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公開番号2025084165
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023197830
出願日2023-11-22
発明の名称窒化ケイ素質焼結体、および窒化ケイ素質放熱基板
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人弁理士法人プロスペック特許事務所
主分類C04B 35/587 20060101AFI20250527BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】高い熱伝導率を維持しつつ、より高強度化をした窒化ケイ素質焼結体及び窒化ケイ素質放熱基板を提供する。
【解決手段】窒化ケイ素質粒子と前記窒化ケイ素質粒子を取り囲む粒界相から主に成る窒化ケイ素質焼結体であって、少なくとも希土類元素を合計で1.0～7.5wt%、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素を合計で0.25～2.0wt%、Fe,Ni,CoおよびAlから選ばれる1種類以上の元素を合計で0.010～0.30wt%、4族元素を合計で0.30～3.0wt%含有し、前記4族元素は、少なくとも一部が窒素または炭素の少なくとも一方を含む化合物を1種類以上形成し、前記化合物を合計で0.30～3.0wt%含有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒化ケイ素質粒子と前記窒化ケイ素質粒子を取り囲む粒界相から主に成る窒化ケイ素質焼結体であって、
少なくとも希土類元素を合計で１．０～７．５ｗｔ％、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素を合計で０．２５～２．０ｗｔ％、Ｆｅ，Ｎｉ，ＣｏおよびＡｌから選ばれる１種類以上の元素を合計で０．０１０～０．３０ｗｔ％、４族元素を合計で０．３０～３．０ｗｔ％含有し、
前記４族元素は、少なくとも一部が窒素または炭素の少なくとも一方を含む化合物を１種類以上形成し、前記化合物を合計で０．３０～３．０ｗｔ％含有することを特徴とする、窒化ケイ素質焼結体。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
前記化合物の粒子の平均粒径は、８．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項３】
前記化合物の粒子同士の連結は、３個よりも少ないことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項４】
前記４族元素は、ＺｒおよびＨｆから選ばれる１種類以上の元素を含有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の窒化ケイ素質焼結体からなることを特徴とする、窒化ケイ素質放熱基板。
【請求項６】
曲げ強度が６５０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の窒化ケイ素質放熱基板。
【請求項７】
熱伝導率が８５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の窒化ケイ素質放熱基板。
【請求項８】
前記窒化ケイ素質放熱基板の一方の主面に垂直な方向の厚みは、２２０μｍ以上６９０μｍ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の窒化ケイ素質放熱基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ケイ素質焼結体、および窒化ケイ素質放熱基板に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素は高い熱伝導率と強度を有する事から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＶ（Hybrid Vehicle）に搭載されるインバーター用パワーモジュールの絶縁性放熱基板として注目されている。従来、絶縁性の放熱基板材料としては窒化アルミニウムが多く用いられてきたが、ＥＶなどの大電流用パワーモジュールの場合、２５０℃程度まで高温化し、接合された銅などの金属との熱膨張差から基板に大きな熱応力が発生し、強度の低い窒化アルミニウムはクラックや割れが発生してしまっていた。その為、熱伝導は窒化アルミニウムには劣るものの、一般的な絶縁性セラミックスの中では高熱伝導であり、更に高い強度を有する窒化ケイ素の採用が進んでいる。
【０００３】
特許文献１には、実質的に窒化ケイ素からなり、不純物として含有されるアルミニウムおよび酸素が共に３．５重量％以下であり、密度が３．１５ｇ／ｃｍ＾３以上であって、４０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する窒化ケイ素焼結体が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、酸素、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅの含有量の合計が１５００ｐｐｍ以下であり、短軸径が２μｍ以上である窒化珪素粒子を有することを特徴とする窒化珪素焼結体および、窒化珪素粉末にイットリウムおよび／またはランタノイド族元素の１種以上の酸化物を添加してなる原料粉末を成形後に焼結する窒化珪素焼結体の製造方法であって、Ａｌを３００ｐｐｍ以下、酸素を１重量％以下含有し、α化率が７０％以下である窒化珪素粉末を用いる前記窒化珪素焼結体の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平４－１７５２６８号公報
特開２００１－１９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている窒化ケイ素焼結体は、５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する窒化ケイ素焼結体であり、従来の絶縁性セラミックスの中では高熱伝導であるが、放熱基板として重要な強度の値が不明であった。また、焼成温度２０００℃、保持時間２０ｈｒ、プレス力２００ｋｇ／ｃｍ
２
という工業的に非常に負荷のかかる工程で作製されている点も問題であった。
【０００７】
特許文献２に記載されている製造方法は、材料中の不純物量を低減する事で基板の高熱伝導化を狙っているが、焼結の為に１９００℃で８～４８時間焼成と比較的長時間な焼成が必要なため、粒成長し易く、残留気孔の発生により比較的低強度であった。
【０００８】
このようなことから、パワーデバイスの絶縁性放熱基板として窒化ケイ素焼結体を使用する場合、高い熱伝導率を維持したまま、基板としての信頼性を高めるために、更なる高強度化が必要とされていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高い熱伝導率を維持しつつ、より高強度化をした窒化ケイ素質焼結体および窒化ケイ素質放熱基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の窒化ケイ素質焼結体は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の窒化ケイ素質焼結体は、窒化ケイ素質粒子と前記窒化ケイ素質粒子を取り囲む粒界相から主に成る窒化ケイ素質焼結体であって、少なくとも希土類元素を合計で１．０～７．５ｗｔ％、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素を合計で０．２５～２．０ｗｔ％、Ｆｅ，Ｎｉ，ＣｏおよびＡｌから選ばれる１種類以上の元素を合計で０．０１０～０．３０ｗｔ％、４族元素を合計で０．３０～３．０ｗｔ％含有し、前記４族元素は、少なくとも一部が窒素または炭素の少なくとも一方を含む化合物を１種類以上形成し、前記化合物を合計で０．３０～３．０ｗｔ％含有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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