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公開番号2025124397
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024020414
出願日2024-02-14
発明の名称窒化ケイ素焼結体及びその製造方法、並びに回路基板及びその製造方法
出願人デンカ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C04B 35/587 20060101AFI20250819BHJP(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】高い熱伝導率を有する窒化ケイ素焼結体を提供すること。
【解決手段】X線回折測定した際に検出されるYMgSi₂O₅Nの結晶相を示すピーク強度の最大値をI₁、Y₈SiN₄O₁₄の結晶相を示すピーク強度の最大値をI₂、Y₂Si₃N₄O₃の結晶相を示すピーク強度の最大値をI₃、及び窒化ケイ素の結晶相を示すピーク強度の最大値をI₀としたとき、下記式(1)を満たし、マグネシウムのMgO換算の含有量が1.25質量%以上である、窒化ケイ素焼結体を提供する。
I₁/(I₁+I₂+I₃+I₀)×100≦5 (1)
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
Ｘ線回折測定した際に検出されるＹＭｇＳｉ
２
Ｏ
５
Ｎの結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
１
、Ｙ
８
ＳｉＮ
４
Ｏ
１４
の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
２
、Ｙ
２
Ｓｉ
３
Ｎ
４
Ｏ
３
の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
３
、及び窒化ケイ素の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
０
としたとき、下記式（１）を満たし、
マグネシウムのＭｇＯ換算の含有量が１．２５質量％以上である、窒化ケイ素焼結体。
Ｉ
１
／（Ｉ
１
＋Ｉ
２
＋Ｉ
３
＋Ｉ
０
）×１００≦５（１）
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記マグネシウムのＭｇＯ換算の含有量が３．０質量％以下である、請求項１に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項３】
切断面におけるボイド率が１．２０％以下である、請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項４】
熱伝導率が９３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、請求項１又は２に記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項５】
窒化ケイ素粉末と、酸化マグネシウム粉末及び酸化イットリウム粉末を含む焼結助剤粉末と、を含む混合原料を調製する調製工程と、
前記混合原料を１７３０℃以上１８００℃未満で焼成する焼成工程と、を含み、
前記混合原料において、前記窒化ケイ素粉末と前記焼結助剤粉末との合計に対する前記酸化マグネシウム粉末の含有量が２．０質量％以上である、窒化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記混合原料において、前記窒化ケイ素粉末と前記焼結助剤粉末との合計に対する前記酸化マグネシウム粉末の含有量が３．５質量％以下である、請求項５に記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記混合原料において、前記窒化ケイ素粉末と前記焼結助剤粉末との合計に対する前記酸化イットリウム粉末の含有量が５．０質量％以下である、請求項５又は６に記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記混合原料において、前記窒化ケイ素粉末と前記焼結助剤粉末との合計に対する二酸化ケイ素粉末の含有量が１．０質量％未満である、請求項５又は６に記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
【請求項９】
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に接合された金属板と、を備える、回路基板。
【請求項１０】
請求項５又は６に記載の製造方法で得られる窒化ケイ素焼結体に金属板を接合する接合工程を有する、回路基板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化ケイ素焼結体及びその製造方法、並びに回路基板及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、モーター等の産業機器、及び電気自動車等の製品には、大電力制御用のパワーモジュールが用いられている。このようなパワーモジュールには、半導体素子から発生する熱を効率的に拡散するとともに、漏れ電流を抑制するため、セラミック板を備える回路基板等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このようなセラミック板に用いられるセラミック焼結体は、通常、セラミック原料粉末を所定形状に成形してセラミック成形体とした後に、セラミック成形体を焼成することで製造される。
【０００３】
セラミック焼結体としては、窒化物、炭化物、硼化物、又は珪化物等で構成されるものが知られている。このようなセラミック焼結体を製造する際には、焼結を促進するため、焼結助剤が用いられる。例えば、特許文献２では、窒化ケイ素焼結基板を製造する際に、Ｓｉ粉末、ＭｇＯ粉末及びＹ
２
Ｏ
３
粉末を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１９／０２２１３３号
国際公開第２０１７／１７０２４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パワーモジュール等の電子部品において、放熱の効率を向上させるため、窒化ケイ素焼結体には高い熱伝導率を有することが求められる。窒化ケイ素を焼結させる際に使用する焼結助剤は、加熱により融解して焼結助剤相を形成する。焼結助剤相は窒化ケイ素粒子の表面を溶解し、表面張力によって収縮してその表面を覆うことで、窒化ケイ素を相転移及び粒成長させる。そのため、使用する焼結助剤の配合及び焼成温度等の焼成条件によって、窒化ケイ素焼結体の内部の構造を制御すれば、窒化ケイ素焼結体の熱伝導率を向上できる可能性がある。そこで、本開示は、高い熱伝導率を有する窒化ケイ素焼結体及びその製造方法を提供する。また、高い熱伝導率を有する窒化ケイ素焼結体を備えた回路基板及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面は、以下の窒化ケイ素焼結体を提供する。
【０００７】
［１］Ｘ線回折測定した際に検出されるＹＭｇＳｉ
２
Ｏ
５
Ｎの結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
１
、Ｙ
８
ＳｉＮ
４
Ｏ
１４
の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
２
、Ｙ
２
Ｓｉ
３
Ｎ
４
Ｏ
３
の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
３
、及び窒化ケイ素の結晶相を示すピーク強度の最大値をＩ
０
としたとき、下記式（１）を満たし、
マグネシウムのＭｇＯ換算の含有量が１．２５質量％以上である、窒化ケイ素焼結体。
Ｉ
１
／（Ｉ
１
＋Ｉ
２
＋Ｉ
３
＋Ｉ
０
）×１００≦５（１）
【０００８】
上記［１］の窒化ケイ素焼結体は、Ｘ線回折測定をした際に検出されるＹＭｇＳｉ
２
Ｏ
５
Ｎの結晶相を示すピーク強度の最大値の割合が、ＹＭｇＳｉ
２
Ｏ
５
Ｎ、Ｙ
８
ＳｉＮ
４
Ｏ
１４
、Ｙ
２
Ｓｉ
３
Ｎ
４
Ｏ
３
、及び窒化ケイ素のピーク強度の最大値の合計に対して５％以下である。また、マグネシウムのＭｇＯ換算の含有量が１．２５質量％以上である。このような窒化ケイ素焼結体は、焼結助剤に由来するＹＭｇＳｉ
２
Ｏ
５
Ｎの結晶相が十分に低減され、アモルファスを形成している。一方で、焼結助剤として使用される酸化マグネシウムは、焼結助剤の他の成分と比較して、低温で溶融する。そのため、酸化マグネシウムをある程度含む窒化ケイ素焼結体は、低温での焼結が促進されている。これにより、内部が緻密化した窒化ケイ素焼結体を得ることができる。このような窒化ケイ素焼結体は、高い熱伝導率を有する。
【０００９】
上記［１］の窒化ケイ素焼結体は、以下の［２］～［４］のいずれか一つであってもよい。
【００１０】
［２］前記マグネシウムのＭｇＯ換算の含有量が３．０質量％以下である、［１］に記載の窒化ケイ素焼結体。
［３］切断面におけるボイド率が１．２０％以下である、［１］又は［２］に記載の窒化ケイ素焼結体。
［４］熱伝導率が９３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、［１］～［３］のいずれか一つに記載の窒化ケイ素焼結体。
（【００１１】以降は省略されています）

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