(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力半導体装置を構成する電力半導体素子の電極パッドの表面に、板状金属導体であるリード端子を接合するための超音波接合方法であって、
前記リード端子の接合面と、前記電極パッドの表面との間に突出当接部を介在させる第１ステップと、
前記第１ステップにより前記突出当接部を介在させた状態で、被加振ツールにより、前記接合面とは反対面である反接合面を押圧しながら前記リード端子を超音波振動によって加振することで、前記リード端子と前記電極パッドを、前記突出当接部を介在させた状態で超音波接合する第２ステップと、
を備え、
前記突出当接部は、前記被加振ツールの端面の長手寸法と、前記電極パッドの表面に対する前記突出当接部の接合面の傾斜角の正弦値との積である傾斜寸法に対応した所定厚さ以上の厚みを有し、かつ前記電極パッドの引張強度は、前記突出当接部の引張強度の２倍以上の高い引張強度を有する
超音波接合方法。
【請求項２】
前記第２ステップにより、前記リード端子の前記反接合面を押圧しながら超音波振動によって加振する際に、
押圧力を検出する圧力センサの値をモニタし、前記反接合面を押圧する際の押圧力が所定の制限圧力未満となるように制御する第３ステップと、
前記反接合面の押圧開始後における押圧移動量を検出する深度センサの値をモニタし、前記深度センサにより検出された前記押圧移動量が所定閾値を超過する場合には異常と判定する第４ステップと
をさらに備える
請求項１に記載の超音波接合方法。
【請求項３】
前記第２ステップにより、前記リード端子の前記反接合面を押圧しながら超音波振動によって加振する際に、
押圧力を検出する圧力センサの値をモニタし、前記反接合面を押圧する際の押圧力が所定の制限圧力未満となるように制御する第３ステップと、
前記反接合面の押圧開始後における押圧移動量を検出する深度センサの値をモニタし、前記深度センサにより検出された前記押圧移動量の増加に伴って変化する押圧力の増加の度合が、所定の閾値レベル度合を満たさない場合には異常と判定する第４ステップと
をさらに備える
請求項１に記載の超音波接合方法。
【請求項４】
前記突出当接部は、薄膜部材であり、
前記第１ステップにおいて、前記リード端子の前記接合面に前記薄膜部材を、少なくとも１個の仮接合用突起部が設けられている仮止用の被加振ツールを用いてあらかじめ仮接合することにより、前記リード端子の前記接合面と、前記電極パッドの表面との間に前記突出当接部を介在させ、
前記第２ステップにおいて、前記仮接合用突起部とは異なる位置に突起部が設けられている全体接合用の被加振ツールを用いて、前記仮接合することにより形成された硬化接合痕とは異なる位置を押圧しながら前記リード端子を超音波振動によって加振する
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波接合方法。
【請求項５】
前記突出当接部は、薄膜部材であり、
前記リード端子は、少なくとも１個の貫通孔を備え、
前記第１ステップにおいて、吸着搬送機構を用いて、前記リード端子を吸着するとともに、前記貫通孔を通して前記薄膜部材を吸着することにより、前記突出当接部上に前記リード端子が載置された状態で前記電極パッドの表面に搬送することにより、前記リード端子の前記接合面と、前記電極パッドの表面との間に前記突出当接部を介在させ、
前記第２ステップにおいて、前記貫通孔とは異なる位置に突起部が設けられている前記被加振ツールを用いて、前記貫通孔とは異なる位置を押圧しながら前記リード端子を超音波振動によって加振する
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波接合方法。
【請求項６】
前記リード端子は、純銅又は銅系合金で形成されており、
前記薄膜部材は、厚さが１５０〜４００μｍの純アルミニウム又はアルミニウム系合金で形成されている
請求項４又は請求項５に記載の超音波接合方法。
【請求項７】
前記リード端子は、純アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されており、
前記突出当接部は、前記リード端子の一部領域を打出しプレス加工することにより凹状の打出し平面部を有するように形成され、前記打出し平面部の打出し高さが１５０〜４００μｍである
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波接合方法。
【請求項８】
電力半導体装置を構成する電力半導体素子の電極パッドの表面に、板状金属導体であるリード端子を接合するための超音波接合装置であって、
前記リード端子の接合面と、前記電極パッドの表面との間に突出当接部を介在させた状態で、前記接合面とは反対面である反接合面を押圧する被加振ツールと、
前記被加振ツールが前記反接合面を押圧する際に、前記被加振ツールに対して、超音波振動を加えることにより、前記被加振ツールを加振する超音波発生源と、
前記被加振ツールが前記反接合面を押圧する際に、前記被加振ツールを押圧する押圧機構と
を備え、
前記突出当接部は、前記被加振ツールの端面の長手寸法と、前記電極パッドの表面に対する前記突出当接部の接合面の傾斜角の正弦値との積である傾斜寸法に対応した所定厚さ以上の厚みを有し、かつ前記電極パッドの引張強度は、前記突出当接部の引張強度の２倍以上の高い引張強度を有する
超音波接合装置。
【請求項９】
前記押圧機構は、
前記被加振ツールが前記リード端子の前記反接合面を押圧する際に、前記被加振ツールを押圧する昇降押圧駆動源と、
前記被加振ツールが前記リード端子の前記反接合面を押圧する際の押圧力を検出する圧力センサと、
前記被加振ツールによる前記反接合面の押圧開始後における押圧移動量を検出する深度センサと
を有し、
前記昇降押圧駆動源、前記圧力センサおよび前記深度センサの動作を制御する駆動制御ユニットと、
前記超音波発生源の動作を制御する電源ユニットと
をさらに備え、
前記駆動制御ユニットは、前記圧力センサが検出した前記押圧力が所定の制限圧力未満となるように前記昇降押圧駆動源を制御するとともに、前記深度センサが検出した前記押圧移動量が所定閾値を超過する場合には異常と判定し、
前記電源ユニットは、前記被加振ツールの押圧開始時を基準として、前記超音波発生源に供給された給電電力の時間積分値である累積出力が所定の判定閾値に達した場合に、前記超音波発生源の動作を停止する
請求項８に記載の超音波接合装置。
【請求項１０】
前記駆動制御ユニットは、前記深度センサが検出した前記押圧移動量の増加に伴って、前記圧力センサが検出した前記押圧力の増加の度合が、所定の閾値レベル度合を満たさない場合には異常と判定する
請求項９に記載の超音波接合装置。
【請求項１１】
前記突出当接部は、薄膜部材であり、
前記被加振ツールとして、
少なくとも１個の仮接合用の突起部が設けられている仮止用の被加振ツールと、
前記仮止用の被加振ツールに設けられている前記仮接合用の突起部とは異なる位置に全体接合用の突起部が設けられている全体接合用の被加振ツールと
をさらに備え、
前記仮止用の被加振ツールを用いて、前記リード端子の前記接合面に前記突出当接部をあらかじめ仮接合することにより、前記リード端子の前記接合面と、前記電極パッドの表面との間に前記突出当接部を介在させ、
前記全体接合用の被加振ツールを用いて、前記リード端子を超音波振動によって加振する
請求項８から１０のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項１２】
前記突出当接部は、薄膜部材であり、
前記リード端子は、少なくとも１個の貫通孔を備え、
前記リード端子を吸着するとともに、前記貫通孔を通して前記薄膜部材を吸着することにより、前記突出当接部上に前記リード端子が載置された状態で前記電極パッドの表面に搬送することにより、前記リード端子の前記接合面と、前記電極パッドの表面との間に前記突出当接部を介在させる吸着搬送機構をさらに備え、
前記被加振ツールは、前記貫通孔とは異なる位置に全体接合用の突起部が設けられている全体接合用の被加振ツールとなっており、前記全体接合用の被加振ツールを用いて、前記リード端子を超音波振動によって加振する
請求項８から１０のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項１３】
前記リード端子は、純アルミニウム又はアルミニウム系合金で形成されており、
前記突出当接部は、前記リード端子の一部領域を打出しプレス加工することによって、凹状の打出し平面部を有するように形成することにより、前記リード端子の前記接合面と、前記電極パッドの表面との間に前記突出当接部を介在させ、
前記被加振ツールとして、全体接合用の突起部が設けられている全体接合用の被加振ツールを備え、
前記全体接合用の被加振ツールを用いて、前記リード端子を超音波振動によって加振する
請求項８から１０のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力半導体素子の電極パッドに対して、平角金属導体などで形成されるリード端子を接合する場合に、電極パッドとリード端子との接合面積を大きくすることのできる超音波接合方法及び超音波接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力半導体素子の電極パッドに対して、リード端子を超音波接合する技術の一例として、接続導体（リード端子）を銅又はアルミニウム金属リード端子として、リード中腹に変位吸収構造を設け、金属リード端部に低熱膨張材を接合するか、電極パッド／リード間に多層構造の応力緩衝部材を挿入して、接合界面において発生する熱応力が疲労限界より小さくなるようにしながら接合する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
なお、特許文献１に記載の従来技術において、具体的には、低熱膨張材として、厚さ０．２ｍｍのモリブデン、リード端子として、厚さ０．２ｍｍの銅が用いられる。さらに、超音波接合面となる電極パッドには厚さ１μｍのアルミニウムが蒸着され、モリブデンの接合表面には厚さ７μｍのアルミニウムが蒸着されている。
【０００４】
また、別例として、銅を主成分とする接合部材（例えば、リード端子）と、被接合部材（例えば、電力半導体素子の電極面）との接合面間に錫を主成分とする錫層を介在させる。そして、この錫層を挟んだ状態において、常温で接合部材に超音波振動を与えることにより、接合部材を被接合部材に圧接して接合する技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
なお、特許文献２に記載の従来技術において、具体的には、接合面の一方にメッキ又は蒸着される錫層の厚さが１〜５μｍの場合に、接合面積が１〜２５ｍｍ２である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−０６４２５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術では、実使用環境におけるヒートサイクルの影響により接合界面の疲労破壊が発生しないようにその耐力を向上させるために、前述したように、厚さが１μｍ及び７μｍのアルミ蒸着膜が超音波接合の接合当接面となっている。
【０００８】
また、例えば、接合面の寸法が５ｍｍ×５ｍｍであって、一対の接合面の間に１度の傾斜が発生している場合を想定すると、超音波が印加される被加振ツールを被接合部材上に位置する接合部材に押圧したときに、以下のような現象が発生する。すなわち、被加振ツールが接合面の全体に当たらず、一方側に片当たりが発生し、他方側には、約９０μｍ（＝（５ｍｍ×π／１８０）×１０００）の隙間が発生すると考えられる。また、一般的にアルミニウムの引張強度は、９０（Ｎ／ｍｍ２）であるのに対して、モリブデンの引張強度は、アルミニウムと比べて５倍以上大きな値である。
【０００９】
従って、前述したような現象が発生する場合、すなわち、接合面の押圧圧力（押圧力）分布が偏在して、過度な圧力が集中する場合に、引張強度が低強度のアルミ部分が変形するので、電極パッドが破損する問題がある。なお、接合面積が小さい場合に電極に大きな電流を流すと（接合面の電流密度を上げると）、温度上昇が増大するとともに、接合面に発生する熱応力も増大する。そのため、接合面積を大きくしようとすると、より顕著にこのような問題が発生してしまう。
【００１０】
また、特許文献２に記載の従来技術では、前述したように、接合面の一方に厚さが１〜５μｍの錫層設けることにより、接合面の損傷が発生することなく、接合面積の増大を可能としている。しかしながら、錫の融点は、銅及びアルミニウムと比べて、圧倒的に低い（具体的には、銅の１／４．７、アルミニウムの１／２．８）ので、高温使用環境に耐えられないという問題点があった。
【００１１】
また、錫の電気抵抗は、銅及びアルミニウムと比べて、圧倒的に大きい（具体的には、銅の６．８倍、アルミニウムの４．１倍）ので、通電電流による温度上昇が大きくなり、低融点の錫が溶融するという問題点があった。
【００１２】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電力半導体素子の電極パッドと、リード端子とを接合する際の接合面積を大きくした場合に、電極パッドの損傷が発生することを抑制することができるとともに、温度上昇と熱応力の発生を抑制することができる超音波接合方法及び超音波接合装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明における超音波接合方法は、電力半導体装置を構成する電力半導体素子の電極パッドの表面に、板状金属導体であるリード端子を接合するための超音波接合方法であって、リード端子の接合面と、電極パッドの表面との間に突出当接部を介在させる第１ステップと、第１ステップにより突出当接部を介在させた状態で、被加振ツールにより、接合面とは反対面である反接合面を押圧しながらリード端子を超音波振動によって加振することで、リード端子と電極パッドを、突出当接部を介在させた状態で超音波接合する第２ステップと、を備え、突出当接部は、被加振ツールの端面の長手寸法と、電極パッドの表面に対する突出当接部の接合面の傾斜角の正弦値との積である傾斜寸法に対応した所定厚さ以上の厚みを有し、かつ電極パッドの引張強度は、突出当接部の引張強度の２倍以上の高い引張強度を有するものである。
【００１４】
また、本発明における超音波接合装置は、電力半導体装置を構成する電力半導体素子の電極パッドの表面に、板状金属導体であるリード端子を接合するための超音波接合装置であって、リード端子の接合面と、電極パッドの表面との間に突出当接部を介在させた状態で、接合面とは反対面である反接合面を押圧する被加振ツールと、被加振ツールが反接合面を押圧する際に、被加振ツールに対して、超音波振動を加えることにより、被加振ツールを加振する超音波発生源と、被加振ツールが反接合面を押圧する際に、被加振ツールを押圧する押圧機構とを備え、突出当接部は、被加振ツールの端面の長手寸法と、電極パッドの表面に対する突出当接部の接合面の傾斜角の正弦値との積である傾斜寸法に対応した所定厚さ以上の厚みを有し、かつ電極パッドの引張強度は、突出当接部の引張強度の２倍以上の高い引張強度を有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電力半導体素子の電極パッドに接合されるリード端子の接合面に、電極パッドの表面に対する突出当接部の接合面の傾斜により生じる隙間の影響を受けない所定厚さ以上の厚みを有し、かつ電極パッドの引張強度よりも低い引張強度を有する突出当接部を介在させた状態で、リード端子の接合面の反対面から被加振ツールを押圧しながら加振することにより超音波接合を行う。これにより、電力半導体素子の電極パッドと、リード端子とを接合する際の接合面積を大きくした場合に、電極パッドの損傷が発生することを抑制することができるとともに、温度上昇と熱応力の発生を抑制することができる超音波接合方法及び超音波接合装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１において、電力半導体素子の電極パッドにリード端子を超音波接合した場合の電力半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における仮接合工程作業に対応した超音波接合装置の全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置の全体構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における超音波接合装置の被加振ツールを示した説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、電力半導体素子の電極パッドにリード端子を超音波接合した場合の電力半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置の全体構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、突出当接部及びリード端子を搬送するための搭載中継治具の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、搬送された突出当接部及びリード端子を超音波接合するための組立接合治具の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３において、電力半導体素子の電極パッドにリード端子を超音波接合した場合の電力半導体装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の超音波接合方法及び超音波接合装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
実施の形態１．
（１）構成・動作の詳細な説明
はじめに、本実施の形態１における超音波接合装置を用いて、電力半導体素子の電極パッドに板状金属導体を超音波接合した場合の電力半導体装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１において、電力半導体素子２０の電極パッド２１にリード端子２３Ａを超音波接合した場合の電力半導体装置１０Ａの断面図である。なお、以降では、具体的に例示して説明するために、電力半導体素子がパワートランジスタであり、リード端子が平角金属導体を用いて形成されている場合を想定して説明する。
【００１９】
この図１における電力半導体装置１０Ａは、放熱金属板１１、回路基板１２、大電流回路パターン１３、出力端子１４、信号回路パターン１５、小電力半導体素子１６、ボンディングワイヤ１７、信号端子１８、封止樹脂１９、電力半導体素子２０、電極パッド２１、突出当接部２２Ａ及びリード端子２３Ａを備える。
【００２０】
また、この図１において、放熱金属板１１の上面には、絶縁層（図示せず）を介して、回路基板１２が搭載される。なお、回路基板１２として、例えば、セラミック材等が用いられる。さらに、回路基板１２には、大電流回路パターン１３及び信号回路パターン１５が設けられる。
【００２１】
回路基板１２に設けられた大電流回路パターン１３の上には、出力端子１４及び電力半導体素子２０が半田接続される。なお、電力半導体素子２０として、例えば、パワートランジスタ等が用いられる。また、回路基板１２に設けられた複数の信号回路パターン１５の上には、小電力半導体素子１６が半田接続される。なお、小電力半導体素子１６は、例えば、監視制御回路部として用いられる。
【００２２】
複数の信号端子１８は、ボンディングワイヤ１７を介して、複数の信号回路パターン１５のそれぞれに接続される。また、電力半導体素子２０の上面には、電極パッド２１が設けられる。リード端子２３Ａは、突出当接部２２Ａを介して、この電極パッド２１に対して、超音波接合される。さらに、電力半導体装置１０Ａにおけるこれらの構成部は、熱硬化性樹脂である封止樹脂１９によって、一体成形されている。なお、出力端子１４、複数の信号端子１８及びリード端子２３Ａのそれぞれの一端は、封止樹脂１９の外部に露出する（図１では、露出部１４ａ、１８ａ、２４として示される）。
【００２３】
なお、電極パッド２１の引張強度は、突出当接部２２Ａの引張強度よりも大きくしており、特に、突出当接部２２Ａの引張強度の２倍以上であることが好ましい。また、リード端子２３Ａは、純銅又は銅系合金であり、突出当接部２２Ａは、厚さ１５０μｍ〜４００μｍの純アルミニウム又はアルミニウム系合金であることが好ましい。
【００２４】
ここで、具体的には、リード端子２３Ａは、例えば、厚さ０．６ｍｍの純銅又は銅合金であり、突出当接部２２Ａは、例えば、厚さ０．２ｍｍの純アルミニウム又はアルミニウム合金の薄膜部材である。また、電極パッド２１は、例えば、シリコンチップの表面にメッキ又は蒸着された、厚さ１μｍのニッケル、銅、モリブデン又は金あるいはこれ等の合金による薄膜である。
【００２５】
なお、アルミニウムの引張強度は、９０（Ｎ／ｍｍ２）であり、ニッケル、銅、モリブデンは、アルミニウムと比べて、それぞれ３．８３倍、２．１７倍、５．７２倍の引張強度を有する。また、アルミニウムの電気抵抗率は、２８．２（ｎΩ・ｍ）であり、ニッケル、銅、モリブデンは、アルミニウムと比べて、それぞれ２．４６、０．６０、２．２５倍の電気抵抗率を有する。
【００２６】
従って、突出当接部２２Ａとして、例えば、アルミ箔を使用すると、銅製のリード端子２３Ａを電極パッド２１に直接接合させる場合に比べて大幅に引張強度が低くなり、接合時に押圧力の偏在があれば、アルミ箔が変形して電極パッド２１が損傷し難いことになる。
【００２７】
すなわち、接合時に押圧力の偏在があっても、電極パッド２１と比べて引張強度が低いアルミ箔のような突出当接部２２Ａが変形することにより押圧力が緩和されるので、過大な圧力集中による電極パッド２１の破損を防止することができる。また、電極パッド２１の破損を防止することができることによって、大電流が流れる電力半導体素子２０における面積の広い電極パッド２１に対して、リード端子２３Ａとの接合面を大きくすることができるという効果も得ることができる。これにより、単位面積あたりの通電電流を下げて、接合面の温度上昇と熱応力の発生を抑制することができる。
【００２８】
その反面、銅製のリード端子２３Ａよりも電気抵抗が大きくなるが、アルミ箔（突出当接部２２Ａ）の厚さをリード端子２３Ａの厚さ以下の寸法にすることにより、リード端子２３Ａの、全体の電気抵抗の中で占める抵抗の増加率は小さく、実害のないものとなる。  
【００２９】
次に、本実施の形態１における超音波接合装置を用いて、突出当接部２２Ａと、リード端子２３Ａとを仮接合する場合について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における仮接合工程作業に対応した超音波接合装置１００Ａの全体構成図である。
【００３０】
ここでは、この図２における超音波接合装置１００Ａの構成部及び動作手順について説明する。この図２における超音波接合装置１００Ａは、第一部分から第四部分までの４つの構成部によって構成されている。
【００３１】
第一部分は、保護シート１０２が貼付された基台１０１と、基台１０１と一体化された背骨及び天板（図示せず）によって構成された側面形状がコの字形の静止機構と、静止機構に設けられた後述する可動部及び駆動部とから構成される。
【００３２】
第二部分は、基台１０１に貼付した保護シート１０２の上面に搭載された仮接合用治具１０３から構成される。また、図２において、仮接合用治具１０３に、突出当接部２２Ａと、リード端子２３Ａとが、既に搬入搭載された状態が示されている。
【００３３】
第三部分は、突出当接部２２Ａ及びリード端子２３Ａを仮置治具（図示せず）から仮接合用治具１０３に搬入載置し、さらに、仮接合用治具１０３から取出する搬送装置（図示せず）から構成される。
【００３４】
第四部分は、基台１０１の近隣に設置された全体制御盤（図示せず）から構成される。また、全体制御盤は、後述する電源ユニット１７０及び駆動制御ユニット１９０を包含する。
【００３５】
第一部分における可動部である加振機構１５０は、支持部材１５１、超音波発生源１５２、超音波ホーン１５３、被加振ツール１３０及びねじ１３１を有する。また、支持部材１５１は、図２に示すように、二股アーム状の形状であり、超音波発生源１５２及び共鳴体である超音波ホーン１５３は、支持部材１５１の開放端位置に固定される。さらに、被加振ツール１３０は、支持部材１５１の一端にねじ１３１で固定される。
【００３６】
また、超音波ホーン１５３は、支持部材１５１の一端を矢印１５４の方向に加振し（超音波振動を加え）、後述する押圧機構１６０は、加振機構１５０の全体を上下に昇降するとともに、矢印１５５の方向に加振機構１５０を介して押圧することにより、被加振ツール１３０の先端部を、リード端子２３Ａの反接合面に圧接する（押圧する）。なお、被加振ツール１３０の先端部の詳細については、後述する。
【００３７】
第一部分における駆動部である押圧機構１６０は、昇降押圧駆動源１６１、圧力センサ１６２及び深度センサ１６３を有する。押圧機構１６０に連結された昇降押圧駆動源１６１は、例えば、昇降動作を行うサーボモータと、押圧動作を行うエアシリンダとを複合したものから構成されており、全体制御盤に含まれる駆動制御ユニット１９０によって、昇降速度及び押圧力の制御が行われる。
【００３８】
また、押圧機構１６０に設けられる圧力センサ１６２は、被加振ツール１３０がリード端子２３Ａを圧接する際の両者間の押圧力を測定し、深度センサ１６３は、被加振ツール１３０が押圧開始後に移動する際の移動量である押圧移動量を測定する。なお、この押圧移動量は、リード端子２３Ａに対して、被加振ツール１３０の先端部が押圧する際のリード端子２３Ａに潜り込む深度である押圧深度に対応する。
【００３９】
また、全体制御盤に含まれる電源ユニット１７０は、超音波発生源１５２に給電するとともに、超音波発生源１５２に対する給電電圧を制御する。
【００４０】
第三部分における搬送装置は、突出当接部２２Ａ及びリード端子２３Ａを、仮置治具から仮接合用治具１０３に順次搬入する。
【００４１】
駆動制御ユニット１９０に含まれる昇降制御手段は、仮接合用治具１０３に突出当接部２２Ａ及びリード端子２３Ａが搬入された場合に、押圧機構１６０を介して、被加振ツール１３０を下降させる。
【００４２】
駆動制御ユニット１９０に含まれる押圧力制御手段は、圧力センサ１６２によって検出された被加振ツール１３０の押圧力が所定の目標圧力（所定の制限圧力未満）となるように、昇降押圧駆動源１６１に対する押圧力の制御指令を発生する。
【００４３】
電源ユニット１７０に含まれる累積出力制限手段は、被加振ツール１３０の押圧開始時を基準として、超音波発生源１５２に供給された給電電力（ワット）の時間積分値である累積出力（ジュール）が所定の判定閾値に達した場合に、給電電圧（出力電圧）の発生を停止する。これにより、突出当接部２２Ａ及びリード端子２３を仮接合するための超音波接合が完了したこととなる。
【００４４】
また、駆動制御ユニット１９０に含まれる昇降制御手段は、超音波接合が完了したことに伴って、押圧機構１６０を介して、被加振ツール１３０を上昇させる。そして、搬送装置は、突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａを仮接合用治具１０３から搬出する（取出する）。以上のような一連の動作を繰返しながら、リード端子２３Ａに対して突出当接部２２Ａを仮接合する仮接合工程である前工程作業が行われる。
【００４５】
次に、本実施の形態１における超音波接合装置を用いて、突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａを、電力半導体素子２０の電極パッド２１に接合する場合について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置１００Ａの全体構成図である。
【００４６】
ここでは、この図３における超音波接合装置１００Ａの構成部及び動作手順について、図２との相違点を中心にして説明する。この図３における超音波接合装置１００Ａは、第一部分から第四部分までの４つの構成部によって構成されており、そのうち、第一部分及び第四部分は、図２の場合と同様である。
【００４７】
但し、第一部分における被加振ツール１４０は、仮接合用の被加振ツール１３０に代わって、ねじ１４１によって支持部材１５１に固定されている。また、被加振ツール１４０の先端部は、被加振ツール１３０の先端部とは異なる。このように、被加振ツール１３０を被加振ツール１４０に取り替えるだけで基本的には同じ設備が利用できる。なお、被加振ツール１４０の先端部の詳細については、後述する。
【００４８】
第二部分は、基台１０１に貼付した保護シート１０２の上面に搭載された組立接合治具１０４から構成される。また、図３において、組立接合治具１０４に、電力半導体素子２０が搭載された回路基板１２を含む未完成状態の電力半導体装置１０Ａと、突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａとが、既に搬入搭載された状態が示されている。
【００４９】
第三部分は、未完成状態の電力半導体装置１０Ａ及び突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａを仮置治具（図示せず）から組立接合治具１０４に搬入載置し、さらに、組立接合治具１０４から取出する搬送装置（図示せず）から構成される。
【００５０】
第三部分における搬送装置は、未完成状態の電力半導体装置１０Ａ及び突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａを、仮置治具から組立接合治具１０４に順次搬入する。
【００５１】
駆動制御ユニット１９０に含まれる昇降制御手段は、組立接合治具１０４に未完成状態の電力半導体装置１０Ａ及び突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａが搬入された場合に、押圧機構１６０を介して、被加振ツール１４０を下降させる。
【００５２】
駆動制御ユニット１９０に含まれる押圧力制御手段は、圧力センサ１６２によって検出された被加振ツール１４０の押圧力が所定の目標圧力（所定の制限圧力未満）となるように、昇降押圧駆動源１６１に対する押圧力の制御指令を発生する。
【００５３】
電源ユニット１７０に含まれる累積出力制限手段は、被加振ツール１４０の押圧開始時を基準として、超音波発生源１５２に供給された給電電力（ワット）の時間積分値である累積出力（ジュール）が所定の判定閾値に達した場合に、給電電圧（出力電圧）の発生を停止する。また、これにより、未完成状態の電力半導体装置１０Ａにおける電極パッド２１及び突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａを接合するための超音波接合が完了したこととなる。このように１回の超音波接合に要する累積出力が制限されるので、過剰な押圧力及び押圧深度と、過剰な超音波エネルギーとによって、電極パッドが損傷するのを防止することができる。
【００５４】
また、駆動制御ユニット１９０に含まれる昇降制御手段は、超音波接合が完了したことに伴って、押圧機構１６０を介して、被加振ツール１４０を上昇させる。そして、搬送装置は、リード端子２３Ａが接合された電力半導体装置１０Ａを搬出する（取出する）。以上のような一連の動作を繰返しながら、電力半導体素子２０の電極パッド２１に対し、突出当接部２２Ａを介在させた状態で、リード端子２３Ａを超音波接合する組立接合工程である後工程作業が行われる。
【００５５】
また、リード端子２３Ａが接合された電力半導体装置１０Ａには、先の図１で示すように、複数の信号端子１８がボンディングワイヤ１７によって接続され、続いて、封止樹脂１９によって一体成形されることにより、完成品として、電力半導体装置１０Ａが作製される。
【００５６】
なお、本実施の形態１では、前工程において、突出当接部２２Ａと、リード端子２３Ａを仮接合する場合を例示して説明したが、これに限定されない。すなわち、仮接合を行わずに、突出当接部２２Ａを介在させた状態で、電極パッド２１及びリード端子２３Ａを超音波接合してもよい。なお、この具体例としては、後の実施の形態２で後述する。
【００５７】
次に、先の図２及び図３における超音波接合装置の被加振ツール１３０、１４０について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１における超音波接合装置１００Ａの被加振ツール１３０、１４０を示した説明図である。また、図４（Ａ）は、先の図２における仮接合用の被加振ツール１３０の端面図を示し、図４（Ｂ）は、仮接合用の被加振ツール１３０、突出当接部２２Ａ及びリード端子２３Ａの断面図を示す。さらに、図４（Ｃ）は、先の図３における全体接合用の被加振ツール１４０の端面図を示し、図４（Ｄ）は、全体接合用の被加振ツール１４０、突出当接部２２Ａが仮接合されたリード端子２３Ａ、及び電力半導体素子２０の電極パッド２１の断面図を示す。
【００５８】
図４（Ａ）に示すように、仮接合用の被加振ツール１３０の端面は、矩形形状を成し、この端面には、球面形状の仮接合用突起部１３２が２個設けられている。また、図４（Ｂ）に示すように、被加振ツール１３０の仮接合用突起部１３２が突出当接部２２Ａ上のリード端子２３Ａの反接合面に当接することにより、当接した位置に対応して、超音波接合される（仮接合される）。さらに、仮接合用突起部１３２が当接した位置には、硬化接合痕が形成される。
【００５９】
なお、仮接合用突起部１３２の表面形状は、どのような形状であってもよく、特に、球状または錐状が好ましい。また、仮接合用突起部１３２の個数は、少なくとも１個あればよいが、仮接合する際の硬化接合痕を考慮すると、可能な限り少ない方が好ましい。
【００６０】
例えば、厚さ１５０μｍ〜４００μｍの純アルミニウム又はアルミニウム系合金であることが好ましい突出当接部２２Ａのさらに好ましい具体例として、突出当接部２２Ａが０．２ｍｍ以上の厚さで、平面積が１０ｍｍ×１０ｍｍ以下のアルミ箔である場合を例示する。この場合には、仮接合用突起部１３２の個数が１個であっても、リード端子２３Ａに仮接合された突出当接部２２Ａが捲れ落ちることはない。従って、電気抵抗が小さく大電流の通電に適するとともに、突出当接部２２Ａの仮接合点（仮接合した点）を１点にしても、突出当接部２２Ａが自重で変形して捲れることがなく、電極パッド２１に対する接合点数を増大させることができる。
【００６１】
また、図４（Ｃ）に示すように、全体接合用の被加振ツール１４０の端面は、矩形形状を成し、この端面には、球面形状の突起部１４２が複数個設けられている。なお、突起部１４２の表面形状は、仮接合用突起部１３２と同様に、どのような形状であってもよく、特に、球状または錐状が好ましい。
【００６２】
さらに、突起部１４２は、仮接合用の被加振ツール１３０の端面に設けられた仮接合用突起部１３２に対応した位置から外れる位置に設けられる。すなわち、突起部１４２がこのような位置に設けられることにより、後工程では、前工程で仮接合する際に形成される硬化接合痕がある位置とは異なる位置で接合することになるので、この硬化接合痕によって、電極パッド２１の表面が損傷するのを防止することができる。また、前述したように、仮接合用突起部１３２の個数が少なければ、電極パッド２１に対する接合点数を増大させることができる。
【００６３】
また、図４（Ｄ）に示すように、突出当接部２２Ａと、電極パッド２１とが当接する際の当接面に対する傾斜角は、管理された所定の許容誤差θ以下の値となっている。なお、この傾斜角（所定の許容誤差θ以下の値）は、被加振ツール１４０の直角度の誤差、及び電力半導体素子２０を回路基板１２に半田接続した際の半田の厚さの不均一性による平行度の誤差などが原因となっている。
【００６４】
ここで、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、傾斜角を所定の許容誤差θ、被加振ツール１４０の押圧面（端面）の長手寸法をＬとして、一端の突起部（ここでは、図４（Ｃ）における突起部１４２とする）が片当たりしている場合を想定する。この場合、一端の突起部１４２以外の他端の突起部に対応した位置では、突出当接部２２Ａと、電極パッド２１との間に隙間が生じる。すなわち、電極パッド２１の表面に対する突出当接部２２Ａの接合面の傾斜により隙間が生じる。
【００６５】
また、突出当接部２２Ａと、電極パッド２１との間に生じる隙間の最大値（以降では、傾斜寸法ΔＴと称す）は、下式（１）によって定義付けられる。
【００６６】
ΔＴ＝Ｌ×ｓｉｎθ                                                    （１）  
【００６７】
ここで、例えば、Ｌ＝１０ｍｍ、θ＝±１度とした場合、上式（１）によって算出すれば、傾斜寸法ΔＴは、±０．１７４（ｍｍ）となる。また、突出当接部２２Ａの、電極パッド２１との間に生じる隙間の影響を受けない所定厚さ（以降では、単に所定厚さと称す）は、傾斜寸法ΔＴに基づいて適切に決定することができ、この場合においては、所定厚さは、１７４μｍとなる。従って、このように決定した所定厚さ以上の突出当接部２２Ａを用いればよく、例えば、０．２ｍｍ以上の厚さのアルミ箔を突出当接部２２Ａとして、用いることが好ましい。このように、傾斜寸法ΔＴよりも大きい所定厚さを有する突出当接部２２Ａを用いることにより、突出当接部２２Ａと、電極パッド２１との間に生じた隙間の影響を最小限に抑制することができる。
【００６８】
従って、電極パッド２１面の平行度のバラツキまたは被加振ツール１４０の押圧方向のバラツキに起因した接合時における押圧力分布の偏在または片当たりがあっても、電極パッド２１と比べて引張強度が低く、所定厚さ以上の突出当接部２２Ａが変形するので、過大な圧力集中による電極パッド２１の破損を防止することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態１における超音波接合装置１００Ａの駆動制御ユニット１９０には、深度測定手段、最大深度制限手段及び異常発生報知手段が含まれるように構成してもよい。
【００７０】
この場合、深度測定手段は、深度センサ１６３によって測定される押圧移動量を監視する。また、異常発生報知手段は、深度測定手段が監視した押圧移動量が所定閾値を超過すると、異常判定を行って異常報知を行うとともに、超音波接合装置１００Ａの作動を停止する。
【００７１】
従って、被加振ツール１４０の押圧方向と、電極パッド２１の表面との直角度が、許容誤差を越えて過大である場合、押圧力が所定の目標圧力であっても、押圧移動量が所定閾値を超過すると、異常が検出され報知される。これにより、直角度の許容誤差を過度に厳しい管理水準にしなくても、例外的に発生する異常現品を抽出除外して、歩留まりを向上させることができる。
【００７２】
また、本実施の形態１における超音波接合装置１００Ａの駆動制御ユニット１９０に含まれる異常発生報知手段は、以下のような動作を行ってもよい。
【００７３】
すなわち、異常発生報知手段は、深度測定手段が監視した押圧移動量の増加に伴って、圧力センサ１６２によって測定される押圧力の増加の度合が、所定の閾値レベル度合を満たさない場合に、傾斜寸法ΔＴが過大として、異常判定を行う。
【００７４】
従って、被加振ツール１４０の押圧方向と、電極パッド２１の表面との直角度が、許容誤差を越えて過大である場合、押圧力の増加の度合が、所定の閾値レベル度合を満たさない場合に、異常が検出され報知される。これにより、直角度の許容誤差を過度に厳しい管理水準にしなくても、例外的に発生する異常現品を抽出除外して、歩留まりを向上させることができる。
【００７５】
（２）本実施形態１の要点及び特徴
以上、本実施の形態１によれば、電力半導体素子の電極パッドに接合される板状金属導体の接合面に、所定厚さ以上であり、電極パッドの引張強度よりも低強度の突出当接部を介在させた状態で、板状金属導体の接合面の反対面から被加振ツールを押圧しながら加振することにより超音波接合を行う。
【００７６】
これにより、電極パッド面の平行度のバラツキまたは被加振ツールの押圧方向のバラツキに起因した接合時における押圧力分布の偏在または片当たりがあっても、電極パッドと比べて引張強度が低く、所定厚さ以上の突出当接部が変形するので、過大な圧力集中による電極パッドの破損を防止することができる。また、電力半導体素子の電極パッドと、板状金属導体とを接合する際の接合面積を大きくした場合に、電極パッドの損傷が発生することを抑制することができるとともに、接合面の電流密度が下がることにより温度上昇と熱応力の発生を抑制することができる。
【００７７】
実施の形態２．
（１）構成・動作の詳細な説明
先の実施の形態１では、超音波接合装置１００Ａを用いて、電力半導体素子２０の電極パッド２１にリード端子２３Ａを超音波接合する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、超音波接合装置１００Ｂを用いて、電極パッド２１にリード端子２３Ａとは異なるリード端子２３Ｂが超音波接合される場合について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態２において、電力半導体素子２０の電極パッド２１にリード端子２３Ｂを超音波接合した場合の電力半導体装置１０Ｂの断面図である。
【００７８】
この図５における電力半導体装置１０Ｂは、先の図１と同様に、放熱金属板１１、回路基板１２、大電流回路パターン１３、出力端子１４、信号回路パターン１５、小電力半導体素子１６、ボンディングワイヤ１７、信号端子１８、封止樹脂１９、電力半導体素子２０、電極パッド２１、突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂを備えて構成される。
【００７９】
また、電極パッド２１、突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂの材質及び厚さ寸法は、先の実施の形態１で説明した具体例と同様である。但し、リード端子２３Ｂは、リード端子２３Ａと比べて、突出当接部２２Ｂを吸着搬送するための少なくとも１個の貫通孔２５をさらに備えている（図５では、具体例として、貫通孔２５が２個ある）。すなわち、突出当接部２２Ｂは、リード端子２３Ｂに具備される貫通孔２５を通して吸着されることとなる。
【００８０】
次に、本実施の形態２における超音波接合装置１００Ｂを用いて、突出当接部２２Ｂが介在された状態で、リード端子２３Ｂを電極パッド２１に接合する場合について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態２における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置１００Ｂの全体構成図である。なお、ここでは、この図６における超音波接合装置１００Ｂの構成部について、先の図３との相違点を中心にして説明する。
【００８１】
この図６における超音波接合装置１００Ｂは、先の図３と同様に、第一部分から第四部分までの４つの構成部から構成されている。但し、第一部分における被加振ツール１４０の押圧端面には、先の実施の形態１（先の図４参照）と同様に、複数個の突起部１４２が設けられているが、突起部１４２は、後述するリード端子２３Ｂの貫通孔２５に対応した位置から外れる位置に設けられる。
【００８２】
すなわち、突起部１４２がこのような位置に設けられることにより、接合時において、貫通孔２５がある位置とは異なる位置で接合することになる。従って、貫通孔２５の個数は、少なくとも１個あればよいが、接合する際の接合点数を考慮すると、可能な限り少ない方が好ましい。
【００８３】
例えば、先の実施の形態１と同様に、突出当接部２２Ｂが０．２ｍｍ以上の厚さで、平面積が１０ｍｍ×１０ｍｍ以下のアルミ箔である場合、吸着転送点として貫通孔２５の個数が１個であっても、突出当接部２２Ｂが捲れ落ちることはない。従って、電気抵抗が小さく大電流の通電に適するとともに、突出当接部２２Ｂの吸着転送点を１点にしても、突出当接部２２Ｂが自重で変形して捲れることがなく、電極パッド２１に対する接合点数を増大させることができる。
【００８４】
次に、本実施の形態１における超音波接合装置１００Ｂを用いて、突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂを、電極パッド２１の上面に搬送するための搬送方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂを搬送するための搭載中継治具１０５の構成図である。図８は、本発明の実施の形態２において、搬送された突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂを超音波接合するための組立接合治具１０４の構成図である。
【００８５】
図７に示すように、搭載中継治具１０５は、超音波接合装置１００Ｂの近傍位置にある治具設置台１０６の上面に設置されている。また、搭載中継治具１０５の上部には、搬送装置（図示せず）の構成部である２本の端子吸着パイプ１８１ａ、１８１ｂ及び２本薄膜吸着パイプ１８２ａ、１８２ｂが設けられた転送ユニット１８０が吸着搬送機構として、位置する。
【００８６】
なお、転送ユニット１８０に設けられる薄膜吸着パイプの本数は、貫通孔２５の数と同等となる。また、転送ユニット１８０に設けられる端子吸着パイプ及び薄膜吸着パイプは、２本に限定されない。
【００８７】
また、図８に示すように、基台１０１に貼付した保護シート１０２の上面には、組立接合治具１０４が設置されている。また、組立接合治具１０４内には、搬送装置（図示せず）によって、電力半導体素子２０が搭載された回路基板１２を含む未完成状態の電力半導体装置１０Ｂがあらかじめ搭載される。
【００８８】
まず、図７に示すように、突出当接部２２Ｂは、搬送装置によって、搭載中継治具１０５の内底面に設けられた凹面に嵌入載置される。
【００８９】
続いて、転送ユニット１８０に設けられた端子吸着パイプ１８１ａ、１８１ｂに対する吸気動作が開始される。そして、端子吸着パイプ１８１ａ、１８１ｂによって吸着されたリード端子２３Ｂが、搭載中継治具１０５に載置された突出当接部２２Ｂの上面に載置される。
【００９０】
また、リード端子２３Ｂが突出当接部２２Ｂの上面に載置されると、薄膜吸着パイプ１８２ａ、１８２ｂに対する吸気動作も開始され、貫通孔２５を通して、突出当接部２２Ｂが吸着される。すなわち、端子吸着パイプ１８１ａ、１８１ｂと、薄膜吸着パイプ１８２ａ、１８２ｂとが協働して、突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂが同時に吸着されることとなる。そして、転送ユニット１８０は、突出当接部２２Ｂと、リード端子２３Ｂとをセットにして、図８で示す組立接合治具１０４内に位置する電極パッド２１の上面へ搬送する。
【００９１】
続いて、図８に示すように、搭載中継治具１０５からセットで搬送された突出当接部２２Ｂ及びリード端子２３Ｂが、電極パッド２１の上面に搭載される。このような状態で、端子吸着パイプ１８１ａ、１８１ｂ及び薄膜吸着パイプ１８２ａ、１８２ｂの吸気動作が停止され、転送ユニット１８０が組立接合治具１０４から退避する。
【００９２】
このように、先の実施の形態１のように突出当接部２２Ｂと、リード端子２３Ｂとを仮接合する前工程を行わなくても、一例として、搬送方法を前述したように工夫することにより、突出当接部２２Ｂを介在させた状態で、１回の超音波接合工程によって、電極パッド２１及びリード端子２３Ｂを接合することができる。
【００９３】
（２）本実施形態２の要点及び特徴
以上、本実施の形態２によれば、突出当接部と、リード端子とを仮接合する前工程を行わなくても、搬送方法を工夫することにより、突出当接部を介在させた状態で、超音波接合を行う。これにより、１回の超音波接合工程によって、電極パッド及びリード端子を接合することができる。
【００９４】
実施の形態３．
（１）構成・動作の詳細な説明
先の実施の形態１、２では、突出当接部２２Ａ、２２Ｂとして、アルミ箔といった薄膜部材を介在させた状態で、電極パッド２１及びリード端子２３Ａ、２３Ｂを接合する場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、薄膜部材を用いることなく、リード端子２３Ｃを加工することにより形成した突出当接部２２Ｃを介在させた状態で、電極パッド２１及びリード端子２３Ｃを接合する場合について、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態３において、電力半導体素子２０の電極パッド２１にリード端子２３Ｃを超音波接合した場合の電力半導体装置１０Ｃの断面図である。
【００９５】
この図９における電力半導体装置１０Ｃは、先の図１、図５と同様に、放熱金属板１１、回路基板１２、大電流回路パターン１３、出力端子１４、信号回路パターン１５、小電力半導体素子１６、ボンディングワイヤ１７、信号端子１８、封止樹脂１９、電力半導体素子２０、電極パッド２１、突出当接部２２Ｃ及びリード端子２３Ｃを備えて構成される。
【００９６】
また、リード端子２３Ｃの材質は、先の実施の形態１、２で説明した具体例のうち、特に、純アルミニウム又はアルミニウム系合金であるとともに、突出当接部２２Ｃは、リード端子２３Ｃの一部領域を打出しプレス加工したものであり、加工により凹状の打出し平面部を有するように形成される。また、所定打出し高さ（加工により形成された凹状の打出し平面部の高さ）以上にする。なお、打出し高さは、特に、１５０〜４００μｍが好ましい。
【００９７】
次に、本実施の形態３における超音波接合装置１００Ｃを用いて、リード端子２３Ｃが一体加工されることにより形成された突出当接部２２Ｃが介在された状態で、リード端子２３Ｃを電極パッド２１に接合する場合について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における組立接合工程作業に対応した超音波接合装置１００Ｃの全体構成図である。なお、ここでは、この図１０における超音波接合装置１００Ｃの構成部について、先の図３、図６との相違点を中心にして説明する。
【００９８】
この図１０における超音波接合装置１００Ｃは、先の図３と同様に、第一部分から第四部分までの４つの構成部から構成されている。但し、第一部分における被加振ツール１４０の押圧端面には、先の実施の形態１（先の図４参照）と同様に、複数個の突起部１４２が設けられており、さらに、突起部１４２は、押圧端面の全域に設置することが可能となっている。
【００９９】
そして、電極パッド２１に接合されるリード端子２３Ｃの接合面に、リード端子２３Ｃが一体加工されることにより形成された突出当接部２２Ｃを介在させた状態で、リード端子２３Ｃ（打出し平面部）に対して、被加振ツール１４０を押圧しながら加振することにより超音波接合を行う。
【０１００】
これにより、先の実施の形態１、２と同様に、電極パッド２１面の平行度のバラツキまたは被加振ツール１４０の押圧方向のバラツキに起因した接合時における押圧力分布の偏在または片当たりがあっても、電極パッド２１と比べて引張強度が低く、所定厚さ（所定打出し高さ）以上の突出当接部２２Ｃが変形するので、過大な圧力集中による電極パッド２１の破損を防止することができる。
【０１０１】
また、前述したように、リード端子２３Ｃには、アルミニウム材が使用されており、先の実施の形態１、２とは異なり、突出当接部２２Ｃとして、薄膜部材を用いることなく、リード端子２３Ｃを打出しプレス加工することによって、突出当接部２２Ｃが直接形成される。
【０１０２】
これにより、リード端子２３Ｃに銅材が使用される場合に比べて、一般的には電気抵抗が大きくなり、端子強度も悪化するとも考えられるが、その反面、比較的通電電流が小さく、端子部に荷重がかからない用途においては、突出当接部２３Ｃとして、薄膜部材を介在させる必要がないので、電力半導体装置１０Ｃの組み立て処理をより簡略化することができる。
【０１０３】
また、薄膜部材を介在させることにより、薄膜部材の両面を超音波接合する場合に比べて、接合所要時間が短縮され、接合所要エネルギーを半減させることができる。また、仮に、プレス加工に伴う板材の湾曲変形または抜き垂れ等が発生した場合においても、打出し平面部によって、被加振ツール１４０を当接するための当接部分を確実に確保することができる。
【０１０４】
（２）本実施形態３の要点及び特徴
以上、本実施の形態３によれば、リード端子を打出しプレス加工することによって直接形成される突出当接部を介在させた状態で、超音波接合を行う。これにより、突出当接部として、薄膜部材を介在させる必要がないので、電力半導体装置１０Ｃの組み立て処理をより簡略化することができる。
【０１０５】
なお、本実施の形態１〜３では、超音波発生源１５２に対して、１個の超音波ホーン１５３が使用されているが、これに限定されない。すなわち、二股アームを構成する支持機構１５１の開放端に、一対の超音波ホーンを設け、さらに、一対の超音波ホーンの一端に超音波発生源１５２を設け、一対の超音波ホーンの中間点に被加振ツール１３０、１４０をねじ止め固定するようにしてもよい。これにより、大出力の超音波接合を行うことができる。
【０１０６】
また、本実施の形態１〜３では、昇降押圧駆動源１６１は、サーボモータ、エアシリンダ、油圧シリンダ、又はこれ等の複合体であって、その構造配置を自由に構成してもよい。また、本実施の形態１〜３では、リード端子の一端２４は、封止樹脂１９の外部に露出する構造となっているが、これに限定されず、封止樹脂１９の中にあって、複数のパワートランジスタを並列接続するためのリード端子、またはパワートランジスタ及びダイオードを直列接続するためのリード端子であってもよい。また、本実施の形態１〜３では、電力半導体装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは封止樹脂で一体成形されたものとなっているが、これに限定されず、単に、板金製のケース及びカバーに密閉収納したものであってもよい。
【０１０７】
また、本実施の形態１における仮接合用突起部１３２や、本実施の形態１〜３における全体接合用の突起部１４２は、球状または錐状が望ましいとしたが、要は被加振ツールの端面側の摩擦抵抗を接合面側の摩擦抵抗よりも大きくして、超音波接合時に被加振ツール側で滑りが発生しないようにすればよく、台形状の突起面の面粗度を粗くしておくことであってもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  電力半導体装置、１２  回路基板（セラミック基板）、２０  電力半導体素子、２１  電極パッド、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  突出当接部、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ  リード端子、２５  貫通孔、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ  超音波接合装置、１０３  仮接合用治具、１０４  組立接合治具、１０５  搭載中継治具、１３０  被加振ツール（仮接合用）、１３２  仮接合用突起部、１４０  被加振ツール（全体接合用）、１４２  突起部、１５２  超音波発生源、１６０  押圧機構、１６１  昇降押圧駆動源、１６２  圧力センサ、１６３  深度センサ、１７０  電源ユニット、１８０  転送ユニット、１８１ａ、１８１ｂ  端子吸着パイプ、１８２ａ、１８２ｂ  薄膜吸着パイプ、１９０  駆動制御ユニット、θ  許容誤差、Ｌ  長手寸法、ΔＴ  傾斜寸法。
【要約】      （修正有）【課題】電力半導体素子の電極パッドと、リード端子とを接合する際の接合面積を大きくした場合に、電極パッドの損傷が発生することを抑制することができるとともに、温度上昇と熱応力の発生を抑制した超音波接合方法及び超音波接合装置を提供する。【解決手段】電極パッド２１に接合されるリード端子２３Ａの接合面に、電極パッド２１の表面に対する突出当接部２２Ａの接合面の傾斜により生じる隙間の影響を受けない所定厚さ以上の厚みを有し、かつ電極パッド２１の引張強度よりも低い引張強度を有する突出当接部２２Ａを介在させた状態で、リード端子２３Ａの接合面の反対面から被加振ツールを押圧しながら加振することにより超音波接合を行う。【選択図】図１【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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