(57)【要約】【課題】２つの金属部材の接合に要する時間を短縮することができる接合装置および接合体の製造方法を提供する。【解決手段】接合装置は、載置面２２ａを有する支持台２２、規制部材２３ならびにレーザ装置を有している。載置面２２ａには基板１２が半導体素子１３の表面電極１４を上へ向けて載せられる。表面電極１４には配線部材１５が重ねられる。配線部材１５の表面には穴３１が設けられることにより薄肉部３２が形成されている。配線部材１５は穴３１を上へ向けて表面電極１４に載せられる。規制部材２３は、載置面２２ａとの間で基板１２および配線部材１５を挟むことにより、表面電極１４と配線部材１５とが互いに離間する方向へ移動することを規制する。レーザ装置は、規制部材２３の孔２３ａを介して穴３１の底部でもある薄肉部３２にレーザ光Ｌを照射することにより、表面電極１４と配線部材１５との接合界面を加熱する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制装置と、
前記規制装置により前記２つの金属部材の動きが規制された状態で前記２つの金属部材のいずれか一方に設けられた厚みが部分的に薄い薄肉部に電磁波ビームを照射することにより前記２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱を与える加熱装置と、を有している接合装置。
【請求項２】
前記電磁波ビームのエネルギ密度は、前記薄肉部における前記電磁波ビームが照射される部分を溶融させないレベルに設定される請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材を互いに押し付けない状態で前記２つの金属部材の互いに重ね合わせた方向における動きを規制する請求項１または請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
前記規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材を互いに押し付けた状態で前記２つの金属部材の互いに重ね合わせた方向における動きを規制する請求項１または請求項２に記載の接合装置。
【請求項５】
重ね合わせた２つの金属部材のいずれか一方に厚みが部分的に薄い薄肉部を設ける第１の工程と、
前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制した状態で、前記薄肉部に電磁波ビームを照射することにより前記２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱を与える第２の工程と、を有している接合体の製造方法。
【請求項６】
前記電磁波ビームのエネルギ密度は、前記薄肉部における前記電磁波ビームが照射される部分を溶融させないレベルに設定される請求項５に記載の接合体の製造方法。
【請求項７】
前記２つの金属部材の重ね合わせ方向からみて、前記２つの金属部材の接合界面において接合されるべき狙いの接合範囲の投影領域は、前記薄肉部の内側に位置している請求項５または請求項６に記載の接合体の製造方法。
【請求項８】
前記２つの金属部材は、基板に設けられた半導体素子、および前記半導体素子が発生する熱を放熱する放熱部材であって、前記薄肉部は前記放熱部材に設けられる請求項５または請求項６に記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
前記薄肉部は、前記金属部材の表面に穴を設けることにより形成される請求項５〜請求項８のうちいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合装置および接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を照射することによって２つの金属部材を接合する技術が知られている。たとえば特許文献１には、半導体素子表面の端子と配線とを接合する方法が記載されている。すなわち、半導体素子表面の端子と配線とを接合材を介して重ね合わせた状態で、レーザ光を配線の表面に照射することにより端子と配線との接合部を加熱して接合材を溶融させる。この溶融した接合材が接合層を形成することによって、端子と配線とが接合される。
【０００３】
また特許文献１には、配線とバスバーとを接合する方法についても記載されている。すなわち、配線とバスバーとを重ね合わせた状態でレーザ光を配線の表面に照射することにより、母材となる配線およびバスバーを溶融させる。これら配線およびバスバーにおける溶融した部分が冷却されて凝固することにより、配線とバスバーとが接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８９４５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、様々な製品における金属部材がレーザ光を使用して接合されているところ、製品の生産性を向上させるために金属部材の接合に要する時間を短縮することが要求されている。
【０００６】
本発明の目的は、２つの金属部材の接合に要する時間を短縮することができる接合装置および接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成し得る接合装置は、重ね合わせた２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制装置と、前記規制装置により前記２つの金属部材の動きが規制された状態で前記２つの金属部材のいずれか一方に設けられた厚みが部分的に薄い薄肉部に電磁波ビームを照射することにより前記２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱を与える加熱装置と、を有している。
【０００８】
この構成によれば、電磁波ビームの照射を通じて薄肉部で生じる熱は、薄肉部の厚みが金属部材の他の部分の厚みよりも薄く設定されている分だけ、より速く接合界面に伝わる。このため、金属部材として一定の厚みを有するものを採用する場合に比べて、２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱をより迅速に与えることができる。したがって、電磁波ビームの照射時間、ひいては２つの金属部材を接合するために必要とされる時間を短縮することができる。加熱装置のビーム出力を増加させる必要もない。
【０００９】
ちなみに、２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱が与えられることによって金属部材が熱膨張するところ、規制装置によって２つの金属部材の互いに重ね合わせた方向への動きが規制されているため、金属部材の熱膨張により接合界面が加圧される。これにより、２つの金属部材の接合界面が密着するとともに、２つの金属部材の接合界面に固相拡散が発生して２つの金属部材が接合される。
【００１０】
上記の接合装置において、前記電磁波ビームのエネルギ密度は、前記薄肉部における前記電磁波ビームが照射される部分を溶融させないレベルに設定されることが好ましい。
２つの金属部材の接合に要する時間を短縮するために、たとえば電磁波ビームのエネルギ密度をより高く設定することが考えられる。しかし、金属部材に高エネルギ密度の電磁波ビームが照射されるとき、金属部材における電磁波ビームが照射される部分が溶融し激しい蒸発が発生するところ、この蒸発に伴う金属蒸気が飛び出す反動力によって溶融した金属であるスパッタが飛散するおそれがある。
【００１１】
この点、上記の構成によれば、金属部材の薄肉部における電磁波ビームが照射される部分の溶融が抑えられるため、スパッタが飛散することを抑制できる。また、電磁波ビームのエネルギ密度を増加させることに代えて金属部材に薄肉部を設け、この薄肉部に電磁波ビームを照射することにより、２つの金属部材の接合界面をより迅速に加熱することができる。したがって、スパッタの発生を抑えつつ、２つの金属部材の接合に要する時間を短縮することができる。
【００１２】
上記の接合装置において、前記規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材を互いに押し付けない状態で前記２つの金属部材の互いに重ね合わせた方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、金属部材の熱膨張による圧力を利用することによって、金属部材の外部から接合界面を加圧することなく２つの金属部材を接合することができる。このため、金属部材の外部から接合界面を加圧するための加圧装置が不要となる。
【００１４】
上記の接合装置において、前記規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材を互いに押し付けた状態で前記２つの金属部材の互いに重ね合わせた方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、重ね合わせた前記２つの金属部材が互いに押し付けられることによって２つの金属部材の接合界面が加圧される。これにより、２つの金属部材をより密着させた状態で、電磁波ビームの照射を通じて２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱を与えることができる。
【００１６】
上記目的を達成し得る接合体の製造方法は、重ね合わせた２つの金属部材のいずれか一方に厚みが部分的に薄い薄肉部を設ける第１の工程と、前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制した状態で、前記薄肉部に前記電磁波ビームを照射することにより前記２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱を与える第２の工程と、を有している。
【００１７】
この製造方法によれば、電磁波ビームの照射を通じて薄肉部で生じる熱は、薄肉部の厚みが金属部材の他の部分の厚みよりも薄く設定されている分だけ、より速く接合界面に伝わる。このため、金属部材として一定の厚みを有するものを採用する場合に比べて、２つの金属部材の接合界面に固相拡散を発生させるための熱をより迅速に与えることができる。したがって、電磁波ビームの照射時間、ひいては２つの金属部材を接合するために必要とされる時間を短縮することができる。加熱装置のビーム出力を増加させる必要もない。
【００１８】
上記の接合体の製造方法において、前記電磁波ビームのエネルギ密度は、前記薄肉部における前記電磁波ビームが照射される部分を溶融させないレベルに設定されることが好ましい。
【００１９】
上記の製造方法によれば、金属部材の薄肉部における電磁波ビームが照射される部分の溶融が抑えられるため、溶融した金属であるスパッタが飛散することを抑制できる。また、電磁波ビームのエネルギ密度を増加させることに代えて金属部材に薄肉部を設け、この薄肉部に電磁波ビームを照射することにより、２つの金属部材の接合界面をより迅速に加熱することができる。したがって、スパッタの発生を抑えつつ、２つの金属部材の接合に要する時間を短縮することができる。
【００２０】
上記の接合体の製造方法において、前記２つの金属部材の重ね合わせ方向からみて、前記２つの金属部材の接合界面において接合されるべき狙いの接合範囲の投影領域は、前記薄肉部の内側に位置していることが好ましい。
【００２１】
この製造方法によれば、狙いの接合範囲の全体を迅速に加熱することができる。たとえば上記の製造方法とは逆に、薄肉部が狙いの接合範囲の投影領域の内側に位置するように設けられる場合、金属部材における薄肉部の周辺部分においては厚みが薄肉部の厚みよりも厚い分だけ熱が拡散しやすい。このため、狙いの接合範囲の全体が適切に加熱されるまでに時間を要することが懸念される。
【００２２】
上記の接合体の製造方法において、前記２つの金属部材は、基板に設けられた半導体素子、および前記半導体素子が発生する熱を放熱する放熱部材であって、前記薄肉部は前記放熱部材に設けられることが好ましい。
【００２３】
この製造方法によるように、半導体素子と放熱部材とを接合する場合において、上記の接合体の製造方法は好適である。すなわち、半導体素子の発熱量によるものの、放熱部材は必要とされる放熱効果を発揮すべくサイズが大型化することがある。放熱部材における電磁波ビームの照射方向における厚みが増大するほど、放熱部材の表面から裏面への熱伝導に時間を要する。この点、上記の接合体の製造方法によるように、電磁波ビームの照射を通じて放熱部材の薄肉部に生じる熱は、薄肉部の厚みが放熱部材の他の部分の厚みよりも薄い分、より速く放熱部材と半導体素子との接合界面に伝わる。このため、放熱部材と半導体素子との接合に要する時間を短縮することができる。
【００２４】
上記の接合体の製造方法において、前記薄肉部は、前記金属部材の表面に穴を設けることにより形成されることが好ましい。
この接合体の製造方法によれば、金属部材の表面に穴を設けるだけで簡単に薄肉部を形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の接合装置および接合体の製造方法によれば、２つの金属部材の接合に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】接合装置の一実施の形態により２つの部品が接合されてなる接合体である半導体モジュールの正面図。
【図２】接合装置の一実施の形態の概略構成を示す構成図。
【図３】一実施の形態の接合装置を使用した接合体の第１の製造方法において、配線部材がその表面から加熱される状態を示す接合装置の要部断面図。
【図４】一実施の形態における２つの金属部材の接合界面における原子流動を示す接合界面の二次元モデル。
【図５】一実施の形態の接合装置を使用した接合体の第２の製造方法において使用される配線部材の断面図。
【図６】一実施の形態の接合装置に重ね合わせた状態でセットされた２つの部材を規制部材側から見た要部平面図。
【図７】一実施の形態の接合装置を使用した接合体の第２の製造方法において、配線部材がその表面から加熱される状態を示す接合装置の要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、接合装置および接合体の製造方法を具体化した一実施の形態を説明する。接合装置は、電磁波ビームとしてのレーザ光（レーザビーム）を使用して金属あるいは金属部分を含む２つの部品を接合する装置である。
【００２８】
まず、２つの部品が接合されてなる接合体の一例を説明する。
図１に示すように、接合体としての半導体モジュール１１は、基板１２に設けられた半導体素子１３の表面電極１４と、配線部材１５とが接合されてなる。表面電極１４は、金（Ａｕ）により平板状あるいは薄膜状に設けられた金属部材である。配線部材１５は、銅（Ｃｕ）により平板状に設けられたバスバーあるいはリードフレームなどの金属部材である。配線部材１５の厚みは表面電極１４の厚みよりも厚い。
【００２９】
なお、表面電極１４と配線部材１５とは、固相拡散接合により接合される。固相拡散接合とは、接合する２つの母材（ここでは、表面電極１４および配線部材１５）を密着させて、これら母材の融点以下の温度条件で塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法をいう。
【００３０】
つぎに、接合装置について説明する。
図２に示すように、接合装置２１は、支持台２２、規制部材２３、駆動装置２４、加熱装置としてのレーザ装置２５、温度センサ２６、および制御装置２７を有している。
【００３１】
支持台２２は、基板１２および配線部材１５が載置される載置面２２ａを有している。載置面２２ａには、基板１２が半導体素子１３を上（載置面２２ａと反対側）へ向けて載せられる。半導体素子１３の表面電極１４には配線部材１５が重ねられる。
【００３２】
規制部材２３は、平板状に設けられている。規制部材２３は、支持台２２の載置面２２ａに対して平行をなしている。規制部材２３には、通過部としての孔２３ａが設けられている。孔２３ａの内周面には、載置面２２ａへ向かうにつれて縮径するテーパ面が設けられている。規制部材２３は、載置面２２ａに対して直交する方向に沿って移動可能に設けられている。規制部材２３は、初期位置Ｐ１と規制位置Ｐ２との間を移動する。初期位置Ｐ１は、載置面２２ａに基板１２および配線部材１５を重ねて置いたときの載置面２２ａを基準とする配線部材１５の上面の高さＨよりも高い位置である。規制位置Ｐ２は、載置面２２ａに基板１２および配線部材１５を重ねて置いたときの載置面２２ａを基準とする高さＨと同程度の高さとなる位置である。ちなみに、図２において、初期位置Ｐ１および規制位置Ｐ２は、規制部材２３の下面（載置面２２ａ側の側面）の位置を示す。
【００３３】
なお、規制部材２３および支持台２２の載置面２２ａは、互いに共働して２つの金属部材（配線部材１５および基板１２に設けられた半導体素子１３の表面電極１４）を互いに押し付けない状態でこれら金属部材の互いに重ね合わせた方向（載置面２２ａに対して直交する方向）における動きを規制する規制装置を構成する。
【００３４】
駆動装置２４は、規制部材２３を載置面２２ａに対して直交する方向に沿って移動させる。駆動装置２４は、モータあるいはシリンダなどの駆動源、および駆動源が発生する動力を規制部材２３に伝達する伝達機構を有している。図２では、駆動装置２４から規制部材２３への動力伝達を破線で示す。また、駆動装置２４は、規制部材２３を初期位置Ｐ１から規制位置Ｐ２へ移動させたときに規制部材２３を規制位置Ｐ２に固定するための固定機構を有している。固定機構としては、たとえば先の駆動源あるいは伝達機構の運動を規制するブレーキ機構あるいはロック機構が採用される。
【００３５】
レーザ装置２５は、規制部材２３の孔２３ａを介して配線部材１５の表面にレーザ光Ｌを照射する。
温度センサ２６は、配線部材１５の表面における規制部材２３の孔２３ａから露出する領域、すなわちレーザ光Ｌが照射される領域であるレーザ照射領域１５ａの表面温度を非接触で検出する。
【００３６】
制御装置２７は、駆動装置２４およびレーザ装置２５の動作を制御する。制御装置２７は、駆動装置２４を通じて規制部材２３を初期位置Ｐ１と規制位置Ｐ２との間で移動させる。また、制御装置２７は、温度センサ２６により検出されるレーザ照射領域１５ａの表面温度に基づき、表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂの温度を推定する。接合界面Ｓｂとは、表面電極１４および配線部材１５において互いに接合される部分である２つの接合面１４ａ，１５ｂの境界をいう。接合面１４ａは、表面電極１４の表面、換言すれば表面電極１４の配線部材１５側の界面である。接合面１５ｂは、配線部材１５の裏面、換言すれば配線部材１５の表面電極１４側の界面である。制御装置２７は、接合界面Ｓｂの温度に基づきレーザ装置２５の出力を調節する。
【００３７】
制御装置２７は、記憶装置２７ａを有している。記憶装置２７ａには目標温度Ｔ＊が記憶されている。目標温度Ｔ＊は、表面電極１４と配線部材１５とを適切に接合するために必要とされる接合界面Ｓｂの温度の目標値である。目標温度Ｔ＊は、接合対象の金属部材（１４，１５）を固相拡散接合することが可能とされる下限温度（たとえば銅の場合、２００℃程度）以上、かつ接合対象の金属部材（１４，１５）の融点以下の範囲内の温度に設定される。
【００３８】
目標温度Ｔ＊は、表面電極１４と配線部材１５との接合率と、接合界面Ｓｂの温度との関係に基づき設定される。接合率とは、接合界面Ｓｂにおける実際に接合された部分の面積である真実接合面積と、接合界面Ｓｂにおける真実接合面積と実際には接合されていない部分の面積である見かけの接合面積とを合算した面積との比をいう。接合率と接合界面Ｓｂの温度との関係は、実験あるいはシミュレーションにより求められる。たとえば、接合界面Ｓｂの温度の上昇に対して接合率は徐々に増加し、やがて接合率は温度にかかわらず一定の値となる。表面電極１４と配線部材１５とを接合する際には、まず目標とする接合率が決定されて、その決定された接合率に基づき目標温度Ｔ＊が決定される。
【００３９】
制御装置２７は、接合界面Ｓｂの温度が目標温度Ｔ＊に一致するように、レーザ光Ｌの照射条件を制御する。レーザ光Ｌの照射条件としては、たとえば照射パワーおよび照射時間が挙げられる。レーザ光Ｌの照射パワーおよび照射時間が増加するほど、接合界面Ｓｂの温度は上昇する。
【００４０】
＜接合体の製造方法＞
つぎに、半導体モジュール１１の第１の製造方法を説明する。ただし、半導体素子１３が設けられた基板１２は、あらかじめ用意される。また、接合装置２１において、規制部材２３は初期位置Ｐ１に保持されている。載置面２２ａには、基板１２が半導体素子１３を上に向けた姿勢で載せられている。半導体素子１３の表面電極１４には、配線部材１５が重ねられている。この状態で、接合装置２１の動作が開始される。
【００４１】
図３に示すように、制御装置２７は、駆動装置２４を通じて規制部材２３を初期位置Ｐ１から規制位置Ｐ２へ移動させる。これにより、規制部材２３の下面（載置面２２ａ側の側面）が配線部材１５の上面（表面電極１４と反対側の側面）に接触した状態に維持される。このとき、配線部材１５が表面電極１４に対して積極的に押し付けられることはない。半導体素子１３が設けられた基板１２および配線部材１５が載置面２２ａと規制部材２３との間に挟まれることにより、表面電極１４および配線部材１５の互いに離間する方向Ｄ１，Ｄ２への移動が規制される。方向Ｄ１，Ｄ２は、載置面２２ａに対して直交する方向であって、表面電極１４および配線部材１５の重ね合わせ方向でもある。
【００４２】
つぎに、制御装置２７は、レーザ装置２５を通じてレーザ光Ｌを配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに照射する。レーザ光Ｌが配線部材１５に吸収されることにより、配線部材１５が加熱される。図３に網掛けで示すように、レーザ光Ｌの照射により発生した熱は、配線部材１５の表面から裏面へ向けて伝達する。制御装置２７は、レーザ装置２５を通じて、最終的には配線部材１５の裏面である接合面１５ｂと表面電極１４の表面である接合面１４ａとの境界である接合界面Ｓｂの温度が目標温度Ｔ＊に達するまでレーザ光Ｌをレーザ照射領域１５ａに照射する。ちなみに、図３における網掛けは、網目（ドット）が密であるほど温度が高い領域であることを示し、網目が粗であるほど温度が低い領域であることを示す。
【００４３】
配線部材１５は加熱による温度上昇に伴い熱膨張する。ここで配線部材１５は、規制部材２３によって載置面２２ａと反対側（図３中の上側）へ向けた変形が規制されることから、配線部材１５は最も変形しやすい表面電極１４側（図３中の下側）へ向けて膨張する。このため、配線部材１５の厚み方向における熱膨張に伴って発生する下向きの圧力Ｐが表面電極１４の表面である接合面１４ａに作用する。この加圧に伴い、配線部材１５の接合面１５ｂおよび表面電極１４の接合面１４ａの微細な凹凸の峰同士が接触して潰れることにより、接合面１５ｂと接合面１４ａとの密着が進行する。
【００４４】
図４の接合界面の二次元モデルに示すように、接合開始の直後において、接合面１５ｂと接合面１４ａとの境界である接合界面Ｓｂには、ボイドＶｓが生じる。接合面１５ｂと接合面１４ａとの密着が進行することにより、やがて表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂにおいて原子の拡散が生じる。この原子の拡散には、表面拡散Ａｓ、界面拡散Ａｂ、および体積拡散Ａｖが含まれる。表面拡散Ａｓとは、ボイドＶｓの表面を経路とする拡散をいう。界面拡散Ａｂとは、接合界面Ｓｂを経路とする拡散をいう。体積拡散Ａｖとは、結晶内を経路とする拡散をいう。この原子の拡散（固相拡散）および接合界面Ｓｂ近傍のクリープ変形を通じて接合界面ＳｂのボイドＶｓが収縮あるいは消滅し、表面電極１４の接合面１４ａと配線部材１５の接合面１５ｂとの接合が進行する。すなわち、ボイドＶｓが収縮して消滅するにつれて、接合界面Ｓｂにおける実際には接合されていない部分の面積である見かけの接合面積が減少する一方、接合界面Ｓｂにおける実際に接合された部分の面積である真実接合面積が増加する。
【００４５】
制御装置２７は、接合界面Ｓｂの温度が目標温度Ｔ＊に達したとき、この状態を所定の加熱時間だけ継続する。これにより、接合界面Ｓｂ近傍のクリープ変形および原子の拡散によりボイドＶｓの収縮および消滅が進行する。このボイドＶｓの収縮および消滅の進行に伴い接合率が増加して、やがて目標とする接合率に達する。目標とする接合率がたとえば「１（最大値）」である場合、表面電極１４の接合面１４ａおよび配線部材１５の接合面１５ｂにおける狙いの接合範囲の全面にわたって完全に接合される。接合面１４ａ，１５ｂにおいて相互に接合された部分においては、接合開始の直後に存在していた接合界面Ｓｂは消滅している。
【００４６】
ここで、配線部材１５の形成材料である銅は、金、銀およびアルミニウムとともに、熱吸収率（熱輻射率）が鉄などと比べて非常に小さい金属材料の一つである。また、配線部材１５の厚みは製品仕様などに応じて設定されるところ、配線部材１５の厚みが厚くなるほど、レーザ光Ｌが照射される配線部材１５の表面から裏面への熱伝導に時間を要するため、配線部材１５と表面電極１４との接合界面Ｓｂが適切な温度に加熱されるまでに時間を要する。
【００４７】
そこで本実施の形態では、配線部材１５として厚板部材が採用される場合、前述した半導体モジュール１１の第１の製造方法に代えて、半導体モジュール１１の第２の製造方法により半導体モジュール１１を製造する。
【００４８】
つぎに、半導体モジュール１１の第２の製造方法を説明する。半導体モジュール１１の第２の製造方法は、第１の工程および第２の工程を有している。
図５に示すように、第１の工程では、厚板部材としての配線部材１５の表面に有底筒状の穴３１が設けられる。配線部材１５に穴３１が設けられることにより薄肉部３２が形成される。薄肉部３２とは、配線部材１５の厚みが部分的に薄い部分をいう。薄肉部３２の厚みｔ１は、配線部材１５における薄肉部３２を除いた部分の厚みｔ２よりも薄い。
【００４９】
穴３１は、配線部材１５が接合装置２１にセットされる前において、接合装置２１とは異なる他の加工装置によって形成される。穴３１は、配線部材１５の表面にレーザ光を照射することにより形成してもよいし、ドリルなどの刃具による除去加工を通じて形成してもよいし、治具あるいはパンチなどによる塑性加工を通じて形成してもよい。
【００５０】
穴３１は、配線部材１５の表面においてレーザ光Ｌが照射される部分であるレーザ照射領域１５ａに開口している。穴３１は、配線部材１５の表面を基準として接合面１５ｂの近傍位置まで延びている。穴３１は、表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂにおいて実際に固相拡散接合により接合されるべき狙いの接合範囲３３に対応する位置に設けられる。狙いの接合範囲３３は、実験あるいはシミュレーションにより求められる。
【００５１】
図６に示すように、基板１２および配線部材１５が載置面２２ａと規制部材２３とによって挟まれた状態において、規制部材２３を上（配線部材１５と反対側）からみたとき、穴３１は規制部材２３の孔２３ａの中央、すなわちレーザ照射領域１５ａの中央に位置している。また、基板１２および配線部材１５が載置面２２ａと規制部材２３とによって挟まれた状態において、規制部材２３を上からみたとき、配線部材１５に対する狙いの接合範囲３３の投影領域３４は、穴３１および薄肉部３２の内側、かつ中央に位置している。
【００５２】
つぎに、第２の工程では、まず接合装置２１の載置面２２ａに基板１２が半導体素子１３を上に向けた姿勢で載せられる。この後、半導体素子１３の表面電極１４に配線部材１５が穴３１を上に向けた姿勢で重ねられる。規制部材２３は初期位置Ｐ１に保持されている。この状態で、接合装置２１の動作が開始される。
【００５３】
図７に示すように、制御装置２７は、駆動装置２４を通じて規制部材２３を初期位置Ｐ１から規制位置Ｐ２へ移動させる。これにより、表面電極１４および配線部材１５の互いに離間する方向Ｄ１，Ｄ２への移動が規制される。
【００５４】
つぎに、制御装置２７は、レーザ装置２５を通じてレーザ光Ｌを配線部材１５における穴３１の底部、すなわち薄肉部３２へ向けて照射する。このとき、制御装置２７は、薄肉部３２におけるレーザ光Ｌが照射される部分が溶融しないようにレーザ装置２５の出力を制御する。制御装置２７は、たとえばレーザ光Ｌのエネルギ密度が配線部材１５の溶融に必要とされるエネルギ密度未満となるように、あるいは温度センサ２６を通じて検出される配線部材１５の表面におけるレーザ照射領域１５ａの表面温度が配線部材１５の融点を超えないように、レーザ装置２５の出力を調節する。
【００５５】
図７に網掛けで示すように、レーザ光Ｌが薄肉部３２に吸収されることにより薄肉部３２が加熱されるところ、この薄肉部３２に発生する熱は、穴３１の内底面でもある薄肉部３２の表面から裏面である配線部材１５の接合面１５ｂへ向けて伝達する。このとき、薄肉部３２で生じた熱は、薄肉部３２の厚みｔ１が配線部材１５の他の部分の厚みｔ２よりも薄く設定されている分だけ、より速く接合界面Ｓｂに伝わる。このため、配線部材１５として一定の厚みを有するものを採用する場合に比べて、配線部材１５と表面電極１４との接合界面Ｓｂにおける接合範囲３３の温度は、より速く目標温度Ｔ＊に達する。
【００５６】
配線部材１５は加熱による温度上昇に伴い熱膨張するところ、配線部材１５は、規制部材２３によって載置面２２ａと反対側へ向けた変形が規制される。このため、配線部材１５の厚み方向における熱膨張に伴って発生する下向きの圧力Ｐが表面電極１４の接合面１４ａに作用する。この加圧に伴い表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂにおいて生じる原子の拡散を通じて、表面電極１４と配線部材１５とが狙いの接合範囲３３において接合される。
【００５７】
＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）配線部材１５に設けられた薄肉部３２にレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌの照射を通じて薄肉部３２で生じる熱は、薄肉部３２の厚みｔ１が配線部材１５の他の部分の厚みｔ２よりも薄く設定されている分だけ、より速く接合界面Ｓｂに伝わる。このため、配線部材１５として一定の厚みを有するものを採用する場合に比べて、配線部材１５と表面電極１４との接合界面Ｓｂにおける接合範囲３３の温度は、より速く目標温度Ｔ＊に達する。したがって、表面電極１４と配線部材１５とを固相拡散を通じて接合する際、レーザ光Ｌの照射時間、ひいては表面電極１４と配線部材１５とを接合するために必要とされる時間を短縮することができる。また、レーザ装置２５の出力を増加させる必要もない。
【００５８】
（２）薄肉部３２は、配線部材１５の表面に穴３１を設けることにより簡単に形成することができる。
（３）配線部材１５と表面電極１４との接合に要する時間を短縮するために、配線部材１５に薄肉部３２を設けることに代えて、たとえばレーザ光Ｌのエネルギ密度をより高く設定することが考えられる。しかし、配線部材１５に高エネルギ密度のレーザ光Ｌが照射されるとき、配線部材１５におけるレーザ光Ｌが照射される部分が溶融し激しい蒸発が発生するところ、この蒸発に伴う金属蒸気が飛び出す反動力によって溶融した金属であるスパッタが飛散するおそれがある。
【００５９】
この点、本実施の形態によれば、レーザ光Ｌのエネルギ密度は、薄肉部３２におけるレーザ光Ｌが照射される部分を溶融させないレベルに設定される。薄肉部３２におけるレーザ光Ｌが照射される部分の溶融が抑えられるため、スパッタが飛散することを抑制できる。また、レーザ光Ｌのエネルギ密度を増加させることに代えて配線部材１５に薄肉部３２を設け、この薄肉部３２にレーザ光Ｌを照射することにより、配線部材１５と表面電極１４との接合界面をより迅速に加熱することができる。したがって、スパッタの発生を抑えつつ、配線部材１５と表面電極１４との接合に要する時間を短縮することができる。
【００６０】
（４）表面電極１４に対する配線部材１５の重ね合わせ方向からみて、配線部材１５に対する狙いの接合範囲３３の投影領域３４は、薄肉部３２の内側に位置している。このため、狙いの接合範囲３３の全体を迅速に加熱することができる。たとえば薄肉部３２が配線部材１５に対する狙いの接合範囲３３の投影領域３４の内側に位置するように設けられる場合、配線部材１５における薄肉部３２の周辺部分においては厚みが薄肉部の厚みよりも厚い分だけ熱が拡散しやすい。このため、狙いの接合範囲３３の全体が適切に加熱されるまでに時間を要することが懸念される。
【００６１】
（５）重ね合わせた２つの金属部材（１４，１５）の互いに離間する方向Ｄ１，Ｄ２への動きを規制した状態で２つの金属部材の接合界面Ｓｂに熱を与えることによって生じる金属部材の熱膨張による圧力を利用して２つの金属部材が接合される。金属部材の外部から接合界面Ｓｂを積極的に加圧することなく２つの金属部材を接合することができるため、金属部材の外部から接合界面Ｓｂを加圧するための加圧装置が不要である。接合装置２１には、加圧装置ではなく、規制部材２３を移動させる駆動装置２４が設けられるところ、この駆動装置２４は規制部材２３を移動させることができる程度の力を発生させるだけでよい。すなわち、加圧装置と異なり接合界面Ｓｂを加圧するための大きな力を発生させる必要がない。このため、駆動装置２４は、加圧装置に比べて体格を小さくすることができる。したがって、接合装置２１の体格を、加圧装置が設けられる接合装置の体格よりも小さくすることができる。
【００６２】
（６）載置面２２ａに重ねて置かれた２つの金属部材（１４，１５）に対して、最も上に位置する金属部材（１５）の表面に規制部材２３を接触させた状態に維持するだけで２つの金属部材の互いに離間する方向Ｄ１，Ｄ２への移動を規制することができる。また、接合装置２１の構成が複雑になることもない。
【００６３】
（７）規制部材２３には、配線部材１５の表面におけるレーザ照射領域１５ａに対応する孔２３ａが設けられている。このため、配線部材１５に対するレーザ光Ｌの照射を邪魔することなく、表面電極１４および配線部材１５の互いに離間する方向Ｄ１，Ｄ２への移動を規制することができる。
【００６４】
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・接合装置２１は、表面電極１４と配線部材１５との接合だけでなく、金属線材（ワイヤ）と基板１２上のパッド（電極）との接合、あるいは基板１２の表面にめっきなどにより成膜された金属と配線部材１５との接合など、種々の形状を有する金属部材同士を接合することが可能である。また、接合装置２１は、基板１２に設けられた金属部材としての半導体素子１３と、金属部材としての放熱部材（ヒートシンク）とを接合することもできる。固相拡散を利用した接合方法を実行することにより、半導体素子１３あるいは基板１２に対する熱的な影響を抑えつつ半導体素子と放熱部材とを接合することができる。
【００６５】
特に、配線部材１５に代えて、放熱部材と半導体素子１３の表面電極１４とを接合する場合、本実施の形態における第２の製造方法は好適である。すなわち、半導体素子１３の発熱量によるものの、放熱部材は必要とされる放熱効果を発揮すべくサイズが大型化することがある。放熱部材のレーザ照射方向における厚みが増大するほど、放熱部材の表面から裏面へ向けた熱伝導に時間を要する。この点、放熱部材に薄肉部３２を設け、その薄肉部３２にレーザ光Ｌを照射すれば、厚みが薄くされている分、放熱部材の裏面に熱が伝わりやすい。このため、放熱部材と表面電極との接合に要する時間を短縮することができる。
【００６６】
・接合対象の金属材料としては、金および銅のみならず、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、アルミシリコン合金（Ａｌ−Ｓｉ系）などの種々の金属材料を採用することができる。接合装置２１により、同種金属同士および異種金属同士を接合することが可能である。
【００６７】
・温度センサ２６に代えて、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａからの赤外線量、あるいはレーザ光Ｌの反射量を検出するセンサを採用してもよい。赤外線量およびレーザ光Ｌの反射量（レーザ光Ｌの吸収量）は、配線部材１５の表面温度と相関がある。このため、レーザ照射領域１５ａからの赤外線量およびレーザ光Ｌの反射量に基づき接合界面Ｓｂの温度を推定することができる。また、非接触式の温度センサ２６に代えて、接触式の温度センサを使用してもよい。接触式の温度センサは、たとえば規制部材２３の配線部材１５に対する接触面に設けたり、規制部材２３を配線部材１５に近づける際に配線部材１５に接触するように設けたりする。また、基板１２に接触式の温度センサを設けるようにしてもよい。
【００６８】
・温度センサ２６に代えて、圧力センサを使用してもよい。圧力センサは、配線部材１５の熱膨張による圧力を検出する。制御装置２７は、配線部材１５の熱膨張による圧力（加圧力）と接合率との関係をあらかじめ記憶していて、圧力センサにより検出される圧力が目標とする接合率に対応する値に達したとき、接合界面Ｓｂが目標とする接合率に対応する温度に達したと判定する。
【００６９】
・駆動装置２４の駆動源および伝達機構の構成あるいは種類（タイプ）によるものの、駆動装置２４が停止した状態で駆動源および伝達機構における接触運動を行う部分の摩擦力によって規制部材２３を規制位置Ｐ２に固定できる場合、駆動装置２４として規制部材２３を規制位置Ｐ２に固定するための固定機構を割愛した構成を採用してもよい。
【００７０】
・規制部材２３の孔２３ａの形状は、円形あるいは四角形などの適宜の形状が採用される。すなわち、レーザ光Ｌを通過させることができれば孔２３ａの形状は問わない。また、規制部材２３には、孔２３ａに代えて切り欠き（除去される部分）を設けてもよい。切り欠きは、規制部材２３の側縁からレーザ光Ｌの照射経路に対応する部分（たとえば規制部材２３の中央部分）にわたって設けられる。
【００７１】
・規制部材２３として、つぎの構成を採用してもよい。たとえば規制部材２３は、間隔をあけて配置された複数（たとえば２つ）の部材を備えてなる。この構成を採用する場合、２つの部材の間の隙間はレーザ光Ｌを通過させる通過部として機能し、これら２つの部材の間の隙間を通じて表面電極１４の表面（レーザ照射領域１５ａ）にレーザ光Ｌが照射される。
【００７２】
・接合装置２１として、表面電極１４と配線部材１５とを固相拡散接合する際、規制部材２３を介して表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂを配線部材１５の外部から加圧するようにしてもよい。この場合、接合装置２１には、駆動装置２４に代えて、あるいは駆動装置２４に加えて、配線部材１５の外部から接合界面Ｓｂを加圧するための加圧装置を設ける。また、加圧装置を設ける場合、規制部材２３を筒状の加圧ノズルとして設けてもよい。レーザ光Ｌは、加圧ノズルの内部を通過して配線部材１５の表面に照射される。
【００７３】
・表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂに固相拡散を発生させるための熱を与える加熱装置として、レーザ装置２５に代えて、電子ビームを照射する電子ビーム照射装置を採用してもよい。
【００７４】
・穴３１の形状として、円形に限らず、楕円、四角、三角および多角形などの適宜の形状を採用してもよい。すなわち、薄肉部３２が形成されるのであれば、穴３１の形状は問わない。また、穴３１ではなく、たとえば配線部材１５の表面に溝を設けることにより、薄肉部を形成するようにしてもよい。
【００７５】
・接合装置２１に穴３１の加工機能を持たせてもよい。たとえば、接合装置２１に穴開け専用のレーザ装置を設け、このレーザ装置を通じて配線部材１５の表面にレーザ光を照射することにより穴３１を形成してもよい。ちなみに、レーザ光を使用して穴３１を設ける場合、接合装置２１のレーザ装置２５を使用してもよい。また、接合装置２１にドリルなどの刃具を有する穴開け機構を設け、この穴開け機構による除去加工を通じて穴３１を形成してもよい。また、接合装置２１にパンチなどを有するプレス機構を設け、このプレス機構による塑性加工を通じて穴３１を形成してもよい。このように穴３１の加工を接合装置２１で行う場合、基板１２が接合装置２１の載置面２２ａに載置される前の段階で配線部材１５の表面に穴加工を施すことが好ましい。これは、穴加工に伴い飛散する溶融金属あるいは粉塵が基板１２に付着することを抑制するためである。
【００７６】
・２つの金属部材（１４，１５）の接合界面Ｓｂが溶融しなければ、配線部材１５の薄肉部３２の表面、あるいは穴３１の内部は溶融してもよい。このようにしても、接合界面Ｓｂは溶融することがないため、接合界面Ｓｂが適切な温度に加熱されることによって接合界面Ｓｂに固相拡散を適切に発生させることが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１２…基板、１３…半導体素子、１４…表面電極（金属部材）、１５…配線部材（金属部材）、１５ａ…レーザ照射領域（ビーム照射領域）、１４ａ，１５ｂ…接合面、２１…接合装置、２２…支持台、２２ａ…規制装置を構成する載置面、２３…規制装置を構成する規制部材、２３ａ…孔、２５…レーザ装置（加熱装置）、３１…穴、３２…薄肉部、２７…制御装置（制御回路）、３３…接合範囲、３４…投影領域、Ｌ…レーザ光（電磁波ビーム）、Ｓｂ…接合界面。
【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】
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【図７】
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