(57)【要約】【課題】横型半導体チップと基板との接合部および横型半導体チップと放熱部材との接合部に接続不良が発生するのを抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】横型半導体チップ３２の電極面３２ａと基板３１とは、電極面３２ａに形成されている複数の電極が基板３１に接合された複数の接合部を少なくとも含む複数の第１接合部５０（７）によって接合されている。横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂとヒートシンク３３とは、それらが互いに接合された第２接合部６０（８）によって接合されている。基板３１の主面に対して法線方向から見た平面視において、複数の第１接合部５０の集合体の概略形状の輪郭内の領域を第１接合領域Ｐ１とし、第２接合部６０の輪郭内の領域を第２接合領域Ｐ２とすると、第１接合領域Ｐ１と第２接合領域Ｐ２との位置、形状および大きさが一致している。【選択図】図４
2018125460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
複数の電極が設けられている電極面および前記電極面の反対側の表面であって、電極が設けられていない非電極面を有し、前記電極面が前記基板の一方の表面に対向した状態で、前記基板に接合された横型半導体チップと、
前記横型半導体チップに対して前記基板とは反対側に配置され、前記横型半導体チップの前記非電極面の少なくとも一部が接合された放熱部材とを含み、
前記電極面と前記基板とは、前記電極面に形成されている複数の電極が前記基板に接合された複数の接合部を少なくとも含む複数の第１接合部によって接合されており、
前記非電極面と前記放熱部材とは、それらが互いに接合された第２接合部によって接合されており、
前記基板の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記複数の第１接合部の集合体の概略全体形状の輪郭内の領域を第１接合領域とし、前記第２接合部の輪郭内の領域を第２接合領域とすると、前記第１接合領域と前記第２接合領域との位置、形状および大きさが一致する、半導体装置。
【請求項２】
前記基板には回路配線が形成されており、
前記複数の第１接合部は、前記各電極が前記基板に電気的に接続されるように接合された複数の接合部と、前記電極を前記基板の回路配線に電気的に接続することなしに前記電極面と前記基板とを接合する１または複数のダミー接合部とを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記横型半導体チップは、複数のスイッチング素子を含む、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記横型半導体チップは、１つのスイッチング素子からなる、請求項１または２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動パワーステアリング装置のインバータ回路に用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置のインバータ回路においては、スイッチング素子が短時間で急激に発熱するおそれがある。そこで、スイッチング素子が接合された基板の裏面にヒートシンクを接合した構造とすることにより、スイッチング素子で発熱した熱をヒートシンクによって吸収するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９９６１２号公報
【発明の概要】
【０００４】
従来においては、一方の表面にドレイン電極（またはコレクタ電極）が設けられ、他方の表面にソース電極（またはエミッタ電極）およびゲート電極（またはベース電極）が設けられた縦型半導体素子が、スイッチング素子として用いられるのが一般的である。
一方の表面にドレイン電極（またはコレクタ電極）、ソース電極（またはエミッタ電極）およびゲート電極（またはベース電極）が設けられ、他方の表面に電極が設けられていない横型半導体素子を、スイッチング素子として用いることが考えられる。横型半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、一方の表面に設けられた電極の面積は、縦型半導体チップの電極の面積よりも小さい。このため、横型半導体素子では、電極が設けられている一方の表面（以下、「電極面」という場合がある。）の熱抵抗は、縦型半導体素子のドレイン電極（またはコレクタ電極）が設けられている表面の熱抵抗に比べて大きくなる。そこで、横型半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、電極面で電気的接続を行い、電極が設けられてない他方の表面（以下、「非電極面」という場合がある。）から放熱する構造をとる必要がある。
【０００５】
そこで、横型半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、電極面を基板の表面に対向させた状態で、電極を基板に例えば半田を介して接合し、非電極面に例えば半田を介してヒートシンクを接合することが考えられる。
しかしながら、ヒートシンクおよび基板と、横型半導体素子とは線膨張係数が大きく異なるため、熱膨張差によって、横型半導体チップに反りが発生するおそれがある。横型半導体素子に反りが発生すると、横型半導体素子と基板との接合部および横型半導体素子とヒートシンクとの接合部に応力が作用する。このため、横型半導体素子と基板との接合部に電気的接続不良が発生したり、横型半導体素子とヒートシンクとの接合部に熱的接続不良が発生したりするおそれがある。
【０００６】
以下において、この明細書では、１または複数の半導体素子を含み、一方の表面に電極が設けられ、他方の表面に電極が設けられていない半導体チップを、「横型半導体チップ」ということにする。そして、横型半導体チップの２つの表面のうち、電極が設けられている一方の表面を「電極面」といい、電極が設けられていない他方の表面を「非電極面」ということにする。
【０００７】
この発明の目的は、横型半導体チップと基板との接合部および横型半導体チップと放熱部材との接合部に接続不良が発生するのを抑制できる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基板（３１）と、複数の電極が設けられている電極面（３２ａ）と、前記電極面の反対側の表面であって、電極が設けられていない非電極面（３２ｂ）とを有し、前記電極面が前記基板の一方の表面に対向した状態で、前記基板に接合された横型半導体チップ（３２）と、前記横型半導体チップに対して前記基板とは反対側に配置され、前記横型半導体チップの前記非電極面の少なくとも一部が接合された放熱部材（３３）とを含み、前記電極面と前記基板とは、前記電極面に形成されている複数の電極が前記基板に接合された複数の接合部を少なくとも含む複数の第１接合部（５０，７０）によって接合されており、前記非電極面と前記放熱部材とは、それらが互いに接合された第２接合部（６０，８０）によって接合されており、前記基板の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記複数の第１接合部の集合体の概略全体形状の輪郭内の領域を第１接合領域とし、前記第２接合部の輪郭内の領域を第２接合領域とすると、前記第１接合領域と前記第２接合領域との位置、形状および大きさが一致する、半導体装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００９】
横型半導体チップの線膨張係数は基板および放熱部材の線膨張係数よりも小さい。このため、横型半導体チップの熱によって、基板および放熱部材の温度が高くなると、横型半導体チップの非電極面には放熱部材によって引っ張り力が作用し、横型半導体チップの電極面には基板によって引っ張り力が作用する。これらの引っ張り力に差が生じると、横型半導体チップに反りが発生し、横型半導体チップと基板との接合部および横型半導体チップと放熱部材との接合部に応力が作用し、接続不良が発生するおそれがある。
【００１０】
この構成では、平面視において、第１接合領域と第２接合領域との位置、形状および大きさが一致しているので、横型半導体チップの非電極面および電極面に作用する引っ張り力がほぼ均等となる。これにより、横型半導体チップの反りの発生を抑制できるから、横型半導体チップと基板との間の接合部および横型半導体チップと放熱部材との間の接合部に、接続不良が発生するのを抑制できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記基板には回路配線が形成されており、前記複数の第１接合部は、前記各電極が前記基板の回路配線に電気的に接続されるように接合された複数の接合部（５１；７１）と、前記電極を前記基板に電気的に接続することなしに前記電極面と前記基板とを接合する１または複数のダミー接合部（５２〜５５；７２〜７４）とを含む、請求項１に記載の半導体装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記横型半導体チップは、複数のスイッチング素子を含む、請求項１または２に記載の半導体装置である。
請求項４に記載の発明は、前記横型半導体チップは、１つのスイッチング素子からなる、請求項１または２に記載の半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置が適用された機電一体型モータユニットの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、インバータ回路を示す電気回路図である。
【図３】図３は、横型半導体チップの電極面に形成された電極を、非電極面側から見た平面図である。
【図４】図４は、基板と横型半導体チップとの接合構造および横型半導体チップとヒートシンクとの接合構造を示す拡大正面図である。
【図５】図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。
【図６】図６は、図４のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】図７は、基板と横型半導体チップとの接合構造の変形例を示す断面図であり、図５に対応する断面図である。
【図８】図８は、基板と横型半導体チップとの接合構造および横型半導体チップとヒートシンクとの接合構造の変形例を示す拡大断面図であり、図９のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】図９は、図８のIX-IX 線に沿う断面図である。
【図１０】図１０は、図８のX-X線に沿う断面図である。
【図１１】図１１は、１つのスイッチング素子から構成されている横型半導体チップの電極面に形成された電極を、非電極面側から見た平面図である。
【図１２】図１２は、基板と横型半導体チップとの接合構造および横型半導体チップとヒートシンクとの接合構造を示す拡大正面図である。
【図１３】図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿う断面図である。
【図１４】図１４は、図１２のXIV-XIV線に沿う断面図である。
【図１５】図１５は、基板と横型半導体チップとの接合構造の変形例を示す断面図であり、図１３に対応する断面図である。
【図１６】図１６は、基板と横型半導体チップとの接合構造および横型半導体チップとヒートシンクとの接合構造の変形例を示す拡大断面図であり、図１７のXVI- XVI線に沿う断面図である。
【図１７】図１７は、図１６のXVII- XVII線に沿う断面図である。
【図１８】図１８は、図１６のXVIII- XVIII線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置が適用された機電一体型モータユニットの構成を模式的に示す断面図である。
この機電一体型モータユニット１は、例えば車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれるユニットである。機電一体型モータユニット１は、電動モータ２と、電動モータ２の駆動回路を実現するためのパワーモジュール３と、パワーモジュール３を収容するケース４とを含む。
【００１５】
電動モータ２は、モータハウジング２１と、ロータ２２と、ロータ軸２３と、ステータ２４とを含む。モータハウジング２１は、円柱状であり、円筒状の側壁２１Ａと、側壁２１Ａの下方開口を閉鎖する底壁２１Ｂと、側壁２１Ａの上方開口を閉鎖する天壁２１Ｃとからなる。底壁２１Ｂおよび天壁２１Ｃの中央部には、それぞれロータ軸挿通孔２５，２６が形成されている。天壁２１Ｃには、さらに、バスバー挿通孔２７が形成されている。
【００１６】
ロータ軸２３は、ロータ２２の中心部を貫通した状態で、ロータ２２に固定されている。ロータ軸２３の下端部は底壁２１Ｂのロータ軸挿通孔２５に挿通され、ロータ軸２３の上端部は天壁２１Ｃのロータ軸挿通孔２６に挿通されている。ロータ軸２３は、モータハウジング２１の底壁２１Ｂに取り付けられた軸受２８と、天壁２１Ｃに取り付けられた軸受２９とによって、モータハウジング２１に対して回転自在に支持されている。ステータ２４は、モータハウジング２１の側壁２１Ａに取り付けられている。ステータ２４は、ステータ巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ（図２参照）を含む。
【００１７】
ケース４は、モータハウジング２１の天壁２１Ｃ上に配置された円板状の底板４１と、底板４１の上側に配置されたカバー４２とからなる。底板４１の下面の外周縁部には環状の下方突出部４１ａが形成されている。底板４１の上面の外周縁部には環状の上方突出部４１ｂが形成されている。底板４１は、下方突出部４１ａがモータハウジング２１の上端部の外周面に嵌め合わされた状態で天壁２１Ｃに固定されている。底板４１の中央部にはロータ軸挿通孔４３が形成されており、ロータ軸２３の上端部はロータ軸挿通孔４３に挿通されている。また、底板４１には、天壁２１Ｃのバスバー挿通孔２７に連通するバスバー挿通孔４４が形成されている。
【００１８】
カバー４２は、筒状の側壁４２Ａと、側壁４２Ａの上方開口を閉鎖する天壁４２Ｂとからなる。カバー４２は、底板４１の上方突出部４１ｂ上に側壁４２Ａが載せられた状態で、底板４１に固定されている。
パワーモジュール３は、図２に示すような、電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）用のインバータ回路１００を実現するためのモジュールである。図２に示すインバータ回路１００は、横型半導体チップ３２と、平滑コンデンサＣとを含む。平滑コンデンサＣは、電源Ｖｃの両端子間に接続されている。横型半導体チップ３２は、複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を含む。
【００１９】
複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、Ｕ相用のハイサイドの第１のスイッチング素子Ｔｒ１と、それに直列に接続されたＵ相用のローサイドの第２のスイッチング素子Ｔｒ２と、Ｖ相用のハイサイドの第３のスイッチング素子Ｔｒ３と、それに直列に接続されたＶ相用のローサイドの第４のスイッチング素子Ｔｒ４と、Ｗ相用のハイサイドの第５のスイッチング素子Ｔｒ５と、それに直列に接続されたＷ相用のローサイドの第６のスイッチング素子Ｔｒ６とを含む。この実施形態では、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、ＧａＮを主材料としたＧａＮ−ＦＥＴ（FET: Field Effect transistor）から構成されている。第１〜第６のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６には、第１〜第６のダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６が逆並列接続されている。これらのダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６も、横型半導体チップ３２に含まれている。
【００２０】
第１、第３および第５のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のドレインは、電源Ｖｃの正極側端子に接続されている。第１、第３および第５のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のソースは、それぞれ第２、第４および第６のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のドレインに接続されている。第２、第４および第６のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のソースは、電源Ｖｃの負極側端子に接続されている。
【００２１】
第１のスイッチング素子Ｔｒ１と第２のスイッチング素子Ｔｒ２との接続点は、電動モータ２のＵ相ステータ巻線２Ｕに接続されている。第３のスイッチング素子Ｔｒ３と第４のスイッチング素子Ｔｒ４との接続点は、電動モータ２のＶ相ステータ巻線２Ｖに接続されている。第５のスイッチング素子Ｔｒ５と第６のスイッチング素子Ｔｒ６との接続点は、電動モータ２のＷ相ステータ巻線２Ｗに接続されている。各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲートは、モータ制御回路（図示略）に接続されている。
【００２２】
図１および図２を参照して、パワーモジュール３は、ケース４の底板４１上に取付部材を介して固定された基板３１と、基板３１に電極面３２ａが接合された横型半導体チップ３２と、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂに接合されたヒートシンク（放熱部材）３３とを含む。ヒートシンク３３は、この実施形態では銅からなる。パワーモジュール３は、図２に示されている平滑コンデンサＣを含んでいるが、説明の便宜上、図１では図示を省略している。
【００２３】
基板３１は、第１の主面（図１の上面）３１ａと、第１の主面３１ａとは反対側の第２の主面（図１の下面）３１ｂとを有している。基板３１は、主面３１ａ，３１ｂに対して法線方向から見た平面視において、ケース４よりも少し小さい円形状である。基板３１は、この実施形態では、セラミック基板である。基板３１は、例えばガラスエポキシ基板のようにセラミック基板以外の基板であってもよい。基板３１の第１の主面３１ａには、インバータ回路１００を形成するための配線（図示略）が形成されている。基板３１の第１の主面３１ａ上に、横型半導体チップ３２および平滑コンデンサＣ（図１では図示略）が実装されている。
【００２４】
基板３１には、底板４１のバスバー挿通孔４４に臨む位置に、バスバー挿通孔３４が形成されている。ステータ２４の各ステータ巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、それぞれバスバーを介して、基板３１の第１の主面３１ａに形成された配線パターンに接続される。図１には、これらのバスバーのうちの１つのバスバー６のみが図示されている。バスバー６は、モータハウジング２１のバスバー挿通孔２７、底板４１のバスバー挿通孔４４および基板３１のバスバー挿通孔３４を通っており、その上端部が基板３１上に突出している。バスバー６は、基板３１の第１の主面３１ａに形成された配線に接続されている。
【００２５】
図３は、横型半導体チップ３２の電極面に形成された電極を、非電極面側から見た平面図である。
横型半導体チップ３２は、平面視で長方形状である。平面視において、横型半導体チップ３２を短手方向に２分割、長手方向に３分割することによって得られる６つの分割領域ｅ１〜ｅ６に、それぞれ６つのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６が形成されている。横型半導体チップ３２の電極面３２ａには、６つのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極が形成されている。
【００２６】
各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、対応する分割領域ｅ１〜ｅ６において、２つのドレイン電極Ｄと、２つのソース電極Ｓと、１つのゲート電極Ｇとを有している。各ドレイン電極Ｄおよび各ソース電極Ｓは、平面視において、横型半導体チップ３２の短手方向に長い短冊状である。ゲート電極Ｇは、横型半導体チップ３２の短手方向に長くかつドレイン電極Ｄの長さの半分以下の短冊状である。各分割領域ｅ１〜ｅ６において、２つのドレイン電極Ｄと２つのソース電極Ｓとは、横型半導体チップ３２の長手方向に等間隔をおいてかつ交互に並んで配置されている。そして、これらの４つの電極列の一方端にあるドレイン電極Ｄの外側において、当該ドレイン電極Ｄの一端部に沿って１つのゲート電極Ｇが配置されている。
【００２７】
図４は、基板３１と横型半導体チップ３２との接合構造および横型半導体チップ３２とヒートシンク３３との接合構造を示す拡大正面図である。図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。図６は、図４のVI-VI線に沿う断面図である。
横型半導体チップ３２は、各電極Ｄ，Ｓ，Ｇが半田（接合部材）７を介して基板３１の第１の主面３１ａ上の配線に接合されることにより、基板３１に実装されている。つまり、複数の電極Ｄ，Ｓ，Ｇと基板３１とは、半田７によって電気的に接続されている。半田７によって電極Ｄ，Ｓ，Ｇと基板３１とが互いに電気的かつ機械的に接合されている接合部を電気的・機械的接合部５１ということにする。電極面３２ａと基板３１とを接合する複数の接合部を、複数の第１接合部５０ということにする。この実施形態では、複数の第１接合部５０は、複数の電気的・機械的接合部５１からなる。
【００２８】
平面視において、複数の第１接合部５０の集合体の概略的全体形状の輪郭内領域を第１接合領域Ｐ１ということにする。図５に示すように、この実施形態では、第１接合領域Ｐ１は、平面視において、横型半導体チップ３２の電極面３２ａの周縁部を除いた領域であって、電極面３２ａとほぼ相似の長方形状の領域となる。また、第１接合領域Ｐ１は、複数の第１接合部５０のうち最も外側の接合部５０の外側の辺を結ぶ直線で囲まれた領域でもある。第１接合領域Ｐ１の大きさは、長手方向の長さＡ１と、短手方向の長さＢ１とで表される。
【００２９】
ヒートシンク３３は、図６に鎖線で示すように、平面視形状が横型半導体チップ３２よりも大きい長方形状である。ヒートシンク３３は、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂに、半田（熱伝導性接合部材）８を介して接合されている。つまり、非電極面３２ｂとヒートシンク３３とは、半田８によって熱的に接続されている。半田８によって非電極面３２ｂとヒートシンク３３とが互いに接合されている接合部を第２接合部６０ということにする。平面視において、第２接合部６０の輪郭内の領域を第２接合領域Ｐ２ということにする。第２接合領域Ｐ２は、図６に示すように、平面視において、非電極面３２ｂの周縁部を除いた領域であって、非電極面３２ｂとほぼ相似の長方形の領域となる。第２接合領域Ｐ２の大きさは、図６に示すように、長手方向の長さＡ２と、短手方向の長さＢ２とで表される。
【００３０】
この実施形態では、平面視において、第１接合領域Ｐ１と第２接合領域Ｐ２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）は一致している。つまり、Ａ１＝Ａ２でかつＢ１＝Ｂ２である。また、基板３１の主面３１ａ，３１ｂに対する法線方向（上下方向）に関して、第１接合領域Ｐ１と第２接合領域Ｐ２とは位置整合している。
基板３１およびヒートシンク３３の線膨張係数はほぼ等しい。横型半導体チップ３２の線膨張係数は、基板３１およびヒートシンク３３の線膨張係数よりも小さい。基板３１およびヒートシンク３３の線膨張係数は、例えば、約１６ｐｐｍであり、横型半導体チップ３２の線膨張係数は、例えば、約４ｐｐｍである。このため、横型半導体チップ３２の熱によって、基板３１およびヒートシンク３３の温度が高くなると、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂにはヒートシンク３３によって引っ張り力が作用し、横型半導体チップ３２の電極面３２ａには基板３１によって引っ張り力が作用する。これらの引っ張り力に差が生じると、横型半導体チップ３２に反りが発生し、横型半導体チップ３２と基板３１との接合部５０および横型半導体チップ３２とヒートシンク３３との接合部６０に応力が作用し、接続不良（接合不良）が発生するおそれがある。
【００３１】
前述の第１実施形態では、平面視において、第１接合領域Ｐ１と第２接合領域Ｐ２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）が一致しているので、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂおよび電極面３２ａに作用する引っ張り力がほぼ均等となる。これにより、横型半導体チップ３２の反りの発生を抑制できるから、横型半導体チップ３２と基板３１との間の第１接合部５０（電気的・機械的接合部５１（７））および横型半導体チップ３２とヒートシンク３３との間の第２接合部６０（８）に、接続不良（接合不良）が発生するのを抑制できる。
【００３２】
前述した第１実施形態では、図５に示したように、横型半導体チップ３２の電極面３２ａと基板３１との間の第１接合領域Ｐ１内には、複数の電気的・機械的接合部５１間に空間部が存在している。横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂおよび電極面３２ａに作用する引っ張り力を均等するという観点からは、第１接合領域Ｐ１内における複数の電気的・機械的接合部５１間の空間部にも接合部を設けることが好ましい。
【００３３】
そこで、図７に示すように、第１接合領域Ｐ１内における電気的・機械的接合部５１間の空間部に、電極Ｄ，Ｓ，Ｇを基板３１に電気的に接続することなしに、電極面３２ａと基板３１とを単に機械的に接合するダミー接合部を形成することが好ましい。図７は、図５に対応する断面図である。具体的には、平面視において、第１接合領域Ｐ１内の幅中央部に、長手方向に間隔をおいて複数の矩形状の第１ダミー接合部５２が設けられている。また、平面視において、各ゲート電極Ｇの延長上に、当該ゲート電極Ｇに隣接するドレイン電極Ｄに沿うように矩形状の第２ダミー接合部５３が設けられている。したがって、図７では、複数の第１接合部５０は、複数の電気的・機械的接合部５１と、複数の第１ダミー接合部５２と、複数の第２ダミー接合部５３とから構成される。
【００３４】
ダミー接合部５２，５３は、例えば次のようにして形成される。基板３１の第１の主面３１ａに、各ダミー接合部５２，５３に対応したダミー配線（インバータ回路１００に電気的に接続されない配線）を形成しておく。また、横型半導体チップ３２の電極面３２ａに、各ダミー接合部５２，５３に対応したダミー電極（スイッチング素子の電極として機能しない電極）を形成しておく。そして、ダミー配線とそれに対応するダミー電極とを半田で接合する。
【００３５】
図８は、基板３１と横型半導体チップ３２との接合構造および横型半導体チップ３２とヒートシンク３３との接合構造の変形例を示す拡大断面図であり、図９のVIII-VIII線に沿う断面図である。図９は、図８のIX-IX 線に沿う断面図である。図１０は、図８のX-X線に沿う断面図である。図８〜図１０において、前述の図４〜図６の各部に対応する部分には、図４〜図６と同じ符号を付して示す。
【００３６】
図８の接合構造においては、図９に示されるように、横型半導体チップ３２の電極面３２ａには電極群領域（図５の第１接合領域Ｐ１に相当する領域）の内側の他、外側にもダミー接合部が形成されている。電極群領域（Ｐ１）の内側には、前述の図７と同様に、第１および第２ダミー接合部５２，５３が形成されている。
電極群領域（Ｐ１）の外側には、電極群領域（Ｐ１）の各長辺に沿って間隔をおいて複数の第３ダミー接合部５４が配置されている。第３ダミー接合部５４は平面視矩形状である。また、電極群領域（Ｐ１）の外側には、電極群領域（Ｐ１）の各短辺に沿って第４ダミー接合部５５が配置されている。第４ダミー接合部５５は、平面視において電極群領域（Ｐ１）の短辺と平行に延びた帯状である。したがって、図８の接合構造では、複数の第１接合部５０は、複数の電気的・機械的接合部５１と、複数の第１ダミー接合部５２と、複数の第２ダミー接合部５３と、複数の第３ダミー接合部５４と、複数の第４ダミー接合部５５から構成される。このため、図８の接合構造では、平面視において、電極群領域（Ｐ１）およびその外側のダミー接合部５４，５５を含む略長方形領域が、第１接合領域Ｐ１１となる。第１接合領域Ｐ１１の大きさは、図９に示すように、長手方向の長さＡ１１と、短手方向の長さＢ１１とで表される。第３および第４ダミー接合部５４，５５も、前述の第１および第２ダミー接合部５２，５３と同様な方法で形成することができる。
【００３７】
横型半導体チップ３２の電極面３２ａは、電気的・機械的接合部５１と、第１〜第４ダミー接合部５２〜５５とによって基板３１に接合されている。
ヒートシンク３３は、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂに、半田８を介して接合されている。半田８によって非電極面３２ｂとヒートシンク３３とが互いに接合されている接合部を第２接合部６０ということにする。平面視において、第２接合部６０の輪郭内の領域を第２接合領域Ｐ１２ということにする。第２接合領域Ｐ１２の大きさは、図１０に示すように、長手方向の長さＡ１２と、短手方向の長さＢ１２とで表される。
【００３８】
この変形例では、平面視において、第１接合領域Ｐ１１と接合領域Ｐ１２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）は一致している。つまり、Ａ１１＝Ａ１２でかつＢ１１＝Ｂ１２である。また、基板３１の主面３１ａ，３１ｂに対する法線方向（上下方向）に関して、第１接合領域Ｐ１１と第２接合領域Ｐ１２とは位置整合している。したがって、この変形例においても、前述の第１実施形態と同様な効果が得られる。また、この変形例では、横型半導体チップ３２の非電極面３２ｂとヒートシンク３３との接合領域Ｐ１２を、前述の第１実施形態における接合領域Ｐ２よりも大きくとれるため、非電極面３２ｂとヒートシンク３３との間の熱伝導効率を高めることができる。
【００３９】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１実施形態では、６つのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を含む横型半導体チップ３２が用いられた例について説明したが、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６が、横型半導体チップ３５（横型半導体素子）から構成されていてもよい。この場合には、基板３１の第１の主面３１ａ上に、６つの横型半導体チップ３５が実装されることになる。
【００４０】
以下、横型半導体チップが１つのスイッチング素子から構成されている場合の実施形態（第２実施形態）について説明する。
図１１は、１つのスイッチング素子から構成されている横型半導体チップ３５の電極面に形成された電極を、非電極面側から見た平面図である。
横型半導体チップ３５は、平面視で長方形状である。横型半導体チップ３５の電極面には、２つのドレイン電極Ｄと、２つのソース電極Ｓと、１つのゲート電極Ｇとが形成されている。各ドレイン電極Ｄおよび各ソース電極Ｓは、平面視において、電極面の短手方向に長い短冊状である。ゲート電極Ｇは、電極面の短手方向に長くかつドレイン電極Ｄの長さの半分以下の短冊状である。２つのドレイン電極Ｄと２つのソース電極Ｓとは、電極面の長手方向に等間隔をおいてかつ交互に並んで配置されている。そして、これらの４つの電極列の一方端にあるドレイン電極Ｄの外側において、当該ドレイン電極Ｄの一端部に沿ってゲート電極Ｇが配置されている。
【００４１】
図１２は、基板３１と横型半導体チップ３５との接合構造および横型半導体チップ３５とヒートシンク３３との接合構造を示す拡大正面図である。図１３は、図１２のXIII-XIII線に沿う断面図である。図１４は、図１２のXIV-XIV線に沿う断面図である。
横型半導体チップ３５は、各電極Ｄ，Ｓ，Ｇが半田７を介して基板３１の第１の主面３１ａ上の配線に接合されることにより、基板３１に実装されている。つまり、複数の電極Ｄ，Ｓ，Ｇと基板３１とは、半田７によって電気的に接続されている。半田７によって電極Ｄ，Ｓ，Ｇと基板３１とが互いに電気的かつ機械的に接合されている接合部を電気的・機械的接合部７１ということにする。電極面３５ａと基板３１とを接合する複数の接合部を、複数の第１接合部７０ということにする。この実施形態では、複数の第１接合部７０は、複数の電気的・機械的接合部７１からなる。
【００４２】
平面視において、複数の第１接合部７０の集合体の概略的全体形状の輪郭内領域を第１接合領域Ｑ１ということにする。図１３に示すように、この実施形態では、第１接合領域Ｑ１は、平面視において、横型半導体チップ３５の電極面３５ａの周縁部を除いた領域であって、電極面３５ａとほぼ相似の長方形状の領域となる。また、第１接合領域Ｑ１は、複数の第１接合部７０のうち最も外側の接合部７０の外側の辺を結ぶ直線で囲まれた領域でもある。第１接合領域Ｑ１の大きさは、長手方向の長さＣ１と、短手方向の長さＤ１とで表される。
【００４３】
ヒートシンク３３は、図１４に鎖線で示すように、平面形状が横型半導体チップ３５よりも大きい長方形状である。ヒートシンク３３は、横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂに、半田８を介して接合されている。つまり、非電極面３５ｂとヒートシンク３３とは、半田８によって熱的に接続されている。半田８によって非電極面３５ｂとヒートシンク３３とが互いに接合されている接合部を第２接合部８０ということにする。平面視において、第２接合部８０の輪郭内の領域を第２接合領域Ｑ２ということにする。第２接合領域Ｑ２は、図１４に示すように、平面視において、非電極面３５ｂの周縁部を除いた領域であって、非電極面３５ｂとほぼ相似の長方形の領域となる。第２接合領域Ｑ２の大きさは、長手方向の長さＣ２と、短手方向の長さＤ２とで表される。
【００４４】
この実施形態では、平面視において、第１接合領域Ｑ１と第２接合領域Ｑ２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）は一致している。つまり、Ｃ１＝Ｃ２でかつＤ１＝Ｄ２である。また、基板３１の主面３１ａ，３１ｂに対する法線方向（上下方向）に関して、第１接合領域Ｑ１と第２接合領域Ｑ２とは位置整合している。
基板３１およびヒートシンク３３の線膨張係数はほぼ等しい。横型半導体チップ３５の線膨張係数は、基板３１およびヒートシンク３３の線膨張係数よりも小さい。このため、横型半導体チップ３５の熱によって、基板３１およびヒートシンク３３の温度が高くなると、横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂにはヒートシンク３３によって引っ張り力が作用し、横型半導体チップ３５の電極面３５ａには基板３１によって引っ張り力が作用する。これらの引っ張り力に差が生じると、横型半導体チップ３５に反りが発生し、横型半導体チップ３５と基板３１との接合部７０および横型半導体チップ３５とヒートシンク３３との接合部８０に応力が作用し、接続不良（接合不良）が発生するおそれがある。
【００４５】
前述の第２実施形態では、平面視において、第１接合領域Ｑ１と第２接合領域Ｑ２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）が一致しているので、横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂおよび電極面３５ａに作用する引っ張り力がほぼ均等となる。これにより、横型半導体チップ３５の反りの発生を抑制できるから、横型半導体チップ３５と基板３１との間の第１接合部７０（電気的・機械的接合部７１（７））および横型半導体チップ３５とヒートシンク３３との間の第２接合部８０（８）に、接続不良（接合不良）が発生するのを抑制できる。
【００４６】
前述した第２実施形態では、図１３に示したように、横型半導体チップ３５の電極面３５ａと基板３１との間の第１接合領域Ｑ１内には、複数の電気的・機械的接合部７１間に空間部が存在している。横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂおよび電極面３５ａに作用する引っ張り力を均等するという観点からは、第１接合領域Ｑ１内における複数の電気的・機械的接合部７１間の空間部にも接合部を設けることが好ましい。
【００４７】
そこで、図１５に示すように、第１接合領域Ｑ１内における電気的・機械的接合部７１間の空間部に、電極Ｄ，Ｓ，Ｇを基板３１に電気的に接続することなしに、電極面３５ａと基板３１とを単に機械的に接合するダミー接合部を形成することが好ましい。具体的には、平面視において、ゲート電極Ｇの延長上に、ゲート電極Ｇに隣接するドレイン電極Ｄに沿うように矩形状の第１ダミー接合部７２が設けられている。したがって、図１５では、複数の第１接合部７０は、複数の電気的・機械的接合部７１と、複数の第１ダミー接合部７２とから構成される。
【００４８】
第１ダミー接合部７２は、例えば次のようにして形成される。基板３１の第１の主面３１ａに、第１ダミー接合部７２に対応したダミー配線（インバータ回路１００に電気的に接続されない配線）を形成しておく。また、横型半導体チップ３５の電極面３５ａに、第１ダミー接合部７２に対応したダミー電極（スイッチング素子の電極として機能しない電極）を形成しておく。そして、ダミー配線とそれに対応するダミー電極とを半田で接合する。
【００４９】
図１６は、基板３１と横型半導体チップ３５との接合構造および横型半導体チップ３５とヒートシンク３３との接合構造の変形例を示す拡大断面図であり、図１７のXVI- XVI線に沿う断面図である。図１７は、図１６のXVII- XVII線に沿う断面図である。図１８は、図１６のXVIII- XVIII線に沿う断面図である。図１６〜図１８において、前述の図１２〜図１４の各部に対応する部分には、図１２〜図１４と同じ符号を付して示す。
【００５０】
図１６の接合構造においては、図１７に示されるように、横型半導体チップ３５の電極面３５ａには電極群領域（図１３の第１接合領域Ｑ１に相当する領域）の内側の他、外側にもダミー接合部が形成されている。電極群領域（Ｑ１）の内側には、前述の図１５と同様に、第１ダミー接合部７２が形成されている。
電極群領域（Ｑ１）の外側には、電極群領域（Ｑ１）の各長辺に沿って間隔をおいて複数の第２ダミー接合部７３が配置されている。第２ダミー接合部７３は平面視矩形状である。また、電極群領域（Ｑ１）の外側には、電極群領域（Ｑ１）の各短辺に沿って第３ダミー接合部７４が配置されている。第３ダミー接合部７４は、平面視において電極群領域（Ｑ１）の短辺と平行に延びた帯状である。したがって、図１６の接合構造では、複数の第１接合部７０は、複数の電気的・機械的接合部７１と、複数の第１ダミー接合部７２と、複数の第２ダミー接合部７３と、複数の第３ダミー接合部７４とから構成される。このため、図１６の接合構造では、平面視において、電極群領域（Ｑ１）およびその外側のダミー接合部７３，７４を含む略長方形領域が、第１接合領域Ｑ１１となる。第１接合領域Ｑ１１の大きさは、図１７に示すように、長手方向の長さＣ１１と、短手方向の長さＤ１１とで表される。第２および第３ダミー接合部７３，７４も、前述の第１ダミー接合部７２と同様な方法で形成することができる。
【００５１】
横型半導体チップ３５の電極面３５ａは、電気的・機械的接合部７１と、第１〜第３ダミー接合部７２〜７４とによって基板３１に接合されている。
ヒートシンク３３は、横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂに、半田８を介して接合されている。半田８によって非電極面３５ｂとヒートシンク３３とが互いに接合されている接合部を第２接合部８０ということにする。平面視において、第２接合部８０の輪郭内の領域を第２接合領域Ｑ１２ということにする。第２接合領域Ｑ１２の大きさは、図１８に示すように、長手方向の長さＣ１２と、短手方向の長さＤ１２とで表される。
【００５２】
この変形例では、平面視において、第１接合領域Ｑ１１と接合領域Ｑ１２との位置、形状および大きさ（または位置および最外形）は一致する。つまり、Ｃ１１＝Ｃ１２でかつＤ１１＝Ｄ１２である。また、基板３１の主面３１ａ，３１ｂに対する法線方向（上下方向）に関して、第１接合領域Ｑ１１と第２接合領域Ｑ１２とは位置整合している。したがって、この変形例においても、前述の第２実施形態と同様な効果が得られる。また、この変形例では、横型半導体チップ３５の非電極面３５ｂとヒートシンク３３との接合領域Ｑ１２を、前述の実施形態における接合領域Ｑ２よりも大きくとれるため、非電極面３５ｂとヒートシンク３３との間の熱伝導効率を高めることができる。
【００５３】
前述の第１および第２実施形態では、横型半導体チップ３２，３５と基板３１との接合および横型半導体チップ３２，３５とヒートシンク３３との接合には半田が用いられているが、半田以外の接合部材を用いてこれらを接合してもよい。また、横型半導体チップ３２，３５と基板３１との接合または横型半導体チップ３２，３５とヒートシンク３３との接合を、メッキを用いて行うようにしてもよい。また、横型半導体チップ３２，３５と基板３１との接合または横型半導体チップ３２，３５とヒートシンク３３との接合を、拡散接合を用いて行うようにしてもよい。
【００５４】
また、前述の実施形態および変形例において、第１接合領域Ｐ１，Ｐ１１，Ｑ１，Ｑ１１および第２接合領域Ｐ２，Ｐ１２，Ｑ２，Ｑ１２は、平面視長方形状であるが、平面視正方形状であってもよい。
この発明を電動パワーステアリング装置のインバータ回路に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるインバータ回路等にも適用することができる。
【００５５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
３…パワーモジュール、７，８…半田、３１…基板、３１ａ，３１ｂ…主面、３２，３５…横型半導体チップ、３２ａ，３５ａ…電極面、３２ｂ，３５ｂ…非電極面、３３…ヒートシンク、５０，７０…第１接合部、５１，７１…電気的・機械的接合部、５２，７２…第１ダミー接合部、５３，７３…第２ダミー接合部、５４，７４…第３ダミー接合部、５５…第４ダミー接合部、６０，８０…第２接合部、１００…インバータ回路、Ｐ１，Ｐ１１，Ｑ１，Ｑ１１…第１接合領域、Ｐ２，Ｐ１２，Ｑ２，Ｑ１２…第２接合領域、Ｔｒ１〜Ｔｒ６…スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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