JP2013149958A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルのインダクタンスとヒートシンクの冷却機能とをできるだけ維持しながら、省スペース化を実現する。
【解決手段】半導体装置１と、半導体装置１に接続されたコイル３Ａと、半導体装置１のヒートシンクとして用いられる金属ブロック４とを備えた電子機器が提供される。金属ブロック４には、コイル３Ａの少なくとも一部を挿入するための穴部５０が形成される。コイル３Ａは、コイル３Ａの一方の端部が穴部５０の底面５０ＢＳに対向するように穴部５０に挿入される。金属ブロック４には、さらに、穴部５０の側面部５０Ｓを貫通する貫通スリット８と、穴部５０の底面部５０Ｂの一部を貫通しかつ貫通スリット８に接続する貫通孔９とが形成されている。貫通スリット８は、穴部５０および貫通孔９の各側面部５０Ｓ，９Ｓを分割するように、穴部５０の入口開口５０Ｅから穴部５０と反対側の貫通孔９の開口９Ａにまで達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、リアクトル（コイル）とヒートシンクを備えた電子機器に関し、特に、パワー半導体装置のスイッチングによって電源ラインに生じる高周波電流を抑制するためのフィルタ部品として用いられるリアクトルを備えた電子機器に関する。

パワー半導体装置の電源ラインにはフィルタ部品としてリアクトルが配置される場合が多い。このとき、省スペースのために、パワー半導体装置を冷却するためのヒートシンクに穴状の収容部を設け、この収容部内にリアクトルを配置することがしばしば行われる（たとえば、特開２０１１−４１３９７号公報（特許文献１）参照）。

ところが、このようにヒートシンクに設けられた穴状の収容部内にリアクトルを配置すると、リアクトルが金属体（ヒートシンク）に囲まれた状態になる。この結果、金属体を流れる誘起電流の影響により、リアクトルのインダクタンスが低減するという問題が生じる。

ヒートシンクに関する文献ではないが、リアクトルが金属体に囲まれた場合にインダクタンスの低下を抑制する方法として、たとえば、実開昭６２−１８４７２０号公報（特許文献２）に記載された方法が知られている。具体的にこの文献は、磁気シールドを備えた円筒状の空心コイル（リアクトル）について開示している。空心コイルは、絶縁性の冷却媒体を包蔵したタンク内に収納され、このタンクと空心コイルとの間に磁気シールドが設けられる。磁気シールドは、磁気シールド筒とほぼ円板状の磁気シールド板とによって構成される。磁気シールド筒は、空心コイルの外周面との間に所定の距離を保持して空心コイルと同軸上に配され、周方向の１箇所に短絡防止用の間隙部を有する。磁気シールド板は、磁気シールド筒の軸方向のいずれか一方端に絶縁材を介してその周辺部が結合され、半径方向に伸びるスリットを有する。

特開２０１１−４１３９７号公報 実開昭６２−１８４７２０号公報

上記の実開昭６２−１８４７２０号公報（特許文献２）に記載された方法によれば、磁気シールド筒に設けられた間隙部と、磁気シールド板に設けられたスリットとによって、１ターンの流通経路が形成されるのを阻止することができる。さらに、磁気シールド筒と磁気シールド板とが絶縁材を介して結合されることにより、両者間にまたがる循環電流が阻止される。この結果、コイルのインダクタンスの低下を抑制することができる。

しかしながら、この文献に記載された方法をヒートシンクにそのまま適用すると、ヒートシンクの冷却機能が低下してしまう。なぜなら、コイルの側面に対向する金属部分とコイルの底面に対向する金属部分とが分断され、両部分が絶縁体を介して接続されることになるので、コイルの底面に対向する金属部分は冷却にあまり寄与しなくなってしまうからである。

この発明の目的は、半導体装置と、この半導体装置を冷却するためのヒートシンクと、コイルとを備えた電子機器において、コイルのインダクタンスとヒートシンクの冷却機能とをできるだけ維持しながら、省スペース化を実現することである。

この発明は一局面において電子機器であって、半導体装置と、半導体装置に接続されたコイルと、半導体装置のヒートシンクとして用いられる金属ブロックとを備える。金属ブロックには、コイルの少なくとも一部を挿入するための穴部が形成される。コイルは、コイルの一方の端部が穴部の底面に対向するように穴部に挿入される。金属ブロックには、さらに、穴部の側面部を貫通する貫通スリットと、穴部の底面部の一部を貫通しかつ貫通スリットに接続する貫通孔とが形成されている。貫通スリットは、穴部および貫通孔の各側面部を分割するように、穴部の入口開口から穴部と反対側の貫通孔の開口にまで達する。

この発明によれば、コイルのインダクタンスとヒートシンクの冷却機能とをできるだけ維持しながら、省スペース化を実現することができる。

この発明の実施の形態１による電子機器において、ヒートシンク４の周辺の構成を示す図である。 図１のヒートシンク４をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ面に沿って切断した断面図である。 図１、図２に示す電子機器の等価回路図である。 図１の比較例として、ヒートシンク４に貫通スリット８および貫通孔９が設けられていない場合を示す図である。 図４のヒートシンク４をＪ−Ｋ−Ｌ−Ｍ面に沿って切断した断面図である。 電磁界解析を行なったヒートシンク４の形状を示す斜視図である。 ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝ｂ＝０の場合）。 図７に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。 ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝２２，ｂ＝４の場合）。 図９に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。 ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝４．５，ｂ＝２２の場合）。 図１１に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。 ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝１１，ｂ＝２２の場合）。 図１３に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。 電磁界解析を行なったヒートシンク４の形状を示す平面図（穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図）である。 図１５（Ａ），（Ｂ）に示したヒートシンク４の形状に対して電磁界解析よって計算したリアクトル３のインダクタンスの大きさを示す図である。 自動車に搭載されるモータ一体型の電動パワステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の一例を示す図である。 図１７のＥＰＳに内蔵される各部品の等価回路図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［電子機器の全体構成］
図１は、この発明の実施の形態１による電子機器において、ヒートシンク４の周辺の構成を示す図である。

図２は、図１のヒートシンク４をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ面に沿って切断した断面図である。図１、図２を参照して、実施の形態１による電子機器は、半導体装置１と、半導体装置１のヒートシンクとして用いられる金属ブロック４と、コンデンサ２と、リアクトル３とを含む。

半導体装置１は、１または複数のパワースイッチング用半導体素子を含む。スイッチング用半導体素子として、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、またはパワーバイポーラトランジスタなどを用いることができる。

コンデンサ２およびリアクトル３でフィルタ回路が構成される。コンデンサ２は半導体装置１と並列に接続され、リアクトル３は半導体装置１と直列に接続される。図１の場合は、リアクトル３はコイル３Ａと鉄心などの磁性体コア３Ｂとで構成されるが、磁性体コア３Ｂは必ずしも設けられていなくてもよい。

ヒートシンク（heat sink）４は、アルミニウムなどの金属で形成される。半導体装置１は、ヒートシンク４の表面に接着され、半導体装置１で発生した熱がヒートシンク４に放熱される。ヒートシンク４の形状は特に限定されない。

省スペース化のために、ヒートシンク４にはリアクトル３の少なくとも一部を挿入するための穴部５０が形成される。図２に示すように、リアクトル３は、コイル３Ａの一端が穴部５０の底面５０ＢＳに対向し、コイル３Ａの他端が穴部の入口側となるように配置される。リアクトル３は、たとえば、穴部５０の底面５０ＢＳと熱伝導性のよい樹脂等で接着されることによって固定される。

ヒートシンク４には、穴部５０の側面部５０Ｓを貫通する貫通スリット８が形成される。さらに、ヒートシンク４には、穴部５０の底面部５０Ｂの一部を貫通しかつ貫通スリット８に接続する貫通孔９が形成される。貫通スリット８は、穴部５０および貫通孔９の各側面部５０Ｓ，９Ｓを分割するように、穴部５０の入口開口５０Ｅから穴部５０と反対側の貫通孔９の開口９Ａにまで達している。なお、穴部５０および貫通孔９の断面形状は、円形や多角形などでもよく特に限定されない。

図１、図２の場合には、ヒートシンク４は、一例として直方体形状の金属ブロックで形成される（図に示すように、金属ブロックの各辺に沿って座標軸Ｘ，Ｙ、Ｚを定める）。金属ブロックの１つ面（＋Ｚ方向側の面）から金属ブロックの内部に向かって直方体形状の穴部５０が形成される。穴部５０の側面部５０ＳにＺ方向に延びる貫通スリット８が形成される。さらに、穴部５０の底面部５０Ｂの一部には、断面形状が長方形の貫通孔９が形成される。貫通孔９の＋Ｙ方向側の端部が貫通スリット８と接続される。貫通スリット８は、穴部５０および貫通孔９の各側面部５０Ｓ，９Ｓを分割するように、穴部５０の入口開口５０Ｅから穴部５０と反対側の貫通孔９の開口９Ａまで、Ｚ軸方向に沿って直線状に延びる。すなわち、図１、図２の場合には、貫通スリット８は、直方体形状の金属ブロック４の＋Ｚ方向側の面から−Ｚ方向側の面まで達する。

ここで、貫通スリット８と貫通孔９との接続箇所５９を通り、穴部５０を２等分割する平面を第１の仮想平面５１とする。図１の場合、第１の仮想平面５１は、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通る平面（ＹＺ平面に平行）であり、ヒートシンク４および磁性体コア３Ｂは仮想平面５１に関して対称となっている。さらに、第１の仮想平面５１と垂直方向に穴部５０を分割する平面を第２の仮想平面５２とする（穴部５０の入口開口５０Ｅおよび底面部５０Ｂの各々も仮想平面５２によって分割される）。

貫通孔９は、その大きさおよび配置が以下のようになるように形成されることが望ましい。まず、貫通孔９は、第２の仮想平面５２よりも貫通スリット８に近接する側に設けられ、貫通スリット８から離反する側には設けられていないことが望ましい。さらに、第２の仮想平面５２と垂直方向（Ｙ方向）の貫通孔の最大内寸法（図１の場合、長さａ）は、穴部５０の底面５０ＢＳのＹ方向の長さ（図１の場合、長さａ＋ｃ）の約半分であること（すなわち、ａ＝ｃ）が望ましい。さらに、第１の仮想平面５１と垂直方向（Ｘ方向）の貫通孔９の最大内寸法（図１の場合、長さｂ）は、第２の仮想平面５２と垂直方向（Ｙ方向）の貫通孔９の最大内寸法（図１の場合、長さａ）よりも長いことが望ましい。上記のような大きさおよび配置となるように貫通孔９を形成するのが望ましい理由については、図４〜図１６を参照して後述する。

貫通スリット８は、ヒートシンク４の放熱性能をできるだけ損なわないようにするために、穴部５０を挟んで半導体装置１と反対側に配置されるのが望ましい（逆に言えば、半導体装置１は、ヒートシンク４を構成する金属ブロックの表面上で、第１の仮想平面５１と交差し、かつ、穴部５０を挟んで貫通スリット８と反対側となるような位置に設けられるのが望ましい）。さらに、貫通スリット８の幅はできるだけ狭いほうが望ましい。

図１では、ＬＩＳＮ（擬似電源回路網：Line Impedance Stabilization Network）７、スペクトラムアナライザ５、および直流電源６が、コンデンサ２およびリアクトル３からなるフィルタに配線でさらに接続されている。ＬＩＳＮ７およびスペクトラムアナライザ５は図３で説明する伝導ノイズを測定するために必要な測定装置であり、実際の製品には搭載されていない。

［電子機器の等価回路］
図３は、図１、図２に示す電子機器の等価回路図である。図３に示した等価回路では、半導体装置１は、ノードＮＤ１，ＮＤ２間に直列接続された２個のＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ１Ａ，１Ｂと、ＭＯＳＦＥＴ１Ａ，１Ｂとそれぞれ逆バイアス方向に並列接続されたダイオード６１Ａ，６１Ｂとを含む。ダイオード６１Ａ，６１Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ１Ａ，１Ｂの寄生ダイオードとすることもできる。コンデンサ２は、ノードＮＤ１，ＮＤ２間に半導体装置１と並列に接続され、リアクトル３の一端はノードＮＤ１に接続される。

図３の等価回路では、ＬＩＳＮ７は、インダクタ４１、コンデンサ４２，４３および抵抗素子４４からなるπ型等価回路で表わされ、スペクトラムアナライザは、抵抗素子４４と並列に接続された抵抗素子４５で表わされる。

［伝導ノイズについて］
ＭＯＳＦＥＴ１Ａ，１Ｂをスイッチングすることによりスイッチングノイズが発生する。配線を通じて直流電源６側に流れるスイッチングノイズを伝導ノイズと呼び、ＬＩＳＮ７を経由してスペクトラムアナライザ５で計測される。伝導ノイズは、たとえばＣＩＳＰＲ２５（国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）が作成した「車載受信機保護のための妨害波の限度値及び測定法」に関する規格）のような国際規格で上限値が定められている。

伝導ノイズを低減させるために、図１と図２に示すリアクトル３とコンデンサ２で形成するフィルタを実装している。たとえばリアクトル３のインダクタンスは数μＨ以上、コンデンサ２の静電容量は数μＦ以上がよく使用される。ＣＩＳＰＲ２５で規制されている伝導ノイズの周波数は、１５０ｋＨｚ以上である。１５０ｋＨｚ以上の周波数では、数μＨ以上のリアクトル３のインピーダンスは、数μＦ以上のコンデンサ２のインピーダンスより高い。よって、伝導ノイズはコンデンサ２側に流れやすくなり、リアクトル３とコンデンサ２を実装しない場合に比べて、スペクトラムアナライザ５で計測される伝導ノイズは低減する。スペクトラムアナライザ５で計測される伝導ノイズの低減量は、おおまかには、リアクトル３とコンデンサ２のインピーダンスの比率によって定まる。よって、リアクトル３のインダクタンスとコンデンサ２の静電容量を増加させるほど、スペクトラムアナライザ５で計測される伝導ノイズは低減する。しかし、コンデンサ２には、図示していないがコンデンサ２を実装するために配線を用いるので、配線のインダクタンスの影響により、コンデンサ２単体の静電容量から定まるインピーダンスより、実際のコンデンサ２のインピーダンスは増加する。よって、コンデンサ２を実装するために用いる配線は、できるだけ短くすることが望ましい。

［比較例：貫通スリット８および貫通孔９が設けられていない場合］
図４は、図１の比較例として、ヒートシンク４に貫通スリット８および貫通孔９が設けられていない場合を示す図である。図４に示すヒートシンク４は、図１、図２に示すヒートシンク４の穴部５０の側面部５０Ｓを分割する貫通スリット８と、穴部５０の底面部５０Ｂを貫通する貫通孔９を有していない。

図５は、図４のヒートシンク４をＪ−Ｋ−Ｌ−Ｍ面に沿って切断した断面図である。図５には、ヒートシンク４内に生じる誘導電流１３と、磁性体コア３Ｂ内に生じる磁束１２，１４，１５とが示されている。

図４、図５を参照して、リアクトル３のコイル３Ａに伝導ノイズによる電流が流れると、リアクトル３の磁性体コア３Ｂに点線で示したコイル３Ａの作る磁束１２（大きさをΦ₁とする）が発生する。この磁束１２を打消すように、ヒートシンク４内に誘導電流１３が流れる。誘導電流１３によってリアクトル３の磁性体コア３Ｂに、磁束１２とは逆向きの磁束１４（大きさをΦ₂とする）が発生する。よって、最終的にリアクトル３の磁性体コアに発生する合成された磁束１５の大きさはΦ₁―Φ₂となり、元々発生した磁束１２の大きさΦ₁よりも減少してしまう。

したがって、最終的にリアクトル３に発生する磁束１５の大きさΦ₁―Φ₂を大きくするためには、誘導電流１３によって生じる逆向きの磁束１４の大きさΦ₂を減らす必要がある。図１、図２で示した貫通スリット８および貫通孔９はこのために設けられている。貫通スリット８によって穴部５０および貫通孔９の各側面部５０Ｓ，９Ｓが分割されることによって側面部５０Ｓ，９Ｓを環流する電流が阻止される。さらに、貫通孔９によって底面部５０Ｂを流れる電流が制限される。

［貫通孔９の最適な形状および配置について］
以下、貫通孔９の内寸法ａ，ｂを変化させた場合に、ヒートシンク４の表面に流れる誘導電流分布が変化する様子を電磁界解析を用いて検討した結果ついて説明する。

図６は、電磁界解析を行なったヒートシンク４の形状を示す斜視図である。図６に示すように、直方体状のヒートシンク４の外形寸法について、Ｘ方向の長さＬ１を３４［ｍｍ］とし、Ｙ方向の長さＬ２を３４［ｍｍ］とし、Ｚ方向の長さＬ３を１８［ｍｍ］とする。穴部５０の形状を直方体とし、その入口開口５０ＥのＸ方向の長さＭ１を２２［ｍｍ］とし、Ｙ方向の長さＭ２を２２［ｍｍ］とする。貫通孔９の断面形状を長方形とし、そのＸ方向の長さをｂ［ｍｍ］とし、貫通孔９のＹ方向の長さをａ［ｍｍ］とする。なお、以下の図７〜図１５には図示していないが、リアクトル３は図１、図２の場合と同様に実装されているものとする。

（１．貫通スリット８および貫通孔９が設けられていない（ａ＝ｂ＝０）場合）
図７は、ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝ｂ＝０の場合）。

図８は、図７に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。図８を参照して、穴部５０の側面部５０Ｓのうち一点鎖線で囲まれた領域１９に着目すると、この領域１９内の流れる誘導電流１６の方向は全て＋Ｙ方向（順方向とする）であるので、図５で説明した逆向きの磁束１４の大きさΦ₂が大きくなる。これに対して、以下に示すように、領域１９内の上側を流れる電流の向きと下側を流れる電流の向きとを逆向きにできれば、図５の磁束１４の大きさΦ₂を小さくできる。

（２．ａ＝２２，ｂ＝４の場合）
図９は、ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝２２，ｂ＝４の場合）。図９では、ａ＞ｂとなっており、仮想平面５１に沿って設けられた貫通孔９によって穴部５０の底面部５０Ｂが分断されている場合を示す。

図１０は、図９に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。図１０に示すように、穴部５０の側面部５０Ｓの領域１９内の下側には、下向き（−Ｚ方向）の電流成分のものが生じるので、図５で説明した磁束１４の大きさΦ₂を図８の場合よりも小さくできる。

（３．ａ＝４．５，ｂ＝２２の場合）
図１１は、ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝４．５，ｂ＝２２の場合）。図１１では、ａ＜ｂとなって、仮想平面５２よりも貫通スリット８に近い側には貫通孔９が設けられているが、仮想平面５２よりも貫通孔９から遠い側には貫通孔が設けられていない。

図１２は、図１１に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。図１２に示すように、穴部５０の側面部５０Ｓの領域１９内には、下向き（−Ｚ方向）の電流や、逆方向（−Ｙ方向）の電流１７が生じるので、図１０の場合よりもさらに図５で説明した磁束１４の大きさΦ₂を小さくできる。

（４．ａ＝１１，ｂ＝２２の場合）
図１３は、ヒートシンク４を穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図である（ａ＝１１，ｂ＝２２の場合）。図１３の場合は、図１１の場合よりもＹ方向の貫通孔９の長さａを長くした場合である。

図１４は、図１３に示すヒートシンク４を仮想平面５１に沿って切断した断面図である。図１４に示すように、穴部５０の側面部５０Ｓの領域１９内に流れる下向き（−Ｚ方向）の電流および逆方向（−Ｙ方向）の電流１７は、図１２の場合よりも増加させることができる。したがって、図５で説明した磁束１４の大きさΦ₂は、図１２の場合よりもさらに減少させることができる。

（５．貫通孔９の形状による効果のまとめ）
図１５は、電磁界解析を行なったヒートシンク４の形状を示す平面図（穴部５０の入口開口５０Ｅ側から見た平面図）である。図１５（Ａ）には、貫通孔９のＹ方向（仮想平面５１と平行な方向）の長さａを２２［ｍｍ］に固定し、貫通孔９のＸ方向（仮想平面５１と垂直な方向）の長さｂを変化させた場合を示す。図１５（Ｂ）には、貫通孔９のＸ方向（仮想平面５１と垂直な方向）の長さｂを２２［ｍｍ］に固定し、貫通孔９のＹ方向（仮想平面５１と平行な方向）の長さａを変化させた場合を示す。いずれの場合も、貫通孔９は仮想平面５１に対して対称となるように形成される。なお、穴部５０の入口開口５０Ｅおよび底面５０ＢＳ（貫通孔９の部分を含む）は、それぞれＸ方向の長さが２２［ｍｍ］であり、Ｙ方向の長さが２２［ｍｍ］であるので、入口開口５０Ｅおよび底面５０ＢＳの面積はそれぞれ４８４ｍｍ²となる。

図１６は、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したヒートシンク４の形状に対して電磁界解析よって計算したリアクトル３のインダクタンスの大きさを示す図である。図１６では、インダクタンスの大きさ［μＨ］が貫通孔９の断面積との関係で示されている。図中の丸（実線のグラフ）が図１５（Ａ）の場合の計算結果を示し、図中の四角（破線のグラフ）が図１５（Ｂ）の計算結果を示す。

図１５を参照して、ヒートシンク４の放熱性能は、ヒートシンク４全体の体積が大きいほど大きくなるので、貫通孔９の断面積が小さいほどヒートシンク４の放熱性能は優れていると考えられる。

一方、図１６を参照して、図１５（Ａ）の場合のインダクタンス値と図１５（Ｂ）の場合とインダクタンス値とを比較すると、同じ貫通孔９の断面積に対して図１５（Ｂ）のほうがインダクタンスが高くなるので優れていることがわかる。

特に、図１５（Ｂ）の場合には、長さａの増加に伴って、貫通孔９の断面積が、底面５０ＢＳ全体の面積４８４ｍｍ²の約２５％である１２０ｍｍ²程度に増加するまでの間に、インダクタンスの値は最大値の９５％程度まで急激に増加する。貫通孔９の断面積が底面５０ＢＳ全体の面積４８４ｍｍ²の約５０％である約２４０ｍｍ²より大きくなると、インダクタンスの値は飽和する。したがって、ヒートシンク４の放熱性能とリアクトル３のインダクタンスの大きさの両方をできるだけ大きくするためには、貫通孔９の断面積は穴部５０の底面全体の面積のおよそ２５％以上かつおよそ５０％以下であることが望ましく、特に穴部５０の底面全体の面積の５０％程度であることが最も望ましい。

このように、リアクトル３を挿入するためにヒートシンク４に設けられた穴部５０に対して、貫通スリット８および貫通孔９とを図１、図２に示したような形状に形成すれば、ヒートシンク４の放熱性能の低下をできるだけ抑制するとともに、インダクタンスの低下をできるだけ抑制することができる。この結果、スペクトラムアナライザ５で検出される伝導ノイズをより低減させることができる。

［リアクトル３のＺ方向の配置について］
以下、穴部５０の深さ方向（Ｚ方向）のリアクトル３の配置について補足する。

図１、図２を参照して、リアクトル３の下端部を穴部５０の底面５０ＢＳに対向させたとき、リアクトル３の上端部は穴部５０の入口開口５０Ｅよりも低くしないほうがよい。上端部が入口開口５０Ｅよりも低くなると、リアクトル３のインダクタンスの低下がより大きくなるし、省スペースの点でも有利な点はない。逆に、リアクトル３の上端部を穴部５０の入口開口５０Ｅよりも高くすると、インダクタンスはより高くなるが省スペースの点で不利である。

図１、図２の場合には、以上の点を考慮して、磁性体コア３Ｂの上端部に設けられた直径の大きな部分を穴部５０の入口開口５０Ｅよりも突出させ、その他の部分が穴部５０の内部になるように配置している。

＜実施の形態２＞
図１７は、自動車に搭載されるモータ一体型の電動パワステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の一例を示す図である。図１７では、筐体３０に内蔵されている各部品をモータシャフト３１に沿って平行移動して示している。

図１８は、図１７のＥＰＳに内蔵される各部品の等価回路図である。図１７には図示していないが、モータ２６が筐体３０内に内蔵されている。半導体装置７１に内蔵されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１Ａ，１Ｂ、半導体装置７２に内蔵されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１Ｃ，１Ｄ、および半導体装置７３に内蔵されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１Ｅ，１Ｆによって構成されるインバータ２７によって、モータ２６の回転が制御される。

マイコン２１はガラスエポキシなどに形成された制御基板２０上に実装される。マイコン２１による信号を受信して、ＭＯＳＦＥＴ１Ａ〜１Ｆのオン・オフが制御される。

半導体装置７１，７２，７３は、アルミニウムなどの金属製のヒートシンク４上に実装される。半導体装置７１，７２，７３には、電源ライン２４とグラウンドライン２３とを介して直流電圧が供給される。電源ライン２４とグラウンドライン２３は周辺と絶縁するため樹脂２２およびコネクタ２５で覆われている。

直流電源６は、ＬＩＳＮ７経由して、電源ライン２４とグラウンドライン２３との間に直流電圧を供給する。ヒートシンク４には、図１、図２と同様の構造の穴部、貫通スリット、および貫通孔が形成され、穴部にリアクトル３が挿入される。リアクトル３のコイル３Ａは、直流電源６とインバータ２７との間の電源ライン２４に挿入される。コンデンサ２は、電源ライン２４とグラウンドライン２３との間に接続される。

次に動作について説明する。マイコン２１の制御信号に応答してＭＯＳＦＥＴ１Ａ〜１Ｆがスイッチングする。そのスイッチングによる伝導ノイズが、リアクトル３およびコンデンサ２を経由して、ＬＩＳＮ７に接続されたスペクトラムアナライザ５で観測される。リアクトル３とコンデンサ２は伝導ノイズをデカップリングするフィルタの役割がある。

ＭＯＳＦＥＴ１Ａ〜１Ｆのスイッチング周波数は２０ｋＨｚであり、ＣＩＳＰＲ２５で規制されている下限周波数の１５０ｋＨｚに比べて小さいので、１５０ｋＨｚが最も伝導ノイズが高くなり、ノイズ低減の要求が高い。リアクトル３をヒートシンク４に設けた穴部に挿入し、図１、図２で説明したような構造の貫通スリットおよび貫通孔を設けることによって、貫通スリットおよび貫通孔を設けない場合に比べて、１５０ｋＨｚの周波数にける伝導ノイズを１０ｄＢ低減できる。

ＥＰＳは自動車に実装するために、伝導ノイズによりカーラジオの聴講に影響があってはいけない。１５０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚはカーラジオで使われる周波数で、自動車メーカから伝導ノイズの低減要求が強い周波数帯である。本願発明では、最も伝導ノイズが高くなる１５０ｋＨｚにおいて、伝導ノイズを大幅に低減できるので、カーラジオの聴講への影響を小さくできる。

また、ＥＰＳは、自動車の操舵部に実装されるために、自動車メーカからの小型化要求が厳しく、リアクトルもヒートシンクに埋め込み構造にするなどにして半導体装置と一体構造にすることで小型化を達成でき、実装性改善に効果的である。

さらに、ＥＰＳは、ＭＯＳＦＥＴ７１，７２，７３で最大８０Ａの大きな電流を制御するため発熱量が多く、放熱性能の向上が望まれている。本願発明では、リアクトル３周辺のヒートシンク（金属ブロック）４の放熱特性を向上させることで、ＭＯＳＦＥＴからの熱を効果的に放熱できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，７１〜７３ 半導体装置、１Ａ〜１Ｆ ＭＯＳＦＥＴ、２ コンデンサ、３ リアクトル、３Ａ コイル、３Ｂ 磁性体コア、４ ヒートシンク（金属ブロック）、５ スペクトラムアナライザ、６ 直流電源、７ ＬＩＳＮ、８ 貫通スリット、９ 貫通孔、２０ 制御基板、５０ 穴部、５０Ｂ 底面部、５０Ｅ 入口開口、５０Ｓ 側面部、５１ 第１の仮想平面、５２ 第２の仮想平面、５９ 接続箇所。

Claims (7)

1. 半導体装置と、
   前記半導体装置に接続されたコイルと、
   前記半導体装置のヒートシンクとして用いられる金属ブロックとを備え、
   前記金属ブロックには、前記コイルの少なくとも一部を挿入するための穴部が形成され、
   前記コイルは、前記コイルの一方の端部が前記穴部の底面に対向するように前記穴部に挿入され、
   前記金属ブロックには、さらに、前記穴部の側面部を貫通する貫通スリットと、前記穴部の底面部の一部を貫通しかつ前記貫通スリットに接続する貫通孔とが形成されており、
   前記貫通スリットは、前記穴部および前記貫通孔の各側面部を分割するように、前記穴部の入口開口から前記穴部と反対側の前記貫通孔の開口にまで達する、電子機器。
2. 前記貫通スリットと前記貫通孔との接続箇所を通りかつ前記穴部を２等分割する平面を第１の仮想平面とし、前記第１の仮想平面と垂直な方向に前記穴部を分割する平面を第２の仮想平面としたとき、前記貫通孔は、前記第２の仮想平面よりも前記貫通スリットに近い側に設けられる、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記第１の仮想平面に垂直な方向の前記貫通孔の最大内寸法は、前記第２の仮想平面に垂直な方向の前記貫通孔の最大内寸法よりも大きい、請求項２に記載の電子機器。
4. 前記穴部の底面全体のうちで前記貫通孔に用いられる部分の面積は、前記穴部の底面全体の面積の約２５％以上約５０％以下である、請求項２または３に記載の電子機器。
5. 前記半導体装置は、前記金属ブロックの表面上で、前記穴部を挟んで前記貫通スリットと反対側となるような位置に設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記電子機器は、
   モータと、
   複数の前記半導体装置によって構成され、前記モータの回転を制御するインバータとをさらに備え、
   前記インバータは、電源ラインを介して直流電源から直流電圧の供給を受け、
   前記インバータを構成する複数の前記半導体装置は、前記金属ブロック上に実装され、
   前記コイルは、前記直流電源と前記インバータとの間の前記電源ラインに挿入されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記モータは、電動パワステアリングに用いられる、請求項６に記載の電子機器。

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