电子电气设备的制作方法

本发明涉及至少能够减少由电子电气设备产生的辐射噪声的电子电气设备。

背景技术：

近年来，由于搭载于电子电气设备的半导体的高速化等，因电子电气设备产生的辐射噪声而给其他的电子电气设备带来的影响已成为问题。因该辐射噪声而给其他的电子电气设备带来的影响被称为EMI(Electro Magnetic Interference：电磁干扰)，主要会引起无线设备、通信设备的接收障碍、电子电气设备的误动作。

为此，各国在30MHz～1GHz、或者根据使用的频率的不同，在其以上的频带，对由电子电气设备产生的辐射噪声进行了规定。

为了抑制电子电气设备产生的辐射噪声，广泛使用下述方法，即：利用金属、导电性树脂、镀敷后的树脂等的屏蔽壳体来覆盖电子电气设备内的电路基板、模块布线、散热器等噪声辐射源。

然而，利用屏蔽壳体来覆盖噪声辐射源进行屏蔽方法中，屏蔽性能和冷却性能的兼顾性成为课题。

与此相对，在下述所示的专利文献1中，提出了为提高散热性能而在壳体的外周形成翅片结构，由此来提高冷却性能的方法。

辐射噪声在噪声辐射源中发生谐振或驻波的频率下成为较高等级。作为针对这种特性的辐射噪声抑制方法，下述所示的专利文献2中提出了减少由散热器产生的辐射噪声的方法。

图1是表示在构成现有的电子电气设备的半导体元件、散热器、壳体间的配置中产生电磁耦合的状态的图。图2是表示图1所示的现有结构例中辐射电场强度的观测例的图。

图1和图2中，因半导体元件100的开关而产生的噪声分量经由寄生电容而传递至散热器200。

此时，由于与散热器附近的金属壳体的电磁耦合330，从而在散热器200与壳体300之间产生谐振。于是，在该谐振频率下，传递至散热器200的噪声分量产生较大的电场振动，从而作为较高等级的辐射噪声而在外部被观测到。

图2示出该状态，120MHz下的峰值作为因上述由谐振引起的电场分量而被观测到。

通常，若半导体元件(开关元件)100产生的噪声与散热器200通过静电电容等进行电气耦合，则作为导体的散热器200起到产生辐射噪声的天线的作用，如图3所示那样，在散热器200的尺寸为波长的1/2的频率下，散热器200中产生驻波400，辐射噪声的辐射效率提高。

作为针对由此产生的辐射噪声的对策，提出了下述方法，即：通过设计散热器的导电路径长度，以使得散热器的基底部不会产生驻波，由此来减少辐射噪声的辐射效率本身。

此外，在下述所示的专利文献3中，提出了减少半导体功率开关元件与散热器之间的寄生电容，或者提高散热器与逆变器的壳体之间的电阻，由此来抑制因较高的电压变化而引起的漏电流，减少辐射噪声的方法。

图4(A)及图4(B)是表示具备半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成的壳体的现有的电子电气设备中的通风状态的图。

即，在图4(A)中示出从风扇350排出、从开口部吸入的作为制冷剂的外部气体由于通过通风阻力较小的散热器200的侧部，因此在用于冷却半导体元件100的散热器200中没有足够的外部气体(冷却气体)流动的状态。

在图4(B)中示出从风扇350排出、从开口部吸入的作为制冷剂的外部气体由于通过通风阻力较小的散热器200的下部，因此在用于冷却半导体元件100的散热器200中没有足够的外部气体(冷却气体)流动的状态。

如上所述，通过利用屏蔽壳体完全覆盖电路来减少辐射噪声的方法除了上述的屏蔽性能和冷却性能的兼顾性之外，还存在设备重量变大，成本变高等问题。

另一方面，利用专利文献2所示的方法来减少噪声辐射效率的方法存在散热器结构变复杂的问题，随之还存在成本变高等问题。此外，作为专利文献2中的其他问题，存在有：由于不仅上述的散热器单体，散热器与周围的壳体结构也会因谐振而引起辐射噪声的峰值，因此，仅采用专利文献2所提出的对策，作为辐射噪声对策而言无法获得充足的效果。

此外，作为散热器和周围的壳体结构所涉及的问题，还存在无法充分地对配置在散热器上的半导体元件进行冷却的问题。即，如图4(A)、图4(B)所示那样，由于从风扇350排出、从开口部吸入的作为制冷剂的外部气体通过通风阻力较小的散热器的侧部和下部，因此在散热器200中没有足够的外部气体(冷却气体)流动，从而不能利用散热器200充分地进行散热，半导体元件100的冷却不充分。

专利文献1：日本专利特开2006-049555号公报

专利文献2：日本专利特开2008－103458号公报

专利文献3：日本专利第3649259号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电子电气设备，能够减少由包含有半导体元件、散热器、壳体的配置的电子电气设备产生的辐射噪声，与此同时还能够进一步提高冷却性能。

为了实现上述目的，本发明的电子电气设备具备半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成的壳体，所述散热器包括：由导电体形成的基底部、以及由竖立设置于该基底部或安装于该基底部的嵌合用凹部的至少二个以上的翅片构成的翅片部，使该翅片部的一个部位与所述壳体面接触，并且在所述翅片部的其他部位与所述壳体之间设置引导制冷剂的通风路径的空间。

此外，本发明的电子电气设备具备半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成的壳体，所述散热器包括：由导电体形成的基底部、以及由竖立设置于该基底部或安装于该基底部的嵌合用凹部的至少二个以上的翅片构成的翅片部，在该翅片部与所述壳体之间配置引导制冷剂的通风路径的导电性材料。

此外，本发明的电子电气设备具备半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成的壳体，所述散热器包括：由导电体形成的基底部、以及由竖立设置于该基底部或安装于该基底部的嵌合用凹部的至少二个以上的翅片构成的翅片部，在该翅片部与所述壳体之间配置引导制冷剂的通风路径的非导电性材料。

由此，能够简单且有效地减少包围作为热和电磁波发生源的半导体元件的散热器、壳体结构的相关辐射噪声，并且通过对作为制冷剂的外部气体进行引导来充分地使散热器冷却，从而能够使半导体元件冷却。

此外，为了引导制冷剂的通风路径而将导电性构件配置在散热器与壳体之间，因此能够在抑制散热器与壳体间的谐振的同时，提高冷却性能。

并且，为了引导制冷剂的通风路径而将非导电性构件配置在散热器部与壳体之间，因此能够在抑制散热器部与壳体部间的谐振的同时，提高冷却性能。

附图说明

图1是表示在构成现有的电子电气设备的半导体元件、散热器、壳体间的配置下产生电磁耦合的状态的图。

图2是表示图1所示的现有结构例中辐射电场强度的观测例的图。

图3是表示在构成现有的电子电气设备的半导体元件、散热器、壳体间的配置下散热器中产生的驻波的状态的图。

图4是表示具备半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成的壳体的现有的电子电气设备中的通风状态的图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、以及壳体的配置关系的示例的图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、以及壳体的配置关系的示例的图。

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、壳体、以及噪声降低用导体的配置关系的示例的图。

图8是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备的风扇、半导体元件、散热器、壳体、以及噪声降低用导体的配置关系的示例的图。

图9是表示本发明的实施方式5所涉及的电子电气设备的风扇、半导体元件、散热器、壳体、以及谐振峰值抑制用非导电性材料的配置关系的示例的图。

图10是表示本发明的实施方式3至5所涉及的电子电气设备中辐射电场强度的降低效果的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[实施方式1]

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、以及壳体的配置关系的示例的图。

即，图5通过采用使散热器20的翅片部底面23与壳体30面接触的结构，使散热器20与壳体30电导通，从而对非所期望的谐振进行抑制。即，通过增长最远离半导体元件10的翅片使其与壳体30直接接触，来减少噪声，并且对于半导体元件10附近的翅片，相对使其较短，从而以使作为制冷剂的外部气体(冷却气体)容易通过的方式对外部气体进行引导，由此能够提高冷却性能。

另外，结构并不限于图示结构，只要是能够兼顾冷却效果和噪声降低效果的结构即可，也可以采用其他结构。

[实施方式2]

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、以及壳体的配置关系的示例的图。

即，图6中，在散热器20的翅片的一部分(例如，最外部)形成弯曲(例如，L字型)部25，使弯曲部25的与壳体并行的部位与壳体30面接触，通过采用这种结构，能够使散热器20与壳体30电导通，对非所期望的谐振进行抑制。

可以根据需要，使用螺钉、粘接剂、导电性胶带、以及导电性糊料等对弯曲(例如，L字型)部25与壳体30相接触的部位进行固接。另外，在图6中，将弯曲(例如，L字型)部25弯曲成直角，但并不限于此，也可以使弯曲部25具有适当的曲率(r)的结构。

[实施方式3]

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的电子电气设备的半导体元件、散热器、壳体、以及噪声降低用导体的配置关系的示例的图。

即，图7(A)～图7(C)通过使散热器20的翅片部24的侧面与壳体30面接触来进行电导通，由此来对非所期望的谐振进行抑制。

并且，在本实施方式中，从壳体侧面部32到散热器20的翅片部24的侧面均配置噪声降低用导体40，并且对通风路径进行引导，以使得散热器20利用从风扇50排出的外部气体来有效地进行冷却。

通过采用上述结构，如图7(A)所示那样，缓和了外部气体集中到散热器20的翅片部24侧面的情况，提高了散热器的散热效率而不会带来散热器20和冷却风扇50的大型化，从而能够充分地对半导体元件进行冷却。

此外，在设置有对散热器的制冷剂进行吸气的开口部的壳体侧面部(参照图7(C))为非导电体的情况下，通过按图7(B-1)的方式使其与金属壳体的平板面35相接触，能够具有噪声降低效果。

另一方面，在设置有对散热器的制冷剂进行吸气的开口部的壳体侧面部(参照图7(C))为导电体的情况下，按图7(B-2)的方式仅使具有开口部的金属壳体部与噪声降低用导体40相接触即可。

并且，即使噪声降低用导体40与散热器20的翅片部24的侧面在整个长度上并非紧密接触，也能够获得同等的冷却效果，因此，也可以采用图7(B-3)、图7(B-4)的形状。

此外，图7(B-1)、图7(B-2)中举例示出将噪声降低用导体40弯曲成垂直的示例，但也可以按图7(B-3)、图7(B-4)所示的方式采用弯曲部具有适当的曲率(r)的结构。

[实施方式4]

图8是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备的风扇、半导体元件、散热器、壳体、以及噪声降低用导体的配置关系的示例的图。

即，图8(A)、图8(B)通过使散热器20的翅片部底面23与壳体底面部34面接触来进行电导通，由此来对非所期望的谐振进行抑制。

并且，本实施方式中，在壳体底面部34与散热器之间的间隙配置具有弯曲凸部的噪声降低用导体42，以使得从风扇50排出的外部气体不进行通风，由此来引导有效地对散热器22进行冷却的通风路径。

通过采用上述结构，如图4(B)所示那样，缓和了外部气体集中到散热器20与壳体底面部34之间的间隙的情况，提高了散热器的散热效率而不会带来散热器20和冷却风扇50的大型化，从而能够充分地对半导体元件进行冷却。

[实施方式5]

图9是表示本发明的实施方式5所涉及的电子电气设备的风扇、半导体元件、散热器、壳体、以及谐振峰值抑制用非导电性材料的配置关系的示例的图。

即，如图9所示，若在散热器20的翅片部底面23与壳体30之间配置谐振峰值抑制用非导电性材料62，则会对散热器20与壳体30间的寄生电容值、电阻值(寄生电容中的损耗分量)带来影响。即，与不具备图9所示那样的谐振峰值抑制用非导电性材料62的情况相比，寄生电容值根据谐振峰值抑制用非导电性材料的相对介电常数而增加。另一方面，电阻值分量根据谐振峰值抑制用非导电性材料的相对介电常数和介电正切而增加。

因此，通过具备谐振峰值抑制用非导电性材料62，能够增大成为非所期望的谐振产生因素的寄生电容分量的值，能够控制谐振产生频率。作为一个示例，通过将谐振频率设定在噪声源等级较小的频率附近，能够减低所产生的噪声等级。

此外，通过具备谐振峰值抑制用非导电性材料62，从而谐振的Q值降低，由此能够降低谐振引起的噪声峰值等级。谐振峰值抑制用非导电性材料62的介电正切越大，其Q值的降低效果、即谐振峰值的抑制效果越好，因此，优选采用介电正切较大的材料、例如乙烯类材料(聚氯乙烯等)、环氧树脂及其复合材料等。

或者选择并决定谐振峰值抑制用非导电性材料的形状、介电常数、以及介电正切，以使得在上述的谐振频率下，与作为谐振所涉及的电阻值的主要分量的散热器固有的电阻值、即从散热器20的半导体元件接合部(未图示)到散热器20的壳体靠近部(图9中翅片底面部23)之间的电阻值相比，因谐振峰值抑制用非导电性材料62的介电正切而产生的电阻值较大。由此，能够实现有意图的谐振峰值抑制效果。

并且，该非导电性材料以不使从风扇50排出的外部气体通风的方式配置在壳体底面部(翅片底面部23)与散热器20之间的间隙，因此，能够引导散热器有效地进行冷却的通风路径。

通过采用上述结构，如图4(B)所示那样，缓和了外部气体集中到散热器与壳体之间的间隙的情况，提高了散热器的散热效率而不会带来散热器20和冷却风扇50的大型化，从而能够充分地对半导体元件进行冷却。

图10通过与现有结构进行比较来示出上述本发明的实施方式3至5的辐射噪声的抑制效果，根据图10可知，通过应用本发明的实施方式3至5，现有结构中表示外部辐射电场强度的图2中产生的120MHz的峰值分量得以降低。

工业上的实用性

本发明不仅能够应用于具备作为热和电磁波的发生源的半导体元件、对该半导体元件的发热进行冷却的散热器、以及由导电性材料形成且对所述半导体元件和散热器进行收纳的壳体的电子设备装置，还能够应用于具备这些构件的电气设备装置。