JP2506491B2 - 粘液体の塗布方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 平面的に整列配置された複数の被塗布面に一定量の粘
液体を順次供給して塗布する粘液体の塗布方法とその装
置に関し、 粘液体の供給量とその塗布形状を均一化することで生
産性の向上を図ることを目的とし、 ニードルから吐出する一定量の粘液体を平面的に整列
配置した複数の被塗布面に順次塗布する粘液体の塗布方
法であって、被塗布面に近接して位置するニードルを粘
液体吐出開始直後から、吐出して被塗布面上に溜まった
粘液体と該ニードル先端部とが接触状態を保つような速
さで被塗布面から離れる方向に移動させ、更に一定量の
該粘液体の吐出が終了して停止した後の該ニードルを上
記移動速度を越える速さで被塗布面から離れる方向に移
動させて構成する。

また、ニードルから吐出する一定量の粘液体を平面的
に整列配置した複数の被塗布面に順次塗布する粘液体の
塗布装置であって、被塗布面に近接して位置するニード
ルを、粘液体吐出開始直後から所定速さで被塗布面から
離れる方向に移動させる手段と、一定量の該粘液体の吐
出が終了して停止した後の該ニードルを上記移動速度を
越える速さで被塗布面から離れる方向に移動させる手段
とを制御する制御系を少なくとも具えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は例えば半導体装置等電子デバイスのパッケー
ジ表面に水冷用冷却ヘッドを添着する場合両者間の熱伝
導を確保するためにその両者間に介在させる粘液状コン
パウンドのような粘液体の被塗布面に対する塗布方法に
係り、特に該粘液体の供給量とその塗布形状を均一化す
ることで生産性の向上を図った粘液体の塗布方法とその
装置に関する。

例えば、複数の半導体装置が実装された基板では各半
導体装置から発生する大量の熱によるダメージを防ぐた
めに種々の冷却手段を講じているが、該冷却手段の一つ
に上記半導体装置を個々に液冷する方法がある。

この場合、循環液で冷却される冷却板に繋がる複数の
冷却ヘッドを上記各半導体装置の表面に接触させて個々
の半導体装置をその表面から冷却する手段が実用化され
ているが、該冷却ヘッドと半導体装置表面との間の熱伝
導を確保するために両者の間に熱伝導率のよいコンパウ
ンドを介在させるようにしている。

かかる場合では、冷却ヘッドを各半導体装置の表面に
接触させる前に該冷却ヘッドの半導体装置と接触する面
に予め粘液状のコンパウンドを塗布する工程が必要であ
るが、該コンパウンドの供給量やその塗布形状が一定で
なく両者を接合した後の熱伝導性にバラツキが生ずるた
め各半導体装置の冷却が充分に行われないことがあるの
でその解決が望まれている。

〔従来の技術〕

半導体装置等電子デバイスのパッケージ表面に粘液体
を供給して塗布する方法の一例を半導体装置の液冷手段
の場合について簡単に説明する。

第３図は半導体装置の液冷装置を示す構成図であり、
第４図は粘液体の塗布方法を説明する図、第５図は問題
点を説明する図である。

なお図で示す粘液体は熱伝導性を持つ粘液状コンパウ
ンドである。

第３図で、回路基板１には複数の半導体装置２が実装
されている。

一方該各半導体装置２を冷却する水冷式冷却装置５
は、例えば厚さが10mm程度で上記回路基板１をカバーで
きる大きさを持ち，且つその内部に一方向に平行する複
数の貫通孔6aと上記各半導体装置２と対応する位置の片
面に該貫通孔6aに連通する孔6bを具えた冷却基板６と、
該冷却基板６の各孔6b部分にフランジ7bを介して螺子８
等の手段で装着されているベリリウム・銅（Be−Cu）の
如きバネ性を持つ銅合金からなる複数の冷却ヘッド７と
で構成されている。

特にこの場合の該各冷却ヘッド７は、片側の開口には
上述したフランジ7bがまた他方の開口には該開口を覆う
冷却板7aが気密を保って装着されている蛇腹7cとで形成
されている。

そこで、上記冷却基板６の各貫通孔6aに図示されない
注入ポートから冷却液を注入すると、該冷却液は該貫通
孔6aに繋がる孔6bから図のl₁のように冷却ヘッド７の蛇
腹7c部分に流入し、l₂→l₃のように該蛇腹7cの内部を循
環して上記貫通孔6aに戻る流路を繰り返した後該貫通孔
6aの他端に位置する図示されない排出ポートから排出さ
れるので、該各冷却板7aと接触している半導体装置２を
効率よく冷却することができる。

しかし複数の半導体装置２の表面に上記冷却ヘッド７
の冷却板7aを一様に接触させることは困難であり、該冷
却板7aと半導体装置２の表面との間に微小な隙間が生じ
たり傾いたまま接触する等の現象が起こり易く、結果的
に総ての半導体装置２を均一に冷却することができな
い。

そこで、冷却板7aの露出面すなわち半導体装置２の表
面との接触面に予め熱伝導性のよい粘液状コンパウンド
を塗布することで両者の接触性の一様化を図り総ての半
導体装置２を均一に冷却するようにしている。

この場合の粘液体（コンパウンド）の塗布方法を説明
する第４図で、（ａ）は装置全体の構成概念図，（ｂ）
は主要部のバレルの動作を説明する断面図である。

図（ａ）で複数個の冷却ヘッド７が装着されている第
３図で説明した水冷式冷却装置５は、基盤10に設置され
ているＸ−Ｙテーブル11に冷却ヘッド７の冷却板7aが表
面（図では上面）を露出させて位置決め搭載されてい
る。

また該基盤10の上記Ｘ−Ｙテーブル11を避ける位置に
固定されているアーム12の先端には、上記Ｘ−Ｙテーブ
ル11と対応する位置で該アーム12に対して等速で上下動
するＺステージ13が駆動源のモータ13aと共に装着され
ており、更に該Ｚステージ13に固定されたバレルホルダ
14にはバルブ16を介する圧気パイプ15aで図示されない
加圧ポンプに繋がるバレル15が垂直に装着されている。

特にこの場合のバレル15は（ｂ）に示す如く、微細貫
通孔17aを持つニードル17が先端に装着されたパイプ18
と、該パイプ18の内壁に沿って軸方向に移動できるプラ
ンジャ19および該パイプ18の他端側に装着したパイプ接
続具18aで該パイプ18に接続されている上記圧気パイプ1
5aとで構成されており、該ニードル17とプランジャ19と
の間の空間領域には第３図で説明した粘液体９が充填さ
れている。

そこで図示されない加圧ポンプを作動させながら上記
バルブ16を所定の時間ピッチで開閉すると、その際の圧
気で上記プランジャ19が（１），（２），……，（ｎ）
のようにほぼ一定したピッチで押圧されるので内在する
上記粘液体９が等量ずつ押し出されて冷却ヘッド７の冷
却板7aに破線Ａで示すように供給・塗布される。

従って上記Ｘ−Ｙテーブル11の間欠移動とＺステージ
13の上下動および該バルブ16の開閉動作を同調させて制
御することで総ての冷却ヘッド７の冷却板7aにほぼ等量
の粘液体９を塗布することができる。

問題点を説明する第５図で、（Ａ）はニードルと冷却
板間の隔たりδが小さい場合を示し、（Ｂ）は該間隔Δ
が大きい場合を示している。

なお図の7aが冷却板を、17がバレル15のニードルを表
わしていることは第３図の通りである。

（Ａ）で、ニードル17から吐出する粘液体９は当初
（Ａ−１）に示すようにほぼ円錐状に盛り上がるが、外
粘液体９を一定した量まで吐出するとニードル17の先端
部が（Ａ−２）で示すように該粘液体９の中に潜り込む
ことになる。

そこで一定量の該粘液体９が吐出した時点でバレル15
すなわちニードル17が上昇すると、（Ａ−３）に示す如
くニードル17の先端部に付着した粘液体９′が該ニード
ル17と共に上昇するので冷却板7a面に付着する粘液体９
の量が粘液体９′の分だけ減少する。

このことは逆に先端に粘液体９′が付着したニードル
17で新規の冷却板7aに粘液体９を供給する場合には該先
端に付着した粘液体９′が新たに吐出する一定量の粘液
体９と共に新規の冷却板7aに供給される場合があること
を示しており、結果的に冷却板7a上の粘液体９の量にバ
ラツキが生ずることになる。

また間隔Δが大きい（Ｂ）の場合では、ニードル17か
ら吐出する粘液体９は当初（Ｂ−１）に示すように連な
った直線状になるが、該粘液体９を一定した量まで吐出
すると（Ｂ−２）に示すように彎曲した状態で冷却板7a
上に供給される。

そこで上記同様の時点でニードル17が上昇すると、
（Ｂ−３）に示す如く該冷却板7a上の粘液体９の供給形
状が一定せず、該冷却板7a上からダレて流出したりその
周辺の一部にのみ塗布されることがあり、第３図で説明
した如く半導体装置が搭載された回路基板を冷却板7aに
接合したときに熱伝導性を確保することができない場合
が生ずる欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の粘液体の塗布方法と塗布装置では、一定量の粘
液体を均一な形状に供給し塗布することができないた
め、例えば半導体装置の水冷式冷却装置等に適用する場
合には半導体装置を冷却することができない等のことが
発生し、結果的に生産性の向上を期待することができな
いと言う問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、ニードルから吐出する一定量の粘液体
を平面的に整列配置した複数の被塗布面に順次塗布する
粘液体の塗布方法であって、被塗布面に近接して位置す
るニードルを粘液体吐出開始直後から、吐出して被塗布
面上に溜まった粘液体と該ニードル先端部とが接触状態
を保つような速さで被塗布面から離れる方向に移動さ
せ、更に一定量の該粘液体の吐出が終了して停止した後
の該ニードルを上記移動速度を越える速さで被塗布面か
ら離れる方向に移動させる粘液体の塗布方法によって解
決される。

また、ニードルから吐出する一定量の粘液体を平面的
に整列配置した複数の被塗布面に順次塗布する粘液体の
塗布方法であって、被塗布面に近接して位置するニード
ルを、粘液体吐出開始直後から所定速さで被塗布面から
離れる方向に移動させる手段と、一定量の該粘液体の吐
出が終了して停止した後の該ニードルを上記移動速度を
越える速さで被塗布面から離れる方向に移動させる手段
とを制御する制御系を少なくとも具えて構成されている
粘液体の塗布装置によって解決される。

〔作用〕

ニードルの先端を被塗布面に近接させた状態で粘液体
の吐出を開始した後一定量の吐出が終わるまで該ニード
ルを上昇させ更に吐出終了時点で該ニードルを被塗布面
から急激に離すと、ニードル先端への粘液体の付着抑制
と被塗布面上の粘液体供給形状の均一化を図ることがで
きる。

本発明になる粘液体の供給方法では、被塗布面に近接
させて配置したニードルを一定量の粘液体吐出が終わる
までの間を低速で上昇させると共に、吐出終了時点で該
ニードルを急激に上昇させるようにしている。

従って一定量の粘液体を均一な形状に供給し塗布する
ことができて生産性を向上させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明になる塗布方法をタイミング的に説明
するチャート図であるが、図では粘液体が第４図で説明
したコンパウンドである場合を例として説明する。

また第２図は本発明を実現する制御系を具えた塗布装
置の主要部構成例を示す図である。

第１図で、（１）は縦軸Y₁をニードル移動速度
（Ｖ），横軸X₁を時間（Ｔ）としてニードルの移動状態
を示したものであり、（２）は縦軸Y₂をニードルと被塗
布面（冷却板）間の間隔（Ｈ），横軸X₂を時間（Ｔ）と
してニードルの被塗布面（冷却板）からの距離の変化状
態を表わし、また（３）はそれぞれの時間帯における粘
液体（コンパウンド）の塗布状態を示している。

なお、横軸に示す時間t₁はニードルからの粘液体吐出
開始時間であり、t₂はニードルの上昇移動開始時間を，
またt₃は粘液体吐出終了とニードルの上昇移動終了時
間，t₄はニードルの上方への逃避開始時間をそれぞれ表
わしている。

（１），（２）で、時間０〜t₁の間にニードル17が降
下して被塗布面（図では冷却板）7aからの所定距離δの
位置で停止した状態は（３）ので示すことができる。

そこで時間t₁で該ニードル17から粘液体９が吐出する
がこの時点ではニードル17と被塗布面7a間の隔たりδが
小さいため（３）ので示す如く粘液体９は該ニードル
17の先端部から被塗布面7a上に供給される。

次いで時間t₂に至って（１）で示す１−１のようにニ
ードル17が上方に移動を開始し（２）の２−１のように
ニードル17と被塗布面7a間の隔たりδが徐々に大きくな
り時間t₃に至って該ニードル17の上昇移動と粘液体９の
吐出が停止する。

この間粘液体９の吐出が継続されているが、この間の
ニードル17の移動速度は被塗布面7a上に溜まった粘液体
９の上面が該ニードル17の先端部とほぼ接触するように
設定されているので、第５図の（Ａ−２）や（Ｂ−２）
に示す現象が発生せず（３）ののようにニードル17の
先端部に接触した状態が継続しての状態に到達する。

そこで時間t₄でニードルの上方への逃避が開始される
が、この場合の上方への移動速度Ｖを（１）で示す１−
２のように前記移動速度より大きくすることで（３）の
に示すようにニードル17の先端部を粘液体９の塗布さ
れた部分から容易に分離することができる。

特にこの場合には第５図の（Ａ−３）や（Ｂ−３）に
示す現象が発生しないため、結果的に一定した量の粘液
体９を被塗布面7a上に均一な形で塗布（供給）すること
ができる。

なお、粘液体９の粘度（粘性率）が100〜200Pa・ｓ
（パスカル・秒）の範囲にある場合、例えばニードル17
からの吐出量を0.008cc/sec位に設定し且つ上記δを0.8
mm程度としたときに、時間t₁〜t₂間を0.5sec,時間t₂〜t
₃間を2.0secとして該時間t₂〜t₃間におけるニードル17
の上方への移動速度を0.8mm/sec程度とすると、良好な
結果が得られることを実験的に確認している。

本発明になる塗布方法を実現する制御系を第４図の塗
布装置に付加した場合を例とする第２図で、13aがバレ
ル15をアーム12に対して上下動するＺステージ13の駆動
源としてのモータを示し、また16が該バレル15のニード
ル17からの粘液体（コンパウンド）９の押出量を制御す
るバルブを示していることは第４図で説明した通りであ
る。

なお、被塗布面7aは第４図の冷却板である。

一方、上記モータ13aとバルブ16はコントローラ21に
接続され、更に該コントローラ21がモータドライバ22を
介して上記モータ13aに繋がると共にパソコン23に接続
されて制御系24が構成されている。

かかる制御系24では、パソコン23に繋がるコントロー
ラ21でバルブ16の開閉とモータ13aの回転動作を制御す
ることができる。

更にバルブ16を開いて粘液体９を被塗布面7aに供給し
ている間のモータ13aの回転ひいては上記バレル15の上
昇速度を制御することができる。

従って、第１図の（３）で説明したような粘液体９の
塗布方法を実現することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、粘液体の供給量とその塗布
形状を均一化して生産性の向上を図った粘液体の塗布方
法とその塗布装置を提供することができる。

なお本発明の説明では粘液体が熱伝導性コンパウンド
である場合を例としているが、粘性を持つ液体であれば
接着剤や塗料等如何なる材料でも同等の効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる塗布方法をタイミング的に説明す
るチャート図、 第２図は本発明を実現する制御系を具えた塗布装置の主
要部構成例を示す図、 第３図は半導体装置の液冷装置を示す構成図、 第４図は粘液体の塗布方法を説明する図、 第５図は問題点を説明する図、 である。 図において、 7aは被塗布面（冷却板）、９は粘液体（コンパウン
ド）、12はアーム、13はＺステージ、13aはモータ、15
はバレル、16はバルブ、17はニードル、21はコントロー
ラ、22はモータドライバ、23はパソコン、24は制御系、 をそれぞれ表わしている。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニードルから吐出する一定量の粘液体を平
   面的に整列配置した複数の被塗布面に順次塗布する粘液
   体の塗布方法であって、 被塗布面（7a）に近接して位置するニードル（17）を粘
   液体吐出開始直後から、吐出して被塗布面上に溜まった
   粘液体（９）と該ニードル先端部とが接触状態を保つよ
   うな速さで被塗布面（7a）から離れる方向に移動させ、
   一定量の該粘液体（９）の吐出が終了して停止した後の
   該ニードル（17）を上記移動速度を越える速さで被塗布
   面（7a）から離れる方向に移動させて行うことを特徴と
   した粘液体の塗布方法。
2. 【請求項２】ニードルから吐出する一定量の粘液体を平
   面的に整列配置した複数の被塗布面に順次塗布する粘液
   体の塗布装置であって、 被塗布面（7a）に近接して位置するニードル（17）を、
   粘液体吐出開始直後から所定速さで被塗布面（7a）から
   離れる方向に移動させる手段と一定量の該粘液体（９）
   の吐出が終了して停止した後の該ニードル（17）を上記
   移動速度を越える速さで被塗布面（7a）から離れる方向
   に移動させる手段とを制御する制御系（24）を少なくと
   も具えて構成されていることを特徴とした粘液体の塗布
   装置。