(57)【要約】      （修正有）【課題】パワー半導体素子へサーマルコンパウンドを均一に塗布する装置を提供する。【解決手段】パワー半導体素子１にサーマルコンパウンドを塗布する装置において、パワー半導体素子１を保持する機構と、該保持機構部を定位置へ移動させる機構と、サーマルコンパウンドを均一に塗布する開口形状を有するメタルマスク３を固定したメタルマスク枠４を上昇下降させる機構と下降限界位置で固定する機構とを有し、メタルマスク３上に置いたサーマルコンパウンドを印刷スキージ８によりパワー半導体素子１に塗布する機構を備え、パワー半導体素子１へサーマルコンパウンドを均一に塗布することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子にサーマルコンパウントを塗布する装置においてパワー半導体素子を保持する機構と、該保持機構部を定位置へ移動させる機構と、メタルマスクを固定したマスク枠を上昇下降させる機構と、 下降限界位置で固定する機構とを備えたことを特徴とするサーマルコンパウンド塗布装置。
【請求項２】
前記パワー半導体素子にサーマルコンパウンドを均一に塗布するための開口形状を有するメタルマスクを備えたことを特徴とする請求項１記載のサーマルコンパウンド塗布装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 パワー半導体素子を放熱器に取り付けるとき熱伝導効率を向上させるためパワー半導体素子と放熱器の取り付け面に塗るサーマルコンパウンドの塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、 パワー半導体素子へのサーマルコンパウンドの塗布は、 刷により塗る方法、ヘラで塗る方法や、 ディスペンサにより複数ポイント塗布する方法等がとられている。手塗りの場合は、 塗布精度が安定しないため実験的なものを除き生産用としては現実的ではない。生産用として、一般的には、ディスペンサによる塗布がおこなわれている。ディスペンサによる塗布の場合は、パワー半導体素子の容量ごとに、塗布するポイント数、位置ならびに、一ポイントあたりの容量、通常グラム数を定め数ポイント塗布するため一定量を塗布することができ、塗布量は安定するため、この方法が採られている。ディスペンサを使用しない方法として、 基板に実装された半導体素子へのサーマルコンパウントの塗布装置として、
【特許文献１】実開平７−１８４７３がある。これは、簡易スクリーン印刷機による方法である。この方法は、基板に実装できる比較的比較的小型小容量の半導体素子へ基板実装後サーマルコンパウンドを塗布するものであり大容量のパワー半導体素子への塗布には適用できない。大容量のパワー半導体素子は、放熱器に直接取り付けることがほとんどで基板に実装することは無い。 従って、 サーマルコンパウンドの塗布は、 パワー半導体素子に直接行うか、 または 放熱器に行う必要がある。従って、 この方法はパワー半導体素子への適用は、できない。この方法は、スクリーン印刷により印刷部の形状、印刷厚さを調整するものであり薄く均一な塗布は困難で広い塗布面積を有する大容量のパワー半導体素子へ適用はできない。スクリーン印刷の場合は、メタルマスクと異なり版の抜け性が悪くにじみを生じやすく、また必要な厚さに比較的広い部分に均一に印刷することは困難である。従って、パワー半導体素子の放熱部への塗布は、本発明のメタルマスクの方が適する。    さらに、類似した装置で、クリーム半田をプリント基板へ塗布する装置として
【特許文献２】特許公開２００３−０６２９７１
【特許文献３】特許公開２００３−０６２９６８
【特許文献４】特許公開２００３−０３４０１３のクリーム半田印刷機がある。該クリーム半田印刷機は、クリーム半田を、回路パターンを有するプリント基板にその回路パターンに対応した孔を有するマスクを重ねクリーム半田を印刷するクリーム半田印刷機である、該クリーム半田印刷機は、プリント基板上にクリーム状の半田を印刷するものでありパワー半導体素子へ直接サーマルコンパウンドを塗布することに応用することはできない、さらに、クリーム半田印刷機に使用するマスクは、長方形または、正方形の数ミリ角の微小孔である。パワー半導体素子と放熱器とのネジ締めによるサーマルコンパウンドの均一な広がりを考慮した本発明のメタルマスクとは、目的とその手段は、異なるものであり大容量のパワー半導体素子へのサーマルコンパウントの塗布には適用できない。さらに、該印刷機は、プリント配線基板に印刷するためプリント配線基板を保持、位置決めする機構のみ有するため、パワー半導体素子を保持、位置決めすることは出来ない、したがって大型電子部品であるパワー半導体素子へ直接サーマルコンパウンドを塗布することに応用することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来例の方法によるディスペンサで、ポイント塗布した場合、空隙部ができ均一に塗布することは困難であるという不具合があった。塗布後、放熱器とネジ締めされ、ポイント塗布されたサーマルコンパウンドは広がり発熱体であるパワー半導体素子と放熱器の間隙に薄い層を形成し熱伝導率の改善する為に用いられているが。サーマルコンパウンドがポイント塗布されているため空洞を生じやすくまた、空洞が生じなかった場合でも、サーマルコンパウンドの密度のバラツキがあり、かえって熱伝導効率を低下させ、しいては、パワー半導体素子の破壊を起す不具合があった。一方、ディスペンサでの応用動作として、線状に塗布することや、面状に塗布することも可能であるがこの場合、塗布時間がかかるという不具合と共に均一な厚さを得ることことは困難であった。
本発明は、かかる従来例の有する不具合を改善し、パワー半導体素子へサーマルコンパウンドを薄く均一に塗布することができるサーマルコンパウンド塗布装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明では、パワー半導体素子を保持する機構と、該保持機構部を定位置へ移動させる機構と、メタルマスクを固定したマスク枠を上昇下降させる機構と、下降限界位置で固定する機構と、パワー半導体素子にサーマルコンパウンドを均一に塗布するための開口形状を有するメタルマスクとを備える。このため、本発明では、パワー半導体素子にサーマルコンパウンドを均一に塗布するための開口形状を有するメタルマスクを備え、メタルマスク上に置いたサーマルコンパウンドを印刷スキージによりパワー半導体素子に均一に塗布することが可能となる
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るパワー半導体素子へのサーマルコンパウンド塗布装置は、均一に塗布するため決めた開口部を有するメタルマスクを備えパワー半導体素子の放熱面にサーマルコンパウンドの空隙をつくることなく薄く均一に塗布することができパワー半導体素子と放熱器の間隙に薄い層を形成し熱伝導効率の向上を図るという従来にない優れたサーマルコンパウンド塗布装置を得ることができる。  
【実施例】
【０００６】
本発明に係わるサーマルコンパウンド塗布装置の一実施形態について図１から図７に基づいて説明する。
図１は、本発明のサーマルコンパウンド塗布装置の側面図である。図１のパワー半導体素子１をセットする保持機構２と、該保持機構２を定位置へ移動させる機構６と、メタルマスク３を取り付けたメタルマスク枠４と、該メタルマスク枠を上昇させる機構５と、メタルマスク枠３の下降限界位置固定機構５で構成される。尚、この図１は、サーマルコンパウンドを塗布しようとしているパワー半導体素子１を該保持機構２に装着し、メタルマスク枠３の下降限界位置固定機構５によりメタルマスク３とパワー半導体素子１が接触し印刷スキージ８に加える力、すなわち印圧によりサーマルコンパウンドがにじみを生じない程度の圧力で押し付ける位置で固定され、印刷スキージ８でサーマルコンパウンドを塗布する状態を示している。図１の符号９は、メタルマスク枠４を上昇させる状況を図式化したもので、また符合１０は、パワー半導体素子１をセットする保持機構２を移動させた状態を示したものである。
図２は、本発明のサーマルコンパウント塗布装置の平面図である。図２に於いて、メタルマスク枠４にメタルマスク３を装着し、メタルマスク枠３の下降限界位置固定機構５によりサーマルコンパウンドの塗布が可能な状態を示している。
図３は、本発明に係わるサーマルコンパウント塗布装置の断面図である。図３に於いて、パワー半導体素子保持機構２は、ガイドレールを習動する移動ベース６に固定されている。パワー半導体素子１をセットする時は、図１の符号１０の位置までスライドさせるため移動ベース６が使用される。符号９は、図１同様メタルマスク枠４を上昇させる状況を図式化したものである。
図４は、ディスペンサによる塗布の概略図である。図４に於いて、パワー半導体素子１にディスペンサ１１によってサーマルコンパウンドを符号１２で示す様に点状に塗布する。点状の塗布は図５で示すように取り付け穴１４が４ヶ所のパワー半導体素子１の場合は、５ヶ所程度行う。
図５は、ディスペンサによる塗布した場合のサーマルコンパウンドの広がりを図示したものである。点状に塗布されたサーマルコンパウンドは、パワー半導体素子１に放熱器を取り付けネジ締めすることにより次第に広がって行く。広がり状態は、符号１６の如く同心円を描く。この場合、同心円どうしがぶつかる所には気泡が生ずる。さらにサーマルコンパウンドが広がらない部分も生じ均一な塗布は困難となる。
図６は、本発明のサーマルコンパウント塗布装置のメタルマスクの開口図である。図６に於いて、メタルマスク２の底辺中央を基点とする放物線１７ｂと、上辺中央を基点とする放物線１７ａと、右辺中央を基点とする放物線１８ａと、左辺中央を基点とする放物線１８ｂと、パワー半導体素子の取り付け穴１４を基点とする放物線１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄによって囲まれた部分を開口面としてある。ただし、開口によるメタルマスク２強度を保つためブリッジ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを設けている。該ブリッジ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの数と位置は、メタルマスク２の材質、板厚等により決定される。またメタルマスク２の強度が充分な場合は、該ブリッジは、設けなくても良い。このメタルマスク２の開口形状はパワー半導体素子１を規定のトルクで放熱器に取り付けた際パワー半導体素子１の放熱面全体に気泡を生じさすこと無く充填させるものである。図６のメタルマスク形状は４点固定のパワー半導体素子用の一実施例であり、該メタルマスク２の開口形状の決定に当たっては、メタルマスク２の厚さが大きな要因となる。サーマルコンパウンドは、硬質ウレタンまたはメタルスキージを使用した場合、メタルマスク２の厚さ相当に塗布される。ことを考慮してメタルマスクの厚さを薄く、開口面をできる限り広くした方が均一で薄い塗布が可能となる。さらに、パワー半導体素子１と放熱器を取り付ける時の締め付けトルクによりサーマルコンパウントの広がりが影響する。これらを考慮して、本発明のメタルマスクの開口形状を決定したものである。本発明の開口形状を有するメタルマスク３を使用することによりパワー半導体素子１を規定のトルクで放熱器に取り付けた際パワー半導体素子１の放熱面全体に気泡を生じさすこと無く充填させることができる。
図７は、前記実用新案文献１のサーマルコンパウンド塗布装置の概略図である。この方法は、プリント配線基板装着枠２６に装着されたプリント配線基板２の小型小容量の半導体素子２５にサーマルコンパウンドをスクリーン印刷するものである。スクリーン枠２７に張られたスクリーン２２にサーマルコンパウンドを置き印刷スキージ２によりスクリーン開口部２３を通して印刷するものである。尚、プリント配線基板装着枠２６とスクリーン枠２７とは、ヒンジ取り付け構造で接続されている。この方法は、前述の如く、基板に実装できる比較的小型小容量の半導体素子へ基板実装後サーマルコンパウンドを塗布するものであり大容量のパワー半導体素子への塗布には適用できない。大容量のパワー半導体素子は、放熱器に直接取り付けることがほとんどで基板に実装することは無い。 従って、 サーマルコンパウンドの塗布は、 パワー半導体素子に直接行うか、 または 放熱器に行う必要がある。従って、本実用新案文献１のサーマルコンパウンド塗布装置では、パワー半導体素子へのサーマルコンパウンド塗布はできない。
【０００７】
本実施形態のサーマルコンパウンド塗布装置の動作は、先ず、メタルマスク枠上下機構に取り付けられているクランプ機構５を操作して、メタルマスク枠４を上昇させておきパワー半導体素子保持機構２を移動させた時、メタルマスク枠４との衝突を防いでおく。
次に、パワー半導体素子１のサーマルコンパウンド塗布面すなわち、パワー半導体素子１の放熱面を上向きにし、取り付け孔１４を位置決めピン７に挿入する。この時、上下方向は、パワー半導体素子保持機構２により定位置の保持を行う。
次に、パワー半導体素子１をパワー半導体素子保持機構２へセット後、該保持機構２全体を移動させる。  つづいて、メタルマスク枠上昇下降機構のクランプ５を操作することによりメタルマスク３をパワー半導体素子の放熱面に密着させた状態で固定させる。  さらに、メタルマスク３上にサーマルコンパウンドをおき、印刷スキージ８を使用しサ―マルコンパウンドの印刷を行う。印刷後、メタルマスク枠上下機構のクランプ５を操作しメタルマスク枠４を上昇させる。パワー半導体素子保持機構２をスライドさせ初期位置に移動する。塗布の完了したパワー半導体素子７を取り出し一連の動作を完了する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のサーマルコンパウンド塗布装置の一実施例を示す側面図である。
【図２】本発明のサーマルコンパウンド塗布装置の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明のサーマルコンパウンド塗布装置の一実施例を示す断面図である。
【図４】ディスペンサによる塗布方法の概略図
【図５】サーマルコンパウンドの広がり状態図
【図６】本発明のメタルマスク開口図
【図７】従来例のサーマルコンパウンド塗布装置の概略図
【符号の説明】
【０００９】
１  パワー半導体素子
２  パワー半導体素子保持機構
３  メタルマスク
４  メタルマスク枠
５  メタルマスク下降位置クランプ機構
６  パワー半導体素子保持部移動機構  
７  パワー半導体素子位置決めピン
８  印刷スキージ
９  メタルマスク枠上昇
１０  パワー半導体素子保持機構の移動位置
１１  ディスペンサ
１２  点塗布されたサーマルコンパウンド
１４  パワー半導体素子取り付け穴
１６  サーマルコンパウンドの広がり
１７ａ  メタルマスク開口辺
１７ｂ  メタルマスク開口辺
１８ａ  メタルマスク開口辺
１８ｂ  メタルマスク開口辺
１９ａ  メタルマスク開口辺
１９ｂ  メタルマスク開口辺
１９ｃ  メタルマスク開口辺
１９ｄ  メタルマスク開口辺
２０ａ  ブリッジ
２０ｂ  ブリッジ
２０ｃ  ブリッジ
２０ｄ  ブリッジ
２０ｅ  ブリッジ
２１  プリント配線基板
２２  スクリーン
２３  スクリーン開口部
２５  半導体素子
２６  プリント配線基板装着枠
２７  スクリーン枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008053330.tif 000008
【図７】
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