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公開番号2025002004
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023101867
出願日2023-06-21
発明の名称セラミックス基板、パワーモジュール及び窒化アルミニウム焼結体
出願人株式会社U-MAP
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 35/581 20060101AFI20241226BHJP(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】熱伝導率及び破壊靭性に加えて、曲げ強度を向上させたセラミックス基板を提供する。
【解決手段】ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体及び粒子状窒化アルミニウムを焼結してなる窒化アルミニウム焼結体から構成されたセラミックス基板であって、当該焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の最大短径が焼結体の組織画像において15.0μm以下であることを特徴とするセラミックス基板である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体及び粒子状窒化アルミニウムを焼結してなる窒化アルミニウム焼結体から構成されたセラミックス基板であって、当該焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の最大短径が焼結体の組織画像において１５．０μｍ以下であることを特徴とするセラミックス基板。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記焼結体中に存在する空隙は、それぞれのサイズについて、焼結体の組織画像における当該空隙の外周上の２点を結ぶ直線の最長距離が２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項３】
前記セラミックス基板の熱伝導率が１７５～１８３Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項４】
前記セラミックス基板の破壊靭性が、ＳＥＰＢ法における少なくともある１つの破壊の方向において４．２～５．８ＭＰａ・ｍ
１／２
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項５】
前記セラミックス基板の曲げ強度が３０６～３４４ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項６】
前記セラミックス基板は、熱伝導率が１７５～１８３Ｗ／ｍＫであり、破壊靭性がＳＥＰＢ法における少なくともある１つの破壊の方向において４．２～５．８ＭＰａ・ｍ
１／２
を満たし、曲げ強度が３０６～３４４ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項７】
前記セラミックス基板に含まれる酸素量が２．８質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス基板。
【請求項８】
請求項１～７のいずれか一項に記載のセラミックス基板を備えるパワーモジュール。
【請求項９】
ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体及び粒子状窒化アルミニウムを焼結してなる窒化アルミニウム焼結体であって、当該焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の最大短径が焼結体の組織画像において１５．０μｍ以下であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス基板、パワーモジュール及び窒化アルミニウム焼結体に関し、特には、熱伝導率、破壊靭性及び曲げ強度に優れたセラミックス基板に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車、自動運転車、鉄道、工作機械、データセンター、高輝度ＬＥＤなどの電力制御やモーター制御を行う制御モジュールは、高電圧が印加されるモジュールであり、その基板としてセラミックス基板が用いられている。
【０００３】
このような制御モジュールのセラミックス基板として窒化ケイ素焼結体や窒化アルミニウム焼結体を用いることが広く知られている。一方で、窒化ケイ素焼結体をセラミックス基板に用いた場合、そのセラミックス基板は熱伝導率が低いという課題があった。また、窒化アルミニウム焼結体をセラミックス基板に用いた場合、そのセラミックス基板は、熱伝導率に優れるものの、破壊靭性が低下するという課題があった。
【０００４】
国際公開第２０２２／０３０６３７号（特許文献１）では、窒化アルミニウム焼結体からなるセラミックス基板について、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を用いたことによって、熱伝導率と機械特性（破壊靭性）を両立したセラミックス基板を提供できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２２／０３０６３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を用いたセラミックス基板について研究を進めたところ、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を用いたセラミックス基板は、破壊靭性に優れるものであったが、曲げ強度が低くなる傾向にあり、セラミックス基板の機械強度について改善の余地があることが分かった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、熱伝導率及び破壊靭性に加えて、曲げ強度を向上させたセラミックス基板を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかるセラミックス基材を用いたパワーモジュール及びかかるセラミックス基板に適した窒化アルミニウム焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、まず、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を使用しない窒化アルミニウム焼結体と、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を用いた窒化アルミニウム焼結体の組織を観察したところ、同一条件で焼成したにもかかわらず、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を用いた窒化アルミニウム焼結体は、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を使用しない窒化アルミニウム焼結体に比べて、その組織画像に大きな粒子が多数存在していることが分かった。
【０００９】
焼結における液相を介した窒化アルミニウムの成長プロセスでは、窒化アルミニウムの粒子は溶解析出を繰り返して成長していく。その際、粒子の曲率半径が小さいものほど溶解しやすく、一方で、曲率半径が大きいものほど成長しやすい（これはオストワルド成長として知られる現象である）。このため、母材である粒子状窒化アルミニウムにファイバー状窒化アルミニウム単結晶体を添加した材料の焼結を行うと、時間の経過とともに、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体が選択的に成長し、かつ、粒子状窒化アルミニウムの小さな粒子が助剤相中に溶解することとなり、窒化アルミニウム焼結体の組織には大きな粒子（即ちファイバー状窒化アルミニウム単結晶体をベースとする粒子）が多く現れるものと考えられる。
【００１０】
そこで、本発明者は、更に検討を進めたところ、ファイバー状窒化アルミニウム単結晶体及び粒子状窒化アルミニウムを用いて窒化アルミニウム焼結体を製造する際に、得られる焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の最大短径が１５．０μｍ以下の範囲内となるように調整することによって、曲げ強度を向上できることを見出した。また、本発明者は、窒化アルミニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の最大短径を上記特定した範囲内に調整した場合であっても、熱伝導率及び破壊靭性は影響を受けず又は影響を受けたとしてもその程度は小さく、高熱伝導率及び高破壊靭性を維持できたことから、熱伝導率、破壊靭性及び曲げ強度に優れた窒化アルミニウム焼結体及びセラミックス基板を提供できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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