JP4894528B2 - 半導体素子の配線接合方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子にダメージを与えることなく半導体素子の端子と配線とを接合することができる半導体素子の配線接合方法に関する。
従来、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー系半導体素子と、外部電極端子とを電気的に接続する配線接続方法としては、主に、アルミワイヤなどのワイヤを半導体素子の素子電極端子および外部電極端子に超音波接合する、ワイヤボンディングによる接続が行われていた。
このように、ワイヤボンディングによりパワー系半導体素子の接続を行う場合、大電流用の配線とするためには、ワイヤのトータル断面積を増加させる必要があるが、トータル断面積を増加させるために多数のワイヤをボンディングしていた。特許文献１には、例えばパワー系半導体素子と外部電極端子とをボンディングワイヤにて接続して構成した半導体装置の一例が開示されている。
このように多数のワイヤをボンディングする構成では、該ワイヤをボンディングするための素子電極端子や外部電極端子などのボンディングスペースを多く必要とするため、装置の小型化が困難であるという問題があった。
従って、ワイヤが占めるスペースを小さくするために、テープ状に形成して断面積を増加させたワイヤを超音波接合して、ワイヤの接合スペースを小さくしつつワイヤの断面積を確保することも行われている。
さらに、ボンディングワイヤの溶断電流値を大きくするために、電気抵抗がアルミよりも小さな銅材を、ボンディングワイヤとして用いることも行われている。
特開平１１−１９５７２５号公報
前述のごとく、テープ状に形成したワイヤを、例えば半導体素子に超音波接合する場合、広い範囲に超音波を付与してボンディングする必要があるため、半導体素子に加わる超音波エネルギーが大きくなり、該半導体素子にダメージを与える恐れがある。
また、電気抵抗が小さい銅材をワイヤとして用いた場合も、銅材はアルミよりも硬度が高いため、超音波にて素子電極端子にボンディングするためには、付与する超音波エネルギーを大きくする必要があり、半導体素子にダメージを与える恐れがある。
そこで、本発明においては、半導体素子にダメージを与えることなく、大きな接合断面積を確保することができる接合を適切に行うための半導体素子の配線接合方法を提供するものである。
上記課題を解決する半導体素子の配線接合方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、半導体素子表面の端子と配線とを接合材を介在させた状態で積層し、前記配線の表面にレーザー光を照射することにより、前記端子と配線との接合部を局所的に加熱して、前記端子と配線との接合を行う半導体素子の配線接合方法であって、前記配線の表面へのレーザー光の照射時には、筒状に形成された加圧ノズルにより、前記半導体素子表面の端子と配線との接合部を押圧した状態で、平行光とされた前記レーザー光を、前記筒状の加圧ノズルの内部を通じて前記配線の表面に照射し、予め接合部の温度と接合部に対するレーザー入熱量との関係を求めておき、前記接合部の温度と接合部に対するレーザー入熱量との関係を用いて、接合部の温度が前記接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲の温度となるように、レーザー照射による接合部に対するレーザー入熱量を設定する。
これにより、接合時における接合部の温度を、接合材が溶融する温度半導体素子が熱ダメージを受けない温度までの範囲の温度とすることができ、配線と端子とを適正に接合することが可能となる。
このように、半導体素子にダメージを与えることなく、大きな接合断面積を確保することが可能な配線と端子との接合を適正に行うことができる。
また、請求項２記載の如く、予め接合部の温度と配線表面の温度との関係を求めておき、前記端子と配線との接合時に、レーザーが照射される配線表面の温度を検出し、前記接合部の温度と配線表面の温度との関係を用いて、接合部の温度が接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲となるような温度範囲内に、検出した配線表面の温度があるか否かにより、前記接合部の良否判定を行う。
これにより、 配線表面の温度を外部から検出するだけで、容易に接合部の接合状態を判断することが可能となる。
また、請求項３記載の如く、予め接合部の温度と配線表面の温度との関係を求めておき、前記端子と配線との接合時に、レーザーが照射される配線表面の温度を検出し、前記接合部の温度と配線表面の温度との関係を用いて、接合部の温度が接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲となるような温度範囲内に、検出した配線表面の温度が入るように、レーザーの照射条件を制御する。
これにより、接合部における接合を適正なレーザー照射条件で行うことができ、該接合部の信頼性を向上することができる。
また、請求項４記載の如く、前記配線の表面上に、高光吸収性および高熱伝導性の部材にて構成される緩衝治具を載置し、該緩衝治具を介して前記配線の表面にレーザー光を照射する。
これにより、レーザー光の照射により均熱的に加熱された緩衝治具から接合部へ伝熱されることとなるため、該接合部を全体的に均一に加熱することができ、該接合部の接合状態のばらつきを低減することが可能となる。
また、緩衝治具により接合部を配線の表面側から全面的に加圧することができるので、接合部における配線と端子との密着性を向上させることができ、接合部への熱伝達を安定化させることができる。
また、請求項５記載の如く、前記緩衝治具における配線との接触面は、凹凸形状に形成されている。
これにより、前記緩衝治具の下面と前記配線表面との接触面積が増加することとなり、緩衝治具から配線への熱伝達量が増し、接合部の加熱効率を向上することができる。
また、請求項６記載の如く、前記半導体素子の配線接合方法においては、さらに、前記配線における前記端子と接合される側とは反対側の端部と、前記半導体素子が収納されるハウジングに備えられるバスバーとを、前記レーザー光を照射することにより接合する。
これにより、必要とするエネルギー密度が異なる、配線と端子との接合部、および配線とバスバーとの接合部を同時に接合を行うことが可能となり、半導体素子の配線接合工程を短縮することができる。
本発明によれば、接合時における接合部の温度を、接合材が溶融する温度半導体素子が熱ダメージを受けない温度までの範囲の温度とすることができ、半導体素子にダメージを与えることなく、大きな接合断面積を確保することが可能な配線と端子との接合を適正に行うことができる。
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１および図２に示す、ＩＧＢＴモジュール等のパワー半導体モジュール２は、パワー半導体素子２１、該パワー半導体素子２１の他側面（図１における下面）にはんだ等の接合材にて接合される電極板２２、該電極板２２の下面に接合される絶縁基板２３、該絶縁基板２３の下面に接合される放熱板２４、前記パワー半導体モジュール２を収納するハウジング２８、および該ハウジング２８側壁に取り付けられるバスバー２９を備えている。
また、前記パワー半導体モジュール２の下方には冷却器３が配置され、該パワー半導体モジュール２の放熱板２４と冷却器３とが接合されており、パワー半導体素子２１で発生した熱を放熱板２４を通じて冷却器３に放出して、該パワー半導体素子２１を冷却するようにしている。
前記パワー半導体素子２１の一側面（図１における上面）に形成される端子２１ａと、前記バスバー２９とが、リード配線３１により接続されており、該リード配線３１の一端部と前記パワー半導体素子２１の端子２１ａとが接合層３６を介して接合されている。
パワー半導体素子２１の端子２１ａとリード配線３１との接合は、該パワー半導体素子２１の上に積層したリード配線３１を、加圧ノズル５２にて上方から押圧した状態で、レーザー照射器５０からリード配線３１表面にレーザー光５１を照射することで行われる。
なお、例えば、前記電極板２２およびリード配線３１は銅材（Ｃｕ）にて構成され、前記絶縁基板２３はセラミックス材（Ｓｉ3Ｎ4等）にて構成され、前記放熱板２４はアルミ材（Ａｌ）にて構成され、前記ハウジング２８は合成樹脂にて構成されている。
また、前記加圧ノズル５２は、例えば断熱性の高いセラミック材にて構成されている。
さらに、前記バスバー２９は銅材（Ｃｕ）にて構成されている。
図３に示すように、パワー半導体素子２１の一側面におけるリード配線３１との接合部となる端子２１ａはアルミ配線層等で形成されており、接続前の端子２１ａ上には第２の金属材層３６ｃおよび第１の金属材層３６ｂが順に形成されている。
また、接合前のリード配線３１のパワー半導体素子２１との接合面には第１の金属材層３６ａが形成されている。
前記パワー半導体素子２１の第２の金属材層３６ｃは、例えば銅（Ｃｕ）にて構成されているが、銅以外にも、銅合金や、アルミニウム、ニッケル、チタン、またはこれらの何れかを含む合金といった金属材を用いることができる。
また、前記パワー半導体素子２１の第１の金属材層３６ｂおよびリード配線３１の第１の金属材層３６ｃは、パワー半導体素子２１の耐熱温度以下の温度で溶融する金属材により構成されている。該金属材としては、例えば錫や、錫を含み錫の融点（２３２℃）と同等もしくはそれよりも低い温度が融点となる低融点合金が用いられている。
前記第１の金属材層３６ｂは、例えばスパッタリングにより成膜され、前記第１の金属材層３６ｃは、例えばメッキにより成膜されている。
このように構成されるパワー半導体素子２１においては、該パワー半導体素子２１の端子２１ａとリード配線３１とを重ね合わせ、該端子２１ａとリード配線３１との接合部を加圧するとともにレーザー照射により加熱することで、該接合部における接合材となる端子２１ａの第１の金属材層３６ｂとリード配線３１の第１の金属材層３６ａとを溶融させ、接合層３６を形成して端子２１ａとリード配線３１との接合が行われる。
以下に、パワー半導体素子２１の端子２１ａとリード配線３１との接合方法について詳しく説明する。
まず、前記パワー半導体素子２１の端子２１ａとリード配線３１とを重ね合わせて、重ね合わせた部分のリード配線３１を加圧ノズル５２にて上方から押圧して、該端子２１ａとリード配線３１との接合部を加圧する。この加圧ノズル５２による加圧により、端子２１ａの表面に形成される第１の金属材層３６ｂと、リード配線３１の表面に形成される第１の金属材層３６ａとを密着させる。
加圧ノズル５２は、例えば筒状に形成され、端子２１ａとリード配線３１との接合部の周縁部を押圧するように構成されている。
この場合、例えばリード配線３１の厚さが０．１ｍｍ程度、幅が５ｍｍ程度であった場合、加圧ノズル５２による加圧荷重を１Ｎ〜１０Ｎ程度に設定することで、該加圧ノズル５２による押圧部分の端子２１ａとリード配線３１とを密着させることができる。
次に、端子２１ａとリード配線３１との接合部を加圧した状態で、前記レーザー照射器５０により、リード配線３１の表面にレーザー光を照射する。
レーザー照射器５０からは、レーザー光照射源（不図示）から照射されたレーザー光が、コリメートレンズ５０ａにより平行光とされた後に、筒状の加圧ノズル５２の内部を通じてリード配線３１表面へ照射される。
このように、平行光とされたレーザー光を照射することで、リード配線３１表面のレーザー光照射範囲における、レーザー光のエネルギー密度のばらつきを低減しており、その結果照射範囲におけるレーザー光のエネルギー分布はフラット化されている。
これにより、レーザー照射領域におけるレーザー入熱量を平均化して、レーザー光の照射により加熱されるリード配線３１の表面温度のコントロールが容易になっている。
図４に示すように、リード配線３１表面にレーザー光が照射されるとリード配線３１は加熱され、熱がリード配線３１表面から第１の金属材層３６ａ側へ伝導して、リード配線３１と端子２１ａとの接合部に伝達される。この接合部に伝達された熱により、リード配線３１の第１の金属材層３６ａおよび端子２１ａの第１の金属材層３６ｃが溶融して前記接合層３６を形成し、該接合層３６が凝固することによりリード配線３１と端子２１ａとが接合されることとなる。
このように、レーザー光の照射によりリード配線３１と端子２１ａとの接合部を加熱する場合、該接合部の温度が、第１の金属材層３６ａ・３６ｂが溶融する温度以上（本例の場合、錫（Ｓｎ）の融点である２３２℃以上）で、かつパワー半導体素子２１が熱ダメージを受けない温度以下（例えば本例の場合、３５０度以下）の範囲となるように、レーザー光の照射条件が制御される。
つまり、前記接合部の温度は、該接合部へのレーザー入熱量により決定され、レーザー入熱量は「（レーザー光の照射出力）×（照射時間）」により表わされるが、前記接合部の温度とレーザー入熱量との関係を予め求めておき、この関係を用いて、接合部の温度が前記範囲の温度となるようなレーザー入熱量のレーザー光を照射するようにレーザー光の照射条件（照射パワーや照射時間）を制御する。
前記接合部の温度とレーザー入熱量との関係は、図５に示すように表わされる。
つまり、所定の照射出力Ｐでレーザー光を照射すると、その照射時間に応じて接合部へのレーザー入熱量が増加し、リード配線３１と端子２１ａとの接合部における最低温度（接合部ｍｉｎ温度）、およびパワー半導体素子２１の最高温度（素子ｍａｘ温度）が上昇していく。
そして、レーザー光の照射開始から時間ｔ１が経過すると接合部ｍｉｎ温度が第１の金属材層３６ａ・３６ｂが溶融する温度Ｔａに達し、さらにレーザー光の照射開始から時間ｔ２が経過すると素子ｍａｘ温度がパワー半導体素子２１が熱ダメージを受けない温度Ｔｂに達する。
従って、レーザー照射器５０からリード配線３１へのレーザー光の照射は、接合部へのレーザー入熱量が、所定の照射出力Ｐで時間ｔ１だけレーザー照射を行った際のレーザー入熱量（ｍｉｎ入熱量）から、所定の照射出力Ｐで時間ｔ２だけレーザー照射を行った際のレーザー入熱量（ｍａｘ入熱量）となるように行われる。
このように、予め求めた接合部の温度とレーザー入熱量との関係を用いて、接合部へのレーザー入熱量が前記ｍｉｎ入熱量からｍａｘ入熱量までの範囲Ｒｂとなるような照射条件（照射出力Ｐおよび照射時間ｔ１〜ｔ２）にてレーザー光の照射を行うことで、接合部の温度を第１の金属材層３６ａ・３６ｂが溶融する温度Ｔａからパワー半導体素子２１が熱ダメージを受けない温度Ｔｂまでの範囲Ｒａの温度とすることができ、リード配線３１と端子２１ａとを適正に接合することを可能としている。
このように、パワー半導体素子２１にダメージを与えることなく、大きな接合断面積を確保することが可能なリード配線３１と端子２１ａとの接合を適正に行うことができる。
また、本接合方法においては、レーザー光が照射されるリード配線３１表面の温度を検出してモニターし、接合時における接合部の温度が適正であるか否かの判定を行うように構成している。
つまり、図６に示すようなリード配線３１表面の検出温度と前記接合部の温度との関係を予め求めておき、表面温度計５３（図４参照）により、レーザー光が照射されているリード配線３１表面の温度を検出して、検出した温度が、接合部における前記温度Ｔａから温度Ｔｂまでの範囲Ｒａに対応する、リード配線３１の表面温度Ｔｐから表面温度Ｔｑまでの範囲Ｒｃの中に入っているか否かにより、接合部の温度の良否を判断する。
検出した温度が前記範囲Ｒａ内にあれば接合部の温度は適正であり、接合部の接合状態は良好であると判定する。逆に、検出した温度が前記範囲Ｒａ内になければ接合部の温度は不適正であり、接合部の接合状態が不良であると判定する。
これにより、接合部の接合状態を容易に判断することが可能となっている。
また、本接合方法においては、検出した前記リード配線３１表面の温度をレーザー照射器５０にフィードバックして、該リード配線３１表面の温度が前記範囲Ｒｃ内に入るように（つまり、接合部の温度が前記範囲Ｒａ内に入るように）、リード配線３１表面に照射されるレーザー光の照射出力や照射時間を制御することもできる。
このように、レーザー光の照射条件を制御することで、接合部における接合を適正なレーザー照射条件で行うことができ、該接合部の信頼性を向上することができる。
また、レーザー光のリード配線３１表面への照射は、次のように行うこともできる。
図７に示すように、加圧ノズル５２の下端部に緩衝治具５５を設けて該緩衝治具５５の下面５５ａにより前記接合部におけるリード配線３１表面を加圧し、緩衝治具５５の上面５５ｂにレーザー光を照射することで、該緩衝治具５５を介して接合部を加熱する。
前記緩衝治具５５は、光吸収性、耐熱性、および熱伝導率が高い部材、例えばモリブデン（Ｍｏ）、グラファイト、またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等により構成されている。
これらの緩衝治具５５を構成するモリブデン、グラファイト、およびＤＬＣは、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザー光に対して６０％〜９０％の光吸収率を備えており、光吸収率が１０％程度の銅材に比べて高い光吸収率となっている。
また、これらの材料は、融点が２５００℃以上の耐熱材料であり、熱変形し難く耐久性も高くなっている。
さらに、ＤＬＣは１０００ｗ・ｍＫと銅材の２倍以上の熱伝導性を備えているため、加熱性に優れている。
このように、緩衝治具５５をリード配線３１の表面に押し当てた状態で、該緩衝治具５５にレーザー光を照射し、緩衝治具５５を介して端子２１ａとリード配線３１との接合部を加熱する。
この場合、照射されたレーザー光のエネルギーを緩衝治具５５が吸収して該緩衝治具５５が加熱されるが、緩衝治具５５は熱伝導率が良好であるので緩衝治具５５内で均熱化された後、緩衝治具５５の熱がリード配線３１を通じて前記接合部に伝熱する。
これにより、レーザー光の照射により均熱的に加熱された緩衝治具５５から接合部へ伝熱されることとなるため、該接合部を全体的に均一に加熱することができ、該接合部の接合状態のばらつきを低減することが可能となる。
また、緩衝治具５５により接合部をリード配線３１の表面側から全面的に加圧することができるので、接合部におけるリード配線３１と端子２１ａとの密着性を向上させることができ、接合部への熱伝達を安定化させることができる。
また、緩衝治具５５の下面５５ａには凹凸形状が形成されており、該緩衝治具５５をリード配線３１表面に押し付けることにより、該リード配線３１の表面が緩衝治具５５の下面５５ａの凹凸形状に沿って馴染んで、緩衝治具５５の下面５５ａとリード配線３１表面との接触面積が増加することとなる。
特に、リード配線３１が加熱されることにより該リード配線３１表面が軟化して、凹凸形状との馴染みが促進される。
このように、緩衝治具５５の下面５５ａとリード配線３１表面との接触面積が増加することにより、緩衝治具５５からリード配線３１への熱伝達量が増し、接合部の加熱効率を向上することができる。
また、緩衝治具５５を介してリード配線３１と端子２１ａとの接合部を加熱する場合も、緩衝治具５５の上面５５ｂの検出温度と前記接合部の温度との関係を予め求めておき、該緩衝治具５５の上面５５ｂの温度を検出して、検出した温度が、接合部における前記温度Ｔａから温度Ｔｂまでの範囲Ｒａに対応する温度範囲の中に入っているか否かにより、接合部の温度の良否を判断することができる。
さらに、検出した緩衝治具５５の上面５５ｂの温度をレーザー照射器５０にフィードバックして、該緩衝治具５５の上面５５ｂの温度が前記範囲Ｒａに対応する温度範囲内に入るように、緩衝治具５５の上面５５ｂに照射されるレーザー光の照射出力や照射時間を制御することもできる。
また、リード配線３１と端子２１ａとの接合時における前記接合部温度等の接合状態の良否判定は、端子２１ａへの接合後のリード配線３１の表面の外観を観察することでも可能である。
つまり、リード配線３１の表面には、該リード配線３１が緩衝治具５５の下面５５ａに押圧された状態で加熱されると、緩衝治具５５の下面５５ａの凹凸形状が転写されるが、凹凸形状の転写度合いはリード配線３１の加熱温度によって異なり、リード配線３１が高温であるほど転写度合いが大きくなる。
また、リード配線３１表面の凹凸形状の転写度合いは、リード配線３１と端子２１ａとの接合面の傾きや異物混入や隙間の有無、および接合部への入熱量等といった、接合部の密着状態や接合部への熱伝達状態を示す指標となる。
従って、リード配線３１と端子２１ａとを接合した後の、リード配線３１表面における凹凸形状の転写度合いを観察することで、接合時のリード配線３１の温度や接合部における接合状態を判断し、接合部温度等の接合状態の良否判定をすることができる。
また、図８、図９に示すように、本接合方法においては、リード配線３１の一端部表面へレーザー光を照射して該リード配線３１と端子２１ａとを接合するのと同時に、前記リード配線３１の他端部へレーザー光を照射して該リード配線３１と前記バスバー２９とを接合することもできる。
この場合、リード配線３１の一端部表面および他端部表面には、それぞれレーザー照射器６０・６０によりレーザー光が照射される。
レーザー照射器６０は、コリメートレンズ６０ａおよび集光レンズ６０ｂを備えており、レーザー照射器６０からは、レーザー光照射源（不図示）から照射されたレーザー光が、コリメートレンズ６０ａにより平行光とされ、さらに集光レンズ６０ｂにより集光された後にリード配線３１表面へ照射される。
前記レーザー照射器６０は、該レーザー照射器６０から照射されるレーザー光の焦点距離を調節可能に構成されており、レーザー光の焦点距離を変化させることで、レーザー光の照射部位におけるエネルギー密度を調節することが可能となっている。
該リード配線３１と端子２１ａとの接合部においては、パワー半導体素子２１の耐熱温度の関係から、接合材として融点が低い錫材（Ｓｎ）等（第１の金属材層３６ｂ・３６ｃ）を用いているため、照射するレーザー光のエネルギー密度は低くてよい。
一方、前記リード配線３１とバスバー２９とを接合する場合は、前記パワー半導体素子２１のような耐熱温度についての制約がないため、母材となるリード配線３１およびバスバー２９を溶融させて接合する溶接を行うことが可能である。ただし、溶接を行う場合、リード配線３１およびバスバー２９は融点の高い銅材（Ｃｕ：１０８３℃）を溶融させる必要があるため、照射するレーザー光のエネルギー密度を、母材を溶融させるだけのエネルギー密度まで高くする必要がある。
従って、本接合方法では、リード配線３１と端子２１ａとの接合部にはエネルギー密度が低いレーザー光を照射し、リード配線３１とバスバー２９との接合部にはエネルギー密度が高いレーザー光を照射するようにしている。
このように、リード配線３１と端子２１ａとの接合部と、リード配線３１とバスバー２９との接合部とで、異なるエネルギー密度のレーザー光を照射するためには、リード配線３１と端子２１ａとの接合部へ照射するレーザー光の焦点位置と、リード配線３１とバスバー２９との接合部へ照射するレーザー光の焦点位置とを異ならせている。
本例の場合、例えば、リード配線３１とバスバー２９との接合部では、レーザー光の焦点位置がリード配線３１の表面に位置するようにレーザー照射器６０からレーザー光を照射し、リード配線３１と端子２１ａとの接合部では、レーザー光の焦点位置がリード配線３１の表面よりも上方に位置するようにレーザー照射器６０からレーザー光を照射している。
以上のように、複数のレーザー照射器６０を用いて、一方のレーザー照射器６０と他方のレーザー照射器６０とのレーザー光の焦点距離を異ならせながら、パワー半導体モジュール２の各接合部にレーザー照射を行うことで、必要とするエネルギー密度が異なる接合部に対しても同時に接合を行うことができる。
特に、本例の場合、リード配線３１と端子２１ａとの接合部には小さなエネルギー密度のレーザー光を照射して、パワー半導体素子２１にダメージを与えることなく接合を行いながら、大きなエネルギー密度を必要とするリード配線３１とバスバー２９との接合を同時に行うことが可能であり、パワー半導体素子２１の配線接合工程を短縮することができる。
なお、本例では、リード配線３１とバスバー２９との接合部、およびリード配線３１と端子２１ａとの接合部を接合するために、独立したレーザー光照射源を備えた複数のレーザー照射器６０・６０を用いているが、単独のレーザー光照射源からのレーザー光を複数のレーザー光に分岐し、分岐したレーザー光を複数のレンズユニットを通じて、リード配線３１とバスバー２９との接合部、およびリード配線３１と端子２１ａとの接合部に、それぞれ照射することもできる。
リード配線とパワー半導体素子の端子とがレーザー光の照射により接合されるパワー半導体モジュールを示す側面断面図である。 リード配線とパワー半導体素子の端子とがレーザー光の照射により接合されるパワー半導体モジュールを示す平面図である。 リード配線とパワー半導体素子の端子との接合構造を示す側面断面図である。 レーザー光が照射されるリード配線とパワー半導体素子の端子との接合部を示す拡大側面断面図である。 接合部の温度とレーザー入熱量との関係とを示す図である。 リード配線表面の検出温度と前記接合部の温度との関係を示す図である。 緩衝治具によりリード配線表面を加圧し、緩衝治具の上面にレーザー光を照射するように構成したリード配線とパワー半導体素子の端子との接合部を示す側面断面図である。 リード配線とパワー半導体素子の端子との接合部と、リード配線とバスバーとの接合部とに、同時にレーザー光を照射して、両接合部の接合が行われるパワー半導体モジュールを示す側面断面図である。 リード配線とパワー半導体素子の端子との接合部と、リード配線とバスバーとの接合部とに、同時にレーザー光を照射して、両接合部の接合が行われるパワー半導体モジュールを示す平面図である。
２ パワー半導体モジュール
３ 冷却器
２１ パワー半導体素子
２１ａ 端子
２８ ハウジング
２９ バスバー
３１ リード配線
３６ 接合層
３６ａ （リード配線の）第１の金属材層
３６ｂ （パワー半導体素子の）第１の金属材層
３６ｃ （パワー半導体素子の）第２の金属材層
５０ レーザー照射器
５０ａ コリメートレンズ
５１ レーザー光
５２ 加圧ノズル
５３ 表面温度計

Claims (6)

  1. 半導体素子表面の端子と配線とを接合材を介在させた状態で積層し、前記配線の表面にレーザー光を照射することにより、前記端子と配線との接合部を局所的に加熱して、前記端子と配線との接合を行う半導体素子の配線接合方法であって、
    前記配線の表面へのレーザー光の照射時には、筒状に形成された加圧ノズルにより、前記半導体素子表面の端子と配線との接合部を押圧した状態で、平行光とされた前記レーザー光を、前記筒状の加圧ノズルの内部を通じて前記配線の表面に照射し、
    予め接合部の温度と接合部に対するレーザー入熱量との関係を求めておき、
    前記接合部の温度と接合部に対するレーザー入熱量との関係を用いて、
    接合部の温度が前記接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲の温度となるように、レーザー照射による接合部に対するレーザー入熱量を設定する、
    ことを特徴とする半導体素子の配線接合方法。
  2. 予め接合部の温度と配線表面の温度との関係を求めておき、
    前記端子と配線との接合時に、レーザーが照射される配線表面の温度を検出し、
    前記接合部の温度と配線表面の温度との関係を用いて、
    接合部の温度が接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲となるような温度範囲内に、検出した配線表面の温度があるか否かにより、前記接合部の良否判定を行う、
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線接合方法。
  3. 予め接合部の温度と配線表面の温度との関係を求めておき、
    前記端子と配線との接合時に、レーザーが照射される配線表面の温度を検出し、
    前記接合部の温度と配線表面の温度との関係を用いて、
    接合部の温度が接合材の溶融温度以上かつ半導体素子の耐熱温度以下の範囲となるような温度範囲内に、検出した配線表面の温度が入るように、レーザーの照射条件を制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の配線接合方法。
  4. 前記配線の表面上に、高光吸収性および高熱伝導性の部材にて構成される緩衝治具を載置し、該緩衝治具を介して前記配線の表面にレーザー光を照射する、
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体素子の配線接合方法。
  5. 前記緩衝治具における配線との接触面は、凹凸形状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の配線接合方法。
  6. 前記半導体素子の配線接合方法においては、
    さらに、前記配線における前記端子と接合される側とは反対側の端部と、前記半導体素子が収納されるハウジングに備えられるバスバーとを、前記レーザー光を照射することにより接合する、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の半導体素子の配線接合方法。
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