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公開番号2025084167
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023197832
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】高い熱伝導率と高強度を両立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。
【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、前記窒化ケイ素質焼結体の断面において、前記粒界相の面積は、全体の面積に対し1%以上10%以下の範囲にあり、前記粒界相は非晶質領域Aと結晶質領域Cから成り、前記粒界相の面積に対する前記結晶質領域Cの面積比C/(A+C)×100は20%以上70%以下の範囲にあり、前記結晶質領域Cを形成する結晶相は、少なくともM相、J相、モノシリケート相、ダイシリケート相の内の一つ以上を含む。
【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、
前記窒化ケイ素質焼結体の断面において、前記粒界相の面積は、全体の面積に対し１％以上１０％以下の範囲にあり、
前記粒界相は非晶質領域Ａと結晶質領域Ｃから成り、前記粒界相の面積に対する前記結晶質領域Ｃの面積比Ｃ／（Ａ＋Ｃ）×１００は２０％以上７０％以下の範囲にあり、
前記結晶質領域Ｃを形成する結晶相は、少なくともＭ相、Ｊ相、モノシリケート相、ダイシリケート相の内の一つ以上を含むことを特徴とする、窒化ケイ素質焼結体。
続きを表示（約 340 文字）【請求項２】
Ａｌの含有量が０ｐｐｍより大きく６５０ｐｐｍ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】
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４】
熱伝導率が８５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の窒化ケイ素質放熱基板。
【請求項５】
曲げ強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の窒化ケイ素質放熱基板。
【請求項６】
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３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、ＭｇとＣｅの酸化物をＭｇＯとＣｅＯ
２
換算で重量比５：４～４：１の範囲で両者を合計で５～１５重量％含み、残部が窒化ケイ素よりなる窒化ケイ素セラミックスで、窒化ケイ素結晶粒が短軸径１μｍ以下の針状粒で粒界が非晶質であり、気孔率が０．５％以下であることを特徴とする窒化ケイ素セラミックス材料が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、窒化ケイ素と、焼結助剤で形成される粒界相とからなる窒化ケイ素焼結体であって、前記粒界相がアモルファス構造である窒化ケイ素焼結体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平７－２６７７３５号公報
特開２０２２－１６６４４４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または特許文献２に記載されている窒化ケイ素焼結体は、窒化ケイ素粒子と粒界相から成る焼結体に関するものであり、粒界相が主に非晶質で構成される。この狙いは強度の向上であり、粒界の強化やボイドを非晶質が充填するなどのメカニズムにより、強度は少なくとも６００ＭＰａ以上となることが記載されている。
【０００７】
窒化ケイ素は、理論熱伝導値が２００Ｗ／ｍＫを超える報告があるなど、高熱伝導材料である。窒化ケイ素材料の熱伝導率が高い程、放熱性は良くなる。一方、一般的に非晶質相の熱伝導率は低く、高々１Ｗ／ｍＫ程度であると云われる。特許文献１または特許文献２記載の技術のように、粒界相が非晶質に占められる場合、窒化ケイ素材料の熱伝導率は低下するため、放熱基板として満足な放熱特性を発揮できないと考えられる。
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究の結果、粒界相を含む窒化ケイ素質焼結体であっても、粒界相の面積率及び粒界相中の結晶質領域の面積比を所定の範囲にしつつ、結晶質領域を構成する結晶に特定の結晶が含まれるように調整することで、高い熱伝導率と高強度を両立した窒化ケイ素質焼結体が得られることを発見し、本発明を完成させた。
【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、高い熱伝導率と高強度を両立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、前記窒化ケイ素質焼結体の断面において、前記粒界相の面積は、全体の面積に対し１％以上１０％以下の範囲にあり、前記粒界相は非晶質領域Ａと結晶質領域Ｃから成り、前記粒界相の面積に対する前記結晶質領域Ｃの面積比Ｃ／（Ａ＋Ｃ）×１００は２０％以上７０％以下の範囲にあり、前記結晶質領域Ｃを形成する結晶相は、少なくともＭ相、Ｊ相、モノシリケート相、ダイシリケート相の内の一つ以上を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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