(57)【要約】【課題】半導体部品と金属部材との接合にレーザ光を用いつつ、接合部が高温になっても半導体部品と金属部材との接合の信頼性の確保が可能な接合装置及び接合方法を提供する。【解決手段】接合装置１０は、半導体本体５１、及び第一金属皮膜５２を備える半導体部品５０と、金属部材６０と、を赤外波長のレーザ光Ｌによって接合する接合装置１０であって、半導体本体は、レーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層５１ｂを備え、第一金属皮膜は、レーザ光Ｌを吸収することによって溶融可能な材質で形成され、接合装置１０は、半導体本体の表面のうち第一金属皮膜が形成されていないレーザ透過材料層の面にレーザ光を入射させ、レーザ透過材料層を透過したレーザ光を第一金属皮膜に吸収させることにより、第一金属皮膜を溶融させて半導体部品と金属部材とを接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体本体、及び、前記半導体本体の第一の表面に形成される第一金属皮膜を備える半導体部品と、
前記半導体部品と別体に形成され、前記半導体部品の前記第一金属皮膜に接触して配置される金属部材と、
を赤外波長のレーザ光によって接合する接合装置であって、
前記半導体本体は、前記レーザ光を透過可能とするレーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層を備え、
前記第一金属皮膜は、前記レーザ光を吸収することによって溶融可能な材質で形成され、
前記接合装置は、前記半導体本体が備える前記レーザ透過材料層の表面のうち前記第一金属皮膜が形成されていない面に前記レーザ光を入射させ、前記レーザ透過材料層を透過した前記レーザ光を前記第一金属皮膜に吸収させることにより、前記第一金属皮膜を溶融させて前記半導体部品と前記金属部材とを接合する、接合装置。
【請求項２】
前記半導体部品は、前記半導体本体の前記第一の表面とは反対側の第二の表面に形成される第二金属皮膜を備え、
前記接合装置は、前記半導体本体が備える前記レーザ透過材料層の表面のうち前記第一金属皮膜及び前記第二金属皮膜が形成されていない面に前記レーザ光を入射させ、前記レーザ透過材料層を透過した前記レーザ光を前記第一金属皮膜に吸収させる、請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記接合装置は、
前記レーザ光を発振する発振源と、
前記第二金属皮膜から距離を隔てて且つ前記第二金属皮膜に対向して配置され、前記発振源から発振された前記レーザ光の照射角度を変更し、前記第二金属皮膜より外側の任意の位置に前記レーザ光を照射可能な照射角度変更装置と、
前記第一金属皮膜及び前記第二金属皮膜が形成されていない前記半導体部品の外周面に対向して配置され、前記照射角度変更装置から照射された前記レーザ光を反射して前記半導体本体の前記レーザ透過材料層に入射させる反射板と、
を備える、請求項２に記載の接合装置。
【請求項４】
前記照射角度変更装置は、前記レーザ光の照射角度を前記第二金属皮膜との対向方向に対して変化させ、
前記反射板は、前記照射角度変更装置から照射された前記レーザ光を反射させて、前記第一金属皮膜の異なる位置に前記レーザ光を吸収させる、請求項３に記載の接合装置。
【請求項５】
前記照射角度変更装置は、前記レーザ光の照射位置を前記第二金属皮膜より外側の周囲に連続的に変化させ、
前記反射板は、前記第一金属皮膜及び前記第二金属皮膜が形成されていない前記半導体部品の外周面全体に対向して配置される、請求項３又は４に記載の接合装置。
【請求項６】
前記半導体本体は、Ｓｉよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体層を備える、請求項１〜５の何れか一項に記載の接合装置。
【請求項７】
半導体本体、及び、前記半導体本体の第一表面に形成される第一金属皮膜を備える半導体部品と、
前記半導体部品と別体に形成され、前記半導体部品の前記第一金属皮膜に接触して配置される金属部材と、
を赤外波長のレーザ光によって接合する接合方法であって、
前記半導体本体は、前記レーザ光を透過可能とするレーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層を備え、
前記第一金属皮膜は、前記レーザ光を吸収することによって溶融可能な材質で形成され、
前記接合方法は、
前記レーザ光が、前記半導体本体の前記レーザ透過材料層に入射し、前記レーザ透過材料層を透過する透過工程と、
前記レーザ光が、前記レーザ透過材料層内を透過後、前記第一金属皮膜に吸収されて前記第一金属皮膜を溶融させ前記半導体部品と前記金属部材とを接合する接合工程と、
を備える接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品と金属部材との接合をレーザ光の照射によって行なう接合装置及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばシリコン等からなる半導体部品と金属部材とを接合する際に、特定の波長を備えるレーザ光を用いて接合する技術がある。例えば、特許文献１には、半導体部品（半導体チップ）と金属部材（基材）とを、所定の赤外波長を有するレーザ光によって接合（溶着）することが記載されている。詳細には、まず金属部材上に半導体部品が載置されるとともに、金属部材と半導体部品との間に例えばハンダである接合材が配置される。このとき、接合材の周囲には、吸収樹脂が配置され、接合材は吸収樹脂に包囲されている。また、吸収樹脂には、半導体部品、及び接合材よりも、前述した所定の赤外波長を有するレーザ光の吸収率がよい部材が用いられている。そして、照射されたレーザ光が、半導体部品を透過し、吸収樹脂に吸収される。これにより、吸収樹脂が加熱されて溶融し、加熱した吸収樹脂の熱によって接合材が溶融して金属部材と半導体部品とが、溶融した接合材によって接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５０１３０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に記載の従来技術では、接合材としての材料は、溶融温度が吸収樹脂の溶融温度より低いことが必要条件となる。このため、特許文献１には、接合材の選択対象として、鉛フリーはんだ、Ｓｎ合金はんだ等が挙げられている。
【０００５】
しかしながら、近年、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車では、電力を制御するＰＣＵ（パワーコントロールユニット）が、高電圧化及び大電流化している。このため、ＰＣＵを構成するインバータなどに用いられる半導体部品にも、高電圧が印加され、且つ、大電流が流れることにより、半導体部品と金属部材の間、即ち接合材が高温となる場合がある。このような場合、上記のような、融点の低い鉛フリーはんだ、Ｓｎ合金等からなる接合材では、品質の確保が困難となる虞がある。
【０００６】
本発明は、半導体部品と金属部材との接合にレーザ光を用いつつ、接合部が高温になっても半導体部品と金属部材との接合の信頼性の確保が可能な接合装置及び接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る接合装置は、半導体本体、及び、前記半導体本体の第一の表面に形成される第一金属皮膜を備える半導体部品と、前記半導体部品と別体に形成され、前記半導体部品の前記第一金属皮膜に接触して配置される金属部材と、を赤外波長のレーザ光によって接合する接合装置であって、前記半導体本体は、前記レーザ光を透過可能とするレーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層を備え、前記第一金属皮膜は、前記レーザ光を吸収することによって溶融可能な材質で形成され、前記接合装置は、前記半導体本体が備える前記レーザ透過材料層の表面のうち前記第一金属皮膜が形成されていない面に前記レーザ光を入射させ、前記レーザ透過材料層を透過した前記レーザ光を前記第一金属皮膜に吸収させることにより、前記第一金属皮膜を溶融させて前記半導体部品と前記金属部材とを接合する。
【０００８】
上記態様によれば、半導体本体のレーザ透過材料層内を透過するレーザ光によって第一金属皮膜が溶融温度となるまで直接加熱されて溶融し、その後冷却固化して半導体部品と金属部材とが接合される。このように、レーザ光が第一金属皮膜を直接照射して溶融させるので、第一金属皮膜としては、ハンダの融点温度よりもはるかに高い融点温度を有する金属を用いることができる。これにより、接合部は、ハンダにより接合した接合部よりも耐熱性が向上される。その結果、使用時に半導体部品が高温になったとしても、半導体部品と金属部材との接合部の接合に対する信頼性が確保される。
【０００９】
本発明にかかる接合方法は、半導体本体、及び、前記半導体本体の第一表面に形成される第一金属皮膜を備える半導体部品と、前記半導体部品と別体に形成され、前記半導体部品の前記第一金属皮膜に接触して配置される金属部材と、を赤外波長のレーザ光によって接合する接合方法であって、前記半導体本体は、前記レーザ光を透過可能とするレーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層を備え、前記第一金属皮膜は、前記レーザ光を吸収することによって溶融可能な材質で形成され、前記接合方法は、前記レーザ光が、前記半導体本体の前記レーザ透過材料層に入射し、前記レーザ透過材料層を透過する透過工程と、前記レーザ光が、前記レーザ透過材料層内を透過後、前記第一金属皮膜に吸収されて前記第一金属皮膜を溶融させ前記半導体部品と前記金属部材とを接合する接合工程と、を備える。これにより、熱的に高信頼性を有した上記接合装置で得られた接合と同様の接合が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る接合装置の概要図である。
【図２】実施形態に係る半導体部品の組成を説明する図である。
【図３】接合装置の寸法について説明する図である。
【図４】第一金属皮膜の平面視における接合状態を説明する図である。
【図５】接合方法を説明するフローチャートである。
【図６】変形例１における図４に対応する図である。
【図７】変形例２における図４に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る接合装置について、図面に基づき説明する。図１は、接合装置１０の概要図である。接合装置１０は、レーザ発振器２０（本発明の発振源に相当）、レーザヘッド３０（本発明の照射角度変更装置に相当）、反射板４０、及び筐体７０を備える。接合装置１０は、レーザ光によって半導体装置１００を構成する半導体部品５０とヒートスプレッダ６０（本発明の金属部材に相当）とを接合する装置である（図１参照）。接合装置１０の説明の都合上、まず、接合対象となる半導体装置１００について説明する。なお、以降の説明においては、図１の上側を上方、下側を下方として説明する。
【００１２】
（１．半導体装置１００の構成）
半導体装置１００は、図１及び図２に示すように、半導体部品５０と、金属部材としてのヒートスプレッダ６０と、他の金属部材としてのリードフレーム６２とを備える。半導体部品５０は、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車において、電力を制御するＰＣＵ（パワーコントロールユニット）に使用される。具体的には、半導体部品５０は、ＰＣＵを構成するインバータの半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）として使用されるものとする。なお、半導体部品５０は、インバータの他に、半導体スイッチング素子を用いる他の装置にも用いられる。なお、ＩＧＢＴについては公知の技術であるので、詳細な説明については、省略する。
【００１３】
図２に示すように、半導体部品５０は平板状に形成される。半導体部品５０は、半導体本体５１、第一金属皮膜５２、及び第二金属皮膜５３を備える。第二金属皮膜５３は、半導体本体５１の第二の表面（図２において半導体本体５１の上側の面であり、後述のワイドバンドギャップ半導体層５１ａの表面に相当）に形成される。
【００１４】
半導体本体５１は、所定の赤外波長のレーザ光を透過可能とするレーザ透過材料により形成されるレーザ透過材料層５１ｂと、ワイドバンドギャップ半導体層５１ａとを備える。レーザ透過材料層５１ｂは、例えばＳｉ等のレーザ透過材料により形成される半導体層である。ワイドバンドギャップ半導体層５１ａは、例えばＧａＮ、ＳｉＣ等により形成される半導体層である。ワイドバンドギャップ半導体層５１ａは、Ｓｉよりも広い幅のバンドギャップ（禁制帯）を有する。なお、レーザ透過材料層５１ｂに限らずワイドバンドギャップ半導体層５１ａもレーザ透過材料により形成されてもよい。
【００１５】
第一金属皮膜５２は、半導体本体５１の第一の表面（図２において半導体本体５１の下側の面）に形成される。第一金属皮膜５２は、半導体本体５１の第一の表面から、下方に向かって、順に下地接合層５２ａ及び接合層５２ｂを備える。下地接合層５２ａは、接合層５２ｂの下地として形成される。下地接合層５２ａ及び接合層５２ｂは、何れも各融点が、ハンダの融点よりも高い金属材料により形成される。また、第一金属皮膜５２は、所定の赤外波長のレーザ光を吸収することによって溶融可能である。つまり、第一金属皮膜５２は、上記レーザ光をほとんど透過することなく、吸収するか、若しくは、反射する。なお、第一金属皮膜５２に照射されるレーザ光のエネルギー密度が大きいほど、吸収されるレーザ光のエネルギーは大きくなる。第一金属皮膜５２は、レーザ透過材料層５１ｂの下側の表面（第二の表面）に電子的に結合される。
【００１６】
第二金属皮膜５３は、半導体本体５１の第二の表面から上方に向かって順に下地電極層５３ｂ及び電極層５３ａを備える。下地電極層５３ｂは、電極層５３ａの下地として形成される。本実施形態においては、下地電極層５３ｂ及び電極層５３ａは、第一金属皮膜５２の下地接合層５２ａ及び接合層５２ｂと同様の材質で形成される。ワイドバンドギャップ半導体層５１ａは、レーザ透過材料層５１ｂの少なくとも１つの表面（本実施形態では上面）に電子的に結合される。つまり、第二金属皮膜５３は、ワイドバンドギャップ半導体層５１ａの表面に電子的に結合される。
【００１７】
上記より、第二金属皮膜５３及び第一金属皮膜５２は、下地電極層５３ｂ、及び下地接合層５２ａの表面に電極層５３ａ及び接合層５２ｂがそれぞれ電子的に結合される。つまり、下地電極層５３ｂの図２における下側の表面がワイドバンドギャップ半導体層５１ａと電子的に結合され、下地接合層５２ａの図２における上側の表面がレーザ透過材料層５１ｂと電子的に結合される構造を有する。
【００１８】
ヒートスプレッダ６０は、例えばＣｕによって形成される金属部材である。ヒートスプレッダ６０は、半導体部品５０と別体で形成され、半導体部品５０が備える第一金属皮膜５２の図２における下側の表面に接触して配置される。そして、ヒートスプレッダ６０は、第一金属皮膜５２が溶融し、その後固化することにより半導体部品５０に接合される。つまり、ヒートスプレッダ６０は、第一金属皮膜５２を介して半導体本体５１の第一の表面に接合される。ヒートスプレッダ６０は、所定容量以上のマスを有し、昇温した半導体部品５０の熱を逃がす作用を有する。なお、マスの所定容量は、任意に設定する。
【００１９】
リードフレーム６２は、例えばＣｕによって形成される金属部材である。リードフレーム６２は、半導体部品５０と別体に形成され、半導体部品５０が備える第二金属皮膜５３の図２における上側の表面に接触して配置される。そして、リードフレーム６２は、半導体部品５０に電気的に導通可能に接合される。つまり、リードフレーム６２は、第二金属皮膜５３を介して半導体本体５１の第二の表面に接合される。リードフレーム６２は、半導体部品５０に電力を供給する配線用部材である。
【００２０】
なお、上記においては、リードフレーム６２と半導体部品５０とを導通可能に接合するとのみ説明し、その具体的な方法については説明しなかった。しかし、半導体本体５１とリードフレーム６２とは、どのような方法を用いて接合してもよい。一例として、可能であれば、ヒートスプレッダ６０を半導体部品５０に接合する場合と同様、接合装置１０によって第二金属皮膜５３にレーザ光を照射し第二金属皮膜５３を溶融させてリードフレーム６２と半導体部品５０とを接合させてもよい。この場合、レーザ光は、半導体部品５０の側面から入射し、レーザ透過材料層５１ｂ及びワイドバンドギャップ半導体層５１ａを透過させて第二金属皮膜５３を溶融させればよい。また、他の方法によって第二金属皮膜５３を溶融させ、リードフレーム６２と半導体部品５０とを接合させてもよい。また、第二金属皮膜５３を溶融させず、ハンダより融点が高い別の接合材料を用いて溶接を行ないリードフレーム６２と半導体部品５０とを接合してもよい。
【００２１】
（２．接合装置１０の構成）
図１に示すように、接合装置１０は、レーザ発振器２０、レーザヘッド３０、反射板４０、及び筐体７０を備える。レーザヘッド３０、及び反射板４０が筐体７０内に配置される。
【００２２】
レーザ発振器２０は、波長が予め設定された所定の赤外波長となるよう発振させてレーザ光を生成する。このとき、一例として第一金属皮膜５２の下地接合層５２ａの材質をＴｉ／Ｎｉとし、接合層５２ｂの材質をＡｕとした場合、レーザ光Ｌの所定の赤外波長の大きさは、１．１２７μｍ〜６μｍの範囲にあることが好ましい。レーザ光Ｌの赤外波長が１．１２７μｍ〜６μｍの範囲にあることにより、レーザ光Ｌは、半導体本体５１を良好に透過し、且つ第一金属皮膜５２では、良好に吸収されて第一金属皮膜５２を溶融する。なお、半導体本体５１が別の材質の半導体に置き換えられた場合、及び第一金属皮膜５２が別の材質の金属層に置き換えられた場合には、赤外波長を、置き換えられた材料の赤外波長吸収特性に応じて所定の大きさに変更すればよい。
【００２３】
レーザ光Ｌとしては、具体的に、ＥｒＹＡＧ（波長：約３μｍ）、ＨｏＹＡＧ（波長：約１．５μｍ）、およびファイバーレーザなどが採用される。また、レーザ発振器２０は、レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌをレーザヘッド３０に伝送する光ファイバ２２を備える。
【００２４】
図１に示すように、レーザヘッド３０は、半導体部品５０の第二金属皮膜５３から距離を隔て、且つ第二金属皮膜５３に対向して配置される。レーザヘッド３０は、レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌの照射角度を変更する。
【００２５】
レーザヘッド３０は、コリメートレンズ３２、ミラー３４、ガルバノスキャナ３６、及びｆθレンズ３８を有している。前述したとおり、コリメートレンズ３２、ミラー３４、ガルバノスキャナ３６、及びｆθレンズ３８は、筐体７０内に配置される。コリメートレンズ３２は、光ファイバ２２から出射されたレーザ光Ｌをコリメートして平行光に変換する。
【００２６】
ミラー３４は、コリメートされたレーザ光Ｌが、ガルバノスキャナ３６に入射するようレーザ光Ｌの進行方向を変換する。本実施形態において、ミラー３４は、レーザ光Ｌの進行方向を９０度変換する。
【００２７】
ガルバノスキャナ３６は、レーザ光Ｌの進行方向を変更し、レーザ光Ｌを、ｆθレンズ３８を介して反射板４０の半導体部品５０側の面のいずれかの位置に照射する。ガルバノスキャナ３６には、例えば、直交する２方向に首ふり運動の可能な一対の可動ミラー（図示しない）を含む周知のスキャナが用いられる。
【００２８】
ｆθレンズ３８は、ガルバノスキャナ３６から入射された平行なレーザ光Ｌを集光するレンズである。なお、このレーザ光Ｌの照射角度は、第二金属皮膜５３より外側（外径側）の任意の位置に向かう角度であり、具体的には後述する反射板４０の反射面に向かう角度である。
【００２９】
反射板４０は、半導体部品５０のうち、第一金属皮膜５２及び第二金属皮膜５３が形成されていない半導体部品５０の外周面（側面）に対し、予め設定された角度θを有して対向し、半導体部品５０の外周面を連続して包囲するように配置される。角度θは、重力方向に延在する垂線ＶＬ１と、半導体部品５０の外周面に対向する側の反射板４０の面（以降、反射面と称す）との為す角である。反射板４０は、半導体部品５０の外周面に対向する側の面が鏡になっている。
【００３０】
図３は、接合装置１０を用いて、半導体部品５０の外周面（側面）に、レーザ光Ｌを入射し、且つ第一金属皮膜５２に照射する場合の寸法関係の一例を示している。図３では、上側を上方、下側を下方とする。なお、構成の前提条件として、半導体部品５０は角柱形状とし、角柱の少なくとも一辺の長さを５ｍｍとする。また、第一金属皮膜５２を除いた半導体部品５０の厚みｔを０．５ｍｍ（図略）とする。また、第一金属皮膜５２の上面とレーザヘッド３０（照射角度変更装置）におけるレーザ光Ｌの照射中心位置Ｃまでの高さｈ（距離）を１００ｍｍとする。
【００３１】
このような条件下で、レーザヘッド３０からのレーザ光Ｌの照射角度βが５°となるようレーザ光Ｌを照射する。なお、照射角度βは、レーザヘッド３０のレーザ光Ｌの照射中心位置Ｃから垂下した垂線ＶＬ２とレーザ光Ｌの光路の中心軸線との間の角度である。これによって、反射板４０の角度θが３１．５８°、第一金属皮膜５２から反射板４０におけるレーザ光Ｌの反射位置高さｈ１が、５．０７ｍｍ、垂線ＶＬ２から反射板４０におけるレーザ光Ｌの反射位置までの水平距離ｒが、２５．３８ｍｍであるときに、レーザ光Ｌは、半導体本体５１のレーザ透過材料層５１ｂの側面の上端Ｐから入射し、レーザ透過材料層５１ｂ内を透過して、第一金属皮膜５２上のほぼ中央位置に照射可能である。
【００３２】
そして、第一金属皮膜５２の上面全面にレーザ光Ｌを照射するためには、反射板４０の角度θを３１．５８°に固定した状態で、ガルバノスキャナ３６を制御する。具体的には、ガルバノスキャナ３６によって、レーザ光Ｌの反射位置高さｈ１が５．０７ｍｍよりも小さくなる方向、且つ垂線ＶＬ２回りの周回方向にレーザ光Ｌが走査されるよう制御すればよい。
【００３３】
このように、あくまで一実施例の寸法の例示であるが、十分実施可能であることがわかる。これにより、第一金属皮膜５２は、平面視で見た場合、図４に示すように第一金属皮膜５２の全面に分布する接合点Ｓによって半導体本体５１とヒートスプレッダ６０とを接合する。なお、図４において、丸印によって記載された複数の接合点Ｓは、レーザ光Ｌの照射によって接合された接合点の一例を示している。図４では、描画の都合上、接合点Ｓ相互の間隔が疎な状態で示しているが、ガルバノスキャナ３６の制御次第で、密な状態にできることはいうまでもない。また、図４は、あくまで模式図である。よって実際の接合の形状とは異なる。
【００３４】
（３．接合方法）
次に、接合装置１０の接合方法について図１、及び図５のフローチャートに基づき説明する。図５に示すように、接合方法は、照射工程Ｓ１０と、透過工程Ｓ１２と、接合工程Ｓ１４と、を備える。
【００３５】
照射工程Ｓ１０では、レーザ発振器２０を駆動してレーザ光Ｌを所定の赤外波長で発振する。前述したように、このとき、レーザ光Ｌの所定の赤外波長は、１．１２７μｍ〜６μｍの範囲である。そして、レーザ発振器２０から発振したレーザ光Ｌは、光ファイバ２２に入射されてレーザヘッド３０まで伝送される（図１参照）。
【００３６】
光ファイバ２２から出射したレーザ光Ｌは、コリメートレンズ３２で平行化された後、ミラー３４で反射されてガルバノスキャナ３６を通り、ｆθレンズ３８を介して反射板４０に向けて照射される。このとき、ガルバノスキャナ３６は、図示しない直交する一対の可動ミラーを首ふり運動させることによって、ｆθレンズ３８に入射させるレーザ光Ｌの角度を変更する。変更するレーザ光Ｌの角度は、図略の制御装置からの指令値に基づく。
【００３７】
これにより、レーザ光Ｌは、ｆθレンズ３８を介して、上述した反射板４０のミラー側の所定位置に照射され、反射板４０で全反射して、半導体本体５１の側面の所定位置に入射される（図１、図３参照）。ここで、半導体本体５１の側面とは、半導体本体５１が露出する面であり、第一金属皮膜５２及び第二金属皮膜５３が形成されていない面である。即ち、半導体本体５１の側面とは、ワイドバンドギャップ半導体層５１ａ及びレーザ透過材料層５１ｂの側面である。なお、本実施形態においては、レーザ光Ｌが入射する半導体本体５１の側面の所定位置とは、レーザ透過材料層５１ｂの側面のうちの何れかの位置である。
【００３８】
なお、ｆθレンズ３８は、ガルバノスキャナ３６から入射されたレーザ光Ｌの入射角度に応じて、焦点距離ｆを変化させる公知のレンズである。従って、ｆθレンズ３８を通過し、反射板４０に向かって進行するレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌの光路の中心軸線と直交するレーザ光Ｌの断面の径（以降、光路径と称す）が、進行方向前方に向かって徐々に小さくなりながら進行する（図１参照）。
【００３９】
次に、透過工程Ｓ１２では、半導体本体５１が備えるレーザ透過材料層５１ｂの側面の所定位置に入射したレーザ光Ｌは、更に光路径が小さくなりながら、レーザ透過材料層５１ｂ内を透過していく。本実施形態では、このとき、レーザ光Ｌのエネルギーの殆どがレーザ透過材料層５１ｂ内を透過する。その後、レーザ光Ｌは、第一金属皮膜５２の上面の所定の位置に到達する。第一金属皮膜５２の上面におけるレーザ光Ｌの到達位置では、レーザ光Ｌの焦点があった状態で集光されている。焦点があった状態とは、第一金属皮膜５２に対し、レーザ光Ｌのエネルギー密度が上昇し吸収が最も良好となる状態である。
【００４０】
接合工程Ｓ１４では、第一金属皮膜５２が、レーザ光Ｌのエネルギーを吸収し、加熱される。これにより、第一金属皮膜５２は昇温して、融点に達し溶融する。その後、第一金属皮膜５２は、再び冷えて固化する際に、上下で隣接する半導体本体５１及びヒートスプレッダ６０と結合され、延いては半導体本体５１とヒートスプレッダ６０とが接合される。このとき、第一金属皮膜５２は、レーザ光Ｌの照射によって、非常に短時間で昇温し溶融される。このため、レーザ光Ｌが透過する半導体本体５１（レーザ透過材料層５１ｂ）には熱的な影響を殆ど与えない。
【００４１】
なお、上記では、第一金属皮膜５２上では、レーザ光Ｌの焦点が合った状態となる旨、説明した。しかし、レーザ光Ｌの焦点が合った状態でなくとも、各状態それぞれに応じたエネルギー量が、第一金属皮膜５２に吸収される。このため、第一金属皮膜５２は加熱され溶融可能であるので、焦点があった状態が必須の条件ではない。
【００４２】
また、上記工程の説明においては、説明の都合上、一本のレーザ光Ｌによる、一回の照射のみについて説明した。しかし、実際には、照射工程Ｓ１０において、ガルバノスキャナ３６は、直交する一対の可動ミラーを、それぞれ垂線ＶＬ２に対して径方向及び回転方向に移動させながら（図３、矢印Ａｒ１、Ａｒ２参照）断続的にレーザ光Ｌを照射する。つまり、図５に示すフローチャートを繰り返し実行する。
【００４３】
これによって、レーザ光Ｌは、ｆθレンズ３８を通って反射板４０で全反射されながら、第一金属皮膜５２の上面全面を高速且つ短時間でスキャニングすることができる（図４参照）。従って、第一金属皮膜５２の全面で、半導体部品５０と、ヒートスプレッダ６０とが短時間で強固に結合される。ただし、上記で説明したように、一本のレーザ光Ｌによる、一回の照射のみによって半導体部品５０と、ヒートスプレッダ６０とを接合させてもよい。これによっても相応の効果を奏する。
【００４４】
また、上記において、レーザ光Ｌの照射は、レーザ光Ｌを断続的に照射する、いわゆるパルスレーザであると説明した。これは、断続的に照射することにより、第一金属皮膜５２でのレーザ光Ｌの吸収効率が向上するという知見に基づくものである。しかし、この態様には限らない。レーザ光Ｌは、断続的に照射せず、エネルギー制御が容易なＣＷレーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｌａｓｅｒ）によって連続照射してもよい。これによっても相応の効果は得られる。
【００４５】
（変形態様）
次に、上記実施形態の変形態様に係る接合装置について図３、図６に基づき説明する。上記実施形態で説明したガルバノスキャナ３６によるレーザ光Ｌの走査方法は、あくまで一例であって、別の走査方法でもよい。例えば、変形例１として、レーザ光Ｌの照射角度を第二金属皮膜５３との対向方向に対して変化させ、反射板４０は、レーザヘッド３０（照射角度変更装置）から照射されたレーザ光Ｌを反射させて、第一金属皮膜５２の異なる位置にレーザ光を吸収させてもよい。つまり、ガルバノスキャナ３６によってレーザ光Ｌを、垂線ＶＬ２に対して所定の径方向（図３中、矢印Ａｒ１参照）のみに走査させ、これによって、第一金属皮膜５２の異なる位置の範囲にレーザ光を吸収させ、半導体部品５０と、ヒートスプレッダ６０とを接合してもよい（図６、Ｓ参照）。これによっても、相応の効果を奏する。なお、変形例１においては、反射板４０は、半導体部品５０の外周面全体に対向して配置される必要はない。
【００４６】
また、ガルバノスキャナ３６の走査方法に係る変形例２として、レーザヘッド３０（照射角度変更装置）が、レーザ光Ｌの照射位置を第二金属皮膜５３より外側の周囲に一周だけ連続的に変化するようにしてもよい（図３中、矢印Ａｒ２参照）。これによって、レーザ光Ｌが照射されると、第一金属皮膜５２では、全面ではなく、レーザ光Ｌの照射位置に応じた所定の円の上のみがスキャニングされて接合され（図７、Ｓ参照）、半導体部品５０と、ヒートスプレッダ６０とが接合される。なお、図７では、一重円であるが、上記変形例１と組み合わせて、径の異なる二重以上の円で半導体部品５０と、ヒートスプレッダ６０とを接合させてもよい。これらによっても、相応の効果を奏する。
【００４７】
（実施形態に係る効果）
上記実施形態によれば、接合装置１０は、半導体本体５１、及び、半導体本体５１の第一の表面に形成される第一金属皮膜５２を備える半導体部品５０と、半導体部品５０と別体に形成され、半導体部品５０の第一金属皮膜５２に接触して配置される金属部材としてのヒートスプレッダ６０と、を赤外波長のレーザ光Ｌによって接合する装置である。半導体本体５１は、レーザ光Ｌを透過可能とするレーザ透過材料によって形成されるレーザ透過材料層５１ｂを備える。また、第一金属皮膜５２は、レーザ光Ｌを吸収することによって溶融可能な材質で形成される。そして、接合装置１０は、半導体本体５１が備えるレーザ透過材料層の表面のうち第一金属皮膜５２が形成されていない面（側面）にレーザ光を入射させ、レーザ透過材料層５１ｂを透過したレーザ光Ｌを第一金属皮膜５２に吸収させることにより、第一金属皮膜５２を溶融させて半導体部品５０とヒートスプレッダ６０（金属部材）とを接合する。
【００４８】
このように、半導体本体５１のレーザ透過材料層５１ｂ内を透過するレーザ光Ｌによって、直接、第一金属皮膜５２が融点まで短時間で加熱されて溶融され、半導体部品５０とヒートスプレッダ６０とが接合される。このように、皮膜であるため容量が小さな第一金属皮膜５２が短時間で溶融されて半導体部品５０とヒートスプレッダ６０とを接合するので、溶融した第一金属皮膜５２の保持する熱容量は大きくない。これによって、第一金属皮膜５２が半導体本体５１に対して熱的に大きな影響を及ぼすことはない。また、半導体本体５１が熱的に大きな影響を受けにくいので、接合材となる第一金属皮膜５２として、ハンダの融点温度よりも高い融点温度を有する金属を用いることができる。これにより、半導体部品５０とヒートスプレッダ６０（金属部材）との接合部は、ハンダにより接合する従来技術における接合部よりも耐熱性が向上する。
【００４９】
また、上記実施形態によれば、半導体部品５０は、半導体本体５１の第一の表面とは反対側の第二の表面に形成される第二金属皮膜５３を備える。そして、接合装置１０は、半導体本体５１が備えるレーザ透過材料層５１ｂの表面のうち第一金属皮膜５２及び第二金属皮膜５３が形成されていない側面にレーザ光Ｌを入射させ、半導体本体５１のレーザ透過材料層５１ｂを透過したレーザ光Ｌを第一金属皮膜５２に吸収させ第一金属皮膜５２を溶融させる。このように、第二金属皮膜５３を備えることによりリードフレーム６２と半導体部品５０とを簡易に接合できる。また、このとき、半導体部品５０において、外部に露出する部位をレーザ光Ｌの半導体部品５０への入射面として利用できるので、簡易に対応できる。
【００５０】
また、上記実施形態によれば、レーザヘッド３０（照射角度変更装置）は、レーザ光Ｌの照射位置を第二金属皮膜５３より外側の周囲に連続的に変化させ、反射板４０は、第一金属皮膜５２及び第二金属皮膜５３が形成されていない半導体部品５０の外周面全体に対向して配置される。これにより、レーザ光Ｌは、第一金属皮膜５２の全面をスキャニングし、第一金属皮膜５２の全面で接合可能となる。これにより、半導体部品５０とヒートスプレッダ６０（金属部材）との間で強固な接合が得られる。
【００５１】
また、上記実施形態によれば、接合装置１０は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器２０（発振源）と、第二金属皮膜５３から距離を隔てて且つ第二金属皮膜５３に対向して配置され、レーザ発振器２０から発振されたレーザ光Ｌの照射角度を変更し、第二金属皮膜５３より外側の任意の位置にレーザ光Ｌを照射可能なレーザヘッド３０（照射角度変更装置）と、第一金属皮膜５２及び第二金属皮膜５３が形成されていない半導体部品５０の外周面に対向して配置され、レーザヘッド３０から照射されたレーザ光Ｌを反射して半導体本体５１に入射させる反射板４０と、を備える。このような装置を備えることにより、レーザ発振器２０で生成されたレーザ光Ｌを伝送し、小さな半導体本体５１の側面に良好に入射させることができる。
【００５２】
また、上記実施形態によれば、接合方法は、半導体本体５１、及び半導体本体５１の第一の表面に形成される第一金属皮膜５２を備える半導体部品５０と、半導体部品５０と別体に形成され、半導体部品５０の第一金属皮膜５２に接触して配置されるヒートスプレッダ６０（金属部材）と、を赤外波長のレーザ光によって接合する接合方法である。半導体本体５１は、レーザ光Ｌを透過可能とするレーザ透過材料（例えばＳｉ等）によって形成されるレーザ透過材料層５１ｂを備える。第一金属皮膜５２は、レーザ光を吸収することによって溶融可能な材質で形成される。そして、接合方法は、レーザ光Ｌが、半導体本体５１のレーザ透過材料層５１ｂの側面に入射されレーザ透過材料層５１ｂを透過する透過工程Ｓ１２と、レーザ光Ｌが、レーザ透過材料層５１ｂ内を透過後、第一金属皮膜５２に吸収されて第一金属皮膜５２を溶融させ半導体部品５０とヒートスプレッダ６０とを接合する接合工程と、を備える。これにより、接合装置１０によって得られた、半導体部品５０とヒートスプレッダ６０との接合と同様の接合が得られる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、一例として、半導体部品５０は、ＧａＮ層を備えるＧａＮ素子、またはＳｉＣ層を備えるＳｉＣ素子として説明した。しかしこの態様には限らない。上記以外の半導体部品として、Ｓｉ層を備えるＳｉ素子を適用してもよい。さらに、レーザ透過材料層５１ｂは、Ｓｉ層であるとして説明したが、所定の赤外波長を有するレーザ光Ｌが透過可能であればどのような材料によって形成してもよい。
【００５４】
また、上記実施形態においては、半導体部品５０の側面からレーザ光Ｌを入射した。しかしこの態様には限らない。半導体部品５０の半導体本体５１のうち、側面以外で外部に露出している部分があれば、その露出部分からレーザ光Ｌを入射し、第一金属皮膜５２に照射するようにしてもよい。これによっても同様の効果が期待できる。ただし、このとき、レーザ光Ｌが第一金属皮膜５２に到達するまでの経路上の各層は、全てレーザ透過材料によって形成されている必要があることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５５】
１０・・・接合装置、  ２０・・・発振源（レーザ発振器）、  ３０・・・照射角度変更装置（レーザヘッド）、  ３２・・・コリメートレンズ、  ３４・・・ミラー、  ３６・・・ガルバノスキャナ、  ３８・・・ｆθレンズ、  ４０・・・反射板、  ５０・・・半導体部品、  ５１・・・半導体本体、  ５１ａ・・・ワイドバンドギャップ半導体層、  ５１ｂ・・・レーザ透過材料層、  ５２・・・第一金属皮膜、  ５２ａ・・・下地接合層、  ５３ｂ・・・下地電極層、  ５２ｂ・・・接合層、  ５３ａ・・・電極層、  ５３・・・第二金属皮膜、  ６０・・・金属部材（ヒートスプレッダ）、  ６２・・・リードフレーム、  ７０・・・筐体、  １００・・・半導体装置、  Ｌ・・・レーザ光、  Ｓ１０・・・照射工程、  Ｓ１２・・・透過工程、  Ｓ１４・・・接合工程。
【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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