电子电气设备的制作方法

本发明涉及能够降低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，由电子电气设备产生的辐射噪声对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的方法中，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。

此外，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，以下示出的专利文献2中提出了减少由散热器产生的辐射噪声的方法。

图1是表示现有已知的电子电气设备的散热器与壳体间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(由散热器与壳体间的电磁耦合引起的谐振峰值)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输至散热器200。此时，由于与散热器附近的金属壳体的电磁耦合350，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，传输至散热器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。

图3是表示现有已知的电子电气设备的散热器中产生的驻波的状态的图。如图3所示，若由半导体元件(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。

于是，在散热器200的尺寸成为波长的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，以使得密封壳体不将噪声辐射源覆盖，散热器的基底部不会产生驻波，由此来降低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。

如上所述，在从上到下依次配置半导体元件(例如，半导体开关元件)、散热器、壳体的现有的电子电气设备的结构中，所产生的辐射噪声会进一步因为散热器与壳体间的电磁耦合而在散热器中产生较大的辐射电场，因此需要降低该辐射噪声的方法。

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，能够大幅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。

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，所述散热器由导电性材料形成，并具有下述结构：在其基底部的一个面配置半导体元件，在相反的面竖立设置用于提高冷却性能的翅片部，在所述散热器与所述壳体之间具备用于对所述散热器与所述壳体部之间的谐振进行抑制或高频化的导电性构件。

此外，为了对所述散热器与所述壳体部之间的谐振进行抑制或高频化，具备使 所述散热器与所述壳体面接触这样的散热器与壳体的配置、或者散热器的形状。

由此，能够简单且有效地减少包围作为热和电磁波的发生源的半导体元件的散热器和壳体结构的相关辐射噪声。

附图说明

图1是表示现有已知的电子电气设备的散热器与壳体间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(由散热器与壳体间的电磁耦合引起的谐振峰值)的观测例的图。

图3是表示现有已知的电子电气设备的散热器中产生的驻波的状态的图。

图4是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备的散热器的翅片部和壳体经由噪声降低用导体进行面接触的结构的图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备中辐射电场强度的降低效果的图。

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散热器的翅片部和壳体经由噪声降低用导体(例如、导电性板)进行面接触的结构的图。

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散热器的翅片部和壳体经由噪声降低用导体(例如、导电性衬垫)进行面接触的结构的图。

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散热器的翅片部中经由在横穿多个凸部的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之一)的图。

图9是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备的散热器的翅片部中经由在横穿多个凸部的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之二)的图。

图10是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备的散热器的翅片部中经由在横穿多个凸部的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之三)的图。

图11是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之一)的图。

图12是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之二)的图。

图13是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之三)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4是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备的散热器的翅片部(散热部)和壳体经由噪声降低用导体进行面接触的结构的图。即，图4(A)至图4(D)示出本实施方式中半导体元件10、散热器20、壳体30、以及噪声降低用导体41～44的配置关系作为(A)例1～(D)例4。

若进一步进行具体说明，则图4(A-1)、图4(A-2)所示的例1-1、例1-2、以及图4(B)所示的例2中，通过使散热器20的翅片部(散热部)24与壳体30经由作为噪声降低用导体的板状导体41、41’进行面接触来进行电气导通，由此来抑制谐振的产生。

另外，图4(A-2)所示的例1-2除了利用蛇行的平板形成散热器部24的一边之外与例1-1所示的示例基本相同。

图4(A-1)、图4(A-2)以及图4(B)中，在噪声降低用的板状导体41、41’设置凸部，通过将其嵌入到散热器20的翅片间的间隙，使得翅片部24与壳体30经由噪声降低用的板状导体41以低阻抗导通，并且将噪声降低用的板状导体41、41’固定在图示的位置。

图4(A-1)、图4(A-2)所示的例1-1、例1-2中，噪声降低用的板状导体41、41’中所设置的凸部只有一个，但如图4(B)所示的例2那样，在噪声降低用的板状导体42中可以设置2个以上的凸部。

此外，在图4(C)所示的例3中，噪声降低用的板状导体43设置为大致U字形，并且在板状导体43的大致呈U字形的相对部位具有弧度且夹入散热器20的翅片间的间隙，不具有弧度的其他部位与壳体30面接触，由此使得翅片部24与壳体30经由噪声降低用的板状导体43以低阻抗导通，并且利用噪声降低用的板状导体43的反作用力来将噪声降低用的板状导体43固定于图示的位置。

此外，作为固定导体的方法，可以如图4(D)所示的例4那样，使用螺钉80、或粘接剂、导电性胶带、导电性糊料等固定于壳体30的结构，也可以将噪声降低 用的板状导体44嵌入壳体30的结构(未图示)。

图示例的图4(A)～图4(D)只不过是一个示例，而利用噪声降低用导体使散热器和壳体以低阻抗方式进行面接触对实施本发明而言是最为重要的。通过减小散热器与壳体间的接触阻抗，能够充分地抑制谐振。另一方面，存在作为谐振抑制对策来说不充分的情况，例如在用细线连接散热器和壳体的情况下，其接触阻抗变大，无法获得足够的谐振抑制效果，或者根据情况的不同而增加细线，由此导致产生意料之外的谐振等。

因此噪声降低用的板状导体的材质优选为表面阻抗较低的材质，但并没有特别的限制，例如可以是铝板，也可以是铜板。也可以是仅表面由导电性物质形成的材料、导电性布、导电性不织布、导电性硅橡胶这样的复合材料。

另外，上述图4(A)至图4(D)是通过从正面观察到的剖视图来进行表现的，虽然未进行图示，但从侧面观察时，噪声降低用导体的凸部具有与图1、图3所示的散热器的侧面相对应的延伸至内侧的平面部。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的电子电气设备中辐射电场强度的降低效果的图。即，图5通过将本实施方式的辐射噪声的抑制效果(参照图5(A))与图2所示的现有结构中产生的辐射噪声进行比较(参照图5(B))来表示，根据该图可知，通过应用本实施方式，表示现有结构中的外部辐射电场强度的图2中所产生的120MHz附近的峰值分量得以降低。

[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散热器的翅片部(散热部)和壳体经由噪声降低用导体(例如、导电性板)进行面接触的结构的图。即，图6(A)至图6(C)示出本实施方式中半导体元件10、散热器20、壳体30、以及噪声降低用导体51～53的配置关系以作为(A)例1～(D)例3。散热器20的翅片部(散热部)24的底面与壳体30通过作为噪声降低用导体的导电性板51～53进行面接触，从而电导通，由此来抑制上述的谐振。

图6(A)中，在噪声降低用的导电性板51设置弯曲凸部，通过将该弯曲凸部配置在散热器的翅片部24的底面与壳体30之间的空隙，来使翅片部24的底面与壳体30经由噪声降低用的导电性板51以低阻抗导通，并将噪声降低用的导电性板51固定于图示的位置。

图6(B)中，在噪声降低用的导电性板52设置多个弯曲凸部，通过将该弯曲凸部配置在翅片部24的底面与壳体30之间的空隙，来使翅片部24的底面与壳体30 经由噪声降低用的导电性板52以低阻抗导通，并将噪声降低用的导电性板52固定于图示的位置。

图6(C)中，将噪声降低用的导电性板53弯曲为U字形，通过将其配置在翅片部24的底面与壳体30的空隙，来使翅片部24的底面与壳体30经由噪声降低用的导电性板53以低阻抗导通，并将噪声降低用的导电性板53固定于图示的位置。

作为噪声降低用的导电性板的固定方法，图6(A)至图6(C)中示出了利用板簧的反作用力而将其固定于散热器的翅片部24与壳体30之间的示例，但也可以是使用螺钉、粘接剂和导电性胶带、导电性糊料等固定于壳体30的结构，或者将噪声降低用的导电性板51～53嵌入壳体30的结构(未图示)。

此外，对于噪声降低用的导电性板的材质，与实施方式1一样虽然没有特别的限制，但优选使用接触阻抗较低的材质。

即，与实施方式1同样，以减小散热器的翅片部24与壳体30间的接触阻抗的方式来形成并配置噪声降低用的导电性板51～53对于获得足够的噪声降低效果非常重要。

[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散热器的翅片部(散热部)和壳体经由噪声降低用导体(例如、导电性衬垫)进行面接触的结构的图。即，图7(A)至图7(C)示出本实施方式中半导体元件10、散热器20、壳体30、以及噪声降低用导体61～63的配置关系作为(A)例1～(D)例3。散热器20的翅片部24的底面与壳体30，或者散热器20的翅片部24的侧面及翅片部24的底面与壳体30通过作为噪声降低用导体的导电性(例如、金属)衬底61～63进行面接触，从而电导通，由此来抑制上述的谐振。即，

图7(A)中，通过将导电性衬垫61配置在散热器的翅片部24的底面与壳体30的空隙，使翅片部24的底面与噪声降低用的导电性衬垫61以低阻抗导通，并且将噪声降低用的导电性衬垫61固定于图示的位置。

图7(B)中，通过将导电性衬垫62在散热器20的翅片部24之间的空隙、以及散热器20的翅片部24的底面与壳体30的空隙配置成L字形，使翅片部24的底面与噪声降低用的导电性衬垫62以低阻抗导通，并且将噪声降低用的导电性衬垫62固定于图示的位置。

图7(C)中，通过将导电性衬垫63在散热器20的翅片部24的两个不同的翅片部24之间的空隙、以及散热器20的翅片部24的底面与壳体30的空隙配置成U 字形，使散热器20的翅片部24的翅片侧面部及底面与噪声降低用的导电性衬垫63以低阻抗导通，并且将噪声降低用的导电性衬垫63固定于图示的位置。

这里，示出使用导电性衬垫61～63作为噪声降低用导体的示例。该情况下，导电材料与实施方式1和实施方式2相同，没有特别的限制，但优选为接触阻抗较低的材料，可以是具有用于埋入上述翅片部24之间的空隙的厚度和弹性的导电性硅橡胶、导电性布、导电性不织布等。

即，与实施方式1和实施方式2同样，以减小散热器20的翅片部24与壳体30间的接触阻抗的方式来形成并配置噪声降低用的导电性衬垫61～63对于获得足够的噪声降低效果非常重要。

[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中经由在横穿散热器的翅片部的凹凸部的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之一)的图。即，

本实施方式的图8(A)和图8(B)是对于实施方式1的图4(B)和图4(C)，将噪声降低用导体42’、43’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置的结构。

即，图8(A)和图8(B)相对于上述的图4(B)和图4(C)具有下述特征：在噪声降低用导体的长边方向上设置的多个凸部配置为横穿散热器的翅片部(散热部)的多个凸部，这是为了获得高噪声降低效果而所需的噪声降低用导体的结构。

这里，若对上述配置结构可获得高噪声降低效果的理由进行说明，则散热器20的翅片部24具有多个凸部，在彼此靠近的凸部之间产生紧密的电磁耦合，这会成为导致散热器的翅片部(散热部)24的感应耦合、静电耦合增大的重要原因。由于这种散热器的翅片部(散热部)24的感应耦合、静电耦合，以及图1(B)所示的现有的散热器与壳体间的电磁耦合，从而在散热器的翅片部(散热部)及壳体产生谐振。

本实施方式中，通过利用噪声降低用导体42’、43’中所设置的多个凸部来配置为横穿散热器的翅片部，从而减少该散热器的翅片部(散热部)24中产生的电感、电容，并且通过经由噪声降低用导体42’、43’中所设置的多个凸部来使散热器的翅片部(散热部)24与壳体30进行面接触，从而能够抑制散热器的翅片部(散热部)与壳体间的谐振。

图9是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备中使散热器的翅片部(散热部)和壳体经由在长边方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之 二)的图。即，

图9所示的本实施方式的结构例(之二)是相对于上述图6所示的实施方式2的结构例，将噪声降低用导体51’～53’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置后得到的。

该配置与上述图8的结构例(之一)相同，具有下述特征，即：将噪声降低用导体51’～53’的长边方向上所设置的弯曲凸部配置为横穿散热器20的翅片部(散热部)，其效果也与上述图8的结构例(之一)相同。

另外，图9(B)中将噪声降低用导体52’分为两个并以关于成为散热器的中心的部位呈点对称的方式进行配置，但只要将噪声降低用导体的长边方向上所设置的多个弯曲凸部配置为横穿散热器20的翅片部(散热部)即可，导体的数量不限于图示的示例。

此外，对应于图6(B)的实施方式没有特别进行图示，但与图9(A)或图9(B)相同，只要将噪声降低用导体的长边方向上所设置的单个或多个弯曲凸部配置为横穿散热器20的翅片部(散热部)即可。

这里，图9(D)是图6的实施方式2中未图示的方式，但其结构例和噪声降低效果与图9(C)类似，其不同之处仅在于形成为用于固定到散热器的翅片部与壳体之间的成为噪声降低用导体的板簧的反作用力的施加方向与图9(C)不同的形状。

图10是表示本发明的实施方式4所涉及的电子电气设备中使散热器的翅片部(散热部)和壳体经由在长边方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之三)的图。即，

图10所示的本实施方式的结构例(之三)是相对于上述图7所示的实施方式3的结构例，将噪声降低用导体60’、61’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置后得到的。

该配置与上述图8的结构例(之一)和图9的结构例(之二)相同，具有下述特征，即：配置为使得噪声降低用导体60’、61’的长边方向横穿多个散热器的翅片部(散热部)，其噪声降低效果也与上述相同。

此外，对应于图7(B)或图7(C)的实施方式没有特别进行图示，但与图10(A)或图10(B)相同，只要配置为使得噪声降低用导体的长边方向横穿多个散热器的翅片部(散热部)即可。

另外，上述所示的噪声降低用导体60’、61’“配置为横穿多个散热器的翅片部(散热部)”，并且为了抑制因半导体元件的开关而产生的噪声分量的传输，优选 “配置为与封装化后的半导体元件的正下方重合”，以及“配置为与散热器的中央部重合”。

[实施方式5]

图11～图13是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构的图。

图11～图13所示的本发明的实施方式5所涉及的结构例(之一～之三)相对于上述实施方式1～3具有下述特征，即：能够在维持高噪声降低效果的同时，减少噪声降低用导体的面积和量。即，在上述实施方式1～3中，为了尽可能增大散热器与壳体的接触面积，若增大噪声降低用导体，则能够预计获得高噪声降低效果。然而，若过度增大噪声降低用导体，则会产生成本增加、制造性变差、设计自由度下降等权衡问题。

然而，本发明的实施方式5所涉及的结构例(之一～之三)为了克服上述问题，通过采用具有噪声降低效果的崭新配置，从而能够在维持高噪声降低效果的同时，减少噪声降低用导体的面积和量。即，

图11(A)和图11(B)是相对于表示实施方式1的图4(B)和图4(C)，将噪声降低用导体42’、43’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置的结构(之一)。

即，图11(A)和图11(B)相对于图4(B)和图4(C)具有下述特征，即：构成为将噪声降低用导体42’、43’的长边方向配置为与壳体的连接有散热器连接部的边相垂直。由此能够获得高噪声降低效果。下面对其理由进行说明。

因半导体元件10的开关而产生的噪声分量经由半导体元件与封装间产生的寄生电容而传输至散热器20。此时，在现有结构中，由于与散热器附近的金属壳体的电磁耦合而产生谐振，从而散热器与壳体中产生较大的电场振动。

然而，在图11～图13所示的本发明的实施方式5所涉及的结构中，由该电场振动引起的电位差不会在电气上可视为同电位的部分间产生。

因此，在壳体的连接有散热器连接部的边，虽然会产生根据其电气长度而产生的驻波，但不会产生由散热器与壳体间产生的电磁耦合引起的电场振动。

本发明的实施方式5所涉及的结构中，通过采用图11(A)或图11(B)所示的配置结构来插入噪声降低用导体42’、43’，由于在与壳体31的连接有散热器连接部的边相垂直的方向上也产生了在电气上可视为同电位的面，从而能够抑制电场振动。

由此，通过采用图11(A)或图11(B)所示的配置结构来插入噪声降低用导体42’、43’，由于在壳体的连接有散热器连接部的边方向、以及在与其垂直方向这两个方向上抑制了电场振动，从而能够抑制谐振。

图12是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之二)的图。

即，结构例(之二)中，图12(A)和图12(B)是相对于上述表示实施方式2的图6(A)将噪声降低用导体51’～53’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置的结构，图12(C)是相对于上述表示实施方式2的图6(C)将噪声降低用导体51’～53’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置的结构。

该配置与上述图11相同，具有下述特征，即：将噪声降低用导体51’～53’的长边方向配置为与壳体的连接有散热器连接部的边相垂直，其噪声降低效果也与上述相同。

另外，图12(B)中将噪声降低用导体52’分为两个来进行配置，但只要将噪声降低用导体52’的长边方向配置为与壳体31的连接有散热器连接部的边相垂直即可，导体的数量不限于图示例。

此外，关于对应于图6(B)的实施方式虽然没有特别进行图示，但与图12(A)或图12(B)相同，只要将噪声降低用导体的长边方向配置为与连接有散热器连接部的边相垂直即可。

这里，图12(D)是上述图6的实施方式2中未图示的方式，但其结构例和噪声降低效果与图12(C)类似，其不同之处仅在于形成为用于固定到散热器的翅片部与壳体31之间的成为噪声降低用导体的板簧的反作用力的施加方向与图12(C)不同的形状。

图13是表示本发明的实施方式5所涉及的具有连接壳体与散热器的边的电子电气设备中经由在与壳体和散热器的连接边相垂直的方向上延伸的噪声降低用导体进行面接触的结构(之三)的图。

即，图13(A)和图13(B)是相对于上述表示实施方式3的图7(A)，将噪声降低用导体60’、61’配置在为了获得高噪声降低效果而所需的特定位置后得到的。

该配置与上述图11或图12相同，具有下述特征，即：将噪声降低用导体60’、61’的长边方向配置为与壳体31的连接有散热器连接部的边相垂直，其噪声降低效果也与上述相同。

此外，对应于图7(B)或图7(C)的实施方式虽然没有特别进行图示，但与图13(A)或图13(B)相同，只要将噪声降低用导体的长边方向配置为与连接有散热器连接部的边相垂直即可。

另外，与实施方式4相同，本实施方式5“将噪声降低用导体的长边方向配置为与连接有散热器连接部的边相垂直”，并且为了抑制因半导体元件的开关而产生的噪声分量的传输，优选“配置为与封装化后的半导体元件的正下方重合”，以及“配置为与散热器的中央部重合”。

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。