JP5743830B2 - Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same - Google Patents

Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same Download PDF

Info

Publication number
JP5743830B2
JP5743830B2 JP2011214810A JP2011214810A JP5743830B2 JP 5743830 B2 JP5743830 B2 JP 5743830B2 JP 2011214810 A JP2011214810 A JP 2011214810A JP 2011214810 A JP2011214810 A JP 2011214810A JP 5743830 B2 JP5743830 B2 JP 5743830B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
sintered body
mass
metal
silicide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011214810A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012092006A (en
Inventor
石峯 裕作
裕作 石峯
森山 正幸
正幸 森山
健司 小松原
健司 小松原
織田 武廣
武廣 織田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2011214810A priority Critical patent/JP5743830B2/en
Publication of JP2012092006A publication Critical patent/JP2012092006A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5743830B2 publication Critical patent/JP5743830B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

本発明は、放熱部材や回路部材の支持基板等に用いられる窒化珪素質焼結体に関するものである。また、この窒化珪素質焼結体からなる支持基板の第1主面側に回路部材を、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる回路基板およびこの回路基板における回路部材上に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。   The present invention relates to a silicon nitride sintered body used for a heat dissipation member, a support substrate for a circuit member, and the like. Further, a circuit board in which a circuit member is provided on the first main surface side of the support substrate made of the silicon nitride-based sintered body, and a heat dissipation member is provided on the second main surface side facing the first main surface, and the circuit board The present invention relates to an electronic device in which an electronic component is mounted on a circuit member.

近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)素子,金属酸化膜型電界効果トランジスタ(MOSFET)素子,発光ダイオード(LED)素子,フリーホイーリングダイオード(FWD)素子,ジャイアント・トランジスタ(GTR)素子等の半導体素子,昇華型サーマルプリンタヘッド素子,サーマルインクジェットプリンタヘッド素子およびペルチェ素子等の各種電子部品が回路基板の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。   In recent years, insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices, metal oxide field effect transistor (MOSFET) devices, light emitting diode (LED) devices, freewheeling diode (FWD) devices, giant transistor (GTR) devices, etc. 2. Description of the Related Art An electronic device in which various electronic components such as a semiconductor element, a sublimation thermal printer head element, a thermal ink jet printer head element, and a Peltier element are mounted on a circuit member of a circuit board is used.

電子部品を搭載する回路部材を設けてなる回路基板としては、絶縁性のセラミック焼結体からなる支持基板の両側の主面に、例えば、それぞれ銅を主成分とする回路部材および放熱部材がそれぞれ接合されているものが用いられており、支持基板に用いられるセラミック焼結体として、窒化珪素質焼結体が注目されている。   As a circuit board provided with a circuit member for mounting an electronic component, for example, a circuit member mainly composed of copper and a heat dissipation member are respectively provided on both main surfaces of a support substrate made of an insulating ceramic sintered body. What is joined is used, and a silicon nitride sintered body has attracted attention as a ceramic sintered body used for a support substrate.

そして、このような回路基板に用いられる窒化珪素質焼結体として、例えば、特許文献1では、希土類金属を酸化物に換算して2.0〜17.5重量%,Mgを酸化物に換算して0.3〜3.0重量%、不純物陽イオン元素としてのAl,Li,Na,K,Fe,Ba,Mn,B
を合計で0.3重量%以下含有し、窒化珪素結晶および粒界相から成るとともに粒界相中に
おける結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が20%以上である高熱伝導性窒化珪素焼結体が提案されている。
And as a silicon nitride sintered body used for such a circuit board, for example, in Patent Document 1, a rare earth metal is converted to an oxide in an amount of 2.0 to 17.5% by weight, and Mg is converted into an oxide in an amount of 0.3 to 3.0% by weight, Al, Li, Na, K, Fe, Ba, Mn, B as impurity cation elements
A high thermal conductivity silicon nitride sintered body comprising a total of 0.3% by weight of silicon nitride crystal and a grain boundary phase, and the ratio of the crystalline compound phase in the grain boundary phase to the whole grain boundary phase being 20% or more. Proposed.

特開2000−34172号公報JP 2000-34172 A

しかしながら、特許文献1で提案された高熱伝導性窒化珪素焼結体は、粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が20%以上と高いことから、焼結工程における結晶化合物相が生成する過程での体積収縮によって、粒界相内に隙間が多く発生するおそれが高くなる。このように、粒界相に隙間が多く発生すると、隙間に粉塵が入ることによる汚損や水分の吸着によって絶縁耐力が低下するという問題があった。   However, the highly thermally conductive silicon nitride sintered body proposed in Patent Document 1 has a high ratio of the crystalline compound phase in the grain boundary phase to the entire grain boundary phase of 20% or more. Due to the volume shrinkage in the process of forming, there is a high possibility that many gaps are generated in the grain boundary phase. As described above, when many gaps are generated in the grain boundary phase, there is a problem in that the dielectric strength is reduced due to fouling caused by dust entering the gaps and adsorption of moisture.

本発明は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する窒化珪素質焼結体およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been devised in view of the above problems, and has a silicon nitride sintered body having high dielectric strength, excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics, and a circuit board and an electronic device using the same. It is intended to provide.

本発明の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなり、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESi(REは希土類金
属)として示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることを特徴とするものである。
The silicon nitride based sintered body of the present invention is mainly composed of silicon nitride, and magnesium, rare earth metal, aluminum and boron are 2% by mass or more and 6% by mass or less, 12% by mass or more and 16% by mass or less, respectively, in terms of oxides. A main crystal phase composed of β-Si 3 N 4 and a composition formula of RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is a rare earth metal), comprising 0.1% by mass to 0.5% by mass and 0.06% by mass to 0.32% by mass. ) With respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by an X-ray diffraction method. The ratio (I 1 / I 0 ) of the first peak intensity I 1 of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at ° to 35 ° is 20% or less (excluding 0%) It is.

また、本発明の回路基板は、上記構成の本発明の窒化珪素質焼結体からなる支持基板の第1主面側に回路部材を、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とするものである。   Further, the circuit board of the present invention radiates the circuit member on the first main surface side of the support substrate made of the silicon nitride sintered body of the present invention having the above-described configuration, and radiates heat on the second main surface side facing the first main surface. Each member is provided.

また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。   The electronic device of the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the circuit member of the circuit board of the present invention having the above-described configuration.

本発明の窒化珪素質焼結体によれば、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなり、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることから、RESiの結晶化に伴う体積収縮は小さく、粒界相内に隙間を生じにくいことから、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する窒化珪素質焼結体とすることができる。 According to the silicon nitride sintered body of the present invention, silicon nitride is the main component, and magnesium, rare earth metal, aluminum, and boron are 2% by mass to 6% by mass and 12% by mass to 16% by mass, respectively, in terms of oxides. In the following, 0.1 to 0.5% by mass, 0.06 to 0.32% by mass, a main crystal phase composed of β-Si 3 N 4 and a composition formula of RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is And a grain boundary phase containing a component represented as (rare earth metal), and obtained with respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by an X-ray diffraction method. Since the ratio (I 1 / I 0 ) of the first peak intensity I 1 of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at the folding angle of 30 ° to 35 ° is 20% or less (excluding 0%), RE 4 volume due to crystallization shrinkage of Si 2 N 2 O 7 is small , Since the less likely a gap in the grain boundary phase in the can dielectric strength is high, the silicon nitride sintered body having excellent heat dissipation properties and mechanical properties.

また、本発明の回路基板によれば、上記構成の本発明の窒化珪素質焼結体からなる支持基板の第1主面側に回路部材を、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることから、支持基板が、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有していることによって、信頼性の高い回路基板とすることができる。   According to the circuit board of the present invention, the circuit member is disposed on the first main surface side of the support substrate made of the silicon nitride sintered body of the present invention having the above-described configuration, and the second main surface side facing the first main surface. Since the heat dissipating members are respectively provided on the supporting substrate, the support substrate has a high dielectric strength, and has excellent heat dissipating characteristics and mechanical characteristics, whereby a highly reliable circuit board can be obtained.

また、本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載してなることから、耐久性の高い、信頼性のある電子装置とすることができる。   In addition, according to the electronic device of the present invention, since the electronic component is mounted on the circuit member of the circuit board of the present invention having the above-described configuration, a highly durable and reliable electronic device can be obtained. .

本実施形態の窒化珪素質焼結体の断面の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the cross section of the silicon nitride based sintered compact of this embodiment. 本実施形態の回路基板の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は底面図である。An example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line A-A 'in (a), and (c) is a bottom view. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B’線での断面図であり、(c)は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the BB 'line | wire of (a), (c) is a bottom view. . 本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のC−C’線での断面図であり、(c)は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in CC 'line of (a), (c) is a bottom view. . 本実施形態の電子装置の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のD−D’線での断面図であり、(c)は底面図である。An example of the electronic device of the present embodiment is shown, in which (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line D-D 'in (a), and (c) is a bottom view.

以下、本実施形態の窒化珪素質焼結体およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置の一例について説明する。   Hereinafter, an example of the silicon nitride sintered body of the present embodiment, a circuit board using the same, and an electronic device will be described.

本実施形態の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%
以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなる窒化珪素質焼結体である。
The silicon nitride based sintered body of the present embodiment is mainly composed of silicon nitride, and magnesium, rare earth metal, aluminum and boron are 2% by mass to 6% by mass and 12% by mass, respectively, in terms of oxides.
A silicon nitride sintered body comprising 16% by mass or less, 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less, 0.06% by mass or more and 0.32% by mass or less.

一般的に、窒化珪素質焼結体において、主成分である窒化珪素は、共有結合性が強く、拡散係数が小さいため、窒化珪素単体での焼結は困難であることから、種々の焼結助剤を添加することにより、粒界相を形成させて緻密化している。具体的には、添加された焼結助剤が、窒化珪素と窒化珪素の粉末に含まれる酸素と反応して酸窒化物の液相を生成し、窒化珪素の粉末に含まれる酸素を低減させることによって、窒化珪素の粒成長が促進されて緻密化が進行し、得られた窒化珪素質焼結体は、放熱特性および機械的特性に優れたものとなる。   Generally, in silicon nitride-based sintered bodies, silicon nitride, which is the main component, has a strong covalent bond and a small diffusion coefficient, so that it is difficult to sinter silicon nitride alone. By adding an auxiliary agent, a grain boundary phase is formed and densified. Specifically, the added sintering aid reacts with oxygen contained in silicon nitride and silicon nitride powder to generate an oxynitride liquid phase, thereby reducing oxygen contained in the silicon nitride powder. As a result, grain growth of silicon nitride is promoted and densification proceeds, and the obtained silicon nitride-based sintered body is excellent in heat dissipation characteristics and mechanical characteristics.

とりわけ、酸素との親和性が高い希土類金属の酸化物を焼結助剤として添加すると、液相中に多くの酸素が取り込まれ、窒化珪素が粒成長するとともに窒化珪素の粉末に含まれる酸素の量をより低減することができる。   In particular, when a rare earth metal oxide having a high affinity for oxygen is added as a sintering aid, a large amount of oxygen is taken into the liquid phase, and silicon nitride grows and the oxygen contained in the silicon nitride powder. The amount can be further reduced.

しかし、窒化珪素の粉末に含まれる酸素の量を低減させるために、焼結助剤の添加量を増やすだけでは、放熱特性が低い粒界相の存在比率が相対的に大きくなることから、放熱特性に優れた窒化珪素質焼結体を得ることは難しくなる。   However, in order to reduce the amount of oxygen contained in the silicon nitride powder, simply increasing the amount of sintering aid increases the abundance ratio of the grain boundary phase having low heat dissipation characteristics. It becomes difficult to obtain a silicon nitride sintered body having excellent characteristics.

このため、優れた放熱特性と機械的特性とを兼ね備えた窒化珪素質焼結体とすべく、焼結助剤の種類およびその含有量に関し、様々な試行錯誤がなされている。また、放熱特性や機械的特性を向上させるべく、粒界相中に結晶化合物相を存在させることも行なわれているが、この結晶化合物相は、生成の過程における体積収縮によって粒界相内に隙間が生じやすく、粒界相に隙間が多く発生すると、隙間に粉塵が入ることによる汚損や水分の吸着によって絶縁耐力が低下する。   For this reason, various trials and errors have been made regarding the type and content of the sintering aid in order to obtain a silicon nitride-based sintered body having both excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics. In order to improve heat dissipation characteristics and mechanical characteristics, a crystalline compound phase is also present in the grain boundary phase. This crystalline compound phase is contained in the grain boundary phase by volume shrinkage in the process of formation. When gaps are likely to be generated and many gaps are generated in the grain boundary phase, the dielectric strength is reduced due to contamination caused by dust entering the gaps and moisture adsorption.

このような状況の中、本発明者らは、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する窒化珪素質焼結体を得るには、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属(Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびLuの少なくともいずれか1種),アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量
%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなることが重要であること
を見出した。
Under these circumstances, the present inventors have obtained a silicon nitride-based sintered body having high dielectric strength and excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics. (At least one of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), aluminum and boron in oxide conversion It has been found that it is important to contain 2% by mass to 6% by mass, 12% by mass to 16% by mass, 0.1% by mass to 0.5% by mass, and 0.06% by mass to 0.32% by mass, respectively.

なお、本実施形態における主成分とは、窒化珪素質焼結体を構成する全成分100質量%
に対して、77質量%以上占める成分をいう。そして、窒化珪素と、マグネシウム,希土類金属(RE),アルミニウムおよび硼素を酸化物換算した各含有量は、蛍光X線分析法,ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法またはエネルギー分散型X線分光法によって、Si,Mg,RE,Al,Bの含有量を求め、これら各含有量をSiについてはSiに、その他についてはMgO,RE,Al,Bに換算することで求めることができる。
The main component in this embodiment is 100% by mass of all components constituting the silicon nitride sintered body.
The component which occupies 77 mass% or more is said. Each content of silicon nitride, magnesium, rare earth metal (RE), aluminum and boron in terms of oxide is determined by X-ray fluorescence analysis, ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis, or energy dispersive X-ray spectroscopy. Thus, the contents of Si, Mg, RE, Al, B are obtained, and these contents are Si 3 N 4 for Si, and MgO, RE 2 O 3 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 for the others. It can be obtained by converting to.

マグネシウムの酸化物換算での含有量が2質量%以上6質量%以下であることにより、マグネシウムの酸化物が有する焼結促進作用によって、低い焼成温度であっても緻密化を図ることができ、優れた機械的特性を有する窒化珪素質焼結体とすることができる。なお、マグネシウムの酸化物換算での含有量は、3質量%以上5質量%以下であることが好ましい。   When the content of magnesium oxide in terms of oxide is 2% by mass or more and 6% by mass or less, densification can be achieved even at a low firing temperature by the sintering promoting action of the magnesium oxide. A silicon nitride sintered body having excellent mechanical characteristics can be obtained. In addition, it is preferable that content in conversion of the oxide of magnesium is 3 mass% or more and 5 mass% or less.

また、希土類金属の酸化物換算での含有量が12質量%以上16質量%以下であることにより、酸素との高い親和性によって、液相中に窒化珪素の粉末間の酸素が多く取り込まれ、
窒化珪素の粒成長が促進されるため、優れた放熱特性を有する窒化珪素質焼結体とすることができる。なお、希土類金属の酸化物換算での含有量は、13質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
In addition, since the content of the rare earth metal oxide in terms of oxide is 12% by mass or more and 16% by mass or less, due to the high affinity with oxygen, a large amount of oxygen is taken in between the silicon nitride powders in the liquid phase,
Since grain growth of silicon nitride is promoted, a silicon nitride sintered body having excellent heat dissipation characteristics can be obtained. In addition, the content of the rare earth metal in terms of oxide is preferably 13% by mass or more and 15% by mass or less.

また、アルミニウムの酸化物換算での含有量が0.1質量%以上0.5質量%以下であることにより、粒界相の非晶質化が促進され、粒界相中に隙間を生じにくいため、絶縁耐力の高い窒化珪素質焼結体とすることができる。なお、アルミニウムの酸化物換算での含有量は、0.2質量%以上0.4質量%以下であることが好ましい。   In addition, since the content of aluminum in terms of oxide is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less, the amorphization of the grain boundary phase is promoted, and it is difficult for gaps to form in the grain boundary phase. It is possible to obtain a silicon nitride-based sintered body having a high thickness. The content of aluminum in terms of oxide is preferably 0.2% by mass or more and 0.4% by mass or less.

また、硼素の酸化物換算での含有量が0.06質量%以上0.32質量%以下であることにより、硼素の酸化物が有する、粒界相におけるイオン伝導性の発現抑制作用に加えて、粒界相の非晶質化が促進されるため、粒界相中に隙間を生じにくく、絶縁耐力の高い窒化珪素質焼結体とすることができる。なお、硼素の酸化物換算での含有量は、0.15質量%以上0.25質量%以下であることが好ましい。また、アルミニウムおよび硼素の酸化物換算での含有量の合計が0.3質量%を超えて0.6質量%未満であることが好ましい。   Further, since the content of boron in terms of oxide is 0.06% by mass or more and 0.32% by mass or less, in addition to the effect of suppressing the expression of ionic conductivity in the grain boundary phase possessed by the boron oxide, the grain boundary phase Since the amorphization is promoted, it is difficult to form a gap in the grain boundary phase, and a silicon nitride-based sintered body having a high dielectric strength can be obtained. The content of boron in terms of oxide is preferably 0.15% by mass or more and 0.25% by mass or less. The total content of aluminum and boron in terms of oxides is preferably more than 0.3% by mass and less than 0.6% by mass.

そして、本実施形態における窒化珪素質焼結体は、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることが重要である。 The silicon nitride-based sintered body in the present embodiment includes a main crystal phase composed of β-Si 3 N 4 and a component whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is a rare earth metal). RE 4 at a diffraction angle of 30 ° to 35 ° with respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by an X-ray diffraction method. It is important that the ratio (I 1 / I 0 ) of the first peak intensity I 1 of Si 2 N 2 O 7 is 20% or less (excluding 0%).

窒化珪素および希土類金属の酸化物を構成する元素が結合したRESiとして示される成分を粒界相に含むことから、放熱特性および機械的特性に優れた窒化珪素質焼結体とすることができる。なお、主結晶相であるβ−Siおよび組成式がRESiとして示される成分は、粉末X線回折法を用いて同定することができる。 Since the grain boundary phase contains a component shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 in which elements constituting silicon nitride and rare earth metal oxide are combined, silicon nitride-based sintering having excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics It can be a body. Note that β-Si 3 N 4 which is the main crystal phase and components whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 can be identified using a powder X-ray diffraction method.

ここで、組成式がRESiとして示される成分を構成する希土類金属は、ランタノイド系金属(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)であることが好適であり、その中でもエルビウム(Er),イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)の少なくとも1種であることが好適である。その理由は、エルビウム(Er),イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)は、周期表第3族元素の中でイオン半径が小さい元素であることから、上記組成式を構成する他の原子であるSi,O,Nとの結合が強いためにフォノンの伝達がよく、熱伝導率を高くすることができるからである。併せて、エルビウム(Er),イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)は、Si,O,Nとの結合が強いために熱エネルギーによる格子振動が小さく、温度変化による体積膨張が小さいので、熱膨張係数を小さくすることができ、耐熱衝撃特性を高くすることができる。上記成分を構成する希土類金属をエルビウム(Er),イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)の少なくとも1種とすることにより、例えば、室温における熱膨張係数を1.35×10−6/K以下とさらに小さくすることができ、熱伝導率を51W/(m・K)以上と高くすることができる。 Here, the rare earth metal constituting the component represented by the composition formula RE 4 Si 2 N 2 O 7 is a lanthanoid metal (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho. , Er, Tm, Yb, Lu). Among them, at least one of erbium (Er), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) is preferable. The reason is that erbium (Er), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu) are other atoms constituting the above composition formula because they are elements having a small ionic radius among the Group 3 elements of the periodic table. This is because the strong coupling with Si, O, and N facilitates phonon transmission and increases the thermal conductivity. In addition, erbium (Er), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) have a strong bond with Si, O, and N, so that lattice vibration due to thermal energy is small and volume expansion due to temperature change is small. The coefficient can be reduced, and the thermal shock resistance can be increased. By making the rare earth metal constituting the above component at least one of erbium (Er), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu), for example, the thermal expansion coefficient at room temperature is further reduced to 1.35 × 10 −6 / K or less. The thermal conductivity can be increased to 51 W / (m · K) or higher.

さらに、上記成分を構成する希土類金属がエルビウム(Er)の場合は、ErSiを粒界相中に析出させるために添加する酸化エルビウム(Er)は比較的安価であるとともに、酸化イッテルビウム(Yb)または酸化ルテチウム(Lu)を添加したときよりも低い温度で焼結させることができるので、より好適である。 Further, when the rare earth metal constituting the above component is erbium (Er), erbium oxide (Er 2 O 3 ) added to precipitate Er 4 Si 2 O 7 N 2 in the grain boundary phase is relatively inexpensive. In addition, since it can be sintered at a lower temperature than when ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) or lutetium oxide (Lu 2 O 3 ) is added, it is more preferable.

そして、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Si
第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることにより、RESiの結晶化に伴う体積収縮は小さく、粒界相内に隙間は生じにくいことから、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する窒化珪素質焼結体とすることができる。
Then, RE 4 Si 2 N 2 O 7 at a diffraction angle of 30 ° to 35 ° with respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by the X-ray diffraction method. When the ratio of the first peak intensity I 1 (I 1 / I 0 ) is 20% or less (excluding 0%), the volume shrinkage due to crystallization of RE 4 Si 2 N 2 O 7 is Since it is small and a gap is not easily generated in the grain boundary phase, a silicon nitride sintered body having high dielectric strength and excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics can be obtained.

このように、粒界相に組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分を含み、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)とするには、上述した組成範囲を満たす原料を用いた焼成において、最高温度,保持時間,さらに降温速度が重要となる。 As described above, the grain boundary phase contains a component whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is a rare earth metal), and is obtained by the X-ray diffraction method. The ratio (I 1 / I 0 ) of the first peak intensity I 1 of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at a diffraction angle of 30 ° to 35 ° with respect to the first peak intensity I 0 of Si 3 N 4 is 20%. In order to make the following (excluding 0%), the maximum temperature, the holding time, and the temperature lowering rate are important in firing using the raw materials satisfying the above composition range.

また、本実施形態における窒化珪素質焼結体は、比率(I/I)が4%以上であることが好適である。比率(I/I)が4%以上であるときには、融点の高い、RESiとして示される成分が粒界相に占める比率が増すこととなるため、高温における機械的特性を高くすることができる。特に、比率(I/I)が6%以上であることがより好適である。 In addition, the silicon nitride sintered body in this embodiment preferably has a ratio (I 1 / I 0 ) of 4% or more. When the ratio (I 1 / I 0 ) is 4% or more, the ratio of the component shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 having a high melting point to the grain boundary phase is increased, so that mechanical properties at high temperatures are increased. The characteristics can be increased. In particular, the ratio (I 1 / I 0 ) is more preferably 6% or more.

ここで、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iは、PDF(
登録商標)Number:00−033−1160で示されるカードと照合したときの回折角27°〜28°における最も高いピーク強度である。また、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iは、REが例えば、Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Dy,Tm,Er,Yb,Luであるとき、それぞれPDF(登録商標)Number:00−032
−1451,01−072−7716,00−031−0339,00−032−0887,00−031−0885,00−031−1215,00−034−1268,00−055−1090,00−032−1354,00−031−0505,00−051−0340,00−033−0847で示されるカードと照合したときの回折角30°〜35°における最も高いピー
ク強度である。
Here, the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° is PDF (
It is the highest peak intensity at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° when compared with a card represented by (registered trademark) Number: 00-033-1160. The first peak intensity I 1 of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at a diffraction angle of 30 ° to 35 ° is such that RE is, for example, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Tm, When Er, Yb, and Lu, PDF (registered trademark) Number: 00-032
-1451, 01-072-7716, 00-031-0339, 00-032-087, 00-031-085, 00-031-1215, 00-034-1268, 00-055-1090, 00-032-1354 , 00-031-0505, 00-051-0340, 00-033-0847, the highest peak intensity at a diffraction angle of 30 ° to 35 ° when collated with the card.

なお、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度I,回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iともに、粉末X線回折法によって得られた回折強度曲線からバックグラウンド強度を除去した値であり、この値を用いて比率(I/I)を算出することができる。 The first peak intensity of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° ~28 ° I 0, the first peak intensity of the RE 4 Si 2 N 2 O 7 in the diffraction angle of 30 ° to 35 ° I 1 together The value obtained by removing the background intensity from the diffraction intensity curve obtained by the powder X-ray diffraction method, and the ratio (I 1 / I 0 ) can be calculated using this value.

また、本実施形態の窒化珪素質焼結体によれば、粒界相中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物とを含み、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触していることが好適である。   Further, according to the silicon nitride sintered body of the present embodiment, the first metal silicide composed of at least one of iron and copper, molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten are included in the grain boundary phase. It is preferable that the silicide of the first metal and the silicide of the second metal are in contact with each other.

ここで、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触している状態を、図1を用いて具体的に説明する。   Here, the state in which the silicide of the first metal and the silicide of the second metal are in contact with each other will be specifically described with reference to FIG.

図1は、本実施形態の窒化珪素質焼結体の断面の一例を示す模式図である。図1に示す例の窒化珪素質焼結体の断面の模式図において、β−Siからなる主結晶相1と、組成式がRESiとして示される成分2を含む粒界相3とにより構成されている。また、粒界相3には、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物4と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物5とを含んでいる。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of a cross section of the silicon nitride sintered body of the present embodiment. In the schematic diagram of the cross section of the silicon nitride sintered body of the example shown in FIG. 1, a main crystal phase 1 made of β-Si 3 N 4 and a component 2 whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 are shown. The grain boundary phase 3 is included. The grain boundary phase 3 includes a silicide 4 of a first metal made of at least one of iron and copper, and a second metal made of at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. Contains silicide 5.

第1金属の珪化物4は、β−Siをより低温で焼結させることができるため、β
−Siの異常な粒成長を少なくすることができる。また、第2金属の珪化物5は、粒界相3の固化を制御して高温における機械的特性を高めるとともに、窒化珪素質焼結体の色調を黒色化し、窒化珪素質焼結体の表面における色調差を少なくすることができる。
Since the first metal silicide 4 can sinter β-Si 3 N 4 at a lower temperature, β
It is possible to reduce the abnormal grain growth of -Si 3 N 4. In addition, the silicide 5 of the second metal controls the solidification of the grain boundary phase 3 to improve the mechanical characteristics at high temperature, and blackens the color tone of the silicon nitride sintered body. The color tone difference can be reduced.

そして、本実施形態の窒化珪素質焼結体において、第1金属の珪化物4と第2金属の珪化物5とが接触していることが好ましい。第1金属の珪化物4と第2金属の珪化物5とが接触している形態としては、図1に示す例のように、例えば、第1金属の珪化物4aと第2金属の珪化物5aとが隣接している形態,第1金属の珪化物4bが第2金属の珪化物5bを取り囲んでいる形態がある。   In the silicon nitride sintered body of the present embodiment, the first metal silicide 4 and the second metal silicide 5 are preferably in contact with each other. As a form in which the first metal silicide 4 and the second metal silicide 5 are in contact with each other, for example, as shown in FIG. 1, the first metal silicide 4a and the second metal silicide are used. There is a form in which the first metal silicide 4b surrounds the second metal silicide 5b.

粒界相3中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物4と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物5とを含み、第1金属の珪化物4と第2金属の珪化物5とが接触しているときには、第1金属の珪化物4が、高温の環境下で破壊源となるおそれのある第2金属の珪化物5に集中する応力を分散して緩和するので、耐熱衝撃性を高くすることができる。   In the grain boundary phase 3, a first metal silicide 4 made of at least one of iron and copper, and a second metal silicide made of at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. When the first metal silicide 4 and the second metal silicide 5 are in contact with each other, the first metal silicide 4 may be a source of destruction in a high-temperature environment. Since the stress concentrated on the bimetallic silicide 5 is dispersed and relaxed, the thermal shock resistance can be increased.

特に、第1金属が鉄、第2金属がタングステンであることが好ましい。第1金属が鉄、第2金属がタングステンであるときには、それぞれの珪化物は、結晶構造が近似するため、接触する確率が増加するので、耐熱衝撃性をさらに向上させることができる。   In particular, it is preferable that the first metal is iron and the second metal is tungsten. When the first metal is iron and the second metal is tungsten, each silicide has an approximate crystal structure, so that the probability of contact increases, so that the thermal shock resistance can be further improved.

また、第1金属の珪化物4は、組成式がFeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,FeSi,CuSi,CuSi,CuSiおよびCuSiとして表される成分の少なくともいずれか1種である。 The silicide 4 of the first metal has a composition formula of FeSi 3 , FeSi 2 , FeSi, Fe 2 Si 3 , Fe 3 Si, Fe 3 Si 2 , Fe 3 Si 4 , Fe 3 Si 7 , Fe 5 Si 2. , Fe 5 Si 3 , Cu 2 Si, CuSi, CuSi 2 and CuSi 3 .

また、第2金属の珪化物5は、組成式がWSi,WSi,WSi,WSi,WSi,MoSi,MoSi,MoSi,MoSiおよびMoSiとして表される成分の少なくともいずれか1種である。 Further, the silicide 5 of the second metal, composition formula WSi, as WSi 2, WSi 3, W 2 Si 3, W 5 Si 3, MoSi, MoSi 2, MoSi 3, Mo 2 Si 3 and Mo 5 Si 3 It is at least any one of the components represented.

特に、第1金属の珪化物4は、組成式がFeSiとして表される成分であり、第2金属の珪化物5は、組成式がWSiとして表される成分であることが好適である。この理由は、組成式がそれぞれFeSi,WSiとして表される成分は、ともに熱力学的に安定な成分であること、また、両者の結晶構造が近似していることから、耐熱衝撃性をさらに向上させることができるからである。 In particular, the first metal silicide 4 is a component whose composition formula is expressed as FeSi 2 , and the second metal silicide 5 is a component whose composition formula is expressed as WSi 2. . This is because the components whose composition formulas are expressed as FeSi 2 and WSi 2 are both thermodynamically stable components, and the crystal structures of the two are close to each other. This is because it can be further improved.

粒界相3中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物4と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物5とを含んでいる状態は、エネルギー分散型X線分光法を用いて観察することができ、具体的には、断面の面積が0.01mmの領域にX線マイクロアナライザーを用いて電子線を照射して、この領域における各元素から発生する特性X線を検出することにより、元素を同定することができ、特性X線の強度に応じてマッピングすることにより確認することができる。 In the grain boundary phase 3, a first metal silicide 4 made of at least one of iron and copper, and a second metal silicide made of at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. 5 can be observed using energy dispersive X-ray spectroscopy. Specifically, an electron beam is applied to a region having a cross-sectional area of 0.01 mm 2 using an X-ray microanalyzer. By irradiating and detecting characteristic X-rays generated from each element in this region, the elements can be identified and confirmed by mapping according to the intensity of the characteristic X-rays.

さらに、第1金属と珪素または第2金属と珪素が固溶体6aおよび金属間化合物6bの少なくともいずれか1種を形成していてもよい。固溶体6aおよび金属間化合物6bの少なくともいずれか1種を形成することにより、粒界相3の破壊靱性は向上し、粒界相3に微細なクラックが生じたとしても、その進展が抑制されるので、耐熱衝撃性を高くすることができる。   Further, the first metal and silicon or the second metal and silicon may form at least one of the solid solution 6a and the intermetallic compound 6b. By forming at least one of the solid solution 6a and the intermetallic compound 6b, the fracture toughness of the grain boundary phase 3 is improved, and even if a fine crack occurs in the grain boundary phase 3, the progress is suppressed. Therefore, the thermal shock resistance can be increased.

この固溶体6aおよび金属間化合物6bのそれぞれの存在は、エネルギー分散型X線分光法を用いて観察することができ、金属間化合物6bの組成式は、粉末X線回折法を用いて同定することができる。   The presence of each of the solid solution 6a and the intermetallic compound 6b can be observed using energy dispersive X-ray spectroscopy, and the composition formula of the intermetallic compound 6b should be identified using a powder X-ray diffraction method. Can do.

また、本実施形態の窒化珪素質焼結体は、粒界相にカルシウムを含んでなる白状斑点が存在していることが好ましい。このように、粒界相にカルシウムを含んでなる白状斑点が存在しているときには、窒化珪素質焼結体の熱伝導率を向上させることができるため、放熱特性を向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the silicon nitride sintered body of the present embodiment has white spots including calcium in the grain boundary phase. Thus, when white spots including calcium are present in the grain boundary phase, the thermal conductivity of the silicon nitride-based sintered body can be improved, so that the heat dissipation characteristics can be improved.

ここで、粒界相に存在する白状斑点は、光学顕微鏡を用いて50倍以上100倍以下の倍率
において暗視野で観察した画像により、確認することができる。具体的には、観察画像を取り込み、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)を用いて、粒子解析という手法で解析すればよい。ここで、この手法の設定条件としては、明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μm、画像の明暗を示す指標であるしきい値を、画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.8倍以上2倍以下に設定すればよい。
Here, white spots existing in the grain boundary phase can be confirmed by an image observed in a dark field at a magnification of 50 to 100 times using an optical microscope. Specifically, an observation image is taken in and analyzed by a technique called particle analysis using image analysis software “A image-kun” (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.). Here, as setting conditions of this method, the brightness is dark, the binarization method is manual, the small figure removal area is 5 μm 2 , and a threshold value that is an index indicating the brightness of the image is set to each point ( What is necessary is just to set 0.8 times or more and 2 times or less of the peak value of the histogram indicating the brightness of each pixel).

また、白状斑点がカルシウムを含んでいるか否かについては、X線マイクロアナライザーを用いて確認することができる。具体的には、光学顕微鏡を用いて白状斑点を観察した領域と同じ領域に、X線マイクロアナライザーを用いて電子線を照射し、この領域から発生するカルシウム固有の波長およびこの波長の強度の情報をX−Y座標に記録したマッピングと、光学顕微鏡で観察した白状斑点の位置とを照合することにより確認することができる。   Further, whether or not white spots contain calcium can be confirmed using an X-ray microanalyzer. Specifically, the same region as the region where white spots were observed using an optical microscope is irradiated with an electron beam using an X-ray microanalyzer, and information on the wavelength inherent to calcium generated from this region and the intensity of this wavelength Can be confirmed by collating the mapping recorded in the XY coordinates with the position of white spots observed with an optical microscope.

なお、X線マイクロアナライザーを用いた確認において、粒界相を構成する成分である、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素は、白状斑点の位置における存在量が少ない。   In confirmation using an X-ray microanalyzer, magnesium, rare earth metal, aluminum, and boron, which are components constituting the grain boundary phase, have a small amount of white spots.

また、本実施形態の窒化珪素質焼結体によれば、円相当径が2μm以上50μm以下のカルシウムを含んでなる白状斑点が、1mm当たり550個以上1650個以下存在しているこ
とが好適である。円相当径が2μm以上50μm以下のカルシウムを含んでなる白状斑点が、1mm当たり550個以上1650個以下存在しているときには、絶縁耐力が高く、放熱特
性を向上させた窒化珪素質焼結体とすることができる。
Further, according to the silicon nitride-based sintered body of the present embodiment, it is preferable that there are 550 or more and 1650 or less white spots containing calcium having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less per 1 mm 2. It is. When there are 550 or more and 1650 or less white spots containing calcium having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less per 1 mm 2 , a silicon nitride sintered body with high dielectric strength and improved heat dissipation characteristics It can be.

ここで、円相当径が2μm以上50μm以下の白状斑点の1mm当たりの個数は、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で、例えば、面積が1.125mm(横方向の長さが1.238mm
、縦方向の長さが0.909mm)となるように範囲を設定し、CCDカメラでこの範囲の画
像を取り込み、上述した画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)を用いて、上述した同条件にて確認すればよい。
Here, the number of white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less per 1 mm 2 is 100 × magnification using an optical microscope, for example, the area is 1.125 mm 2 (the lateral length is 1.238 mm).
The range is set so that the length in the vertical direction is 0.909 mm), and an image in this range is captured with a CCD camera. The above-mentioned image analysis software “A Image-kun” (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Corp.) And confirming under the same conditions as described above.

また、白状斑点に含まれるカルシウムの含有量は、0.14質量%以上0.36質量%以下であることが好ましい。なお、白状斑点に含まれるカルシウムの含有量とは、前述したマッピングを用いて、マッピングと光学顕微鏡で観察した画像とで照合した白状斑点の位置に存在するカルシウムの面積比率を算出し、この白状斑点に存在するカルシウムの面積比率に窒化珪素質焼結体におけるカルシウムの含有量を乗じた値のことである。窒化珪素質焼結体におけるカルシウムの含有量は、蛍光X線分析法,ICP発光分析法またはエネルギー分散型X線分光法によって求めることができる。   Moreover, it is preferable that content of the calcium contained in a white spot is 0.14 mass% or more and 0.36 mass% or less. The content of calcium contained in white spots is calculated by calculating the area ratio of calcium present at the positions of white spots that are collated with mapping and an image observed with an optical microscope, using the mapping described above. It is a value obtained by multiplying the area ratio of calcium present in the spots by the calcium content in the silicon nitride sintered body. The calcium content in the silicon nitride sintered body can be determined by fluorescent X-ray analysis, ICP emission analysis, or energy dispersive X-ray spectroscopy.

そして、窒化珪素質焼結体の絶縁耐力は、JIS C 2141−1992(IEC 672-2(1980))に準拠して測定した絶縁破壊の強さ(MV/m)で評価することができる。本実
施形態の窒化珪素質焼結体は、絶縁破壊の強さが18MV/m以上である。
The dielectric strength of the silicon nitride based sintered body can be evaluated by the strength of dielectric breakdown (MV / m) measured according to JIS C 2141-1992 (IEC 672-2 (1980)). The silicon nitride sintered body of this embodiment has a dielectric breakdown strength of 18 MV / m or more.

また、窒化珪素質焼結体の機械的特性は、3点曲げ強度が740MPa以上であり、動的
弾性率が300GPa以上であり、ビッカース硬度(Hv)が13GPa以上であり、破壊靱
性(K1C)が5MPam1/2以上であることが好ましい。これら機械的特性が上記範囲であることにより、窒化珪素質焼結体と金属からなる部材とを接合した接合部材は、特に、耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができるので、高い信頼性が得られるとともに長期間にわたって使用することができる。
In addition, the mechanical properties of the silicon nitride sintered body include a three-point bending strength of 740 MPa or more, a dynamic elastic modulus of 300 GPa or more, a Vickers hardness (Hv) of 13 GPa or more, and a fracture toughness (K 1C ) Is preferably 5 MPam 1/2 or more. Because these mechanical properties are in the above range, the joined member obtained by joining the silicon nitride sintered body and the member made of metal can particularly improve creep resistance and durability against heat cycle. High reliability can be obtained and it can be used for a long time.

なお、3点曲げ強度については、JIS R 1601−2008(ISO 17565:2003(M
OD))に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを3mmとすることができない場合には、窒化珪素質焼結体の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
For the three-point bending strength, JIS R 1601-2008 (ISO 17565: 2003 (M
OD)). However, when the thickness of the silicon nitride sintered body is thin and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body cannot be 3 mm, the thickness of the silicon nitride sintered body is not changed. The thickness is evaluated, and it is preferable that the result satisfies the above numerical value.

また、動的弾性率については、JIS R 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを10mmとすることができない場合には、片持ち梁共振法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。   The dynamic modulus of elasticity may be measured in accordance with the ultrasonic pulse method specified in JIS R 1602-1995. However, if the thickness of the silicon nitride sintered body is thin and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body cannot be 10 mm, the cantilever resonance method is used for evaluation. It is preferable that the result satisfies the above numerical value.

さらに、ビッカース硬度(Hv)および破壊靱性(K1C)については、それぞれJIS R 1610−2003(ISO 14705:2000(MOD))およびJIS R 1607−1995
に規定される圧子圧入法(IF法)に準拠して測定すればよい。なお、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みをそれぞれJIS R 1610−2003およびJIS R 1607−1995の圧子圧入法(IF法)で規定する0.5mmおよ
び3mmとすることができないときには、窒化珪素質焼結体の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価して、その結果が上記数値を満足することが好ましい。ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに窒化珪素質焼結体の厚みが薄いとき、例えば0.2mm以上0.5mm未満のときには、窒化珪素質焼結体に加える試験力および押込荷重をいずれも0.245Nとし、試験力および押込荷重を保持する時間をいずれも15
秒としてビッカース硬度(Hv)および破壊靱性(K1C)を測定すればよい。
Furthermore, regarding Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K 1C ), JIS R 1610-2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)) and JIS R 1607-1995, respectively.
Measurement may be performed in accordance with the indenter press-fitting method (IF method) defined in 1. The thickness of the silicon nitride sintered body is thin, and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body is defined by the indenter press-in method (IF method) of JIS R 1610-2003 and JIS R 1607-1995, respectively. When the thickness cannot be 0.5 mm or 3 mm, it is preferable that the thickness of the silicon nitride sintered body is evaluated as it is as the thickness of the test piece, and the result satisfies the above numerical value. However, when the thickness of the silicon nitride sintered body is so thin that it is not possible to satisfy the above numerical value by evaluating the thickness as it is, for example, when the thickness is 0.2 mm or more and less than 0.5 mm, the test applied to the silicon nitride sintered body Force and indentation load are both 0.245N, and the time to hold the test force and indentation load is 15
What is necessary is just to measure Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K1C) as second.

また、上述したような窒化珪素質焼結体の電気的特性は、体積抵抗率が、常温で1014Ω・cm以上であって、300℃で1012Ω・cm以上であることが好ましい。この体積抵
抗率は、JIS C 2141−1992に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体が小さく、窒化珪素質焼結体からJIS C 2141−1992で規定する大きさとすることができない場合には、2端子法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
The electrical properties of the silicon nitride sintered body as described above, the volume resistivity, a is at normal temperature 10 14 Ω · cm or more and 300 ° C. at 10 12 Ω · cm or more. This volume resistivity may be measured according to JIS C 2141-1992. However, if the silicon nitride sintered body is small and the silicon nitride sintered body cannot be sized in accordance with JIS C 2141-1992, the two-terminal method shall be used for evaluation. It is preferable to satisfy the above numerical values.

図2は、本実施形態の回路基板の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は底面図である。   2A and 2B show an example of the circuit board of the present embodiment, in which FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2A, and FIG. It is.

図2に示す例の回路基板10は、本実施形態の窒化珪素質焼結体からなる支持基板11の第1主面側に回路部材12a,12bを、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材13を設けてなる回路基板10であり、支持基板11と回路部材12a,12bおよび放熱部材13とは、それぞれ接合層14a,14bを介して接合されている。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 2 has circuit members 12a and 12b on the first main surface side of the support substrate 11 made of the silicon nitride sintered body of the present embodiment, and a second main surface facing the first main surface. The circuit board 10 is provided with a heat dissipation member 13 on the surface side, and the support substrate 11, the circuit members 12a and 12b, and the heat dissipation member 13 are bonded to each other through bonding layers 14a and 14b, respectively.

このような回路基板10は、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する本実施形態の窒化珪素質焼結体からなる支持基板11を用いているので、信頼性の高い回路基板10とすることができる。   Since such a circuit board 10 uses the support substrate 11 made of the silicon nitride-based sintered body of the present embodiment having high dielectric strength and excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics, a highly reliable circuit board Can be 10.

本実施形態の回路基板10を構成する窒化珪素質焼結体からなる支持基板11は平板状であり、例えば、長さ(図2に示すX方向)が20mm以上200mm以下であり、幅(図2に示
すY方向)が10mm以上120mm以下である。支持基板11の厚みは用途によって異なるが
、絶縁耐力が高く、耐久性に優れたものにするには、0.2mm以上1.0mm以下とすることが好適である。
The support substrate 11 made of a silicon nitride-based sintered body constituting the circuit board 10 of the present embodiment has a flat plate shape. For example, the length (X direction shown in FIG. 2) is 20 mm or more and 200 mm or less, and the width (FIG. 2 in the Y direction) is 10 mm or more and 120 mm or less. Although the thickness of the support substrate 11 varies depending on the use, it is preferably 0.2 mm or more and 1.0 mm or less in order to achieve high dielectric strength and excellent durability.

また、本実施形態の回路基板10を構成する回路部材12aは、例えば、長さ(図2に示すX方向)が15mm以上155mm以下であり、幅(図2に示すY方向)が8mm以上100mm以下である。また、回路部材12bは、例えば、長さ(図2に示すX方向)が1mm以上10mm以下であり、幅(図2に示すY方向)が8mm以上100mm以下である。回路部材12
a,12bの厚みは回路部材12a,12bを流れる電流の大きさや回路部材12a,12bに搭載される電子部品(図示しない)の発熱量等によって決められ、例えば、0.5mm以上5m
m以下である。
The circuit member 12a constituting the circuit board 10 of the present embodiment has, for example, a length (X direction shown in FIG. 2) of 15 mm or more and 155 mm or less, and a width (Y direction shown in FIG. 2) of 8 mm or more and 100 mm. It is as follows. The circuit member 12b has, for example, a length (X direction shown in FIG. 2) of 1 mm or more and 10 mm or less, and a width (Y direction shown in FIG. 2) of 8 mm or more and 100 mm or less. Circuit member 12
The thicknesses of a and 12b are determined by the magnitude of current flowing through the circuit members 12a and 12b and the amount of heat generated by electronic components (not shown) mounted on the circuit members 12a and 12b.
m or less.

また、本実施形態の回路基板10を構成する放熱部材13は、発熱した電子部品(図示しない)から熱を逃がすという機能を有し、例えば、長さ(図2に示すX方向)が18mm以上190mm以下であり、幅(図2に示すY方向)が8mm以上100mm以下であり、厚みが0.5mm以上5mm以下である。   Further, the heat dissipating member 13 constituting the circuit board 10 of the present embodiment has a function of releasing heat from a heated electronic component (not shown), and has a length (X direction shown in FIG. 2) of 18 mm or more, for example. It is 190 mm or less, the width (Y direction shown in FIG. 2) is 8 mm or more and 100 mm or less, and the thickness is 0.5 mm or more and 5 mm or less.

次に、図3は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B’線での断面図であり、(c)は底面図である。   Next, FIG. 3 shows another example of the circuit board of the present embodiment, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line BB ′ of (a), ( c) is a bottom view.

図3に示す例の回路基板10は、本実施形態の窒化珪素質焼結体からなる支持基板11の第1主面側に銅を主成分とする回路部材12a,12bを、第1主面に対向する第2主面側に銅を主成分とする放熱部材13を設けてなる回路基板10であり、支持基板11側からそれぞれ接合層14a,14bおよび銅材15a,15bを順次介して接合されている。   The circuit board 10 in the example shown in FIG. 3 includes circuit members 12a and 12b mainly composed of copper on the first main surface side of the support substrate 11 made of the silicon nitride sintered body of the present embodiment. Is a circuit board 10 in which a heat radiating member 13 mainly composed of copper is provided on the second main surface side opposite to the side of the support board 11 and joined from the support board 11 side through the joining layers 14a and 14b and the copper materials 15a and 15b, respectively. Has been.

この図3に示す例の回路基板10も、図2に示す例の回路基板10と同様の作用効果を得ることができる。さらに、図2に示す例の回路基板10において、支持基板11に回路部材12a,12bおよび放熱部材13を接合するときの温度が800〜900℃であるのに対し、銅材15a,15bを介することにより、回路部材12a,12bと銅材15aとの間および放熱部材13と銅材15bとの間の接合を、それぞれの構成成分である銅の拡散によって300〜500℃程度の比較的低い温度で接合することができるため、支持基板11に生じる反りを抑制することができる。その結果、支持基板11に生じる応力が小さいことから、熱を繰り返し加えても亀裂が生じにくいものとなる。また、回路部材12a,12bおよび放熱部材13の少なくともいずれか1つを厚くすることができるため、回路基板10の放熱特性を高くすることができる。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 3 can also obtain the same effects as the circuit board 10 of the example shown in FIG. Further, in the circuit board 10 of the example shown in FIG. 2, the temperature when the circuit members 12a, 12b and the heat radiating member 13 are joined to the support substrate 11 is 800 to 900 ° C., but the copper materials 15a, 15b are interposed. As a result, the bonding between the circuit members 12a and 12b and the copper material 15a and between the heat radiation member 13 and the copper material 15b are relatively low temperatures of about 300 to 500 ° C. due to the diffusion of copper as the respective constituent components. Therefore, the warp generated in the support substrate 11 can be suppressed. As a result, since the stress generated in the support substrate 11 is small, cracks hardly occur even when heat is repeatedly applied. In addition, since at least one of the circuit members 12a and 12b and the heat radiating member 13 can be thickened, the heat dissipation characteristics of the circuit board 10 can be enhanced.

次に、図4は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のC−C’線での断面図であり、(c)は底面図である。   Next, FIG. 4 shows another example of the circuit board of the present embodiment, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along the line CC ′ of (a), ( c) is a bottom view.

図4に示す例の回路基板10は、本実施形態の窒化珪素質焼結体からなる支持基板11の第1主面側に銅を主成分とする回路部材12a,12bを、第1主面に対向する第2主面側に銅を主成分とする放熱部材13を設けてなる回路基板10であり、支持基板11側からそれぞれ接合層14a,14bおよび銅材15a,15bを順次介して接合されている。   The circuit board 10 in the example shown in FIG. 4 includes circuit members 12a and 12b mainly composed of copper on the first main surface side of the support substrate 11 made of the silicon nitride sintered body of the present embodiment. Is a circuit board 10 in which a heat radiating member 13 mainly composed of copper is provided on the second main surface side opposite to the side of the support board 11 and joined from the support board 11 side through the joining layers 14a and 14b and the copper materials 15a and 15b, respectively. Has been.

また、図4に示す例における支持基板11および放熱部材13は、図3に示す例における支持基板11および放熱部材13と寸法が同じであって、平面視したときに、複数個並べて配置される回路部材12a,12bの寸法が同等であり、第2主面に設けられる放熱部材13の構成は図3に示す例の回路基板10における放熱部材13と同じである。また、図4に示す回路部
材12a,12bの寸法は、例えば、長さ(図4に示すX方向)が7mm以上85mm以下であり、幅(図4に示すY方向)が7mm以上85mm以下であり、厚みが0.5mm以上5mm
以下である。
Further, the support substrate 11 and the heat dissipation member 13 in the example shown in FIG. 4 have the same dimensions as the support substrate 11 and the heat dissipation member 13 in the example shown in FIG. The circuit members 12a and 12b have the same dimensions, and the configuration of the heat dissipation member 13 provided on the second main surface is the same as that of the heat dissipation member 13 in the circuit board 10 of the example shown in FIG. 4 are, for example, a length (X direction shown in FIG. 4) of 7 mm to 85 mm and a width (Y direction shown in FIG. 4) of 7 mm to 85 mm. Yes, thickness is 0.5mm or more 5mm
It is as follows.

図4に示す例のように、支持基板11の第1主面側に大きさが同等の回路部材12a,12bが配置されているときには、図3に示す、大きさが異なる回路部材12a,12bが接合されている回路基板10よりも、回路部材12a,12bを接合した後に、支持基板11に生じる応力の偏りを少なくすることができるので、支持基板11に生じる反りを低減することができる。   When the circuit members 12a and 12b having the same size are arranged on the first main surface side of the support substrate 11 as in the example shown in FIG. 4, the circuit members 12a and 12b having different sizes shown in FIG. Since the bias of stress generated in the support substrate 11 can be reduced after the circuit members 12a and 12b are bonded to each other than the circuit substrate 10 to which is bonded, the warp generated in the support substrate 11 can be reduced.

なお、回路部材12a,12bおよび放熱部材13の主成分である銅の含有量は、ともに90質量%以上であり、銅の含有量が多い、無酸素銅,タフピッチ銅およびりん脱酸銅のいずれかからなることが好適であり、特に、無酸素銅のうち、銅の含有量が99.995質量%以上の線形結晶無酸素銅,単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかからなることが好適である。このように、回路部材12a,12bおよび放熱部材13は、銅の含有量が多くなると、それぞれ電気抵抗が低く、熱伝導率が高くなるため、放熱特性が向上し、さらに回路部材12a,12bにおいては、回路特性(回路部材12a,12b上に搭載される電子部品の発熱を抑制し、電力損失を少なくする特性)も向上する。また、銅の含有量が多くなると、降伏応力が低く、加熱すると塑性変形しやすくなるため、回路部材12a,12bおよび銅材15a,放熱部材13および銅材15bのそれぞれの密着性が上がり、より信頼性が高くなる。   In addition, the content of copper, which is the main component of the circuit members 12a and 12b and the heat radiating member 13, is 90% by mass or more, and any of oxygen-free copper, tough pitch copper and phosphorous deoxidized copper with a large copper content. In particular, the oxygen-free copper is made of any of linear crystalline oxygen-free copper, single-crystal high-purity oxygen-free copper, and vacuum-dissolved copper having a copper content of 99.995% by mass or more. Is preferred. As described above, the circuit members 12a and 12b and the heat radiating member 13 each have a low electrical resistance and a high thermal conductivity when the copper content is increased. Therefore, the heat radiation characteristics are improved, and the circuit members 12a and 12b The circuit characteristics (characteristics for suppressing heat generation and reducing power loss of electronic components mounted on the circuit members 12a and 12b) are also improved. Further, when the copper content is increased, the yield stress is low, and plastic deformation tends to occur when heated. Therefore, the adhesion of each of the circuit members 12a and 12b and the copper material 15a, the heat radiation member 13 and the copper material 15b is increased, and more Increased reliability.

また、接合層14a,14bとなるろう材は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか1種であって、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選ばれる1種以上を含有することが好適であり、その厚みは、例えば、5μm以上20μm以下である。   The brazing material to be the bonding layers 14a and 14b is preferably composed of at least one of silver and copper as a main component and at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. The thickness is, for example, 5 μm or more and 20 μm or less.

また、銅材15a,15bは、銅の含有量が多い、無酸素銅,タフピッチ銅およびりん脱酸銅のいずれかからなることが好適であって、特に、無酸素銅のうち、銅の含有量が99.995質量%以上の線形結晶無酸素銅,単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかからなることが好適であり、その厚みは、例えば、0.1mm以上0.6mm以下である。   Further, the copper materials 15a and 15b are preferably made of any one of oxygen-free copper, tough pitch copper, and phosphorus-deoxidized copper having a high copper content. It is preferable that the amount is 99.995% by mass or more of linear crystalline oxygen-free copper, single-crystal high-purity oxygen-free copper, and vacuum-melted copper, and the thickness thereof is, for example, 0.1 mm or more and 0.6 mm or less .

なお、回路基板10を構成する窒化珪素質基板からなる支持基板11の3点曲げ強度,動的弾性率,ビッカース硬度(H)および破壊靱性(K1C)については、回路基板10から回路部材12a,12b、放熱部材13、接合層14a,14bおよび銅材15a,15bをエッチング等によって除去した後、上述した方法によって求めればよい。 The three-point bending strength, dynamic elastic modulus, Vickers hardness (H v ) and fracture toughness (K 1C ) of the support substrate 11 made of the silicon nitride substrate constituting the circuit substrate 10 are determined from the circuit substrate 10 to the circuit member. What is necessary is just to obtain | require by the method mentioned above, after removing 12a, 12b, the thermal radiation member 13, bonding layer 14a, 14b, and copper material 15a, 15b by an etching etc.

次に、図5は、本実施形態の電子装置の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のD−D’線での断面図であり、(c)は底面図である。   Next, FIG. 5 shows an example of the electronic device of this embodiment, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line DD ′ in (a), and (c). Is a bottom view.

図5に示す例の電子装置Sは、本実施形態の回路基板10の回路部材12上に1つ以上の半導体素子等の電子部品16,17が搭載されたものであり、これらの電子部品16,17同士は導体(図示しない)によって互いに電気的に接続されている。本実施形態の電子装置Sによれば、本実施形態の回路基板10における回路部材12上に電子部品16,17を搭載したことから、電子部品16,17が発熱を繰り返しても、支持基板11と、回路部材12および放熱部材13とが容易に剥離しないので、耐久性の高い電子装置Sとすることができる。   The electronic device S of the example shown in FIG. 5 is one in which one or more electronic components 16 and 17 such as semiconductor elements are mounted on the circuit member 12 of the circuit board 10 of the present embodiment. , 17 are electrically connected to each other by a conductor (not shown). According to the electronic device S of the present embodiment, since the electronic components 16 and 17 are mounted on the circuit member 12 in the circuit board 10 of the present embodiment, even if the electronic components 16 and 17 repeatedly generate heat, the support substrate 11 Since the circuit member 12 and the heat radiating member 13 are not easily separated, the electronic device S having high durability can be obtained.

図5に示す例における回路部材12および放熱部材13のそれぞれの寸法は、例えば、長さ(図5に示すX方向)が4mm以上40mm以下であり、幅(図5に示すY方向)が5mm以上50mm以下であり、厚みが0.5mm以上5mm以下である。   The dimensions of the circuit member 12 and the heat dissipation member 13 in the example shown in FIG. 5, for example, are 4 mm or more and 40 mm or less in length (X direction shown in FIG. 5), and 5 mm in width (Y direction shown in FIG. 5). The thickness is 50 mm or less and the thickness is 0.5 mm or more and 5 mm or less.

そして、図5に示す例のように、回路部材12および放熱部材13は、平面視でそれぞれ複数行および複数列に配置されていることが好適である。このように、回路部材12および放熱部材13が平面視で複数行および複数列に配置されることで、回路部材12および放熱部材13を支持基板11に接合した際に、支持基板11に生じる応力が分散されやすくなるので、支持基板11に生じる反りを減らすことができる。特に、回路部材12および放熱部材13は、図5に示す例のように、平面視でそれぞれ複数行および複数列に等間隔で配置されていることが好適である。   And as the example shown in FIG. 5, it is suitable for the circuit member 12 and the heat radiating member 13 to be arrange | positioned at multiple rows and multiple columns, respectively, by planar view. As described above, the circuit member 12 and the heat dissipation member 13 are arranged in a plurality of rows and columns in a plan view, so that the stress generated in the support substrate 11 when the circuit member 12 and the heat dissipation member 13 are joined to the support substrate 11. Can be easily dispersed, so that warpage occurring in the support substrate 11 can be reduced. In particular, the circuit member 12 and the heat radiating member 13 are preferably arranged at equal intervals in a plurality of rows and a plurality of columns, respectively, in plan view, as in the example shown in FIG.

図2〜4に示す例の回路基板10および図5に示す例の電子装置Sによれば、支持基板11が、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有していることから、反りが生じにくく熱が繰り返し加わっても亀裂が生じにくいため、信頼性の高い回路基板10および電子装置Sとすることができる。   According to the example circuit board 10 shown in FIGS. 2 to 4 and the example electronic device S shown in FIG. 5, the support substrate 11 has high dielectric strength and has excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics. In addition, since it is difficult for warping to occur and cracks are hardly generated even when heat is repeatedly applied, the circuit board 10 and the electronic device S with high reliability can be obtained.

次に、本実施形態の窒化珪素質焼結体の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the silicon nitride sintered body of this embodiment will be described.

まず、β化率が20%以下である窒化珪素の粉末と、添加成分として酸化マグネシウム(MgO),希土類金属の酸化物(例えば、Sc,Y,La,Ce,Pr11,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびLuの少なくともいずれか1種),酸化アルミニウム(Al)および硼酸(HBO)の各粉末とを、バレルミル,回転ミル,振動ミル,ビーズミル,サンドミル,アジテーターミル等の混合装置を用いて、水とともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製する。 First, powder of silicon nitride having a β conversion rate of 20% or less, magnesium oxide (MgO) as an additive component, rare earth metal oxide (for example, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce) 2 O 3 , Pr 6 O 11 , Nd 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er Each powder of 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and boric acid (H 3 BO 3 ), Using a mixing device such as a rotary mill, a vibration mill, a bead mill, a sand mill, an agitator mill, etc., wet mixing with water and pulverization produce a slurry.

ところで、窒化珪素には、その結晶構造の違いにより、α型およびβ型という2種類の窒化珪素が存在する。α型は低温で、β型は高温で安定であり、1400℃以上でα型からβ型への相転移が不可逆的に起こる。ここで、β化率とは、X線回折法で得られたα(102
)回折線とα(210)回折線との各ピーク強度の和をIα、β(101)回折線とβ(210)
回折線との各ピーク強度の和をIβとしたときに、次の式によって算出される値である。β化率={Iβ/(Iα+Iβ)}×100 (%)
窒化珪素の粉末のβ化率は、窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体の強度および破壊靱性値に影響する。β化率が20%以下の窒化珪素の粉末を用いるのは、強度および破壊靱性値をともに高くすることができるからである。β化率が20%を超える窒化珪素の粉末は、焼成工程で粒成長の核となって、粗大で、しかもアスペクト比の小さい結晶となりやすく、強度および破壊靱性値とも低下するおそれがある。そのため、特に、β化率が10%以下の窒化珪素の粉末を用いるのが好ましい。
By the way, there are two types of silicon nitride, α-type and β-type, due to the difference in crystal structure of silicon nitride. The α type is stable at low temperatures, the β type is stable at high temperatures, and the phase transition from α type to β type occurs irreversibly at 1400 ° C or higher. Here, the β conversion rate is α (102 obtained by the X-ray diffraction method.
) The sum of the peak intensities of the diffraction lines and α (210) diffraction lines is I α , β (101) diffraction lines and β (210)
This is a value calculated by the following equation, where I β is the sum of peak intensities with diffraction lines. β conversion rate = {I β / (I α + I β )} × 100 (%)
The β conversion rate of the silicon nitride powder affects the strength and fracture toughness value of the silicon nitride sintered body containing silicon nitride as a main component. The reason why silicon nitride powder having a β conversion ratio of 20% or less is used is that both strength and fracture toughness values can be increased. Silicon nitride powder having a β conversion ratio of more than 20% becomes the core of grain growth in the firing step, tends to be coarse and have a small aspect ratio, and there is a risk that both strength and fracture toughness values will decrease. Therefore, it is particularly preferable to use silicon nitride powder having a β conversion rate of 10% or less.

そして、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなる窒化珪素質焼結体とするには、窒化珪素の粉末とこれら添加成分の粉末の合計との総和を100質量%としたとき、添加成分である酸化マ
グネシウム(MgO)の粉末を2〜6質量%、希土類金属の酸化物の粉末を12〜16質量%、酸化アルミニウム(Al)の粉末を0.1〜0.5質量%および硼酸(HBO)の粉末を0.05〜0.28質量%、残部を窒化珪素となるように秤量すればよい。
Magnesium, rare earth metal, aluminum and boron are converted into oxides in an amount of 2% to 6%, 12% to 16%, 0.1% to 0.5%, 0.06% to 0.32%, respectively. In order to obtain a silicon nitride-based sintered body comprising the following, when the sum of the silicon nitride powder and the total of these additive component powders is 100% by mass, the additive component magnesium oxide (MgO) powder is added. 2 to 6 mass%, 12 to 16 mass% of rare earth metal oxide powder, 0.1 to 0.5 mass% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, and 0.05 to 0.28 of boric acid (H 3 BO 3 ) powder What is necessary is just to weigh so that the mass% and the remainder may be silicon nitride.

窒化珪素および添加成分の粉末の粉砕で用いるボールは、不純物が混入しにくい材質あるいは同じ材料組成の窒化珪素質焼結体からなるボールが好適である。なお、窒化珪素および添加成分の粉末の粉砕は、粒度分布曲線の累積体積の総和を100%とした場合の累積
体積が90%となる粒径(D90)が3μm以下となるまで粉砕することが、焼結性の向上という点から好ましい。粉砕によって得られる粒度分布は、ボールの外径,ボールの量,
スラリーの粘度,粉砕時間等で調整することができる。
Balls used for pulverization of silicon nitride and additive component powders are preferably balls made of a material in which impurities are hardly mixed or a silicon nitride sintered body having the same material composition. The silicon nitride and additive component powders are pulverized until the particle size (D 90 ) is 90 μm or less when the total volume of the particle size distribution curve is 100%. Is preferable from the viewpoint of improving the sinterability. The particle size distribution obtained by grinding is as follows: ball outer diameter, ball quantity,
It can be adjusted by the viscosity of the slurry, the grinding time, and the like.

また、以上の粉砕を短時間で行なうには、予め累積体積50%となる粒径(D50)が1μm以下の粉末を用いることが好ましい。また、有機バインダを窒化珪素の粉末と焼結助剤の粉末との総和100質量%に対して1質量%以上10質量%以下でスラリーに混合するこ
とが、成形性のために好ましい。さらに、分散性を高めるために分散剤を添加することが好ましい。
Further, to perform in a short time or grinding, it is preferred that the particle size in advance at a cumulative volume 50% (D 50) less is used powder 1 [mu] m. In addition, it is preferable for the moldability that the organic binder is mixed in the slurry at 1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total of 100% by mass of the silicon nitride powder and the sintering aid powder. Furthermore, it is preferable to add a dispersant in order to improve dispersibility.

次に、得られたスラリーをASTM E 11−61に記載されている粒度番号が200のメ
ッシュまたはこのメッシュより細かいメッシュの篩いに通した後に乾燥させて、窒化珪素を主成分とする顆粒(以下、窒化珪素質顆粒という。)を得る。乾燥は、噴霧乾燥機で乾燥させてもよく、他の方法であっても何ら問題ない。そして、粉末圧延法を用いて窒化珪素質顆粒をシート状に成形してセラミックグリーンシートとし、このセラミックグリーンシートを所定の長さに切断して窒化珪素を主成分とする成形体(以下、窒化珪素質成形体という。)を得る。あるいは、粉末圧延法に代えて、加圧成形法を用い、窒化珪素質顆粒を成形型に充填してから加圧することによって、形状が、例えば、角柱状,角板状,円柱状または円板状である窒化珪素質成形体を得る。
Next, the obtained slurry was passed through a mesh having a particle size number of 200 described in ASTM E 11-61 or a sieve having a finer mesh than this mesh, and then dried to obtain granules containing silicon nitride as a main component (hereinafter referred to as “silicone nitride”). , Referred to as silicon nitride granules). Drying may be performed by a spray dryer, and there is no problem even if other methods are used. Then, a silicon nitride granule is formed into a sheet by using a powder rolling method to form a ceramic green sheet, and the ceramic green sheet is cut into a predetermined length to form a molded body containing silicon nitride as a main component (hereinafter referred to as nitriding). This is referred to as a silicon-like molded body). Alternatively, instead of the powder rolling method, a pressure molding method is used, and a silicon nitride granule is filled in a mold and then pressed, so that the shape is, for example, a prismatic shape, a square plate shape, a cylindrical shape, or a disk shape. A silicon nitride-like molded body having a shape is obtained.

次に、得られた成形体を相対密度が55%以上95%以下である窒化珪素質焼結体からなるこう鉢の内部に入れる。なお、このとき、窒化珪素質成形体の含有成分の揮発を抑制するために、窒化珪素質成形体の周囲に酸化マグネシウムおよび希土類金属の酸化物等の成分を含んだ共材を配置して、黒鉛抵抗発熱体が設置された焼成炉内に入れて焼成する。この共材は窒化珪素質成形体の各質量の合計に対して、2質量%以上10質量%未満の量が好ましい。   Next, the obtained molded body is put into a mortar made of a silicon nitride sintered body having a relative density of 55% or more and 95% or less. At this time, in order to suppress volatilization of the components contained in the silicon nitride-based molded body, a co-material containing components such as magnesium oxide and rare earth metal oxide is disposed around the silicon nitride-based molded body, It is fired in a firing furnace in which a graphite resistance heating element is installed. The amount of the common material is preferably 2% by mass or more and less than 10% by mass with respect to the total mass of the silicon nitride-based molded body.

また、焼成条件については、室温から300〜1000℃までは真空雰囲気中にて昇温し、そ
の後、窒素ガスを導入して、窒素分圧を15〜900kPaに維持する。そして、さらに昇温
を進めることによって、1000〜1400℃付近では添加成分が固相反応を経て液相成分を形成し、1400℃以上の温度域でα型からβ型への窒化珪素の相転移が不可逆的に起こる。
Moreover, about baking conditions, it heats up in a vacuum atmosphere from room temperature to 300-1000 degreeC, Then, nitrogen gas is introduce | transduced and nitrogen partial pressure is maintained at 15-900 kPa. Further, by further increasing the temperature, the additive component forms a liquid phase component in the vicinity of 1000 to 1400 ° C through a solid phase reaction, and the phase transition of silicon nitride from α-type to β-type in the temperature range of 1400 ° C or higher Happens irreversibly.

そして、焼成炉内の温度を上げて1560℃以上1640℃以下で2時間以上4時間以下保持した後、さらに温度を上げて1740℃以上1800℃未満で4時間以上10時間以下保持した後、500℃/時間以上の降温速度で冷却することによって、窒化珪素を主成分とし、マグネシウ
ム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなり、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)である本実施形態の窒化珪素質焼結体を得ることができる。
And after raising the temperature in the firing furnace and keeping it at 1560 ° C. or more and 1640 ° C. or less for 2 hours or more and 4 hours or less, further raising the temperature and keeping it at 1740 ° C. or more and less than 1800 ° C. for 4 hours or more and 10 hours or less, By cooling at a rate of temperature decrease of ℃ / hour or more, silicon nitride is the main component, and magnesium, rare earth metal, aluminum, and boron are 2% by mass to 6% by mass and 12% by mass to 16% by mass in terms of oxides, respectively. In the following, 0.1 to 0.5% by mass, 0.06 to 0.32% by mass, a main crystal phase composed of β-Si 3 N 4 and a composition formula of RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is And a grain boundary phase containing a component represented as (rare earth metal), and obtained with respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by an X-ray diffraction method. much trouble RE at 30 ° ~35 ° Si 2 N 2 O 7 first ratio (I 1 / I 0) of the peak intensity I 1 of 20% or less (excluding 0%) to obtain a silicon nitride sintered body of the present embodiment is Can do.

また、比率(I/I)が4%以上である本実施形態の窒化珪素質焼結体を得るには、最高温度を保持した後の降温速度を500℃/時間以上550℃/時間以下で冷却すればよい。 In addition, in order to obtain the silicon nitride sintered body of this embodiment in which the ratio (I 1 / I 0 ) is 4% or more, the temperature decreasing rate after maintaining the maximum temperature is 500 ° C./hour or more and 550 ° C./hour. What is necessary is just to cool below.

また、粒界相中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物とを含み、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触している本実施形態の窒化珪素質焼結体を得るには、窒化珪素の粉末および添加成分を構成
する上記各粉末に、焼成後に第1金属の珪化物および第2金属の珪化物となる、それぞれの金属,酸化物,珪化物等の少なくともいずれか1種からなる粉末とを添加して、混合装置を用いて水とともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製すればよい。そして、スラリーを作製した後は、上述した方法と同じ方法で作製することにより、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物とを含み、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触している本実施形態の窒化珪素質焼結体を得ることができる。
Further, in the grain boundary phase, a first metal silicide composed of at least one of iron and copper, and a second metal silicide composed of at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. In order to obtain the silicon nitride-based sintered body of the present embodiment in which the silicide of the first metal and the silicide of the second metal are in contact with each other, the above-mentioned respective components constituting the silicon nitride powder and additive components A powder is added to the powder, which is a silicide of a first metal and a silicide of a second metal after firing, and is made of at least one of each metal, oxide, silicide, etc. Then, it may be wet-mixed with water and pulverized to prepare a slurry. And after producing the slurry, by producing the same method as described above, the silicide of the first metal composed of at least one of iron and copper, molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. It is possible to obtain a silicon nitride-based sintered body of the present embodiment including at least one of the second metal silicides, wherein the first metal silicide and the second metal silicide are in contact with each other. it can.

また、粒界相にカルシウムを含んでなる白状斑点が存在している本実施形態の窒化珪素質焼結体を得るには、窒化珪素の粉末および添加成分を構成する上記各粉末に、酸化カルシウムの粉末を、例えば、0.25質量%以上0.6質量%以下添加して、混合装置を用いて、
水とともに湿式混合し、粉砕してスラリーを作製すればよい。そして、スラリーを作製した後は、上述した方法と同じ方法で作製することにより、カルシウムを含んでなる白状斑点が粒界相に存在している窒化珪素質焼結体を得ることができる。
Further, in order to obtain the silicon nitride-based sintered body of the present embodiment in which white spots containing calcium are present in the grain boundary phase, calcium oxide is added to each of the powders constituting the silicon nitride powder and the additive component. Add, for example, 0.25 wt% or more and 0.6 wt% or less, using a mixing device,
What is necessary is just to wet-mix with water and grind | pulverize and to produce a slurry. And after producing a slurry, the silicon nitride sintered body in which the white spot containing calcium exists in the grain boundary phase can be obtained by producing by the same method as described above.

また、円相当径が2μm以上50μm以下の白状斑点が、1mm当たり550個以上1650
個以下存在する窒化珪素質焼結体を得るには、混合装置による混合・粉砕時間を例えば24時間以上72時間以下とすればよい。
In addition, white spots with an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less are 550 or more 1650 per 1 mm 2.
In order to obtain a silicon nitride sintered body having less than one, the mixing / pulverization time by the mixing device may be set to, for example, 24 hours or more and 72 hours or less.

次に、本実施形態の回路基板10の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the circuit board 10 of the present embodiment will be described.

図2に示す例の回路基板10を得るには、まず、X方向の長さが20mm以上200mm以下
であり、Y方向の長さが10mm以上120mm以下であり、厚みが0.2mm以上1.0mm以下
である支持基板11を上述した製造方法により準備する。次いで、この支持基板11の両主面上に、接合層14a,14bとなる、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選ばれる1種以上を含有する銀(Ag)−銅(Cu)系合金のペースト状のろう材を、スクリーン印刷法,ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで塗布し、第1主面側に銅を主成分とする回路部材12a,12bを、第2主面側に銅を主成分とする放熱部材13を配置する。上記ペースト状のろう材には、モリブデン,タンタル,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選ばれる1種以上を含有させてもよい。その後、真空雰囲気中、800℃以上900℃以下で加熱し、同時に30MPa以上の圧力を加えることによって、支持基板11の第1主面側に回路部材12a,12bを、第2主面側に放熱部材13をそれぞれろう材14a,14bを介して接合してなる回路基板10を得ることができる。
To obtain the circuit board 10 of the example shown in FIG. 2, first, the length in the X direction is 20 mm to 200 mm, the length in the Y direction is 10 mm to 120 mm, and the thickness is 0.2 mm to 1.0 mm. The support substrate 11 is prepared by the manufacturing method described above. Next, a paste of a silver (Ag) -copper (Cu) alloy containing at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, which becomes the bonding layers 14a and 14b, on both main surfaces of the support substrate 11. The brazing filler metal is applied by any one of the screen printing method, the roll coater method, the brush coating method, etc., and the circuit members 12a and 12b mainly composed of copper are provided on the first main surface side, and the second main surface side is provided. A heat dissipating member 13 mainly composed of copper is disposed. The pasty brazing material may contain one or more selected from molybdenum, tantalum, osmium, rhenium and tungsten. Thereafter, heating is performed in a vacuum atmosphere at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, and at the same time, a pressure of 30 MPa or more is applied. It is possible to obtain the circuit board 10 formed by joining the members 13 via the brazing materials 14a and 14b, respectively.

また、図3,4に示す例の回路基板10を得るには、まず、上述した大きさの支持基板11を準備する。次いで、この支持基板11の両主面上に、接合層14a,14bとなる、チタン,ジルコニウム,ハフニウムおよびニオブから選ばれる1種以上を含有する銀(Ag)−銅(Cu)系合金のペースト状のろう材を、スクリーン印刷法,ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで塗布する。上記ペースト状のろう材にも、モリブデン,タンタル,オスミウム,レニウムおよびタングステンから選ばれる1種以上を含有させてもよい。そして、ろう材上に薄状の銅材15a,15bをそれぞれ配置する。その後、800℃以上900℃以下で加熱して、支持基板11の第1主面側に接合層14aを介して銅材15aを、第2主面側に接合層14bを介して銅材15bを接合する。   In order to obtain the circuit board 10 shown in FIGS. 3 and 4, first, the support board 11 having the above-described size is prepared. Next, a paste of a silver (Ag) -copper (Cu) alloy containing at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, which becomes the bonding layers 14a and 14b, on both main surfaces of the support substrate 11. The brazing filler metal is applied by any one of a screen printing method, a roll coater method and a brush coating method. The pasty brazing material may also contain one or more selected from molybdenum, tantalum, osmium, rhenium and tungsten. And thin copper material 15a, 15b is each arrange | positioned on a brazing material. Thereafter, heating is performed at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, and the copper material 15a is provided on the first main surface side of the support substrate 11 via the bonding layer 14a, and the copper material 15b is provided on the second main surface side via the bonding layer 14b. Join.

そして、銅材15a,15bがそれぞれ回路部材12a,12bおよび放熱部材13と対向する面を研磨した後、銅材15a,15b上に回路部材12a,12bおよび放熱部材13をそれぞれ配置する。そして、水素,窒素,ネオンまたはアルゴンのいずれかから選ばれる雰囲気中、300℃以上500℃以下で加熱し、同時に30MPa以上の圧力を加えることによって、支持基板11の第1主面側に回路部材12a,12bを、第2主面側に放熱部材13をそれぞれ接合層14a
,14b、銅材15a,15bを順次介して接合してなる回路基板10を得ることができる。
Then, after polishing the surfaces of the copper members 15a and 15b facing the circuit members 12a and 12b and the heat radiating member 13, respectively, the circuit members 12a and 12b and the heat radiating member 13 are disposed on the copper materials 15a and 15b, respectively. Then, heating is performed at 300 ° C. or more and 500 ° C. or less in an atmosphere selected from hydrogen, nitrogen, neon, and argon, and at the same time, a pressure of 30 MPa or more is applied to the circuit board member on the first main surface side of the support substrate 11. 12a and 12b, and the heat dissipating member 13 on the second main surface side, respectively, the bonding layer 14a
, 14b and the copper materials 15a, 15b can be sequentially joined to obtain the circuit board 10.

以下、本実施形態の実施例を具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present embodiment will be specifically described below, but the present embodiment is not limited to these examples.

まず、β化率が10%(即ち、α化率が90%)である窒化珪素の粉末と、添加成分として酸化マグネシウム(MgO),表1に示す希土類金属の酸化物,酸化アルミニウム(Al)および硼酸(HBO)の各粉末とを用いて、表1に示す含有量となるように秤量し、回転ミルを用いて湿式混合し、粒径(D90)が1μm以下となるまで粉砕してスラリーとした。 First, silicon nitride powder having a β conversion rate of 10% (that is, an α conversion rate of 90%), magnesium oxide (MgO) as an additional component, rare earth metal oxides shown in Table 1, aluminum oxide (Al 2 Each powder of O 3 ) and boric acid (H 3 BO 3 ) was weighed so as to have the content shown in Table 1, wet-mixed using a rotary mill, and the particle size (D 90 ) was 1 μm or less It grind | pulverized until it became, and it was set as the slurry.

次に、得られたスラリーに有機バインダを加えた後、ASTM E 11−61に記載されている粒度番号が250のメッシュの篩いに通した後に噴霧乾燥機を用いて乾燥させること
によって、窒化珪素質顆粒を得た。そして、粉末圧延法を用いて、窒化珪素質顆粒をシート状に成形してセラミックグリーンシートとし、このセラミックグリーンシートを所定の長さに切断し、平板状の窒化珪素質成形体を得た。
Next, after adding an organic binder to the obtained slurry, it is passed through a sieve having a mesh size of 250 described in ASTM E 11-61, and then dried using a spray dryer, thereby obtaining silicon nitride. Granules were obtained. Then, using a powder rolling method, the silicon nitride granule was formed into a sheet shape to form a ceramic green sheet, and the ceramic green sheet was cut into a predetermined length to obtain a flat silicon nitride molded body.

次に、得られた窒化珪素質成形体を相対密度が75%である窒化珪素質焼結体からなるこう鉢の内部に入れた。なお、このとき、酸化マグネシウムおよび希土類金属の酸化物等の成分を含んだ共材を、窒化珪素質成形体の各質量の合計に対して6質量%の量で窒化珪素質成形体の周囲に配置した状態で、黒鉛抵抗発熱体が設置された焼成炉内に入れて焼成した。   Next, the obtained silicon nitride-based molded body was placed in a mortar made of a silicon nitride-based sintered body having a relative density of 75%. At this time, the co-material containing components such as magnesium oxide and rare earth metal oxide is placed around the silicon nitride-based molded body in an amount of 6% by mass relative to the total mass of the silicon nitride-based molded body. In the arranged state, it was fired in a firing furnace provided with a graphite resistance heating element.

焼成条件については、室温から500℃までは真空雰囲気中にて昇温し、その後、窒素ガ
スを導入して、窒素分圧を100kPaに維持した。そして、焼成炉内の温度を上げて1580
℃で4時間保持した後、さらに温度を上げて1750℃として、5時間保持した。そして、表1に示す降温速度で冷却することによって、長さが60mm,幅が30mm,厚みが0.32mmの窒化珪素質焼結体である試料No.1〜52を得た。
Regarding the firing conditions, the temperature was raised in a vacuum atmosphere from room temperature to 500 ° C., and then nitrogen gas was introduced to maintain the nitrogen partial pressure at 100 kPa. Then raise the temperature in the firing furnace to 1580
After holding at 4 ° C. for 4 hours, the temperature was further raised to 1750 ° C. and held for 5 hours. Then, by cooling at a temperature lowering rate shown in Table 1, sample No. 1 which is a silicon nitride sintered body having a length of 60 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm. 1-52 were obtained.

そして、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素の各酸化物の含有量をエネルギー分散型X線分光法によって求めた。表1に、各酸化物の含有量を示す。また、組成式がRESiで表される成分の同定を粉末X線回折法を用いて行なった。 The content of each oxide of magnesium, rare earth metal, aluminum and boron was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy. Table 1 shows the content of each oxide. Moreover, the component represented by the composition formula RE 4 Si 2 N 2 O 7 was identified using a powder X-ray diffraction method.

そして、X線回折法によって得られた結果を基に、PDF(登録商標)Number:00−033
−1160で示されるカードと照合して、回折角27°〜28°におけるβ−Siの最も高い強度を第1のピーク強度Iとした。また、表1に記載したPDF(登録商標)Numberで
示されるカードと照合して、回折角30°〜35°におけるRESiの最も高い強度を第1のピーク強度Iとした。なお、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iおよび回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iは、粉末X線回折法によって得られた回折強度曲線からバックグラウンド強度を除去した値である。そして、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iとを用いて比率(I/I)を算出し、算出値を表1に示した。
Based on the results obtained by the X-ray diffraction method , PDF (registered trademark) Number: 00-033
The highest intensity of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° was set as the first peak intensity I 0 in comparison with the card indicated by −1160. Further, the highest intensity of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at the diffraction angle of 30 ° to 35 ° is compared with the card indicated by PDF (Registered Trademark) Number described in Table 1 as the first peak intensity I 1. It was. The first peak intensity I 1 of the RE 4 Si 2 N 2 O 7 in β-Si 3 N first peak intensity I 0 and the diffraction angle of 30 ° to 35 ° of 4 at a diffraction angle of 27 ° ~ 28 ° is The value obtained by removing the background intensity from the diffraction intensity curve obtained by the powder X-ray diffraction method. The first peak intensity of the RE 4 Si 2 N 2 O 7 in respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° ~ 28 °, the diffraction angle 30 ° to 35 ° I 1 Were used to calculate the ratio (I 1 / I 0 ), and the calculated values are shown in Table 1.

また、各試料の厚み方向における熱拡散率αを、レーザフラッシュによる2次元法によって熱定数測定装置(アルバック理工(株)製、TC−7000)を用いて、各試料の比熱容量Cを、示唆走査熱量法(DSC法)によって超高感度型示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ(株)製、DSC−6200)を用いて、また、各試料のかさ密度ρ(kg/m)をJIS R 1634−1998に準拠してそれぞれ測定した。そして、これらの方法によ
って求められた値を以下の式に代入して、各試料の厚み方向における熱伝導率κ(W/(m・K))をそれぞれ算出し、その値を表1に示した。
κ=α・C・ρ
また、各試料の絶縁耐力を評価するために、各試料の絶縁破壊の強さ(MV/m)をJIS C 2141−1992(IEC 672-2(1980))に準拠して測定し、その値を表1に示
した。なお、各試料に形成する電極の材質は黄銅とし、各試料の周囲媒質としてシリコーン油を用いた。
In addition, the thermal diffusivity α in the thickness direction of each sample is suggested by using a thermal constant measuring device (TC-7000 manufactured by ULVAC-RIKO, Inc.) by a two-dimensional method using laser flash, and the specific heat capacity C of each sample is suggested. Using an ultrasensitive differential scanning calorimeter (DSC-6200, manufactured by Seiko Instruments Inc.) by scanning calorimetry (DSC method), the bulk density ρ (kg / m 3 ) of each sample was measured according to JIS R 1634. -Measured according to -1998. Then, the values obtained by these methods are substituted into the following equations to calculate the thermal conductivity κ (W / (m · K)) in the thickness direction of each sample, and the values are shown in Table 1. It was.
κ = α ・ C ・ ρ
In addition, in order to evaluate the dielectric strength of each sample, the dielectric breakdown strength (MV / m) of each sample was measured in accordance with JIS C 2141-1992 (IEC 672-2 (1980)), and the value Are shown in Table 1. In addition, the material of the electrode formed in each sample was brass, and silicone oil was used as the surrounding medium of each sample.

また、窒化珪素質焼結体の機械的特性を評価するために、各試料の作製に用いた窒化珪素質顆粒を乾式加圧成形法により、角柱状に成形した後、上述した焼成条件で焼成し、JIS R 1601−2008(ISO 17565:2003(MOD))に準拠して、長さが36mm,
幅が4mm,厚みが3mmの角柱体における3点曲げ強度(MPa)を測定し、その値を表1に示した。
In addition, in order to evaluate the mechanical properties of the silicon nitride sintered body, the silicon nitride granules used for the preparation of each sample were formed into a prismatic shape by a dry pressure forming method, and then fired under the above-described firing conditions. In accordance with JIS R 1601-2008 (ISO 17565: 2003 (MOD)), the length is 36 mm,
The three-point bending strength (MPa) of a prismatic body having a width of 4 mm and a thickness of 3 mm was measured, and the values are shown in Table 1.

Figure 0005743830
Figure 0005743830

表1に示す通り、試料No.2,4,6,8,10〜14,16,18,20,21,22,23,25,27,29,31〜35,37,39,41,43〜52は、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなり、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESiとして示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°にお
けるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることから、絶縁破壊の強さが18MV/m以上であり、熱伝導率が50W/(m・K)以上であり、3点曲げ強度が740MPa以上であった。この結果から、
本実施形態の窒化珪素質焼結体は、RESiの結晶化に伴う体積収縮は小さく、粒界相内に隙間は生じにくいことから、絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有する窒化珪素質焼結体であることがわかった。
As shown in Table 1, Sample No. 2, 4, 6, 8, 10 to 14, 16, 18, 20, 21, 22, 23, 25, 27, 29, 31 to 35, 37, 39, 41, 43 to 52 are mainly composed of silicon nitride And magnesium, rare earth metal, aluminum and boron in terms of oxides of 2% to 6%, 12% to 16%, 0.1% to 0.5%, 0.06% to 0.32%, respectively. It is composed of a main crystal phase composed of β-Si 3 N 4 and a grain boundary phase containing a component whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 , and is determined by an X-ray diffraction method. , for the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° ~ 28 °, the first peak intensity I 1 of the RE 4 Si 2 N 2 O 7 in the diffraction angle of 30 ° to 35 ° ratio (I 1 / I 0) is 20% or less (excluding 0%) because it is the strength of the dielectric breakdown 18 MV / m or more There, the thermal conductivity is at 50W / (m · K) or more, three-point bending strength was more than 740MPa. from this result,
The silicon nitride sintered body according to the present embodiment has a small volume shrinkage due to crystallization of RE 4 Si 2 N 2 O 7 and is less likely to cause a gap in the grain boundary phase. It was found to be a silicon nitride-based sintered body having properties and mechanical properties.

また、試料No.2,4,6,8,10〜14,16,18,20,21,22,23,25,27,29,31〜35,37,39,41,43〜52の窒化珪素質焼結体を支持基板として用いて、ろう材を介して、支持基板の第1主面側に回路部材を、第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる回路基板を作製したところ、支持基板の絶縁耐力が高く、優れた放熱特性および機械的特性を有していることから、信頼性の高い回路基板とできることがわかった。   Sample No. 2, 4, 6, 8, 10-14, 16, 18, 20, 21, 22, 23, 25, 27, 29, 31-35, 37, 39, 41, 43-52 Is used as a support substrate, and a circuit board is produced by providing a circuit member on the first main surface side of the support substrate and a heat dissipating member on the second main surface side facing the first main surface through a brazing material. As a result, it was found that since the dielectric strength of the support substrate is high and it has excellent heat dissipation characteristics and mechanical characteristics, a highly reliable circuit board can be obtained.

また、このように優れた本実施形態の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載したところ、信頼性の高い電子装置とできることがわかった。   Moreover, it was found that when an electronic component was mounted on the circuit member of the circuit board according to the present embodiment that was excellent in this way, a highly reliable electronic device could be obtained.

実施例1で作製した試料No.10〜13,31〜34を大気雰囲気中で、1500℃で保持した状態でJIS R 1604-2008に準拠して3点曲げ強度を測定した。その測定値を表2に示
す。
Sample No. 1 prepared in Example 1 was used. Three-point bending strength was measured in accordance with JIS R 1604-2008 with 10-13 and 31-34 held at 1500 ° C. in an air atmosphere. The measured values are shown in Table 2.

Figure 0005743830
Figure 0005743830

表2に示す通り、試料No.10〜12,31〜33は、比率(I/I)が4%以上であることから、融点の高い、組成式がRESiとして示される成分が粒界相に占める比率が増すこととなり、高温における3点曲げ強度の値が高くなっており、機械的特性に優れる窒化珪素質焼結体となることがわかった。 As shown in Table 2, Sample No. 10 to 12 and 31 to 33 have a ratio (I 1 / I 0 ) of 4% or more. Therefore, a component having a high melting point and a composition formula represented by RE 4 Si 2 N 2 O 7 is present in the grain boundary phase. It was found that the occupying ratio increased, the value of the three-point bending strength at high temperature was high, and the silicon nitride sintered body having excellent mechanical characteristics was obtained.

まず、β化率が10%(即ち、α化率が90%)である窒化珪素の粉末と、添加成分として酸化マグネシウム(MgO),表3に示す希土類金属の酸化物,酸化アルミニウム(Al),硼酸(HBO),表3に示す鉄および銅の少なくともいずれか1種からな
る第1金属の珪化物の粉末ならびに表3に示すモリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物の各粉末とを、回転ミルを用いて湿式混合し、粒径(D90)が1μm以下となるまで粉砕してスラリーとした。
First, silicon nitride powder having a β conversion rate of 10% (that is, an α conversion rate of 90%), magnesium oxide (MgO) as an additive component, rare earth metal oxides shown in Table 3, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), boric acid (H 3 BO 3 ), a first metal silicide powder comprising at least one of iron and copper shown in Table 3, and molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten shown in Table 3 Each powder of the silicide of the second metal composed of at least one kind was wet mixed using a rotary mill, and pulverized until the particle size (D 90 ) became 1 μm or less to obtain a slurry.

ここで、上記各粉末の含有量は、窒化珪素質焼結体におけるマグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素の各含有量が酸化物換算でそれぞれ4質量%,14質量%,0.3
質量%,0.2質量%となるように、また、第1金属の含有量の合計および第2金属の含有
量の合計が珪化物換算でそれぞれ0.4質量%,5質量%となるように、それぞれ秤量した
。ただし、試料No.53,71は、第2金属の珪化物の粉末を添加していない。
Here, the content of each of the above powders is 4 mass%, 14 mass%, and 0.3 mass, respectively, in terms of oxides of magnesium, rare earth metal, aluminum, and boron in the silicon nitride sintered body.
Weighing is performed so that the total content of the first metal and the total content of the second metal are 0.4% by mass and 5% by mass in terms of silicide, respectively. did. However, Sample No. 53 and 71 do not add silicide powder of the second metal.

次に、得られたスラリーに有機バインダを加えた後、ASTM E 11−61に記載されている粒度番号が250のメッシュの篩いを通した後に噴霧乾燥機を用いて乾燥させること
によって、窒化珪素質顆粒を得た。そして、この窒化珪素質顆粒を、乾式加圧成形法を用いて、先端部が円錐形である円柱状の窒化珪素質成形体を作製した。
Next, an organic binder is added to the obtained slurry, and after passing through a sieve having a particle size number of 250 described in ASTM E 11-61, the slurry is dried using a spray dryer. Granules were obtained. Then, a cylindrical silicon nitride-based molded body having a conical tip portion was produced from the silicon nitride-based granule using a dry pressure molding method.

そして、以降の製造方法としては、実施例1と同様の方法で行なうことにより、長さが75mm,直径が7.5mmの円柱状の窒化珪素質焼結体である試料No.53〜88を得た。な
お、降温速度は、500℃/時間とした。
As a subsequent manufacturing method, the same method as in Example 1 was performed, so that sample No. 1 which was a cylindrical silicon nitride sintered body having a length of 75 mm and a diameter of 7.5 mm was obtained. 53-88 were obtained. The temperature decreasing rate was 500 ° C./hour.

そして、マグネシウム,希土類金属,アルミニウム,硼素の各酸化物、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物について、粉末X線回折法を用いて同定するとともに、エネルギー分散型X線分光法によって添加時の成分組成と含有量が同じであることを確認した。   And magnesium, rare earth metal, aluminum, boron oxide, first metal silicide consisting of at least one of iron and copper, molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten. About the silicide of the 2nd metal, while identifying using the powder X-ray diffraction method, it confirmed that the component composition and content at the time of addition were the same by energy dispersive X-ray spectroscopy.

なお、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素の酸化物は、それぞれMgO,RE,Al,Bとして算出して確認した。また、第1金属の珪化物は、第1金属が鉄である場合はFeSi、銅である場合はCuSiとして算出して確認した。また、第2金属の珪化物は、第2金属がモリブデン,クロム,ニッケル,マンガン,タングステンである場合には、それぞれMoSi,CrSi,NiSi,MnSi,WSiとして算出して確認した。 The oxides of magnesium, rare earth metal, aluminum and boron were calculated and confirmed as MgO, RE 2 O 3 , Al 2 O 3 and B 2 O 3 , respectively. The silicide of the first metal was calculated and confirmed as FeSi 2 when the first metal was iron and CuSi 2 when it was copper. In addition, when the second metal is molybdenum, chromium, nickel, manganese, or tungsten, the second metal silicide was calculated and confirmed as MoSi 2 , CrSi 2 , NiSi 2 , MnSi 2 , or WSi 2 , respectively. .

また、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触している状態は、断面の面積が0.01mmの領域にX線マイクロアナライザーを用いて電子線を照射して、この領域における各元素から発生する特性X線を検出することにより、元素を同定して、特性X線の強度に応じてマッピングすることにより確認し、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触していることが認められる試料は◎を、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触していることが認められない試料は○を表3に示した。 Further, when the silicide of the first metal and the silicide of the second metal are in contact with each other, an area having a cross-sectional area of 0.01 mm 2 is irradiated with an electron beam using an X-ray microanalyzer. By detecting characteristic X-rays generated from each element in the element, the element is identified and confirmed by mapping according to the intensity of the characteristic X-ray, and the first metal silicide and the second metal silicide Table 3 shows that the samples are found to be in contact with each other, and Table 3 shows that the samples where the first metal silicide and the second metal silicide are not found to be in contact with each other.

そして、各試料の耐熱衝撃性をJIS R 1648−2002に記載された試験装置および器具を用いて評価し、試料にクラックが確認されたときの水温との温度差を表3に示した。なお、クラックの有無については、耐熱衝撃試験前後にJIS Z 2343−1−2001に準拠して確認した。   And the thermal shock resistance of each sample was evaluated using the test apparatus and instrument described in JIS R 1648-2002, and Table 3 shows the temperature difference from the water temperature when cracks were confirmed in the sample. The presence or absence of cracks was confirmed before and after the thermal shock test according to JIS Z 2343-1-2001.

Figure 0005743830
Figure 0005743830

表3に示す通り、試料No.54〜70,72〜88は、粒界相中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物とを含み、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触していることから、第1金属の珪化物は、高温の環境下で破壊源となるおそれのある第2金属の珪化物に集中する応力を分散して緩和することができるため、第1金属の珪化物と第2金属の珪化物とが接触していない試料No.
53,71よりも耐熱衝撃性が高くなっていることがわかった。
As shown in Table 3, Sample No. 54 to 70 and 72 to 88 include a first metal silicide composed of at least one of iron and copper and at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten in the grain boundary phase. Since the first metal silicide and the second metal silicide are in contact with each other, the first metal silicide becomes a failure source in a high-temperature environment. Since the stress concentrated on the second metal silicide, which is likely to be dispersed, can be dispersed and relaxed, sample No. 1 in which the first metal silicide and the second metal silicide are not in contact with each other can be relaxed.
It was found that the thermal shock resistance was higher than 53 and 71.

特に、試料No.58,59,65,70,76,77,83,88は、第1金属および第2金属がそれぞれ鉄,タングステンであり、それぞれの珪化物の結晶構造が近似しているために接触する確率が増加することにより、耐熱衝撃性をさらに高くできることがわかった。   In particular, sample no. 58, 59, 65, 70, 76, 77, 83, and 88, the first metal and the second metal are iron and tungsten, respectively, and the probability of contact is due to the approximate crystal structure of each silicide. It was found that the thermal shock resistance can be further increased by increasing the thermal shock resistance.

実施例3の試料No.54と同じ添加成分組成とし、酸化カルシウムの添加量を異ならせた窒化珪素質焼結体を実施例3と同様の方法で作製した。なお、酸化カルシウムの添加量は、試料No.90=0.25質量%、試料No.91=0.50質量%、試料No.92=0.6質量%
とした。
Sample No. of Example 3 A silicon nitride-based sintered body having the same additive component composition as 54 and different amounts of calcium oxide added was produced in the same manner as in Example 3. The amount of calcium oxide added is the same as that of sample No. 90 = 0.25 mass%, sample No. 91 = 0.50 mass%, sample no. 92 = 0.6 mass%
It was.

そして、各試料について、光学顕微鏡を用いて50倍の倍率において暗視野で観察するとともに、光学顕微鏡を用いて観察した領域と同じ領域に、X線マイクロアナライザーを用いて電子線を照射し、この領域から発生するカルシウム固有の波長およびこの波長の強度の情報をX−Y座標に記録したマッピングと、光学顕微鏡で観察した白状斑点の位置とを照合することにより、試料No.90〜92にカルシウムを含んでなる白状斑点が確認された。   Each sample is observed in the dark field at a magnification of 50 times using an optical microscope, and the same region as that observed using the optical microscope is irradiated with an electron beam using an X-ray microanalyzer. By collating the mapping in which the information about the wavelength specific to calcium generated from the region and the intensity of this wavelength is recorded in the XY coordinates with the position of the white spot observed with the optical microscope, the sample No. White spots containing calcium were confirmed in 90-92.

次に、ICP発光分析法によって、窒化珪素質焼結体におけるカルシウムの含有量を求めた。また、前述したマッピングを用いて、マッピングと光学顕微鏡で観察した画像とで照合した白状斑点の位置に存在するカルシウムの面積比率を算出し、この白状斑点に存在するカルシウムの面積比率に窒化珪素質焼結体におけるカルシウムの含有量を乗じることによって、白状斑点に含まれるカルシウムの含有量を求め、その値を表4に示した。   Next, the calcium content in the silicon nitride sintered body was determined by ICP emission analysis. In addition, using the mapping described above, the area ratio of calcium present at the position of white spots collated with the mapping and the image observed with an optical microscope is calculated, and the area ratio of calcium present at the white spots is calculated based on silicon nitride. By multiplying the content of calcium in the sintered body, the content of calcium contained in white spots was determined, and the value is shown in Table 4.

そして、実施例1に示した方法と同じ方法で各試料の厚み方向における熱伝導率κ(W/(m・K))をそれぞれ算出し、その値を表4に示した。   Then, the thermal conductivity κ (W / (m · K)) in the thickness direction of each sample was calculated by the same method as shown in Example 1, and the values are shown in Table 4.

Figure 0005743830
Figure 0005743830

表4に示す通り、試料No.90〜92は、カルシウムを含んでなる白状斑点が粒界相に存在していることから、カルシウムを含んでなる白状斑点が粒界相の存在しない試料No.89よりも熱伝導率が高くなっており、放熱特性を向上できることがわかった。   As shown in Table 4, Sample No. In Nos. 90 to 92, since white spots including calcium are present in the grain boundary phase, sample No. No. It was found that the thermal conductivity was higher than that of 89, and the heat dissipation characteristics could be improved.

実施例3の試料No.72と同じ添加成分組成とし、酸化カルシウムの添加量を0.25質量%とし、混合装置による混合・粉砕時間を表5に示す時間として、他の製造方法は実施例3と同様の方法で窒化珪素質焼結体を作製した。   Sample No. of Example 3 The same additive composition as 72, the addition amount of calcium oxide is 0.25% by mass, and the mixing / pulverization time by the mixing apparatus is the time shown in Table 5. A sintered body was produced.

そして、各試料について、円相当径が2μm以上50μm以下の白状斑点の1mm当たりの個数を確認した。まず、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で、面積が1.125mm(横方向の長さが1.238mm、縦方向の長さが0.909mm)となるように範囲を設定し、CCDカメラでこの範囲の画像を取り込み、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)を用いて、粒子解析という手法で解析した。このとき、設定条件としては、明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を5μm、画像の明暗を示す指標であるしきい値を、画像内の各点(各ピクセル)が有する明るさを示すヒストグラムのピーク値の0.8倍以上2倍以下に設定して行ない、結果を表5に示した。 Then, for each sample, the circle equivalent diameter is confirmed the number of 1 mm 2 per 50μm following confessed spots than 2 [mu] m. First, using an optical microscope, set the range so that the area is 1.125 mm 2 (the horizontal length is 1.238 mm and the vertical length is 0.909 mm) at a magnification of 100 times. The image of the range was taken in and analyzed by a technique called particle analysis using image analysis software “A image-kun” (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.). At this time, as setting conditions, the brightness is dark, the binarization method is manual, the small figure removal area is 5 μm 2 , and a threshold value that is an index indicating the brightness of the image is set to each point (each pixel) in the image. Table 5 shows the results obtained by setting the peak value of the histogram indicating brightness of 0.8 to 0.8 to 2 times.

また、実施例1に示した方法と同じ方法で各試料の厚み方向における熱伝導率κ(W/(m・K))をそれぞれ算出し、その値を表5に示した。   Further, the thermal conductivity κ (W / (m · K)) in the thickness direction of each sample was calculated by the same method as shown in Example 1, and the values are shown in Table 5.

さらに、各試料の絶縁抵抗を評価するために、各試料の両主面上に、チタンおよびモリブデンを含有する銀(Ag)−銅(Cu)系合金のペースト状のろう材を、スクリーン印刷法で塗布し、ろう材上に薄状の銅材をそれぞれ配置した。その後、真空雰囲気中、840
℃で加熱して、ろう材からなる接合層を介して各試料の両主面に銅材を接合した。そして、この銅材を電極として、各試料の絶縁抵抗を測定し、結果を表5に示した。
Further, in order to evaluate the insulation resistance of each sample, a paste-like brazing material of silver (Ag) -copper (Cu) alloy containing titanium and molybdenum is formed on both main surfaces of each sample by a screen printing method. The thin copper material was placed on the brazing material. Then, in a vacuum atmosphere, 840
The copper material was joined to both main surfaces of each sample through the joining layer which consists of a brazing material, heating at degreeC. Then, using this copper material as an electrode, the insulation resistance of each sample was measured, and the results are shown in Table 5.

Figure 0005743830
Figure 0005743830

表5に示す通り、円相当径が2μm以上50μm以下のカルシウムを含んでなる白状斑点が1mm当たり550個以上1650個以下存在している試料No.94〜96は、絶縁抵抗値お
よび熱伝導率が高い結果を得られており、絶縁耐力が高く、放熱特性を向上させた窒化珪素質焼結体とできることがわかった。
As shown in Table 5, Sample No. 1 has white spots of 550 or more and 1650 or less per 1 mm 2 containing calcium having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less. Nos. 94 to 96 have obtained high results of insulation resistance and thermal conductivity, and it was found that silicon nitride sintered bodies having high dielectric strength and improved heat dissipation characteristics can be obtained.

1:主結晶相
2:組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分
3:粒界相
4:第1金属の珪化物
5:第2金属の珪化物
6a:固溶体
6b:金属間化合物
10:回路基板
11:支持基板(窒化珪素質焼結体)
12a,12b:回路部材
13:放熱部材
14a,14b:接合層
15a,15b:銅材
16,17:電子部品
1: Main crystal phase 2: Component whose composition formula is shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is a rare earth metal) 3: Grain boundary phase 4: Silicide of first metal 5: Silicide of second metal 6a : Solid solution 6b: Intermetallic compound
10: Circuit board
11: Support substrate (silicon nitride sintered body)
12a, 12b: Circuit members
13: Heat dissipation member
14a, 14b: bonding layer
15a, 15b: Copper material
16, 17: Electronic parts

Claims (7)

窒化珪素を主成分とし、マグネシウム,希土類金属,アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ2質量%以上6質量%以下,12質量%以上16質量%以下,0.1質量%以上0.5質量%以下,0.06質量%以上0.32質量%以下含んでなり、β−Siからなる主結晶相と、組成式がRESi(REは希土類金属)として示される成分を含む粒界相とにより構成され、X線回折法によって求められる、回折角27°〜28°におけるβ−Siの第1のピーク強度Iに対する、回折角30°〜35°におけるRESiの第1のピーク強度Iの比率(I/I)が20%以下(但し、0%を除く)であることを特徴とする窒化珪素質焼結体。 Mainly silicon nitride, magnesium, rare earth metal, aluminum and boron in terms of oxides of 2% to 6% by mass, 12% to 16% by mass, 0.1% to 0.5% by mass, respectively. In the following, the main crystal phase comprising 0.06 mass% to 0.32 mass% and composed of β-Si 3 N 4 and the composition formula shown as RE 4 Si 2 N 2 O 7 (RE is a rare earth metal) And a diffraction angle of 30 ° to 35 with respect to the first peak intensity I 0 of β-Si 3 N 4 at a diffraction angle of 27 ° to 28 ° determined by an X-ray diffraction method. The ratio of the first peak intensity I 1 (I 1 / I 0 ) of RE 4 Si 2 N 2 O 7 at 20 ° C. is 20% or less (however, excluding 0%). Union. 前記比率(I/I)が4%以上であることを特徴とする請求項1に記載の窒化珪素質焼結体。 The silicon nitride based sintered body according to claim 1, wherein the ratio (I 1 / I 0 ) is 4% or more. 前記粒界相中に、鉄および銅の少なくともいずれか1種からなる第1金属の珪化物と、モリブデン,クロム,ニッケル,マンガンおよびタングステンの少なくともいずれか1種からなる第2金属の珪化物とを含み、前記第1金属の珪化物と前記第2金属の珪化物とが接触していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の窒化珪素質焼結体。 In the grain boundary phase, a silicide of a first metal made of at least one of iron and copper, and a silicide of a second metal made of at least one of molybdenum, chromium, nickel, manganese and tungsten, The silicon nitride sintered body according to claim 1, wherein the silicide of the first metal and the silicide of the second metal are in contact with each other. 前記粒界相にカルシウムを含んでなる白状斑点が存在していることを特徴とする請求項1に記載の窒化珪素質焼結体。 2. The silicon nitride based sintered body according to claim 1, wherein white spots including calcium are present in the grain boundary phase. 円相当径が2μm以上50μm以下の前記白状斑点が、1mm当たり550個以上1650個以下存在していることを特徴とする請求項4に記載の窒化珪素質焼結体。 5. The silicon nitride based sintered body according to claim 4, wherein 550 or more and 1650 or less of white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 50 μm or less are present per 1 mm 2 . 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の窒化珪素質焼結体を支持基板とし、該支持基板の第1主面側に回路部材を、前記第1主面に対向する第2主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とする回路基板。 A silicon nitride sintered body according to any one of claims 1 to 5 is used as a support substrate, a circuit member is provided on the first main surface side of the support substrate, and a second main surface facing the first main surface. A circuit board comprising a heat dissipation member on each side. 請求項6に記載の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。 An electronic device in which an electronic component is mounted on the circuit member in the circuit board according to claim 6.
JP2011214810A 2010-09-29 2011-09-29 Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same Active JP5743830B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011214810A JP5743830B2 (en) 2010-09-29 2011-09-29 Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010219066 2010-09-29
JP2010219066 2010-09-29
JP2011214810A JP5743830B2 (en) 2010-09-29 2011-09-29 Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012092006A JP2012092006A (en) 2012-05-17
JP5743830B2 true JP5743830B2 (en) 2015-07-01

Family

ID=46385818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011214810A Active JP5743830B2 (en) 2010-09-29 2011-09-29 Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5743830B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470872A (en) * 2012-08-10 2015-03-25 京瓷株式会社 Silicon nitride sintered compact and heat conduction member
TWI494414B (en) 2012-12-22 2015-08-01 Chi Mei Corp Phosphor and luminescent device
EP3125286B1 (en) * 2014-03-26 2019-05-08 Kyocera Corporation Circuit board and electronic device provided with same
KR102176900B1 (en) * 2016-10-31 2020-11-10 교세라 가부시키가이샤 Probe card substrate, probe card and inspection device
WO2020262519A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-30 デンカ株式会社 Silicon nitride substrate
JP2021046333A (en) * 2019-09-18 2021-03-25 株式会社東芝 Structure and circuit board

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63100067A (en) * 1986-06-12 1988-05-02 日本碍子株式会社 Silicon nitride sintered body and manufacture
JPH02229766A (en) * 1989-03-01 1990-09-12 Ngk Insulators Ltd Silicon nitride sintered body
JPH09268069A (en) * 1996-03-29 1997-10-14 Kyocera Corp Highly heat conductive material and its production
JPH11314969A (en) * 1998-03-05 1999-11-16 Sumitomo Electric Ind Ltd High heat conductivity trisilicon tetranitride sintered compact and its production
JP4346151B2 (en) * 1998-05-12 2009-10-21 株式会社東芝 High thermal conductivity sintered silicon nitride, circuit board and integrated circuit using the same
JP4335406B2 (en) * 1999-04-05 2009-09-30 日本特殊陶業株式会社 Cutting tool and manufacturing method thereof
JP2000335976A (en) * 1999-05-31 2000-12-05 Kyocera Corp Silicon nitride-based sintered compact and its production and abrasion-resistant member using the same
JP2001019557A (en) * 1999-06-30 2001-01-23 Denki Kagaku Kogyo Kk Silicon nitride sintered compact, its production and substrate
JP4685257B2 (en) * 2001-03-09 2011-05-18 日本特殊陶業株式会社 Silicon nitride sintered body and manufacturing method thereof
US7642209B2 (en) * 2003-08-26 2010-01-05 Kyocera Corporation Silicon nitride sintered material and method for manufacturing
JP2005213081A (en) * 2004-01-28 2005-08-11 Kyocera Corp Silicon nitride sintered body and member for molten metal using the same
JP4556162B2 (en) * 2004-03-11 2010-10-06 日立金属株式会社 Silicon nitride-based sintered body, method for producing the same, and circuit board using the same
JP4869070B2 (en) * 2004-05-20 2012-02-01 株式会社東芝 High thermal conductivity silicon nitride sintered body and silicon nitride structural member
JP4667520B2 (en) * 2009-03-31 2011-04-13 三井金属鉱業株式会社 Silicon nitride based composite ceramics and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012092006A (en) 2012-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5755170B2 (en) Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same
JP5850031B2 (en) Silicon nitride sintered body, silicon nitride circuit board, and semiconductor module
JP5743830B2 (en) Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same
JP5665769B2 (en) Silicon nitride substrate, circuit board and electronic device using the same
KR101246978B1 (en) Silicon nitride substrate, process for producing the same, and silicon nitride wiring board and semiconductor module using the same
JP5665988B2 (en) Circuit board and electronic device
WO2011111746A1 (en) Ceramic sintered compact, circuit board using the same, electronic device and thermoelectric conversion module
JP2008063187A (en) Silicon nitride sintered compact, ceramic substrate for heat dissipation and insulation, circuit board for heat dissipation and insulation and module for heat dissipation and insulation
US7948075B2 (en) Silicon nitride substrate, method of manufacturing the same, and silicon nitride circuit board and semiconductor module using the same
JP2012136378A (en) Circuit board and electronic device using the same
JP6396817B2 (en) Silicon nitride substrate, circuit board including the same, and electronic device
JP2010235335A (en) Ceramic sintered compact, heat dissipating substrate and electronic device
JP5743752B2 (en) Circuit board
JP4556162B2 (en) Silicon nitride-based sintered body, method for producing the same, and circuit board using the same
WO2020203683A1 (en) Silicon nitride sintered body, method for producing same, multilayer body and power module
JP6240034B2 (en) Silicon nitride substrate, circuit board including the same, and electronic device
JP4591738B2 (en) Silicon nitride sintered body
JPH11100274A (en) Silicon nitride sintered compact, its production and circuit board
JP5073135B2 (en) Aluminum nitride sintered body, production method and use thereof
JP2005101624A (en) Wiring board for power module
JPH11100273A (en) Silicon nitride sintered compact, its production and circuit board
JP5265859B2 (en) Aluminum nitride sintered body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150227

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5743830

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150