(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、
治具に固定された被固定物に実装された前記被接合部材に、前記接合部材を押圧しながら前記超音波を印加する超音波ツールを有する超音波接合機と、
前記被接合部材と前記接合部材との接合品質を検査する接合検査装置とを備え、
前記被固定物はケース及び回路基板を有し、前記ケース及び前記回路基板が固定されている電力用半導体装置であり、前記被接合部材は前記回路基板の配線パターンであり、前記接合部材における前記被接合部材と接合される接合対象部は前記ケースの内側に配置されており、
前記接合検査装置は、
前記治具または前記治具が搭載された前記超音波接合機の筐体における前記被接合部材及び前記接合部材に接することがない位置に固定されると共に前記治具または前記筐体を伝搬する振動を検出するセンサにより前記振動を検出して、検出信号を出力する接合状態測定装置と、
前記被接合部材と前記接合部材との接合工程において、前記接合状態測定装置により出力された前記検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形から検出された、前記超音波ツールにより印加された前記超音波の印加周波数又は前記印加周波数の自然数倍の周波数と異なる周波数における周波数成分であって前記印加周波数よりも周波数が高い周波数成分に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定する接合状態判定装置とを備えたことを特徴とする超音波接合装置。
【請求項２】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、
治具に固定された被固定物に実装された前記被接合部材に、前記接合部材を押圧しながら前記超音波を印加する超音波ツールを有する超音波接合機と、
前記被接合部材と前記接合部材との接合品質を検査する接合検査装置とを備え、
前記被固定物はケース及び回路基板を有し、前記ケース及び前記回路基板が固定されている電力用半導体装置であり、前記被接合部材は前記回路基板の配線パターンであり、前記接合部材における前記被接合部材と接合される接合対象部は前記ケースの内側に配置されており、
前記接合検査装置は、
前記治具または前記治具が搭載された前記超音波接合機の筐体における前記被接合部材及び前記接合部材に接することがない位置に固定されると共に前記治具または前記筐体を伝搬する振動を検出するセンサにより前記振動を検出して、検出信号を出力する接合状態測定装置と、
前記被接合部材と前記接合部材との接合工程において、前記接合状態測定装置により出力された前記検出信号に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定する接合状態判定装置とを備え、
前記治具は当該治具を伝搬する前記超音波の音速が３０００ｍ／ｓ以上の材料で形成されていることを特徴とする超音波接合装置。
【請求項３】
前記接合状態判定装置は、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において前記接合状態測定装置により予め測定された基準検出信号の波形と、
前記接合工程において前記接合状態測定装置により測定された前記検出信号の波形と、に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項２記載の超音波接合装置。
【請求項４】
前記接合状態判定装置は、
前記基準検出信号の波形である基準波形及び前記検出信号の波形である検出波形を生成する信号処理部を備えることを特徴とする請求項３記載の超音波接合装置。
【請求項５】
前記接合状態判定装置は、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において前記接合状態測定装置により予め測定された基準検出信号の波形を数値演算処理した基準演算処理波形と、
前記接合工程において前記接合状態測定装置により測定された前記検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形と、に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項６】
前記接合状態判定装置は、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において前記接合状態測定装置により予め測定された基準検出信号の波形及び前記基準検出信号の波形を数値演算処理した基準演算処理波形と、
前記接合工程において前記接合状態測定装置により測定された前記検出信号の波形及び前記検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形と、に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項７】
前記センサは前記治具に固定されており、
前記接合状態測定装置は、前記治具を伝搬する振動を検出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項８】
前記振動はアコースティックエミッションであり、
前記接合状態測定装置は、前記アコースティックエミッションを検出する前記センサであるＡＥセンサを備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項９】
前記接合状態測定装置は、前記超音波により振動する被測定物の振動を検出する非接触振動計を更に備え、
前記非接触振動計は、前記被接合部材、前記接合部材、前記超音波ツール、前記治具の少なくとも１つの振動を検出して、検出信号を出力することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項１０】
前記超音波接合機は、前記接合状態判定装置に判定された判定結果に基づいて、前記接合工程における超音波接合条件を変更して、前記被接合部材と前記接合部材とを接合することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
【請求項１１】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合された接合部の接合品質を検査する超音波接合検査方法であって、
前記被接合部材は、治具に固定された被固定物に実装されており、
前記被固定物はケース及び回路基板を有し、前記ケース及び前記回路基板が固定されている電力用半導体装置であり、前記被接合部材は前記電力用半導体装置における前記回路基板の配線パターンであり、前記接合部材における前記被接合部材と接合される接合対象部は前記ケースの内側に配置されており、
前記被接合部材と前記接合部材との接合工程において、前記治具または前記治具が搭載された超音波接合機の筐体を伝搬する振動を検出して、検出信号を出力する検出信号モニター手順と、
前記検出信号モニター手順にて出力された前記検出信号に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定する接合状態判定手順とを含むことを特徴とする超音波接合検査方法。
【請求項１２】
前記検出信号モニター手順において、前記振動を前記被接合部材及び前記接合部材に接することがない位置にて検出することを特徴とする請求項１１記載の超音波接合検査方法。
【請求項１３】
前記検出信号モニター手順において、更に、前記被接合部材、前記接合部材、前記超音波を印加する超音波ツールの少なくとも１つの振動を非接触で検出して、検出信号を出力することを特徴とする請求項１１または１２に記載の超音波接合検査方法。
【請求項１４】
前記接合状態判定手順において、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において予め測定された基準検出信号の波形と、
測定された前記検出信号の波形と、に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
【請求項１５】
前記接合状態判定手順において、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において予め測定された基準検出信号の波形を数値演算処理した基準演算処理波形を生成し、
測定された前記検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形を生成し、
前記基準演算処理波形と前記演算処理波形とに基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
【請求項１６】
前記接合状態判定手順において、
前記被接合部材と前記接合部材とを接合する超音波接合条件にて前記接合工程を予め実行して、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合において予め測定された基準検出信号の波形と、測定された前記検出信号の波形とを生成し、
前記基準検出信号の波形を数値演算処理した基準演算処理波形を生成し、
前記検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形を生成し、
前記基準検出信号の波形及び前記基準演算処理波形と、前記検出信号の波形及び前記演算処理波形とに基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
【請求項１７】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合された接合部の接合品質を検査する超音波接合検査方法であって、
前記被接合部材は、治具に固定された被固定物に実装されており、
前記被固定物は電力用半導体装置であり、前記被接合部材は前記電力用半導体装置の配線パターンであり、
前記被接合部材と前記接合部材との接合工程において、前記治具または前記治具が搭載された超音波接合機の筐体を伝搬する振動を検出して、検出信号を出力する検出信号モニター手順と、
前記検出信号モニター手順にて出力された前記検出信号に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定する接合状態判定手順とを含み、
前記接合部材は金属の接続ワイヤであり、
前記接合工程は、超音波接合機の超音波ツールにより前記被接合部材及び前記接合部材に印加する前記超音波の印加周波数を高くする印加周波数変更手順を含んでおり、
前記接合状態判定手順において、
測定された前記検出信号の波形から演算した周波数波形を生成し、
前記周波数波形における周波数が変化するタイミングと、前記印加周波数変更手順における前記印加周波数が変化するタイミングとの差が予め定められた判定値よりも大きい場合に、前記接合状態が悪いと判定し、
前記周波数波形における周波数が変化するタイミングと、前記印加周波数変更手順における前記印加周波数が変化するタイミングとの差が予め定められた判定値以下の場合に、前記接合状態が良いと判定することを特徴とする超音波接合検査方法。
【請求項１８】
前記検出信号モニター手順において、前記振動を前記被接合部材及び前記接合部材に接することがない位置にて検出することを特徴とする請求項１７記載の超音波接合検査方法。
【請求項１９】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合する超音波接合部を製造する超音波接合部の製造方法であって、
治具に固定された被固定物に実装された前記被接合部材に、前記接合部材を押圧しながら前記超音波を印加して前記超音波接合部を形成する接合工程を含み、
前記接合工程は、
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法における前記検出信号モニター手順及び前記接合状態判定手順と、
前記接合状態判定手順において、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が悪いと判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材との超音波接合条件が変更可能かを判定し、前記超音波接合条件が変更可能な場合に、前記被接合部材と前記接合部材との前記超音波接合条件を変更する接合条件変更手順と、
前記接合条件変更手順が実行された場合に、前記接合条件変更手順にて変更された超音波接合条件にて、前記検出信号モニター手順及び前記接合状態判定手順を実行する接合継続手順と、
前記接合状態判定手順において、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合良好終了手順と、
前記接合条件変更手順において、前記超音波接合条件が変更不可能と判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合不良終了手順と、を含むことを特徴とする超音波接合部の製造方法。
【請求項２０】
被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合する超音波接合部を製造する超音波接合部の製造方法であって、
前記被接合部材は、治具に固定された被固定物に実装されており、
前記被固定物は電力用半導体装置であり、前記被接合部材は前記電力用半導体装置の配線パターンであり、
前記接合部材は金属の接続ワイヤであり、
治具に固定された被固定物に実装された前記被接合部材に、前記接合部材を押圧しながら前記超音波を印加して前記超音波接合部を形成する接合工程を含み、
前記接合工程は、
超音波接合機の超音波ツールにより前記被接合部材及び前記接合部材に印加する前記超音波の印加周波数を高くする印加周波数変更手順と、
前記被接合部材と前記接合部材との接合工程において、前記治具または前記治具が搭載された超音波接合機の筐体を伝搬する振動を検出して、検出信号を出力する検出信号モニター手順と、
前記検出信号モニター手順にて出力された前記検出信号に基づいて、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態を判定する接合状態判定手順と、
前記接合状態判定手順において、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が悪いと判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材との超音波接合条件が変更可能かを判定し、前記超音波接合条件が変更可能な場合に、前記被接合部材と前記接合部材との前記超音波接合条件を変更する接合条件変更手順と、
前記接合条件変更手順が実行された場合に、前記接合条件変更手順にて変更された超音波接合条件にて、前記検出信号モニター手順及び前記接合状態判定手順を実行する接合継続手順と、
前記接合状態判定手順において、前記被接合部材と前記接合部材との接合状態が良いと判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合良好終了手順と、
前記接合条件変更手順において、前記超音波接合条件が変更不可能と判定された場合に、前記被接合部材と前記接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合不良終了手順と、を含み、
前記接合状態判定手順において、
測定された前記検出信号の波形から演算した周波数波形を生成し、
前記周波数波形における周波数が変化するタイミングと、前記印加周波数変更手順における前記印加周波数が変化するタイミングとの差が予め定められた判定値よりも大きい場合に、前記接合状態が悪いと判定し、
前記周波数波形における周波数が変化するタイミングと、前記印加周波数変更手順における前記印加周波数が変化するタイミングとの差が予め定められた判定値以下の場合に、前記接合状態が良いと判定することを特徴とする超音波接合部の製造方法。
【請求項２１】
前記検出信号モニター手順において、前記振動を前記被接合部材及び前記接合部材に接することがない位置にて検出することを特徴とする請求項２０記載の超音波接合部の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合部材に接合部材を超音波接合する超音波接合装置及び、被接合部材に超音波接合された接合部材の接合品質を検査する超音波接合検査方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体装置に実装された半導体素子の電極とボンディング用のテープとが超音波接合された接合部を検査する接合検査方法が開示されている。特許文献１の接合検査方法は、接合時の波形データ等から直ちに接合不良と判断できないような数μｍ単位の空隙部などを正確に見分けるための検査方法である。具体的には、特許文献１の接合検査方法は、接合完了後に、接合部近傍に超音波を印加し、超音波印加部から伝わった超音波による振動を熱あるいは音（ＡＥ（Acoustic Emission、アコースティックエミッション））で検出し、得られた検出データに基づいて接合状態を把握する検査方法である。【０００３】
特許文献２には、ＩＧＢＴ素子と配線用端子とを配線で超音波接合し、配線用端子と配線との超音波接合部における接合品質を検査する接合品質検査装置及び接合品質検査方法が開示されている。特許文献２の接合品質検査方法は、接合装置（超音波接合装置）にて得られる接合ツールの押し込み量等の接合波形から接合品質を検査する方法である。【０００４】
特許文献３には、超音波接合装置により接合部材と被接合部材とを超音波を印加して接合する際に、接合部材または被接合部材の少なくとも一方に亀裂破損または接合剥離異常が発生したかどうかを判定する超音波接合制御装置が開示されている。特許文献３の超音波接合制御装置は被接合部材に当接する振動センサまたは接合部材を押圧する接触子に取り付けられた振動センサからの出力信号に基づいて、接合部材又は被接合部材の接合状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８３２４６号公報（００１６段〜００２７段、図３、図４）
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１１３２５０号公報（００４５段〜００５８段、００８９段、図１、図４、図５）
【特許文献３】特開２０１２−３５２９９号公報（００４４段、００４５段、００８２段、００８３段、図１、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の接合検査方法は、接合終了後に超音波を印加するため、超音波を印加する時間が発生し、半導体装置の製造に時間がかかるという課題があった。また、特許文献１の接合検査方法は、接合終了後の超音波印加部の表面に凹凸や異物等が有った場合に、超音波が正常に印加できず、検出データが異常となり接合品質が問題無いにもかかわらず問題があると誤判定する課題があった。【０００７】
特許文献２の接合品質検査方法は、接合装置にて得られる接合ツールの押し込み量等の接合波形から接合品質を検査する。しかしながら、超音波接合は、印加荷重と印加変位量（押し込み量）が主な接合パラメータであるが、印加変位量はある値を設定した場合でも被接合部材や接合部材の剛性によって実際に印加される変位量は異なってくる。また、接合部界面の異物や酸化膜の影響によっても接合品質は変化する。そのため、特許文献２の接合品質検査方法は、接合装置（超音波接合装置）にて得られる波形のみでは正確に接合品質を検査することができない課題があった。【０００８】
特許文献３の超音波接合制御装置は、振動センサを被接合部材または接合部材を押圧する接触子に取り付けて振動を検出し接合状態を判別することを目的としている。しかしながら、被接合部材を含む製品に振動センサを当接させたり、接合部材を押圧するリード部材に連結された接触子、すなわち超音波ホーンが接続されたリード部材と、被接合部材または接合部材との間を介在する振動伝達部材に振動センサを取り付けたり必要があり、生産性が低下する課題があった。【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、被接合部材に超音波接合された接合部材の接合品質を短時間で正確に良否判定する、超音波接合装置、超音波接合検査方法および超音波接合部の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波接合装置は、被接合部材と接合部材とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、治具に固定された被固定物に実装された被接合部材に、接合部材を押圧しながら超音波を印加する超音波ツールを有する超音波接合機と、被接合部材と接合部材との接合品質を検査する接合検査装置とを備える。被固定物はケース及び回路基板を有し、ケース及び回路基板が固定されている電力用半導体装置であり、被接合部材は回路基板の配線パターンであり、接合部材における被接合部材と接合される接合対象部はケースの内側に配置されている。超音波接合装置の接合検査装置は、治具または治具が搭載された超音波接合機の筐体における被接合部材及び接合部材に接することがない位置に固定されると共に治具または筐体を伝搬する振動を検出するセンサにより振動を検出して、検出信号を出力する接合状態測定装置と、被接合部材と接合部材との接合工程において、接合状態測定装置により出力された検出信号の波形を数値演算処理した演算処理波形から検出された、超音波ツールにより印加された超音波の印加周波数又は印加周波数の自然数倍の周波数と異なる周波数における周波数成分であって印加周波数よりも周波数が高い周波数成分に基づいて、被接合部材と接合部材との接合状態を判定する接合状態判定装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超音波接合装置は、接合工程において接合状態測定装置により出力された検出信号に基づいて被接合部材と接合部材との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による超音波接合装置を示す図である。
【図２】図１の接合状態判定装置のブロック図である。
【図３】図１の電力用半導体装置の上面図である。
【図４】図３の電力用半導体装置の側面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面における電力用半導体装置の断面図である。
【図６】図５における第一の超音波接合部の拡大断面図である。
【図７】図５における第二の超音波接合部の拡大断面図である。
【図８】接合良好時のＡＥ信号波形の例を示す図である。
【図９】接合不良時のＡＥ信号波形の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による接合工程の第一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１の他の接合状態判定装置のブロック図である。
【図１２】接合良好時の演算処理波形の例を示す図である。
【図１３】接合不良時の演算処理波形の例を示す図である。
【図１４】図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第一例を示す図である。
【図１５】図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第二例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態１による接合工程の第二例を示すフローチャートである。
【図１７】図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第三例を示す図である。
【図１８】図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第四例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態１による接合工程の第三例を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態１による接合工程の第四例を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態１による接合工程の第五例を示すフローチャートである。
【図２２】図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第五例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態２による接合状態測定装置を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態１による他の超音波接合装置を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態１による更に他の超音波接合装置を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態３によるワイヤボンド装置に用いるワイヤボンド条件を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法の接合良否判定を説明する図である。
【図２８】本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法で接合良好と判定される場合を説明する図である。
【図２９】本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法で接合不良と判定される場合を説明する図である。
【図３０】接合状態判定装置の機能ブロックを実現するハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による超音波接合装置を示す図であり、図２は図１の接合状態判定装置のブロック図である。図３は図１の電力用半導体装置の上面図であり、図４は図３の電力用半導体装置の側面図である。図５は、図３のＡ−Ａ断面における電力用半導体装置の断面図である。図６は図５における第一の超音波接合部の拡大断面図であり、図７は図５における第二の超音波接合部の拡大断面図である。図８は接合良好時のＡＥ信号波形の例を示す図であり、図９は接合不良時のＡＥ信号波形の例を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態１による接合工程の第一例を示すフローチャートである。図１１は、図１の他の接合状態判定装置のブロック図である。図１２は接合良好時の演算処理波形の例を示す図であり、図１３は接合不良時の演算処理波形の例を示す図である。図１４は図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第一例を示す図である。
【００１４】
超音波接合装置５０は、被接合部材に接合部材を超音波接合する超音波接合機２０と、被接合部材に超音波接合された接合部材の接合品質を検査する接合検査装置３０を備える。超音波接合機２０は、筐体２８、製品である電力用半導体装置１を搭載するための下治具２４、電力用半導体装置１を下治具２４に固定するための上治具２５、超音波を発振する超音波発振器２３、超音波発振器２３により発振された超音波を超音波ツール２１に効率良く伝達する共振体である超音波ホーン２２、実際に接合部材及び被接合部材に超音波を印加する超音波ツール２１、下治具２４をｘ方向及びｙ方向に移動する移動台２６、超音波ツール２１をｚ方向に移動する超音波ツール移動装置２９、超音波接合機２０の各機器を制御する制御部である操作端末２７を備える。電力用半導体装置１は治具（下治具２４）に固定された被固定物の例である。
【００１５】
接合検査装置３０は、被接合部材に超音波接合された接合部材の接合状態を測定する接合状態測定装置３１と、接合状態測定装置３１により測定された接合状態を含む検出信号ｓｉｇ１に基づいて接合部材と被接合部材との接合品質を判定する接合状態判定装置３２を備える。接合状態判定装置３２は、判定結果信号ｓｉｇ２を操作端末２７に出力する。接合状態測定装置３１は、例えば、超音波ツール２１から伝わった超音波による振動を音（ＡＥ（Acoustic Emission、アコースティックエミッション））で検出するＡＥセンサ３３、ＡＥセンサ３３の信号を増幅するプリアンプ３４、プリアンプ３４で増幅された信号を計測する計測装置３５を備える。計測装置３５は、ＡＥセンサ３３によって検出された信号を検出信号ｓｉｇ１として接合状態判定装置３２に出力する。ここで、アコースティックエミッション（ＡＥ）とは、数ｋＨｚから数ＭＨｚの高い周波数成分を持ち、主に材料中を伝播するものである。アコースティックエミッションは、空気中で減衰しやすい高い周波数の信号を検出することに適している。ＡＥセンサは、一般的にＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）などの圧電素子から作られている。
【００１６】
超音波発振器２３、超音波ホーン２２の発振周波数は固定されている。なお、電力用半導体装置１を固定するために上治具２５を例に説明するが、電力用半導体装置１を取り付ける為のネジ穴とネジにより電力用半導体装置１を下治具２４に固定しても良い。
【００１７】
まず、接合対象である電力用半導体装置１を説明する。電力用半導体装置１は、回路基板８に搭載された電力用半導体素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１２、ＦｗＤｉ（Free-Wheeling Diode）１３が、インサート樹脂形成された樹脂製のケース２、及び蓋３にて覆われている。ケース２には駆動時に放熱するためのヒートシンク（図示せず）を取り付けるための取付孔７が形成されている。また、電力用半導体装置１の上面からは外部との導通を確保するための銅製の端子である、主端子４、信号端子５が形成されている。ケース２の内部はシリコンゲル１９にて封止され、ケース２の上部は蓋３で覆われている。取付孔７の内面には、金属製の筒であるブッシュ６が嵌め込まれている。
【００１８】
回路基板８は、絶縁材料である厚さ０.３２ｍｍのＳｉ３Ｎ４製のセラミック板９、セラミック板９の裏面に形成された放熱用の厚さ０.７ｍｍの銅の配線パターン１１、セラミック板９の上面に形成された厚さ０.８ｍｍの銅の配線パターン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備える。配線パターンの符号は、総括的に１０を用い、区別する場合に１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを用いる。上面側の配線パターン１０には、ＩＧＢＴ１２、ＦｗＤｉ１３がはんだ１４にて接合されている。図５では、ＩＧＢＴ１２、ＦｗＤｉ１３が配線パターン１０ｂに接合された例を示した。回路基板８とケース２とは接着剤１６で固定されている。
【００１９】
ＩＧＢＴ１２、ＦｗＤｉ１３、配線パターン１０のそれぞれは、直径２００〜４００μｍの複数本のＡｌの接続ワイヤ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが超音波接合によりワイヤボンディングにより接続されている。接続ワイヤの符号は、総括的に１５を用い、区別する場合に１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用いる。図５では、ＩＧＢＴ１２とＦｗＤｉ１３とが接続ワイヤ１５ｂで接続され、配線パターン１０ａと配線パターン１０ｄとが接続ワイヤ１５ａで接続され、配線パターン１０ｂと配線パターン１０ｃとが接続ワイヤ１５ｃで接続されている例を示した。なお、ＩＧＢＴ１２の制御電極であるゲートと配線パターン１０ｄとは、図示しない接続ワイヤ１５で接続されている。また、外部との導通を確保するための接合部材である銅端子、すなわち主端子４、信号端子５は、被接合部材である配線パターン１０に超音波により接合されている。主端子４、信号端子５は、それぞれ板厚が０.８ｍｍであり、配線パターン１０に接続される超音波接合部１８、１７の面積がそれぞれ３ｍｍ×５ｍｍの領域となる。主端子４は、信号端子５よりも大きな電流が流れる端子であり、電力用半導体素子の主電極、例えばＩＧＢＴ１２の主電極であるエミッタ、コレクタに接続される。配線パターン１０の板厚は０．２〜１．５ｍｍであり、幅は１ｍｍから５０ｍｍ程度を用いることが一般的である。
【００２０】
主端子４の超音波接合部１８は、図７に示すように、超音波ツール２１により押圧される部分であり、破線５２ａ、５２ｂの間の部分である。信号端子５の超音波接合部１７は、図６に示すように、超音波ツール２１により押圧される部分であり、破線５１ａ、５１ｂの間の部分である。
【００２１】
接合部材である信号端子５と被接合部材である配線パターン１０との超音波接合工程について、図１の模式図を用いて説明する。まず、超音波接合装置５０内の下治具２４に電力用半導体装置１を、上治具２５を用いて固定する。そして、信号端子５上に超音波ツール２１を押し当て、加圧しながら、超音波ホーン２２にて超音波振動を与え、接合界面に形成されている酸化膜や、付着している汚れを除去し、新生面どうしを密着させて接合層を形成する。超音波接合で用いる周波数は１０〜４０ｋＨｚであり、印可する振幅は片振幅で１０〜５０μｍとなる。なお、加圧時の荷重は数百Ｎ程度となり、部材の強度やサイズ（特に部材の厚さ）の小さいＡｌワイヤ（接続ワイヤ１５）やＡｌテープ（リボンボンディング時）と比較しても荷重は非常に大きくなる。さらに、接合後には超音波ツール２１の先端と信号端子５とが食い込んだ状態となるため、超音波ツール２１を上昇させる際に超音波振動を与えながら超音波ツール２１を上昇させることで、食い込みを解消し、次の信号端子５の接合へとスムーズに移行できるようにしている。超音波印加条件は荷重、変位量、エネルギー、接合時間等があり、適切な接合品質が得られるように予め条件出しされている。これらの条件は接合中全体に渡って同じ値で設定することもあるが、例えば、図１４に示すように、超音波印加中に徐々に荷重を上げるような接合条件に設定することもある。図１４は超音波印加条件の一例であり、超音波印加エネルギー７７と印加力７８を同時に記載している。図１４の横軸は時間であり、縦軸は印加エネルギー又は印加力である。図１４では、時間ｔａ１まで荷重を上げて、接合が終了する接合終了時間ｔｅ１まで同じ荷重を印加する例を示した。
【００２２】
超音波接合装置５０内の下治具２４にＡＥセンサ３３が取り付けられている。ＡＥセンサ３３を取り付け方法は、ネジ止めまたは接着剤であることが望ましい。ＡＥセンサ３３の検出部と下治具２４間にはゲル等の音を通しやすいインサート材が塗布されていることが望ましい。
【００２３】
ＡＥセンサ３３を介してＡＥ信号を検出する方法を説明する。ＡＥセンサ３３はケーブルを介してプリアンプ３４に接続されおり、ＡＥセンサ３３にて検出された信号はプリアンプ３４で増幅された後、計測装置（メインアンプ）３５で更に増幅され、検出信号ｓｉｇ１として出力される。検出信号ｓｉｇ１は電圧のアナログ信号である。検出信号ｓｉｇ１は接合状態判定装置３２に出力され、接合状態判定装置３２は検出信号ｓｉｇ１の電圧自体あるいは電圧信号を数値演算処理し、接合部材と被接合部材との接合品質の良否を判定する。接合状態判定装置３２は、検出信号ｓｉｇ１を入力する信号入力部３６と、検出信号ｓｉｇ１を信号処理する信号処理部３７と、接合品質の良否を判定する判定部３９と、判定部３９にて判定された結果情報を含む判定結果信号ｓｉｇ２を出力する判定結果出力部４０とを備える。信号処理部３７は、検出信号ｓｉｇ１の電圧自体あるいは電圧信号を数値演算処理する。信号処理部３７は、例えば、検出信号ｓｉｇ１における各時間の正の最大電圧及び負の最大電圧をプロットした波形、すなわち図８、図９の外周形状を抽出する。使用するＡＥセンサ３３は、超音波ホーン２２の周波数範囲を測定可能であることが望ましい。
【００２４】
実施の形態１の超音波接合装置５０は、超音波接合の際のＡＥ信号を検出し接合品質を良否判定すること及び、ＡＥセンサ３３を製品や超音波ホーン２２に取り付けることなく、ＡＥセンサ３３を超音波接合装置の下治具２４に取り付けて検査することが特徴（特徴１）である。
【００２５】
接合状態測定装置３１にて測定されたＡＥ信号、すなわち検出信号ｓｉｇ１を、図８、図９に示した。図８、図９は、それぞれ接合良好時のＡＥ信号波形、接合不良時のＡＥ信号波形の一例を示したものである。図８、図９の縦軸は電圧であり、横軸は時間である。図８、図９における電圧の振幅が大きい区間は、超音波が印加されている状態のＡＥ信号波形である。接合良好時のＡＥ信号波形７１は超音波印加中においてほぼ一定である。これに対して、接合不良時のＡＥ信号波形７２は超音波印加中の波形が一定とならず、破線枠７３で示したようにところどころで高い値を示している。
【００２６】
図１０を用いて、実施の形態１による接合工程を説明する。ステップＳ００１にて、製品投入を行う。主端子４、信号端子５を接続する前の中間製品を、超音波接合装置５０の超音波接合機２０に投入する（製品投入手順）。超音波接合機２０に投入する電力用半導体装置１の中間製品は、蓋３、シリコンゲル１９、主端子４、信号端子５がないものである。具体的には、電力用半導体装置１の中間製品を下治具２４に搭載し、上治具２５で下治具２４に固定する。ステップＳ００２にて、第一番目の端子、例えば図３の右上の信号端子５の超音波接合を行うと共に、接合状態測定装置３１により検出信号ｓｉｇ１のモニターを行う（検出信号モニター手順）。
【００２７】
ステップＳ００３にて、接合状態判定装置３２が検出信号ｓｉｇ１に基づいて、接合部材である第一番目の端子（信号端子５）と被接合部材の配線パターン１０との接合状態を判定する（接合状態判定手順）。ステップＳ００３にて、接合状態が良いと判定された場合はステップＳ００４に進み、接合状態が良くない（悪い）と判定された場合は終了する。ステップＳ００４にて、作業中の端子接合を終了し（超音波印加終了手順）、ステップＳ００５に進む。ステップＳ００４では、作業中の端子に対する接合条件の超音波印加及び超音波ツール２１の押圧を終了する。具体的には、超音波ツール２１を作業中の端子から離れるように移動させる、例えば上昇させる。この超音波ツール２１を上昇させる際に、端子（信号端子５）との食い込みを解消させる離脱条件の超音波印加を行う。離脱条件の超音波は、例えば接合条件の超音波よりもエネルギーが低い。
【００２８】
ステップＳ００５にて、全ての端子接合が完了したかを判定する。ステップＳ００５にて、まだ接合すべき接合部材である端子が残っている、すなわち未完了であると判定した場合はステップＳ００２に戻り、接合すべき端子が残っていない、すなわち全ての端子接合が完了したと判定した場合はステップＳ００６に進む。図３に示した例では、端子は７つあるので、ステップＳ００２〜ステップＳ００５を７回実行する。７つの端子は、４つの信号端子５と、３つの主端子４である。ステップＳ００６にて、製品を排出し（製品排出手順）、終了する。ステップＳ００６では、上治具２５を外し電力用半導体装置１の中間製品を超音波接合機２０から排出する。１つの電力用半導体装置１の中間製品に対する接合工程が終了したら、次の電力用半導体装置１の中間製品に対する接合工程を実行する。
【００２９】
接合状態判定装置３２は、検出信号モニター手順において接合状態測定装置３１が出力した検出信号ｓｉｇ１に基づいて、接合状態判定手順を実行する。接合状態判定装置３２は、信号入力部３６により検出信号ｓｉｇ１を入力し、信号処理部３７により検出信号ｓｉｇ１の信号処理、例えば外周形状を抽出して、検出信号モニター手順における検出信号ｓｉｇ１の判定前処理を行う。判定部３９は、検出信号ｓｉｇ１の波形（検出波形）の外周形状において図９の破線枠７３で示したように高い電圧値が発生しているかを判定する。検出信号ｓｉｇ１の波形の外周形状において図９の破線枠７３で示したように高い電圧値が発生している場合、すなわち高い電圧値が発生している等の基準波形にはない特異情報が検出された場合は、接合不良と判定し、検出信号ｓｉｇ１の波形の外周形状において図９の破線枠７３で示したように高い電圧値が発生していない場合、すなわち高い電圧値が発生している等の基準波形にはない特異情報が検出されない場合は、接合良好を判定する。判定結果出力部４０は、判定部３９により判定された判定結果を示す結果情報を含む判定結果信号ｓｉｇ２を出力する。
【００３０】
接合状態判定手順において、接合状態の良否判定を行う際の基準となる検出信号ｓｉｇ１の波形（基準検出信号の波形、基準波形）は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを接合する超音波接合条件にて接合工程を予め実行して、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態が良いと判定された場合において接合状態測定装置３１により予め測定された検出信号ｓｉｇ１の波形、又は外周形状を抽出する等の前処理した波形である。接合工程を予め実行して取得した接合良好時のＡＥ信号波形７１は、基準検出信号の波形（基準波形）である。接合状態の良否判定を行う際に検出した、接合良好時のＡＥ信号波形７１又は接合不良時のＡＥ信号波形７２は、接合状態判定手順において判定する対象である検出信号の波形である。
【００３１】
前述した特徴１のようにする理由を説明する。特許文献１の接合検査方法では、接合部から空気層を介した気中でＡＥ信号を検出していたため、ＡＥセンサ先端に信号を伝えやすいシリコンゴムや樹脂シートなどの柔らかい材料を配置したとしても、空気層を介することによるノイズが課題であった。また、製造現場では、同じ部屋の中には他の工程で使用される設備も配置されており、それら設備により発生する音や振動（環境ノイズ）が発生しており、これらの音や振動が気中を伝搬し、これらがＡＥセンサで検出するＡＥ信号の大きなノイズとなってしまう。特許文献１の接合検査方法は、ＡＥ信号に大きなノイズが重畳されてしまうので、通常の製造現場において使用が不可能であった。特許文献１の接合検査方法と異なり、実施の形態１の超音波接合装置５０では、下治具２４上にＡＥセンサ３３を取り付けるため、このようなＡＥセンサ３３の検出面に空気層を介して侵入する音や振動が無く、したがって、特許文献１の接合検査方法で生じるノイズがＡＥセンサ３３によって検出されることは無い。すなわち、実施の形態１の超音波接合装置５０では、環境ノイズの侵入が少ないので、高精度にＡＥ信号を検出することができる。
【００３２】
さらにＡＥ信号におけるノイズを最小限に抑えるためには、超音波ホーン２２の周波数を検出でき、ノイズの発生する周波数は検出しない特定周波数範囲で使用可能なＡＥセンサ３３を用いることが効果的である。
【００３３】
また、特許文献１の接合検査方法は、半導体チップにＡＥセンサを近接させて配置してＡＥ信号を検出する方法である。特許文献１の接合検査方法を用いると、以下のように解消すべき課題が多く発生する。この方法を用いると、ＡＥセンサを繰り返し使用する場合に異物がＡＥセンサに付着する場合がある。また、製品内にＡＥセンサを取り付けるとその異物が落下し、特性に影響を与える可能性がある。また、個々の製品内でＡＥ信号を検出しようとすると、製品毎にＡＥセンサの取り付け、取り外し（ＡＥセンサの移動）が必要となり、超音波接合時間に対して、取り付け及び取り外し時間を含む検査時間が増大してしまう課題がある。さらに、ノイズを極力少なくしてＡＥ信号を取得しようとすると、測定物とＡＥセンサ間は隙間が少ないことが望ましいので、測定物とＡＥセンサ３３間にはゲルや接着剤で隙間を埋めることが一般的である。しかし、製品にゲルや接着剤が付着すると製品が所望の特性を発揮することができなくなる可能性がある。また、半導体チップ（半導体素子）にＡＥセンサを接触させてＡＥ信号を取得する場合、超音波接合時の印加エネルギーでＡＥセンサと半導体チップとの界面が摩擦し、この摩擦がノイズの因子となる課題もある。特許文献１の接合検査方法はこのような課題が生じるので、ＡＥセンサは超音波接合時の振動の影響がより少ない製品以外の箇所において取り付けることが望ましい。特に図１に示したように、信号の検出精度が高くできる位置である、製品を固定する下治具２４に取り付けることが望ましい。
【００３４】
製品に接触させずに検査する方法としては、特許文献１の図３に示された赤外線カメラと同様、サーモグラフィを用いた温度測定も一つの可能性として考えられる。しかし、電力用半導体装置１は大電流を取り扱うがゆえに、効率良く放熱できるように設計されている。そのため、超音波接合時の熱は接合中に放熱されてしまい、温度での検査は精度が良くない。また、電力用半導体装置１の端子形状は、一般的に端子毎に異なるため、放熱量は端子毎に異なる。従って、接合品質による温度差以上に、端子形状による差分が大きくなり、この点からも温度による検査は適切ではない。さらに、電力用半導体装置１内はケース２で囲まれ、内部では端子に、配線パターン１０や接続ワイヤ１５が複雑に接続されており、放熱し易くなっている。このことから、端子接合部（超音波接合部１７、１８）の温度を直接サーモビューワで確認することが難しいという問題もある。
【００３５】
また、ＡＥセンサ３３を取り付ける位置については、製品（電力用半導体装置１）外であれば、超音波ツール２１も候補にあがる。しかし、超音波ツール２１上にＡＥセンサ３３を取り付けると、ＡＥセンサ３３の自重により超音波ホーン２２から発振される振動状態が変化するため、例えばＡＥセンサ３３の自重により減衰するため、適切ではない。さらに、端子（主端子４、信号端子５）の超音波接合では非常に大きい振幅を端子に与えるため、取り付けたＡＥセンサ３３が外れてしまう問題もある。
【００３６】
また、特に、端子（主端子４、信号端子５）と配線パターン１０との固定状態を検出したい場合、超音波ツール２１に配置されたＡＥセンサ３３でのＡＥ信号は主に超音波ホーン２２からの信号成分が大きくなり、相対的に超音波接合部１７、１８からの信号成分が小さくなる。超音波接合部１７、１８からの信号成分を検出するには、固定治具（下治具２４）上に配置されたＡＥセンサ３３でのＡＥ信号を検出する方がより高精度となる。
【００３７】
なお、下治具２４の材質については、ＡＥ信号を伝えやすく、超音波接合時の荷重で変形せず、また、接合中の熱による劣化が少ないことが望ましい。樹脂やセラミック材料を用いると、加圧力による劣化や、ＡＥ信号の音源からＡＥセンサ３３までの距離で信号が減衰してしまう問題がある。下治具２４の材質は、樹脂材料等ではなく、ステンレスやアルミ合金等の金属材料を用いることが望ましい。下治具２４の材料については、音速を用いて定義することもできる。すなわち、下治具２４を伝搬する超音波の音速が３０００ｍ／ｓ以上の材料は、ＡＥ信号をより伝えやすく、下治具２４の材料として適切である。
【００３８】
実施の形態１の超音波接合装置５０は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を非破壊によって検査するので、抜取品を破壊検査する場合と比べて、検査時間を短縮できる特徴がある。また、特許文献１の接合検査方法のように、接合後に接合良否検査するだけのための超音波印加を必要としないため、実施の形態１の超音波接合装置５０は、接合状態の検査に必要な追加時間は発生しないという特徴がある。また、実施の形態１の超音波接合装置５０では、超音波接合時のＡＥ信号を検出するため、特許文献１の接合検査方法で課題となる検査用の超音波印加時のばらつき（超音波印加部の凹凸、異物、超音波ツールの摩耗及び欠け等）による影響を受けなくすることができる。
【００３９】
さらに、実施の形態１の超音波接合装置５０は、接合工程中に接合良否を判定できるため、万が一、ある接合箇所で接合不良が発生した場合、すなわち接合状態判定手順で接合状態が悪いと判定された場合は、廃棄又は後述する接合不良の手直しが可能となる。このため、実施の形態１の超音波接合装置５０は、不良品であるにも関わらず次工程以降への製造工程が進み、接合不良の手直しが不可となることを防ぐことができ、継続してしまった余計な製造時間を排除することができ、結果として余計なコストが発生することを抑止することができる。接合不良の手直しは、接合未完了の場合、例えば接合面積が足りない不良の場合における追加の押圧及び超音波印加等である。
【００４０】
また、実施の形態１の超音波接合装置５０は、接合状態が悪いと判定された接合部材の数、すなわち不良検査値を保存して、この不良検査値を用いて超音波接合装置５０の状態を把握するこができる。例えば、不良検査値を製品台数あるいは製造日等で整理し、不良検査値の推移を確認することで、不良検査値が予め定めた判定値を超えた場合に装置のメンテナンスをすることができ、接合不良の未然防止にも繋げることができる。
【００４１】
実施の形態１の超音波接合装置５０は、下治具２４の下部（下治具２４と移動台２６との間）又は及び、設備の下部（超音波接合機２０とこれを設置する床との間）に、ＡＥ信号を伝達し難いシリコンゴム層を設けることで、超音波接合装置５０が設置された部屋における他の設備から発生されたノイズをさらに抑制することができ、より高精度に接合良否を検出することが可能となる。
【００４２】
さらに、接合状態測定装置３１にて検出したＡＥ信号すなわちＡＥ信号波形７１、７２に対して、数値演算処理、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）により特定周波数での数値を含む検出信号ｓｉｇ１を生成することで、接合状態判定装置３２において、高度な接合状態の良否判定を行うことができる。図１１は、接合状態測定装置３１にて検出したＡＥ信号すなわちＡＥ信号波形７１、７２に対して数値演算処理を行う接合状態判定装置３２である。図１１の接合状態判定装置３２は、図２の接合状態判定装置３２の構成に演算処理部３８が追加されたものである。接合状態判定装置３２における信号入力部３６、信号処理部３７、判定結果出力部４０の動作は、図２の接合状態判定装置３２の動作と同様である。演算処理部３８は、信号処理部３７で処理した検出信号ｓｉｇ１の信号をＦＦＴのような数値演算処理を行う。判定部３９の動作は後述する。
【００４３】
図１２は接合良好時の演算処理波形の例であり、図８の接合良好時のＡＥ信号波形を数値演算処理した演算処理波形である。図１３は接合不良時の演算処理波形の例であり、図９の接合不良時のＡＥ信号波形を数値演算処理した演算処理波形である。図１２、図１３において、縦軸は電圧であり、横軸は周波数である。
【００４４】
図１２に示すように、接合良好時の演算処理波形７４には、超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数ｆ１、その２倍の周波数ｆ２、３倍の周波数ｆ３の各成分が検出される。これに対して、図１３に示すように、接合不良時の演算処理波形７５には、超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数ｆ１及びその自然数倍の周波数成分に加えて、その他の周波数成分が検出される。その他の周波数成分は、破線円７６ａ、７６ｂで示した成分である。この、超音波ホーン２２の周波数及びその自然数倍の周波数以外で検出された周波数成分は、例えば、超音波接合時の振動により製品の治具への固定が緩んだ場合又は、製品の反りが大きい場合等に製品の治具への固定が緩くなった場合に、製品（電力用半導体装置１）の裏面と治具（下治具２４、上治具２５）とが摩擦した際に発生するＡＥ信号における周波数成分である。すなわち、この超音波ホーン２２の周波数及びその自然数倍の周波数とは異なる周波数帯で検出されたＡＥ信号の電圧値を数値化し、閾値を設けることで、良否判定することができる（第一の演算処理波形判定）。この閾値は、前述した基準検出信号の波形を数値演算処理した波形（基準演算処理波形）と判定対象である演算処理波形とを比較して、基準演算処理波形にはない特異情報が検出できる数値を設定する。
【００４５】
また、第一の演算処理波形判定と異なる第二の演算処理波形判定を行うことができる。接合良好時の演算処理波形７４と比較すると、接合不良時の演算処理波形７５では、超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数及びその自然数倍の周波数で検出されるＡＥ信号の電圧値に違いが生じている。例えば、製品の治具への固定が緩かった場合に、製品の裏面と治具とが摩擦した際に発生するＡＥ信号が重畳されたＡＥ信号となる。超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数及びその自然数倍の周波数で検出されるＡＥ信号は、固定が緩かった場合は電圧値が小さくなる。すなわち、この超音波ホーン２２の周波数及びその自然数倍の周波数と同じ周波数帯で検出されたＡＥ信号の電圧値を数値化し、閾値を設けることで、良否判定することができる。この閾値は、前述した基準検出信号の波形を数値演算処理した波形（基準演算処理波形）と判定対象である演算処理波形とを比較して、基準演算処理波形にはない特異情報が検出できる数値を設定する。
【００４６】
この第二の演算処理波形判定を行う場合は、超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数帯で検出されたＡＥ信号のみで判定を行ってもよい。接合良好と接合不良との電圧値差が最も大きい周波数帯で検出されＡＥ信号のみで判定をすれば、十分に良否判定を行うことができる。超音波ホーン２２の周波数ｆ１と同じ周波数帯で検出されたＡＥ信号の電圧値の変化が最も大きいので、この周波数帯で検出されたＡＥ信号のみで判定を行っても十分に良否判定を行うことができる。
【００４７】
第一の演算処理波形判定、第二の演算処理波形判定において、接合状態の良否を区別する閾値は、前述した基準検出信号の波形を数値演算処理した波形を基準にして設定しているので、基準検出信号の波形を数値演算処理した数値演算波形は、第一の演算処理波形判定、第二の演算処理波形判定に行う際の基準となる検出信号ｓｉｇ１の数値演算処理波形（基準演算処理波形）ということもできる。接合工程を予め実行して取得した接合良好時のＡＥ信号波形７１を数値演算処理した波形である演算処理波形７４は、基準演算処理波形である。接合状態の良否判定を行う際に検出した、接合良好時のＡＥ信号波形７１を数値演算処理した演算処理波形７４又は接合不良時のＡＥ信号波形７２を数値演算処理した演算処理波形７５は、接合状態判定手順において判定する対象である演算処理波形である。
【００４８】
演算処理波形７４、７５を用いて接合状態判定手順を実行する場合の接合状態判定装置３２は、次のように動作する。接合状態判定装置３２は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを接合する超音波接合条件にて接合工程を予め実行して、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態が良いと判定された場合において接合状態測定装置３１により予め測定された基準検出信号の波形（予め測定されたＡＥ信号波形７１）を数値演算処理した基準演算処理波形（予め測定された演算処理波形７４）と、接合工程において接合状態測定装置３１により測定された検出信号ｓｉｇ１の波形（現在のＡＥ信号波形７１、７２）を数値演算処理した演算処理波形（現在の演算処理波形７４、７５）と、に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する。
【００４９】
実施の形態１の超音波接合装置５０は、接合状態判定装置３２において検出したＡＥ信号をＦＦＴ解析することで、接合部によるＡＥ信号と製品固定が弱いことによるＡＥ信号とを切り分けでき、接合部材と被接合部材との接合状態の良否判定と共に、さらに原因まで掴むことができる。なお、製品の治具への固定が緩くなる要因としては複数考えられるが、例えば、ネジを用いて製品を固定する場合に、製品の反りの影響でネジ固定部直下の製品と下治具２４間に隙間が発生し、超音波接合中の振動によりネジが緩む場合が考えられる。
【００５０】
固定によるＡＥ信号と接合によるＡＥ信号の切り分けは、周波数の違いで切り分ける方法が有用である。周波数の切り分け方法については、１つのＡＥセンサ３３を用いて測定した信号波形に対してＦＦＴ分析し、周波数成分を切り分ける方法、または、特定の周波数で検出精度の高いＡＥセンサ３３を複数用いて、それぞれのＡＥセンサ３３で検出された信号の大小で切り分ける方法が有る。
【００５１】
被接合部材と接合部材との接合条件は図１４で示した超音波印加条件と異なる条件でもよい。例えば、図１５に示すように、端子（主端子４、信号端子５）の接合条件を段階化させてもよい。図１５は、図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第二例を示す図である。図１５の横軸は時間であり、縦軸は印加エネルギー又は印加力である。図１５では、超音波印加エネルギー７７と印加力７９を同時に記載している。図１５では、時間ｔ１まで弱い荷重を印加し、その後時間ｔａ１まで徐々に荷重を上げて、接合が終了する接合終了時間ｔｅ１まで同じ荷重を印加する例を示した。端子（主端子４、信号端子５）の接合条件を段階化し、時間ｔ１までの超音波印加初期に接合が進展しないような弱い荷重で超音波を印加した際のＡＥ信号を検査することで、次の効果を発揮する。接合が開始される直前のＡＥ信号、すなわち時間ｔ１までのＡＥ信号から、接合部材（主端子４、信号端子５）と被接合部材（配線パターン１０）との摩擦を検出することができ、接合界面の表面状態（凹凸や異物）や超音波ツール２１の摩耗又は欠け等を接合する前に検査することができる。
【００５２】
また、検査結果、すなわち接合状態の判定結果を、超音波接合装置５０にフィードバックすることもできる。接合状態の判定結果を超音波接合装置５０にフィードバックすることで、例えば接合面積が目標に到達していない場合は、接合時間を長くしたり、接合面積が目標に到達した場合は接合時間を短くしたり、接合状態の判定結果により接合条件を適切に調整することが可能となる。これにより、安定した接合品質を得られるようになる。さらに、接合が完了して直ぐに接合を止めることで余計なエネルギーを製品に与えることが無くなる。これは、大きな荷重を与える超音波接合では、接合時の熱が銅製の配線パターン１０又は及び端子（主端子４、信号端子５）を伝って周辺部材へ熱ダメージを与えることを抑制することができる。また、配線パターン１０及び端子（主端子４、信号端子５）のダメージ等を抑制することができる。
【００５３】
図１６は、本発明の実施の形態１による接合工程の第二例を示すフローチャートである。図１７は図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第三例を示す図であり、図１８は図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第四例を示す図である。図１６に示したフローチャートは、図１０のフローチャートにステップＳ００７、Ｓ００８を追加して接合状態の判定結果をフィードバックする例である。図１０のフローチャートと異なる部分を説明する。ステップＳ００３の接合状態判定手順を実行するタイミングは、予定の接合終了時間よりも短い時間から条件変更可能な最大時間までの複数のタイミングで行う。なお、最初の判定実行タイミングで、接合状態が良いと判定される場合もある。
【００５４】
ステップＳ００３にて、接合状態判定装置３２が検出信号ｓｉｇ１に基づいて、接合部材である第一番目の端子（信号端子５）と被接合部材の配線パターン１０との接合状態を判定する（接合状態判定手順）。ステップＳ００３にて、接合状態が良いと判定された場合はステップＳ００４に進む。ステップＳ００３にて、接合状態が良くない（悪い）と判定された場合はステップＳ００７に進む。ステップＳ００７にて、条件変更が可能かを判定し（接合条件判定手順）、可能と判定した場合はステップＳ００８にて、接合条件を変更し（接合条件変更手順）、ステップＳ００２に戻る。ステップＳ００７にて、条件変更が不可能と判定した場合は終了する（接合不良終了手順）。なお、ステップＳ００８の接合条件変更手順が実行された場合に、接合条件変更手順で変更された超音波接合条件にて、ステップＳ００２の検出信号モニター手順及びステップＳ００３の接合状態判定手順を実行する手順は、接合継続手順である。ステップＳ００４の超音波印加終了手順は、ステップＳ００３の接合状態判定手順において、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態が良いと判定された場合に、被接合部材と接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合良好終了手順でもある。
【００５５】
例えば、変更する接合条件を接合時間とした場合を説明する。ステップＳ００７では、条件変更可能な最大時間に達しているかを判定する。具体的には、最大時間に達していなければ条件変更可能と判定し、最大時間に達していれば条件変更不可能と判定する。図１７は予定の接合終了時間よりも長い時間まで接合時間を延長する例であり、図１８は予定の接合終了時間よりも短い時間で接合を終了する例である。図１７、図１８において、横軸は時間であり、縦軸は印加エネルギー又は印加力である。図１７、図１８では、超音波印加エネルギー７７と印加力７８を同時に記載している。時間ｔｅ１は、予定の接合終了時間である。時間ｔｅ１ａは延長した接合終了時間であり、時間ｔｅ１ｂは短縮した接合終了時間である。図１８に示すように予定の接合終了時間（時間ｔｅ１）よりも短い時間でステップＳ００４へ進む場合は接合時間が短くなっており、図１７に示すように予定の接合終了時間（時間ｔｅ１）よりも長い時間でステップＳ００４へ進む場合は接合時間が長くなっている。接合状態の判定結果をフィードバックする実施の形態１の超音波接合装置５０は、このように接合条件を適切に調整することができる。
【００５６】
接合が完了した後にも超音波を印加し続ける場合には、端子（主端子４、信号端子５）と超音波ツール２１とが摩耗し、異物が発生することがある。しかし、接合状態の判定結果により接合条件を適切に調整することで、すなわち接合状態が良好と判定された場合に速やかに超音波の印加を停止することで、異物の発生を防ぐことも可能となる。さらに、摩耗による超音波ツール２１の劣化を抑え、超音波ツール２１を高寿命化することにもつながる。これまで電力用半導体装置１内部の複数の端子のうち１本でも接合面積が足りなければ不良判定するか、または全端子の検査後に手直しをする必要があった。しかし、実施の形態１の超音波接合装置５０は、このように超音波接合工程中に接合状態の判定結果をフィードバックすることで、接合面積が足りない不良をほとんど撲滅することが可能となる。超音波接合装置５０へのフィードバックによる接合条件調整は、超音波接合中に検査する場合のみでしか得ることのできない格段のメリットとなる。
【００５７】
電力用半導体装置１は、一般的な半導体装置と比較してサイズが大きいため、一般的な半導体装置と比較して、相対的に製品の反りは大きくなる。超音波接合時の製品の固定力はある一定の値で管理することが一般的である。しかし、例えば、製品の反りが大きい場合、接合時に製品が振動し、超音波接合エネルギーが超音波接合部１７、１８に適切に印加されない場合がある。この製品振動はＡＥ信号で検出することができる。図１９は、本発明の実施の形態１による接合工程の第三例を示すフローチャートである。図１９に示したフローチャートは、図１０のフローチャートにステップＳ０１０を追加して製品振動を検出し、その結果を超音波接合装置５０にフィードバックする例である。
【００５８】
ステップＳ０１０にて、超音波接合開始後直ぐにＡＥ信号にて製品振動を検出して、製品の固定状態を確認する（製品固定状態確認手順）。ステップＳ０１０にて、製品の固定状態が良い場合は、ステップＳ００３に進む。ステップＳ０１０にて、製品の固定状態が良くない場合は、一旦中断して製品の固定力を高める。再開する際は、ステップＳ００２から行う。固定力を高める方法については、製品をネジ締めして固定する場合はネジ締めトルクを増す方法が有用である。また、上治具２５で固定する場合は、上治具２５のクランプ力を高めるために、圧力を高める方法が有用となる。
【００５９】
図１９のフローチャートに示す接合工程を実行する、実施の形態１の超音波接合装置５０は、製品の固定状態を確認して、接合開始後直ぐに製品の固定力を高めることができ、正常に接合をすることが可能となる。なお、ステップＳ０１０は、図１６のフローチャートにおけるステップＳ００２とステップＳ００３の間に追加しても構わない。この場合にも、接合開始後直ぐに製品の固定力を高めることができ、正常に接合をすることが可能となる。
【００６０】
製品の個体差が接合品質に影響を与えないようにするには次の方法もある。超音波接合前に、配線パターン１０上における製品機能上必要の無い領域に超音波ツール２１を押し付け、振幅し、その際のＡＥ信号を検出することで、製品の固定状態を接合前に検出するようにしてもよい。図２０は、本発明の実施の形態１による接合工程の第四例を示すフローチャートである。図２０に示したフローチャートは、図１０のフローチャートにステップＳ０１１を追加して製品振動を検出し、その結果を超音波接合装置５０にフィードバックする例である。ステップＳ０１１は、図１９のフローチャートのステップＳ０１０と同様の動作を行う。
【００６１】
ステップＳ０１１にて、超音波接合前にＡＥ信号にて製品振動を検出して、製品の固定状態を確認する（製品固定状態確認手順）。ステップＳ０１１にて、製品の固定状態が良い場合は、ステップＳ００２に進む。ステップＳ０１１にて、製品の固定状態が良くない場合は、一旦中断して製品の固定力を高める。再開する際は、ステップＳ０１１から行う。製品の固定力を高める方法は、図１９のフローチャートにおいて説明した方法と同じである。図２０のフローチャートに示す接合工程を実行する、実施の形態１の超音波接合装置５０は、接合前に製品の固定状態を確認して、接合前に固定力を調整することができ、均一な接合品質の製品を得ることが可能となる。
【００６２】
さらに、この事前に超音波ツール２１を押し付け、振動を検出する方法は、同一製品の配線パターン１０上の複数の箇所で行うことで、精度を上げることができる。特に、製品固定部である回路基板８の四隅の近くで行うことで、ケース２における４カ所の固定部（取付孔７が形成された部分）のどの固定部を調整すればよいかを瞬時に判断することができ、更に精度を上げることができるようになる。このようにすれば、超音波接合を開始する前に製品の固定状態を判定することができ、超音波接合前に製品の固定力を高めて超音波接合を行うことができる。ステップＳ００３の接合状態判定手順において接合不良と判定される割合を低減することができる。また、ステップＳ０１１にて、製品の固定状態が良くない場合に、一旦終了して製品の固定力を高めてから、同じ製品を再度接合工程に投入する（開始から実行）ことでも構わない。
【００６３】
なお、ステップＳ０１１は、図１６のフローチャートにおけるステップＳ００１とステップＳ００２の間に追加しても構わない。この場合にも、接合前に製品の固定状態を確認して、接合前に固定力を調整することができ、均一な接合品質の製品を得ることが可能となる。
【００６４】
今まで超音波接合工程における接合時の超音波印加中のＡＥ信号を用いる例に説明をした。しかし、接合終了後の超音波ツール２１と端子との食い込みを解消するために、前述したように超音波ツール２１の離脱時（ツール離脱時）に超音波印加を行う場合があり、このツール離脱時の超音波印加によるＡＥ信号を用いた判定結果を超音波接合装置５０にフィードバックすることもできる。図２１は、本発明の実施の形態１による接合工程の第五例を示すフローチャートである。図２１に示したフローチャートは、図１０のフローチャートにステップＳ０１２を追加して接合状態を判定し、その結果を超音波接合装置５０にフィードバックする例である。図１０のフローチャートと異なる部分を説明する。
【００６５】
ステップＳ００４にて、作業中の端子に対する超音波の印加及び超音波ツール２１の押圧を終了する。その後、ステップＳ０１２にて、接合終了後の超音波ツール２１と端子との食い込みを解消するために、超音波印加を行う。接合工程の第一例から第四例におけるステップＳ００４の離脱条件の超音波印加と超音波ツールの離脱を、接合工程の第五例ではステップＳ０１２にて行う。そして、離脱条件の超音波印加中に接合状態測定装置３１により検出信号ｓｉｇ１のモニターを行う（終了時検出信号モニター手順）。接合状態判定装置３２は、信号入力部３６により検出信号ｓｉｇ１を入力し、信号処理部３７により検出信号ｓｉｇ１の信号処理、例えば外周形状を抽出して、検出信号モニター手順における検出信号ｓｉｇ１のモニターを行う。
【００６６】
判定部３９は、検出信号ｓｉｇ１の外周形状において、接合不良ではない低い電圧値で図９の破線枠７３で示した形状に似た形状（低品質形状）等が発生しているかを判定する。検出信号ｓｉｇ１の外周形状に低品質形状等が発生している場合は、接合条件不適切と判定し、接合条件の変更（接合条件更新）を行う。検出信号ｓｉｇ１の外周形状に低品質形状等が発生していない場合は、接合条件適切と判定し、接合条件の変更（接合条件更新）を行わない、すなわち現在の接合条件を維持する。ステップＳ０１２は、接合条件判定及び接合条件更新手順である。
【００６７】
この方法で検査する場合、例えば、前の端子の超音波接合後のＡＥ信号から、同じ条件で超音波接合した際の接合品質を予め予測することができる。そうすると、前の端子のＡＥ信号で次の端子の接合品質が低下することが予測された場合は、次の端子の条件を変化させて接合品質の低下を抑制することが可能となる。例えば、前の端子の接合後に接合状態が低下していた場合には、図２２に示すように次の端子の接合荷重（印加力）を高くしたり、超音波印加時間を長くする等の接合条件を変更するフィードバックを行うことで、接合品質の低下を防ぎ、接合品質を維持することができる。
【００６８】
図２２は、図１の超音波接合装置による超音波印加条件の第五例を示す図である。図２２において、横軸は時間であり、縦軸は印加エネルギー又は印加力である。図２２では、超音波印加エネルギー７７と印加力７８、７８ａを同時に記載している。印加力７８ａの大きさ（荷重）は、印加力７８の大きさ（荷重）よりも高くなっている。なお、接合条件判定において、ＦＦＴ等の数値演算処理された演算処理波形を用いて判定してもよい。また、ステップＳ０１２は、図１６のフローチャートにおけるステップＳ００４とステップＳ００５の間に追加しても構わない。この場合にも、前の端子のＡＥ信号で次の端子の接合品質が低下することが予測された場合は、次の条件を変化させて接合品質の低下を抑制することが可能となる。
【００６９】
複数のＡＥセンサ３３を用いて接合状態等の検査を行うこともできる。複数のＡＥセンサ３３を用いて検査をする場合、次のような効果を発揮する。複数のＡＥセンサ３３がそれぞれ検出周波数領域のピークが異なる場合、ＦＦＴ解析をしなくても、個々のＡＥセンサ３３で検出した信号の大小を相対的に比較することで発生した信号の周波数帯を検出することができる。これにより、信号の発生源の切り分けが容易となる。
【００７０】
複数のＡＥセンサ３３がそれぞれの検出周波数領域のピークが同じまたはほぼ同等である場合は、それぞれのＡＥセンサ３３で検出した信号が発生している時間を細かく区切って確認することで、複数存在する製品固定箇所の中で緩んだ固定箇所を特定あるいは絞り込むことが可能となる。すなわち、ＡＥ信号の下治具２４中の伝達には時間がかかるため、最も信号の検出が早かったＡＥセンサ３３近傍の固定部が緩んだという判定をすることができる。
【００７１】
複数のＡＥセンサ３３の固定位置は、検出周波数領域の違いから発生源の切り分けをする場合は、下治具２４上であれば位置は問わない。発生した時間から固定が緩んだ箇所を特定するためには、等間隔あるいは規則的にＡＥセンサ３３を配置することが望ましい。例えば、製品の四隅をネジ固定する場合は、ネジ近傍にそれぞれのＡＥセンサ３３を配置することで検出が可能となる。
【００７２】
今まで銅製の端子（主端子４、信号端子５）の超音波接合工程を例に説明したが、同様に超音波を印加する工程であるワイヤボンディング工程、すなわち接続ワイヤ１５を接合部材とした超音波接合工程においても同様の効果を発揮する。また、本実施の形態で示した電力用半導体装置１とは異なる構造でも、超音波接合される構造であれば同様の効果を発揮する。本実施の形態では金属同士の超音波接合を例に説明したが、金属以外の材料を接合又は接着する場合においても同様の効果を発揮する。
【００７３】
以上のように、実施の形態１の超音波接合装置５０は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装された被接合部材（配線パターン１０）に、接合部材（主端子４、信号端子５）を押圧しながら超音波を印加する超音波ツール２１を有する超音波接合機２０と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合品質を検査する接合検査装置３０とを備えることを特徴とする。超音波接合装置５０の接合検査装置３０は、治具（下治具２４）に固定されると共に治具（下治具２４）を伝搬する音を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する接合状態測定装置３１と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定装置３２とを備えたことを特徴とする。実施の形態１の超音波接合装置５０は、これらの特徴により、接合工程において接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００７４】
実施の形態１の超音波接合検査方法は、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装されている被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合された接合部の接合品質を検査する超音波接合検査方法である。実施の形態１の超音波接合検査方法は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、治具（下治具２４）を伝搬する音を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する検出信号モニター手順と、検出信号モニター手順にて出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定手順とを含むことを特徴とする。実施の形態１の超音波接合検査方法は、この特徴により、接合工程において実行される検出信号モニター手順により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００７５】
また、実施の形態１の超音波接合装置５０は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装された被接合部材（配線パターン１０）に、接合部材（主端子４、信号端子５）を押圧しながら超音波を印加する超音波ツール２１を有する超音波接合機２０と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合品質を検査する接合検査装置３０とを備えることを特徴とする。超音波接合装置５０の接合検査装置３０は、治具（下治具２４）または治具（下治具２４）が搭載された超音波接合機２０の筐体２８における被接合部材（配線パターン１０）及び接合部材（主端子４、信号端子５）に接することがない位置に固定されると共に治具（下治具２４）または筐体２８を伝搬する振動を検出するセンサ（ＡＥセンサ３３）により振動を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する接合状態測定装置３１と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定装置３２とを備えたことを特徴とする。実施の形態１の超音波接合装置５０は、これらの特徴により、接合工程において接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００７６】
また、実施の形態１の超音波接合検査方法は、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装されている被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合された接合部の接合品質を検査する超音波接合検査方法である。実施の形態１の超音波接合検査方法は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、治具（下治具２４）または治具（下治具２４）が搭載された超音波接合機２０の筐体２８を伝搬する振動を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する検出信号モニター手順と、検出信号モニター手順にて出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定手順とを含むことを特徴とする。実施の形態１の超音波接合検査方法は、この特徴により、接合工程において実行される検出信号モニター手順により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００７７】
超音波接合時の印加エネルギーにより製品が振動し、ＡＥセンサ等の振動センサが容易に外れてしまうため、特許文献３のように製品に含まれる被接合部材または接合部材に当接させたり、被接合部材または接合部材を押圧する超音波ツール２１と被接合部材または接合部材との間を介在する振動伝達部材を設けて、この振動伝達部材に振動センサを取り付けたりするのは困難である。ネジなどを用いて振動センサを機械的に取り付ける場合、被接合部材または接合部材とセンサが片当たりし、空間ができることにより検出精度が低下する。接着などで取り付ける場合、取り付ける際に使用した材料が製品内部に残渣することが課題であった。また、パワーモジュールの内部に接合部が存在する場合、パワーモジュールの外部を覆うインサートケースが障害となり、振動センサを取り付けることが難しかった。本実施の形態のＡＥセンサ３３の取り付け方法を用いれば、被接合部材や接合部材を含む製品全体にセンサを取り付けることが不要になる。また、特許文献３のように、被接合部材または接合部材を押圧する超音波ツール２１と被接合部材または接合部材との間を介在する振動伝達部材を設けて、この振動伝達部材に振動センサを取り付けるのは困難である。超音波接合時の印加エネルギーにより振動伝達部材が強く振動するので、振動センサが容易に外れてしまうためである。
【００７８】
ＡＥセンサ３３の取り付け位置は、接合対象物が固定されている治具と連なっていれば良い。例えば、図２４に示すように、設備の筐体、すなわち超音波接合機２０の筐体２８にＡＥセンサ３３が設置された場合においても十分なＡＥ信号を検出することができる。また、図２５に示すように、超音波接合機２０の移動台２６の上面または裏面にＡＥセンサ３３が設置された場合においても十分なＡＥ信号を検出することができる。図２４は本発明の実施の形態１による他の超音波接合装置を示す図であり、図２５は本発明の実施の形態１による更に他の超音波接合装置を示す図である。図２５では、ＡＥセンサ３３を筐体２８における天板８０の裏面、すなわち電力用半導体装置１が配置される面と逆側の面に取り付けた例を示した。図２４では、ＡＥセンサ３３を移動台２６の側面に取り付けた例を示した。ＡＥセンサ３３の取り付け位置が治具と連なっていれば良い理由は、治具と連なっている材料内部ではアコースティックエミッションがほとんど減衰しないためである。特に、治具と連なっている材料が金属の場合はアコースティックエミッションの減衰が極めて小さいので、設備の筐体等の材料は金属であることが望ましい。ＡＥセンサ３３が移動台２６の上面、側面に設置された場合には、移動台２６の材質は金属材料を用いることが望ましい。図２５のようにＡＥセンサ３３と移動台２６との間に筐体２８の一部である天板８０が介在する場合には、天板８０の材質は金属材料を用いることが望ましい。ただし、超音波を発生させる超音波ホーンが設備の筐体に取り付けられている場合には、そちらからのアコースティックエミッションを検出する可能性もある。この場合であっても、超音波ホーンが取り付けられている筐体における位置からＡＥセンサ３３までの距離よりも、治具が固定されている筐体における位置からＡＥセンサ３３までの距離を小さくすることで、治具からのアコースティックエミッションを精度よく検出できる。
【００７９】
また、上治具２５の表面にＡＥセンサ３３を取り付けることによっても十分なＡＥ信号を検出することができる。上治具は製品の両側２箇所あるいは、上下両側面または四隅の４箇所に設けることが一般的である。複数のＡＥセンサ３３をそれぞれの治具に取り付け、超音波振動の印加開始からそれぞれのセンサにＡＥ信号が到達する時間または振幅をモニターすることで、固定不足となっている治具の位置を特定することができる。すなわち、固定不足の場合、製品と治具の間の固定面積が小さくなるため、信号の到達に時間がかかったり、振幅が減衰するため、それらを元に良否判定するとともに、固定不足となった上治具の位置を瞬時に特定することができる。
【００８０】
また、設備が設置された地面の近くにＡＥセンサ３３を取り付けると、他の設備などからのノイズを拾うことがある。この場合は、設備の設置面（底面）にゴムなどを取り付けることで、他の設備などからの信号を減衰させることができるようになる。また、検出信号ｓｉｇ１を判定する際に、バンドパスフィルタを備えることで、外部からのノイズとなる周波数を除去することができる。なお、超音波接合時の振動によるエネルギーが大きい場合には、ＡＥセンサ３３が外れたり、破壊されたりすることから、超音波ツール２１にＡＥセンサ３３を取り付けることはできない。
【００８１】
被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合において、十分な接合強度を得るためには、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合界面に超音波エネルギーを印加する必要がある。治具（下治具２４、上治具２５）での製品（電力用半導体装置１）の固定が不足していたり、超音波ツール２１の取り付けが緩い場合には、十分な接合強度が得られない。治具での固定不足については、製品の反りや治具の反り、劣化、固定するネジの劣化やトルク不足などが考えられる。製品（電力用半導体装置１）の固定のために上治具２５を用いる場合は、接触面の片当たりや、接触面の劣化などが考えられる。ＡＥ信号は、これらは要因別に発生するＡＥ信号の周波数が異なることが特徴である。ＡＥセンサ３３を用いて、超音波接合の際のＡＥ信号を検出し、ＡＥ信号の周波数を時間軸でモニターすることで、強度を低下させる要因を瞬時に見極めることができる。周波数の違いが微小で判別が難しい場合は、下治具２４の複数の位置にＡＥセンサを設置し、それぞれで検出するＡＥ信号の位相差や振幅の大小により、要因を特定することができる。
【００８２】
また、印加する超音波波形とＡＥ信号の波形の位相の違い（位相差）により、接合の良否判定をすることができる。すなわち、位相差が少ない場合は、超音波接合時の印加エネルギーが正常に接合界面に印可され、その際のＡＥ信号が正常に治具からＡＥセンサ３３に伝わっていることを示す。一方で位相差が大きい場合は、接合部直下の製品と治具との間に隙間があるなどにより、ＡＥ信号が伝わる経路が大きくなり、ＡＥセンサ３３に伝わるまでの時間が増加することが原因である。従って位相差が大きい場合は超音波エネルギーが正常に接合界面に印加されていないことを示している。
【００８３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２の超音波接合装置５０を説明する。実施の形態２の超音波接合装置５０は、接合状態測定装置３１が実施の形態１と異なっている。図２３は、本発明の実施の形態２による接合状態測定装置を示す図である。実施の形態２の超音波接合装置５０は、接合状態測定装置３１以外は同じなので、接合状態測定装置３１について説明する。
【００８４】
実施の形態１と異なる点は、非接触振動計であるレーザドップラ振動計５６を用いて、測定対象（モニター対象）となる超音波ツール２１にレーザを照射し、振動を測定することである。実施の形態２の接合状態測定装置３１は、レーザドップラ振動計５６と、レーザ反射ミラー５７と、レーザドップラ振動計５６で検出された信号（測定対象の振動情報を含む信号）を計測する計測装置５５と、計測装置５５が計測したデータを記録するデータロガー５８を備える。レーザドップラ振動計５６は、レーザを照射した点における振動の速度と変位を検出する。計測装置５５は、レーザドップラ振動計５６で検出された信号（測定対象の振動情報を含む信号）を、検出信号ｓｉｇ１として接合状態判定装置３２に出力する。
【００８５】
レーザドップラ振動計５６を用いて、超音波ツール２１にレーザを照射し、振動を測定することで、接合部材（主端子４、信号端子５）と被接合部材（配線パターン１０）との接合品質の良否を判定することができる。具体的には、接合部材（主端子４、信号端子５）と被接合部材（配線パターン１０）との接合面積における、必要接合面積に対応する振動の変位量（基準変位量）と、測定した振動の変位量（測定変位量）との差分から接合品質の良否を判定することができる。基準変位量と測定変位量との差分が、閾値以内の場合に接合状態が良いと判定する。基準変位量と測定変位量との差分が、閾値を超えた場合に接合状態が良くない（悪い）と判定する。このように、実施の形態２の超音波接合装置５０は、変位量を測定するので、実施の形態１の超音波接合装置５０より定量的に振動状態を捉えることができる点に特徴がある。実施の形態２の超音波接合装置５０は、実施の形態１の超音波接合装置５０と同様に、接合状態測定装置３１の検出器（レーザドップラ振動計５６）を非接触で製品の接合状態の検査を行うので、製品に取り付ける必要がなく、検査器を製品に接触させて検査するよりも検査時間を短時間化することができる。
【００８６】
超音波ツール２１と共に超音波接合する端子（主端子４、信号端子５）をモニターすることで次の効果を得ることができる。例えば、超音波ツール２１のモニター後に、端子（主端子４、信号端子５）をモニターする。超音波ツール２１と端子とが同じ振動状態であれば、超音波ツール２１が端子に対して適切に超音波振動を印加できていることが確認できる。超音波ツール２１よりも端子の振動が小さければ、超音波ツール２１の先端と端子の間で摩耗が発生しており、適切に超音波振動を印加できていないことが確認できる。この摩耗により、銅屑が発生する場合があり、振動のモニター結果により銅屑の除去工程の必要可否を判断することができるようになる。また端子の反り等の製品の個体差の影響で超音波ツール２１よりも端子の振動が小さくなる場合は、このモニター結果をフィードバックし、例えば印加荷重を強める等、振動状態が同じになる様に超音波接合中に接合条件を変化させ、銅屑の発生を最小限に抑えつつ、適切な接合品質を得ることができるようになる。また、回路基板８の振動をもモニターし、超音波ツール２１の振動に対して、端子と回路基板８の振動を同時にモニターすることで同様の効果を発揮することができる。
【００８７】
製品において、レーザを照射して振動を測定する測定箇所は、超音波ツール２１でなく、被接合部材（配線パターン１０）、又は接合部材（主端子４、信号端子５）、又は製品（電力用半導体装置１）を固定する治具（下治具２４、上治具２５）であっても同様の効果を発揮する。実施の形態１で示したＡＥ信号との併用で、次に示す新たな効果を発揮する。実施の形態１で説明したＡＥセンサ３３によるＡＥ信号と、実施の形態２で説明したレーザドップラ振動計による振動信号の両方を用いて検査することで、より高精度に接合品質の良否を判定することができる。すなわち、レーザドップラ振動計で超音波ツール２１の振動が正常に超音波接合部１７、１８に伝わっているかを検査し、さらに、ＡＥセンサ３３で検出したＡＥ信号を用いて、被接合部材と接合部材の界面の摩擦が正常であるかどうか、製品の固定が正常であるかどうかを検査することができるので、接合品質の良否判定の精度がより高くなるメリットがある。
【００８８】
以上のように、実施の形態２の超音波接合装置５０は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合する超音波接合装置であって、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装された被接合部材（配線パターン１０）に、接合部材（主端子４、信号端子５）を押圧しながら超音波を印加する超音波ツール２１を有する超音波接合機２０と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合品質を検査する接合検査装置３０とを備えることを特徴とする。超音波接合装置５０の接合検査装置３０は、超音波により振動する被測定物の振動を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する接合状態測定装置３１と、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定装置３２とを備えたことを特徴とする。実施の形態２の超音波接合装置５０は、これらの特徴により、接合工程において接合状態測定装置３１により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００８９】
実施の形態２の超音波接合検査方法は、治具（下治具２４）に固定された被固定物（電力用半導体装置１）に実装されている被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）とを超音波を用いて接合された接合部の接合品質を検査する超音波接合検査方法である。実施の形態２の超音波接合検査方法は、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合工程において、超音波により振動する被測定物の振動を検出して、検出信号ｓｉｇ１を出力する検出信号モニター手順と、検出信号モニター手順にて出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて、被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定する接合状態判定手順とを含むことを特徴とする。実施の形態２の超音波接合検査方法は、この特徴により、接合工程において実行される検出信号モニター手順により出力された検出信号ｓｉｇ１に基づいて被接合部材（配線パターン１０）と接合部材（主端子４、信号端子５）との接合状態を判定するので、接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができ、品質検査にかかる時間を短縮でき、さらに精度良く品質を良否判定できる。
【００９０】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１又は実施の形態２の超音波接合装置及び超音波接合検査法を、製品（電力用半導体装置１）における接続ワイヤ１５を接合するワイヤボンド装置と、接合された超音波接合部であるワイヤ接合部を検査するワイヤ接合検査方法に適用する例を説明する。ワイヤボンド装置は超音波振動による圧着により、被接合対象物（被接合部材に相当）にワイヤ（接合部材に相当）を接合する装置である。ワイヤは、直径１００〜５００μｍのＡｌや直径１０〜５０μｍのＡｕ、Ａｇからなる。概略の構成や検出信号ｓｉｇ１の分析、検出信号ｓｉｇ１に基づく装置へのフィードバック方法は実施の形態１に示す超音波接合装置５０とほぼ同様である。周波数には実施の形態１又は実施の形態２の超音波接合装置５０の超音波接合機２０よりも高い４０〜１２０ｋＨｚが用いられる。振幅は実施の形態１又は実施の形態２の超音波接合機２０よりも小さい１〜５μｍ程度である。すなわち、ワイヤボンド装置に用いる周波数が高く、振幅が小さい。このように周波数が高く、小さい振幅の超音波による被接合部材と接合部材（接続ワイヤ１５）との接合部の振動を検出するためには、ＡＥ信号が好適である。実施の形態３の超音波接合装置５０であるワイヤボンド装置は、例えば、図５に示した接続ワイヤ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを被接合部材（配線パターン１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、ＩＧＢＴ１２の電極、ＦｗＤｉ１３の電極）に超音波接合する。
【００９１】
ワイヤボンド装置を用いたワイヤボンド工程、すなわち実施の形態３の超音波接合装置５０を用いた超音波接合工程において、ワイヤ接合の検査、ワイヤボンド装置の状態の確認には、ＡＥ信号が好適な理由を説明する。なぜなら、ワイヤボンドで用いる超音波ツールの幅は主端子４、信号端子５の超音波接合で使用する超音波ツールの幅（５〜１０ｍｍ）と比較して小さい。１００〜５００μｍのＡｌワイヤをワイヤボンドする超音波ツールは、幅は１〜２ｍｍである。また、１０〜５０μｍのＡｕやＡｇのワイヤをワイヤボンドする超音波ツールは１ｍｍ以下である。従って、ワイヤの直径が小さく、ワイヤの断面が円形となっているため、超音波ツールの幅が小さいワイヤボンド装置では、レーザドップラ振動計を用いる場合のレーザを狙った位置に照射するのが難しい。また、レーザを照射できたとしても、垂直にレーザを反射させることが難しく、反射されたレーザを検出することが困難である。さらに、超音波ツールに使用される材料は金属やセラミックなど様々であるが、これらの超音波ツールの材料は被接合対象物とワイヤとの接合性の観点から適正な材料が選ばれるため、そもそもレーザを反射することができない場合が多い。これらの理由より、レーザドップラ振動計以外の方法で、ワイヤボンド工程における被接合対象物とワイヤとの超音波接合部の振動を検出する必要がある。このような場合に、例えば治具上、すなわち治具の外面に、ＡＥセンサ３３を取り付けてＡＥ信号を検出することが好適である。
【００９２】
実施の形態３の超音波接合装置５０であるワイヤボンド装置に用いるワイヤボンド条件を図２６に示す。図２６は、本発明の実施の形態３によるワイヤボンド装置に用いるワイヤボンド条件を示す図である。主要な条件は、荷重（印加力の大きさ）、パワー（印加エネルギー）と時間である。一般的に、荷重とパワーは２段階に可変し、接合初期において低い荷重、パワーで初期接合部（核となる部分）を形成し、接合後期において荷重、パワーを高くし接合面積を増加させる。図２６では、時間ｔ１まで弱い荷重、低いパワーを印加し、その後時間ｔａ１まで徐々に荷重、パワーを上げるワイヤボンド条件の例を示した。この際、設備、すなわち超音波接合機２０で印加する超音波の周波数をモニターしフィードバック制御しており、印加する超音波の周波数が接合後期において、接合初期よりも数ｋＨｚ高くなる。ワイヤボンド工程は、超音波接合機２０の超音波ツール２１により被接合部材（配線パターン１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、ＩＧＢＴ１２の電極、ＦｗＤｉ１３の電極）及び接合部材（接続ワイヤ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）に印加する超音波の印加周波数を高くする印加周波数変更手順を含んでいる。
【００９３】
配線パターン１０の上に異物（油分など目に見えないものを含む）が存在する場合、最終的に超音波接合部の接合面積が小さくなる。このように接合の進展が遅い場合、接合後期において印加される超音波の周波数が変化するタイミングが通常よりも遅くなる。ＡＥセンサ３３を用いてこの周波数が変化するタイミングを検出することで、超音波接合部の接合の良否を容易に判断できるようになる。
【００９４】
図２７〜図２９を用いて、実施の形態３の超音波接合検査方法における接合良否判定を説明する。図２７は、本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法の接合良否判定を説明する図である。図２８は本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法で接合良好と判定される場合を説明する図であり、図２９は本発明の実施の形態３による超音波接合検査方法で接合不良と判定される場合を説明する図である。図２７では、印加する超音波の印加周波数波形８１とＡＥセンサ３３で検出された検出周波数波形８２を示した。検出周波数は、例えば数値演算処理された超音波ホーン２２の周波数と同じ周波数ｆ１である。図２７の横軸は時間であり、縦軸は印加周波数又は検出周波数である。印加周波数波形８１は、図２６の印加力、印加エネルギーと同様に、時間ｔ１まで弱い周波数の第一周波数であり、その後時間ｔａ１まで徐々に周波数が上がって、時間ｔａ１で高い周波数の第二周波数になっている例である。ＡＥセンサ３３で検出された検出周波数波形８２は、時間ｔ２まで弱い周波数の第一周波数であり、時間ｔ２から周波数が上がり始め、時間ｔａ２まで徐々に周波数が上がり、時間ｔａ２で高い周波数の第二周波数になっている例である。図２８の検出周波数波形８２ａは超音波接合部が接合良好である場合の検出周波数波形であり、図２９の出周波数波形８２ｂは超音波接合部が接合不良である場合の検出周波数波形である。
【００９５】
時間ｔ１と時間ｔ２との時間差、すなわち時間ｔ２から時間ｔ１を引いた遅延時間であるΔｔ１は、周波数の変化初期の時間差（遅延時間）である。時間ｔａ１と時間ｔａ２との時間差、すなわち時間ｔａ２から時間ｔａ１を引いた遅延時間であるΔｔ２は、周波数の変化終期の時間差（遅延時間）である。超音波接合部の接合良否判定は、周波数の変化初期の時間差Δｔ１、又は周波数の変化終期の時間差Δｔ２を用いて判定することができる。超音波接合部の接合良否判定は、図１０、図１６、図１９、図２０、図２１のステップＳ００３の接合状態判定手順にて実行される。
【００９６】
まず、周波数の変化初期の時間差Δｔ１を用いる例を説明する。超音波接合部の接合良否判定、すなわち超音波接合部の接合状態を判定する接合状態判定手順において、接合状態判定装置３２はＡＥセンサ３３で測定された検出信号ｓｉｇ１の波形から演算した検出周波数波形８２（周波数波形）を生成する。接合状態判定装置３２は、検出周波数波形８２（図２９の検出周波数波形８２ｂ）における周波数が変化するタイミング（時間ｔ２）と、印加周波数波形８１における周波数が変化するタイミング（時間ｔ１）との差（時間差Δｔ１）が予め定められた閾値である判定値ｔｒ１よりも大きい場合に、超音波接合部の接合状態が悪いと判定する。また、接合状態判定装置３２は、検出周波数波形８２（図２８の検出周波数波形８２ａ）における周波数が変化するタイミング（時間ｔ２）と、印加周波数波形８１における周波数が変化するタイミング（時間ｔ１）との差（時間差Δｔ１）が予め定められた判定値ｔｒ１以下の場合に、超音波接合部の接合状態が良いと判定する。
【００９７】
次に、周波数の変化終期の時間差Δｔ２を用いる例を説明する。超音波接合部の接合良否判定、すなわち超音波接合部の接合状態を判定する接合状態判定手順において、接合状態判定装置３２はＡＥセンサ３３で測定された検出信号ｓｉｇ１の波形から演算した検出周波数波形８２（周波数波形）を生成する。接合状態判定装置３２は、検出周波数波形８２（図２９の検出周波数波形８２ｂ）における周波数が変化するタイミング（時間ｔａ２）と、印加周波数波形８１における周波数が変化するタイミング（時間ｔａ１）との差（時間差Δｔ２）が予め定められた閾値である判定値ｔｒ２よりも大きい場合に、超音波接合部の接合状態が悪いと判定する。また、接合状態判定装置３２は、検出周波数波形８２（図２８の検出周波数波形８２ａ）における周波数が変化するタイミング（時間ｔａ２）と、印加周波数波形８１における周波数が変化するタイミング（時間ｔａ１）との差（時間差Δｔ２）が予め定められた判定値ｔｒ２以下の場合に、超音波接合部の接合状態が良いと判定する。
【００９８】
更に、検出周波数波形８２の変化するタイミングを検出し、フィードバックすることで接合時間を長くしたり短くしたりすることができ、このようにすることで、良好な接合強度の超音波接合部を得ることが可能となる。このように、超音波接合部の接合の良否に基づいて、接合条件を変更して接合工程を実行する方法は、図１６に示したフローチャートと同様である。ワイヤボンド装置を用いたワイヤボンド工程では、図１６に示したフローチャートにおける端子接合はワイヤ端接合に読み替えればよい。このように読み替えた図１６に示したフローチャートを説明する。ステップＳ００１にて、製品投入を行う。ステップＳ００２にて、第一番目のワイヤ端、例えば図５の接続ワイヤ１５ａにおける右側ワイヤ端の超音波接合を行うと共に、接合状態測定装置３１により検出信号ｓｉｇ１のモニターを行う（検出信号モニター手順）。
【００９９】
ステップＳ００３にて、接合状態判定装置３２が検出信号ｓｉｇ１に基づいて、接合部材である第一番目のワイヤ端と被接合部材の配線パターン１０との接合状態を判定する（接合状態判定手順）。ステップＳ００３にて、接合状態が良いと判定された場合はステップＳ００４に進む。ステップＳ００３にて、接合状態が良くない（悪い）と判定された場合はステップＳ００７に進む。ステップＳ００７にて、条件変更が可能かを判定し（接合条件判定手順）、可能と判定した場合はステップＳ００８にて、接合条件を変更し（接合条件変更手順）、ステップＳ００２に戻る。ステップＳ００７にて、条件変更が不可能と判定した場合は終了する（接合不良終了手順）。なお、ステップＳ００８の接合条件変更手順が実行された場合に、接合条件変更手順で変更された超音波接合条件にて、ステップＳ００２の検出信号モニター手順及びステップＳ００３の接合状態判定手順を実行する手順は、接合継続手順である。
【０１００】
ステップＳ００４にて、作業中のワイヤ端接合を終了し（超音波印加終了手順）、ステップＳ００５に進む。なお、ステップＳ００４の超音波印加終了手順は、ステップＳ００３の接合状態判定手順において、被接合部材（配線パターン１０ａ、１０ｂ、１０ｄ、ＩＧＢＴ１２の電極、ＦｗＤｉ１３の電極）と接合部材（接続ワイヤ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）との接合状態が良いと判定された場合に、被接合部材と接合部材とに対する作業中の当該接合工程を終了する接合良好終了手順でもある。ステップＳ００５にて、全てのワイヤ端接合が完了したかを判定する。ステップＳ００５にて、まだ接合すべき接合部材であるワイヤ端が残っている、すなわち未完了であると判定した場合はステップＳ００２に戻り、接合すべきワイヤ端が残っていない、すなわち全てのワイヤ端接合が完了したと判定した場合はステップＳ００６に進む。図５に示した例では、ワイヤ端は６つあるので、ステップＳ００２〜ステップＳ００５を６回実行する。ステップＳ００６にて、製品を排出し（製品排出手順）、終了する。ステップＳ００６では、上治具２５を外し電力用半導体装置１の中間製品を超音波接合機２０から排出する。１つの電力用半導体装置１の中間製品に対する接合工程が終了したら、次の電力用半導体装置１の中間製品に対する接合工程を実行する。
【０１０１】
なお、図１０、図１９、図２０、図２１のフローチャートにおいても、端子接合はワイヤ端接合に読み替えることで、各フローチャートのワイヤボンド装置を用いたワイヤボンド工程を実行することができる。
【０１０２】
また、十分な接合強度の超音波接合部を得るためには、超音波エネルギーを配線パターン１０と接続ワイヤ１５との接合界面に印加する必要がある。治具による製品の固定が不足していたり、超音波ツールの取り付けが緩い場合には、十分な接合強度の超音波接合部が得られない。治具による固定不足については、製品の反りや治具の反り、劣化、固定するネジの劣化やトルク不足などが考えられる。上治具２５を用いて製品（電力用半導体装置１）を固定する場合は、接触面の片当たりや、接触面の劣化などが考えられる。ＡＥ信号は、これらは要因別に発生するＡＥ信号の周波数が異なることが特徴である。ＡＥセンサ３３を用いて、ワイヤボンドの際のＡＥ信号を検出し、ＡＥ信号の周波数を時間軸でモニターすることで、超音波接合部の強度を低下させる要因を瞬時に見極めることができる。周波数の違いが微小で判別が難しい場合は、下治具２４における複数の位置や超音波ホーン２２の外面のそれぞれにＡＥセンサ３３を設置し、それぞれで検出するＡＥ信号の位相差や振幅の大小により、要因を特定することができる。ワイヤボンド装置の場合には、印加する超音波の印加エネルーが実施の形態１、２の超音波接合装置５０よりも低いので、超音波ホーン２２の外面にＡＥセンサ３３を設置することが可能である。なお、ＡＥセンサ３３をワイヤボンド装置の超音波ツールに取り付けることはできない。なぜなら、軽い超音波ツールにＡＥセンサ３３を取り付けると重量が変化し、超音波ツールの振動状態が変化するためである。
【０１０３】
また、印加する超音波波形とＡＥ信号の波形の位相の違い（位相差）により、接合の良否判定をすることができる。すなわち、位相差が少ない場合は、超音波接合時の印加エネルギーが正常に接合界面に印可され、その際のＡＥ信号が正常に治具からＡＥセンサ３３に伝わっていることを示す。一方で位相差が大きい場合は、接合部直下の製品と治具との間に隙間があるなどにより、ＡＥ信号が伝わる経路が大きくなり、ＡＥセンサ３３に伝わるまでの時間が増加することが原因である。従って位相差が大きい場合は超音波エネルギーが正常に接合界面に印加されていないことを示している。
【０１０４】
なお、各実施の形態においては、電力用半導体装置１に搭載される電力用半導体素子は、スイッチング素子のＩＧＢＴ、整流素子のＦｗＤｉを例として説明したが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）等の整流素子でもよい。また、電力用半導体装置１に搭載される電力用半導体素子は、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でも良いが、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を用いることができる。例えば、スイッチング素子として機能するＩＧＢＴ１２や、整流素子として機能するＦｗＤｉ１３に、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料又はダイヤモンドを用いた場合、従来から用いられてきたシリコン（Ｓｉ）で形成された素子よりも電力損失が低いため、電力用半導体装置１の高効率化が可能となる。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、電力用半導体装置１の小型化が可能となる。さらにワイドバンドギャップ半導体素子は、耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンクの小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、ヒートシンクを備えた電力用半導体装置の一層の小型化が可能になる。
【０１０５】
前述したように、電力用半導体装置１は大電流を取り扱うがゆえに、効率良く放熱できるように設計されており、ワイドバンドギャップ半導体材料を用いた電力用半導体装置１も効率良く放熱できるように設計されている。本発明の実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３の超音波接合装置５０は、端子接合部の温度を直接サーモビューワでモニターせずに、ＡＥセンサ３３又は及び、レーザドップラ振動計５６の検出信号に基づいて接合工程中に接合品質をリアルタイムで検査することができるので、ワイドバンドギャップ半導体材料を用いた電力用半導体装置１の超音波接合の検査を適切に行うことができる。
【０１０６】
なお、接合状態判定装置３２の機能ブロックである、信号入力部３６、信号処理部３７、演算処理部３８、判定部３９、判定結果出力部４０は、図３０に示すプロセッサ９８、メモリ９９により機能が実現されてもよい。図３０は、接合状態判定装置の機能ブロックを実現するハードウェア構成例を示す図である。この場合、信号入力部３６、信号処理部３７、演算処理部３８、判定部３９、判定結果出力部４０は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して各機能を実行してもよい。
【０１０７】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…電力用半導体装置（被固定物）、４…主端子（接合部材）、５…信号端子（接合部材）、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…配線パターン（被接合部材）、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…接続ワイヤ（接合部材）、２０…超音波接合機、２１…超音波ツール、２４…下治具、２５…上治具、２８…筐体、３０…接合検査装置、３１…接合状態測定装置、３２…接合状態判定装置、３３…ＡＥセンサ、３７…信号処理部、３８…演算処理部、５６…レーザドップラ振動計（非接触振動計）、５０…超音波接合装置、７１…ＡＥ信号波形、７２…ＡＥ信号波形、７４…演算処理波形、７５…演算処理波形、８１…印加周波数波形、８２、８２ａ、８２ｂ…検出周波数波形、ｓｉｇ１…検出信号、ｓｉｇ２…判定結果信号（判定結果）、Δｔ１、Δｔ２…時間差、ｔｒ１、ｔｒ２…判定値
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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