(57)【要約】【課題】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、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絶縁材を提供する。【解決手段】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重量部含む絶縁シート１０。この絶縁シート１０を用いてモータステータ２を製造するに際して、モータステータ２のステータコア３に設けたスロット４に絶縁シート１０及びコイル５を配置した後、加熱処理してステータコア３及びコイル５の双方に絶縁シート１０を融着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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重量部含むことを特徴とする絶縁材。
【請求項２】
上記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請求項１に記載の絶縁材。
【請求項３】
上記液晶モノマーは、２官能以上の重合性基を含んでいる請求項１又は２に記載の絶縁材。
【請求項４】
上記液晶モノマー及び液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーを有している請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の絶縁材。
【請求項５】
上記フィラーの体積抵抗率を１０１０Ωｃｍ以上とした請求項４に記載の絶縁材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁材を用いてモータステータを製造するに際して、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た後、加熱処理してステータコア及びコイルの双方に絶縁材を融着させることを特徴とするモータステータの製造方法。
【請求項７】
上記加熱処理の際に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請求項６に記載のモータステータの製造方法。
【請求項８】
請求項６及び７のいずれかに記載の製造方法により製造されたモータステータを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載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るに際して、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。
【請求項１０】
上記加熱処理の際に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請求項９に記載の半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法。
【請求項１１】
請求項９及び１０のいずれかに記載の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ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モータステータのステータコアと、このステータコアに設けられたスロットに挿入されるコイルとを絶縁するのに用いられる絶縁材、並びに、絶縁材を用いたモータステータの製造方法及び半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【非特許文献１】「機械工学便覧」社団法人 日本機械学会 発行 昭和６３年５月１５日 Ａ８−４３〜Ａ８−５６
【非特許文献２】「機械工学便覧」社団法人 日本機械学会 発行 昭和６３年５月１５日 Ａ８−６２〜Ａ８−６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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である絶縁材並びに絶縁材を用いたモータステータの製造方法及び半導体装置に対する絶縁材の組み付け方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の絶縁材は、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重量部含む構成としたことを特徴としており、この絶縁材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
［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。
【００４０】
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。
【００４１】
［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。
【００４２】
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。
【００４３】
［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。
【００４４】
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。
【００４５】
［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。
【００４６】
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。
【００４７】
［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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
［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。
【００６０】
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。
【００６１】
［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。
【００６２】
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。
【００６３】
［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。
【００６４】
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。
【００６５】
［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。
【００６６】
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。
【００６７】
［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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
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。
【００７１】
［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。
【００７２】
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。
【００７３】
［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。
【００７４】
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。
【００７５】
［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。
【００７６】
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。
【００７７】
［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。
【００７８】
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。
【００７９】
［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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施例によるモータの軸方向と直交する方向の部分断面説明図（ａ）及びモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図（ｂ）である。（実施例１）
【図２】図１に示したモータのモータステータを製造する際の絶縁シートを加熱処理する前におけるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（実施例１）
【図３】図１に示したモータのステータコアの部分断面説明図である。（実施例１）
【図４】本発明の他の実施例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（実施例２）
【図５】本発明のさらに他の実施例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（実施例３）
【図６】本発明のさらに他の実施例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（実施例４）
【図７】本発明のさらに他の実施例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（実施例５）
【図８】本発明の一実施例による半導体装置を示す断面説明図である。（実施例６）
【図９】図８に示した半導体装置を製造する際の絶縁シートを加熱処理した後の部分拡大断面説明図である。（実施例６）
【図１０】図８に示した半導体装置を製造する際の絶縁シートを加熱処理する前の部分拡大断面説明図である。（実施例６）
【図１１】本発明の他の実施例による半導体装置の部分拡大断面説明図である。（実施例７）
【図１２】本発明のさらに他の実施例による半導体装置の部分拡大断面説明図である。（実施例８）
【図１３】本発明のさらに他の実施例による半導体装置の部分拡大断面説明図である。（実施例９）
【図１４】本発明のさらに他の実施例による半導体装置の部分拡大断面説明図である。（実施例１０）
【図１５】比較例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（比較例１）
【図１６】他の比較例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（比較例２）
【図１７】さらに他の比較例によるモータの軸方向に沿う方向の部分断面説明図である。（比較例３）
【図１８】さらに他の比較例による絶縁材の部分拡大断面説明図である。（比較例４）
【図１９】比較例による半導体装置の部分断面説明図である。（比較例５）
【図２０】他の比較例による半導体装置の部分断面説明図である。（比較例６）
【図２１】さらに他の比較例による半導体装置の部分断面説明図である。（比較例７）
【符号の説明】
【００８３】
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
【図１】
2008108756.tif 000003
【図２】
2008108756.tif 000004
【図３】
2008108756.tif 000005
【図４】
2008108756.tif 000006
【図５】
2008108756.tif 000007
【図６】
2008108756.tif 000008
【図７】
2008108756.tif 000009
【図８】
2008108756.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008108756.tif 000012
【図１１】
2008108756.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2008108756.tif 000015
【図１４】
2008108756.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008108756.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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