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公開番号2025050340
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023159066
出願日2023-09-22
発明の名称窒化珪素基板およびその製造方法
出願人株式会社プロテリアル
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類C04B 35/587 20060101AFI20250327BHJP(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】絶縁基板の性能を向上する。
【解決手段】窒化珪素基板は、複数の窒化珪素粒子と、複数の窒化珪素粒子の間に存在する粒界相と、を備える。窒化珪素基板の密度は、3.15g/cm³以上である。ここで、曲げ強度試験によって生じる破断面において、破断面には、長軸径が10μm以上の複数の針状粒子が存在する。このとき、複数の針状粒子の長軸径累積分布のL₅₀は、33.0μm以下であり、複数の針状粒子の長軸径累積分布のL₉₀は、72.0μm以下であり、長軸径が100μmを超える複数の針状粒子の長軸径累積比率は、3.5%以下である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
複数の窒化珪素粒子と、
前記複数の窒化珪素粒子の間に存在する粒界相と、
を備える、窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の密度は、３．１５ｇ／ｃｍ
３
以上であり、
曲げ強度試験によって生じる破断面において、
前記破断面には、長軸径が１０μｍ以上の複数の針状粒子が存在し、
前記複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
５０
は、３３．０μｍ以下であり、
前記複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
９０
は、７２．０μｍ以下であり、
長軸径が１００μｍを超える前記複数の針状粒子の長軸径累積比率は、３．５％以下である、窒化珪素基板。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の窒化珪素基板において、
前記複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
５０
は、３１．５μｍ以下であり、
前記複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
９０
は、７０．０μｍ以下であり、
長軸径が１００μｍを超える前記複数の針状粒子の長軸径累積比率は、２％以下である、窒化珪素基板。
【請求項３】
請求項１に記載の窒化珪素基板において、
熱伝導率は、１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であり、
破壊靭性は、６ＭＰａ・ｍ
０．５
以上である、窒化珪素基板。
【請求項４】
請求項２に記載の窒化珪素基板において、
熱伝導率は、１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
曲げ強度は、７００ＭＰａ以上であり、
破壊靭性は、６ＭＰａ・ｍ
０．５
以上である、窒化珪素基板。
【請求項５】
複数の窒化珪素粒子と、
前記複数の窒化珪素粒子の間に存在する粒界相と、
を備える、窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の密度は、３．１５ｇ／ｃｍ
３
以上であり、
曲げ強度試験によって生じる破断面において、
前記破断面には、長軸径が１０μｍ以上の複数の針状粒子が存在し、
前記複数の針状粒子の面積累積分布のＡ
５０
は、１８６μｍ
２
以下であり、
前記複数の針状粒子の面積累積分布のＡ
９０
は、５６０μｍ
２
以下であり、
面積が８００μｍ
２
を超える前記複数の針状粒子の面積累積比率は、１２．５％以下である、窒化珪素基板。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化珪素基板において、
前記複数の針状粒子の面積累積分布のＡ
５０
は、１６５μｍ
２
以下であり、
前記複数の針状粒子の面積累積分布のＡ
９０
は、４５０μｍ
２
以下であり、
面積が８００μｍ
２
を超える前記複数の針状粒子の面積累積比率は、８％以下である、窒化珪素基板。
【請求項７】
請求項５に記載の窒化珪素基板において、
熱伝導率は、１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であり、
破壊靭性は、６ＭＰａ・ｍ
０．５
以上である、窒化珪素基板。
【請求項８】
請求項６に記載の窒化珪素基板において、
熱伝導率は、１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
曲げ強度は、７００ＭＰａ以上であり、
破壊靭性は、６ＭＰａ・ｍ
０．５
以上である、窒化珪素基板。
【請求項９】
（ａ）珪素粉末に焼結助剤を混合して混合粉末を作製する工程、
（ｂ）前記混合粉末に分散媒を添加して粉砕することによりスラリーを作製する工程、
（ｃ）前記スラリーを使用してシート状の成形体を作製する工程、
（ｄ）前記成形体に含まれる珪素を窒化する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記成形体を緻密化焼結する工程、
を備える、窒化珪素基板の製造方法であって、
前記珪素粉末において、
累積体積分布のｄ
１０
は、１．０μｍ以上２．５μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
５０
は、６．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
９０
は、１２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
比表面積は、１．５ｍ
２
／ｇ以上３．０ｍ
２
／ｇ以下であり、
前記混合粉末において、
累積体積分布のｄ
５０
は、２．０μｍ以上６．４μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
９０
は、４．０μｍ以上１１．０μｍ以下であり、
比表面積は、４．５ｍ
２
／ｇ以上１３．０ｍ
２
／ｇ以下であり、
前記（ｄ）工程における加熱温度は、１３４０℃以上１４５０℃以下であり、
前記（ｅ）工程における加熱温度は、１８５０℃以上１９５０℃以下である、窒化珪素基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の窒化珪素基板の製造方法において、
前記珪素粉末において、
累積体積分布のｄ
１０
は、１．０μｍ以上２．５μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
５０
は、６．０μｍ以上９．５μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
９０
は、１２．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
比表面積は、１．５ｍ
２
／ｇ以上３．０ｍ
２
／ｇ以下であり、
前記混合粉末において、
累積体積分布のｄ
５０
は、２．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
累積体積分布のｄ
９０
は、４．０μｍ以上９．２μｍ以下であり、
比表面積は、４．５ｍ
２
／ｇ以上１３．０ｍ
２
／ｇ以下であり、
前記（ｄ）工程における加熱温度は、１３５０℃以上１４５０℃以下であり、
前記（ｅ）工程における加熱温度は、１８５０℃以上１９５０℃以下である、窒化珪素基板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化珪素基板およびその製造技術に関し、例えば、珪素粉末を使用して製造される窒化珪素基板およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０１８－１８４３３３号公報（特許文献１）には、珪素粉末を使用して製造される窒化珪素基板に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１８４３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、パワーモジュールは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、鉄道車両、あるいは、産業機器に備わるモータを制御するインバータ回路を構成する電子装置である。このパワーモジュールは、インバータ回路に使用されるスイッチング素子を有する半導体装置と、この半導体装置に搭載される絶縁基板（配線基板）とを含んでいる。スイッチング素子としては、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を挙げることができる。これらのスイッチング素子を動作させると熱が発生する。すなわち、パワーモジュールにおいては、熱が発生することから、熱に起因するパワーモジュールの誤動作や故障を防止する必要がある。
【０００５】
したがって、パワーモジュールで発生した熱を効率良く放散させるため、半導体装置に搭載されている絶縁基板には、高い放熱特性が要求される。言い換えれば、絶縁基板は、高い熱伝導率を有していることが要求される。また、絶縁基板には、曲げ強度の向上も要求される。このことから、高い熱伝導率を有するとともに高い曲げ強度を有する絶縁基板を実現するための工夫が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態における窒化珪素基板は、複数の窒化珪素粒子と、複数の窒化珪素粒子の間に存在する粒界相と、を備える。窒化珪素基板の密度は、３．１５ｇ／ｃｍ
３
以上である。
【０００７】
ここで、曲げ強度試験によって生じる破断面において、破断面には、長軸径が１０μｍ以上の複数の針状粒子が存在する。
【０００８】
このとき、複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
５０
は、３３．０μｍ以下であり、複数の針状粒子の長軸径累積分布のＬ
９０
は、７２．０μｍ以下であり、長軸径が１００μｍを超える前記複数の針状粒子の長軸径累積比率は、３．５％以下である。
【０００９】
一実施の形態における窒化珪素基板は、複数の窒化珪素粒子と、複数の窒化珪素粒子の間に存在する粒界相と、を備える。窒化珪素基板の密度は、３．１５ｇ／ｃｍ
３
以上である。
【００１０】
ここで、曲げ強度試験によって生じる破断面において、破断面には、長軸径が１０μｍ以上の複数の針状粒子が存在する。
（【００１１】以降は省略されています）

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