JP5310841B2 - 接合品質検査装置及び接合品質検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、被接合部材（例えば、半導体素子などの電子部品の配線用端子など）に接合された接合部材（例えば、配線（金属導体）など）の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に関する。

従来より、スイッチングデバイスとして、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、パワートランジスタ等の大電流用のパワー半導体素子が知られている。そして、近年、環境保全などの観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車に関心が集まってきている。このようなハイブリッド自動車などに搭載されるインバータ装置は、例えば、主にＩＧＢＴ素子を絶縁基板上にはんだ接合し、ＩＧＢＴ素子を接合した絶縁基板をインバータ装置のハウジングとなる基材にはんだ接合して構成されている。
また、絶縁基板を介して基材に接合されたＩＧＢＴ素子は、基材に形成される回路配線や他の電子部品等と、金属導体にて電気的に接続されている。

ＩＧＢＴ素子と他の回路配線などとを接続する金属導体としては、例えばアルミワイヤ等が用いられ、アルミワイヤをＩＧＢＴ素子と他の回路配線等との間でワイヤボンディングすることで、両者を接続している。
また、近年では、ＩＧＢＴ素子に高電流密度化の要請があり、ＩＧＢＴ素子と他の回路配線などとを接続する金属導体にも大電流が流れることとなるため、金属導体及びその接合部において十分な面積を確保する必要がある。ここで、通常、面積を確保するためには、配線本数を増やす、あるいは１本当たりの接合面積を増やすことになる。ところが、配線本数を増やすと加工費が増加するため、金属導体として、電気抵抗が大きいワイヤに代えてテープ状に形成された（幅広な薄板状に形成された）断面積の大きい金属導体（テープ材）を用いる場合が増えてきている。

ここで、ＩＧＢＴ素子と他の回路配線などとをワイヤ又はテープ材により接続する際には、例えばボンディング装置のボンディングツールにより、ワイヤ又はテープ材に荷重をかけながらワイヤ又はテープ材をＩＧＢＴ素子の配線用端子や他の回路配線部に接触させた状態で超音波振動させることにより、ワイヤ又はテープ材がＩＧＢＴ素子の配線用端子や他の回路配線部に対して超音波接合される。

そして、ワイヤ又はテープ材とＩＧＢＴ素子の配線用端子との接合の良否判定は、例えば、ボンディングツールに印加される超音波を検出し、検出された超音波波形をあらかじめ定められた標準超音波波形と比較することにより行われている（特許文献１参照）。また、ボンディング面からのリード線（金属導体）の高さを検出し、その高さがあらかじめ設定された範囲内に入っているか否かにより良否判定を行うものもある（特許文献２参照）。

特開昭６２−０７６７３１号公報 特開平０５−０８２５９９号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、ワイヤ又はテープ材と配線用端子とが接合されているか否か（ついているか否か）という判定は行うことができるが、信頼性を含む接合品質の評価までは行うことができないという問題があった。なぜなら、信頼性を含む接合品質の評価を行うためには、例えば、通電面積の確保、すなわち接合面積を製品の使用期間中に一定値以上に保つことができるか否かなどを判定することが必要であるが、上記の従来技術ではそのような判定は行われていないからである。

ここで、接合品質の評価を行うためには、冷熱衝撃などの耐久試験を行って試験後における接合部における接合面積などの物理量を測定することが必要である。ところが、製品１つ１つに対して耐久試験を行うことは現実的に不可能であり、リアルタイムで製品全数に対して信頼性を含む接合品質の評価を正確に行うことができていないのが実情である。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、接合部材が被接合部材に接合された製品の全数に対して信頼性を含む接合品質の検査をリアルタイムで正確に行うことができる接合品質検査装置及び接合品質検査方法を提供することを課題とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明の一形態は、被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査装置において、接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出手段と、前記接合波形検出手段により検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、前記耐久後物理量を算出するための演算式をあらかじめ記憶している記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている演算式を用いて前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出手段と、前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定手段とを有し、前記品質判定手段は、前記再現性良否判定手段により接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出手段により算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定した場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定することを特徴とする。

この接合品質検査装置では、接合波形検出手段により、接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形が検出される。ここで、接合波形検出手段により、接合部材のつぶれ量及びツールの振幅に関する接合波形が検出されるようにすることが好ましく、さらにツールの振動周波数に関する接合波形も検出されるようにすることがより好ましい。このように、複数の接合波形を検出することにより、接合品質の検査精度を向上させることができるからである。

そして、接合波形検出手段により接合波形が検出されると、特徴点抽出手段により、接合プロセスにおける所定の特徴を表す特徴点が抽出される。このとき抽出される特徴点は、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関があるものであり、あらかじめ決められている。なお、特徴点としては、例えば、接合波形の変極点や傾き（変化率）などを挙げることができる。

次いで、耐久後物理量算出手段により、記憶手段に記憶されている演算式を用いて特徴点抽出手段により抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量が算出される。これにより、接合部の耐久後物理量を精度良く算出（推定）することができる。なお、演算式としては、例えば、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係を表す重回帰式などを挙げることができる。

ここで、接合部の耐久後物理量としては、接合部において経時変化が起こる物理量であればよく、例えば、耐久後接合面積、耐久後引張強度、あるいは接合部における抵抗などを挙げることができるが、特に耐久後接合面積が良い。接合部の耐久後物理量として、耐久後接合面積を用いることにより、耐久後に必要とされる通電面積が確保されているか否かを正確に判定することができるからである。

このため、前記記憶手段は、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係をあらかじめ重回帰解析により求めた際に導き出された重回帰式を記憶しており、前記耐久後物理量算出手段は、前記重回帰式を用いて前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点から接合部の耐久後接合面積を算出する。なお、記憶手段に設定する重回帰式は、接合部の耐久後物理量の算出精度を確保するために、重相関係数が０．８以上のものであることが好ましい。

そして、接合部の耐久後物理量が算出されると、品質判定手段により、その算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否が判定される。例えば、閾値として下限規格値を設定して、算出された耐久後物理量（例えば、接合面積など）が閾値（下限規格値）以上であれば接合品質は良好であると判定し、算出された耐久後物理量（例えば、接合面積など）が閾値（下限規格値）未満であれば接合品質が不良であると判定すればよい。このようにして、この接合品質検査装置では、接合部における接合品質の検査を正確に行うことができる。

また、この接合品質検査装置では、接合波形の検出は接合中に行い、各手段における処理は接合終了後に瞬時に行うことができるので、リアルタイムで製品１つ１つに対して接合品質の検査を実施することができる。つまり、接合品質に関して全数検査を行うことができる。よって、本発明に係る接合品質検査装置によれば、リアルタイムで製品全数に対して接合品質の検査を正確に行うことができる。

ここで、耐久後物理量に基づき接合品質の良否判定を行う場合、接合波形検出手段により検出される接合波形が、接合品質が良好である接合プロセスにて生じる接合波形を再現していなくても、希ではあるが、特徴点のデータの組み合わせによっては、本来は接合品質を不良と判定しなければならないもの（ＮＧ）を、接合品質を良好である（ＯＫ）と誤判定してしまうおそれがある。

そこで、上記の接合品質検査装置においては、前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定手段をさらに有し、前記品質判定手段は、前記再現性良否判定手段により接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出手段により算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定した場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定するようにすることが望ましい。

こうすることにより、接合波形検出手段により検出される接合波形が、接合品質が良好である接合プロセスにて生じる接合波形を再現していない場合、つまり接合プロセスの再現性がない場合に、接合品質を良好と判定する誤判定をなくすことができる。従って、接合品質の検査精度を一層高めることができる。

上記問題点を解決するためになされた本発明の別形態は、被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査方法において、接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出工程と、前記接合波形検出工程で検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、前記耐久後物理量を算出するための演算式を用いて前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出工程と、前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否を判定する品質判定工程と、前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定工程とを含み、前記品質判定工程では、前記再現性良否判定工程で接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定された場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定することを特徴とする。

この接合品質検査方法では、接合波形検出工程で、接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形が検出される。ここで、接合波形検出工程では、接合部材のつぶれ量及びツールの振幅に関する接合波形が検出されるようにすることが好ましく、さらにツールの振動周波数に関する接合波形も検出されるようにすることがより好ましい。このように、複数の接合波形を検出することにより、接合品質の検査精度を向上させることができるからである。

そして、接合波形検出工程で接合波形が検出されると、特徴点抽出工程で、所定の特徴点が抽出される。このとき抽出される特徴点は、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関があるものであり、あらかじめ決められている。

次いで、耐久後物理量算出工程で、記憶手段などにあらかじめ記憶されている演算式を用いて特徴点抽出手段により抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量が算出される。これにより、接合部の耐久後物理量を精度良く算出（推定）することができる。

ここで、接合部の耐久後物理量としては、耐久後接合面積、耐久後引張強度、あるいは接合部における抵抗などを挙げることができるが、特に耐久後接合面積が良い。接合部の耐久後物理量として、耐久後接合面積を用いることにより、耐久後に必要とされる通電面積が確保されているか否かを正確に判定することができるからである。

このため、前記耐久後物理量算出工程では、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係をあらかじめ重回帰解析により求めた際に導き出された重回帰式を用いて、前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点から接合部の耐久後接合面積を算出している。なお、重回帰式は、接合部の耐久後物理量の算出精度を確保するために、重相関係数が０．８以上のものであることが好ましい。

そして、接合部の耐久後物理量が算出されると、品質判定工程で、その算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否が判定される。例えば、閾値として下限規格値を設定して、算出された耐久後物理量（例えば、接合面積など）が閾値（下限規格値）以上であれば接合品質は良好であると判定し、算出された耐久後物理量（例えば、接合面積など）が閾値（下限規格値）未満であれば接合品質が不良であると判定すればよい。このようにして本発明に係る接合品質検査方法では、接合部における接合品質の検査を正確に行うことができる。

また、この接合品質検査方法では、接合波形の検出は接合中に行い、各工程における処理は接合終了後に瞬時に行うことができるので、リアルタイムで製品１つ１つに対して接合品質の検査を実施することができる。つまり、接合品質に関して全数検査を行うことができる。よって、本発明に係る接合品質検査方法によれば、リアルタイムで製品全数に対して接合品質の検査を正確に行うことができる。

ここで、耐久後物理量に基づき接合品質の良否判定を行う場合、接合波形検出工程で検出される接合波形が、接合品質が良好である接合プロセスにて生じる接合波形を再現していなくても、希ではあるが、特徴点のデータの組み合わせによっては、本来は接合品質を不良と判定しなければならないもの（ＮＧ）を、接合品質を良好である（ＯＫ）と誤判定してしまうおそれがある。

そこで、上記の接合品質検査方法においては、前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定工程をさらに含み、前記品質判定工程では、前記再現性良否判定工程で接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定された場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定するようにすることが望ましい。

こうすることにより、接合波形検出工程で検出される接合波形が、接合品質が良好である接合プロセスにて生じる接合波形を再現していない場合、つまり接合プロセスの再現性がない場合に、接合品質を良好と判定する誤判定をなくすことができる。従って、接合品質の検査精度を一層高めることができる。

本発明に係る接合品質検査装置及び接合品質検査方法によれば、上記した通り、接合部材が被接合部材に接合された製品の全数に対して信頼性を含む接合品質の検査をリアルタイムで正確に行うことができる。

実施の形態に係る接合装置の概略構成を示す図である。 接合部付近の拡大図である。 接合プロセスにおける接合波形と、接合波形に表れる特徴点を示す図である。 接合装置の動作内容を示すフローチャートである。 接合装置における接合品質の検査動作の内容を示すフローチャートである。 各特徴点の標準データ相関係数を示す図である。 耐久後接合面積と実測面積との関係を示す図である。 耐久後接合面積と実測面積との関係を示す図である。

符号の説明

１ ＩＧＢＴ素子
２ 配線用端子
３ 配線
４ ボビン
５ 配線供給保持部
６ 接合部
１０ 接合装置
１１ ツール
１２ 電磁コイル
１３ 駆動電源
１４ 超音波振動発生器
１５ 駆動電源
１６ 接合制御部
２０ 電流計
２１ 周波数計
２２ エンコーダ
２３ 記録部
２４ 特徴点抽出部
２５ 演算部
２６ 演算式設定部
２７ 判定部
２８ 判定基準設定部

発明を実施するための形態

以下、本発明に係る接合品質検査装置及び接合品質検査方法を具体化した好適な実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。ここでは、配線（接合部材）をＩＧＢＴ素子の配線用端子（被接合部材）に超音波接合する接合装置に本発明を適用したものを例示する。そこで、実施の形態に係る接合装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る接合装置の概略構成を示す図である。図２は、接合部付近の拡大図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る接合装置１０には、ＩＧＢＴ素子１と配線用端子２に対して配線３を超音波接合するためのツール１１が備わっている。ツール１１は棒状部材であり、先端面（配線押圧面）には溝（凹凸）が形成されている。ツール１１の基端部（接合部と反対側）には、電磁コイル１２が配置されている。この電磁コイル１２には、駆動電源１３が接続されている。そして、接合制御部１６からの駆動指令に基づき駆動電源１３から電磁コイル１２に給電されることにより、ツール１１が配線３を押圧するようになっている。また、ツール１１の中央付近には、超音波振動発生器１４が配置されている。この超音波振動発生器１４には、駆動電源１５が接続されている。そして、接合制御部１６からの駆動指令に基づき駆動電源１５から超音波振動発生器１４に給電されることにより、ツール１１が超音波振動するようになっている。これにより、ツール１１は、先端で配線３を配線用端子２上に押さえ付けながら超音波振動することにより、配線３を配線用端子２に超音波接合することができるようになっている。なお、配線３はボビン４から配線供給保持部５を介してツール１１の下方へ供給される。

また、接合装置１０には、ツール１１の動作状態を検出するための電流計２０、周波数計２１、及びエンコーダ２２と、これらから検出されたデータを順次記録していき接合波形を得るための記録部２３とが備わっている。電流計２０、周波数計２１、及びエンコーダ２２はそれぞれ記録部２３に接続されており、電流計２０、周波数計２１、及びエンコーダ２２のそれぞれで検出されたデータが、記録部２３に送られ順次記録されていき、各接合波形が得られるようになっている。なお、本実施の形態では、電流計２０、周波数計２１、及びエンコーダ２２と記録部２３とにより、本発明の「接合波形検出手段」が構成されている。

電流計２０は、超音波振動発生器１４に流れる電流を検出するものである。ここで、電流計２０により検出される電流は、ツール１１の振動速度を表す。そして、周波数が一定であれば、振動速度はツール１１の振幅Ａ（図２参照）に比例する。つまり、電流計２０で超音波振動発生器１４に流れる電流を検出することにより、記録部２３で図２に示すツール１１の振幅Ａに関する接合波形を得ることができる。
周波数計２１は、ツール１１の振動周波数を検出するものである。この周波数計２１で超音波振動発生器１４の振動周波数を検出することにより、記録部２３でツール１１の振動周波数に関する接合波形を得ることができる。
エンコーダ２２は、ツール１１の鉛直方向変位を検出するものである。ここで、エンコーダ２２により検出されるツール１１の鉛直方向変位は、配線３のつぶれ量ｄ（図２参照）を表す。従って、エンコーダ２２でツール１１の鉛直方向変位を検出することにより、記録部２３で図２に示す配線３のつぶれ量ｄに関する接合波形を得ることができる。
なお、電流計２０、周波数計２１、及びエンコーダ２２による各データの取得（検出）は、１ｍｓｅｃ以下の時間間隔で接合開始から終了まで行われる。

さらに、接合装置１０には、記録部２３で得られた接合波形に基づき、配線用端子２と配線３と接合部６における接合品質の検査（良否判定）を行うために、特徴点抽出部２４、演算部２５、演算式設定部２６、判定部２７、及び判定基準設定部２８が備わっている。
特徴点抽出部２４は、記録部２３で得られた各接合波形から所定の特徴点を抽出するものである。この特徴点抽出部２４により、各接合波形から複数の特徴点が抽出される。なお、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点は、配線３を配線用端子２に接合する接合プロセス（超音波接合プロセス）において発生する所定の現象に対応して各接合波形上に表れる変極点や傾きなどであって、耐久後物理量と相関があるものがあらかじめ設定されている。なお、耐久後物理量とは、経時変化が起こる物理量であって、耐久試験後に要求される品質を評価可能なものであり、例えば、耐久後接合面積、耐久後引張強度、あるいは接合部における抵抗などを挙げることができる。

ここで、接合波形及び特徴点について図３及び表１を参照しながら説明する。図３は、接合プロセスにおける接合波形と、接合波形に表れる特徴点を示す図である。表１は、特徴点の一覧表である。

配線３と配線用端子２との接合プロセスは、図３に示すように大きくわけて順に、静止状態、酸化膜除去状態、接合面積拡大状態、安定化状態へと変化していく。具体的には、時刻ｔ０で接合が開始され、時刻ｔ１において、ツール１１の駆動力が静止摩擦抵抗以上となり、配線３が配線用端子２に対して動き始める（静止状態→酸化膜除去状態）。これにより、時刻ｔ１以降、接合部６において徐々に酸化膜が除去されていく。

そして、時刻ｔ２において、酸化膜が除去されて配線３（ツール１１の凸部に対応する部分）が配線用端子２に固定され始める（酸化膜除去状態）。その後、時刻ｔ２以降では、固定点が増えていき配線３の厚みが変形（薄くなる）し始める（酸化膜除去状態）。

次に、時刻ｔ３において、ツール１１の溝部分が配線３で埋まり、配線３（ツール１１の凹部に対応する部分）が配線用端子２に接合され始める（酸化膜除去・接合面積拡大状態）。その後、時刻ｔ３以降では、配線３が変形させられながら接合部６における接合面積が徐々に拡大していく（接合面積拡大状態）。
そして、時刻ｔ４以降では、配線３の変形が徐々に小さくなっていき、接合部６の補強が行われ（安定化状態）、時刻ｔ５で接合が終了する。

上記した接合プロセスにおいて、電流計２０、エンコーダ２２、及び周波数計２１により検出されたデータから、図３に示す３種類の接合波形、つまりツール１１の振幅、配線３のつぶれ量、及びツール１１の振動周波数に関する波形が得られる。そして、これらの接合波形には、上記した接合プロセスに対応して表れる複数の特徴点が存在する。そこで、その一例を表１（図３）に示す。ここでは、３種類の接合波形に対して合計２２項目に関する特徴点を例示している。そして、本実施の形態では、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点が、表１に示す２２個の特徴点から耐久後物理量と相関のあるものが選択される。なお、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点は、ここで例示したものの中から任意に選択すれば良いが、表１に例示した以外の特徴点を選択するようにしてもよい。

図１に戻って、演算部２５は、特徴点抽出部２４で抽出された特徴点から、配線用端子２と配線３との接合部６における耐久後物理量を算出するものである。この演算部２５では、演算式設定部２６によりあらかじめ設定された演算式に基づき耐久後物理量が算出されるようになっている。なお、本実施の形態では、演算部２５において、耐久後物理量として耐久後接合面積を算出するようにしている。これにより、判定部２７において、耐久試験後において必要な通電面積が確保されるか否かを判定することができるため、接合品質の検査を高精度で行うことができる。

また、演算式設定部２６には、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係を表す重回帰式が演算式として設定されている。なお、本実施の形態では、演算式設定部２６に重相関係数が０．８以上となる重回帰式を設定している。これにより、演算部２５において、耐久後接合面積を精度良く算出（推定）することができるようになっている。このことも、接合品質の検査の精度向上に貢献している。

判定部２７は、特徴点抽出部２４で抽出された特徴点の良否判定（接合プロセスの再現性の良否判断）、及び演算部２５で算出された耐久後物理量の良否判定を行い、配線用端子２と配線３との接合部６における接合品質の良否を判定するものである。そして、判定部２７における各良否判定は、判定基準設定部２８で設定される各判定基準（閾値）に基づき行われるようになっている。そして、判定部２７での判定結果は、接合制御部１６に送信されるようになっている。なお、本実施の形態では、判定基準設定部２８で設定される判定基準として、特徴点良否判定を行うために特徴点の上下限値が設定され、耐久後接合面積良否判定を行うために耐久後接合面積の下限規格値が設定されている。
なお、本実施の形態では、特徴点の良否判定と耐久後物理量の良否判定との両方を行うようになっているが、いずれか一方のみの良否判定に基づき接合部６における接合品質の良否を判定することもできる。

続いて、上記のように構成された接合装置１０の動作について、図４を参照しながら説明する。図４は、接合装置の動作内容を示すフローチャートである。なお、接合装置１０では、配線３の接合を行いつつ接合品質の検査を行うので、図４では、接合動作と検査動作とを分けて（並列で）示している。

まず、接合装置１０における接合動作について説明する。接合装置１０において、接合制御部１６が駆動電源１３，１５に対する駆動指令をＯＮにする（ステップＳ１０）。これにより、駆動電源１３がＯＮされ（ステップＳ１１）、電磁コイル１２への通電が開始される（ステップＳ１２）。そうすると、電磁コイル１２で発生する電磁力によりツール１１に荷重（押圧力）が付与される（ステップＳ１３）。その結果、ツール１１が配線３を押圧して、配線３を配線用端子２上に固定する（ステップＳ１４）。

そして、ツール１１によって配線３が配線用端子２上に固定されると、駆動電源１５がＯＮされ（ステップＳ１５）、超音波振動発生器１４が駆動される（ステップＳ１６）。これにより、ツール１１は、先端で配線３を配線用端子２上に押さえ付けながら超音波振動する（ステップＳ１７）。これにより、配線３が配線用端子２に超音波接合される。その後、所定時間（数百ｍｓｅｃ程度）が経過すると、接合制御部１６が駆動指令をＯＦＦすることにより駆動電源１３，１５がＯＦＦとなり配線３の接合が終了する（ステップＳ１８）。

次に、接合装置１０における検査動作について簡単に説明する。接合装置１０において駆動電源１３がＯＮされると、エンコーダ２２でツール１１の変位（配線つぶれ量）が検出され、その検出値が記録部２３へ送られて記憶される（ステップＳ２０）。また、接合装置１０において駆動電源１５がＯＮされると、電流計２０で超音波振動発生器１４に流れる電流（ツール１１の振幅）が検出されるとともに、周波数計２１で超音波振動発生器１４の振動周波数（ツール１１の振動周波数）が検出される。そして、電流計２０及び周波数計２１で検出された各検出値が記録部２３へ送られて記憶される（ステップＳ２１）。このステップＳ２０，Ｓ２１の処理により、記録部２３において、ツール１１の振幅、配線３のつぶれ量、及びツール１１の振動周波数に関する接合波形が得られる。

そして、記録部２３に記録された記録値（データ）が、特徴点抽出部２４及び演算部２５へ送られて各部でデータ処理が実行される（ステップＳ２２）。特徴点抽出部２４及び演算部２５においてデータ処理が終了すると、それぞれのデータ処理結果が判定部２７へ送られ、それらのデータ処理結果に基づき判定部２７において接合品質の良否判定が行われる（ステップＳ２３）。その後、判定結果が接合制御部１６へ送られる（ステップＳ２４）。

かくして、１回分の接合及び接合品質検査が終了し、上記した動作が繰り返し実施される。このように、接合装置１０によれば、配線３を配線用端子２に接合しながらリアルタイムでその接合品質を検査することができる。そして、接合装置１０では、後述するように、接合品質の検査を精度良く行うことができる。
また、接合装置１０では、接合波形の検出が接合プロセス実行中に行われ、各部におけるデータ処理が接合終了後に瞬時に行われるので、リアルタイムで製品１つ１つに対して接合品質の検査を実施することができる。つまり、接合品質に関して全数検査を行うことができる。

ここで、接合装置１０による接合品質の検査動作について、図５を参照しながらより詳細に説明する。図５は、接合装置における接合品質の検査動作の内容を示すフローチャートである。
上記した図４のステップＳ２０，Ｓ２１の処理により、記録部２３において、３種類の接合波形、つまり配線つぶれ量、ツール振幅、及びツール振動周波数に関する接合波形が取得される（ステップＳ３０）。そうすると、特徴点抽出部２４により、ステップＳ３０で取得された接合波形から所定の特徴点が抽出される（ステップＳ３１）。

ステップＳ３１で特徴点が抽出されると、判定部２７により、抽出された特徴点の良否判定、つまり良好な接合プロセスの再現性の有無が判定される（ステップＳ３２）。このステップＳ３２における良否判定は、判定基準設定部２８によりあらかじめ設定された基準値範囲内に抽出された特徴点のデータが収まっているか否かにより行われる。本実施の形態では、良否判定の基準値として、基準範囲の上限値を「Ａｖｅ＋ｎσ」、下限値を「Ａｖｅ−ｍσ」としている。Ａｖｅは平均値、σは標準偏差、ｎ，ｍは正の整数でありｎ＝ｍでもｎ≠ｍでもよい。なお、判定基準設定部２８に設定する判定基準値は上記したような上下限値に限られることはない。

そして、判定部２７により、ステップＳ３１で抽出された特徴点が判定基準設定部２８に設定された基準値範囲内に収まっていると判定（ＯＫ判定）された場合には、耐久後物理量（本実施の形態では耐久後接合面積）が算出される（ステップＳ３３）。
一方、判定部２７により、ステップＳ３１で抽出された特徴点が判定基準設定部２８に設定された基準値範囲内に収まっていないと判定（ＮＧ判定）された場合には、良好な接合プロセスが再現されていないと推定できるため、特徴点不良つまり接合品質不良としてＮＧ判定を接合制御部１６に送る（ステップＳ３６）。そして、このＮＧ判定を受信した接合制御部１６は、あらじめ設定されている異常時処理を行う。この異常時処理としては、例えば、装置に異常が発生した旨をオペレータなどに報知したり、その後の接合動作を中止したり、あるいはその不良品を払い出したりすること等を挙げることができる。

ステップＳ３３では、演算部２５により接合部６における耐久後物理量が算出される。本実施の形態では、耐久後物理量として耐久後接合面積Ｓを算出する。この耐久後物理量の算出は、演算式設定部にあらかじめ設定されている演算式によって行われる。本実施の形態では演算式として、重相関係数が０．８以上である下記の重回帰式（１）が設定されている。
Ｙ＝β１×Ｘ１＋β２×Ｘ２＋・・・＋βｎＸｎ＋α …（１）
式（１）において、Ｙは耐久後物理量、α，βｎは回帰係数、Ｘｎは特徴点（データ）である。
なお、耐久後物理量Ｙとして耐久後接合面積Ｓを算出するための具体的な重回帰式については、後述する実施例で詳細に説明する。

そして、あらかじめ設定された上記の重回帰式（１）を用い、ステップＳ３１で抽出された特徴点のデータに基づき、演算部２５において配線３の耐久後接合面積Ｓが算出されると、判定部２７により、算出された耐久後接合面積Ｓの良否判定が行われる（ステップＳ３４）。このステップＳ３４における良否判定は、判定基準設定部２８にあらかじめ設定された基準値との比較により行われる。本実施の形態では、良否判定の基準値として、接合面積の下限値を設定している。なお、この判定基準値は、ステップＳ３３で算出する耐久後物理量に応じて設定すればよい。

ステップＳ３４において、判定部２７により、ステップＳ３３で算出された耐久後接合面積Ｓが判定基準設定部２８に設定された接合面積下限値以上であると判定（ＯＫ判定）された場合には、接合品質良好としてＯＫ判定を接合制御部１６に送る（ステップＳ３５）。そして、このＯＫ判定を受信した接合制御部１６は、次の接合を行う。
一方、判定部２７により、ステップＳ３３で算出された耐久後接合面積Ｓが判定基準設定部２８に設定された接合面積下限値未満であると判定（ＮＧ判定）された場合には、接合品質不良としてＮＧ判定を接合制御部１６に送る（ステップＳ３６）。そして、このＮＧ判定を受信した接合制御部１６は、あらかじめ設定されている異常時処理を行う。

このように、接合装置１０では、重相関係数が０．８以上である重回帰式（１）を用いて接合波形から抽出した特徴点から耐久後接合面積を算出（推定）している。このため、耐久後接合面積の推定精度が高い。そして、精度良く推定された耐久後接合面積に基づき、接合部における接合品質の良否判定を行っている。これにより、耐久後に必要とされる通電面積が確保されているか否かを正確に判定することができるので、接合品質の検査を精度良く行うことができる。

また、接合波形から抽出した特徴点の良否判断を行うことにより、良好な接合プロセスの再現性の有無を判定することができる。これにより、良好な接合プロセスが再現されていない場合、つまり接合プロセスの再現性がない場合に、接合品質を良好と判定する誤判定をなくすことができる。従って、耐久後接合面積の良否判定に加えて、特徴点の良否判定を行うことにより、接合品質の検査精度を一層高めることができる。

続いて、具体的な数値を挙げて接合装置１０を用いて接合品質の検査を行う手順について説明する。以下の実施例では、ウェハ上にテープ状配線を接合（テープポンド）する場合について例示する。

＜実施例１＞
実施例１では、耐久後接合面積のみに基づき接合品質の良否判定を行う。つまり、接合装置１０における検査動作において、図５のステップＳ３２の処理（接合プロセスの再現性の良否判定）が省略される。また、図５のステップＳ３０において、ツール振動周波数に関する接合波形は取得されない。つまり、配線つぶれ量とツール振幅に関する２種類の接合波形を取得して耐久後接合面積が算出される。

ここで、接合装置１０による接合品質の検査を行うためには、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点をあらかじめ決めておく必要があるとともに、演算式設定部２６に設定する演算式、及び判定基準設定部２８に設定する判定基準値もあらかじめ決めておく必要がある。そこで、これらの決定手順について説明する。

特徴点抽出部２４で抽出する特徴点は、上記した表１に列挙した特徴点から選択した。具体的には、表２に示すように、ツール振動周波数に関する特徴点を除くＸ１〜Ｘ２０の２０点を候補とした。そして、これら候補とした特徴点ついて、サンプル数Ｎ＝６２９のデータを取得した。各特徴点のデータは単位が異なるため、データを一元化（標準化）した。このデータの標準化は、「（（各データ）−（平均値））／（標準偏差）」により行った。そして、一元化されたデータ（標準データ）に基づき、各特徴点についての平均、標準偏差、歪度、尖度、変動係数、及び分散などを求めた。そのうち、歪度及び尖度についての結果を表２に示す。表２は、特徴点標準データの基本統計量の一覧表である。
また、各特徴点の相関係数を求めた。その結果を図６に示す。図６は、各特徴点の標準データ相関係数を示す図である。そして、この図６から相関係数が０．９以上であるもの同士（図６の網掛け部参照）に、共線性（多重共線性）があると判断した。その多重共線性の確認結果を表２に示す。

そして、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点として設定するものとして、上記した２０点の特徴点Ｘ１〜Ｘ２０の中から、歪度、尖度、多重共線性が正常なＸ２，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１２〜Ｘ１５、Ｘ１７〜Ｘ１９の１３点に絞り込んだ。なお、歪度及び尖度について、絶対値が１．５以上のもの（表２の網掛け部参照）を異常として判断した。

上記のようにして、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点を絞り込んだ後、これらの特徴点から演算式設定部２６に設定する重回帰式を重回帰分析により求める。このときに、重相関係数が０．８以上となるように、特徴点抽出部２４で抽出するととともに重回帰式に使用する特徴点を決定する。特徴点の決定は、所望の重相関係数が得られるまで行う。実施例１では、特徴点抽出部２４で抽出するととともに重回帰式に使用する特徴点を、Ｘ８，Ｘ９，Ｘ３，Ｘ１９，Ｘ５に決定した。

そして、このときの重回帰分析の結果から耐久後接合面積Ｓを算出する演算式は、
Ｓ＝０．０５８７Ｘ８−０．０２８７Ｘ９＋０．０１１２Ｘ３
＋０．００６５Ｘ１９−０．００８６Ｘ５＋０．２８２１５ …（２）
となり、重相関係数が０．８９となった。そこで、この演算式（２）を演算式設定部２６に設定した。ここで、演算式（２）により算出した耐久後接合面積と実測面積との関係を図７に示す。図７から、演算式（２）によって耐久後接合面積を精度良く算出することができるのがわかる。

上記した手順によって設定した特徴点と演算式（２）により、サンプル数Ｎ＝１１８８に対して接合品質の検査を行った。その結果、品質不良を品質良好と判定する誤判定率が「２．５％」であった。

＜実施例２＞
実施例２でも、ツール振動周波数に関する接合波形は取得せずに、耐久後接合面積のみに基づき接合品質の良否判定を行う。実施例２では、誤判定率を下げるために、重回帰式に使用する特徴点として、Ｘ８，Ｘ９，Ｘ３，Ｘ１９，Ｘ５の他に、２次項及び交互作用項で有意となるものを追加した。追加した項目は、Ｘ２，Ｘ２＊Ｘ８，Ｘ８＊Ｘ９，Ｘ１９＊Ｘ１９である。このため、特徴点抽出部２４で抽出する特徴点に、Ｘ２を追加した。

そして、このときの重回帰分析の結果から耐久後接合面積Ｓを算出する演算式は、
Ｓ＝0.0487X8＋(X2-0.0007)((X8+0.0174)×(-0.015))
−0.0197X9＋0.0276X3＋(X8＋0.0174)((X9−0.0114)×(-0.0126))
＋(X19-0.0019)((X19-0.0019)×(-0.0068))−0.011X5−0.0087X2+0.003X19 …（３）
となり、重相関係数が０．９２となった。そして、この演算式（３）を演算式設定部２６に設定した。ここで、演算式（３）により算出した耐久後接合面積と実測面積との関係を図８に示す。図８から、演算式（３）によって耐久後接合面積をより精度良く算出することができるのがわかる。

上記した手順によって決定した特徴点と演算式（３）により、サンプル数Ｎ＝１１８８に対して接合品質の検査を行った。その結果、誤判定率が「０．３％」となった。

なお、２次項及び交互作用項で有意となるものを追加する代わりに、ツール振動周波数に関する接合波形を取得して、この波形から抽出することができる特徴点（Ｘ２１，Ｘ２２）を重回帰式に使用する特徴点に追加してもよい。これにより、重相関係数を０．９０にすることができた。その結果として、実施例１よりも精度良く耐久後接合面積を算出することができる。

＜実施例３＞
実施例３では、誤判定率をさらに下げるために、耐久後接合面積に基づく接合品質の良否判定に加えて、特徴点の良否判定つまり良好な接合プロセスが再現されているか否か（再現性の有無）の判定に基づく接合品質の良否判定も行う。つまり、接合装置１０における検査動作において、図５のステップＳ３２の処理を省略せずに実施する。なお、特徴点の良否判定は、図５に示すように、耐久後接合面積の良否判定の前に行ってもよいし、耐久後接合面積の良否判定の後に行ってもよい。なお、実施例３でも、ツール振動周波数に関する接合波形は取得しない。

ここで、良好な接合プロセスが再現されているか否かを判定するための特徴点は、Ｘ２，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１９である。そして、これらの特徴点の良否判定は、抽出された特徴点データが、あらかじめ判定基準設定部２８に設定した上下限値内であれば再現性あり（良好）とし、上下限値外であれば再現性なし（不良）とする。なお、判定基準設定部２８に設定する上限値は「６．５」、下限値はＸ２を除き「−６．５」であり、Ｘ２の下限値は「−２．７」である。

そして、上記した特徴点の良否判定により良好と判断された場合にのみ、実施例２で述べた耐久後接合面積に基づく接合品質の良否判定を行う。これにより、誤判定率が「０％」となった。
なお、品質良好を品質不良と判定する過判定率は、ほぼゼロ（０．５ｐｐｍ以下）であり、実用上問題となることはない。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る接合装置１０による接合品質検査方法によれば、電流計２０、周波数計２１、エンコーダ２２，及び記録部２３により、接合プロセスにおいて生じる接合波形が検出される。そして、特徴点抽出部２４により、検出された接合波形からあらかじめ決められた耐久後面積と相関の特徴点が抽出される。そうすると、演算部２５により、演算式設定部２６にあらかじめ設定された重回帰式を用いて抽出された特徴点から、接合部６の耐久後接合面積が算出される。その後、判定部２７により、算出された耐久後接合面積と判定基準設定部２８に設定された面積下限値との比較に基づき、接合部６における接合品質の良否が判定される。

そして、耐久後接合面積を算出するための重回帰式は、重相関係数が０．８以上であるから接合部６の耐久後接合面積を精度良く算出することができる。従って、接合部６における接合品質の良否判定を精度良く行うことができる。
また、接合装置１０では、接合波形の検出が接合プロセス実行中に行われ、各部におけるデータ処理が接合終了後に瞬時に行われるので、リアルタイムで製品１つ１つに対して接合品質の検査を実施することができる。つまり、接合品質に関して全数検査を行うことができる。よって、本発明に係る接合品質検査装置によれば、リアルタイムで製品全数に対して信頼性を含む接合品質の検査を正確に行うことができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、ＩＧＢＴにおける配線の接合に対して本発明を適用したものを例示したが、本発明はこれに限られず、超音波接合を行った接合部に対してであれが適用することができる。

Claims (8)

1. 被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査装置において、
   接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出手段と、
   前記接合波形検出手段により検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
   前記耐久後物理量を算出するための演算式をあらかじめ記憶している記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている演算式を用いて前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出手段と、
   前記耐久後物理量算出手段により算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否を判定する品質判定手段と、
   前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定手段とを有し、
   前記品質判定手段は、前記再現性良否判定手段により接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出手段により算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定した場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定する
   ことを特徴とする接合品質検査装置。
2. 被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査装置において、
   接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出手段と、
   前記接合波形検出手段により検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
   前記耐久後物理量を算出するための演算式をあらかじめ記憶している記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている演算式を用いて前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出手段と、
   前記耐久後物理量算出手段により算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否を判定する品質判定手段と、
   を有し、
   前記記憶手段は、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係をあらかじめ重回帰解析により求めた際に導き出された重回帰式を記憶しており、
   前記耐久後物理量算出手段は、前記重回帰式を用いて前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点から接合部の耐久後接合面積を算出する
   ことを特徴とする接合品質検査装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する接合品質検査装置において、
   前記接合波形検出手段は、前記接合部材のつぶれ量及び前記ツールの振幅に関する接合波形を検出する
   ことを特徴とする接合品質検査装置。
4. 請求項３に記載する接合品質検査装置において、
   前記接合波形検出手段は、さらに前記ツールの振動周波数に関する接合波形も検出する
   ことを特徴とする接合品質検査装置。
5. 被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査方法において、
   接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出工程と、
   前記接合波形検出工程で検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
   前記耐久後物理量を算出するための演算式を用いて前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出工程と、
   前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否を判定する品質判定工程と、
   前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点と、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点とを比較して、接合プロセスの再現性の良否を判定する再現性良否判定工程とを含み、
   前記品質判定工程では、前記再現性良否判定工程で接合プロセスの再現性が良好であると判定され、かつ前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量に基づく良否判定で良好であると判定された場合にのみ、接合部における接合品質を良好であると判定する
   ことを特徴とする接合品質検査方法。
6. 被接合部材に対して接合部材をツールにより加圧しながらツールに超音波を付与することにより超音波接合した接合部における接合品質を検査する接合品質検査方法において、
   接合プロセスにおいて生じる少なくとも１つの接合波形を検出する接合波形検出工程と、
   前記接合波形検出工程で検出された接合波形から、耐久試験後に接合部に要求される品質を評価可能な耐久後物理量と相関がある特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
   前記耐久後物理量を算出するための演算式を用いて前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点から、接合部の耐久後物理量を算出する耐久後物理量算出工程と、
   前記耐久後物理量算出工程で算出された耐久後物理量とあらかじめ設定された閾値との比較に基づき、接合部における接合品質の良否を判定する品質判定工程と、
   を有し、
   前記耐久後物理量算出工程では、良好な接合品質が確保された接合プロセスにおける特徴点と耐久後物理量との相関関係をあらかじめ重回帰解析により求めた際に導き出された重回帰式を用いて、前記特徴点抽出工程で抽出された特徴点から接合部の耐久後接合面積を算出する
   ことを特徴とする接合品質検査方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載する接合品質検査方法において、
   前記接合波形検出工程では、前記接合部材のつぶれ量及び前記ツールの振幅に関する接合波形を検出する
   ことを特徴とする接合品質検査方法。
8. 請求項７に記載する接合品質検査方法において、
   前記接合波形検出工程では、さらに前記ツールの振動周波数に関する接合波形も検出する
   ことを特徴とする接合品質検査方法。

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