特許ウォッチ

公開番号2024044502
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-02
出願番号2022150062
出願日2022-09-21
発明の名称窒化アルミニウム焼結基板、その製造方法および電子回路用絶縁基板
出願人株式会社トクヤマ,DOWAメタルテック株式会社
代理人個人
主分類C04B 35/582 20060101AFI20240326BHJP(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】窒化アルミニウム焼結基板を用いた電子回路用絶縁基板の耐部分放電性を向上させる。
【解決手段】窒化アルミニウム粒子の焼結体の中に、窒化ホウ素粒子が散在している焼結構造体からなり、前記焼結構造体の破断面を観察した反射電子像において、窒化ホウ素粒子の表面が現れている領域の面積率が1.0～5.0%であり、窒化ホウ素粒子の表面が現れている1つの領域の輪郭の内部を1つのBNドメインと言うとき、BNドメインの長径/短径の平均値である平均アスペクト比が6.0以下である、窒化アルミニウム焼結基板。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
窒化アルミニウム粒子の焼結体の中に、窒化ホウ素粒子が散在している焼結構造体からなり、前記焼結構造体の破断面を観察した反射電子像において、窒化ホウ素粒子の表面が現れている領域の面積率が１.０～５.０％であり、窒化ホウ素粒子の表面が現れている１つの領域の輪郭の内部を１つのＢＮドメインと言うとき、ＢＮドメインの長径／短径の平均値である平均アスペクト比が６.０以下である、窒化アルミニウム焼結基板。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記ＢＮドメインの長径による平均径が１.０～５.０μｍである、請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結基板。
【請求項３】
前記焼結構造体は、窒化アルミニウム粒子の焼結体の中に、前記窒化ホウ素粒子に加えて更にイットリウム含有酸化物粒子が散在しているものである、請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結基板。
【請求項４】
窒化アルミニウム粉末１００質量部に対し、粒子の長径／短径の平均値である平均アスペクト比が６.０以下である窒化ホウ素粉末を０.５～５.０質量部の割合で配合した原料粉の混練物を、シート状に成形して、原料粉シートを得る工程と、
前記原料粉シートを１７００～１９００℃で焼成する工程と、
を含む窒化アルミニウム焼結基板の製造方法。
【請求項５】
前記窒化ホウ素粉末は、レーザー回折・散乱法による体積基準の粒度分布における累積５０％粒子径Ｄ５０が０.５～５.０μｍである、請求項４に記載の窒化アルミニウム焼結基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム焼結基板の少なくとも一方の面に銅または銅合金の導電層が形成されている電子回路用絶縁基板。
【請求項７】
前記窒化アルミニウム焼結基板の厚さが０.１～３.０ｍｍである、請求項６に記載の電子回路用絶縁基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を搭載する電子回路用絶縁基板として有用な窒化アルミニウム焼結基板、およびその製造方法に関する。また、その焼結基板を用いた電子回路用絶縁基板に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム焼結基板は熱伝導性が良好であり、電子回路用絶縁基板として広く利用されている。窒化アルミニウム焼結基板の製造過程では、製造性向上や絶縁基板の特性向上などを意図して、添加物質を混合することがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、誘電率を低減する目的で窒化アルミニウム粉末に金属ボロンや窒化ホウ素（ＢＮ）を添加して焼結体を作製する技術が開示されている。その実施例２には窒化ホウ素をホウ素換算で５.０重量％添加することが記載されている。この場合、窒化ホウ素（ＢＮ）としての添加量は１０質量％を超える量となる。
【０００４】
特許文献２には、窒化ホウ素または酸化物を含有する窒化アルミニウムからなる高熱伝導性セラミック担体が記載されている。その実施例の例１には、窒化アルミニウム９９重量％と窒化ホウ素１重量％とからなる粉末混合物を素材に用いて焼結させた担体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平４－１４４９６７号公報
特開昭５９－１３１５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高電圧機器では、電極と絶縁体の境界部分や絶縁体内部の欠陥部分など、電界が集中する箇所で部分放電が生じやすい。部分放電の発生を長期間放置すると、部分放電の強度と頻度が徐々に増加して部材の損傷や絶縁破壊に繋がる恐れがある。一般に部分放電は発電機、電力変圧器、送電線、電力ケーブルなどの高電圧コンポーネントで問題となりやすいが、高耐圧のパワーモジュールでも対策が必要である。パワーモジュールでは、半導体素子を搭載する電子回路用絶縁基板として、部分放電の強度と頻度を低く抑えることができる特性（以下この特性を「耐部分放電性」という。）に優れるものを適用することが望まれる。
【０００７】
図１に、半導体素子を搭載する電子回路用絶縁基板の端部付近の断面構造を模式的に例示する。窒化アルミニウム焼結体などからなるセラミックス板１の一方の面に、銅系あるいはアルミニウム系材料からなる回路用金属部材２が接合されている。セラミックス板１の他方の面には、必要に応じて銅系あるいはアルミニウム系材料からなる放熱用金属部材３が接合されている。この例では、セラミックス板１、回路用金属部材２、放熱用金属部材３によって電子回路用絶縁基板１０が構成されている。このような基板の場合、セラミックス板１と回路用金属部材２の接合界面端部２０の部位、およびセラミックス板１と放熱用金属部材３の接合界面端部３０の部位に電界が集中しやすい。主としてこれらの電界集中部位を起点としてコロナ放電による部分放電が発生する。
【０００８】
窒化アルミニウム焼結基板は、優れた絶縁性と熱伝導性が要求されるパワーモジュール等の絶縁基板として有用である。今後は電子機器の性能向上に対応すべく、電子回路用絶縁基板にとっては、耐部分放電性の向上も重要となってくる。特許文献１、２には上述のように窒化ホウ素等の添加物質を使用して窒化アルミニウム焼結基板の誘電率や熱伝導性を改善する技術が開示されている。しかし、これらの開示技術では、耐部分放電性を改善することはできない。本発明は、窒化アルミニウム焼結基板を用いた電子回路用絶縁基板の耐部分放電性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは研究の結果、窒化アルミニウム焼結体の中に窒化ホウ素粒子を特定の形態で散在させることにより、その窒化アルミニウム焼結体を用いた電子回路用絶縁基板の耐部分放電性を向上させることが可能になることを見出した。この知見に基づき、本明細書では以下の発明を開示する。
【００１０】
［１］窒化アルミニウム粒子の焼結体の中に、窒化ホウ素粒子が散在している焼結構造体からなり、前記焼結構造体の破断面を観察した反射電子像において、窒化ホウ素粒子の表面が現れている領域の面積率が１.０～５.０％であり、窒化ホウ素粒子の表面が現れている１つの領域の輪郭の内部を１つのＢＮドメインと言うとき、ＢＮドメインの長径／短径の平均値である平均アスペクト比が６.０以下である、窒化アルミニウム焼結基板。
［２］前記ＢＮドメインの長径による平均径が１.０～５.０μｍである、上記［１］に記載の窒化アルミニウム焼結基板。
［３］前記焼結構造体は、窒化アルミニウム粒子の焼結体の中に、前記窒化ホウ素粒子に加えて更にイットリウム含有酸化物粒子が散在しているものである、上記［１］または［２］に記載の窒化アルミニウム焼結基板。
［４］窒化アルミニウム粉末１００質量部に対し、粒子の長径／短径の平均値である平均アスペクト比が６.０以下である窒化ホウ素粉末を０.５～５.０質量部の割合で配合した原料粉の混練物を、シート状に成形して、原料粉シートを得る工程と、
前記原料粉シートを１７００～１９００℃で焼成する工程と、
を含む窒化アルミニウム焼結基板の製造方法。
［５］前記窒化ホウ素粉末は、レーザー回折・散乱法による体積基準の粒度分布における累積５０％粒子径Ｄ５０が０.５～５.０μｍである、上記［４］に記載の窒化アルミニウム焼結基板の製造方法。
［６］上記［１］～［３］のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結基板の少なくとも一方の面に銅または銅合金の導電層が形成されている電子回路用絶縁基板。
［７］前記窒化アルミニウム焼結基板の厚さが０.１～３.０ｍｍである、上記［６］に記載の電子回路用絶縁基板。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許