JP5062469B2 - MOTOR STATOR, MOTOR, MOTOR STATOR MANUFACTURING METHOD, INSULATION MATERIAL ASSEMBLY METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents
MOTOR STATOR, MOTOR, MOTOR STATOR MANUFACTURING METHOD, INSULATION MATERIAL ASSEMBLY METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE Download PDFInfo
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本発明は、モータステータ、モータステータの製造方法、半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法及び半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a motor stator, a method for manufacturing a motor stator, a method for assembling an insulating material to a semiconductor device, and a semiconductor device.
上記したモータのモータステータのステータコアは、プレス加工により形成した電磁鋼板を複数枚積層して成っており、従来において、ステータコアに設けたスロットに挿入するコイルとステータコアとの間にシート状の絶縁材を配置して、プレス加工の際に電磁鋼板の端部に生じたばりがコイルに接触するのを防ぐようにしたモータステータがあった(例えば、非特許文献1参照)。 The stator core of the motor stator of the motor described above is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates formed by pressing, and conventionally, a sheet-like insulating material is interposed between a coil inserted into a slot provided in the stator core and the stator core. There is a motor stator in which the flash generated at the end of the electromagnetic steel sheet during press working is prevented from coming into contact with the coil (for example, see Non-Patent Document 1).
また、トランジスタやサイリスタなどの半導体チップから成る半導体モジュールを備えた半導体装置としては、直流電流を交流電流に変換するインバータや、交流電流を直流電流に変換するコンバータがあり(例えば、非特許文献2参照)、このような半導体装置では、電力が大きくなるのにつれて放熱量が多くなって高温となる半導体モジュールに冷却器を取り付けて冷却する必要があり、特に、絶縁型半導体モジュールよりもコンパクトで且つ低コストな非絶縁型半導体モジュールの場合には、半導体チップ電極と接合するバスバーと冷却器との間にシート状の絶縁材を配置して絶縁性を確保する必要があった。
しかしながら、従来のモータステータにおいて、プレス加工の際に電磁鋼板の端部に生じたばりや、複数枚の電磁鋼板を積層した際に互いの位置ずれにより発生したステータコアにおけるスロット内壁面の凹凸によって、ステータコアとシート状の絶縁材との間には、コイル固定用の充填材を含浸させても埋めきれない空隙ができてしまう。この空隙は、モータ運転中におけるコイル発熱時に断熱層として作用することから、コイルの熱が外部に放出され難い分だけ、コイルの温度が上昇してしまい、その結果、モータの駆動効率の低下を招いてしまうという問題があった。 However, in the conventional motor stator, the flash generated at the end of the electromagnetic steel sheet during the press work, or the unevenness of the inner wall surface of the slot in the stator core generated by the mutual displacement when laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, A gap that cannot be filled even if impregnated with a filler for fixing the coil is formed between the stator core and the sheet-like insulating material. Since this gap acts as a heat insulation layer when the coil generates heat during motor operation, the coil temperature rises as much as the heat of the coil is hardly released to the outside, resulting in a decrease in motor drive efficiency. There was a problem of being invited.
また、上記したシート状の絶縁材としては、金属無機材料に対して熱伝達性に乏しい有機絶縁材を用いることが一般的であり、このような有機絶縁材は、モータ運転中にコイルで生じる熱を外部に放出する妨げとなることから、上記と同じく、コイルの温度が上昇してモータの駆動効率の低下を招いてしまうという問題を有していた。 Moreover, as the sheet-like insulating material described above, it is common to use an organic insulating material having poor heat transferability with respect to a metal inorganic material, and such an organic insulating material is generated in a coil during motor operation. Since this hinders heat from being released to the outside, as described above, the coil temperature rises, causing a problem in that the driving efficiency of the motor is reduced.
一方、従来の半導体装置において、熱伝導性を高めるために、セラミックやアルミナなどのフィラーを高充填した絶縁材を用いると、フィラーを高充填した分だけ柔軟性に乏しく、半導体モジュール側のバスバーの表面凹凸又は冷却器の表面凹凸への追従性が良いとは言えないことから、接触熱抵抗が高くなってしまうという問題があった。 On the other hand, in a conventional semiconductor device, if an insulating material highly filled with a filler such as ceramic or alumina is used in order to increase the thermal conductivity, the amount of filler filled with the filler is less flexible, and the bus bar of the semiconductor module side Since it cannot be said that the followability to the surface unevenness or the surface unevenness of the cooler is good, there is a problem that the contact thermal resistance becomes high.
そして、絶縁材として柔軟性に富んだ放熱シートを用いると、バスバーの表面凹凸又は冷却器の表面凹凸への追従性が良好になって接触熱抵抗の低減を実現することはできるものの、柔軟性を確保するためにフィラーの添加量が制限されて熱伝導性の向上を図ることが困難となり、その結果、熱伝達性能の低下を招いてしまうという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 And if a heat dissipation sheet that is rich in flexibility is used as the insulating material, the followability to the surface irregularities of the bus bar or the surface irregularities of the cooler can be improved and the contact thermal resistance can be reduced. The amount of filler added is limited to ensure the heat conductivity, making it difficult to improve the thermal conductivity, resulting in a decrease in heat transfer performance. This has been a conventional problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、接触熱抵抗の低減を図ったうえで、モータのコイルや、半導体装置の半導体チップのような発熱体の温度の上昇を低く抑えることができ、その結果、モータに用いた場合には駆動効率の向上を実現し、一方、半導体装置に用いた場合には、半導体モジュールの冷却性能の向上を実現することが可能なモータステータ、モータ、モータステータの製造方法、半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法及び半導体装置の提供を目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional problems, and after reducing the contact thermal resistance, the temperature rise of a heating element such as a motor coil or a semiconductor chip of a semiconductor device is reduced. As a result, when used in a motor, the driving efficiency can be improved. On the other hand, when used in a semiconductor device, the motor stator can improve the cooling performance of the semiconductor module. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a motor, a motor stator, a method for assembling an insulating material to a semiconductor device, and a semiconductor device.
本発明に係るモータステータは、ポリマー及びモノマーを含む絶縁材であって、メソゲン基を含む液晶ポリマー100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーを50〜500重量部含む絶縁材を用いたものであり、モータステータのステータコアに設けたスロットに上記絶縁材及びコイルを配置し、ステータコア及びコイルの双方に絶縁材を融着させたことを特徴としている。 The motor stator according to the present invention is an insulating material containing a polymer and a monomer, and the liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in a molecule is 50 to 500 weights with respect to 100 parts by weight of a liquid crystal polymer containing a mesogenic group. An insulating material including a portion is used, and the insulating material and the coil are arranged in a slot provided in the stator core of the motor stator, and the insulating material is fused to both the stator core and the coil.
本発明の絶縁材を用いてモータステータを製造する場合において、この絶縁材をモータステータのステータコアに設けたスロットにコイルとともに配置し、この状態で加熱処理を行うように成すと、絶縁材がステータコアにおけるスロット内壁面の凹凸及びコイルの双方に融着してスロット内の空隙を埋め尽くすので、コイルからステータコアへの熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル発熱時のコイルの温度上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、モータの駆動効率の低下を回避し得ることとなる。 When a motor stator is manufactured using the insulating material of the present invention, the insulating material is placed in a slot provided in the stator core of the motor stator together with the coil, and heat treatment is performed in this state. Since the gap in the slot is fused to fill both the unevenness of the inner wall surface of the slot and the coil in the slot, the thermal conductivity from the coil to the stator core is improved, and the coil is heated during coil operation during motor operation. The temperature rise can be kept low, and as a result, a decrease in the driving efficiency of the motor can be avoided.
一方、本発明の絶縁材を用いて半導体装置の半導体モジュールに冷却器を組み付ける場合において、この絶縁材を半導体装置の半導体モジュールと冷却器との間に配置し、この状態で加熱処理を行うように成すと、絶縁材が半導体モジュール及び冷却器の双方に融着して半導体モジュール側のバスバーの表面凹凸又は冷却器の表面凹凸へ追従するので、半導体モジュール側から冷却器への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。 On the other hand, when the cooler is assembled to the semiconductor module of the semiconductor device using the insulating material of the present invention, the insulating material is disposed between the semiconductor module of the semiconductor device and the cooler, and the heat treatment is performed in this state. In this case, the insulating material is fused to both the semiconductor module and the cooler and follows the surface irregularities of the bus bar on the semiconductor module side or the surface irregularities of the cooler, so that the thermal conductivity from the semiconductor module side to the cooler is improved. This increases the temperature of the semiconductor chip when the semiconductor chip generates heat during operation.
本発明によれば、上記した構成としているので、接触熱抵抗を低減させることができ、モータのコイルや、半導体装置の半導体チップのような発熱体の温度の上昇を低く抑えることが可能であり、その結果、モータに用いた場合には駆動効率の向上を実現し、一方、半導体装置に用いた場合には、半導体モジュールの冷却性能の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to reduce the contact thermal resistance, and to suppress a rise in the temperature of a heating element such as a motor coil or a semiconductor chip of a semiconductor device. As a result, when used in a motor, the driving efficiency is improved. On the other hand, when used in a semiconductor device, the cooling performance of the semiconductor module can be improved. The effect is brought about.
本発明の絶縁材において、メソゲン基は液晶性を発現する官能基を示し、具体的には、ビフェニルや、ターフェニルや、フェニルベンゾエートや、アゾベンゼンや、スチルベンやその誘導体等が挙げられる。 In the insulating material of the present invention, the mesogenic group represents a functional group that exhibits liquid crystallinity, and specifically includes biphenyl, terphenyl, phenylbenzoate, azobenzene, stilbene, and derivatives thereof.
ここで、メソゲン基を含む液晶ポリマー100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーが50重量部に満たないと、融点の低いメソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーの割合が小さいことから、絶縁材が軟化し難いものとなり、例えば、シート状に形成した絶縁材をモータステータのステータコアに設けたスロットにコイルとともに挿入した際に、ステータコアの内壁やコイルとの間の空隙を埋め尽くすことができず、その結果、熱伝導性が劣ってしまう。 Here, with respect to 100 parts by weight of a liquid crystal polymer containing a mesogenic group, if the liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in the molecule is less than 50 parts by weight, the mesogenic group and the polymerizable group having a low melting point are contained in the molecule. Since the ratio of the liquid crystal monomer contained in the insulating material is small, the insulating material is difficult to soften.For example, when the insulating material formed in a sheet shape is inserted into the slot provided in the stator core of the motor stator together with the coil, the inner wall of the stator core The gap between the coils cannot be filled, resulting in poor thermal conductivity.
一方、メソゲン基を含む液晶ポリマー100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーが500重量部を超えると、ポリマー成分の割合が小さいことから、製膜性がよいとは言えず、その結果、製膜時のハンドリング性が劣ってしまうので、本発明において、メソゲン基を含む液晶ポリマー100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーを50〜500重量部含むこととした。 On the other hand, when the liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in the molecule exceeds 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal polymer containing a mesogenic group, the film forming property is good because the ratio of the polymer component is small. However, as a result, the handling property at the time of film formation is inferior. Therefore, in the present invention, the liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in the molecule with respect to 100 parts by weight of the liquid crystal polymer containing the mesogenic group. 50 to 500 parts by weight.
このように、本発明の絶縁材は、液晶性を発現するメソゲン基を有しているので、液晶状態では分子が高次構造を形成して結果として、高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進されることとなる。 As described above, since the insulating material of the present invention has a mesogenic group that exhibits liquid crystallinity, molecules form a higher order structure in the liquid crystal state, and as a result, the insulating material is used as a heat conduction medium of a polymer material. The heat conduction due to the phonons is promoted.
また、本発明の絶縁材において、液晶モノマーの重合性基として、エポキシ基,アクリル酸基,メタクリル酸基のうちの少なくとも1種の重合性基を含んでいるので、熱硬化性を有するものとなり、様々な被着物に対して良好に接着し得ることとなる。 Further, in the insulating material of the present invention, since it contains at least one polymerizable group of epoxy group, acrylic acid group, and methacrylic acid group as the polymerizable group of the liquid crystal monomer, it has thermosetting properties. It is possible to adhere well to various adherends.
さらに、本発明の絶縁材において、液晶モノマーの重合性基及び液晶ポリマーの主鎖骨格は、エポキシ基,アクリル酸基,メタクリル酸基のうちの少なくとも1種の重合性基を含んでいる構成とすることができ、この場合には、液晶ポリマーと液晶モノマーとの相溶性も良好なものとなり、エポキシ基を含んでいる場合には、アミン化合物や酸無水物を始めとする各種硬化剤も系に含まれ、熱伝達の観点からは、硬化剤分子中にメソゲン基を有していることが望ましい。 Furthermore, in the insulating material of the present invention, the polymerizable group of the liquid crystal monomer and the main chain skeleton of the liquid crystal polymer contain at least one polymerizable group of an epoxy group, an acrylic acid group, and a methacrylic acid group; In this case, the compatibility between the liquid crystal polymer and the liquid crystal monomer is good, and when it contains an epoxy group, various curing agents such as amine compounds and acid anhydrides are also used. From the viewpoint of heat transfer, it is desirable to have a mesogenic group in the curing agent molecule.
なお、エポキシ基,アクリル酸基,メタクリル酸基のうちの少なくとも1種の重合性基を含むとは、モノマーの重合性基として、エポキシ基,アクリル酸基,メタクリル酸基を任意に組み合わせたものも含むこととする。 In addition, including at least one kind of polymerizable group among epoxy group, acrylic acid group, and methacrylic acid group is an arbitrary combination of epoxy group, acrylic acid group, and methacrylic acid group as the polymerizable group of the monomer. Also included.
さらにまた、本発明の絶縁材において、液晶モノマーは、2官能以上の重合性基を含んでいる構成とすることが可能であり、この構成を採用すると、加熱処理によって得られる硬化物の放熱性及び機械特性が、短時間及び長時間のいずれの場合も安定したものとなる。 Furthermore, in the insulating material of the present invention, the liquid crystal monomer can be configured to contain a bifunctional or higher functional polymerizable group. When this configuration is employed, the heat dissipation of the cured product obtained by heat treatment is adopted. In addition, the mechanical properties are stable in both a short time and a long time.
さらにまた、本発明の絶縁材において、液晶モノマー及び液晶ポリマーよりも熱伝導率の高い酸化物や窒化物や硼化物や炭化物やダイヤモンドなどのフィラーを有している構成とすることが可能であり、この構成を採用すると、熱伝達性のより一層の向上が図られることとなり、この際、フィラーの体積抵抗率が1010Ω・cmに満たないと、絶縁材としての信頼性を確保することが困難になるので、フィラーの体積抵抗率を1010Ωcm以上とすることが望ましい。 Furthermore, the insulating material of the present invention can have a structure having a filler such as an oxide, nitride, boride, carbide or diamond having higher thermal conductivity than the liquid crystal monomer and liquid crystal polymer. If this configuration is adopted, the heat transfer property will be further improved. At this time, if the volume resistivity of the filler is less than 10 10 Ω · cm, the reliability as the insulating material is ensured. Therefore, the volume resistivity of the filler is preferably 10 10 Ωcm or more.
ここで、絶縁材に含まれるメソゲン基の熱伝導率は、分子長軸方向が最も高いことから、本発明の絶縁材を用いてモータステータを製造したり、本発明の絶縁材を半導体装置の半導体モジュールと冷却器との間に組み付けたりする場合において、加熱処理の段階で磁界又は電界によってメソゲン基の分子長軸方向をコントロールする、すなわち、加熱処理の段階で磁界又は電界を生じさせて、絶縁材に含まれるメソゲン基の分子長軸方向を所望する熱伝達方向に沿わせることが望ましく、この場合には、磁力、電圧を印加しながら熱処理するので、メソゲン基の分子鎖が配向した状態で固定化して使用中もこの配向状態が維持されることとなり、したがって、絶縁材の熱伝達性がより一層向上することとなる。 Here, since the thermal conductivity of the mesogen group contained in the insulating material is highest in the molecular long axis direction, a motor stator is manufactured using the insulating material of the present invention, or the insulating material of the present invention is used in the semiconductor device. In the case of assembling between the semiconductor module and the cooler, the molecular long axis direction of the mesogen group is controlled by the magnetic field or electric field in the heat treatment stage, that is, the magnetic field or electric field is generated in the heat treatment stage, It is desirable to align the molecular long axis direction of the mesogen group contained in the insulating material with the desired heat transfer direction. In this case, heat treatment is performed while applying magnetic force and voltage, so the molecular chain of the mesogen group is oriented. This orientation state is maintained even during use after being fixed in step 1. Therefore, the heat transfer property of the insulating material is further improved.
このような製造方法により製造されたモータステータを備えたモータにあっては、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められて、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇が低く抑えられて、出力の向上が図られることとなり、一方、上記した組み付け方法により半導体モジュールと冷却器との間に絶縁材を組み付けて成る半導体装置にあっては、半導体モジュール側から冷却器への熱伝導性が高められて、運転中に半導体チップが発熱した際の半導体チップの温度上昇が低く抑えられることとなる。 In a motor including a motor stator manufactured by such a manufacturing method, heat transfer from the coil to the stator core is improved, and a temperature rise of the coil when the coil generates heat during operation can be suppressed to a low level. On the other hand, in a semiconductor device in which an insulating material is assembled between the semiconductor module and the cooler by the above-described assembly method, heat conduction from the semiconductor module side to the cooler is achieved. Thus, the temperature rise of the semiconductor chip when the semiconductor chip generates heat during operation is suppressed to a low level.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施例1]
図1〜図3は本発明の一実施例を示しており、この実施例では、本発明の絶縁材をモータステータに適用した場合を示す。
[Example 1]
1 to 3 show an embodiment of the present invention. In this embodiment, the insulating material of the present invention is applied to a motor stator.
図3に部分的に示すように、モータ1のステータ2を構成するステータコア3は、プレス加工によって環状に抜き打ち成形した電磁鉄板を複数枚積層してなっており、内周側(図示上側)で開口し且つ軸方向に沿って貫通するスロット4が放射状に複数設けてある。
As shown partially in FIG. 3, the
このステータコア3のスロット4には、図1に示すように、エナメルコーティングを施したコイル5及び充填材6が絶縁シート(絶縁材)10を介して配置してあり、スロット4の開口にウエッジ7を嵌合することでコイル5及び充填材6を固定してある。
In the
上記絶縁シート10は、ポリマー及びモノマーを含む絶縁材であって、メソゲン基を含む液晶ポリマー11と、メソゲン基及び重合性基としてのエポキシ基を分子中に含む液晶モノマー12と、熱伝導性を有する絶縁フィラー13とから主として構成されている。この場合、メソゲン基を含む液晶ポリマー11の100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマー12を50〜500重量部含むように形成してあり、一方、フィラー13の体積抵抗率を1010Ωcm以上としている。
The insulating
上記した絶縁シート10を用いてモータステータ2を製造するに際しては、まず、ステータコア3のスロット4に絶縁シート10を挿入して所定の状態で配置するのに続いて、スロット4内にコイル5が位置するようにしてステータコア3にコイル5を巻き付けると共に充填材6をスロット4内に充填する。
In manufacturing the
このとき、絶縁シート10は軟化状態にないので、図2に示すように、ステータコア3におけるスロット4の内壁面4aを形成する複数枚の電磁鉄板8の各端部8aと絶縁シート10との間には空隙Sが存在している。
At this time, since the insulating
この後、ステータコア3にセットした絶縁シート10に加熱処理を施して、図1に示すように、ステータコア3におけるスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に絶縁シート10を融着させると、絶縁シート10によって複数枚の電磁鉄板8の各端部8aと絶縁シート10との間の空隙Sが埋め尽くされた、すなわち、空隙Sが排除されたモータステータ2が得られることとなる。
Thereafter, the insulating
ここで、絶縁シート10に含まれるメソゲン基の熱伝導率は、分子長軸方向が最も高いことから、この実施例では、上記加熱処理の段階において磁界によってメソゲン基の分子長軸方向をコントロールする、すなわち、加熱処理の段階において磁界を生じさせて、絶縁シート10に含まれるメソゲン基の分子長軸方向を所望する熱伝達方向に沿わせるようにしている。
Here, since the thermal conductivity of the mesogen group contained in the insulating
上記したように、この実施例における絶縁シート10は、液晶性を発現するメソゲン基を有しているので、液晶状態では分子が高次構造を形成して結果として、高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進されることとなる。
As described above, since the insulating
そして、この実施例では、モータステータ2のステータコア3におけるスロット4にコイル5とともに配置した絶縁シート10に対して加熱処理を施して、絶縁シート10をスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に融着させてスロット4内の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、コイル5からステータコア3への熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得ることとなる。
In this embodiment, the insulating
したがって、この実施例における絶縁シート10を用いて上記のごとく製造したモータステータ2を備えたモータ1にあっては、運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得るので、出力の向上が図られることとなる。
Therefore, in the motor 1 including the
また、この実施例における絶縁シート10において、液晶モノマー12がエポキシ基を重合性基としているので、熱的及び機械的に安定した強度と接着力が得られることとなり、この際、この液晶モノマー12が二つのエポキシ基を有するように成すと、加熱処理によって得られる硬化物の放熱性及び機械特性が、短時間及び長時間のいずれの場合も安定したものとなる。加えて、この実施例における絶縁シート10では、フィラー13の体積抵抗率を1010Ωcm以上としているので、熱伝達性のより一層の向上を図ったうえで、絶縁材としての信頼性も確保し得ることとなる。
Further, in the insulating
さらに、この実施例では、上記絶縁シート10を用いてのモータステータ2の製造に際して、加熱処理の段階で磁界によってメソゲン基の分子長軸方向を所望する熱伝達方向に沿わせるべくコントロールするようにしているので、メソゲン基の分子鎖が配向した状態で固定化して使用中もこの配向状態が維持されることとなり、したがって、絶縁シート10の熱伝達性がより一層向上することとなる、すなわち、モータ1のコイル5で生じた熱をステータコア3により一層効率よく伝達し得ることとなる。
Further, in this embodiment, when the
なお、この実施例では、図1及び図2に示すように、フィラー13がいずれもほぼ均一の形状を成しているが、フィラー13が互いに不揃いの形状を成していても何ら差し支えない。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
[実施例2]
図4は本発明の他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材をモータステータに適用した場合を示す。この実施例では、絶縁シート10を用いてのモータステータ2の製造に際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしており、他の構成は先の実施例と同じである。
[Example 2]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, and also in this embodiment, the case where the insulating material of the present invention is applied to a motor stator is shown. In this embodiment, when the
この実施例においても、絶縁シート10が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、モータステータ2のステータコア3におけるスロット4にコイル5とともに配置した絶縁シート10に対して加熱処理を施して、絶縁シート10をスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に融着させてスロット4内の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、コイル5からステータコア3への熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、出力の向上が図られることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例3]
図5は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材をモータステータに適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート10は、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー12Aを含んでいて、この絶縁シート10を用いてのモータステータ2の製造に際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしており、他の構成は実施例1と同じである。
[Example 3]
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment as well, the insulating material of the present invention is applied to a motor stator. The insulating
この実施例においても、絶縁シート10が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート10に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート10をスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に融着させてスロット4内の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、コイル5からステータコア3への熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、出力の向上が図られることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例4]
図6は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材をモータステータに適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート10は、メソゲン基を含む液晶ポリマー11と、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー12Aとから主として構成されていて、すなわち、絶縁フィラー13を含まない構成となっていて、この絶縁シート10を用いてのモータステータ2の製造に際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしている。
[Example 4]
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment as well, the insulating material of the present invention is applied to a motor stator. The insulating
この実施例においても、絶縁シート10が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート10に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート10をスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に融着させてスロット4内の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、コイル5からステータコア3への熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、出力の向上が図られることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例5]
図7は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材をモータステータに適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート10は、メソゲン基を含む液晶ポリマー11と、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー12Aと、導電性を有するフィラー13Aとから主として構成されていて、この絶縁シート10を用いてのモータステータ2の製造に際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしている。
[Example 5]
FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment as well, the insulating material of the present invention is applied to a motor stator. The insulating
この実施例においても、絶縁シート10が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート10に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート10をスロット4の内壁面4a及びコイル5の双方に融着させてスロット4内の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、コイル5からステータコア3への熱伝導性が高められることとなって、モータ運転中におけるコイル5の発熱時の温度上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、出力の向上が図られることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例6]
図8〜図10は本発明の他の実施例を示しており、この実施例では、本発明の絶縁材を半導体装置に適用した場合を示す。
[Example 6]
8 to 10 show other embodiments of the present invention. In this embodiment, the insulating material of the present invention is applied to a semiconductor device.
図8に示すように、この半導体装置21は、半導体チップを内蔵した非絶縁型半導体モジュール22と、半導体チップの冷却を行う冷却器23と、上記非絶縁型半導体モジュール22にはんだ24を介して接合したバスバー25及び冷却器23の間に挟み込まれる絶縁シート(絶縁材)30を備えている。
As shown in FIG. 8, the
この絶縁シート30は、ポリマー及びモノマーを含む絶縁材であって、メソゲン基を含む液晶ポリマー31と、メソゲン基及び重合性基としてのエポキシ基を分子中に含む液晶モノマー32と、熱伝導性を有する絶縁フィラー33とから主として構成されている。この場合、メソゲン基を含む液晶ポリマー11の100重量部に対して、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマー12を50〜500重量部含むように形成してあり、一方、フィラー33の体積抵抗率を1010Ωcm以上としている。
This insulating
上記した絶縁シート30を用いて半導体装置21の半導体モジュール22に冷却器23を組み付けるに際しては、まず、この絶縁シート30を半導体装置21の半導体モジュール22側のバスバー25と冷却器23との間に配置する。
When the cooler 23 is assembled to the
このとき、絶縁シート30は軟化状態にないので、図10に示すように、バスバー25と絶縁シート30との間や、冷却器23と絶縁シート30との間には空隙Sが存在している。
At this time, since the insulating
この後、バスバー25と冷却器23との間にセットした絶縁シート30に加熱処理を施して、図9に示すように、バスバー25及び冷却器23の双方に絶縁シート30を融着させると、絶縁シート30によって上記空隙Sが埋め尽くされた、すなわち、空隙Sが排除された半導体装置21が得られることとなる。
Thereafter, the insulating
ここで、絶縁シート30に含まれるメソゲン基の熱伝導率は、分子長軸方向が最も高いことから、この実施例では、上記加熱処理の段階において磁界によってメソゲン基の分子長軸方向をコントロールする、すなわち、加熱処理の段階において磁界を生じさせて、絶縁シート30に含まれるメソゲン基の分子長軸方向を所望する熱伝達方向に沿わせるようにしている。
Here, since the thermal conductivity of the mesogen group contained in the insulating
上記したように、この実施例における絶縁シート30は、液晶性を発現するメソゲン基を有しているので、液晶状態では分子が高次構造を形成して結果として、高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進されることとなる。
As described above, since the insulating
そして、この実施例では、バスバー25と冷却器23との間に配置した絶縁シート30に対して加熱処理を施して、絶縁シート30をバスバー25及び冷却器23の双方に融着させて、バスバー25と絶縁シート30との間の空隙Sや、冷却器23と絶縁シート30との間の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、半導体モジュール22側から冷却器23への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。
In this embodiment, the insulating
また、この実施例における絶縁シート30において、液晶モノマー32がエポキシ基を重合性基としているので、熱的及び機械的に安定した強度と接着力が得られることとなり、この際、この液晶モノマー32が二つのエポキシ基を有するように成すと、加熱処理によって得られる硬化物の放熱性及び機械特性が、短時間及び長時間のいずれの場合も安定したものとなる。加えて、この実施例における絶縁シート30では、フィラー33の体積抵抗率を1010Ωcm以上としているので、熱伝達性のより一層の向上を図ったうえで、絶縁材としての信頼性も確保し得ることとなる。
Moreover, in the insulating
さらに、この実施例では、上記絶縁シート30を用いて半導体装置21の半導体モジュール22に冷却器23を組み付けるに際して、加熱処理の段階で磁界によってメソゲン基の分子長軸方向を所望する熱伝達方向に沿わせるべくコントロールするようにしているので、メソゲン基の分子鎖が配向した状態で固定化して使用中もこの配向状態が維持されることとなり、したがって、絶縁シート30の熱伝達性がより一層向上することとなる、すなわち、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇をより一層低く抑え得ることとなる。
Further, in this embodiment, when the cooler 23 is assembled to the
なお、この実施例では、図9及び図10に示すように、フィラー33がいずれもほぼ均一の形状を成しているが、フィラー33が互いに不揃いの形状を成していても何ら差し支えない。
In this embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the
[実施例7]
図11は本発明の他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材を半導体装置に適用した場合を示す。この実施例では、絶縁シート30を半導体装置21の半導体モジュール22と冷却器23との間に組み付けるに際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしており、他の構成は先の実施例と同じである。
[Example 7]
FIG. 11 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the insulating material of the present invention is applied to a semiconductor device. In this embodiment, when the insulating
この実施例においても、絶縁シート30が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、バスバー25と冷却器23との間に配置した絶縁シート30に対して加熱処理を施して、絶縁シート30をバスバー25及び冷却器23の双方に融着させて、バスバー25と絶縁シート30との間の空隙Sや、冷却器23と絶縁シート30との間の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、半導体モジュール22側から冷却器23への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例8]
図12は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材を半導体装置に適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート30は、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー32Aを含んでいて、この絶縁シート30を半導体装置21の半導体モジュール22と冷却器23との間に組み付けるに際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしており、他の構成は実施例6と同じである。
[Example 8]
FIG. 12 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the insulating material of the present invention is applied to a semiconductor device. The insulating
この実施例においても、絶縁シート30が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート30に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート30をバスバー25及び冷却器23の双方に融着させて、バスバー25と絶縁シート30との間の空隙Sや、冷却器23と絶縁シート30との間の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、半導体モジュール22側から冷却器23への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例9]
図13は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材を半導体装置に適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート30は、メソゲン基を含む液晶ポリマー31と、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー32Aとから主として構成されていて、すなわち、絶縁フィラー33を含まない構成となっていて、この絶縁シート30を半導体装置21の半導体モジュール22と冷却器23との間に組み付けるに際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしている。
[Example 9]
FIG. 13 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the insulating material of the present invention is applied to a semiconductor device. The insulating
この実施例においても、絶縁シート30が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート30に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート30をバスバー25及び冷却器23の双方に融着させて、バスバー25と絶縁シート30との間の空隙Sや、冷却器23と絶縁シート30との間の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、半導体モジュール22側から冷却器23への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[実施例10]
図14は本発明のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明の絶縁材を半導体装置に適用した場合を示す。この実施例における絶縁シート30は、メソゲン基を含む液晶ポリマー31と、重合性基を一つだけ有する液晶モノマー32Aと、導電性を有するフィラー33Aとから主として構成されていて、この絶縁シート30を半導体装置21の半導体モジュール22と冷却器23との間に組み付けるに際して、磁界を生じさせずに加熱処理を行うようにしている。
[Example 10]
FIG. 14 shows still another embodiment of the present invention. This embodiment also shows a case where the insulating material of the present invention is applied to a semiconductor device. The insulating
この実施例においても、絶縁シート30が液晶構造材料から成っているので、熱伝導性に優れたものとなり、加えて、この絶縁シート30に対して加熱処理を施すことで、絶縁シート30をバスバー25及び冷却器23の双方に融着させて、バスバー25と絶縁シート30との間の空隙Sや、冷却器23と絶縁シート30との間の空隙Sを埋め尽くすようにしているので、半導体モジュール22側から冷却器23への熱伝導性が高められることとなって、運転中における半導体チップ発熱時の半導体チップの温度上昇を低く抑え得ることとなる。
Also in this embodiment, since the insulating
[比較例1]
比較例として、図15に示すように、メソゲン基を含まないポリマー51と、フィラー53とから構成される絶縁シート50を形成し、モータステータ2のステータコア3におけるスロット4にコイル5とともに配置した絶縁シート50に対して加熱処理を施して、モータステータ2を製造した。
[Comparative Example 1]
As a comparative example, as shown in FIG. 15, an insulating
この比較例では、絶縁シート50が液晶構造材料を含んでいないので、上記実施例1〜5の絶縁シート10と比べて熱伝導率が低いうえ、スロット4の内壁面4aを形成する複数枚の電磁鉄板8の各端部8aと絶縁シート50との間には空隙Sが残ってしまい、その結果、上記実施例1〜5と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
[比較例2]
他の比較例として、図16に示すように、メソゲン基を含まない熱軟化性ポリマー51Aと、フィラー53とから構成される絶縁シート50Aを形成し、モータステータ2のステータコア3におけるスロット4にコイル5とともに配置した絶縁シート50Aに対して加熱処理を施して、モータステータ2を製造した。
[Comparative Example 2]
As another comparative example, as shown in FIG. 16, an insulating
この比較例では、絶縁シート50Aが熱軟化性ポリマー51Aを含んでいるので、加熱処理によってスロット4の内壁面4aを形成する複数枚の電磁鉄板8の各端部8aと絶縁シート50Aとの間の空隙Sは排除されるものの、絶縁シート50Aが液晶構造材料を含んでいないので、上記実施例1〜5の絶縁シート10と比べて熱伝導率が低く、その結果、上記実施例1〜5と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
[比較例3]
さらに他の比較例として、図17に示すように、メソゲン基を含む液晶ポリマー51Bと、フィラー53とから構成される絶縁シート50Bを形成し、モータステータ2のステータコア3におけるスロット4にコイル5とともに配置した絶縁シート50Bに対して加熱処理を施して、モータステータ2を製造した。
[Comparative Example 3]
As another comparative example, as shown in FIG. 17, an insulating
この比較例では、絶縁シート50Bが液晶モノマーを含んでいないので、加熱処理した際に軟化し難く、スロット4の内壁面4aを形成する複数枚の電磁鉄板8の各端部8aと絶縁シート50Bとの間には空隙Sが残ってしまい、その結果、上記実施例1〜5と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
[比較例4]
さらに他の比較例として、図18に示すように、メソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマー52Cと、フィラー53とから構成される絶縁シート50Cを形成した。
[Comparative Example 4]
As yet another comparative example, as shown in FIG. 18, an insulating
この比較例では、絶縁シート50Cがポリマー成分を含んでいないので、上記実施例1〜5の絶縁シート10と比べて製膜性が悪く、製膜時のハンドリングが劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
[比較例5]
さらに他の比較例として、図19に示すように、メソゲン基を含まないポリマー61と、フィラー63とから構成される絶縁シート60を形成し、半導体装置21の半導体モジュール22側のバスバー25と冷却器23との間に配置した絶縁シート60に対して加熱処理を施して、バスバー25に冷却器23を組み付けた。
[Comparative Example 5]
As another comparative example, as shown in FIG. 19, an insulating
この比較例では、絶縁シート60が液晶構造材料を含んでいないので、上記実施例6〜10の絶縁シート30と比べて熱伝導率が低いうえ、バスバー25と絶縁シート60との間や、冷却器23と絶縁シート60との間には空隙Sが残ってしまい、その結果、上記実施例6〜10と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
[比較例6]
他の比較例として、図20に示すように、メソゲン基を含まない熱軟化性ポリマー61Aと、フィラー63とから構成される絶縁シート60Aを形成し、半導体装置21の半導体モジュール22側のバスバー25と冷却器23との間に配置した絶縁シート60に対して加熱処理を施して、バスバー25に冷却器23を組み付けた。
[Comparative Example 6]
As another comparative example, as shown in FIG. 20, an insulating
この比較例では、絶縁シート60Aが熱軟化性ポリマー61Aを含んでいるので、加熱処理によって、バスバー25と絶縁シート60との間や、冷却器23と絶縁シート60との間の空隙Sは排除されるものの、絶縁シート60Aが液晶構造材料を含んでいないので、上記実施例6〜10の絶縁シート30と比べて熱伝導率が低く、その結果、上記実施例6〜10と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating sheet 60A contains the
[比較例7]
さらに他の比較例として、図21に示すように、メソゲン基を含む液晶ポリマー61Bと、フィラー63とから構成される絶縁シート60Bを形成し、半導体装置21の半導体モジュール22側のバスバー25と冷却器23との間に配置した絶縁シート60に対して加熱処理を施して、バスバー25に冷却器23を組み付けた。
[Comparative Example 7]
As another comparative example, as shown in FIG. 21, an insulating
この比較例では、絶縁シート60Bが液晶モノマーを含んでいないので、加熱処理した際に軟化し難く、バスバー25と絶縁シート60との間や、冷却器23と絶縁シート60との間の空隙Sが残ってしまい、その結果、上記実施例6〜10と比べての熱伝導性能が劣ってしまう。
In this comparative example, since the insulating
上記した実施例では、本発明の絶縁材をモータステータ、特に分布巻き方式のモータステータや、半導体装置に適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、集中巻き方式のモータステータに適用することができるほか、モータや半導体装置以外の電気機器や電子機器における発熱体周りにも適用することができ、例えば、電気機器のコイル周りに配置して、コイルと端子との間の空隙を埋めつつ絶縁性及び熱伝導性を確保するように成すことが可能である。 In the above-described embodiments, the insulating material of the present invention is applied to a motor stator, particularly a distributed winding motor stator or a semiconductor device. However, the present invention is not limited to this, and a concentrated winding motor stator. In addition to motors and semiconductor devices, it can also be applied around heating elements in electrical equipment and electronic equipment. For example, it is placed around a coil of electrical equipment, and between the coil and the terminal. It is possible to ensure insulation and thermal conductivity while filling the gap.
1 モータ
2 ステータ
3 ステータコア
4 スロット
5 コイル
10,30 絶縁シート(絶縁材)
11,31 液晶ポリマー
12,32 液晶モノマー
13,33 フィラー
20 半導体装置
22 半導体モジュール
23 冷却器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11, 31
Claims (11)
モータステータのステータコアに設けたスロットに上記絶縁材及びコイルを配置し、
ステータコア及びコイルの双方に絶縁材を融着させたことを特徴とするモータステータ。 A motor using an insulating material containing a polymer and a monomer, the insulating material containing 50 to 500 parts by weight of a liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in the molecule with respect to 100 parts by weight of a liquid crystal polymer containing a mesogenic group A stator,
The insulating material and the coil are arranged in a slot provided in the stator core of the motor stator,
A motor stator, wherein an insulating material is fused to both the stator core and the coil .
半導体装置の半導体モジュールと冷却器との間に上記絶縁材を配置した後、加熱処理して半導体モジュール及び冷却器の双方に絶縁材を融着させることを特徴とする半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法。 An insulating material containing a polymer and a monomer, wherein an insulating material containing 50 to 500 parts by weight of a liquid crystal monomer containing a mesogenic group and a polymerizable group in the molecule is used for 100 parts by weight of a liquid crystal polymer containing a mesogenic group . When assembling between the semiconductor module and the cooler,
Assembling the insulating material to the semiconductor device, wherein the insulating material is disposed between the semiconductor module and the cooler of the semiconductor device, and then the heat treatment is performed to fuse the insulating material to both the semiconductor module and the cooler. Method.
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