JP6582717B2 - 電子電気機器 - Google Patents
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Description
本発明は、電子電気機器から発生する放射ノイズを低減することが可能な電子電気機器に関する。
近年、電子電気機器に搭載する半導体の高速化などにより、電子電気機器からの放射ノイズによる他の電子電気機器への影響が問題になっている。この放射ノイズによる他の電子電気機器への影響はＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）と呼ばれ、主に無線機器、通信機器の受信障害や、電子電気機器の誤動作を引き起こす。そのため、各国では３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、あるいは使用する周波数によっては、それ以上の周波数帯域において、電子電気機器から発生する放射ノイズの規制を行っている。
電子電気機器から発生する放射ノイズを抑制するために、電子電気機器内の回路基板、モジュール配線、ヒートシンクなどのノイズ放射源を、金属、導電性樹脂、メッキされた樹脂などのシールド筐体で覆う方法が広く用いられる。しかしながら、ノイズ放射源をシールド筐体で覆う方法は、冷却性能との両立性が課題となる。
これに対して、以下に示す特許文献１においては、筐体の外周に放熱性能を向上させるためにフィン構造を形成し、冷却性能を向上させる方法を提示している。
また放射ノイズは、ノイズ放射源における共振や定在波が発生する周波数において高レベルとなる。このような特性に対する放射ノイズ抑制法として、以下に示す特許文献２においては、ヒートシンクから発生する放射ノイズの低減法が示されている。
また放射ノイズは、ノイズ放射源における共振や定在波が発生する周波数において高レベルとなる。このような特性に対する放射ノイズ抑制法として、以下に示す特許文献２においては、ヒートシンクから発生する放射ノイズの低減法が示されている。
図１１は、従来から知られた電子電気機器のヒートシンクに発生する定在波の様子を示す図である。図１１に示されるように、半導体素子（スイッチング素子）１００によって発生したノイズとヒートシンク２００とが静電容量などを介して電気的に結合すると、導体であるヒートシンク２００は放射ノイズを発生するアンテナとして作用する。そして、ヒートシンク２００の寸法が波長の１／２となる周波数では、ヒートシンク２００に定在波４００が発生し、放射ノイズの放射効率は高まる。このようにして発生する放射ノイズへの対策として、ノイズ放射源をシールド筐体で覆うのでなく、ヒートシンクのベース部に定在波が発生しないように、ヒートシンクの導電経路長を設計することで、放射ノイズの放射効率自体を低減する方法が提案されている。
また以下に示す特許文献３においては、半導体パワースイッチング素子とヒートシンク間の浮遊容量を低減し、あるいはヒートシンクとインバータの筐体との間の電気抵抗を高くして、高い電圧変化による漏れ電流を抑制して、放射ノイズを低減する方法を提示している。
図１２は、従来から知られた電子電気機器のヒートシンクと筐体間の電磁結合の発生の様子を示す図である。また図１３は、図１２に示す従来構成例における放射電界強度(ヒートシンクと筐体間の電磁結合に起因する共振ピーク)の観測例を示す図である。
図１２および図１３において、半導体素子１００のスイッチングにより発生したノイズ成分は、浮遊容量を介してヒートシンク２００に伝搬する。このとき、ヒートシンク近傍の金属筐体との電磁結合３５０により、ヒートシンク２００と筐体３００の間に共振が発生する。するとこの共振周波数において、ヒートシンク２００に伝搬したノイズ成分は大きな電界振動を発生し、高レベルの放射ノイズとして外部で観測される。図１３は、その様子を示すもので、１２０ＭＨｚにおけるピークが、上述した共振に起因する電界成分として観測される。
上記したように、半導体素子（例．半導体スイッチング素子）、導電体からなるヒートシンク、導電体からなる筐体（ただし、半導体素子及びヒートシンクの全体を覆ってはいない筐体）を上から順に配置する従来の電子電気機器の構造では、発生した放射ノイズがヒートシンクに、更にヒートシンクと筐体間の電磁結合により大きな放射電界が生じるため、その低減法が求められている。
そこで本発明は、半導体素子、導電体からなるヒートシンク、導電体からなる筐体（ただし、半導体素子及びヒートシンクの全体を覆ってはいない筐体）の配置を含む電子電気機器から発生する放射ノイズを大幅に低減することが可能な電子電気機器を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明の電子電気機器は、半導体素子と、該半導体素子の発熱を放熱する、導電体からなるヒートシンクと、導電体からなる筐体とを、その順に配置した構成（ただし、上記筐体は、上記半導体素子及び上記ヒートシンクの全体を覆ってはいない）を具備し、上記ヒートシンクは、ベース部と、上記ベース部に立設あるいは上記ベース部の嵌合用凹部に装着された少なくとも一つのフィンにより構成されるフィン部とを備え、上記フィン部と上記筐体とに面接触し、少なくとも表面が導体であるノイズ低減用導体を設けることで、上記ヒートシンクと上記筐体との間の共振を抑制または高周波化する構成としたことを特徴とする。
また、上記ヒートシンクと上記筐体部間の共振を抑制または高周波化するために、上記ヒートシンクと上記筐体が面接触するような、ヒートシンクと筐体の配置、あるいは、ヒートシンクの形状を有することを特徴とする。
本発明によれば、熱及び電磁波の発生源たる半導体素子を取り巻くヒートシンクや筐体構造に関わる放射ノイズを、簡素かつ効果的に低減することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とをノイズ低減用導体を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図１(ａ)ないし図１(ｄ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体４１〜４４の配置関係を、（ａ）例１〜（ｄ）例４として示すものである。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とをノイズ低減用導体を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図１(ａ)ないし図１(ｄ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体４１〜４４の配置関係を、（ａ）例１〜（ｄ）例４として示すものである。
より具体的に説明すると、図１(ａ-１)，図１(ａ-２)に示す例１−１，例１−２、および、図１(ｂ)に示す例２においては、ヒートシンク２０のフィン部(放熱部)２４と筐体３０を、ノイズ低減用導体としての板状導体４１、４１’を介して面接触させることで電気的に導通させ、共振の発生を抑制するものである。
なお、図１(ａ-２)に示す例１−２は、ヒートシンク部２４の一辺を蛇行した平板で形成している以外は例１−１に示す例と基本的に同様である。
図１(ａ-１)，図１(ａ-２)および図１（ｂ）では、ノイズ低減用の板状導体４１、４１’に凸部を設けて、ヒートシンク２０のフィン間の隙間に嵌め込むことにより、フィン部２４と筐体３０をノイズ低減用の板状導体４１を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の板状導体４１、４１’を図示した位置に固定する。
図１(ａ-１)，図１(ａ-２)および図１（ｂ）では、ノイズ低減用の板状導体４１、４１’に凸部を設けて、ヒートシンク２０のフィン間の隙間に嵌め込むことにより、フィン部２４と筐体３０をノイズ低減用の板状導体４１を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の板状導体４１、４１’を図示した位置に固定する。
図１(ａ−１)，図１(ａ-２)に示す例１−１，例１−２では、ノイズ低減用の板状導体４1、４１’に設けられた凸部は一つだけであるが、図１(ｂ)に示す例２のように、ノイズ低減用の板状導体４２に２つ以上の凸部を設けるようにしても構わない。
また、図１(ｃ)に示す例３では、ノイズ低減用の板状導体４３をコの字形にし、さらに板状導体４３のコの字の対向する部位に丸みを持たせ且つヒートシンク２０のフィン間の隙間に挟み込み、丸みを持たせていない他の部位を筐体３０に面接触させることにより、フィン部２４と筐体３０をノイズ低減用の板状導体４３を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の板状導体４３の反力によりノイズ低減用の板状導体４３を図示した位置に固定するようにしている。
また、導体を固定する方法としては、図１(ｄ)に示す例４のように、筐体３０に、ネジ８０や、接着剤、導電性テープ、導電性ペーストなどを用いて固定する構造にしても良いし、ノイズ低減用の板状導体４４を筐体３０に嵌め込む構造（不図示）にしても良い。
図示例の図１(ａ)〜図１(ｄ)は一例にすぎないが、ヒートシンクと筐体をノイズ低減用導体により低インピーダンスになるように面接触させることが本発明を実施するうえでもっとも重要となる。ヒートシンクと筐体間の接触インピーダンスを小さくすることによって、共振を十分に抑制することができる。一方で、ヒートシンクと筐体を細線で接続した場合は、その接触インピーダンスが大きくなり、十分な共振抑制効果が得られないことや、場合によっては細線を追加したことによる意図しない共振が発生するなど、共振抑制対策としては不十分となることがある。
このことからノイズ低減用の板状導体の材質は、表面インピーダンスが低いものが好ましいが、特に制約は設けず、例えばアルミ板であっても銅板であっても良い。表面のみ導電性物質で形成された材料や、導電性布、導電性不織布、導電性シリコンゴムの様な複合材料でも良い。
なお上記した図１(ａ)ないし図１(ｄ)は正面から見た断面図により表現したものであり、図示していないが側面から見ればノイズ低減用導体の凸部は、図１１や図１２に示されるヒートシンクの側面に対応して奥に延びる平面部を有しているものである。
図２は、本発明の実施形態１に係る電子電気機器における放射電界強度の低減効果を示す図である。すなわち図２は、本実施形態による放射ノイズの抑制効果（図２(ａ)参照）を図１３に示す従来構成により発生するによる放射ノイズと比較して示しており（図２(ｂ)参照）、従来構成における外部放射電界強度を表す図１３において生じている１２０ＭＨｚ近辺のピーク成分が本実施形態を適用することにより低減しているのがわかる。
［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とをノイズ低減用導体(例.導電性板)を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図３(ａ)〜図３(ｃ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体５１〜５３の配置関係を、（ａ）例１〜（ｃ）例３として示すものである。ヒートシンク２０のフィン部(放熱部)２４の底面と筐体３０を、ノイズ低減用導体としての導電性板５１〜５３によって面接触させることで電気的に導通させ、前述した共振を抑制している。
図３は、本発明の実施形態２に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とをノイズ低減用導体(例.導電性板)を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図３(ａ)〜図３(ｃ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体５１〜５３の配置関係を、（ａ）例１〜（ｃ）例３として示すものである。ヒートシンク２０のフィン部(放熱部)２４の底面と筐体３０を、ノイズ低減用導体としての導電性板５１〜５３によって面接触させることで電気的に導通させ、前述した共振を抑制している。
図３(ａ)はノイズ低減用の導電性板５１に湾曲凸部を設けて、これをヒートシンクのフィン部２４の底面と筐体３０の空隙に配置することにより、フィン部２４の底面と筐体３０をノイズ低減用の導電性板５１を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性板５１を図示した位置に固定している。
図３(ｂ)はノイズ低減用の導電性板５２に複数の湾曲凸部を設けて、これをフィン部２４の底面と筐体３０の空隙に配置することにより、フィン部２４の底面と筐体３０をノイズ低減用の導電性板５２を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性板５２を図示した位置に固定している。
図３(ｃ)はノイズ低減用の導電性板５３をコの字形に湾曲形成し、これをフィン部２４の底面と筐体３０の空隙に配置することにより、フィン部２４の底面と筐体３０をノイズ低減用の導電性板５３を介して低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性板５３を図示した位置に固定している。
ノイズ低減用の導電性板の固定方法としては、図３(ａ)〜図３(ｃ)には板ばねによる反力を利用して、ヒートシンクのフィン部２４と筐体３０間に固定する例を示しているが、筐体３０にネジや接着剤および導電性テープや導電性ペースト等を用いて固定する構造や、ノイズ低減用の導電性板５１〜５３を筐体３０に嵌め込む構造（不図示）としても良い。
またノイズ低減用の導電性板の材質についても、実施形態１と同様に特に制約はないが、接触インピーダンスが低いものが好ましい。
すなわち実施形態１と同様に、ヒートシンクのフィン部２４と筐体３０間の接触インピーダンスが小さくなるように、ノイズ低減用の導電性板５１〜５３を形成・配置することが、十分なノイズ低減効果を得るために重要となる。
すなわち実施形態１と同様に、ヒートシンクのフィン部２４と筐体３０間の接触インピーダンスが小さくなるように、ノイズ低減用の導電性板５１〜５３を形成・配置することが、十分なノイズ低減効果を得るために重要となる。
［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体をノイズ低減用導体(例.導電性ガスケット)を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図４(ａ)〜図４(ｃ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体６１〜６３の配置関係を、（ａ）例１〜（ｃ）例３として示すものである。ヒートシンク２０のフィン部２４の底面と筐体３０、またはヒートシンク２０のフィン部２４の側面およびフィン部２４の底面と筐体３０、をノイズ低減用導体として導電性(例.金属)ガスケット６１〜６３によって面接触させることで電気的に導通させ、前述した共振を抑制している。すなわち、
図４(ａ)は、導電性ガスケット６１を、ヒートシンクのフィン部２４の底面と筐体３０の空隙に配置することにより、フィン部２４の底面とノイズ低減用の導電性ガスケット６１を低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性ガスケット６１を図示した位置に固定している。
図４は、本発明の実施形態３に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体をノイズ低減用導体(例.導電性ガスケット)を介して面接触させる構造を示す図である。すなわち、図４(ａ)〜図４(ｃ)は、本実施形態における半導体素子１０、ヒートシンク２０、筐体３０、およびノイズ低減用導体６１〜６３の配置関係を、（ａ）例１〜（ｃ）例３として示すものである。ヒートシンク２０のフィン部２４の底面と筐体３０、またはヒートシンク２０のフィン部２４の側面およびフィン部２４の底面と筐体３０、をノイズ低減用導体として導電性(例.金属)ガスケット６１〜６３によって面接触させることで電気的に導通させ、前述した共振を抑制している。すなわち、
図４(ａ)は、導電性ガスケット６１を、ヒートシンクのフィン部２４の底面と筐体３０の空隙に配置することにより、フィン部２４の底面とノイズ低減用の導電性ガスケット６１を低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性ガスケット６１を図示した位置に固定している。
図４(ｂ)は、導電性ガスケット６２を、ヒートシンク２０のフィン部２４間の空隙と、ヒートシンク２０のフィン部２４の底面と筐体３０の空隙にＬ字形に配置することにより、フィン部２４の底面とノイズ低減用の導電性ガスケット６２を低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性ガスケット６２を図示した位置に固定している。
図４(ｃ)は、導電性ガスケット６３を、ヒートシンク２０のフィン部２４の異なる２つのフィン部２４間の空隙と、ヒートシンク２０のフィン部２４の底面と筐体３０の空隙にコの字形に配置することにより、フィン部２０のフィン部２４のフィン側面部及び底面とノイズ低減用の導電性ガスケット６３を低インピーダンスで導通させるとともに、ノイズ低減用の導電性ガスケット６３を図示した位置に固定している。
ここで、ノイズ低減用導体として導電性ガスケット６１〜６３を用いたものを例として示している。その場合に導電材は、実施形態１や実施形態２と同様に特に制約は設けないが、接触インピーダンスが低いものが好ましく、前述したフィン部２４間の空隙を埋めるための厚みと弾性のある、導電性シリコンゴム、導電性布、導電性不織布などであってもよい。
すなわち実施形態１や実施形態２と同様に、ヒートシンク２０のフィン部２４と筐体３０間の接触インピーダンスが小さくなるように、ノイズ低減用の導電性ガスケット６１〜６３を形成・配置することが、十分なノイズ低減効果を得るために重要となる。
［実施形態４］
図５は、本発明の実施形態４に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)の凹凸を横断する方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その１)を示す図である。すなわち、
本実施形態の図５(ａ)と図５(ｂ)は、実施形態１の図１(ｂ)と図１(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体４２’、４３’を配置したものである。
図５は、本発明の実施形態４に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)の凹凸を横断する方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その１)を示す図である。すなわち、
本実施形態の図５(ａ)と図５(ｂ)は、実施形態１の図１(ｂ)と図１(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体４２’、４３’を配置したものである。
つまり図５(ａ)と図５(ｂ)は、上記した図１(ｂ)と図１(ｃ)に対して、ノイズ低減用導体の長手方向に設けられた複数の凸部がヒートシンクのフィン部(放熱部)の複数の凸部を横断するように配置している点が特徴であり、これが高いノイズ低減効果を得るために必要なノイズ低減用導体の構造となるものである。
ここで、上記した配置構造が高いノイズ低減効果を奏する理由について説明すると、ヒートシンク２０のフィン部２４は複数の凸部を有しており、近接する凸部の間には密な電磁結合が生じ、これがヒートシンクのフィン部(放熱部)２４の誘導結合や静電結合を大きくする要因となる。このようなヒートシンクのフィン部(放熱部)２４の誘導結合や静電結合と、図１２（ｂ）に示した従来のヒートシンクと筐体間の電磁結合により、ヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体に共振が生じることになる。
本実施形態では、このヒートシンクのフィン部(放熱部)２４に生じるインダクタンスやキャパシタンスを、ノイズ低減用導体４２’ 、４３’に設けられた複数の凸部で横断するように配置することで低減し、さらにノイズ低減用導体４２’、４３’に設けられた複数の凸部を介してヒートシンクのフィン部(放熱部)２４と筐体３０を面接触させていることによって、ヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体間の共振を抑制することができる。
図６は、本発明の実施形態４に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とを長手方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その２)を示す図である。すなわち、
図６に示す本実施形態の構造例（その２）は、上記した図３に示す実施形態２の構造例に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体５１’〜５３’を配置したものである。
図６に示す本実施形態の構造例（その２）は、上記した図３に示す実施形態２の構造例に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体５１’〜５３’を配置したものである。
その配置は、上記した図５の構造例（その１）と同様に、ノイズ低減用導体５１’〜５３’の長手方向に設けられた湾曲凸部がヒートシンク２０のフィン部(放熱部)を横断するように配置したことに特徴があり、その効果も上述した図５の構造例（その１）と同様である。
なお、図６(ｂ)はノイズ低減用導体５２’を２つに分けてヒートシンクの重心となる部位について点対称に配置しているが、ノイズ低減用導体の長手方向に設けられた複数の湾曲凸部がヒートシンク２０のフィン部(放熱部)を横断するように配置していれば、導体の数量は図示の例に限定されない。
また、図３(ｂ)に対応する実施形態は特に図示しないが、図６(ａ)や図６(ｂ)と同様に、ノイズ低減用導体の長手方向に設けられた単数又は複数の湾曲凸部がヒートシンク２０のフィン部(放熱部)を横断するように配置すれば良い。
ここで、図６(ｄ)は図３の実施形態２には図示されていない形態であるが、その構造例やノイズ低減効果は図６(ｃ)と類似し、その違いは、ヒートシンクのフィン部と筐体の間に固定するためのノイズ低減用導体となる板バネの反力がかかる方向が図６(ｃ)とは異なる形状となっているだけである。
図７は、本発明の実施形態４に係る電子電気機器のヒートシンクのフィン部(放熱部)と筐体とを長手方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その３)を示す図である。すなわち、
図７に示す本実施形態の構造例（その３）は、上記した図４に示す実施形態３の構造例に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体６０’、６１’を配置したものである。
図７に示す本実施形態の構造例（その３）は、上記した図４に示す実施形態３の構造例に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体６０’、６１’を配置したものである。
その配置は、上記した図５の構造例（その１）や図６の構造例（その２）と同様に、ノイズ低減用導体６０’、６１’の長手方向が複数のヒートシンクのフィン部(放熱部)を横断するように配置しているのが特徴であり、そのノイズ低減効果も上記したものと同様である。
また、図４(ｂ)や図４(ｃ)に対応する実施形態については特に図示しないが、図７(ａ)や図７(ｂ)と同様に、ノイズ低減用導体の長手方向が複数のヒートシンクのフィン部(放熱部)を横断するように配置すれば良い。
なお、上記に示したノイズ低減用導体６０’、６１’は「複数のヒートシンクのフィン部(放熱部)を横断するように配置」するとともに、半導体素子のスイッチングにより発生したノイズ成分の伝搬を抑えるために、「パッケージ化された半導体素子の直下に重なるように配置」すること、並びに、「ヒートシンクの中央部と重なるように配置」することが望ましい。
［実施形態５］
図８〜図１０は、本発明の実施形態５に係る筐体とヒートシンクが接続された辺を有する電子電気機器の筐体とヒートシンクの接続辺に対して垂直方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造を示す図である。
図８〜図１０は、本発明の実施形態５に係る筐体とヒートシンクが接続された辺を有する電子電気機器の筐体とヒートシンクの接続辺に対して垂直方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造を示す図である。
図８〜図１０に示す本発明の実施形態５に係る構造例（その１〜その３）は、上記した実施形態１〜３に対して、高いノイズ低減効果を維持しつつ、ノイズ低減用導体の面積や量を減らすことができることに特徴がある。すなわち、上記した実施形態１〜３において、ヒートシンクと筐体の接触面積をできるだけ大きくするために、ノイズ低減用導体を大きくすると、高いノイズ低減効果が得られることが予想される。
しかしながら、ノイズ低減用導体をむやみに大きくすると、コストの増加や、製造性の悪化、設計自由度の低下などのトレードオフが生じる。しかるに本発明の実施形態５に係る構造例（その１〜その３）は、このような課題を克服するべく、ノイズ低減に効果のある斬新な配置にすることにより、高いノイズ低減効果を維持しつつ、ノイズ低減用導体の面積や量を減らすことができる。すなわち、
図８(ａ)および図８(ｂ)は、上記した実施形態１を示す図１(ｂ)および図１(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体４２’、４３’を配置したもの（その１）である。すなわち、図８(ａ)および図８(ｂ)は、図１(ｂ)および図１(ｃ)に対し、ノイズ低減用導体４２’、４３’の長手方向を、筐体のヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置するように構成した点に特徴を有している。これにより高いノイズ低減効果を得ることが可能となる。以下、その理由を説明する。
図８(ａ)および図８(ｂ)は、上記した実施形態１を示す図１(ｂ)および図１(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体４２’、４３’を配置したもの（その１）である。すなわち、図８(ａ)および図８(ｂ)は、図１(ｂ)および図１(ｃ)に対し、ノイズ低減用導体４２’、４３’の長手方向を、筐体のヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置するように構成した点に特徴を有している。これにより高いノイズ低減効果を得ることが可能となる。以下、その理由を説明する。
半導体素子１０のスイッチングにより発生したノイズ成分は、半導体素子とパッケージ間に生じる浮遊容量を介してヒートシンク２０に伝搬する。このとき、従来の構造ではヒートシンク近傍の金属筐体との電磁結合により共振が発生し、ヒートシンクと筐体には大きな電界振動が生じる。
しかし図８〜図１０に示す本発明の実施形態５に係る構造では、この電界振動による電位差は、電気的に同電位と看做せる部分間には生じなくなる。したがって、筐体のヒートシンク接続部が接続された辺においては、その電気長に応じて発生する定在波は生じるものの、ヒートシンクと筐体間に生じる電磁結合による電界振動は生じない。
本発明の実施形態５に係る構造では、図８(ａ)や図８(ｂ)に示す配置構成にしてノイズ低減用導体４２’、４３’を挿入することにより、筐体３１のヒートシンク接続部が接続された辺と垂直方向にも電気的に同電位と看做せる面が生じることで、電界振動を抑制することが可能となる。
このように図８(ａ)や図８(ｂ)に示す配置構成にしてノイズ低減用導体４２’、４３’を挿入することにより、筐体のヒートシンク接続部が接続された辺方向と、それに対して垂直な方向の両方向で電界振動を抑制することで、共振を抑制させることが可能となる。
図９は、本発明の実施形態５に係る筐体とヒートシンクが接続された辺を有する電子電気機器の筐体とヒートシンク接続辺対して垂直方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その２)を示す図である。すなわち、
構造例（その２）における、図９(ａ)および図９(ｂ)は、上記した実施形態２を示す図３(ａ)に対して、図９(ｃ)は、上記した実施形態２を示す図３(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体５１’〜５３’を配置したものである。
構造例（その２）における、図９(ａ)および図９(ｂ)は、上記した実施形態２を示す図３(ａ)に対して、図９(ｃ)は、上記した実施形態２を示す図３(ｃ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体５１’〜５３’を配置したものである。
その配置は、上記した図８と同様に、ノイズ低減用導体５１’〜５３’の長手方向を筐体のヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置しているのが特徴であり、そのノイズ低減効果も上述したものと同様である。
なお、図９(ｂ)は、ノイズ低減用導体５２’を２つに分けて配置しているが、ノイズ低減用導体５２’の長手方向を、筐体３１のヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置していれば、導体の数量は図示例に限定されない。
また図３(ｂ)に対応する実施形態については特に図示しないが、図９(ａ)や図９(ｂ)と同様に、ノイズ低減用導体の長手方向をヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置すれば良い。
ここで、図９(ｄ)は、上述した図３の実施形態２には図示されていない形態であるが、その構造例やノイズ低減効果は図９(ｃ)と類似し、その違いは、ヒートシンクのフィン部と筐体３１の間に固定するためのノイズ低減用導体となる板バネの反力がかかる方向が図９(ｃ)とは異なる形状となっているだけである。
図１０は、本発明の実施形態５に係る筐体とヒートシンクが接続された辺を有する電子電気機器の筐体とヒートシンク接続辺に対して垂直方向に延在するノイズ低減用導体を介して面接触させる構造(その３)を示す図である。すなわち、
図１０(ａ)および図１０(ｂ)は、上記した実施形態３を示す図４(ａ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体６０’、６１’を配置したものである。
図１０(ａ)および図１０(ｂ)は、上記した実施形態３を示す図４(ａ)に対して、高いノイズ低減効果を得るために必要となる特定位置にノイズ低減用導体６０’、６１’を配置したものである。
その配置は、上記した図８や図９と同様に、ノイズ低減用導体６０’、６１’の長手方向を筐体３１のヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置しているのが特徴であり、そのノイズ低減効果も上記したものと同様である。
また、図４(ｂ)や図４(ｃ)に対応する実施形態については特に図示しないが、図１０(ａ)や図１０(ｂ)と同様に、ノイズ低減用導体の長手方向をヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置すれば良い。
なお、実施形態４と同様に、本実施形態５は「ノイズ低減用導体の長手方向をヒートシンク接続部が接続された辺に対して垂直に配置」するとともに、半導体素子のスイッチングにより発生したノイズ成分の伝搬を抑制するため「パッケージ化された半導体素子の直下に重なるように配置」すること、および、「ヒートシンクの中央部と重なるように配置」することが望ましい。
１０ 半導体素子
２０ ヒートシンク
２２ ヒートシンク(ベース部)
２４ ヒートシンク(フィン部)
３０、３１ 筐体
４１〜４４ ノイズ低減用導体
４２’、４３’ ノイズ低減用導体
５１〜５３ ノイズ低減用導体(導電性板)
５１’〜５３’ ノイズ低減用導体(導電性板)
６１〜６３ ノイズ低減用導体(導電性ガスケット)
６０’、６１’ ノイズ低減用導体(導電性ガスケット)
８０ 固定ネジ
２０ ヒートシンク
２２ ヒートシンク(ベース部)
２４ ヒートシンク(フィン部)
３０、３１ 筐体
４１〜４４ ノイズ低減用導体
４２’、４３’ ノイズ低減用導体
５１〜５３ ノイズ低減用導体(導電性板)
５１’〜５３’ ノイズ低減用導体(導電性板)
６１〜６３ ノイズ低減用導体(導電性ガスケット)
６０’、６１’ ノイズ低減用導体(導電性ガスケット)
８０ 固定ネジ
Claims (14)
- 半導体素子と、前記半導体素子の発熱を放熱する、導電体からなるヒートシンクと、導電体からなる筐体とを、その順に配置した構成を具備し、前記筐体が前記半導体素子及び前記ヒートシンクの全体を覆ってはいない電子電気機器において、
前記ヒートシンクは、ベース部と、前記ベース部に立設あるいは前記ベース部の嵌合用凹部に装着された少なくとも一つのフィンにより構成されるフィン部とを備え、
前記フィン部と前記筐体とに面接触し、少なくとも表面が導体であるノイズ低減用導体を設けることで、前記筐体と前記ヒートシンクとの間の共振を抑制する構成としたことを特徴とする電子電気機器。 - 前記ノイズ低減用導体は、前記フィン部の凸部と前記筐体に、面接触していることを特徴とする請求項１に記載の電子電気機器。
- 前記フィン部は２以上のフィンより構成され、
前記ノイズ低減用導体は、少なくとも一つの凸部を有する平板であり、
前記凸部を前記フィン間に配置し、前記凸部の奥行き部において前記フィンの側面と面接触するとともに、前記ノイズ低減用導体の平面部が前記筐体に面接触する構造を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。 - 前記フィン部は３以上のフィンより構成され、
前記ノイズ低減用導体は、コの字形に形成された平板であり、
コの字の対向する部位が前記フィン間に配置され、前記コの字の対向する部位の奥行き部において前記フィンの側面と面接触するとともに、前記コの字の対向する部位以外の前記ノイズ低減用導体の平面部が前記筐体に面接触する構造を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。 - 前記コの字の対向する部位が、曲線状に曲げられた構造を有していることを特徴する請求項４に記載の電子電気機器。
- 前記ノイズ低減用導体は、少なくとも一つの湾曲凸部を有する平板であり、且つ、前記フィン部のフィン底面と前記筐体の間の空隙に配置され、
前記湾曲凸部が、前記フィン部のフィン底部に、前記ノイズ低減用導体の平板部が前記筐体に面接触する構造、若しくは、前記湾曲凸部が前記フィン部のフィン底面に、前記平板部が前記筐体に面接触する構造を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。 - 前記ノイズ低減用導体は、コの字形をした平板であり、且つ、前記フィン部のフィン底面と前記筐体の間の空隙に配置され、
前記ノイズ低減用導体のコの字の対向する部位の一方が前記フィン部の底面に、前記コの字の並行する部位の他方が前記筐体に面接触する構造を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。 - 前記ノイズ低減用導体は、弾性を有する部材で構成され、
該弾性を有する部材の厚みが、前記筐体と前記ヒートシンクの間の最小間隔と同等か又はそれより若干厚くされているか、若しくは、前記ヒートシンクのフィン間の最小間隔と同等か又はそれより若干狭くされていることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。 - 前記ノイズ低減用導体が、前記フィン凸部と前記筐体とに面接触するよう配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電子電気機器。
- 前記ノイズ低減用導体は、折り曲げ部を有し、前記フィン凸部と前記ヒートシンクのフィン奥行き部および前記筐体に面接触するよう配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電子電気機器。
- 前記ノイズ低減用導体は、前記ヒートシンクの複数のフィンを横断するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電子電気機器。
- 前記筐体は、前記ヒートシンクに導通する部位を有し、
前記ノイズ低減用導体の長手方向が、前記導通する部位の長手方向の辺に対し垂直方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子電気機器。 - 前記ノイズ低減用導体が、前記半導体素子の直下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子電気機器。
- 前記ノイズ低減用導体が、前記ヒートシンクの重心となる部位について点対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子電気機器。
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