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公開番号
2025115136
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-08-06
出願番号
2024009502
出願日
2024-01-25
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 20060101AFI20250730BHJP(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、前記窒化ケイ素質粒子はβ型窒化ケイ素を含み、前記粒界相はRe
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相(Reは希土類元素)を含み、θ-2θ法によるX線回折パターンにおいて、2θ=20~80°の範囲における前記β型窒化ケイ素のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35であり、前記Re
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35である。
【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、
前記窒化ケイ素質粒子はβ型窒化ケイ素を含み、
前記粒界相はRe
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相(Reは希土類元素)を含み、
θ-2θ法によるX線回折パターンにおいて、2θ=20~80°の範囲における前記β型窒化ケイ素のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35であり、前記Re
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35であることを特徴とする、窒化ケイ素質焼結体。
続きを表示(約 630 文字)
【請求項2】
更にアルカリ・アルカリ土類金属元素を含み、
前記アルカリ・アルカリ土類金属元素は、Mg,及びCaから選ばれる1種類以上の元素を含み、
前記希土類元素は、Y,La,及びYbから選ばれる1種類以上の元素を含むことを特徴とする、請求項1に記載の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項3】
更に第4族元素を含み、
前記第4族元素は、少なくとも一部が窒素又は炭素を含む化合物を1種類以上形成することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項4】
前記アルカリ・アルカリ土類金属元素を合計で0.3~3.0wt%含有し、
前記希土類元素を合計で1.0~6.5wt%含有することを特徴とする、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700MPa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 1,800 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ことから、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。そのため、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、窒化ケイ素及びサイアロン系焼結体について、複合材料とすることなく単一のまま、超塑性を利用して成形する方法、及びその方法により成形された結体を提供することを目的として、実質的に窒化ケイ素又はサイアロンからなり、添加成分として焼結助剤のみを含むセラミックスであって、成形時の引張又は圧縮軸方向に平行な向きにおける成形後の焼結体の2次元断面上の組織の配向度が、Saltykovが定義した手法により5~80%の範囲にあり、且つ当該2次元断面における引張軸方向に平行又は圧縮軸方向に垂直な50μm長さに対する結晶粒の線密度が80~200であることを特徴とする窒化ケイ素系又はサイアロン系のセラミックスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第3624225号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、パワーモジュールの高温化に伴い、窒化ケイ素基板には高い熱伝導による放熱性向上と、熱応力に耐えられる高い強度の両立が求められている。特許文献1に記載されている窒化ケイ素系又はサイアロン系のセラミックスのように窒化ケイ素の結晶を一定の方向に配向させる場合、例えば、基板平面に平行な方向にβ型窒化ケイ素をc軸配向させることにより、強度を向上させることが出来るが、基板平面に垂直な方向にはc軸に対して低熱伝導なa軸配向となり、垂直方向の熱伝導率が低下してしまう。
【0006】
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、高い熱伝導率と高強度を両立させるために、新たな技術が必要とされていた。
【0007】
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】
【0008】
(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、前記窒化ケイ素質粒子はβ型窒化ケイ素を含み、前記粒界相はRe
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相(Reは希土類元素)を含み、θ-2θ法によるX線回折パターンにおいて、2θ=20~80°の範囲における前記β型窒化ケイ素のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35であり、前記Re
2
Si
3
O
3
N
4
型結晶相のロットゲーリングファクタf(hk0)は0.01~0.35である。
【0009】
(2)また、上記(1)の適用例の窒化ケイ素質焼結体において、更にアルカリ・アルカリ土類金属元素を含み、前記アルカリ・アルカリ土類金属元素は、Mg,及びCaから選ばれる1種類以上の元素を含み、前記希土類元素は、Y,La,及びYbから選ばれる1種類以上の元素を含む。
【0010】
(3)また、上記(1)または(2)の適用例の窒化ケイ素質焼結体において、更に第4族元素を含み、前記第4族元素は、少なくとも一部が窒素又は炭素を含む化合物を1種類以上形成する。
(【0011】以降は省略されています)
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