(57)【要約】【課題】２つの金属部材の接合強度を確保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２１は、反転装置３１および測定装置３２を有している。測定装置３２は、半導体素子１３の表面電極１４に重ね合わせられるかたちで供給される配線部材１５としてのリボン線１１５ａの形状を測定する。反転装置３１は、測定装置３２により測定されるリボン線１１５ａの形状が反りを有する形状である場合、リボン線１１５ａの凸側の側面が表面電極１４側を向かない姿勢であるとき、リボン線１１５ａが巻回されているリール１１５ｂの向きを反転させる。これにより、表面電極１４に重ね合わせられるかたちで供給されるリボン線１１５ａの姿勢がその凸側の側面が表面電極１４側を向く姿勢へ変更される。表面電極１４には配線部材１５（リボン線１１５ａ）がその凸側の側面の頂部を介して重ねられる。【選択図】図７
2020196031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせられる２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を前記加工位置にあらかじめ設置される他方の金属部材側へ向けて前記一方の金属部材を前記他方の金属部材に重ね合わせるかたちで供給する供給装置と、
重ね合わせた前記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一方の金属部材に対して前記他方の金属部材と反対側から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】
前記供給装置は、前記他方の金属部材に重ね合わせられるかたちで供給される前記一方の金属部材の形状を測定する測定装置と、
前記測定装置により測定される前記一方の金属部材の形状に応じて前記一方の金属部材の姿勢を変更する変更装置と、を有し、
前記変更装置は、前記測定装置により測定される前記一方の金属部材の形状が反りを有する形状である場合、前記一方の金属部材の凸側の側面が前記他方の金属部材側を向かない姿勢であるとき、前記一方の金属部材の姿勢をその凸側の側面が前記他方の金属部材側を向く姿勢へ変更する請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記加熱装置は、前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面において、前記一方の金属部材の凸側の側面の頂部に対応する位置へ向けて前記電磁波ビームを照射する請求項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つの金属部材を載置する載置面を有する支持台と、
前記載置面との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制部材と、を有し、
前記加熱装置は、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に対して前記規制部材を介して電磁波ビームを照射するものであって、
前記規制部材における少なくとも前記一方の金属部材の電磁波ビームが照射される領域に対応する部分には、前記電磁波ビームが透過する透過部が設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項５】
前記規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材を載置する載置面を有する支持台と、
前記載置面との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制部材と、を有し、
前記加熱装置は、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に対して前記規制部材を介して電磁波ビームを照射するものであって、
前記規制部材には、前記加熱装置から照射される電磁波ビームを通過させる孔が設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項６】
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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項７】
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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の接合装置。
【請求項８】
重ね合わせられる２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を前記加工位置にあらかじめ設置される他方の金属部材側へ向けて前記一方の金属部材を前記他方の金属部材に重ね合わせるかたちで供給する第１の工程と、
重ね合わせた前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する第２の工程と、
前記２つの金属部材の動きが規制された状態で前記一方の金属部材に対して前記他方の金属部材と反対側から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３の工程と、を有している接合体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程では、前記他方の金属部材に重ね合わせられるかたちで供給される前記一方の金属部材の形状を測定し、この測定される前記一方の金属部材の形状が反りを有する形状である場合、前記一方の金属部材の凸側の側面が前記他方の金属部材側を向かない姿勢であるとき、前記一方の金属部材の姿勢をその凸側の側面が前記他方の金属部材側を向く姿勢へ変更する請求項８に記載の接合体の製造方法。
【請求項１０】
前記第３の工程では、前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面において、前記一方の金属部材の凸側の側面の頂部に対応する位置へ向けて前記電磁波ビームを照射する請求項８または請求項９に記載の接合体の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の工程では、重ね合わせた前記２つの金属部材が載置される支持台の載置面と、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方の金属部材に接触する規制部材との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記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、
前記第３の工程では、前記規制部材における少なくとも前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の電磁波ビームが照射される領域に対応する部分に設けられた電磁波ビームを透過させるための透過部を介して前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に電磁波ビームを照射する請求項８〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の工程では、重ね合わせた前記２つの金属部材が載置される支持台の載置面と、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方の金属部材に接触する規制部材との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記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、
前記第３の工程では、前記規制部材に設けられた電磁波ビームを通過させるための孔を介して前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に電磁波ビームを照射する請求項８〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程では、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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する請求項８〜請求項１２のうちいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の工程では、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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する請求項８〜請求項１２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の接合方法では、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、筒状の加圧ノズルにより半導体素子表面の端子と配線との接合部を押圧する。この状態で、レーザ光を加圧ノズルの内部を通じて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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１の接合方法では、つぎのことが懸念される。すなわち、半導体素子表面の端子に接合される配線は、反りを有していることがある。そして、筒状の加圧ノズルは端子と配線との接合部の周縁部を押圧するものであるところ、配線の加圧ノズルに押圧される部分は端子に対して接合材を介して密着した状態に保たれる。しかし、配線の加圧ノズルに押圧されない部分においては、その配線の反った部分と端子との間に隙間が形成されるおそれがある。この場合、配線の反った部分は端子に対して接合材を介して密着した状態に保たれない。このため、端子と配線とが適切に接合されないことが懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、２つの金属部材の接合強度を確保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】
【０００６】
上記目的を達成し得る接合装置は、供給装置、規制装置、および加熱装置と、を有している。供給装置は、重ね合わせられる２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を前記加工位置にあらかじめ設置される他方の金属部材側へ向けて前記一方の金属部材を前記他方の金属部材に重ね合わせるかたちで供給する。規制装置は、重ね合わせた前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する。加熱装置は、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一方の金属部材に対して前記他方の金属部材と反対側から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。
【０００７】
この構成によれば、加熱装置からの電磁波ビームが一方の金属部材に吸収されることにより当該金属部材が加熱されるとともに、当該一方の金属部材に発生した熱は他方の金属部材へ向けて伝達する。これにより、２つの金属部材の接合界面（接合部分）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。また、電磁波ビームの照射を通じて一方の金属部材が熱膨張するところ、２つの金属部材の重ね合わせ方向への動きが規制装置によって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。
【０００８】
ここで、２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有している場合、その反りに起因して、２つの金属部材の接合強度が低下するおそれがある。たとえば、反りを有する一方の配線部材が加工位置にあらかじめ設置される他方の金属部材に重ね合わせられた場合、一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面が他方の金属部材側へ向いているとき、一方の金属部材の反った部分と他方の金属部材との間に隙間が形成される。この隙間により、２つの金属部材の接合界面が適切に密着あるいは加圧されないことが懸念される。
【０００９】
この点、上記の接合装置によれば、２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を他方の金属部材側へ向けて一方の金属部材が他方の金属部材に重ね合わせられる。すなわち、一方の金属部材はその凸側の側面の頂部を介して他方の金属部材に接触した状態に維持される。このため、電磁波ビームが照射される一方の金属部材の熱膨張に伴う加圧力が一方の金属部材の凸側の側面の頂部を介して他方の金属部材に対して作用する。これにより、一方の金属部材の凸側の側面の頂部と他方の金属部材との接触する部分でもある接合界面では、原子の拡散が適切に生じる。したがって、２つの金属部材を適切に接合すること、ひいては２つの金属部材の接合強度を確保することができる。
【００１０】
上記の接合装置において、前記供給装置は、前記他方の金属部材に重ね合わせられるかたちで供給される前記一方の金属部材の形状を測定する測定装置と、前記測定装置により測定される前記一方の金属部材の形状に応じて前記一方の金属部材の姿勢を変更する変更装置と、を有していてもよい。前記変更装置は、前記測定装置により測定される前記一方の金属部材の形状が反りを有する形状である場合、前記一方の金属部材の凸側の側面が前記他方の金属部材側を向かない姿勢であるとき、前記一方の金属部材の姿勢をその凸側の側面が前記他方の金属部材側を向く姿勢へ変更することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、反りを有する一方の金属部材の姿勢に応じて、その一方の金属部材の姿勢を接合に適した姿勢へ変更することができる。
上記の接合装置において、前記加熱装置は、前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面において、前記一方の金属部材の凸側の側面の頂部に対応する位置へ向けて前記電磁波ビームを照射することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、一方の金属部材の凸側の側面の頂部と他方の金属部材との接触する部分でもある接合界面に対して固相拡散を発生させるための熱を適切に与えることができる。
【００１３】
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つの金属部材を載置する載置面を有する支持台と、前記載置面との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制部材と、を有していてもよい。この場合、前記加熱装置は、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に対して前記規制部材を介して電磁波ビームを照射するものであることが好ましい。また、前記規制部材における少なくとも前記一方の金属部材の電磁波ビームが照射される領域に対応する部分には、前記電磁波ビームが透過する透過部が設けられていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、電磁波ビームは、規制部材に設けられた透過部を介して、２つの金属部材のうち載置面から遠い方に位置する一方の金属部材に照射される。このため、一方の金属部材に対する電磁波ビームの照射を邪魔することなく、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ことができる。
【００１５】
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つの金属部材を載置する載置面を有する支持台と、前記載置面との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する規制部材と、を有していてもよい。この場合、前記加熱装置は、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に対して前記規制部材を介して電磁波ビームを照射するものであることが好ましい。また、前記規制部材には、前記加熱装置から照射される電磁波ビームを通過させる孔が設けられていることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、電磁波ビームは、規制部材に設けられた孔を介して、２つの金属部材のうち載置面から遠い方に位置する一方の金属部材に照射される。このため、一方の金属部材に対する電磁波ビームの照射を邪魔することなく、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ことができる。
【００１７】
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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
上記目的を達成し得る接合体の製造方法は、第１の工程と、第２の工程と、第３の工程とを有している。第１の工程では、重ね合わせられる２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を前記加工位置にあらかじめ設置される他方の金属部材側へ向けて前記一方の金属部材を前記他方の金属部材に重ね合わせるかたちで供給する。第２の工程では、重ね合わせた前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制する。第３の工程では、前記２つの金属部材の動きが規制された状態で前記一方の金属部材に対して前記他方の金属部材と反対側から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。
【００２２】
上記の接合体の製造方法によれば、２つの金属部材のうち加工位置に供給される一方の金属部材が反りを有する場合、その反りを有する一方の金属部材の凸側の側面を他方の金属部材側へ向けて一方の金属部材が他方の金属部材に重ね合わせられる。すなわち、一方の金属部材はその凸側の側面の頂部を介して他方の金属部材に接触した状態に維持される。このため、電磁波ビームが照射される一方の金属部材の熱膨張に伴う加圧力が一方の金属部材の凸側の側面の頂部を介して他方の金属部材に対して作用する。これにより、一方の金属部材の凸側の側面の頂部と他方の金属部材との接触する部分でもある接合界面では、原子の拡散が適切に生じる。したがって、２つの金属部材を適切に接合すること、ひいては２つの金属部材の接合強度を確保することができる。
【００２３】
上記の接合体の製造方法において、前記第１の工程では、前記他方の金属部材に重ね合わせられるかたちで供給される前記一方の金属部材の形状を測定し、この測定される前記一方の金属部材の形状が反りを有する形状である場合、前記一方の金属部材の凸側の側面が前記他方の金属部材側を向かない姿勢であるとき、前記一方の金属部材の姿勢をその凸側の側面が前記他方の金属部材側を向く姿勢へ変更することが好ましい。
【００２４】
この接合体の製造方法によれば、反りを有する一方の金属部材の姿勢に応じて、その一方の金属部材の姿勢を接合に適した姿勢へ変更することができる。
上記の接合体の製造方法において、前記第３の工程では、前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面において、前記一方の金属部材の凸側の側面の頂部に対応する位置へ向けて前記電磁波ビームを照射することが好ましい。
【００２５】
この接合体の製造方法によれば、一方の金属部材の凸側の側面の頂部と他方の金属部材との接触する部分でもある接合界面に対して固相拡散を発生させるための熱を適切に与えることができる。
【００２６】
上記の接合体の製造方法において、前記第２の工程では、重ね合わせた前記２つの金属部材が載置される支持台の載置面と、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方の金属部材に接触する規制部材との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。この場合、前記第３の工程では、前記規制部材における少なくとも前記載置面から遠い方に位置する前記一方の金属部材の電磁波ビームが照射される領域に対応する部分に設けられた電磁波ビームを透過させるための透過部を介して前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に電磁波ビームを照射することが好ましい。
【００２７】
この接合体の製造方法によれば、電磁波ビームは、規制部材に設けられた透過部を介して、２つの金属部材のうち載置面から遠い方に位置する一方の金属部材に照射される。このため、一方の金属部材に対する電磁波ビームの照射を邪魔することなく、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ことができる。
【００２８】
上記の接合体の製造方法において、前記第２の工程では、重ね合わせた前記２つの金属部材が載置される支持台の載置面と、前記２つの金属部材のうち前記載置面から遠い方の金属部材に接触する規制部材との間で前記２つの金属部材を挟むことにより前記２つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。この場合、前記第３の工程では、前記規制部材に設けられた電磁波ビームを通過させるための孔を介して前記一方の金属部材の凸側の側面と反対側の側面に電磁波ビームを照射することが好ましい。
【００２９】
この接合体の製造方法によれば、電磁波ビームは、規制部材に設けられた孔を介して、２つの金属部材のうち載置面から遠い方に位置する一方の金属部材に照射される。このため、一方の金属部材に対する電磁波ビームの照射を邪魔することなく、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ことができる。
【００３０】
上記の接合体の製造方法において、前記第２の工程では、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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００３１】
この接合体の製造方法によれば、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。
【００３２】
上記の接合体の製造方法において、前記第２の工程では、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つの金属部材の重ね合わせ方向における動きを規制するようにしてもよい。
【００３３】
この接合体の製造方法によれば、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。
【発明の効果】
【００３４】
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強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】接合装置の第１の実施の形態により２つの部品が接合されてなる接合体の半導体モジュールの正面図。
【図２】接合装置の第１の実施の形態の概略構成を示す構成図。
【図３】第１の実施の形態における接合体の第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】第１の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】（ａ）はリールに巻回された状態のリボン線の斜視図、（ｂ）はリボン線の繰り出し側の端部をその幅方向に直交する方向から見た端面図。
【図６】第１の実施の形態において、反りを有する配線部材の凹側が接合面となる態様で表面電極に重ね合わせられた状態を示す接合装置の要部断面図。
【図７】第１の実施の形態において、配線部材の供給装置を含めて示す接合装置の構成図。
【図８】（ａ）は第１の実施の形態におけるリールの第１の向きを示す正面図、（ｂ）は第１の実施の形態におけるリールの第２の向きを示す正面図。
【図９】第１の実施の形態において、リボン線の形状を測定する方法を示すリボン線の断面図。
【図１０】第１の実施の形態において、反りを有する配線部材の凸側が接合面となる態様で表面電極に重ね合わせられた状態を示す接合装置の要部断面図。
【図１１】第１の実施の形態において、配線部材に対するレーザ照射位置を調整した状態で配線部材にレーザ光を照射する様子を示す接合装置の要部断面図。
【図１２】第１の実施の形態において、レーザ加熱に伴い平板状の配線部材が反った状態を示す接合装置の要部断面図。
【図１３】第２の実施の形態において、接合装置に２つの部材が重ね合わせた状態でセットされた状態を示す接合装置の要部断面図。
【図１４】第３の実施の形態において、接合装置に２つの部材が重ね合わせた状態でセットされた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】
【００３６】
＜第１の実施の形態＞
以下、接合装置および接合体の製造方法の第１の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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。ちなみに、基板１２および配線部材１５は、載置面２２ａに対する位置として定められる加工位置Ｐ１０に位置する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の表面におけるレーザ照射領域１５ａの表面温度を非接触で検出する。レーザ照射領域１５ａは、配線部材１５の表面においてレーザ光Ｌが照射される領域であって、規制部材２３の孔２３ａから露出する。レーザ照射領域１５ａは、電磁波ビームが照射されるビーム照射領域に相当する。
【００４５】
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（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（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
つぎに、半導体モジュール１１の基本的な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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、すなわち接合界面Ｓｂの温度Ｔ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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（空隙）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（結晶格子）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。
【００５４】
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と配線部材１５の接合面１５ｂとが、それら接合面１４ａ，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接合範囲に対応する部分においては、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。
【００５５】
このように、接合装置２１によれば、表面電極１４と配線部材１５とを固相状態のまま原子の拡散を利用して接合することができる。しかし、接合装置２１においては、配線部材１５の形状に起因して、つぎのようなことが懸念される。
【００５６】
図５（ａ）に示すように、配線部材１５としてリボン線１１５ａが使用されることがある。リボン線１１５ａとは、帯状あるいは平板状の薄地の導線をいう。リボン線１１５ａは、リール１１５ｂに巻回された状態で運搬あるいは接合装置２１にセットされる。リボン線１１５ａは、たとえば断面が円形の金属線材がローラによって圧延されることにより形成される。このため、図５（ｂ）に示すように、リボン線１１５ａは弓なりに反っていることがある。したがって、反りを有するリボン線１１５ａが配線部材１５として使用される場合、その配線部材１５の反りに起因して、表面電極１４と配線部材１５との接合強度が低下するおそれがある。理由は、つぎの通りである。
【００５７】
図６に示すように、反りを有する配線部材１５が表面電極１４に重ねられた場合、配線部材１５の凹側の側面（図６中の下面）が表面電極１４側へ向いているとき、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａと対応する部分と表面電極１４との間に隙間が形成される。このため、表面電極１４の表面である接合面１４ａに作用する加圧力、すなわち配線部材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が弱くなる。その結果、配線部材１５の接合面１５ｂと表面電極１４の接合面１４ａとの密着が適切に進行せず、表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂにおける原子の拡散も生じにくくなる。したがって、表面電極１４と配線部材１５との接合強度が低下すること、あるいは表面電極１４と配線部材１５との接合強度が安定しないことが懸念される。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、接合装置２１として、つぎの構成を採用している。
図７に示すように、接合装置２１は、供給装置３０を有している。供給装置３０は、配線部材１５としてのリボン線１１５ａが反りを有する場合、そのリボン線１１５ａの凸側の側面を半導体素子１３の表面電極１４側へ向けてリボン線１１５ａを表面電極１４に重ね合わせるかたちで供給する。供給装置３０は、反転装置３１、測定装置３２、および搬送装置３３を有している。
【００５９】
反転装置３１は、リボン線１１５ａが巻回されたリール１１５ｂが装着されている。反転装置３１は、図示しない繰り出し機構を有し、その繰り出し機構の動作を通じてリボン線１１５ａをリール１１５ｂから繰り出す。また、反転装置３１は、制御装置２７からの指令に基づきリール１１５ｂの向きを反転させる。反転装置３１は、リール１１５ｂの向きを、図８（ａ）に示される第１の向きＤ１１と、図８（ｂ）に示される第２の向きＤ１２との間で切り替える。第１の向きＤ１１は、リボン線１１５ａの繰り出し側の端部が図８中の右側に位置する向きである。第２の向きＤ１２は、リボン線１１５ａの繰り出し側の端部が図８中の左側に位置する向きである。
【００６０】
測定装置３２は、リール１１５ｂから繰り出されるリボン線１１５ａの形状を測定する。図９に示すように、測定装置３２は、リール１１５ｂから繰り出されるリボン線１１５ａの表面に対する測定用のレーザ光Ｌｍの照射を通じて、非接触でリボン線１１５ａの輪郭をなぞることによってリボン線１１５ａの形状を測定する。
【００６１】
搬送装置３３は、リール１１５ｂから繰り出されるリボン線１１５ａを支持台２２へ向けて案内しつつ、その案内されるリボン線１１５ａを支持台２２の載置面２２ａに載置された基板１２上の半導体素子１３の表面電極１４に重ね合わせるかたちで供給する。
【００６２】
＜接合装置の動作＞
つぎに、このように構成した接合装置２１の動作を説明する。ただし、接合装置２１の載置面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。規制部材２３は、初期位置Ｐ１に保持されている。
【００６３】
まず、反転装置３１の図示しない繰り出し装置の動作を通じて、リボン線１１５ａがリール１１５ｂから繰り出される。測定装置３２は、リール１１５ｂから繰り出されるリボン線１１５ａの表面にレーザ光Ｌｍを照射することにより、リボン線１１５ａの形状を測定する。制御装置２７は、測定装置３２を通じて測定されるリボン線１１５ａの形状に応じて、反転装置３１を動作させるかどうかを判定する。
【００６４】
制御装置２７は、リボン線１１５ａが平板状であって反りを有さない場合、反転装置３１を動作させない。また、制御装置２７は、リボン線１１５ａが反りを有する場合であっても、リボン線１１５ａを現状の向きのまま支持台２２へ供給したとき、リボン線１１５ａの凸側の側面が表面電極１４側を向くのであれば、反転装置３１を動作させない。これに対し、制御装置２７は、リボン線１１５ａが反りを有する形状であって、リボン線１１５ａを現状の向きのまま支持台２２へ供給した場合、リボン線１１５ａの凹側の側面が表面電極１４側を向くとき、反転装置３１を動作させる。制御装置２７は、反転装置３１を通じてリール１１５ｂの向きを、第１の向きＤ１１から第２の向きＤ１２へ、あるいは第２の向きＤ１２から第１の向きＤ１１へ反転させる。これにより、リボン線１１５ａが支持台２２へ供給された場合、リボン線１１５ａの凸側の側面が表面電極１４側を向く。
【００６５】
リール１１５ｂから繰り出されるリボン線１１５ａは、搬送装置３３によって支持台２２へ向けて案内されつつ、配線部材１５として半導体素子１３の表面電極１４に重ね合わせられる。この状態で、配線部材１５（＝リボン線１１５ａ）と表面電極１４との接合が行われる。ここでは、配線部材１５が反りを有している場合を想定する。
【００６６】
図１０に示すように、反りを有する配線部材１５の凸側の側面は、表面電極１４側を向いている。また、配線部材１５は、その凸側の側面の頂部Ｐ３において表面電極１４に接している。配線部材１５の凸側の側面は、表面電極１４に対する接合面１５ｂとして機能する。
【００６７】
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。このとき、配線部材１５の凹側の側面において頂部Ｐ３に対応する部分は、規制部材２３の孔２３ａから露出している。
【００６８】
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におけるレーザ照射領域１５ａの頂部Ｐ３に対応する部分へ向けて照射する。このレーザ光Ｌが配線部材１５に吸収されることによって配線部材１５が加熱されて熱膨張するところ、配線部材１５はその頂部Ｐ３を介して表面電極１４に接触した状態に維持されている。このため、表面電極１４の表面である接合面１４ａに対する加圧力、すなわち配線部材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、配線部材１５の頂部Ｐ３を介して表面電極１４の接合面１４ａに対して適切に作用する。この適切な加圧に伴い、配線部材１５の接合面１５ｂにおける接合部分である頂部Ｐ３と、表面電極１４の接合面１４ａとの密着が適切に進行することによって、配線部材１５における頂部Ｐ３と表面電極１４との接合界面Ｓｂにおける原子の拡散も適切に生じる。したがって、表面電極１４と配線部材１５との接合強度が確保される。
【００６９】
ちなみに、配線部材１５としてのリボン線１１５ａの反りの状態は、たとえばリール１１５ｂに巻回されるリボン線１１５ａを１単位とするとき、その単位ごとに異なることが考えられる。このため、配線部材１５の頂部Ｐ３の位置も、配線部材１５として使用するリボン線１１５ａに応じて異なることが考えられる。そこで、配線部材１５と表面電極１４とを接合するに際して、つぎのようにしてもよい。
【００７０】
図１１に示すように、配線部材１５の頂部Ｐ３の位置に合わせてレーザ光Ｌの照射位置を変更する。この場合、レーザ装置２５を支持台２２の載置面２２ａに沿って移動自在に設ける。また、接合装置２１には、レーザ装置２５を移動させるための駆動装置３４を設ける。制御装置２７は、測定装置３２を通じて検出される配線部材１５としてのリボン線１１５ａの形状に基づき配線部材１５における頂部Ｐ３の位置を認識する。制御装置２７は、駆動装置３４を通じて頂部Ｐ３に対応する位置へレーザ装置２５を移動させる。このようにすれば、配線部材１５の頂部Ｐ３の位置に応じてレーザ装置２５の位置を変更することにより、配線部材１５の頂部Ｐ３に対応する部分に対してレーザ光Ｌを適切に照射することができる。なお、図１１では、駆動装置３４からレーザ装置２５への動力伝達を破線で示す。
【００７１】
また、配線部材１５と表面電極１４とを接合する際、レーザ光Ｌが配線部材１５に吸収されることによって配線部材１５が加熱されて熱膨張するところ、このレーザ加熱による熱膨張に伴い配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分が規制部材２３の孔２３ａの内方（図１０または図１１における上方）へ向けて反ろうとすることがある。
【００７２】
この点、本実施の形態では、反りを有する配線部材１５はその頂部Ｐ３を介して表面電極１４に支持されている。このため、配線部材１５の頂部Ｐ３に対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて反ったとしても、配線部材１５は自重により表面電極１４へ向けて移動しようとするため、頂部Ｐ３は表面電極１４の表面に接触した状態に保たれる。すなわち、配線部材１５の頂部Ｐ３に対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて反った場合において、配線部材１５の頂部Ｐ３と表面電極１４との間に隙間が形成されることが抑制される。このため、表面電極１４の接合面１４ａに対する加圧力、すなわち配線部材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、頂部Ｐ３を介して表面電極１４の接合面１４ａに対して適切に作用する。
【００７３】
ちなみに、配線部材１５における頂部Ｐ３に対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて反った場合、この反り量に応じて頂部Ｐ３が表面電極１４と反対側へ向けてわずかながらにも変位することが考えられる。前述したように、配線部材１５の自重によって頂部Ｐ３は表面電極１４の表面に対して接触した状態に保たれる。このため、配線部材１５の頂部Ｐ３が表面電極１４と反対側へ向けて変位したとき、頂部Ｐ３の変位量に応じて配線部材１５と規制部材２３との接触状態が解除されるおそれがある。
【００７４】
このことを踏まえ、配線部材１５の表面電極１４側へ向けた位置変化に規制部材２３を追従させるようにしてもよい。たとえば規制部材２３の表面電極１４と反対側へ向けた移動を規制しつつ、規制部材２３の表面電極１４側へ向けた移動のみが許容されるように駆動装置２４を構成する。規制部材２３は、自重により配線部材１５の変位に追従するようにしてもよいし、駆動装置２４の動作を通じて配線部材１５の変位に追従するようにしてもよい。
【００７５】
このようにすれば、配線部材１５の頂部Ｐ３に対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて変位することに起因して配線部材１５が表面電極１４側へ変位した場合であれ、配線部材１５と規制部材２３との接触状態が維持される。これにより、熱膨張に伴う配線部材１５の表面電極１４と反対側へ向けた変形が規制部材２３によって適切に規制される。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圧力Ｐが、配線部材１５の頂部Ｐ３を介して表面電極１４の表面に対して適切に作用する。
【００７６】
＜第１の実施の形態の効果＞
したがって、第１の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）リボン線１１５ａが反りを有する場合、リボン線１１５ａの凸側の側面が表面電極１４に対する接合面１５ｂとなるようにリボン線１１５ａの向きが変更される。そのうえで、リボン線１１５ａが配線部材１５として表面電極１４に重ね合わせられる。この状態で、規制部材２３によって配線部材１５の表面電極１４から離れる方向への移動を規制しつつ配線部材１５がレーザ加熱されることにより、配線部材１５と表面電極１４とが接合される。このとき、反りを有する配線部材１５は頂部Ｐ３を介して表面電極１４に支持された状態に保たれる。すなわち、配線部材１５の頂部Ｐ３は、表面電極１４の表面に接触した状態に維持されることにより、配線部材１５の熱膨張に伴う加圧力が頂部Ｐ３を介して表面電極１４に対して適切に作用する。このため、配線部材１５の頂部Ｐ３と表面電極１４との接合界面Ｓｂでは原子の拡散が適切に生じる。したがって、配線部材１５の頂部Ｐ３と表面電極１４とを適切に接合すること、ひいては表面電極１４と配線部材１５との接合強度を確保することができる。また、表面電極１４と配線部材１５との接合強度が安定化する。
【００７７】
（２）配線部材１５が反りを有する場合、配線部材１５はその凸側の側面が表面電極１４に対する接合面１５ｂとなる向きで、表面電極１４に重ね合わせられる。このため、レーザ加熱による配線部材１５の熱膨張に伴い、配線部材１５が表面電極１４と反対側へ向けて反った場合であれ、配線部材１５は頂部Ｐ３を介して表面電極１４に支持された状態に保たれる。すなわち、配線部材１５の頂部Ｐ３と表面電極１４との間に隙間が形成されにくく、配線部材１５の頂部Ｐ３は表面電極１４の表面に接触した状態に維持される。配線部材１５の熱膨張に伴う加圧力が配線部材１５の頂部Ｐ３を介して表面電極１４に対して適切に作用するため、頂部Ｐ３と表面電極１４との接合界面Ｓｂでは原子の拡散が適切に生じる。したがって、配線部材１５の頂部Ｐ３と表面電極１４とを適切に接合すること、ひいては表面電極１４と配線部材１５との接合強度を確保することができる。
【００７８】
（３）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。このため、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。また、駆動装置２４はレーザ装置２５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く、接合界面Ｓｂを外部から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の体格の大型化を抑えることができる。
【００７９】
（４）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。
【００８０】
（５）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。
【００８１】
＜第２の実施の形態＞
つぎに、接合装置および接合体の製造方法の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、規制部材２３の構成の点で先の第１の実施の形態と異なる。
【００８２】
配線部材１５としてのリボン線１１５ａが反りを有さない平板状である場合、規制部材２３がレーザ光Ｌを通過させるための孔２３ａを有することに起因して、つぎのようなことが懸念される。
【００８３】
図１２に示すように、レーザ光Ｌが配線部材１５に吸収されることによって配線部材１５が加熱されて熱膨張するところ、配線部材１５の厚みなどによっては、レーザ加熱による熱膨張に伴い配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分が規制部材２３の孔２３ａの内方（図１２中の上方）へ向けて反るおそれがある。これは、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分は、規制部材２３の孔２３ａに対応していることにより、載置面２２ａと反対側へ向けた変形が規制されないからである。そして、配線部材１５が反ることに伴い、配線部材１５の反りが発生した部分、すなわち配線部材１５におけるレーザ照射領域１５ａと対応する部分と表面電極１４との間に隙間が形成されることもある。
【００８４】
このため、配線部材１５が反ることによって、表面電極１４の表面である接合面１４ａに作用する加圧力、すなわち配線部材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が弱くなる。その結果、配線部材１５の接合面１５ｂと表面電極１４の接合面１４ａとの密着が適切に進行せず、表面電極１４と配線部材１５との接合界面Ｓｂにおける原子の拡散も生じにくくなる。したがって、表面電極１４と配線部材１５との接合強度が低下することが懸念される。ちなみに、配線部材１５の反りは、配線部材１５の厚みが薄くなるほど発生しやすい。
【００８５】
そこで、本実施の形態では、配線部材１５として薄板部材が採用されることを想定して、接合装置２１として、つぎの構成を採用している。ちなみに、薄板部材とは、レーザ光Ｌの照射を通じて加熱したとき、反りが発生する蓋然性が高いとされる薄い厚みを有する金属板材をいう。
【００８６】
図１３に示すように、規制部材２３は、透過部材６１を有している。透過部材６１は、規制部材２３の孔２３ａの内部に固定されている。透過部材６１は、孔２３ａにおける載置面２２ａ側（図１３中の下側）の開口部を塞いでいる。透過部材６１は、サファイヤ、ダイヤモンド、フッ化カルシウム、炭化ケイ素（ＳｉC）、およびシリコン(Sｉ)などのレーザ光Ｌを透過する材料により平板状に設けられている。透過部材６１の厚みは、規制部材２３の厚みよりも薄く設定されている。透過部材６１の底面（図１３中の下面）と規制部材２３の底面とは面一、すなわち段差のない状態に設けられている。透過部材６１は、電磁波ビームが透過する透過部に相当する。ちなみに、規制部材２３は、透過部材６１と異なる材料により形成されている。規制部材２３は、たとえば炭素鋼あるいはステンレス鋼などの金属材料により平板状に設けられている。
【００８７】
さて、表面電極１４と配線部材１５とを接合する際には、半導体素子１３が設けられた基板１２および配線部材１５を規制部材２３と支持台２２の載置面２２ａとで挟むことにより、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への移動を規制する。このとき、規制部材２３の底面における孔２３ａの周縁部分は、配線部材１５におけるレーザ照射領域１５ａの周縁部分に接触した状態に維持される。また、透過部材６１は、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに接触した状態に維持される。この状態で、レーザ光Ｌが規制部材２３の孔２３ａおよび透過部材６１を介して配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに照射される。
【００８８】
レーザ光Ｌが配線部材１５に吸収されることによって配線部材１５が加熱されて熱膨張するところ、たとえば配線部材１５として薄板部材が採用される場合、レーザ加熱による熱膨張に伴い配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分が規制部材２３の孔２３ａの内方（図１３中の上方）へ向けて反ろうとする。しかし、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分は、透過部材６１によって孔２３ａの内方へ向けて変形することが規制される。すなわち、配線部材１５におけるレーザ照射領域１５ａと対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて反ること、ひいては配線部材１５におけるレーザ照射領域１５ａと対応する部分と表面電極１４との間に隙間が形成されることが抑制される。
【００８９】
ちなみに、透過部材６１の厚みは、規制部材２３全体の厚みと同じであってもよいし、規制部材２３全体の厚みより厚くてもよい。また、透過部材６１は、規制部材２３の孔２３ａに充填されるかたちで設けられてもよい。また、規制部材２３の孔２３ａの形状として、テーパ面を割愛した形状を採用してもよい。
【００９０】
したがって、第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態における（１）〜（５）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（６）規制部材２３の孔２３ａには、レーザ光Ｌを透過する透過部材６１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、すなわち表面電極１４および配線部材１５の互いに重ね合わせられた方向への移動を規制することができる。
【００９１】
（７）また、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分は、規制部材２３の透過部材６１によって表面電極１４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がレーザ光Ｌの照射により加熱された場合、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａと対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて反ることが抑制される。
【００９２】
＜第３の実施の形態＞
つぎに、接合装置および接合体の製造方法の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、透過部材が設けられる位置の点で、先の第２の実施の形態と異なる。
【００９３】
図１４に示すように、表面電極１４と配線部材１５とを接合する際、配線部材１５と規制部材２３との間には透過部材６２が介在される。透過部材６２のサイズは、少なくとも規制部材２３の孔２３ａにおける載置面２２ａ側（図１４中の下側）の開口部を覆って塞ぐことができる程度のサイズに設定される。レーザ光Ｌは、規制部材２３の孔２３ａを通過するとともに透過部材６２を透過して配線部材１５の表面におけるレーザ照射領域１５ａに照射される。ちなみに、透過部材６２は、規制部材２３の下面に固定してもよいし、固定しなくてもよい。
【００９４】
したがって、本実施の形態によれば、先の第２の実施の形態の（６），（７）と同様の効果を得ることができる。すなわち、レーザ光Ｌは透過部材６２を透過するため、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への移動を規制することができる。また、透過部材６２によって、配線部材１５のレーザ照射領域１５ａに対応する部分が表面電極１４と反対側へ向けて変形すること、あるいは反ることを抑制することができる。
【００９５】
＜他の実施の形態＞
なお、前記各実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【００９６】
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【００９７】
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【００９８】
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【００９９】
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【０１００】
・第１〜第３の実施の形態において、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、たとえば規制部材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）までの間にわたって設けられる。ただし、第６および第７の実施の形態において、透過部材６１，６２の形状は、孔２３ａあるいは切り欠きの形状に合わせて適宜設定すればよい。
【０１０１】
・第１〜第３の実施の形態において、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を、間隔をあけて配置された複数（たとえば２つ）の部材として構成する。これら規制部材２３としての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。ただし、先の図１３および図１４に示される第２および第３の実施の形態において、透過部材６１，６２は、規制部材２３を構成する複数の部材の間の隙間を埋めるかたちで設ける。このようにしてもレーザ光Ｌは透過部材６１，６２を透過して配線部材１５の表面に照射される。
【０１０２】
・第１〜第３の実施の形態において、規制部材２３の形状は、平板状でなくてもよい。たとえば、規制部材２３を筒状に設けてもよい。レーザ光Ｌは、筒状の規制部材２３の内部を通って配線部材１５の表面に照射される。ただし、先の図１３および図１４に示される第２および第３の実施の形態において、透過部材６１，６２は、筒状の規制部材２３における配線部材１５側の開口部を塞ぐかたちで設けられる。レーザ光Ｌは、筒状の規制部材２３の内部を通り透過部材６１，６２を透過して配線部材１５の表面に照射される。
【０１０３】
・先の図１３および図１４に示される第２および第３の実施の形態において、透過部材を含めるかたちで規制部材２３の全体を、レーザ光Ｌを透過する材料により形成してもよい。
【０１０４】
・第１〜第３の実施の形態において、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。この場合、レーザ光Ｌは加圧ノズルの内部を通って配線部材１５の表面に照射される。
【０１０５】
・第１〜第３の実施の形態において、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。
【符号の説明】
【０１０６】
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）、３０…供給装置、３１…反転装置（変更装置）、３２…測定装置、３３…搬送装置、６１，６２…透過部材（透過部）、Ｌ…レーザ光（レーザビーム、電磁波ビーム）、Ｐ１０…加工位置、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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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