WO2018143410A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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稔 江草
進吾 須藤
橋本　和幸
得未 鈴木
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三菱電機株式会社
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    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress
    • H01L2924/3511—Warping

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus for ultrasonically bonding a bonding member to a member to be bonded and an ultrasonic bonding inspection method for inspecting the bonding quality of the bonding member ultrasonically bonded to the member to be bonded.
  • Patent Document 1 discloses a bonding inspection method for inspecting a bonded portion where an electrode of a semiconductor element mounted on a semiconductor device and a bonding tape are ultrasonically bonded.
  • the bonding inspection method of Patent Document 1 is an inspection method for accurately identifying a gap of several ⁇ m or the like that cannot be immediately determined as a bonding failure from waveform data at the time of bonding.
  • an ultrasonic wave is applied to the vicinity of the joined part, and vibrations caused by the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic applying part are heated or sounded (AE (Acoustic Emission, Acoustic This is an inspection method for detecting the emission)) and grasping the joining state based on the obtained detection data.
  • AE Acoustic Emission, Acoustic This is an inspection method for detecting the emission
  • Patent Document 2 discloses a bonding quality inspection apparatus and a bonding quality inspection method for ultrasonically bonding an IGBT element and a wiring terminal with wiring and inspecting the bonding quality at the ultrasonic bonding portion between the wiring terminal and the wiring. ing.
  • the joining quality inspection method disclosed in Patent Document 2 is a method for inspecting joining quality from a joining waveform such as a pressing amount of a joining tool obtained by a joining apparatus (ultrasonic joining apparatus).
  • Patent Document 3 when joining a joining member and a member to be joined by applying an ultrasonic wave using an ultrasonic joining device, whether crack breakage or joining peeling abnormality occurred in at least one of the joining member or the member to be joined.
  • An ultrasonic bonding control apparatus for determining whether or not is disclosed.
  • the ultrasonic bonding control device of Patent Document 3 determines the bonding state of the bonding member or the member to be bonded based on the output signal from the vibration sensor that contacts the member to be bonded or the vibration sensor attached to the contact that presses the bonding member. Judgment.
  • JP 2012-83246 A (stages 0016 to 0027, FIGS. 3 and 4) International Publication WO2010 / 113250 (0045th to 0058th, 0089th, FIG. 1, FIG. 4, FIG. 5) JP 2012-35299 A (0044, 0045, 0082, 0083, FIG. 1, FIG. 8)
  • the bonding inspection method of Patent Document 1 has a problem in that since ultrasonic waves are applied after bonding is completed, it takes time to apply the ultrasonic waves, and it takes time to manufacture the semiconductor device.
  • the bonding inspection method disclosed in Patent Document 1 when there is unevenness or foreign matter on the surface of the ultrasonic wave application section after the bonding is completed, ultrasonic waves cannot be applied normally, the detection data becomes abnormal, and the bonding quality is low. There was a problem of misjudging that there was a problem even though there was no problem.
  • the joining quality inspection method of Patent Document 2 inspects the joining quality from the joining waveform such as the pressing amount of the joining tool obtained by the joining apparatus.
  • an applied load and an applied displacement amount are main joining parameters, but even when an applied displacement amount is set to a certain value, it is actually applied depending on the rigidity of the member to be joined and the joining member.
  • the amount of displacement varies.
  • the bonding quality inspection method of Patent Document 2 has a problem that the bonding quality cannot be accurately inspected only by the waveform obtained by the bonding apparatus (ultrasonic bonding apparatus).
  • the ultrasonic bonding control device of Patent Document 3 is intended to detect a vibration by attaching a vibration sensor to a member to be bonded or a contact that presses the bonding member to determine a bonding state.
  • a contact member connected to a lead member that abuts a vibration sensor on a product including the member to be joined or presses the joint member that is, a lead member to which an ultrasonic horn is connected, and a member to be joined or a joining member It is necessary to attach a vibration sensor to the vibration transmission member that is interposed between the two, and there is a problem that productivity is lowered.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • An ultrasonic bonding apparatus, an ultrasonic bonding apparatus, and an ultrasonic bonding apparatus that can accurately and accurately determine the bonding quality of a bonding member ultrasonically bonded to a member to be bonded in a short time.
  • An object is to obtain a method for inspection of ultrasonic bonding and a method for manufacturing an ultrasonic bonded portion.
  • the ultrasonic bonding apparatus of the present invention is an ultrasonic bonding apparatus for bonding a member to be bonded and a bonding member by using an ultrasonic wave, and a member to be bonded mounted on a fixed object fixed to a jig,
  • An ultrasonic bonding machine having an ultrasonic tool that applies ultrasonic waves while pressing the bonding member, and a bonding inspection device that inspects the bonding quality between the bonded member and the bonding member.
  • the bonding inspection apparatus of the ultrasonic bonding apparatus is fixed to a position where the jig or the case of the ultrasonic bonding machine on which the jig is mounted is not in contact with the member to be bonded and the bonding member, and the jig or the case is fixed.
  • a joining state determination device for judging a joining state between the member to be joined and the joining member.
  • the ultrasonic bonding apparatus of the present invention determines the bonding state between the member to be bonded and the bonding member based on the detection signal output from the bonding state measuring apparatus in the bonding process, the bonding quality is inspected in real time during the bonding process. The time required for quality inspection can be shortened, and the quality can be judged with higher accuracy.
  • FIG. 2 is a top view of the power semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side view of the power semiconductor device of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power semiconductor device taken along the line AA in FIG. 3. It is an expanded sectional view of the 1st ultrasonic junction in FIG. It is an expanded sectional view of the 2nd ultrasonic junction in FIG.
  • It is a figure which shows the example of the AE signal waveform at the time of joining favorable.
  • FIG. 1 is a diagram showing an ultrasonic bonding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of the bonding state determination apparatus of FIG. 3 is a top view of the power semiconductor device of FIG. 1
  • FIG. 4 is a side view of the power semiconductor device of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the power semiconductor device taken along the line AA of FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the first ultrasonic bonding portion in FIG. 5, and
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the second ultrasonic bonding portion in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an AE signal waveform when bonding is good
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an AE signal waveform when bonding is poor.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a first example of the joining step according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of another joining state determination device in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a calculation processing waveform when the bonding is good
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a calculation processing waveform when the bonding is defective.
  • FIG. 14 is a diagram showing a first example of ultrasonic application conditions by the ultrasonic bonding apparatus of FIG.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 includes an ultrasonic bonding machine 20 that ultrasonically bonds a bonding member to a member to be bonded, and a bonding inspection apparatus 30 that checks the bonding quality of the bonding member ultrasonically bonded to the member to be bonded.
  • the ultrasonic bonding machine 20 includes a housing 28, a lower jig 24 for mounting the power semiconductor device 1 as a product, an upper jig 25 for fixing the power semiconductor device 1 to the lower jig 24, An ultrasonic oscillator 23 that oscillates sound waves, an ultrasonic horn 22 that is a resonator that efficiently transmits ultrasonic waves generated by the ultrasonic oscillator 23 to the ultrasonic tool 21, and actually applies ultrasonic waves to the bonding member and the bonded member.
  • the ultrasonic tool 21 to be applied, the moving table 26 for moving the lower jig 24 in the x direction and the y direction, the ultrasonic tool moving device 29 for moving the ultrasonic tool 21 in the z direction, and the ultrasonic bonding machine 20 are provided.
  • An operation terminal 27 is provided as a control unit to control.
  • the power semiconductor device 1 is an example of an object fixed to a jig (lower jig 24).
  • the bonding inspection device 30 is bonded based on a bonding state measuring device 31 that measures a bonding state of a bonding member that is ultrasonically bonded to a member to be bonded, and a detection signal sig1 that includes the bonding state measured by the bonding state measuring device 31.
  • a joining state determination device 32 that determines the joining quality between the member and the member to be joined is provided.
  • the joining state determination device 32 outputs a determination result signal sig2 to the operation terminal 27.
  • the bonding state measuring device 31 includes, for example, an AE sensor 33 that detects vibrations caused by ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic tool 21 by sound (AE (Acoustic Emission, Acoustic Emission)), a preamplifier 34 that amplifies a signal of the AE sensor 33, A measuring device 35 for measuring the signal amplified by the preamplifier 34 is provided.
  • the measuring device 35 outputs a signal detected by the AE sensor 33 to the bonding state determination device 32 as a detection signal sig1.
  • the acoustic emission (AE) has a high frequency component of several kHz to several MHz and propagates mainly in the material. Acoustic emission is suitable for detecting high frequency signals that tend to attenuate in air.
  • the AE sensor is generally made of a piezoelectric element such as PZT (lead zirconate titanate).
  • the oscillation frequency of the ultrasonic oscillator 23 and the ultrasonic horn 22 is fixed.
  • the upper jig 25 is described as an example for fixing the power semiconductor device 1, but the power semiconductor device 1 is fixed to the lower jig 24 by screw holes and screws for attaching the power semiconductor device 1. May be.
  • the power semiconductor device 1 includes a resin case 2 in which an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 12 and an FwDi (Free-Wheeling Diode) 13 which are power semiconductor elements mounted on a circuit board 8 are formed of an insert resin, And the lid 3.
  • the case 2 has an attachment hole 7 for attaching a heat sink (not shown) for radiating heat during driving.
  • a main terminal 4 and a signal terminal 5 which are copper terminals for ensuring electrical continuity with the outside are formed from the upper surface of the power semiconductor device 1.
  • the inside of the case 2 is sealed with silicon gel 19 and the upper part of the case 2 is covered with a lid 3.
  • a bush 6, which is a metal cylinder, is fitted into the inner surface of the mounting hole 7.
  • the circuit board 8 includes a ceramic plate 9 made of Si 3 N 4 having a thickness of 0.32 mm, which is an insulating material, a copper wiring pattern 11 having a thickness of 0.7 mm formed on the back surface of the ceramic plate 9, and a ceramic. Copper wiring patterns 10a, 10b, 10c, and 10d having a thickness of 0.8 mm formed on the upper surface of the plate 9 are provided.
  • the wiring pattern code is generally 10 and 10a, 10b, 10c, and 10d are used for distinction.
  • An IGBT 12 and FwDi 13 are joined to the wiring pattern 10 on the upper surface side by solder 14.
  • FIG. 5 shows an example in which the IGBT 12 and FwDi 13 are joined to the wiring pattern 10b.
  • the circuit board 8 and the case 2 are fixed with an adhesive 16.
  • connection wires 15a, 15b, and 15c having a diameter of 200 to 400 ⁇ m connected by wire bonding by ultrasonic bonding.
  • the connection wire is generally indicated by 15, and 15a, 15b, and 15c are used for distinction.
  • the IGBT 12 and the FwDi 13 are connected by the connection wire 15b
  • the wiring pattern 10a and the wiring pattern 10d are connected by the connection wire 15a
  • the wiring pattern 10b and the wiring pattern 10c are connected by the connection wire 15c.
  • the gate which is the control electrode of the IGBT 12, and the wiring pattern 10d are connected by a connection wire 15 (not shown).
  • the copper terminals that is, the main terminals 4 and the signal terminals 5, which are joining members for ensuring electrical continuity with the outside, are joined to the wiring pattern 10 which is a joined member by ultrasonic waves.
  • the main terminal 4 and the signal terminal 5 each have a thickness of 0.8 mm, and the areas of the ultrasonic bonding portions 18 and 17 connected to the wiring pattern 10 are 3 mm ⁇ 5 mm.
  • the main terminal 4 is a terminal through which a larger current flows than the signal terminal 5 and is connected to a main electrode of a power semiconductor element, for example, an emitter and a collector which are main electrodes of the IGBT 12.
  • the wiring pattern 10 has a thickness of 0.2 to 1.5 mm and a width of about 1 mm to 50 mm.
  • the ultrasonic bonding portion 18 of the main terminal 4 is a portion pressed by the ultrasonic tool 21, and is a portion between the broken lines 52a and 52b.
  • the ultrasonic bonding portion 17 of the signal terminal 5 is a portion pressed by the ultrasonic tool 21, and is a portion between the broken lines 51a and 51b.
  • the ultrasonic bonding process between the signal terminal 5 as the bonding member and the wiring pattern 10 as the bonded member will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
  • the power semiconductor device 1 is fixed to the lower jig 24 in the ultrasonic bonding apparatus 50 using the upper jig 25.
  • the ultrasonic tool 21 is pressed against the signal terminal 5 and pressurized, and ultrasonic vibration is applied by the ultrasonic horn 22 to remove the oxide film formed on the bonding interface and the attached dirt.
  • the new surfaces are brought into close contact with each other to form a bonding layer.
  • the frequency used for ultrasonic bonding is 10 to 40 kHz, and the applied amplitude is 10 to 50 ⁇ m in half amplitude.
  • Ultrasonic application conditions include load, displacement, energy, bonding time, and the like, and conditions are set in advance so as to obtain appropriate bonding quality. These conditions may be set at the same value throughout the entire joining, but for example, as shown in FIG.
  • the joining conditions may be set such that the load is gradually increased during application of ultrasonic waves.
  • FIG. 14 shows an example of ultrasonic application conditions, and the ultrasonic application energy 77 and the application force 78 are shown simultaneously.
  • the horizontal axis in FIG. 14 is time, and the vertical axis is applied energy or applied force.
  • FIG. 14 shows an example in which the load is increased until the time ta1 and the same load is applied until the joining end time te1 at which the joining is completed.
  • AE sensor 33 is attached to lower jig 24 in ultrasonic bonding apparatus 50.
  • the attachment method of the AE sensor 33 is preferably screwing or an adhesive. It is desirable that an insert material that allows easy passage of sound such as gel is applied between the detection portion of the AE sensor 33 and the lower jig 24.
  • the AE sensor 33 is connected to the preamplifier 34 via a cable, and the signal detected by the AE sensor 33 is amplified by the preamplifier 34 and then further amplified by the measuring device (main amplifier) 35 and output as a detection signal sig1. Is done.
  • the detection signal sig1 is a voltage analog signal.
  • the detection signal sig1 is output to the bonding state determination device 32, and the bonding state determination device 32 performs numerical calculation processing on the voltage itself or the voltage signal of the detection signal sig1, and determines whether the bonding quality between the bonding member and the member to be bonded is good or bad.
  • the joining state determination device 32 is determined by a signal input unit 36 that inputs the detection signal sig1, a signal processing unit 37 that processes the detection signal sig1, a determination unit 39 that determines whether the bonding quality is good, and a determination unit 39. And a determination result output unit 40 that outputs a determination result signal sig2 including the obtained result information.
  • the signal processing unit 37 performs numerical calculation processing on the voltage itself or the voltage signal of the detection signal sig1.
  • the signal processing unit 37 extracts, for example, a waveform obtained by plotting the positive maximum voltage and the negative maximum voltage at each time in the detection signal sig1, that is, the outer peripheral shape of FIGS.
  • the AE sensor 33 to be used is preferably capable of measuring the frequency range of the ultrasonic horn 22.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 detects an AE signal at the time of ultrasonic bonding, determines the quality of the bonding, and does not attach the AE sensor 33 to the product or the ultrasonic horn 22. Is characterized by attaching to the lower jig 24 of the ultrasonic bonding apparatus for inspection (feature 1).
  • FIGS. 8 and 9 show examples of the AE signal waveform when the bonding is good and the AE signal waveform when the bonding is bad.
  • the vertical axis represents voltage
  • the horizontal axis represents time.
  • the section where the voltage amplitude is large in FIGS. 8 and 9 is an AE signal waveform in a state where ultrasonic waves are applied.
  • the AE signal waveform 71 when bonding is good is substantially constant during application of ultrasonic waves.
  • the AE signal waveform 72 at the time of bonding failure is not constant during application of ultrasonic waves, and shows a high value in some places as indicated by a broken line frame 93.
  • step S001 product introduction is performed.
  • the intermediate product before connecting the main terminal 4 and the signal terminal 5 is put into the ultrasonic bonding machine 20 of the ultrasonic bonding apparatus 50 (product charging procedure).
  • An intermediate product of the power semiconductor device 1 put into the ultrasonic bonding machine 20 is one without the lid 3, the silicon gel 19, the main terminal 4, and the signal terminal 5.
  • the intermediate product of the power semiconductor device 1 is mounted on the lower jig 24 and fixed to the lower jig 24 with the upper jig 25.
  • step S002 ultrasonic bonding is performed on the first terminal, for example, the signal terminal 5 on the upper right in FIG.
  • step S003 the joining state determination device 32 determines the joining state between the first terminal (signal terminal 5) that is a joining member and the wiring pattern 10 of the joined member based on the detection signal sig1 (joining state). Judgment procedure). If it is determined in step S003 that the bonding state is good, the process proceeds to step S004, and if it is determined that the bonding state is not good (bad), the process ends. In step S004, the terminal joining in operation is terminated (ultrasonic wave application termination procedure), and the process proceeds to step S005. In step S004, the ultrasonic application of the bonding condition to the working terminal and the pressing of the ultrasonic tool 21 are finished.
  • the ultrasonic tool 21 is moved away from the working terminal, for example, raised.
  • ultrasonic application is performed under a separation condition that eliminates biting with the terminal (signal terminal 5).
  • the ultrasonic wave under the separation condition has lower energy than the ultrasonic wave under the bonding condition.
  • step S005 it is determined whether all terminal joining has been completed. If it is determined in step S005 that there are still terminals that are joining members to be joined, that is, incomplete, the process returns to step S002, and no terminals to be joined remain, that is, all terminal joining is completed. If it is determined that the process has been performed, the process proceeds to step S006. In the example shown in FIG. 3, since there are seven terminals, steps S002 to S005 are executed seven times. The seven terminals are four signal terminals 5 and three main terminals 4. In step S006, the product is discharged (product discharge procedure), and the process ends. In step S006, the upper jig 25 is removed, and the intermediate product of the power semiconductor device 1 is discharged from the ultrasonic bonding machine 20. When the joining process for the intermediate product of one power semiconductor device 1 is completed, the joining process for the intermediate product of the next power semiconductor device 1 is executed.
  • the bonding state determination device 32 executes the bonding state determination procedure based on the detection signal sig1 output from the bonding state measurement device 31 in the detection signal monitoring procedure.
  • the joining state determination device 32 receives the detection signal sig1 from the signal input unit 36, extracts signal processing of the detection signal sig1, for example, an outer peripheral shape, by the signal processing unit 37, and before determining the detection signal sig1 in the detection signal monitoring procedure. Process.
  • the determination unit 39 determines whether a high voltage value is generated in the outer peripheral shape of the waveform (detection waveform) of the detection signal sig1 as indicated by a broken line frame 73 in FIG.
  • the determination result output unit 40 outputs a determination result signal sig2 including result information indicating the determination result determined by the determination unit 39.
  • the waveform of the detection signal sig1 (the waveform of the reference detection signal, the reference waveform) serving as a reference when determining the quality of the bonding state is the member to be joined (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4).
  • the joined state between the member to be joined (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4, signal terminal 5) is good.
  • it is a waveform of the detection signal sig1 measured in advance by the bonding state measuring device 31, or a preprocessed waveform such as extracting an outer peripheral shape.
  • An AE signal waveform 71 at the time of good joining acquired by executing the joining process in advance is a waveform (reference waveform) of a reference detection signal.
  • the AE signal waveform 71 when the bonding is good or the AE signal waveform 72 when the bonding is poor, which is detected when the bonding state is determined to be good or bad, is a waveform of a detection signal that is a target to be determined in the bonding state determination procedure.
  • the AE sensor 33 is mounted on the lower jig 24, and thus the detection surface of such an AE sensor 33 is interposed through an air layer. There is no sound or vibration to enter, and therefore noise generated by the joining inspection method of Patent Document 1 is not detected by the AE sensor 33. That is, in the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment, there is little intrusion of environmental noise, so that the AE signal can be detected with high accuracy.
  • the AE sensor 33 that can detect the frequency of the ultrasonic horn 22 and can be used in a specific frequency range that does not detect the frequency at which the noise is generated.
  • the bonding inspection method disclosed in Patent Document 1 is a method of detecting an AE signal by arranging an AE sensor close to a semiconductor chip.
  • the bonding inspection method of Patent Document 1 many problems to be solved occur as follows.
  • this method is used, foreign objects may adhere to the AE sensor when the AE sensor is used repeatedly.
  • the foreign matter may fall and affect the characteristics.
  • it is necessary to attach and remove the AE sensor for each product (movement of the AE sensor), and the inspection time including the attachment and removal time with respect to the ultrasonic bonding time. There is a problem that increases.
  • the gap between the measured object and the AE sensor is small, and therefore the gap between the measured object and the AE sensor 33 may be filled with a gel or an adhesive. It is common. However, if a gel or an adhesive adheres to the product, the product may not be able to exhibit desired characteristics. Further, when an AE sensor is acquired by bringing a semiconductor chip (semiconductor element) into contact with the semiconductor chip (semiconductor element), the interface between the AE sensor and the semiconductor chip is rubbed by applied energy at the time of ultrasonic bonding, and this friction becomes a noise factor. There are also challenges.
  • the joint inspection method of Patent Document 1 has such a problem, it is desirable that the AE signal is attached at a place other than a product that is less affected by vibration during ultrasonic joining. In particular, as shown in FIG. 1, it is desirable to attach to the lower jig 24 for fixing the product at a position where the signal detection accuracy can be increased.
  • thermography As a method for inspecting without contacting the product, temperature measurement using thermography is also considered as one possibility as in the infrared camera shown in FIG.
  • the power semiconductor device 1 is designed to efficiently dissipate heat because it handles a large current. Therefore, the heat at the time of ultrasonic bonding is dissipated during the bonding, and the inspection at temperature is not accurate.
  • the terminal shape of the power semiconductor device 1 is generally different for each terminal, the heat radiation amount is different for each terminal. Therefore, the difference due to the terminal shape becomes larger than the temperature difference due to the bonding quality, and from this point, the inspection based on the temperature is not appropriate.
  • the inside of the power semiconductor device 1 is surrounded by a case 2, and the wiring pattern 10 and the connection wires 15 are complicatedly connected to the terminals inside, so that it is easy to radiate heat. For this reason, there is also a problem that it is difficult to directly check the temperature of the terminal joint (ultrasonic joints 17 and 18) with a thermoviewer.
  • the ultrasonic tool 21 is also a candidate if it is outside the product (the power semiconductor device 1).
  • the vibration state oscillated from the ultrasonic horn 22 changes due to the weight of the AE sensor 33.
  • the vibration is attenuated by the weight of the AE sensor 33.
  • a very large amplitude is given to the terminals, so that there is a problem that the attached AE sensor 33 is detached.
  • the AE signal from the AE sensor 33 disposed in the ultrasonic tool 21 is mainly from the ultrasonic horn 22.
  • the signal components from the ultrasonic bonding portions 17 and 18 become relatively small.
  • the material of the lower jig 24 is easy to transmit an AE signal, is not deformed by a load at the time of ultrasonic bonding, and is less deteriorated by heat during bonding.
  • resin or ceramic material is used, there is a problem that the signal is attenuated by the distance from the sound source of the AE signal to the AE sensor 33 due to the applied pressure.
  • the material of the lower jig 24 is preferably not a resin material but a metal material such as stainless steel or aluminum alloy.
  • the material of the lower jig 24 can also be defined using the speed of sound. That is, a material having an ultrasonic sound velocity of 3000 m / s or more propagating through the lower jig 24 is more suitable for transmitting the AE signal and is suitable as a material for the lower jig 24.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment inspects the bonded state between the member to be bonded (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4 and signal terminal 5) in a nondestructive manner, the sample is destructively inspected. Compared to the case, the inspection time can be shortened. In addition, unlike the bonding inspection method of Patent Document 1, it is not necessary to apply ultrasonic waves only for inspection of bonding quality after bonding, so the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment is necessary for inspection of the bonding state. There is a feature that no additional time is generated.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 in order to detect an AE signal at the time of ultrasonic bonding, a variation (ultrasonic application) at the time of applying ultrasonic waves for inspection, which is a problem in the bonding inspection method of Patent Document 1. Unevenness of the part, foreign matter, wear and chipping of the ultrasonic tool, etc.).
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment can determine whether or not the bonding is good during the bonding process, it is determined that a bonding failure occurs at a certain bonding point, that is, the bonding state is bad in the bonding state determination procedure. In such a case, it becomes possible to discard or correct the bonding failure described later. For this reason, the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment can prevent the manufacturing process from the next process from proceeding even though it is a defective product, preventing the correction of the bonding defect from being impossible, and continues. It is possible to eliminate the extra manufacturing time that has occurred, and to suppress the occurrence of extra costs as a result.
  • the repair of the bonding failure is an additional pressing and application of ultrasonic waves when the bonding is not completed, for example, when the bonding area is insufficient.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 stores the number of bonding members determined to have a poor bonding state, that is, a defect inspection value, and uses this defect inspection value to determine the state of the ultrasonic bonding apparatus 50. Can be grasped. For example, by organizing the defect inspection value by the number of products or the date of manufacture, etc., and checking the transition of the defect inspection value, the device can be maintained when the defect inspection value exceeds a predetermined judgment value, It can also lead to prevention of poor bonding.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 includes a lower part of the lower jig 24 (between the lower jig 24 and the moving table 26) or a lower part of the equipment (the ultrasonic bonding machine 20 and a floor on which the ultrasonic bonding machine 20 is installed).
  • a silicon rubber layer that is difficult to transmit the AE signal, it is possible to further suppress noise generated from other equipment in the room where the ultrasonic bonding apparatus 50 is installed, and with higher accuracy. It becomes possible to detect the quality of joining.
  • a detection signal sig1 including a numerical value at a specific frequency is applied to the AE signal detected by the bonding state measuring device 31, that is, the AE signal waveforms 71 and 72 by numerical calculation processing, for example, FFT (Fast Fourier Transform).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • FIG. 11 shows the joining state determination device 32 that performs numerical calculation processing on the AE signal detected by the joining state measuring device 31, that is, the AE signal waveforms 71 and 72.
  • the joining state determination device 32 in FIG. 11 is obtained by adding an arithmetic processing unit 38 to the configuration of the joining state determination device 32 in FIG. 2.
  • the operations of the signal input unit 36, the signal processing unit 37, and the determination result output unit 40 in the bonding state determination device 32 are the same as the operations of the bonding state determination device 32 in FIG.
  • the arithmetic processing unit 38 performs numerical arithmetic processing such as FFT on the signal of the detection signal sig1 processed by the signal processing unit 37.
  • the operation of the determination unit 39 will be described later.
  • FIG. 12 is an example of a calculation processing waveform when the bonding is good, and is a calculation processing waveform obtained by numerically calculating the AE signal waveform when the bonding is good in FIG.
  • FIG. 13 is an example of a calculation processing waveform at the time of bonding failure, and is a calculation processing waveform obtained by numerically calculating the AE signal waveform at the time of bonding failure in FIG. 12 and 13, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents frequency.
  • each component of the same frequency f1, the frequency f2 that is twice that of the ultrasonic horn 22, and the frequency f3 that is three times that of the ultrasonic horn 22 is detected in the calculation processing waveform 74 when the bonding is good.
  • the calculation processing waveform 75 at the time of bonding failure includes other frequency components in addition to the frequency f1 that is the same as the frequency of the ultrasonic horn 22 and a frequency component that is a natural number multiple thereof. Detected. Other frequency components are components indicated by broken-line circles 76a and 76b.
  • the frequency component detected at a frequency other than the frequency of the ultrasonic horn 22 and its natural number multiple is, for example, when the product is loosely fixed to the jig due to vibration during ultrasonic bonding, or the product warps. This occurs when the back of the product (power semiconductor device 1) and the jig (lower jig 24, upper jig 25) rub against each other when the product is loosely fixed to the jig, for example.
  • This threshold value is a numerical value that can detect specific information that is not in the reference calculation processing waveform by comparing the waveform obtained by numerical calculation processing of the waveform of the reference detection signal (reference calculation processing waveform) with the calculation processing waveform to be determined.
  • a second calculation processing waveform determination different from the first calculation processing waveform determination can be performed.
  • the calculation processing waveform 75 when the bonding is poor has a difference in the voltage value of the AE signal detected at the same frequency as the frequency of the ultrasonic horn 22 and a frequency that is a natural number multiple thereof. Has occurred.
  • the AE signal is superimposed on the AE signal generated when the back surface of the product and the jig are rubbed.
  • the voltage value of the AE signal detected at the same frequency as the frequency of the ultrasonic horn 22 and a frequency that is a multiple of the frequency is small when the fixation is loose.
  • pass / fail can be determined by quantifying the voltage value of the AE signal detected in the same frequency band as the frequency of the ultrasonic horn 22 and its natural number multiple and providing a threshold value.
  • This threshold value is a numerical value that can detect specific information that is not in the reference calculation processing waveform by comparing the waveform obtained by numerical calculation processing of the waveform of the reference detection signal (reference calculation processing waveform) with the calculation processing waveform to be determined.
  • the determination may be performed only with the AE signal detected in the same frequency band as the frequency of the ultrasonic horn 22. If it is detected in the frequency band where the voltage value difference between the good bonding and the poor bonding is the largest, and the determination is made only with the AE signal, the quality determination can be made sufficiently. Since the change in the voltage value of the AE signal detected in the same frequency band as the frequency f1 of the ultrasonic horn 22 is the largest, the quality determination can be made sufficiently even if the determination is made only with the AE signal detected in this frequency band. Can do.
  • the threshold value for distinguishing the quality of the bonded state is set based on the waveform obtained by numerical calculation processing of the waveform of the reference detection signal described above.
  • a numerical calculation waveform obtained by performing numerical calculation processing on the waveform of the reference detection signal is a numerical calculation processing waveform (reference calculation processing waveform) of the detection signal sig1 used as a reference when performing the first calculation processing waveform determination and the second calculation processing waveform determination. It can also be said.
  • An arithmetic processing waveform 74 which is a waveform obtained by performing numerical arithmetic processing on the AE signal waveform 71 obtained when the joining process is executed in advance, is a reference arithmetic processing waveform.
  • the bonding state measuring device 31 when performing the bonding state determination procedure using the arithmetic processing waveforms 74 and 75 operates as follows.
  • the joining state measuring device 31 executes a joining step in advance under an ultrasonic joining condition for joining the member to be joined (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4 and signal terminal 5), and the member to be joined (wiring)
  • the waveform of the reference detection signal preliminarily measured AE signal waveform measured in advance by the bonding state measuring device 31 when it is determined that the bonding state between the pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) is good.
  • a numerical calculation processing reference calculation processing waveform (calculation processing waveform 74 measured in advance) and a waveform of the detection signal sig1 measured by the bonding state measuring device 31 in the bonding process (current AE signal waveforms 71 and 72).
  • the calculation processing waveform (current calculation processing waveforms 74, 75) obtained by numerically calculating the connection between the member to be bonded (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5). It determines the state.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 can perform an FFT analysis on the AE signal detected by the bonding state determination apparatus 32, thereby separating the AE signal from the bonding portion and the AE signal due to weak product fixing, and a bonding member. In addition to determining whether or not the joining state between the member and the member to be joined is good, the cause can be further grasped. There may be a plurality of factors that cause the product to be loosely fixed to the jig. For example, when the product is fixed using screws, the product directly below the screw fixing portion and the lower jig 24 are affected by the warp of the product. It is conceivable that a gap is generated between them and the screw is loosened by vibration during ultrasonic bonding.
  • a method of separating by the difference in frequency is useful.
  • FFT analysis is performed on a signal waveform measured using one AE sensor 33, and a frequency component is separated, or a plurality of AE sensors 33 with high detection accuracy at a specific frequency are used.
  • the joining condition between the member to be joined and the joining member may be different from the ultrasonic application condition shown in FIG.
  • the joining conditions of the terminals main terminal 4 and signal terminal 5
  • FIG. 15 is a diagram showing a second example of ultrasonic application conditions by the ultrasonic bonding apparatus of FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 15 is time, and the vertical axis is applied energy or applied force.
  • ultrasonic application energy 77 and application force 79 are shown simultaneously.
  • FIG. 15 shows an example in which a weak load is applied until time t1, and then the load is gradually increased until time ta1, and the same load is applied until joining end time te1 at which joining is completed.
  • Friction between the joining member (main terminal 4 and signal terminal 5) and the member to be joined (wiring pattern 10) can be detected from the AE signal immediately before the joining is started, that is, the AE signal up to time t1, and joining is possible. It is possible to inspect the surface state of the interface (unevenness or foreign matter), abrasion or chipping of the ultrasonic tool 21 before joining.
  • the inspection result that is, the determination result of the bonding state
  • the inspection result can be fed back to the ultrasonic bonding apparatus 50.
  • the bonding time is lengthened, or when the bonding area has reached the target, the bonding time is shortened. It is possible to adjust the joining conditions appropriately according to the judgment result of the joining state. Thereby, stable joining quality can be obtained. Further, by stopping the bonding as soon as the bonding is completed, no extra energy is given to the product.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a second example of the joining process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a third example of ultrasonic application conditions by the ultrasonic bonding apparatus of FIG. 1
  • FIG. 18 is a diagram showing a fourth example of ultrasonic application conditions by the ultrasonic bonding apparatus of FIG.
  • the flowchart shown in FIG. 16 is an example in which steps S007 and S008 are added to the flowchart of FIG. 10 and the determination result of the joining state is fed back. A different part from the flowchart of FIG. 10 is demonstrated.
  • the timing for executing the joining state determination procedure in step S003 is performed at a plurality of timings from a time shorter than the scheduled joining end time to a maximum time at which conditions can be changed. In addition, it may be determined that the joining state is good at the first determination execution timing.
  • step S003 the joining state determination device 32 determines the joining state between the first terminal (signal terminal 5) that is a joining member and the wiring pattern 10 of the joined member based on the detection signal sig1 (joining state). Judgment procedure). If it is determined in step S003 that the bonding state is good, the process proceeds to step S004. If it is determined in step S003 that the joining state is not good (bad), the process proceeds to step S007. In step S007, it is determined whether the condition can be changed (joining condition determination procedure). If it is determined that the condition can be changed, the joining condition is changed (joining condition changing procedure) in step S008, and the process returns to step S002.
  • step S007 If it is determined in step S007 that the condition cannot be changed, the process ends (bonding failure end procedure).
  • the joining condition change procedure of step S008 is executed, the procedure of executing the detection signal monitoring procedure of step S002 and the joining state determination procedure of step S003 under the ultrasonic joining conditions changed in the joining condition change procedure. Is a joining continuation procedure.
  • the ultrasonic application end procedure in step S004 is determined in the joining state determination procedure in step S003 that the joining state between the member to be joined (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4, signal terminal 5) is good.
  • step S007 it is determined whether the maximum time for changing the condition has been reached. Specifically, if the maximum time has not been reached, it is determined that the condition can be changed, and if the maximum time has been reached, it is determined that the condition cannot be changed.
  • FIG. 17 shows an example in which the joining time is extended to a time longer than the scheduled joining end time
  • FIG. 18 shows an example in which the joining is finished in a time shorter than the scheduled joining end time.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents applied energy or applied force. 17 and 18, the ultrasonic application energy 77 and the application force 78 are shown simultaneously.
  • Time te1 is a scheduled joining end time.
  • Time te1a is the extended joining end time
  • time te1b is the shortened joining end time.
  • the joining time is shortened, and as shown in FIG. 17, from the scheduled joining end time (time te1).
  • the process proceeds to step S004 in a long time, the joining time is long.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment that feeds back the determination result of the bonding state can appropriately adjust the bonding conditions in this way.
  • the terminals (the main terminal 4 and the signal terminal 5) and the ultrasonic tool 21 may be worn and foreign matter may be generated.
  • the deterioration of the ultrasonic tool 21 due to wear is suppressed, leading to a long life of the ultrasonic tool 21.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 can almost eliminate defects having insufficient bonding area by feeding back the determination result of the bonding state during the ultrasonic bonding process. Adjustment of bonding conditions by feedback to the ultrasonic bonding apparatus 50 is a significant advantage that can be obtained only when testing during ultrasonic bonding.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a third example of the joining step according to the first embodiment of the present invention.
  • the flowchart shown in FIG. 19 is an example in which step S010 is added to the flowchart of FIG. 10 to detect product vibration and the result is fed back to the ultrasonic bonding apparatus 50.
  • step S010 immediately after the start of ultrasonic bonding, the product vibration is detected by the AE signal to check the product fixing state (product fixing state checking procedure).
  • step S010 if the fixed state of the product is good, the process proceeds to step S003. If the fixed state of the product is not good in step S010, the product is temporarily stopped to increase the fixing force of the product. When resuming, it starts from step S002.
  • a method of increasing the fixing force a method of increasing the screw tightening torque is useful when the product is fixed by screw tightening.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 which performs the bonding process shown in the flowchart of FIG. 19, can confirm the product fixing state and can increase the fixing force of the product immediately after the start of bonding. It becomes possible to do. Note that step S010 may be added between step S002 and step S003 in the flowchart of FIG. Also in this case, the fixing force of the product can be increased immediately after the start of bonding, and normal bonding can be performed.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a fourth example of the joining step according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the flowchart shown in FIG. 20 is an example in which step S011 is added to the flowchart of FIG. 10 to detect product vibration and the result is fed back to the ultrasonic bonding apparatus 50. Step S011 performs the same operation as step S010 in the flowchart of FIG.
  • step S011 product vibration is detected by an AE signal before ultrasonic bonding, and the fixed state of the product is confirmed (product fixed state confirmation procedure). If the fixed state of the product is good in step S011, the process proceeds to step S002. If the fixed state of the product is not good in step S011, the product is temporarily stopped to increase the fixing force of the product. When resuming, it starts from step S011.
  • the method for increasing the fixing force of the product is the same as the method described in the flowchart of FIG.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment that performs the bonding process shown in the flowchart of FIG. 20 can confirm the fixed state of the product before bonding and can adjust the fixing force before bonding. It becomes possible to obtain a product with bonding quality.
  • the method of pressing the ultrasonic tool 21 in advance and detecting the vibration can be performed at a plurality of locations on the wiring pattern 10 of the same product, thereby improving accuracy.
  • the fixed state of a product can be determined before starting ultrasonic bonding, and ultrasonic bonding can be performed by increasing the fixing force of the product before ultrasonic bonding. It is possible to reduce the ratio that is determined as bonding failure in the bonding state determination procedure in step S003. If the product is not fixed in step S011, it may be finished once and the product fixing force is increased, and then the same product is put into the joining process again (execution from the start).
  • step S011 may be added between step S001 and step S002 in the flowchart of FIG. Also in this case, the fixed state of the product can be confirmed before joining, and the fixing force can be adjusted before joining, so that a product with uniform joining quality can be obtained.
  • FIG. 21 is a flowchart showing a fifth example of the joining step according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the flowchart shown in FIG. 21 is an example in which step S012 is added to the flowchart of FIG. A different part from the flowchart of FIG. 10 is demonstrated.
  • step S004 the application of ultrasonic waves to the working terminal and the pressing of the ultrasonic tool 21 are terminated. Thereafter, in step S012, ultrasonic application is performed in order to eliminate the biting between the ultrasonic tool 21 and the terminal after the end of bonding.
  • step S012 the ultrasonic application and the detachment of the ultrasonic tool in the separation conditions in step S004 in the first to fourth examples of the joining process are performed in step S012. Then, the detection signal sig1 is monitored by the bonding state measuring device 31 during application of ultrasonic waves under the separation condition (end-time detection signal monitoring procedure).
  • the joining state determination device 32 inputs the detection signal sig1 through the signal input unit 36, extracts signal processing of the detection signal sig1 through the signal processing unit 37, for example, extracts the outer peripheral shape, and monitors the detection signal sig1 in the detection signal monitoring procedure. Do.
  • the determination unit 39 determines whether a shape (low quality shape) similar to the shape indicated by the broken line frame 73 in FIG.
  • a low quality shape or the like is generated in the outer peripheral shape of the detection signal sig1
  • a low quality shape or the like does not occur in the outer peripheral shape of the detection signal sig1
  • the current joining condition is maintained.
  • Step S012 is a joining condition determination and joining condition update procedure.
  • the bonding quality when ultrasonic bonding is performed under the same conditions can be predicted in advance from the AE signal after ultrasonic bonding of the previous terminal. Then, when it is predicted that the bonding quality of the next terminal is deteriorated by the AE signal of the previous terminal, it is possible to change the condition of the next terminal to suppress the deterioration of the bonding quality. For example, when the joining state has decreased after joining the previous terminal, joining such as increasing the joining load (applying force) of the next terminal or extending the ultrasonic application time as shown in FIG. By performing feedback to change the conditions, it is possible to prevent deterioration of the bonding quality and maintain the bonding quality.
  • FIG. 22 is a diagram showing a fifth example of ultrasonic application conditions by the ultrasonic bonding apparatus of FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents applied energy or applied force.
  • ultrasonic application energy 77 and application forces 78 and 78a are shown simultaneously.
  • the magnitude (load) of the applied force 78a is higher than the magnitude (load) of the applied force 78.
  • the determination may be made using a calculation processing waveform that has been subjected to numerical calculation processing such as FFT.
  • step S012 may be added between step S004 and step S005 in the flowchart of FIG. Also in this case, when it is predicted that the bonding quality of the next terminal will be lowered by the AE signal of the previous terminal, it is possible to change the next condition and suppress the deterioration of the bonding quality.
  • the fixed positions of the plurality of AE sensors 33 may be any positions as long as they are on the lower jig 24 when the generation source is separated from the difference in the detection frequency region.
  • the ultrasonic bonding process of copper terminals (main terminal 4 and signal terminal 5) has been described as an example.
  • the same effect is exhibited in the sonic bonding process.
  • the ultrasonic bonding between metals has been described as an example, but the same effect is exhibited even when a material other than a metal is bonded or bonded.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 bonds the member to be bonded (wiring pattern 10) and the bonding members (main terminal 4 and signal terminal 5) using ultrasonic waves.
  • the bonding member (the main terminal 4 and the signal terminal 5) is connected to the member to be bonded (the wiring pattern 10) mounted on the fixed object (the power semiconductor device 1) fixed to the jig (the lower jig 24).
  • the bonding quality of the ultrasonic bonding machine 20 having the ultrasonic tool 21 that applies the ultrasonic wave while pressing), the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) is inspected. And a bonding inspection device 30.
  • the bonding inspection apparatus 30 of the ultrasonic bonding apparatus 50 detects a sound that is fixed to the jig (lower jig 24) and propagates through the jig (lower jig 24), and outputs a detection signal sig1. Based on the detection signal sig1 output by the bonding state measuring device 31 in the bonding step of the measuring device 31, the bonded member (wiring pattern 10), and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5). A joining state determination device 32 that determines a joining state between the (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4, signal terminal 5) is provided.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 is based on the detection signal sig1 output from the bonding state measuring apparatus 31 in the bonding process, and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4). Since the bonding state with the signal terminal 5) is determined, the bonding quality can be inspected in real time during the bonding process, the time required for the quality inspection can be reduced, and the quality can be determined with high accuracy.
  • the ultrasonic bonding inspection method according to the first embodiment is based on the detection signal sig1 output by the detection signal monitoring procedure executed in the bonding process and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal). 4. Since the joining state with the signal terminal 5) is determined, the joining quality can be inspected in real time during the joining process, the time required for the quality inspection can be shortened, and the quality can be judged with high accuracy.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 is an ultrasonic bonding apparatus that bonds a member to be bonded (wiring pattern 10) and a bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) using ultrasonic waves.
  • the bonding member (main terminal 4 and signal terminal 5) is pressed against the member to be bonded (wiring pattern 10) mounted on the fixed object (power semiconductor device 1) fixed to the jig (lower jig 24).
  • Bonding inspection apparatus for inspecting the bonding quality of the ultrasonic bonding machine 20 having the ultrasonic tool 21 for applying ultrasonic waves, the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5).
  • the bonding inspection apparatus 30 of the ultrasonic bonding apparatus 50 includes a jig (lower jig 24) or a member to be bonded (wiring pattern 10) in the casing 28 of the ultrasonic bonding machine 20 on which the jig (lower jig 24) is mounted. ) And a sensor (AE sensor 33) that detects vibrations propagating through the jig (lower jig 24) or the housing 28 while being fixed at a position where it does not contact the joining member (main terminal 4 and signal terminal 5). In the joining process of the joining state measuring device 31 that detects vibration and outputs the detection signal sig1, and the joined member (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4, signal terminal 5), the joining state measuring device 31.
  • a joining state determination device 32 that determines the joining state between the member to be joined (wiring pattern 10) and the joining member (main terminal 4 and signal terminal 5) based on the detection signal sig1 output by. Toss . Due to these characteristics, the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment is based on the detection signal sig1 output from the bonding state measuring apparatus 31 in the bonding process, and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4). Since the bonding state with the signal terminal 5) is determined, the bonding quality can be inspected in real time during the bonding process, the time required for the quality inspection can be reduced, and the quality can be determined with high accuracy.
  • the ultrasonic bonding inspection method includes a member to be bonded (wiring pattern 10) mounted on a fixed object (power semiconductor device 1) fixed to a jig (lower jig 24).
  • a jig (lower jig 24) or a jig (in the bonding process of the member to be bonded (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) A detection signal monitoring procedure for detecting a vibration propagating through the casing 28 of the ultrasonic bonding machine 20 on which the lower jig 24) is mounted, and outputting a detection signal sig1, and a detection signal output in the detection signal monitoring procedure It includes a joining state determination procedure for determining a joining state between a member to be joined (wiring pattern 10) and a joining member (main terminal 4, signal terminal 5) based on sig1.
  • the ultrasonic bonding inspection method is based on the detection signal sig1 output by the detection signal monitoring procedure executed in the bonding process and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal). 4. Since the joining state with the signal terminal 5) is determined, the joining quality can be inspected in real time during the joining process, the time required for the quality inspection can be shortened, and the quality can be judged with high accuracy.
  • a vibration transmission member is provided between the ultrasonic tool 21 that presses the member to be bonded or the bonding member and the member to be bonded or the bonding member, and a vibration sensor is attached to the vibration transmission member. It is difficult to install. This is because the vibration transmission member vibrates strongly due to the applied energy at the time of ultrasonic bonding, so that the vibration sensor is easily detached.
  • the attachment position of the AE sensor 33 only needs to be continuous with the jig to which the object to be joined is fixed. For example, as shown in FIG. 24, a sufficient AE signal can be detected even when the AE sensor 33 is installed in the equipment housing, that is, the housing 28 of the ultrasonic bonding machine 20. Further, as shown in FIG. 25, a sufficient AE signal can be detected even when the AE sensor 33 is installed on the upper surface or the rear surface of the moving table 26 of the ultrasonic bonding machine 20.
  • FIG. 24 is a diagram showing another ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 25 is a diagram showing still another ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 shows an example in which the AE sensor 33 is attached to the back surface of the top plate 80 in the housing 28, that is, the surface opposite to the surface on which the power semiconductor device 1 is disposed.
  • FIG. 24 shows an example in which the AE sensor 33 is attached to the side surface of the movable table 26.
  • the reason why the attachment position of the AE sensor 33 should be connected to the jig is that the acoustic emission is hardly attenuated inside the material connected to the jig. In particular, when the material connected to the jig is a metal, the attenuation of acoustic emission is extremely small. Therefore, it is desirable that the material for the housing of the equipment is a metal.
  • the AE sensor 33 When the AE sensor 33 is installed on the upper and side surfaces of the moving table 26, it is desirable to use a metal material as the material of the moving table 26.
  • the top plate 80 which is a part of the housing 28 is interposed between the AE sensor 33 and the movable table 26 as shown in FIG. 25, it is desirable that the top plate 80 is made of a metal material.
  • an ultrasonic horn that generates ultrasonic waves is attached to the housing of the equipment, there is a possibility of detecting acoustic emission from the ultrasonic horn.
  • the distance from the position in the casing to which the jig is fixed to the AE sensor 33 is made smaller than the distance from the position in the casing to which the ultrasonic horn is attached to the AE sensor 33. Therefore, it is possible to accurately detect acoustic emission from the jig.
  • a sufficient AE signal can be detected by attaching the AE sensor 33 to the surface of the upper jig 25.
  • the upper jig is provided at two places on both sides of the product, or at four places on both upper and lower sides or four corners.
  • the AE sensor 33 is attached near the ground where the equipment is installed, noise from other equipment may be picked up.
  • the AE sensor 33 by attaching rubber or the like to the installation surface (bottom surface) of the equipment, signals from other equipment can be attenuated.
  • the detection signal sig1 when determining the detection signal sig1, by providing a band-pass filter, it is possible to remove a frequency that becomes noise from the outside.
  • the energy by the vibration at the time of ultrasonic joining is large, since the AE sensor 33 is detached or destroyed, the AE sensor 33 cannot be attached to the ultrasonic tool 21.
  • the AE signal is characterized in that the frequency of the AE signal generated for each factor is different.
  • AE sensors are installed at a plurality of positions of the lower jig 24, and the factor can be specified by the phase difference and amplitude of the AE signal detected by each.
  • phase difference phase difference
  • the phase difference indicates that the applied energy at the time of ultrasonic bonding is normally applied to the bonding interface, and the AE signal at that time is normally transmitted from the jig to the AE sensor 33.
  • the phase difference is large, the path through which the AE signal is transmitted increases due to a gap between the product directly below the joint and the jig, and the time until the AE signal 33 is transmitted increases. It is. Therefore, when the phase difference is large, it indicates that the ultrasonic energy is not normally applied to the bonding interface.
  • FIG. An ultrasonic bonding apparatus 50 according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the bonding state measuring apparatus 31.
  • FIG. 23 is a diagram showing a bonding state measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Since the ultrasonic bonding apparatus 50 of the second embodiment is the same except for the bonding state measuring apparatus 31, the bonding state measuring apparatus 31 will be described.
  • the difference from the first embodiment is that a laser Doppler vibrometer 56 that is a non-contact vibrometer is used to irradiate the ultrasonic tool 21 that is a measurement target (monitor target) with a laser and measure vibration.
  • the bonding state measurement device 31 according to the second embodiment is a measurement device that measures a laser Doppler vibrometer 56, a laser reflection mirror 57, and a signal (a signal including vibration information of a measurement target) detected by the laser Doppler vibrometer 56. 55 and a data logger 58 that records data measured by the measuring device 55.
  • the laser Doppler vibrometer 56 detects the speed and displacement of vibration at the point irradiated with the laser.
  • the measuring device 55 outputs a signal (a signal including vibration information to be measured) detected by the laser Doppler vibrometer 56 to the bonding state determination device 32 as a detection signal sig1.
  • the ultrasonic tool 21 is irradiated with laser and the vibration is measured, so that the bonding quality between the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) and the member to be bonded (wiring pattern 10). Can be judged. Specifically, the vibration displacement amount (reference displacement amount) corresponding to the required joining area in the joining area of the joining member (main terminal 4, signal terminal 5) and the joined member (wiring pattern 10) was measured. The quality of the joint quality can be determined from the difference from the vibration displacement amount (measured displacement amount). When the difference between the reference displacement amount and the measured displacement amount is within a threshold value, it is determined that the joining state is good.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 is characterized in that the vibration state can be quantitatively captured by the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the second embodiment is configured so that the detector (laser Doppler vibrometer 56) of the bonding state measuring device 31 is in a non-contact state and the product is in a bonded state. Since the inspection is performed, it is not necessary to attach the product to the product, and the inspection time can be shortened compared to the case where the inspection device is in contact with the product for inspection.
  • the following effects can be obtained by monitoring the terminals (main terminal 4 and signal terminal 5) to be ultrasonically bonded together with the ultrasonic tool 21. For example, after the ultrasonic tool 21 is monitored, the terminals (main terminal 4 and signal terminal 5) are monitored. If the ultrasonic tool 21 and the terminal are in the same vibration state, it can be confirmed that the ultrasonic tool 21 can appropriately apply ultrasonic vibration to the terminal. If the vibration of the terminal is smaller than that of the ultrasonic tool 21, wear has occurred between the tip of the ultrasonic tool 21 and the terminal, and it can be confirmed that the ultrasonic vibration has not been properly applied. Due to this wear, copper scraps may be generated, and it becomes possible to determine whether or not a copper scrap removal step is necessary based on the vibration monitoring result.
  • the monitoring result is fed back, for example, to increase the applied load, so that the vibration state becomes the same. It is possible to obtain an appropriate bonding quality while changing the bonding conditions during the ultrasonic bonding and minimizing the generation of copper scrap. Further, by monitoring the vibration of the circuit board 8 and simultaneously monitoring the vibration of the terminal and the circuit board 8 with respect to the vibration of the ultrasonic tool 21, the same effect can be exhibited.
  • the measurement location for measuring the vibration by irradiating the laser is not the ultrasonic tool 21, but the member to be joined (wiring pattern 10), the joining member (main terminal 4, signal terminal 5), or the product (for power)
  • the same effect is exhibited even with jigs (lower jig 24, upper jig 25) for fixing the semiconductor device 1).
  • the following new effect is exhibited.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 is an ultrasonic bonding apparatus that bonds a member to be bonded (wiring pattern 10) and a bonding member (main terminal 4 and signal terminal 5) using ultrasonic waves.
  • the bonding member (the main terminal 4 and the signal terminal 5) is connected to the member to be bonded (the wiring pattern 10) mounted on the fixed object (the power semiconductor device 1) fixed to the jig (the lower jig 24).
  • the bonding quality of the ultrasonic bonding machine 20 having the ultrasonic tool 21 that applies the ultrasonic wave while pressing), the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal 5) is inspected. And a bonding inspection device 30.
  • the bonding inspection device 30 of the ultrasonic bonding apparatus 50 detects the vibration of the object to be measured that is vibrated by the ultrasonic wave, and outputs a detection signal sig1, and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonded member. Based on the detection signal sig1 output by the bonding state measuring device 31 in the bonding process with the members (main terminal 4, signal terminal 5), the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4, signal terminal) And 5) a bonding state determination device 32 for determining a bonding state.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 is based on the detection signal sig1 output from the bonding state measuring apparatus 31 in the bonding process, and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal 4). Since the bonding state with the signal terminal 5) is determined, the bonding quality can be inspected in real time during the bonding process, the time required for the quality inspection can be reduced, and the quality can be determined with high accuracy.
  • the ultrasonic bonding inspection method according to the second embodiment detects vibration of a measurement object that is vibrated by ultrasonic waves in a bonding process of a bonded member (wiring pattern 10) and a bonding member (main terminal 4, signal terminal 5).
  • the ultrasonic bonding inspection method of the second embodiment is based on the detection signal sig1 output by the detection signal monitoring procedure executed in the bonding process and the bonded member (wiring pattern 10) and the bonding member (main terminal). 4. Since the joining state with the signal terminal 5) is determined, the joining quality can be inspected in real time during the joining process, the time required for the quality inspection can be shortened, and the quality can be judged with high accuracy.
  • Embodiment 3 the ultrasonic bonding apparatus and the ultrasonic bonding inspection method according to the first or second embodiment are bonded to a wire bonding apparatus that bonds the connection wire 15 in the product (power semiconductor device 1).
  • the wire bonding apparatus is an apparatus that joins a wire (corresponding to a connecting member) to an object to be bonded (corresponding to a member to be bonded) by pressure bonding using ultrasonic vibration.
  • the wire is made of Al having a diameter of 100 to 500 ⁇ m, Au or Ag having a diameter of 10 to 50 ⁇ m.
  • a schematic configuration, analysis of the detection signal sig1, and a feedback method to the apparatus based on the detection signal sig1 are almost the same as those of the ultrasonic bonding apparatus 50 shown in the first embodiment.
  • the frequency 40 to 120 kHz, which is higher than that of the ultrasonic bonding machine 20 of the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first or second embodiment, is used.
  • the amplitude is about 1 to 5 ⁇ m, which is smaller than that of the ultrasonic bonding machine 20 of the first or second embodiment. That is, the frequency used for the wire bond apparatus is high and the amplitude is small.
  • the AE signal is suitable for detecting the vibration of the bonded portion between the bonded member and the bonding member (connection wire 15) due to ultrasonic waves having a high frequency and a small amplitude.
  • the wire bonding apparatus which is the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the third embodiment, for example, connects the connection wires 15a, 15b and 15c shown in FIG. 5 to the members to be bonded (wiring patterns 10a, 10b and 10d, electrodes of the IGBT 12, electrodes of the FwDi 13). Ultrasonic bonding to the electrode).
  • the AE signal is suitable for the inspection of the wire bonding and the confirmation of the state of the wire bonding apparatus.
  • the width of the ultrasonic tool used for wire bonding is smaller than the width (5 to 10 mm) of the ultrasonic tool used for ultrasonic bonding of the main terminal 4 and the signal terminal 5.
  • An ultrasonic tool for wire-bonding 100 to 500 ⁇ m Al wire has a width of 1 to 2 mm.
  • An ultrasonic tool for wire-bonding a 10-50 ⁇ m Au or Ag wire is 1 mm or less.
  • the wire diameter is small and the cross section of the wire is circular, it is difficult to irradiate the laser at the target position when using a laser Doppler vibrometer in a wire bonding apparatus with a small ultrasonic tool width. . Even if the laser can be irradiated, it is difficult to reflect the laser vertically, and it is difficult to detect the reflected laser.
  • various materials such as metals and ceramics used for ultrasonic tools, but since these materials are selected from the viewpoint of the bondability between the object to be bonded and the wire, these materials are used in the first place. In many cases, the laser cannot be reflected.
  • FIG. 26 shows wire bonding conditions used in the wire bonding apparatus that is the ultrasonic bonding apparatus 50 of the third embodiment.
  • FIG. 26 is a diagram showing wire bond conditions used in the wire bond apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the main conditions are load (size of applied force), power (applied energy) and time.
  • the load and power are variable in two stages, an initial joint (core part) is formed with a low load and power in the initial stage of bonding, and the load and power are increased in the latter stage of bonding to increase the joint area.
  • FIG. 26 shows an example of wire bonding conditions in which a weak load and low power are applied until time t1, and then the load and power are gradually increased until time ta1.
  • the frequency of the ultrasonic wave applied by the equipment that is, the ultrasonic bonding machine 20 is monitored and feedback-controlled, and the frequency of the applied ultrasonic wave is several kHz higher than the initial stage of the bonding in the later stage of the bonding.
  • the wire bonding step is applied to the members to be joined (wiring patterns 10a, 10b, and 10d, the electrodes of IGBT 12 and the electrodes of FwDi 13) and the joining members (connection wires 15a, 15b, and 15c) by the ultrasonic tool 21 of the ultrasonic bonding machine 20.
  • An application frequency changing procedure for increasing the application frequency of the ultrasonic wave is included.
  • the bonding area of the ultrasonic bonding portion is finally reduced.
  • the timing when the frequency of the ultrasonic wave applied in the latter stage of joining changes becomes slower than usual.
  • FIG. 27 is a diagram for explaining bonding quality determination in the ultrasonic bonding inspection method according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining a case in which bonding is determined to be good by the ultrasonic bonding inspection method according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 29 is a bonding failure by the ultrasonic bonding inspection method according to the third embodiment of the present invention. It is a figure explaining the case where it determines with.
  • the applied frequency waveform 81 of the applied ultrasonic wave and the detected frequency waveform 82 detected by the AE sensor 33 are shown.
  • the detection frequency is, for example, the same frequency f1 as the frequency of the ultrasonic horn 22 subjected to numerical calculation processing.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the applied frequency or the detection frequency.
  • the applied frequency waveform 81 is a first frequency having a weak frequency until time t1, similarly to the applied force and applied energy in FIG. 26, and then gradually increases until time ta1, and then a second frequency having a high frequency at time ta1.
  • the detected frequency waveform 82 detected by the AE sensor 33 is a first frequency that is weak until time t2, starts to increase from time t2, gradually increases to time ta2, and increases to a second frequency having a high frequency at time ta2.
  • a detection frequency waveform 82a in FIG. 28 is a detection frequency waveform when the ultrasonic bonding portion is well bonded
  • an output frequency waveform 82b in FIG. 29 is a detection frequency waveform when the ultrasonic bonding portion is poor bonding.
  • the time difference between the time t1 and the time t2, that is, the delay time obtained by subtracting the time t1 from the time t2, is a time difference (delay time) at the beginning of the frequency change.
  • a time difference between the time ta1 and the time ta2, that is, a delay time obtained by subtracting the time ta1 from the time ta2, is a time difference (delay time) at the end of the frequency change.
  • the determination of whether or not the ultrasonic bonding portion is bonded can be performed using the time difference ⁇ t1 at the initial stage of the frequency change or the time difference ⁇ t2 at the end of the frequency change.
  • the determination of whether or not the ultrasonic bonding portion is bonded is performed by the bonding state determination procedure in step S003 of FIGS. 10, 16, 19, 20, and 21.
  • the bonding state determination device 32 calculates the detected frequency waveform from the waveform of the detection signal sig1 measured by the AE sensor 33. 82 (frequency waveform) is generated. The bonding state determination device 32 determines the difference between the timing (time t2) when the frequency changes in the detection frequency waveform 82 (detection frequency waveform 82b of FIG.
  • the bonding state determination device 32 has a timing (time t2) when the frequency in the detection frequency waveform 82 (detection frequency waveform 82a in FIG. 28) changes and a timing (time t1) when the frequency in the applied frequency waveform 81 changes.
  • a predetermined determination value tr1 it is determined that the bonding state of the ultrasonic bonding portion is good.
  • the bonding state determination device 32 calculates the detected frequency waveform from the waveform of the detection signal sig1 measured by the AE sensor 33. 82 (frequency waveform) is generated. The bonding state determination device 32 determines the difference between the timing (time ta2) when the frequency changes in the detection frequency waveform 82 (detection frequency waveform 82b of FIG.
  • the bonding state determination device 32 has a timing (time ta2) at which the frequency in the detection frequency waveform 82 (detection frequency waveform 82a in FIG. 28) changes and a timing (time ta1) at which the frequency in the applied frequency waveform 81 changes.
  • the difference (time difference ⁇ t2) is equal to or smaller than a predetermined determination value tr2, it is determined that the bonding state of the ultrasonic bonding portion is good.
  • the timing at which the detection frequency waveform 82 changes can be detected and fed back, so that the joining time can be lengthened or shortened, and in this way, an ultrasonic joining portion having good joining strength can be obtained. It becomes possible.
  • the method of executing the joining step by changing the joining conditions based on the quality of the joining of the ultrasonic joining portion is the same as the flowchart shown in FIG.
  • the terminal bonding in the flowchart shown in FIG. 16 may be read as wire end bonding.
  • the flowchart shown in FIG. 16 replaced in this way will be described.
  • step S001 product introduction is performed.
  • step S002 ultrasonic bonding is performed at the first wire end, for example, the right wire end of the connection wire 15a in FIG. .
  • step S003 the joining state determination device 32 determines the joining state between the first wire end that is the joining member and the wiring pattern 10 of the joined member based on the detection signal sig1 (joining state judgment procedure). If it is determined in step S003 that the bonding state is good, the process proceeds to step S004. If it is determined in step S003 that the joining state is not good (bad), the process proceeds to step S007. In step S007, it is determined whether the condition can be changed (joining condition determination procedure). If it is determined that the condition can be changed, the joining condition is changed (joining condition changing procedure) in step S008, and the process returns to step S002. If it is determined in step S007 that the condition cannot be changed, the process ends (bonding failure end procedure).
  • step S008 when the joining condition change procedure of step S008 is executed, the procedure of executing the detection signal monitoring procedure of step S002 and the joining state determination procedure of step S003 under the ultrasonic joining conditions changed in the joining condition change procedure. Is a joining continuation procedure.
  • step S004 the wire end bonding in operation is terminated (ultrasonic application termination procedure), and the process proceeds to step S005.
  • the ultrasonic application end procedure in step S004 is the same as the joining state determination procedure in step S003.
  • the members to be joined (wiring patterns 10a, 10b, 10d, the electrodes of IGBT 12, the electrodes of FwDi13) and the joining members (connection wires 15a, 15b). 15c), it is also a good joining end procedure for ending the joining process during work on the member to be joined and the joining member.
  • step S005 it is determined whether all wire end joining is completed.
  • step S005 If it is determined in step S005 that the wire ends that are bonding members to be bonded still remain, i.e., incomplete, the process returns to step S002, and no wire ends to be bonded remain, i.e., all wire ends. If it is determined that the joining has been completed, the process proceeds to step S006. In the example shown in FIG. 5, since there are six wire ends, Steps S002 to S005 are executed six times. In step S006, the product is discharged (product discharge procedure), and the process ends. In step S006, the upper jig 25 is removed, and the intermediate product of the power semiconductor device 1 is discharged from the ultrasonic bonding machine 20. When the joining process for the intermediate product of one power semiconductor device 1 is completed, the joining process for the intermediate product of the next power semiconductor device 1 is executed.
  • the AE signal is characterized in that the frequency of the AE signal generated for each factor is different.
  • the AE sensor 33 can be installed on the outer surface of the ultrasonic horn 22. is there. Note that the AE sensor 33 cannot be attached to the ultrasonic tool of the wire bonding apparatus. This is because when the AE sensor 33 is attached to a light ultrasonic tool, the weight changes and the vibration state of the ultrasonic tool changes.
  • phase difference phase difference
  • the phase difference indicates that the applied energy at the time of ultrasonic bonding is normally applied to the bonding interface, and the AE signal at that time is normally transmitted from the jig to the AE sensor 33.
  • the phase difference is large, the path through which the AE signal is transmitted increases due to a gap between the product directly below the joint and the jig, and the time until the AE signal 33 is transmitted increases. It is. Therefore, when the phase difference is large, it indicates that the ultrasonic energy is not normally applied to the bonding interface.
  • the power semiconductor element mounted on the power semiconductor device 1 has been described by taking the switching element IGBT and the rectifying element FwDi as examples.
  • a MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the switching element may be a rectifying element such as an SBD (Schottky Barrier Diode).
  • the power semiconductor element mounted on the power semiconductor device 1 may be a general element based on a silicon wafer, but silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based material, or silicon such as diamond.
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) -based material, or diamond is used for the IGBT 12 functioning as a switching element or the FwDi 13 functioning as a rectifying element, it is formed of silicon (Si) that has been used conventionally. Since the power loss is lower than that of the formed element, the efficiency of the power semiconductor device 1 can be increased. Further, since the withstand voltage is high and the allowable current density is also high, the power semiconductor device 1 can be downsized. In addition, wide bandgap semiconductor elements have high heat resistance and can operate at high temperatures, enabling downsizing of the heat sink and air cooling of the water-cooled part, further reducing the size of power semiconductor devices equipped with heat sinks. Can be realized.
  • the power semiconductor device 1 is designed to efficiently dissipate heat because it handles a large current, and the power semiconductor device 1 using the wide band gap semiconductor material is also designed to efficiently dissipate heat.
  • the ultrasonic bonding apparatus 50 according to the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment of the present invention does not directly monitor the temperature of the terminal bonding portion with the thermoviewer, but the AE sensor 33 or the laser Doppler vibrometer. Since the bonding quality can be inspected in real time during the bonding process based on the 56 detection signals, the ultrasonic bonding of the power semiconductor device 1 using the wide band gap semiconductor material can be appropriately performed.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a hardware configuration example that implements a functional block of the bonding state determination device.
  • the signal input unit 36, the signal processing unit 37, the arithmetic processing unit 38, the determination unit 39, and the determination result output unit 40 are realized by the processor 98 executing a program stored in the memory 99. Further, a plurality of processors 98 and a plurality of memories 99 may cooperate to execute each function.
  • SYMBOLS 1 Power semiconductor device (fixed object), 4 ... Main terminal (joining member), 5 ... Signal terminal (joining member) 10, 10a, 10b, 10c, 10d ... Wiring pattern (joined member), 15, 15a, 15b, 15c ... connection wire (joining member), 20 ... ultrasonic bonding machine, 21 ... ultrasonic tool, 24 ... lower jig, 25 ... upper jig, 28 ... housing, 30 ... bonding inspection device, 31 DESCRIPTION OF SYMBOLS Joining state measuring device, 32 ... Joining state determination device, 33 ... AE sensor, 37 ... Signal processing unit, 38 ... Calculation processing unit, 56 ...
  • Laser Doppler vibrometer (non-contact vibrometer), 50 ... Ultrasonic joining device, 71 ... AE signal waveform, 72 ... AE signal waveform, 74 ... calculation processing waveform, 75 ... calculation processing waveform, 81 ... applied frequency waveform, 82, 82a, 82b ... detection frequency waveform, sig1 ... detection signal, sig2 ... judgment result signal (judgment result , ⁇ t1, ⁇ t2 ... time difference, tr1, tr2 ... the determination value

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Abstract

超音波接合装置（５０）は、治具（２４）に固定された被固定物（１）に実装された被接合部材（１０）に、接合部材（４、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（１０）と接合部材（４、５）との接合品質を検査する接合検査装置（３０）とを備える。接合検査装置（３０）は、治具（２４）または治具（２４）が搭載された超音波接合機（２０）の筐体（２８）における振動を検出して、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（１０）と接合部材（４、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（１０）と接合部材（４、５）との接合状態を判定する接合状態判定装置（３２）とを備える。

Description

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
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２０１２－８３２４６号公報（００１６段～００２７段、図３、図４） 国際公開ＷＯ２０１０／１１３２５０号公報（００４５段～００５８段、００８９段、図１、図４、図５） 特開２０１２－３５２９９号公報（００４４段、００４５段、００８２段、００８３段、図１、図８）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。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。
　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。
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１の接合状態判定装置のブロック図である。 図１の電力用半導体装置の上面図である。 図３の電力用半導体装置の側面図である。 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５における第一の超音波接合部の拡大断面図である。 図５における第二の超音波接合部の拡大断面図である。 接合良好時のＡＥ信号波形の例を示す図である。 接合不良時のＡＥ信号波形の例を示す図である。 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１の他の接合状態判定装置のブロック図である。 接合良好時の演算処理波形の例を示す図である。 接合不良時の演算処理波形の例を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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９３で示したようにところどころで高い値を示している。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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信号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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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測定装置３１は、次のように動作する。接合状態測定装置３１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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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を接続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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　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で件検出された信号（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。
　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。
　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用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。
　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。
　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。
　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。
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（接続部材に相当）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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (20)

  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たことを特徴とする超音波接合装置。
  2. 　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記載の超音波接合装置。
  3. 　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または２に記載の超音波接合装置。
  4. 　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たことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
  5. 　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４記載の超音波接合装置。
  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１から５のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
  7. 　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１から５のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
  8. 　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１から５のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
  9. 　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６記載の超音波接合装置。
  10. 　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と、
    前記基準波形を数値演算処理した前記基準演算処理波形及び前記検出波形を数値演算処理した前記演算処理波形を生成する演算処理部を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の超音波接合装置。
  11. 　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１０のいずれか１項に記載の超音波接合装置。
  12. 　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。
  13. 　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１２記載の超音波接合検査方法。
  14. 　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１２または１３に記載の超音波接合検査方法。
  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１２から１４のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
  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１２から１４のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
  17. 　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１２から１４のいずれか１項に記載の超音波接合検査方法。
  18. 　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請求項１２または１３に記載の超音波接合検査方法。
  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１２から１７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。
  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、
    請求項１２または１３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。
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