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公開番号2025089541
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2025055017,2023536339
出願日2025-03-28,2023-02-13
発明の名称窒化ケイ素焼結体、および、電子部品搭載用基板
出願人株式会社MARUWA
代理人弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所
主分類C04B 35/587 20060101AFI20250605BHJP(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】β型窒化ケイ素(β-Si₃N₄)粒子の配向を制御し、熱伝導性能をより一層改善した窒化ケイ素焼結体を提供する
【解決手段】窒化ケイ素焼結体は、β型窒化ケイ素粒子を含む基板を成し、基板を平面に対して垂直に切断した断面を撮影した断面写真において、200,000μm²の領域中に、長軸が50μm以上であるβ型窒化ケイ素粒子が10個以上含まれる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
β型窒化ケイ素粒子を含む基板を成し、
基板を平面に対して垂直に切断した断面を撮影した断面写真において、２００，０００μｍ
２
の領域中に、長軸が５０μｍ以上であるβ型窒化ケイ素粒子が１０個以上含まれることを特徴とする窒化ケイ素焼結体。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
β型窒化ケイ素粒子を含む基板を成し、
基板を平面に対して垂直に切断した断面を撮影した断面写真において、２００，０００μｍ
２
の領域中に、長軸が５０μｍ以上、かつ、基板表面の法線に対する傾斜角が４５度以下であるβ型窒化ケイ素粒子が７個以上含まれることを特徴とする窒化ケイ素焼結体。
【請求項３】
β型窒化ケイ素の（１０１）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ
１０１
と、β型窒化ケイ素の（２１０）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ
２１０
との強度比Ｉ
１０１
／Ｉ
２１０
が、１．５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項４】
基板表面の粗さを示す算術平均高さＳａが０．８μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項５】
基板厚み方向の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体と、前記窒化ケイ素焼結体の表面にろう接された金属板と、を備えることを特徴とする電子部品搭載用基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ケイ素焼結体、および、窒化ケイ素焼結体を製造する方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や半導体デバイスの高密度化、高出力化に伴い、パワーモジュールの発熱密度が増加している。パワーモジュールの温度上昇は、素子の動作不良を引き起こしたり、絶縁回路基板の割れを引き起こしたりする要因となる。そのため、絶縁回路基板には、比較的に熱伝導率が高い材料であるアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミック基板が用いられてきた。しかしながら、アルミナや窒化アルミニウムには、機械的強度が低いという欠点が存在する。それ故、熱応力が強くかかる厚銅をセラミック基板へ直接接合することが出来ず、パワーモジュールの構造に制約を与えてきた。具体的には、銅やアルミニウムなどの放熱板を絶縁回路基板に対して、はんだ接合する必要が生じることから、パワーモジュールが大型化することが問題として挙げられる。そこで、絶縁回路基板として注目されているのが窒化ケイ素（Ｓｉ
３
Ｎ
４
）材料である。窒化ケイ素焼結体は、アルミナや窒化アルミニウム焼結体と比較して強度や破壊靭性が高いことから、絶縁回路基板へ直接厚銅を接合することが可能となり、モジュールの小型化に貢献する。そのため、機械的強度とともに熱伝導性能を改良した窒化ケイ素焼結体の開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、機械的特性および熱伝導性能を改良した窒化ケイ素質焼結体基板の製造方法を開示する。この製造方法では、Ａｌ含有量が０．１重量％以下の窒化ケイ素粉末に、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂのうちから選ばれる１種または２種以上の元素の焼結助剤を１重量％以上１５重量％以下の範囲内で添加して成形した後、１気圧以上５００気圧以下の窒素ガス圧下で、１７００℃以上２３００℃以下の温度で焼成する。該製造方法によって得られた窒化ケイ素質焼結体基板は、８５重量％以上９９重量％以下のβ型窒化ケイ素粒と残部が酸化物または酸窒化物の粒界相とから構成される。また、粒界相中にＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂのうちから選ばれる１種または２種以上の金属元素を０．５重量％以上１０重量％以下含有する。そして、粒界相中のＡｌ原子含有量が１重量％以下であり、気孔率が５％以下でかつ焼結体の微構造についてβ型窒化ケイ素粒のうち短軸径５μｍ以上を持つものの割合が１０体積％以上６０体積％以下である。すなわち、高熱伝導性の窒化ケイ素焼結体基板を得るためには焼結助剤として希土類化合物や酸化マグネシウムを加え、それらの混合比や添加量によって熱伝導率や機械的強度を向上できることが知られている。
【０００４】
特許文献２は、β型窒化ケイ素（β－Ｓｉ
３
Ｎ
４
）粒子の配向度を制御することにより、熱伝導率および機械的強度を実現した窒化ケイ素質焼結体基板およびその製造方法を開示する。特許文献２では、７％以下のβ型窒化ケイ素を含む窒化ケイ素粉末を原料として用いるとともに、スラリーの粘度を１３０００ｃｐｓ以上に調整した上でシート成形体を形成したことにより、当該製造方法による窒化ケイ素焼結体基板のβ型窒化ケイ素粒子の結晶構造の（１０１）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ
１０１
とβ型窒化ケイ素の（２１０）面のＸ線回折ピークの強度Ｉ
２１０
との強度比Ｉ
１０１
／Ｉ
２１０
をより１に近付けるように制御したものである。その結果、窒化ケイ素焼結体基板の基板平面に平行な第１方向の破壊靱性値Ｋ
Ｃ１
が第１方向に垂直な第２方向の破壊靱性値Ｋ
Ｃ２
に対して相対的に低下することを抑え、両方向において等方的な破壊靱性を有する窒化ケイ素焼結体基板が得られた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平９－３０８６６号公報
特開２０１９－５２０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、従来の窒化ケイ素焼結体に対し、その製造方法を見直すとともに、β型窒化ケイ素（β－Ｓｉ
３
Ｎ
４
）粒子の配向度のさらなる制御に着目して、β型窒化ケイ素粒子の基板厚み方向の熱伝導性能をより一層改善することを課題とした。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、その目的は、β型窒化ケイ素（β－Ｓｉ
３
Ｎ
４
）粒子の配向を制御し、基板厚み方向の熱伝導性能をより一層改善した窒化ケイ素焼結体、および、窒化ケイ素焼結体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態の窒化ケイ素焼結体は、β型窒化ケイ素粒子を含む基板を成し、基板平面におけるβ型窒化ケイ素粒子の（ｈｋ０）面の配向度を示すロットゲーリングファクタｆ（ｈｋ０）が負の値となることを特徴とする。
【０００９】
本発明のさらなる形態の窒化ケイ素焼結体は、より好適には、基板厚み方向の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明のさらなる形態の窒化ケイ素焼結体は、より好適には、厚み方向に対して垂直な破壊靱性値Ｋ
Ｃ１
および厚み方向の破壊靱性値Ｋ
Ｃ２
を有し、Ｋ
Ｃ１
／Ｋ
Ｃ２
が０．８５以上であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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