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JP6112130B2 - 静電ノズル、吐出装置及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

静電ノズル、吐出装置及び半導体モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本明細書が開示する技術は、静電ノズルと、吐出装置と、静電ノズルを利用する半導体モジュールの製造方法に関する。
液体を帯電させ、帯電させた液体をワークに塗布する静電ノズルが知られている。多くの静電ノズルでは、先端部を含む静電ノズルの本体が金属により構成されている。金属製の本体に電圧を印加することで、その内部に流れる液体を帯電させることができる。しかしながら、このような静電ノズルにおいては、静電ノズルをワークに近づけたときに、静電ノズルの先端部とワークの間で放電が生じる場合があった。
他方、特許文献１に、静電ノズルが開示されている。この静電ノズルは、筒状電極と、筒状ノズル先端部と、電源を有している。筒状電極は、導体によって構成されている。筒状ノズル先端部は、絶縁体によって構成されており、前記筒状電極に接続されている。電源は、筒状電極に電圧を印加する。この静電ノズルでは、外部から供給される液体が、筒状電極と筒状ノズル先端部の内部を流れ、筒状ノズル先端部から吐出される。電源によって筒状電極に電圧が印加されているので、液体が筒状電極の内部を流れるときに液体が帯電する。したがって、筒状ノズル先端部から吐出された液体は、ワークに好適に付着する。
また、この静電ノズルでは、筒状ノズル先端部が絶縁体によって構成されているので、筒状ノズル先端部とワークの間で放電が生じることを防止することができる。したがって、この静電ノズルでは、筒状ノズル先端部をワークに近づけることが可能であり、好適に液体をワークに塗布することができる。
特開２０１３−２３７００２号公報
特許文献１の静電ノズルでは、筒状ノズル先端部が絶縁体であり、剛性が低い。したがって、筒状ノズル先端部を太くする必要がある。このため、狭い隙間（例えば、溝のように、細く奥行が深い隙間）に液体を塗布することが困難であった。したがって、本明細書では、静電ノズルとワークとの間の放電を防止することができるとともに、狭い隙間に液体を塗布することが可能な静電ノズルを提供する。
本明細書が開示する静電ノズルは、第１管部と、第２管部と、第３管部と、電源を有している。前記第１管部は、導体によって構成されており、電源によって電圧が印加される。前記第２管部は、絶縁体によって構成されており、前記第１管部に接続されている。前記第３管部は、金属によって構成されており、前記第２管部に接続されており、前記第２管部によって前記第１管部から絶縁されており、前記第２管部よりも細い。前記電源は、前記第１管部に電圧を印加する。前記静電ノズルは、前記第１管部、前記第２管部及び前記第３管部の内部を流れた液体を前記第３管部の先端から吐出する。
この静電ノズルでは、第３管部がノズルの先端部を構成している。第３管部は、金属によって構成されている。金属の剛性は絶縁体の剛性よりも高いため、第３管部を細くすることができる。したがって、この静電ノズルによれば、ノズルの先端部（すなわち、第３管部）を狭い隙間に挿入することが可能であり、狭い隙間に液体を塗布することができる。また、第３管部は、第２管部によって第１管部から絶縁されている。したがって、第３管部をワークに近づけても、第３管部とワークとの間の放電を防止することができる。
樹脂塗布装置１０の説明図。 プライマー９２を塗布した半製品８０の縦断面図。 実施形態の方法によって製造された半導体モジュールの縦断面図。 絶縁破壊電圧と距離Ｌ１の関係を示すグラフ。
図１に示す樹脂塗布装置１０は、吐出装置１２とステージ４０を有している。樹脂塗布装置１０は、半導体モジュールの製造工程において、図１に示す半製品８０の表面にプライマーを塗布する。
吐出装置１２は、静電ノズル１４と、ポンプ２６と、樹脂タンク２８と、直流電源３２を有している。
静電ノズル１４は、先端ノズル部１６と、中間ノズル部１８と、基端ノズル部２０を有している。先端ノズル部１６は、金属により構成された円管である。中間ノズル部１８は、絶縁体により構成された円管である。先端ノズル部１６の基端部は、中間ノズル部１８の中心孔内に埋め込まれている。これによって、先端ノズル部１６が中間ノズル部１８に接続されている。先端ノズル部１６の中心孔１６ａは、中間ノズル部１８の中心孔１８ａと繋がっている。先端ノズル部１６の先端部は、中間ノズル部１８から外側に突出している。先端ノズル部１６の先端部の外径は、２ｍｍ未満である。先端ノズル部１６の外径は、中間ノズル部１８の外径よりも小さい。すなわち、先端ノズル部１６は、中間ノズル部１８よりも細い。
基端ノズル部２０は、管状電極２２と外側管部２４を有している。管状電極２２は、金属によって構成された円管である。外側管部２４は、絶縁体によって構成された円管である。管状電極２２の長さは、外側管部２４の長さと略等しい。また、管状電極２２の全体が、外側管部２４の中心孔内に埋め込まれている。したがって、基端ノズル部２０の中心孔２０ａの内壁全体が、管状電極２２（すなわち、金属）によって構成されている。基端ノズル部２０は、中間ノズル部１８に対して軸方向に接続されている。基端ノズル部２０は、先端ノズル部１６の反対側の中間ノズル部１８の端部に接続されている。管状電極２２の中心孔２０ａは、中間ノズル部１８の中心孔１８ａと繋がっている。環状電極２２は、中間ノズル部１８によって先端ノズル部１６から絶縁されている。
基端ノズル部２０の基端には、樹脂供給管３０の一端が接続されている。樹脂供給管３０の他端には、樹脂タンク２８が接続されている。樹脂タンク２８内には、液状のプライマーが貯留されている。樹脂供給管３０には、ポンプ２６が設置されている。ポンプ２６が作動すると、樹脂タンク２８内のプライマーが、静電ノズル１４に送られる。静電ノズル１４に供給されたプライマーは、基端ノズル部２０の中心孔２０ａ、中間ノズル部１８の中心孔１８ａ及び先端ノズル部１６の中心孔１６ａ内を流れ、先端ノズル部１６の先端から吐出される。
基端ノズル部２０の管状電極２２には、配線３４が接続されている。配線３４の他端は、接地されている。配線３４には、直流電源３２が介装されている。直流電源３２は、管状電極２２に電圧Ｖ１（例えば、１０ｋＶ）を印加する。管状電極２２と先端ノズル部１６の間の距離Ｌ１及び中間ノズル部１８の材質は、管状電極２２と先端ノズル部１６の間の絶縁破壊電圧が直流電源３２の出力電圧Ｖ１よりも大きくなるように選択されている。
ステージ４０は、金属により構成されている。ステージ４０は、接地されている。
半製品８０は、放熱板８２、金属ブロック８４、半導体チップ８６及び放熱板８８を有している。放熱板８８は、金属により構成されている。放熱板８８の上面には、半導体チップ８６が固定されている。半導体チップ８６は、はんだによって放熱板８８に接続されている。半導体チップ８６の上面には、金属ブロック８４が固定されている。金属ブロック８４は、はんだによって半導体チップ８６に接続されている。金属ブロック８４の上面には、放熱板８２が固定されている。放熱板８２は、金属により構成されている。放熱板８２は、はんだによって金属ブロック８４に接続されている。放熱板８２は、金属ブロック８４を介して半導体チップ８６と導通している。
図示するように、金属ブロック８４と半導体チップ８６の横方向（半導体チップ８６の上面に平行な方向）のサイズは、放熱板８２、８８の横方向のサイズよりも小さい。したがって、金属ブロック８４と半導体チップ８６が存在しない位置では、放熱板８２と放熱板８８の間に、空間９０が形成されている。より詳細には、放熱板８２の下面と、その下面に対向する放熱板８８の上面との間に、空間９０が形成されている。空間９０には、放熱板８２の下面、金属ブロック８４の側面、半導体チップ８６の側面及び放熱板８８の上面が露出している。空間９０の上下方向の幅（すなわち、放熱板８２の下面と放熱板８８の上面との間の幅）は、約２ｍｍであり、先端ノズル部１６の先端部の外径よりも広い。
次に、半製品８０から半導体モジュールを製造する方法について説明する。まず、図１に示すように、半製品８０をステージ４０上に載置する。ステージ４０は接地されているので、ステージ４０に接触する放熱板８８も接地される。また、半導体チップ８６、金属ブロック８４及び放熱板８２は放熱板８８と導通しているので、これらも放熱板８８を介して接地される。すなわち、半製品８０全体に略０Ｖが印加される。
また、直流電源３２をオンし、管状電極２２に電圧Ｖ１を印加する。さらに、半製品８０の空間９０内に先端ノズル部１６を挿入する。さらに、ポンプ２６によって静電ノズル１４にプライマーを供給し、先端ノズル部１６の先端からプライマーを吐出する。これによって、空間９０内に露出する半製品８０の表面（すなわち、放熱板８２の下面、金属ブロック８４の側面、半導体チップ８６の側面及び放熱板８８の上面）にプライマーを塗布する。また、管状電極２２に電圧Ｖ１が印加されていると、プライマーが基端ノズル部２０の中心孔２０ａ内を通る際に、プライマーがプラスに帯電する。このため、先端ノズル部１６からプラスに帯電したプライマーが吐出される。他方、半製品８０には略０Ｖが印加されている。このため、先端ノズル部１６から吐出されたプライマーが半製品８０の表面に容易に付着する。したがって、半製品８０の表面に均一にプライマーを塗布することができる。
また、この樹脂塗布装置１０では、プライマーを吐出する先端ノズル部１６と電圧Ｖ１の印加を受ける管状電極２２の間に、絶縁体によって構成されている中間ノズル部１８が介装されている。すなわち、中間ノズル部１８によって、先端ノズル部１６が管状電極２２から絶縁されている。このため、先端ノズル部１６を半製品８０に近接させても、先端ノズル部１６と半製品８０の間で放電が生じない。したがって、先端ノズル部１６を狭い空間９０内に挿入しても、先端ノズル部１６と半製品８０の間で放電が生じない。したがって、放電による半導体チップ８６へのダメージを防止することができる。
以上に説明したように、静電ノズル１４によれば、先端ノズル部１６と半製品８０の間で放電が生じることを防止しながら、半製品８０の狭い空間９０内に先端ノズル部１６を挿入することができる。したがって、図２に示すように、空間９０内に露出する半製品の表面（すなわち、放熱板８２の下面、金属ブロック８４の側面、半導体チップ８６の側面及び放熱板８８の上面）の全体に均一にプライマー９２を塗布することができる。
次に、射出成型によって、図３に示すように、半製品８０の表面を覆う樹脂層９４を形成する。これによって、半導体モジュールが完成する。射出成型時に空間９０内に樹脂が流入するので、樹脂層９４は空間９０内にも形成される。上記の通り、射出成型前に空間９０内の半製品８０の表面にプライマーが塗布されているので、樹脂層９４が空間９０内の半製品８０の表面に好適に付着する。したがって、この方法によれば、信頼性の高い半導体モジュールを製造することができる。
以上に説明したように、実施形態の静電ノズル１４では、先端ノズル部１６が、剛性の高い金属によって構成されている。金属製の先端ノズル部１６は、絶縁体によって構成されている先端ノズル部よりも細くすることができる。したがって、静電ノズル１４では、上述した空間９０のように、細く、奥行きが深い隙間に好適にプライマーを塗布することができる。また、このように先端ノズル部１６を金属によって構成しても、中間ノズル部１８によって先端ノズル部１６を管状電極２２から絶縁することで、先端ノズル部１６と半製品８０との間での放電を防止することができる。
なお、図３は、管状電極２２と先端ノズル部１６の間の絶縁破壊電圧と距離Ｌ１の関係を示している。直流電源３２の印加電圧Ｖ１が、図４に示す絶縁破壊電圧よりも低くなるように、距離Ｌ１を設定することが好ましい。すなわち、図４の斜線領域内で電圧Ｖ１と距離Ｌ１を設定することが好ましい。
また、静電ノズル１４を使用するにしたがって、先端ノズル部１６が帯電する場合がある。したがって、定期的（プライマー塗布工程の直前等）に、先端ノズル部１６をグランドに接続し、先端ノズル部１６から電荷を放電するようにしてもよい。
なお、上述した実施形態の静電ノズル１４はプライマーを吐出したが、他の樹脂を吐出してもよい。また、樹脂以外の液体を吐出してもよい。
以下に、実施形態の構成要素と請求項の構成要素との関係について説明する。実施形態の管状電極２２は、請求項の第１管部の一例である。実施形態の中間ノズル部１８は、請求項の第２管部の一例である。実施形態の先端ノズル部１６は、請求項の第３管部の一例である。実施形態のプライマーは、請求項の液体の一例である。
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、独立して有用なものである。
本明細書が開示する一例の吐出装置は、静電ノズルと、第１管部に電圧を印加する電源を有している。電源の出力電圧が、第１管部と第３管部の間の絶縁破壊電圧よりも低い。
本明細書が開示する一例の製造方法では、半製品から半導体モジュールを製造する。前記半製品が、互いに対向する２つの放熱板と、前記２つの放熱板の間で前記放熱板の各々に接続されている半導体チップを有している。前記２つの放熱板の間に空間が形成されている。静電ノズルの第３管部を前記空間に挿入した状態で、前記静電ノズルから液体を吐出する工程を有する。これによって、前記空間に露出する表面の少なくとも一部に液体が塗布される。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：樹脂塗布装置
１２ ：吐出装置
１４ ：静電ノズル
１６ ：先端ノズル部
１８ ：中間ノズル部
２０ ：基端ノズル部
２２ ：管状電極
２４ ：外側管部
２６ ：ポンプ
２８ ：樹脂タンク
３０ ：樹脂供給管
３２ ：直流電源
３４ ：配線
４０ ：ステージ
８０ ：半製品
８２ ：放熱板
８４ ：金属ブロック
８６ ：半導体チップ
８８ ：放熱板
９０ ：空間
９２ ：プライマー
９４ ：樹脂層

Claims (3)

  1. 静電ノズルであって、
    導体によって構成されており、電源によって電圧が印加される第１管部と、
    絶縁体によって構成されており、前記第１管部に接続されている第２管部と、
    金属によって構成されており、前記第２管部に接続されており、前記第２管部によって前記第１管部から絶縁されており、前記第２管部よりも細い第３管部、
    を有し、
    前記第１管部、前記第２管部及び前記第３管部の内部を流れた液体を前記第３管部の先端から吐出する静電ノズル。
  2. 請求項１に記載の静電ノズルと、
    前記第１管部に電圧を印加する電源、
    を有し、
    前記電源の出力電圧が、前記第１管部と前記第３管部の間の絶縁破壊電圧よりも低い吐出装置。
  3. 半製品から半導体モジュールを製造する方法であって、
    前記半製品が、
    互いに対向する２つの放熱板と、
    前記２つの放熱板の間で前記２つの放熱板の各々に接続されている半導体チップ、
    を有しており、
    前記２つの放熱板の間に空間が形成されており、
    請求項１の静電ノズルの第３管部を前記空間に挿入した状態で、前記静電ノズルから前記液体を吐出する工程を有する製造方法。
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