０７を形成する。感光性ポリイミド膜１０７は、スピンコート方法、スリットコート方法、スクリーン印刷による方法、インクジェットによる吹付ける方法、スプレーコート方法、ダイコート方法、ドクターナイフコート方法、フレキソ印刷等により、研磨加工した面に形成または配置される。 A photosensitive polyimide film 107 is formed on the polished end surface C. The photosensitive polyimide film 107 is formed or placed on the polished surface by a method such as spin coating, slit coating, screen printing, inkjet spraying, spray coating, die coating, doctor knife coating, or flexographic printing.
感光性ポリイミド膜１０７とポリイミド（ＰＩ）テープ（シート）１０７は、基本的には機能が同一または類似である。以下、主にポリイミドテープ１０７を例示して説明する。なお、ポリイミドテープ１０７をポリイミド膜１０７に置き換えても良いことは言うまでもない。 The photosensitive polyimide film 107 and the polyimide (PI) tape (sheet) 107 basically have the same or similar functions. The following explanation will mainly use the polyimide tape 107 as an example. It goes without saying that the polyimide tape 107 can be replaced with the polyimide film 107.
図１８は、本発明の接合層等の評価方法の説明図である。赤外線カメラ１０８で接合層の温度を測定する。赤外線カメラ１０８で測定する温度は、試験時間に伴い温度が上昇する。設定する所定電流の印加により、温度は上昇する。通常、図１８の実線で示すように赤外線カメラ１０８で測定する温度は、２分以内に定常値となる。 Figure 18 is an explanatory diagram of the evaluation method for bonding layers, etc. of the present invention. The temperature of the bonding layer is measured using an infrared camera 108. The temperature measured by the infrared camera 108 increases over the test time. The temperature increases as a specified current is applied. Typically, as shown by the solid line in Figure 18, the temperature measured by the infrared camera 108 reaches a steady value within two minutes.
一方、温度プローブ１１６で温度をモニターする。温度プローブ１１６でモニターする温度は、試験時間に伴い温度が上昇する。温度プローブ１１６に流す所定の定電流の印加により、温度は上昇し、通常、図１８の点線で示すようにモニターする温度は、２分以内に定常値となる。 Meanwhile, the temperature is monitored by the temperature probe 116. The temperature monitored by the temperature probe 116 increases over the test time. The temperature increases as a predetermined constant current is applied to the temperature probe 116, and the monitored temperature typically reaches a steady value within two minutes, as shown by the dotted line in Figure 18.
温度プローブ１１６は、ヒータチップ１０９に形成または配置されている。試験前は、赤外線カメラ１０８で温度を測定し、定常値になる時間ｔで、温度プローブ１１６での温度モニターに切り替える（制御対象切換え）。 The temperature probe 116 is formed or placed on the heater chip 109. Before testing, the temperature is measured using the infrared camera 108, and when the temperature reaches a steady value at time t, the temperature is switched to temperature monitoring using the temperature probe 116 (control target switching).
以上のように、温度プローブ１１６を搭載したヒータチップ１０９を利用することで、高価な赤外線カメラ１０８を占有する必要がなくなる。例えば、図８の本発明の実施例のように、複数のヒータチップ１０９による測定あるいは評価試験の場合、１台の赤外線カメラ１０８で測定あるいは評価等を実施できる。
試験開始前には赤外線カメラ１０８で温度を制御し、目標の試験温度に調整する。この際、温度プローブ１１６による温度モニターも実施している状態である。
As described above, by using the heater chip 109 equipped with the temperature probe 116, there is no need to occupy an expensive infrared camera 108. For example, in the case of a measurement or evaluation test using a plurality of heater chips 109 as in the embodiment of the present invention shown in FIG. 8, the measurement or evaluation can be performed with a single infrared camera 108.
Before the test begins, the temperature is controlled by the infrared camera 108 and adjusted to the target test temperature. At this time, the temperature is also monitored by the temperature probe 116.
目標試験温度に到達した時刻ｔで、温度プローブ１１６の温度を一定に制御するようにプログラマブルな直流電源装置８０３に命令を出す。この時点で試験が開始したとする。つまり、温度プローブ１１６による制御に切替える。
なお、任意の基準で一定時間経過後や、直流電源の出力の継時変化等、再度、赤外線カメラ１０８での温度制御に変更しても良いことは言うまでもない。
At time t when the target test temperature is reached, a command is issued to the programmable DC power supply 803 to control the temperature of the temperature probe 116 to a constant value. At this point, the test is started. In other words, control is switched to the temperature probe 116.
It goes without saying that the temperature control may be switched back to the infrared camera 108 after a certain period of time has elapsed based on an arbitrary standard, or when the output of the DC power supply changes over time.
図１６に図示するように、端子電極１１４、端子電極１１５には、高温半田１２６が形成または配置され、高温半田１２６には配線１２７が取り付けられる。各配線１２７には電流電源装置８０３が配置され、電流電源装置８０３が出力する定電流を端子電極１１４または端子電極１１５に印加する。 As shown in FIG. 16, high-temperature solder 126 is formed or placed on terminal electrode 114 and terminal electrode 115, and wiring 127 is attached to high-temperature solder 126. A current power supply device 803 is placed on each wiring 127, and a constant current output by current power supply device 803 is applied to terminal electrode 114 or terminal electrode 115.
高温半田は、鉛含有量が９０％以上、更に好ましくは９５％以上の半田を使用することが好ましい。鉛含有率が高くなると、融点が３００℃と高くなり、柔らかいという特性から熱疲労に強くなる。 For high-temperature solder, it is preferable to use solder with a lead content of 90% or more, and even more preferably 95% or more. As the lead content increases, the melting point rises to 300°C, and its softness makes it more resistant to thermal fatigue.
端子電極１１５ａには高温半田１２６ｄが形成または配置され、高温半田１２６ｄには配線１２７ｄが取り付けられる。端子電極１１５ｂには高温半田１２６ｅが形成または配置され、高温半田１２６ｅには配線１２７ｅが取り付けられる。 High-temperature solder 126d is formed or placed on terminal electrode 115a, and wiring 127d is attached to high-temperature solder 126d. High-temperature solder 126e is formed or placed on terminal electrode 115b, and wiring 127e is attached to high-temperature solder 126e.
端子電極１１４ａには高温半田１２６ｆが形成または配置され、高温半田１２６ｆには配線１２７ｆが取り付けられる。端子電極１１４ｂには高温半田１２６ｇが形成または配置され、高温半田１２６ｇには配線１２７ｇが取り付けられる。
図１６において、ａａ’間が温度プローブ１１６となる。ａａ’間抵抗は、５Ω以上１０００Ω以下が好ましい。特に、１０Ω以上５００Ω以下が好ましい。
主として、ｂｂ’間が薄膜ヒータ１１７として機能する。ｂｂ’間抵抗は、５Ω以上５００Ω以下が好ましい。特に、１０Ω以上２００Ω以下が好ましい。
High-temperature solder 126f is formed or placed on terminal electrode 114a, and wiring 127f is attached to high-temperature solder 126f. High-temperature solder 126g is formed or placed on terminal electrode 114b, and wiring 127g is attached to high-temperature solder 126g.
16, the section between a and a is the temperature probe 116. The resistance between a and a is preferably 5 Ω or more and 1000 Ω or less, and more preferably 10 Ω or more and 500 Ω or less.
The section bb' mainly functions as the thin film heater 117. The resistance between bb' is preferably 5 Ω or more and 500 Ω or less, and more preferably 10 Ω or more and 200 Ω or less.
Ｎｉ－Ｐ層１１１は、めっき後の配線抵抗の熱安定性に乏しい。薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６は、試験時に１００℃以上３００℃以下となり、試験中に温度プローブ１１６等の配線抵抗が減少する。
そのため、温度プローブを利用した温度測定(電圧から温度への換算)と、制御アプリによる温度制御が困難になる。
The Ni--P layer 111 has poor thermal stability of wiring resistance after plating. The thin film heater 117 and the temperature probe 116 are heated to 100° C. or higher and 300° C. or lower during testing, and the wiring resistance of the temperature probe 116 and the like decreases during testing.
This makes it difficult to measure temperature using a temperature probe (converting voltage to temperature) and to control the temperature using a control app.
本発明は、Ｎｉ－Ｐ層１１１のめっき後のヒータチップ１０９を２５０℃以上３５０℃以下の温度で、６時間以上、熱処理を行っている。更に好ましくは、１０時間以上の熱処理を行う。
熱処理を行うことにより、薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６の配線抵抗が安定する。図１７は、熱処理による抵抗の変化を示すグラフである。
In the present invention, the heater chip 109 after plating with the Ni--P layer 111 is subjected to a heat treatment at a temperature of 250° C. to 350° C. for 6 hours or more, and more preferably, for 10 hours or more.
The heat treatment stabilizes the wiring resistance of the thin film heater 117 and the temperature probe 116. Fig. 17 is a graph showing the change in resistance due to the heat treatment.
図１６に図示する斜線内に半田付けした状態を“半田付け後”と記載している。熱処理前に、半田付けを行う。半田付け無しで熱処理すると端子電極１１４部、端子電極１１５部で、半田が濡れなくなる、または、濡れ性が悪化するためである。 The state where soldering is performed within the shaded area in Figure 16 is described as "after soldering." Soldering is performed before heat treatment. This is because if heat treatment is performed without soldering, the solder will not wet or the wettability will deteriorate at terminal electrodes 114 and 115.
図１６の斜線内に半田付けすることにより、温度プローブ１１６、薄膜ヒータ１１７の抵抗値が低下する。例えば、温度プローブ１１６は、配線抵抗が１３０Ωから半田付けにより約５０Ωに低下する。薄膜ヒータ１１７は、配線抵抗が約５０Ωから半田付けにより約２５Ωに低下する。 By soldering within the shaded areas in Figure 16, the resistance values of the temperature probe 116 and thin-film heater 117 decrease. For example, the wiring resistance of the temperature probe 116 decreases from 130 Ω to approximately 50 Ω by soldering. The wiring resistance of the thin-film heater 117 decreases from approximately 50 Ω to approximately 25 Ω by soldering.
半田付け後、熱処理を行うことにより、薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６の抵抗値は低下する。熱処理時間が、６時間で配線（薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６）の抵抗値は、ほぼ安定し、熱処理時間が１０時間で配線（薄膜ヒータ１１７及び温度プローブ１１６）の抵抗値は完全に安定する。また、半田付け無しで熱処理すると端子電極部で、半田が濡れなくなる。 After soldering, heat treatment reduces the resistance of the thin-film heater 117 and temperature probe 116. After 6 hours of heat treatment, the resistance of the wiring (thin-film heater 117 and temperature probe 116) is almost stable, and after 10 hours of heat treatment, the resistance of the wiring (thin-film heater 117 and temperature probe 116) is completely stable. Furthermore, if heat treatment is performed without soldering, the solder will no longer wet the terminal electrodes.
なお、熱処理時間は３００℃下での熱処理時間に対する配線抵抗変化を事前に調査した上で決定している。Ｎｉ－Ｐめっきを使用したヒータチップとして成立させるために必須な処理工程である。 The heat treatment time was determined after a preliminary investigation into the change in wiring resistance relative to the heat treatment time at 300°C. This is an essential processing step for the heater chip to be produced using Ni-P plating.
端子電極１１４及び端子電極１１５には、リード線１２１を半田付け、あるいはプローブ（図示せず）を圧接し、電流電源装置８０３が出力する定電流を端子電極１１４、端子電極１１５、端子電極１２４等に印加する。
以下、図面を参照しながら、図５、図６等に図示する本発明のヒータチップ１０９の作製方法について説明する。
Lead wires 121 are soldered to the terminal electrodes 114 and 115 or probes (not shown) are pressed against them, and a constant current output from a current power supply 803 is applied to the terminal electrodes 114, 115, 124, etc.
Hereinafter, a method for manufacturing the heater chip 109 of the present invention shown in FIGS. 5 and 6 will be described with reference to the drawings.
図２２、図２３、図２４、図２５において、各図の左側の図面は、ヒータチップの側面図を示しており、各図の左側の図面は、ヒータチップ１０９の平面図を示している。 In Figures 22, 23, 24, and 25, the left side of each figure shows a side view of the heater chip, and the left side of each figure shows a plan view of the heater chip 109.
図２２（ａ１）、図２２（ａ２）は、ＳｉＣ基板１０６である。なお、図２、図２０、図２１等で説明したように、ＳｉＣ基板に限定されるものではない。また、図２２等は薄膜ヒータ１１７を中心に説明するが、図２等と同様に温度プローブ１１６にも適用できることは言うまでもない。 Figures 22(a1) and 22(a2) show a SiC substrate 106. However, as explained in Figures 2, 20, 21, etc., this is not limited to SiC substrates. Also, while Figure 22 etc. focuses on the thin-film heater 117, it goes without saying that this can also be applied to the temperature probe 116, as in Figure 2 etc.
以下、図２２、図２３、図２４、図２５、図２６等で記載する事項は、主として、他の図面、明細書との差異を中心に説明し、以前に説明した事項と同一あるいは類似の場合は説明を省略する場合がある。 The following explanation of the matters described in Figures 22, 23, 24, 25, 26, etc. will focus primarily on the differences with other drawings and specifications, and explanations of matters that are the same or similar to those previously explained may be omitted.
以下に説明あるいは記載する事項は、流用あるいは適時、組み合わせることができることは言うまでもない。また、図２２、図２３、図２４、図２５、図２６等の記載事項を本明細書、図面の他の実施例に適用できることは言うまでもない。 It goes without saying that the matters explained or described below can be reused or combined as appropriate. It also goes without saying that the matters described in Figures 22, 23, 24, 25, 26, etc. can be applied to other embodiments of this specification and drawings.
図２２（ｂ１）、図２２（ｂ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６の表面にマスク５０１ａを塗布する。同様に、ＳｉＣ基板１０６の裏面にマスク５０１ｂを塗布する。マスク５０１としては、アルカリ可溶タイプのアクリルポリマーを含むものが好ましい。 As shown in Figures 22(b1) and 22(b2), a mask 501a is applied to the front surface of the SiC substrate 106. Similarly, a mask 501b is applied to the rear surface of the SiC substrate 106. It is preferable that the mask 501 contains an alkali-soluble acrylic polymer.
次に、フェムト秒レーザ装置（図示せず）を用いて、ＳｉＣ基板１０６の表面を粗化する（図２２（ｃ１）、図２２（ｃ２））。フェムト秒レーザ光５０２またはピコ秒レーザ光５０２を照射し、ＳｉＣ基板１０６の表面の、薄膜ヒータ１１７、端子電極１１５に対応する部分を粗面化する。なお、図２２（ｃ１）は、図２２（ｃ２）のＡＡ’線での断面図である。 Next, a femtosecond laser device (not shown) is used to roughen the surface of the SiC substrate 106 (Figures 22(c1) and 22(c2)). Femtosecond laser light 502 or picosecond laser light 502 is irradiated to roughen the portions of the surface of the SiC substrate 106 corresponding to the thin-film heater 117 and terminal electrode 115. Note that Figure 22(c1) is a cross-sectional view taken along line AA' in Figure 22(c2).
フェムト秒レーザ光５０２等の照射により、ＳｉＣ基板１０６の端子電極１１５、薄膜ヒータ１１７の形成位置が、粗化（粗面化）され、粗化面１１９ａが形成される。 By irradiating the SiC substrate 106 with femtosecond laser light 502, the positions where the terminal electrodes 115 and thin-film heaters 117 are to be formed are roughened (roughened), forming roughened surfaces 119a.
フェムト秒グリーンレーザは、第二高調波であるため、比較的高出力を取り出すことができ、ＳｉＣ基板１０６に対しても、照射したレーザ光の吸収が良好である。 Because femtosecond green lasers are second-harmonic waves, they can produce relatively high output, and the irradiated laser light is well absorbed by the SiC substrate 106.
フェムト秒グリーンレーザが出射する光の波長は５００ｎｍ～５３０ｎｍであるのが好ましい。パルス幅は、１フェムト秒～１０００フェムト秒であるのが好ましい。 The wavelength of the light emitted by the femtosecond green laser is preferably 500 nm to 530 nm. The pulse width is preferably 1 femtosecond to 1000 femtoseconds.
また、ピコ秒レーザを用いる場合、ピコ秒レーザが出射する光の波長は５００ｎｍ～５３０ｎｍであるのが好ましい。パルス幅は、１ピコ秒～１０ピコ秒であるのが好ましい。 Furthermore, when using a picosecond laser, the wavelength of the light emitted by the picosecond laser is preferably 500 nm to 530 nm. The pulse width is preferably 1 picosecond to 10 picoseconds.
ＳｉＣ基板１０６の表面は、パルス幅の単位がピコ秒であるピコ秒レーザ光、又はフェムト秒であるフェムト秒レーザ光により粗化される。粗化された算術平均粗さＲａは０．２μｍ以上である。算術平均粗さＲａは、０．３μｍ以上、０．４μｍ以上、０．５μｍ以上の順により好ましい。 The surface of the SiC substrate 106 is roughened by a picosecond laser beam having a pulse width in picoseconds or a femtosecond laser beam having a pulse width in femtoseconds. The roughened surface has an arithmetic mean roughness Ra of 0.2 μm or more. The arithmetic mean roughness Ra is preferably 0.3 μm or more, 0.4 μm or more, and 0.5 μm or more, in that order.
フェムト秒レーザ装置は、一般にパルス幅が、サブピコ秒から数十フェムト秒のフェムト秒レーザ光５０２を発生する。サブピコ秒から数十フェムト秒の超短パルスのレーザ光５０２を材料に照射した場合、材料の熱拡散特性時間に比べてパルス幅が十分に短いため、光エネルギーを有効に照射部に投入できる。 A femtosecond laser device generally generates femtosecond laser light 502 with a pulse width of subpicoseconds to tens of femtoseconds. When an ultrashort pulse of laser light 502 of subpicoseconds to tens of femtoseconds is irradiated onto a material, the pulse width is sufficiently short compared to the thermal diffusion characteristic time of the material, so light energy can be effectively input to the irradiated area.
図６（ｂ）の幅Ｌ３のような、幅が細い箇所も良好に粗面化できる。また、図６（ｂ）に図示する幅Ｌ１、幅Ｌ２、幅Ｌ３のように、幅を容易に、かつ粗面化を安定して形成できる。 Narrow widths, such as width L3 in Figure 6(b), can also be roughened well. Furthermore, widths such as widths L1, L2, and L3 shown in Figure 6(b) can be easily and stably roughened.
フェムト秒レーザ光５０２は、照射周辺部への熱影響が局限することが可能で、高精度な微細加工が実現できる。フェムト秒レーザ光５０２のパルスを照射することにより、薄膜ヒータ１１７等を形成する部分に対応するマスク５０１の部分が除去され、凹部が形成される。 The femtosecond laser light 502 can limit the thermal effects to the periphery of the irradiation, enabling highly accurate micromachining. By irradiating the mask with pulses of the femtosecond laser light 502, the portions of the mask 501 corresponding to the areas where the thin-film heater 117 and other components will be formed are removed, forming recesses.
配線のパターニング（薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６等）は、マスク５０１の表面に形成されたマークに基づいて行ってもよい。ＳｉＣ基板１０６上に形成された位置決めマーク１２４等に基づいて位置決めを行う。 Patterning of wiring (thin-film heater 117, temperature probe 116, etc.) may be performed based on marks formed on the surface of the mask 501. Positioning is performed based on alignment marks 124, etc. formed on the SiC substrate 106.
位置決めマーク１２４は一例として十字マークである。位置決めマーク１２４は少なくとも、対角線状（図６（ａ）参照）あるいは線対称位置（図５（ｂ）参照）等に２箇所を設ける。また、本発明の製造方法では、位置決めマーク１２４を使用して、薄膜の形成、レーザ照射位置の位置決め、パターニングを行う。 One example of the positioning mark 124 is a cross mark. At least two positioning marks 124 are provided, such as diagonally (see Figure 6(a)) or at line-symmetric positions (see Figure 5(b)). In the manufacturing method of the present invention, the positioning marks 124 are used to form the thin film, determine the laser irradiation position, and perform patterning.
ＳｉＣ基板１０６等上に形成された位置決めマーク１２４をカメラで取り込み、位置決めマーク１２４を画像認識して位置決めマーク１２４位置と設計座標を比較し、パターニング（薄膜ヒータ１１７、温度プローブ１１６等）位置（レーザ光を照射する箇所）に位置決めしてレーザ光５０２を照射する。 The positioning mark 124 formed on the SiC substrate 106 or the like is captured by a camera, the position of the positioning mark 124 is recognized by image recognition, the position of the positioning mark 124 is compared with the design coordinates, and the patterning (thin film heater 117, temperature probe 116, etc.) position (the location where the laser light is irradiated) is positioned, and the laser light 502 is irradiated.
同様に、図２２（ｄ１）、図２２（ｄ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６に裏面にも、フェムト秒レーザ光５０２が照射され、粗化（粗面化）される。ＳｉＣ基板１０６の裏面も粗化面１１９が形成される。 Similarly, as shown in Figures 22(d1) and 22(d2), the rear surface of the SiC substrate 106 is also irradiated with femtosecond laser light 502 and roughened (roughened). A roughened surface 119 is also formed on the rear surface of the SiC substrate 106.
ＳｉＣ基板１０６に裏面にも、Ｎｉ－Ｐ膜１１１が形成される。したがって、ＳｉＣ基板１０６のＮｉ－Ｐ膜１１１が形成される箇所にも、フェムト秒レーザ光５０２による粗面化が実施される。
図２２（ｄ１）は、図２２（ｄ２）のＡＡ’線での断面図である。なお、断面図の断面位置に関しては、他の図面においても同様である。
The Ni—P film 111 is also formed on the back surface of the SiC substrate 106. Therefore, the portion of the SiC substrate 106 where the Ni—P film 111 is to be formed is also roughened by the femtosecond laser light 502.
Fig. 22(d1) is a cross-sectional view taken along line AA' in Fig. 22(d2). Note that the cross-sectional positions of the cross-sectional views are the same in the other drawings.
次に、図２３（ｅ１）、図２３（ｅ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６の裏面にマスキングテープ１２０ｂを貼り付ける。マスキングテープ１２０として、例えば、日東電工Ｎ－３００が例示される。 Next, as shown in Figures 23(e1) and 23(e2), masking tape 120b is attached to the back surface of the SiC substrate 106. An example of the masking tape 120 is Nitto Denko N-300.
マスキングテープ１２０は、めっき液の浸入を防ぐために使用する。したがって、めっき液の浸入を防止し、防止後、剥離できるものであればいずれのものであってもよい。例えば、マスキングテープ１２０の代替えとして重合前のポリイミドからなる液を塗布し、ポリイミドからなる液を硬化させたものを使用してもよい。 Masking tape 120 is used to prevent the plating solution from seeping in. Therefore, any material that can prevent the plating solution from seeping in and can be peeled off after prevention is complete may be used. For example, a masking tape made by applying a liquid made of unpolymerized polyimide and then curing the polyimide liquid may be used in place of masking tape 120.
図２２（ｅ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６の表面において、端子電極１１５、薄膜ヒータ１１７が形成される部分が、レーザ光の照射により粗化面１１９ａとなっている。他の部分は、マスク５０１ａが残存している。 As shown in Figure 22(e2), the portions of the surface of the SiC substrate 106 where the terminal electrodes 115 and thin-film heaters 117 are to be formed have been roughened by irradiation with laser light to form surfaces 119a. The mask 501a remains in other portions.
以上のように、フェムト秒レーザ光５０２による粗面化は、端子電極１１４、端子電極１１５に対応する箇所にも実施される。粗面化される箇所に、Ｎｉ－Ｐ膜１１１が形成される。 As described above, the femtosecond laser light 502 is used to roughen the areas corresponding to the terminal electrodes 114 and 115. A Ni-P film 111 is formed on the roughened areas.
端子電極１１５部は粗化される面積が大きい。薄膜ヒータ１１７部は粗化される線幅が細い。薄膜ヒータ１１７部は粗化を大きくする（粗化により発生する凹凸を深くする）ように、粗化される面積に依存して粗化状態を変化させることが好ましい。粗化される面積に基づいて算術平均粗さＲａを異ならせる。 The terminal electrode 115 has a large roughened area. The thin-film heater 117 has a narrow roughened line width. It is preferable to change the roughening state depending on the roughened area of the thin-film heater 117 so that the roughening is increased (the unevenness caused by the roughening is deepened). The arithmetic mean roughness Ra is varied based on the roughened area.
レーザ光５０２による粗化は、薄膜が剥離しにくいように、例えば、薄膜プローブ１１７、温度プローブ１１６の両端の粗化状態を大きくし、他の部分の粗化状態を両端よりも小さくする等粗化位置により変化させることが好ましい。
例えば、図５（ｂ）、図６（ｂ）では、薄膜ヒート１１７の幅Ｌ１、幅Ｌ２、幅Ｌ３の箇所の粗化状態あるいは算術平均粗さＲａを異ならせてもよい。
It is preferable that the roughening by the laser light 502 be varied by equal roughening positions, for example, by making the roughening condition at both ends of the thin film probe 117 and the temperature probe 116 greater and making the roughening condition at other parts less than at both ends, so that the thin film is less likely to peel off.
For example, in FIGS. 5B and 6B, the roughened state or arithmetic mean roughness Ra of the thin film heater 117 at the widths L1, L2, and L3 may be different.
図５（ｂ）のように、線幅Ｌ１の箇所と、線幅Ｌ２の箇所では算術平均粗さＲａを異ならせる。図６のように、線幅Ｌ１の箇所と、線幅Ｌ２の箇所あるいは線幅Ｌ３の箇所では算術平均粗さＲａを異ならせる。また、温度プローブ１１６と薄膜ヒート１１７で算術平均粗さＲａを異ならせてもよい。
粗化状態の可変は、フェムト秒レーザ光５０２のレーザ強度、照射するレーザパルスの移動速度を変更あるいは設定することにより容易に実現できる。
As shown in Fig. 5B, the arithmetic mean roughness Ra is made different between the portion of line width L1 and the portion of line width L2. As shown in Fig. 6, the arithmetic mean roughness Ra is made different between the portion of line width L1 and the portion of line width L2 or L3. Furthermore, the arithmetic mean roughness Ra may be made different between the temperature probe 116 and the thin film heater 117.
The roughened state can be easily changed by changing or setting the laser intensity of the femtosecond laser light 502 and the moving speed of the irradiated laser pulse.
ＳｉＣ基板１０６に対し酸性脱脂剤を用い、例えば４５℃、５分の条件で脱脂を行う。塩酸系水溶液を用いてプリディップ処理を行う。保持時間は、一例として２分である。 The SiC substrate 106 is degreased using an acidic degreaser at 45°C for 5 minutes, for example. A pre-dip treatment is then performed using a hydrochloric acid-based aqueous solution. The retention time is, for example, 2 minutes.
ＳｉＣ基板１０６に対し酸性脱脂剤を用い、例えば４５℃、５分の条件で脱脂を行う。塩酸系水溶液を用いてプリディップ処理を行う。保持時間は、一例として２分である。 The SiC substrate 106 is degreased using an acidic degreaser at 45°C for 5 minutes, for example. A pre-dip treatment is then performed using a hydrochloric acid-based aqueous solution. The retention time is, for example, 2 minutes.
次に、図２３（ｆ１）、図２３（ｆ２）に図示するように、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４を粗面化された粗化面１１９、及びマスク５０１ａの残存している部分の表面に付与、塗布あるいは形成する。
Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４はコロイド状の粒子であり、Ｓｎ－Ｐｄの核部の表面にＳｎ－rich層、及びＳｎ2+層が順に形成されている。
Next, as shown in FIG. 23(f1) and FIG. 23(f2), a Sn--Pd catalyst 504 is applied, coated or formed on the roughened surface 119 and on the surface of the remaining portion of the mask 501a.
The Sn--Pd catalyst 504 is a colloidal particle, and an Sn-rich layer and an Sn@2+ layer are formed in this order on the surface of the Sn--Pd core.
Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４を付与したＳｉＣ基板１０６を塩酸系の溶液に浸漬することでＳｎの層が除去され、内部のＰｄ触媒が露出する。Ｐｄ触媒が露出するので、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４が存在する部分において、後述する無電解Ｎｉ－Ｐめっき液による反応が生じる。 By immersing the SiC substrate 106 coated with the Sn-Pd catalyst 504 in a hydrochloric acid solution, the Sn layer is removed, exposing the internal Pd catalyst. Because the Pd catalyst is exposed, a reaction occurs in the electroless Ni-P plating solution (described below) in the areas where the Sn-Pd catalyst 504 is present.
次に、図２３（ｇ１）、図２３（ｇ２）に図示するように、アルカリ溶液を用いて、マスク５０１ａを剥離する。図２３（ｇ１）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６のマスク５０１が剥離された部分にはＳｎ－Ｐｄ触媒５０４ａが存在しない。
次に、図２３（ｈ１）、図２３（ｈ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６の表面に無電解Ｎｉ－Ｐめっきを行い、薄膜ヒータ１１７が形成される。
無電解Ｎｉ－Ｐめっき液としては、酸性領域から中性領域で次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする還元析出型の無電解Ｎｉ－Ｐめっき液を用いることができる。
Next, as shown in Figures 23(g1) and 23(g2), the mask 501a is removed using an alkaline solution. As shown in Figure 23(g1), the Sn-Pd catalyst 504a is not present in the portion of the SiC substrate 106 where the mask 501 has been removed.
Next, as shown in FIGS. 23(h1) and 23(h2), electroless Ni--P plating is performed on the surface of the SiC substrate 106 to form a thin film heater 117.
As the electroless Ni-P plating solution, a reduction deposition type electroless Ni-P plating solution that operates in an acidic to neutral range and uses sodium hypophosphite as a reducing agent can be used.
キレート剤としては、リンゴ酸、またはクエン酸、またはマロン酸、酒石酸等のオキシカルボン酸、または酢酸やコハク酸等のモノカルボン酸、アンモニアやグリシン等のアミン類を単独もしくは複数併用して用いることができる。 As chelating agents, hydroxycarboxylic acids such as malic acid, citric acid, malonic acid, and tartaric acid, monocarboxylic acids such as acetic acid and succinic acid, and amines such as ammonia and glycine can be used alone or in combination.
無電解Ｎｉ－Ｐめっき液中の還元剤がＳｉＣ基板１０６上で電子を放出するように触媒として機能するＰｄが付与されている。無電解Ｎｉめっき液中のＮｉイオンが、還元剤の酸化反応で放出される電子によって還元され、ＳｉＣ基板１０６の表面に析出し、薄膜ヒータ１１７、端子電極が形成される。 Pd, which functions as a catalyst, is added so that the reducing agent in the electroless Ni-P plating solution releases electrons on the SiC substrate 106. Ni ions in the electroless Ni plating solution are reduced by the electrons released during the oxidation reaction of the reducing agent, and are deposited on the surface of the SiC substrate 106, forming the thin-film heater 117 and terminal electrode.
図５、図６では、温度プローブ１１６を図示していないが、図５、図６の本発明のヒータチップ１０９は、温度プローブ１１６を備えてもよいことは言うまでもない。また、以上の図５、図６で記載した事項は、薄膜ヒータ１１７だけでなく、温度プローブ１１６にも適用できることは言うまでもない。以上の事項は、以下の記載、図面においても同様である。 Although the temperature probe 116 is not shown in Figures 5 and 6, it goes without saying that the heater chip 109 of the present invention in Figures 5 and 6 may be equipped with a temperature probe 116. It also goes without saying that the matters described above in Figures 5 and 6 can be applied not only to the thin-film heater 117 but also to the temperature probe 116. The same applies to the following descriptions and drawings.
本実施形態によれば、フェムト秒レーザ光５０２で粗化面１１９を形成することにより、難めっき材料からなるＳｉＣ基板１０６に対して、特殊な薬液またはフォトリソグラフィの技術を用いることなく、容易に、密着性が良好であるＮｉ－Ｐめっきを行うことができる。 According to this embodiment, by forming a roughened surface 119 using femtosecond laser light 502, Ni-P plating with good adhesion can be easily performed on a SiC substrate 106 made of a difficult-to-plate material without using special chemicals or photolithography techniques.
本実施の形態においては、マスク５０１ａを使用して、薄膜ヒータ１１７、端子電極部に対応するＳｉＣ基板１０６の粗化面１１９に、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ａを残存させる。Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ａにめっき膜を形成する。したがって、薄膜ヒータ１１７のパターニングの精度が良好であり、表面研磨が不要である。 In this embodiment, a mask 501a is used to leave a Sn-Pd catalyst 504a on the roughened surface 119 of the SiC substrate 106 corresponding to the thin-film heater 117 and terminal electrode portion. A plating film is formed on the Sn-Pd catalyst 504a. This allows for accurate patterning of the thin-film heater 117, eliminating the need for surface polishing.
本実施の形態においては、配線パターンに対応する部分以外の部分がマスク５０１ａにより保護された状態で、めっきパターンが形成される。したがって、粗化部分のみに無電解Ｎｉ－Ｐめっきを行うため所望の厚みの薄膜ヒータ１１７等を形成することができる。 In this embodiment, the plating pattern is formed while the areas other than those corresponding to the wiring pattern are protected by the mask 501a. Therefore, electroless Ni-P plating is performed only on the roughened areas, allowing the thin-film heater 117 and other elements to be formed to the desired thickness.
次に、図２４（ｉ１）、図２４（ｉ２）に図示するように、薄膜ヒータ１１７を形成する箇所を中心として、マスキングテープ１２０ａを形成または配置する。端子電極１１５を形成する部分にはマスキングテープ１２０ａは形成または配置されない。 Next, as shown in Figures 24(i1) and 24(i2), masking tape 120a is formed or placed around the area where the thin-film heater 117 will be formed. Masking tape 120a is not formed or placed in the area where the terminal electrode 115 will be formed.
図２４（ｊ１）、図２４（ｊ２）に図示するように、図２３（ｈ１）、図２３（ｈ２）と同様に、ＳｉＣ基板１０６の表面に無電解Ｎｉ－Ｐめっきを行い、端子電極１１５部に無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜が形成される。 As shown in Figures 24(j1) and 24(j2), similar to Figures 23(h1) and 23(h2), electroless Ni-P plating is performed on the surface of the SiC substrate 106, forming an electroless Ni-P plating film on the terminal electrode 115.
無電解Ｎｉ－Ｐめっき液としては、図２３（ｈ１）、図２３（ｈ２）の無電解Ｎｉ－Ｐめっき液を用いる。また、キレート剤等もついても同様であるので、説明を省略する。 The electroless Ni-P plating solution used is the electroless Ni-P plating solution shown in Figures 23(h1) and 23(h2). The same applies to chelating agents, etc., so their explanation will be omitted.
図２４（ｊ１）に図示するように、薄膜ヒータ１１７部は無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ａが形成される。端子電極１１５部は、無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ａと無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ｂとが積層されて形成される。したがって、端子電極１１５部は、薄膜ヒータ１１７部よりも抵抗値が低くなる。端子電極１１５部は、抵抗値が小さいため、所定の定電流を印加しても発熱が発生しない。薄膜ヒータ１１７部は、抵抗値が高いため、所定の定電流の印加により、良好に発熱する。 As shown in Figure 24 (j1), the thin-film heater 117 is formed with an electroless Ni-P plating film 111a. The terminal electrode 115 is formed by laminating an electroless Ni-P plating film 111a and an electroless Ni-P plating film 111b. Therefore, the terminal electrode 115 has a lower resistance than the thin-film heater 117. Because the terminal electrode 115 has a low resistance, it does not generate heat even when a predetermined constant current is applied. Because the thin-film heater 117 has a high resistance, it generates heat well when a predetermined constant current is applied.
図２４（ｋ１）、図２４（ｋ２）に図示するように、端子電極部に置換Ａｕ膜（端子電極１１５）が形成される。端子電極に対応する箇所のＮｉ－Ｐ膜１１１ａの表面には端子電極としての金めっき膜１１５が形成される。 As shown in Figures 24(k1) and 24(k2), a substituted Au film (terminal electrode 115) is formed on the terminal electrode portion. A gold plating film 115 serving as the terminal electrode is formed on the surface of the Ni-P film 111a in a location corresponding to the terminal electrode.
次に、図２４（ｌ１）、図２４（ｌ２）に図示するように、マスキングテープ１２０ａを剥離させる。マスキングテープ１２０ａの剥離におり、薄膜ヒータとしてのＮｉ－Ｐめっき膜１１１ａが露出する。 Next, as shown in Figures 24(l1) and 24(l2), the masking tape 120a is peeled off. By peeling off the masking tape 120a, the Ni-P plating film 111a serving as the thin-film heater is exposed.
以上の工程により、端子電極１１５及び薄膜ヒータ１１７がＳｉＣ基板１０６上に形成される。次に、ＳｉＣ基板１０６の裏面にＮｉ－Ｐ膜１１１ｃを形成する工程を実施する。 Through the above steps, the terminal electrode 115 and thin-film heater 117 are formed on the SiC substrate 106. Next, a step is carried out to form a Ni-P film 111c on the back surface of the SiC substrate 106.
図２５（ｍ１）、図２５（ｍ２）に図示するように、端子電極１１５及び薄膜ヒータ１１７としてのＮｉ－Ｐめっき膜１１１ａ上に、マスキングテープ１２０ｃを配置または形成する。また、コーティング剤を塗布する。 As shown in Figures 25(m1) and 25(m2), masking tape 120c is placed or formed on the Ni-P plating film 111a that serves as the terminal electrode 115 and the thin-film heater 117. A coating agent is also applied.
次に、図２５（ｎ１）、図２５（ｎ２）に図示するように、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ｂを粗面化された粗化面１１９ｂの表面に付与、塗布あるいは形成する。Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ｂはコロイド状の粒子であり、Ｐｄ－Ｓｎの核部の表面にＳｎ－rich層、及びＳｎ2+層が順に形成されている。 Next, as shown in Figures 25(n1) and 25(n2), an Sn-Pd catalyst 504b is applied, coated, or formed on the surface of the roughened surface 119b. The Sn-Pd catalyst 504b is a colloidal particle, and an Sn-rich layer and an Sn2+ layer are formed in sequence on the surface of the Pd-Sn core.
Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ｂを付与したＳｉＣ基板１０６を塩酸系の溶液に浸漬することでＳｎの層が除去され、内部のＰｄ触媒が露出する。Ｐｄ触媒が露出するので、Ｓｎ－Ｐｄ触媒５０４ｂが存在する部分において、無電解Ｃｕめっき液による反応が生じる。 By immersing the SiC substrate 106 with the Sn-Pd catalyst 504b in a hydrochloric acid solution, the Sn layer is removed, exposing the internal Pd catalyst. Because the Pd catalyst is exposed, a reaction occurs with the electroless Cu plating solution in the areas where the Sn-Pd catalyst 504b is present.
図２５（ｏ１）、図２５（ｏ２）に図示するように、ＳｉＣ基板１０６の裏面に無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ｃが形成される。また、無電解Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ｃ上に金めっき膜１１２が形成される。
次に、図２５（ｐ１）、図２５（ｐ２）に図示するように、マスキングテープ１２０ｃを剥離させて、ヒータチップ１０９が完成する。
25(o1) and 25(o2), an electroless Ni--P plating film 111c is formed on the back surface of the SiC substrate 106. In addition, a gold plating film 112 is formed on the electroless Ni--P plating film 111c.
Next, as shown in FIG. 25(p1) and FIG. 25(p2), the masking tape 120c is peeled off, and the heater chip 109 is completed.
図２６は、本発明の他の実施例における接合層評価装置の構成についての説明図である。図２６（ｃ１）、図２６（ｃ２）はヒータチップ１０９を図示している。ヒータチップ１０９の裏面には、Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ｃ、Ｎｉ－Ｐめっき膜１１１ｃの表面に金めっき膜１１２が形成されているが、図が煩雑になるため省略している。 Figure 26 is an explanatory diagram of the configuration of a bonding layer evaluation device in another embodiment of the present invention. Figures 26(c1) and 26(c2) show the heater chip 109. A Ni-P plating film 111c is formed on the back surface of the heater chip 109, and a gold plating film 112 is formed on the surface of the Ni-P plating film 111c, but these are omitted to avoid cluttering the illustration.
図２６（ｃ２）に図示するように、端子電極１１５には、リード線１２１を電気的に接続するための半田１２３が形成され、または配置される。なお、半田１２３に限定されるものではなく、導電性があり、リード線１２１と端子電極１１５とが電気的接続が取れるものであればいずれの構成、材料等であってもよい。例えば、ボンディングワイヤで接続する構成が例示され、異方向性樹脂（ＡＣＦ）で接続する構成、材料が例示される。
図２６（ａ）に図示するように、無酸素銅板１０４ａと無酸素銅板１０４ｂ間に半田等の接合層１０５が配置または形成される。
無酸素銅板１０４において、接合層１０５と接する面に、Ｎｉ－Ｐ膜１１１、金めっき膜１１２が形成されるが、図面が煩雑となるため図示していない。
26(c2), solder 123 for electrically connecting the lead wire 121 is formed or disposed on the terminal electrode 115. Note that this is not limited to solder 123, and any configuration or material may be used as long as it is conductive and allows electrical connection between the lead wire 121 and the terminal electrode 115. For example, a configuration in which connection is made with a bonding wire is exemplified, and a configuration or material in which connection is made with an anisotropic resin (ACF) is exemplified.
As shown in FIG. 26(a), a bonding layer 105 such as solder is disposed or formed between an oxygen-free copper plate 104a and an oxygen-free copper plate 104b.
In the oxygen-free copper plate 104, a Ni--P film 111 and a gold-plated film 112 are formed on the surface that contacts the bonding layer 105, but these are not shown in the drawing to avoid complicating the drawing.
無酸素銅板１０４ｂの表面にＮｉ－Ｐ膜１１１が形成され、Ｎｉ－Ｐ膜１１１に金めっき膜１１２が形成されている。２つの金めっき膜１１２間に、接合層１０５が配置される。なお、金めっき膜１１２は接合層１０５が半田場合、半田内に拡散される。
無酸素銅板１０４ａは、主として放熱板として機能し、無酸素銅板１０４ｂはヒータチップ１０９からの熱を接合層１０５に伝達する機能を有する。
An Ni--P film 111 is formed on the surface of the oxygen-free copper plate 104b, and a gold plating film 112 is formed on the Ni--P film 111. A bonding layer 105 is disposed between the two gold plating films 112. If the bonding layer 105 is made of solder, the gold plating film 112 will diffuse into the solder.
The oxygen-free copper plate 104 a mainly functions as a heat sink, and the oxygen-free copper plate 104 b has the function of transferring heat from the heater chip 109 to the bonding layer 105 .
無酸素銅板１０４は、熱伝導性が良好なプレートであれば、銅以外の材質でプレートを形成してもよい。例えば、セラミックプレート、ステンレスプレート、ニッケルプレート、銀プレートが例示される。本明細書では説明を容易にするため、また、理解を容易にするため、無酸素銅板１０４として説明をする。 The oxygen-free copper plate 104 may be made of a material other than copper, as long as it has good thermal conductivity. Examples include ceramic plates, stainless steel plates, nickel plates, and silver plates. For ease of explanation and understanding, this specification will refer to the oxygen-free copper plate 104.
無酸素銅板１０４は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の銅板である。無酸素銅板１０４ａの表面には、Ｎｉ－Ｐ膜１１１が形成される。Ｎｉ－Ｐ膜１１１は無酸素銅板１０４ａの表面の全域に形成してもよいし、ヒータチップ１０９を実装する領域あるいは範囲に特定して形成してもよい。
図２６（ｂ）に図示するように、無酸素銅板１０４ｂ上に、放熱グリス１１８を塗布、あるいは放熱グリス１１８を配置する。
The oxygen-free copper plate 104 is a copper plate having a thickness of 0.1 mm to 2 mm. A Ni-P film 111 is formed on the surface of the oxygen-free copper plate 104a. The Ni-P film 111 may be formed over the entire surface of the oxygen-free copper plate 104a, or may be formed specifically in an area or region where the heater chip 109 is to be mounted.
As shown in FIG. 26(b), thermal grease 118 is applied or placed on the oxygen-free copper plate 104b.
放熱グリス１１８で、ベースとなるのは、常温からある程度の高温まで、粘度の変化が少ない変性シリコンのグリスである。このグリスに、熱伝導率の高い金属あるいは金属酸化物の粒子（フィラー）を混ぜ込んだものを採用することが好ましい。 The base of thermal grease 118 is a modified silicone grease that exhibits little change in viscosity from room temperature to relatively high temperatures. It is preferable to use this grease mixed with metal or metal oxide particles (filler) that have high thermal conductivity.
粒子として主に用いられるのは銅や銀、アルミニウム等の他に、アルミナや酸化マグネシウム、窒化アルミニウム等も用いられる。これらの単体、もしくは混合物を、それらの粒子直径に見合った分散方法を用いて分散させる。 The particles mainly used are copper, silver, aluminum, etc., but alumina, magnesium oxide, aluminum nitride, etc. are also used. These particles, either individually or in mixtures, are dispersed using a dispersion method appropriate for their particle diameter.
無酸素銅板１０４ｂ上に、焼結銀（Ａｇ）ペーストを採用することも好ましい。焼結銀ペーストとして、例えば、三ツ星ベルトのＭＤｏｔシリーズ（ＭＤｏｔ－Ｓ５１７１）が例示される。ＭＤｏｔ－Ｓ５１７１は、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高い。
なお、焼結ペーストの熱伝導率は、４Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものを使用することが好ましい。焼結Ａｇペーストの他、焼結銅（Ｃｕ）ペーストを用いてもよい。
It is also preferable to use sintered silver (Ag) paste on the oxygen-free copper plate 104b. An example of a sintered silver paste is Mitsuboshi Belting's MDot series (MDot-S5171). MDot-S5171 has a high thermal conductivity of 15 W/m·K or more.
The thermal conductivity of the sintered paste is preferably 4 W/m·K or more. In addition to the sintered Ag paste, a sintered copper (Cu) paste may also be used.
焼結ペーストは、放熱グリスに比べて、熱伝導性が良好であり、ヒータチップ１０９の温度を低減できるという特徴を有する。例えば、放熱グリスの場合、半田層を２００℃とする場合、放熱グリスの耐熱温度、配線部の半田部の耐熱が不足する場合がある。焼結ペーストの場合は、この課題が発生しない。または、発生が抑制される。 Sintered paste has better thermal conductivity than thermal grease and is characterized by its ability to reduce the temperature of the heater chip 109. For example, when using thermal grease, if the solder layer is heated to 200°C, the heat resistance of the thermal grease and the solder part of the wiring may be insufficient. With sintered paste, this issue does not occur, or is suppressed.
図２６（ｂ）では、無酸素銅板１０４ａ上に、焼結Ａｇペースト１１８等を配置するとしたが、ヒータチップ１０９の裏面に焼結Ａｇペースト１１８等を塗布し、無酸素銅板１０４ｂとヒータチップ１０９を接合させても良いことは言うまでもない。 In Figure 26(b), sintered Ag paste 118, etc. is placed on oxygen-free copper plate 104a, but it goes without saying that sintered Ag paste 118, etc. may be applied to the back surface of heater chip 109 to bond oxygen-free copper plate 104b and heater chip 109.
図２６（ｃ３）に図示するように、無酸素銅板１０４ｂに配置された放電グリスまたは焼結ペースト１１８に図２６（ｃ２）のヒータチップ１０９を配置する。例えば、１０８が焼結ペーストの場合は、例えば、２００℃で６０分間、低温で焼結させる。焼結により、ヒータチップ１０９と無酸素銅板１０４ｂとが熱的に接続される。 As shown in Figure 26(c3), the heater chip 109 shown in Figure 26(c2) is placed on discharge grease or sintering paste 118 placed on the oxygen-free copper plate 104b. For example, if 108 is sintering paste, it is sintered at a low temperature, such as 200°C for 60 minutes. Sintering thermally connects the heater chip 109 and the oxygen-free copper plate 104b.
接合層１０５は一例として半田シートである。加熱することにより、半田からなる接合層１０５となる。半田シートが無酸素銅板１０４ｂ上に配置される。半田シートの代わりに半田ペーストを用いても良い。 One example of the bonding layer 105 is a solder sheet. When heated, it becomes a bonding layer 105 made of solder. The solder sheet is placed on the oxygen-free copper plate 104b. Solder paste may also be used instead of the solder sheet.
図２６（ｄ）に図示するように、ヒータチップ１０９と無酸素銅板１０４ｂは接合層１０５で接合される。また、図２６（ｄ）に図示するように、ヒータチップ１０９、無酸素銅板１０４ｂ、接合層１０５は同時に研磨加工され、端面研磨される。端面研磨により、接合層１０５は鏡面化される。また、必要に応じて、接合層１０５はＣＰ加工が実施される。 As shown in Figure 26(d), the heater chip 109 and oxygen-free copper plate 104b are bonded by a bonding layer 105. Also, as shown in Figure 26(d), the heater chip 109, oxygen-free copper plate 104b, and bonding layer 105 are simultaneously polished and their edges are polished. The edge polishing gives the bonding layer 105 a mirror finish. If necessary, the bonding layer 105 is also subjected to CP processing.
次に、図２６（ｄ）に図示するように、研磨加工した面にポリイミドフィルム１０７が貼り付けられる。もしくは、接合層１０５面に感光性ポリイミド膜を形成する。 Next, as shown in Figure 26(d), a polyimide film 107 is attached to the polished surface. Alternatively, a photosensitive polyimide film is formed on the surface of the bonding layer 105.
感光性ポリイミド膜は、スピンコート工法、スリットコート工法、スクリーン印刷による工法、インクジェットによる吹付ける工法、スプレーコート工法、ダイコート工法、ドクターナイフコート工法、フレキソ印刷工法等により、研磨加工した面に形成される。感光性ポリイミド膜を形成する箇所は少なくも接合層１０５を含む。 The photosensitive polyimide film is formed on the polished surface by methods such as spin coating, slit coating, screen printing, inkjet spraying, spray coating, die coating, doctor knife coating, and flexographic printing. The area where the photosensitive polyimide film is formed includes at least the bonding layer 105.
図２６（ｅ）に図示するように、端子電極１１５上の半田１２３を介してリード線１２１が取り付けられる。リード線１２１には電流電源装置８０３が接続され、薄膜ヒータ１１７に定電流等が印加される。
赤外線サーモグラフティカメラ１０８は、ポリイミドフィルム１０７を介して、接合層１０５の２次元的な温度分布を測定する。
26( e), a lead wire 121 is attached via solder 123 on the terminal electrode 115. A current power supply device 803 is connected to the lead wire 121, and a constant current or the like is applied to the thin film heater 117.
The infrared thermography camera 108 measures the two-dimensional temperature distribution of the bonding layer 105 through the polyimide film 107 .
接合層１０５は、半田等による接合層に限定するものではない。例えば、銀ペーストあるいは銅ペーストにより接着した接合層、焼結ペーストからなる接合層、ボンディングワイヤ等の接続部、放電加工による接続部、高周波誘導加熱による接合層、電磁誘導加熱による融着部に対しても適用できることは言うまでもない。また、有機物あるいは無機物を圧着あるいは接触させた接合面に対しても適用できることは言うまでもない。絶縁物、誘電体材料からなる層も接合層であり、赤外線サーモグラフティカメラ１０８等で温度情報△Ｔを測定することができる。
以下、本発明の接合層評価装置を使用した接合層の評価方法の実施例について説明する。
発熱源として、本発明のＳｉＣ製ヒータチップ１０９（表面に薄膜ヒータ１１７、裏面にＡｇ層を有する）を使用した。
The bonding layer 105 is not limited to a bonding layer made of solder or the like. It goes without saying that it can also be applied to, for example, a bonding layer bonded with silver paste or copper paste, a bonding layer made of sintered paste, a connection part such as a bonding wire, a connection part made by electric discharge machining, a bonding layer made by high-frequency induction heating, or a fusion part made by electromagnetic induction heating. It also goes without saying that it can be applied to a bonding surface where organic or inorganic materials are pressed or brought into contact. Layers made of insulating or dielectric materials are also bonding layers, and temperature information ΔT can be measured using an infrared thermography camera 108 or the like.
Hereinafter, an example of a bonding layer evaluation method using the bonding layer evaluation device of the present invention will be described.
The heat source used was a SiC heater chip 109 of the present invention (having a thin film heater 117 on the front surface and an Ag layer on the back surface).
ヒータチップ１０９の裏面、及び無酸素銅板１０４へ無電解Ｎｉ－Ｐ膜１１１／置換金めっき膜１１２処理し、ヒータチップ１０９を無酸素銅板１０４上に半田付けしてサンプルを作製した。 The back surface of the heater chip 109 and the oxygen-free copper plate 104 were treated with an electroless Ni-P film 111/displacement gold plating film 112, and the heater chip 109 was soldered onto the oxygen-free copper plate 104 to prepare a sample.
また、ヒータチップ１０９近傍に無電解Ｎｉ－Ｐ膜１１１／置換金めっき膜１１２処理した両面銅張基板も同時に半田付けした。半田組成はＳｎ－０．７Ｃｕ半田、使用する半田シ－トの厚みは１００μｍとした。 A double-sided copper-clad substrate with an electroless Ni-P film 111/displacement gold plating film 112 was also soldered near the heater chip 109. The solder composition was Sn-0.7Cu solder, and the thickness of the solder sheet used was 100 μm.
半田付けは大気圧リフロー（ピーク温度２５０℃１０ｓｅｃ）にて実施し、半田付け後のヒータチップ１０９／無酸素銅板１０４間の半田厚が１００±２０μｍになったサンプルを使用した。 Soldering was performed using atmospheric pressure reflow (peak temperature 250°C for 10 seconds), and the sample used had a solder thickness of 100±20 μm between the heater chip 109 and oxygen-free copper plate 104 after soldering.
サンプルの端面を鏡面仕上げ後、ヒータチップ１０９の薄膜ヒータ１１７と上述した両面銅張板間をＡｕワイヤボンディング（Φ２５μｍ）により結線して、加熱冷却プレート１０１上に配置した。 After mirror-finishing the end faces of the sample, the thin-film heater 117 of the heater chip 109 was connected to the double-sided copper-clad plate described above using Au wire bonding (Φ25 μm), and the sample was placed on the heating/cooling plate 101.
接合層１０５と接するＮｉ－Ｐ膜１１１ｄ及びＮｉ－Ｐ膜１１１ａと接合層１０５は研磨または平坦化する。研磨または平坦化することにより、接合層１０５及び近傍部は平坦になり、鏡面になる。平坦、鏡面にすることにより、接合層１０５等から放射する赤外線量が、接合層１０５の温度と良好に相関する。したがって、外線サーモグラフティカメラ１０８の測定温度精度が向上する。 The Ni-P film 111d and Ni-P film 111a in contact with the bonding layer 105 and the bonding layer 105 are polished or planarized. By polishing or planarizing, the bonding layer 105 and the surrounding area become flat and have a mirror-like finish. By creating a flat, mirror-like finish, the amount of infrared radiation emitted from the bonding layer 105 and other areas correlates well with the temperature of the bonding layer 105. This improves the accuracy of temperature measurements by the infrared thermography camera 108.
その後、ヒータチップ１０９の表面に形成または配置された薄膜ヒータ１１７に、電流電源装置８０３ｂで直流電流を印加して、ヒータチップ１０９を発熱させ、ヒータチップ１０９裏面をＨｏｔ側（加熱側）、銅プレート１０４側をＣｏｌｄ側（冷却側）とする温度勾配を半田接合層へ生じさせた。 Then, a direct current was applied from the current power supply 803b to the thin-film heater 117 formed or placed on the surface of the heater chip 109, causing the heater chip 109 to generate heat, creating a temperature gradient in the solder bonding layer with the back surface of the heater chip 109 as the hot side (heating side) and the copper plate 104 side as the cold side (cooling side).
生じた温度勾配を可視化するために、サンプルの鏡面仕上げ面を赤外線サーモグラフティカメラ１０８により観察し、ヒータチップ１０９裏面のＮｉ－Ｐ膜１１１層（Ｈｏｔ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層）と銅プレート１０４側のＮｉ－Ｐ膜１１１層（Ｃｏｌｄ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層）間の温度差から温度勾配を決定した。
断面の放射率を確保するためにポリイミドテ－プを貼り付けて赤外線サーモグラフティカメラ１０８による温度測定を実施した。
In order to visualize the temperature gradient that occurred, the mirror-finished surface of the sample was observed with an infrared thermography camera 108, and the temperature gradient was determined from the temperature difference between the Ni-P film 111 layer on the back surface of the heater chip 109 (hot-side Ni-P film 111 layer) and the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side (cold-side Ni-P film 111 layer).
To ensure the emissivity of the cross section, polyimide tape was attached and temperature measurement was carried out using an infrared thermography camera 108.
ヒータチップ１０９裏面での温度が２００℃、銅プレート１０４温度1４５℃程度でＨｏｔ側とＣｏｌｄ側のＮｉ－Ｐ膜１１１層間の温度勾配が２５７１℃／ｃｍになった。
本条件にてＴＭ（サーモマイグレーション）試験を実施した。
When the temperature on the rear surface of the heater chip 109 was 200° C. and the temperature of the copper plate 104 was about 145° C., the temperature gradient between the Ni—P film 111 layers on the hot side and cold side was 2571° C./cm.
A TM (thermomigration) test was carried out under these conditions.
ＴＭ（サーモマイグレーション）試験時間は５ｈとした。さらに、温度勾配の有無による影響を把握するため、温度勾配を意図的に発生させない条件として、２００℃に設定した恒温槽内に５ｈ保持する２００℃放置試験を実施したサンプルも用意した。 The TM (thermomigration) test time was set to 5 hours. Furthermore, in order to understand the impact of the presence or absence of a temperature gradient, samples were also prepared for a 200°C storage test in which they were held in a thermostatic chamber set to 200°C for 5 hours, a condition in which a temperature gradient was not intentionally created.
ＴＭ（サーモマイグレーション）試験及び２００℃放置試験後、サンプルの端面を再度鏡面仕上げし、断面ＳＥＭ観察により半田接合層を観察した。その際、半田接合層の成分分析はエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）により実施した。さらに、各試験前後での半田接合層におけるＮｉの分布をＥＤＳにより調査した。 After the TM (thermomigration) test and 200°C storage test, the end faces of the samples were mirror-finished again and the solder joint layer was observed by cross-sectional SEM observation. The components of the solder joint layer were analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Furthermore, the distribution of Ni in the solder joint layer before and after each test was investigated using EDS.
初期ではチップ裏面及び銅プレート１０４側のＮｉ－Ｐ膜１１１層で、ともに合金層（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５が形成していることが確認できた。２００℃放置試験後では、チップ裏面の合金層が（Ｎｉ、Ｃｕ）３Ｓｎ４に変化しており、銅プレート１０４側では（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５層の下に（Ｎｉ、Ｃｕ）３Ｓｎ４が形成している。（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５層の成長に伴う半田中のＣｕ濃度の減少に起因すると推察される。 Initially, it was confirmed that an alloy layer (Cu, Ni) 6 Sn 5 was formed on both the back surface of the chip and the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side. After the 200°C storage test, the alloy layer on the back surface of the chip changed to (Ni, Cu) 3 Sn 4 , and on the copper plate 104 side, (Ni, Cu) 3 Sn 4 was formed below the (Cu, Ni) 6 Sn 5 layer. This is presumed to be due to a decrease in the Cu concentration in the solder accompanying the growth of the (Cu, Ni) 6 Sn 5 layer.
ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後では、Ｈｏｔ側であるヒータチップ１０９裏面のＮｉ－Ｐ膜１１１層が消失していることが判明した。また、Ｃｏｌｄ側である銅プレート１０４側のＮｉ－Ｐ膜１１１層はＰリッチ層の成長と縦状のボイドの形成及びＮｉ－Ｐ膜１１１層の薄化が確認できるもが、Ｎｉ－Ｐ膜１１１層自体は残存している。 After the TM (thermomigration) test, it was found that the Ni-P film 111 layer on the backside of the heater chip 109 (the hot side) had disappeared. Furthermore, the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side (the cold side) showed growth of a P-rich layer, the formation of vertical voids, and thinning of the Ni-P film 111 layer, but the Ni-P film 111 layer itself remained.
このことから、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験によってＨｏｔ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層の温度を２００℃として、Ｎｉ－Ｐ膜１１１層間に２０００－３０００℃／ｃｍ程度の温度勾配を発生させると、Ｈｏｔ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層が消失することが明らかになった。 This revealed that when the temperature of the hot-side Ni-P film 111 layer is set to 200°C in a TM (thermomigrations) test and a temperature gradient of approximately 2000-3000°C/cm is generated between the Ni-P film 111 layers, the hot-side Ni-P film 111 layer disappears.
さらに、初期ではヒータチップ１０９裏面のＮｉ－Ｐ膜１１１層上には合金層（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５が形成していたが、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後ではヒータチップ１０９裏面のＮｉ－Ｐ膜１１１層上に合金層が確認されていない。それに対して、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後の銅プレート１０４側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層上は（Ｎｉ、Ｃｕ）３Ｓｎ４が１０－３０μｍ程度の厚みで形成していた。
これらのことから、２００℃放置試験後とＴＭ（サーモマイグレーション）試験後ではＮｉの分布に差異があるように見受けられる。
Furthermore, initially, an alloy layer (Cu, Ni) 6 Sn 5 was formed on the Ni-P film 111 layer on the back surface of the heater chip 109, but after the TM (thermomigration) test, no alloy layer was confirmed on the Ni-P film 111 layer on the back surface of the heater chip 109. In contrast, after the TM (thermomigration) test, a (Ni, Cu) 3 Sn 4 layer with a thickness of about 10-30 μm was formed on the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side.
From these findings, it appears that there is a difference in the Ni distribution after the 200° C. storage test and after the TM (thermomigrations) test.
初期及び各試験後での半田接合層でのＮｉの分布を明らかにするため、ＥＤＳによりＮｉの分布を調べた結果、２００℃放置試験後では、ニッケル（Ｎｉ）は、ヒータチップ１０９裏面及び銅プレート１０４側のＮｉ－Ｐ膜１１１層、及びＮｉ－Ｐ膜１１１層上の合金層部のみに存在していた。ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後ではヒータチップ１０９裏面側のＮｉ－Ｐ膜１１１層が消失し、銅プレート１０４側にＮｉが拡散していた。 To clarify the distribution of Ni in the solder joint layer initially and after each test, the Ni distribution was examined using EDS. Results showed that after the 200°C storage test, nickel (Ni) was present only in the Ni-P film 111 layer on the back surface of the heater chip 109 and on the copper plate 104 side, and in the alloy layer on the Ni-P film 111 layer. After the TM (thermomigrations) test, the Ni-P film 111 layer on the back surface of the heater chip 109 had disappeared, and Ni had diffused to the copper plate 104 side.
これらのことから、初期にヒータチップ１０９裏面でＮｉ－Ｐ膜１１１層もしくは（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５として存在していたＮｉは、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験によってＣｏｌｄ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層上へ拡散したことがわかる。 From these findings, it can be seen that Ni, which was initially present on the rear surface of the heater chip 109 as the Ni-P film 111 layer or (Cu, Ni) 6 Sn 5 , diffused onto the cold-side Ni-P film 111 layer through the TM (thermomigrations) test.
ＴＭ（サーモマイグレーション）試験中におけるＣｕの拡散について検討した。初期ではヒータチップ１０９裏面に（Ｃｕ、Ｎｉ）６Ｓｎ５としてＣｕは存在していた。ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後ではヒータチップ１０９裏面にＣｕは存在していなかった。 The diffusion of Cu during a TM (thermomigration) test was investigated. Initially, Cu was present as (Cu, Ni) 6 Sn 5 on the back surface of the heater chip 109. After the TM (thermomigration) test, Cu was no longer present on the back surface of the heater chip 109.
銅プレート１０４側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層上では（Ｎｉ、Ｃｕ）３Ｓｎ４がＴＭ（サーモマイグレーション）試験により１０－３０μｍ程度にまで厚くなっていたことから、銅プレート１０４側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層上に存在するＣｕの量が増加したと考えられる。 Since the (Ni, Cu) 3 Sn 4 on the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side was found to have a thickness of approximately 10-30 μm in a TM (thermomigra- tion) test, it is believed that the amount of Cu present on the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side has increased.
したがって、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後では、ヒータチップ１０９裏面にＣｕは存在しなくなる一方で、銅プレート１０４側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層上に存在するＣｕが増加していることから、ＴＭ（サーモマイグレーション）試験によりＣｕはＨｏｔ側であるヒータチップ１０９裏面からＣｏｌｄ側である銅プレート１０４上へ拡散したと推察される。 Therefore, after the TM (thermomigration) test, Cu was no longer present on the back surface of the heater chip 109, while the amount of Cu present on the Ni-P film 111 layer on the copper plate 104 side increased. This suggests that the TM (thermomigration) test caused Cu to diffuse from the back surface of the heater chip 109 (hot side) onto the copper plate 104 (cold side).
本試験では温度勾配が２０００－３０００℃／ｃｍであり、ＣｕのＴＭ（サーモマイグレーション）発生時の温度勾配として１０００℃／ｃｍを超えている。さらに、移動方向がＣｏｌｄ側であることも考慮すると、銅プレート１０４側へのＣｕの拡散はＣｕのＴＭ（サーモマイグレーション）に起因する。 In this test, the temperature gradient was 2000-3000°C/cm, exceeding 1000°C/cm as the temperature gradient at the time of Cu TM (thermimigration). Furthermore, considering that the direction of movement was the cold side, the diffusion of Cu toward the copper plate 104 side is due to Cu TM (thermimigration).
ＴＭ（サーモマイグレーション）試験後ではヒータチップ１０９裏面のＮｉ－Ｐ膜１１１層及びＡｇ層が消失し、ヒータチップ１０９裏面にはＳｎのみが確認できる。このことから、ＳｎはＣｕとＮｉとは反対の拡散方向であるヒータチップ１０９裏面側へＴＭ（サーモマイグレーション）試験中に拡散している。 After the TM (thermomigration) test, the Ni-P film 111 layer and Ag layer on the back surface of the heater chip 109 disappear, and only Sn can be seen on the back surface of the heater chip 109. This indicates that Sn diffuses to the back surface of the heater chip 109 during the TM (thermomigration) test, which is the opposite diffusion direction of Cu and Ni.
Ｓｎは１０００℃／ｃｍ以上で高温側へ拡散すると推測される本試験での温度勾配が２０００－３０００℃／ｃｍであることから、ＳｎのＨｏｔ側への拡散はＳｎのＴＭ（サーモマイグレーション）に起因する。 Sn is assumed to diffuse to the higher temperature side at temperatures above 1000°C/cm. Since the temperature gradient in this test was 2000-3000°C/cm, the diffusion of Sn to the hot side is due to thermomigration (TM) of Sn.
ＮｉのＴＭ（サーモマイグレーション）に必要な温度勾配は８０５０℃／ｃｍと見積られている。本試験の温度勾配が２０００－３０００℃／ｃｍ程度であることを考慮すると、ＮｉのＴＭ（サーモマイグレーション）が発生しているとは考えにくい。 The temperature gradient required for Ni TM (thermomigration) is estimated to be 8050°C/cm. Considering that the temperature gradient in this test was approximately 2000-3000°C/cm, it is unlikely that Ni TM (thermomigration) occurred.
現時点では、ヒータチップ１０９裏面へＳｎが拡散する環境下ではＮｉ－Ｐ膜１１１層上の合金層が剥離しやすい状態ではないかと考えられる。その場合、合金層が剥離したＮｉ－Ｐ膜１１１層上では新たにＮｉを含む合金層が形成すると予想される。２００℃放置試験よりもＮｉ－Ｐ膜１１１層が消費されやすい環境であったと考えられる。 At this point, it is believed that the alloy layer on the Ni-P film 111 layer is likely to peel off in an environment where Sn diffuses to the backside of the heater chip 109. In that case, it is expected that a new alloy layer containing Ni will form on the Ni-P film 111 layer where the alloy layer has peeled off. It is believed that this was an environment in which the Ni-P film 111 layer was more likely to be consumed than in the 200°C storage test.
以上のことから、Ｓｎ－０．７Ｃｕ／Ｎｉ－Ｐ膜１１１半田接合層において、Ｈｏｔ側を２００℃とする２０００－３０００℃／ｃｍ程度の温度勾配を発生させると、Ｈｏｔ側Ｎｉ－Ｐ膜１１１層が消失することが判明した。
以上のように、本発明の接合層の評価方法及び接合層評価装置は、接合層の評価、構成、寿命等を定量的に評価できる。
From the above, it was found that when a temperature gradient of approximately 2000-3000°C/cm is generated in the Sn-0.7Cu/Ni-P film 111 solder joint layer, with the hot side at 200°C, the hot-side Ni-P film 111 layer disappears.
As described above, the bonding layer evaluation method and bonding layer evaluation device of the present invention can quantitatively evaluate the evaluation, structure, life, etc. of the bonding layer.
以上、本明細書において、実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
本明細書及び図面に記載した事項あるいは内容は、相互に組み合わせることができることは言うまでもない。
Although the present specification has specifically described the present invention based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention.
It goes without saying that the matters or contents described in this specification and drawings can be combined with each other.
電極間の接合層１０５を、温度分布の測定データに基づいて、非破壊で、接合層の劣化を容易に検出することが可能となる。また、半田接合層１０５の寿命の評価を容易に行うことが可能となる。また、劣化の検知及び寿命の評価の信頼性評価に利用できる。 It is now possible to easily detect deterioration of the bonding layer 105 between electrodes non-destructively based on temperature distribution measurement data. It also makes it easy to evaluate the lifespan of the solder bonding layer 105. It can also be used to evaluate the reliability of deterioration detection and lifespan evaluation.
１０１ 加熱冷却プレート
１０２ 循環水パイプ
１０３ チラー
１０４ 銅プレート
１０５ 半田層（接合層）
１０６ ＳｉＣ基板
１０７ ポリイミドシート（ポリアミド）
１０８ 赤外線サーモグラフティカメラ
１０９ ヒータチップ
１１０ ＸＹＺステージ
１１１ Ｎｉ－Ｐ膜（めっき膜）
１１２ 金めっき膜
１１４ 温度プローブ端子電極（金めっき膜）
１１５ 薄膜ヒータ端子電極（金めっき膜）
１１６ 温度プローブ（Ｎｉ－Ｐ膜）
１１７ 薄膜ヒータ（Ｎｉ－Ｐ膜）
１１８ 放熱グリス
１１９ 粗化面
１２０ マスキングテープ
１２１ リード線
１２２ 電圧計
１２３ 半田
１２４ 位置決めマーク
１２６ 高温半田
１２７ 配線
５０１ マスク（アルカリ可溶性タイプアクリルポリマー含む）
５０２ レーザ光（フェムト秒レーザ光）
５０３ 凹部
５０４ Ｓｎ－Ｐｄ触媒
８０１ スイッチ回路
８０２ 定電流回路
８０３ 電流電源装置
８０４ 制御回路
９０１ 拡散部
101 heating/cooling plate 102 circulating water pipe 103 chiller 104 copper plate 105 solder layer (bonding layer)
106 SiC substrate 107 Polyimide sheet (polyamide)
108 Infrared thermography camera 109 Heater chip 110 XYZ stage 111 Ni-P film (plating film)
112 Gold plating film 114 Temperature probe terminal electrode (gold plating film)
115 Thin film heater terminal electrode (gold plated film)
116 Temperature probe (Ni-P film)
117 Thin film heater (Ni-P film)
118 Thermal grease 119 Roughened surface 120 Masking tape 121 Lead wire 122 Voltmeter 123 Solder 124 Positioning mark 126 High-temperature solder 127 Wiring 501 Mask (including alkali-soluble acrylic polymer)
502 Laser light (femtosecond laser light)
503 recess 504 Sn—Pd catalyst 801 switch circuit 802 constant current circuit 803 current power supply device 804 control circuit 901 diffusion portion
Claims (10)
前記ベース基板の第１の面に配置または形成されたヒータと、
前記ベース基板の第１の面に配置または形成された温度プローブと、
第１の部材と、
温度を設定するプレートと、
前記ベース基板の第２の面と前記第１の部材間に配置された接合層と、
前記接合層の温度と温度分布のうち少なくとも一方を測定する温度測定装置を具備し、
前記プレートを所定温度に設定し、
前記ヒータに電流を供給して、前記接合層を加熱し、
前記温度プローブの電圧を測定し、前記ヒータに流す電流を調整することを特徴とする接合層評価装置。 a base substrate having insulating or semiconducting properties;
a heater disposed or formed on a first surface of the base substrate;
a temperature probe disposed or formed on a first surface of the base substrate;
A first member;
A plate for setting the temperature,
a bonding layer disposed between the second surface of the base substrate and the first member;
a temperature measuring device for measuring at least one of the temperature and the temperature distribution of the bonding layer;
Setting the plate to a predetermined temperature;
supplying a current to the heater to heat the bonding layer ;
A bonding layer evaluation device, characterized in that the voltage of the temperature probe is measured and the current flowing through the heater is adjusted .
絶縁性または半導体性を有する第２のベース基板と、
前記第１のベース基板の第１の面に配置または形成された第１のヒータと、
前記第２のベース基板の第１の面に配置または形成された第２のヒータと、
前記第１のベース基板の第１の面に配置または形成された第１の温度プローブと、
前記第２のベース基板の第１の面に配置または形成された第２の温度プローブと、
第１の部材と、
温度を設定するプレートと、
前記第１のベース基板の第２の面と前記第１の部材間に配置された第１の接合層と、
前記第２のベース基板の第２の面と前記第１の部材間に配置された第２の接合層と、
前記接合層の温度と温度分布のうち少なくとも一方を測定する温度測定装置を具備し、
前記プレートを所定温度に設定し、
前記第１のヒータに電流を供給して、前記第１の接合層を加熱し、
前記第１の温度プローブの電圧を測定し、前記第１のヒータに流す電流を調整し、
前記第２のヒータに電流を供給して、前記第２の接合層を加熱し、
前記第２の温度プローブの電圧を測定し、前記第２のヒータに流す電流を調整することを特徴とする接合層評価装置。 a first base substrate having insulating or semiconducting properties;
a second base substrate having insulating or semiconducting properties;
a first heater disposed or formed on a first surface of the first base substrate;
a second heater disposed or formed on a first surface of the second base substrate;
a first temperature probe disposed or formed on a first surface of the first base substrate;
a second temperature probe disposed or formed on a first surface of the second base substrate;
A first member;
A plate for setting the temperature,
a first bonding layer disposed between the second surface of the first base substrate and the first member;
a second bonding layer disposed between the second surface of the second base substrate and the first member;
a temperature measuring device for measuring at least one of the temperature and the temperature distribution of the bonding layer;
Setting the plate to a predetermined temperature;
supplying a current to the first heater to heat the first bonding layer;
measuring a voltage of the first temperature probe and adjusting a current flowing through the first heater;
supplying a current to the second heater to heat the second bonding layer ;
A bonding layer evaluation device, comprising: a bonding layer evaluation unit that measures a voltage of the second temperature probe and adjusts a current flowing through the second heater .
前記第１の薄膜は、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｐ、Ｎｉ－Ｂのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合層評価装置。 a first thin film formed on a second surface of the base substrate;
3. The bonding layer evaluation device according to claim 1, wherein the first thin film is made of any one of Ni, Ni--P, and Ni--B.
前記温度測定装置は、前記移動ステージに積載され、
前記移動ステージを移動させて、前記接合層の温度を測定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合層評価装置。 further comprising a moving stage;
the temperature measuring device is mounted on the moving stage;
3. The bonding layer evaluation device according to claim 1, wherein the moving stage is moved to measure the temperature of the bonding layer.
前記ヒータは、薄膜ヒータであり、
前記薄膜ヒータは、ＮｉとＮｉ－Ｐのうち、少なくともいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合層評価装置。 the base substrate is silicon carbide (SiC);
the heater is a thin film heater,
3. The bonding layer evaluation device according to claim 1, wherein the thin film heater is made of at least one of Ni and Ni--P.
前記薄膜ヒータの膜厚は、０．１（μｍ）以上７．５（μｍ）以下であり、
前記薄膜ヒータの膜厚のシート抵抗値（Ω／ｓｑ）は、０．２５（Ω／ｓｑ）以上１．００（Ω／ｓｑ）以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合層評価装置。 the heater is a thin film heater,
the film thickness of the thin film heater is 0.1 (μm) or more and 7.5 (μm) or less;
3. The bonding layer evaluation device according to claim 1, wherein the sheet resistance (Ω/sq) of the film thickness of the thin film heater is 0.25 (Ω/sq) or more and 1.00 (Ω/sq) or less.
前記ベース基板の第１の面に温度プローブを配置または形成し、
前記ベース基板の第２の面と、第１の部材間に接合層を形成し、
前記ヒータに電流を供給して、ベース基板の第１の面から前記接合層を加熱し、
前記温度プローブの電圧を測定し、前記ヒータに流す電流を調整し、
前記接合層の温度と温度分布のうち少なくとも一方を測定することを特徴とする接合層の評価方法。 A heater is disposed or formed on a first surface of a base substrate having insulating or semiconducting properties;
a temperature probe disposed or formed on a first surface of the base substrate;
forming a bonding layer between the second surface of the base substrate and the first member;
supplying a current to the heater to heat the bonding layer from the first surface of the base substrate;
measuring the voltage of the temperature probe and adjusting the current flowing through the heater;
A bonding layer evaluation method, comprising measuring at least one of the temperature and temperature distribution of the bonding layer.
前記ベース基板の第１の面にヒータを配置または形成し、
前記ベース基板の第１の面に温度プローブを配置または形成し、
温度を設定するプレートに、前記第１の部材を配置し、
前記プレートを所定温度に設定し、前記ベース基板の第１の面から前記接合層を加熱し、
前記温度プローブの電圧を測定し、前記ヒータに流す電流を調整し、
前記接合層の温度と温度分布のうち少なくとも一方を測定することを特徴とする接合層の評価方法。 forming a bonding layer between the second surface of the insulating or semiconducting base substrate and the first member;
disposing or forming a heater on a first surface of the base substrate;
a temperature probe disposed or formed on a first surface of the base substrate;
placing the first member on a plate for setting a temperature;
setting the plate to a predetermined temperature and heating the bonding layer from the first surface of the base substrate;
measuring the voltage of the temperature probe and adjusting the current flowing through the heater;
A bonding layer evaluation method, comprising measuring at least one of the temperature and temperature distribution of the bonding layer.
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