JP6396817B2 - Silicon nitride substrate, circuit board including the same, and electronic device - Google Patents

Silicon nitride substrate, circuit board including the same, and electronic device Download PDF

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Description

本発明は、窒化珪素質基板およびこれを備える回路基板ならびに電子装置に関するものである。   The present invention relates to a silicon nitride substrate, a circuit substrate including the same, and an electronic device.

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を回路基板の回路部材上に搭載した電子装置が用いられている。   In recent years, insulated gate bipolar transistor (IGBT) elements, metal oxide field effect transistor (MOSFET) elements, light emitting diode (LED) elements, freewheeling diode (FWD) elements, giant transistor (GTR) elements, 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備える回路基板としては、絶縁性の窒化珪素質基板の主面に、例えば、銅を主成分とする回路部材が接合されているものが用いられている。   As a circuit board including a circuit member on which electronic components are mounted, for example, a circuit board mainly composed of copper is bonded to the main surface of an insulating silicon nitride substrate.

このような窒化珪素質基板として、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%以上である窒化珪素質基板(高熱伝導性窒化珪素焼結体)が提案されている。
As such a silicon nitride substrate, for example, in Patent Document 1, a rare earth metal is converted to oxide in an amount of 2.0 to 17.5% by weight, Mg is converted into an oxide in an amount of 0.3 to 3.0% by weight, and an impurity cation element is used. Al, Li, Na, K, Fe, Ba, Mn, B in a total of 0.3 wt% or less,
A silicon nitride substrate (high thermal conductivity silicon nitride sintered body) composed of a silicon nitride crystal and a grain boundary phase and having a ratio of the crystalline compound phase in the grain boundary phase to the whole grain boundary phase of 20% or more has been proposed. .

特開2000−34172号公報JP 2000-34172 A

しかしながら、特許文献1で提案された窒化珪素質基板のように、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%以上と高いときには、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、粒界に空隙が多く発生しやすくなる。この粒界に発生する空隙は、窒化珪素質基板の主面を100倍に拡大すると白点として見える
ことから、以下において、空隙を白点と記載する場合がある。
However, when the ratio of the crystalline compound phase in the grain boundary phase to the entire grain boundary phase is as high as 20% or more as in the silicon nitride substrate proposed in Patent Document 1, a crystalline compound phase is generated in the sintering process. Due to volume shrinkage in the process, many voids are likely to be generated at the grain boundaries. Since the voids generated at the grain boundaries appear as white spots when the main surface of the silicon nitride substrate is magnified 100 times, the voids may be described as white spots in the following.

そして、白点が多く確認される窒化珪素質基板を用いて、例えば、回路部材を接合したときには、回路部材を構成する金属成分が白点に浸入する量が多くなり、窒化珪素質基板の絶縁耐力が低下するという問題があった。また、逆に白点が小さい、または、数が少ないときには、白点に浸入する金属成分の量が少なく、得られるアンカー効果が小さいため、接合強度が低下するという問題があった。   For example, when a circuit member is joined using a silicon nitride substrate in which many white spots are confirmed, the amount of the metal component that constitutes the circuit member invades into the white spot, and the silicon nitride substrate is insulated. There was a problem that the yield strength decreased. Conversely, when the white spot is small or the number is small, the amount of the metal component that penetrates into the white spot is small and the resulting anchor effect is small, so that there is a problem that the bonding strength is lowered.

本発明は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、回路部材との接合強度を高くすることができるとともに、絶縁耐力の高い窒化珪素質基板およびこれを備える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-mentioned problems, and can provide a silicon nitride substrate having high dielectric strength and a circuit substrate and an electronic device having the same, which can increase the bonding strength with a circuit member. It is intended to provide.

本発明の窒化珪素質基板は、主面に回路部材が設けられる窒化珪素質基板であって、円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点が前記主面の1mm当たりに50個以上20
0個以下存在することを特徴とするものである。
The silicon nitride substrate of the present invention is a silicon nitride substrate in which circuit members are provided on the main surface, and 50 white spots having a circle equivalent diameter of 2 μm or more and 30 μm or less per 1 mm 2 of the main surface. More than 20
It is characterized by zero or less.

また、本発明の回路基板は、上記構成の窒化珪素質基板の主面に回路部材を備えていることを特徴とするものである。   The circuit board of the present invention is characterized in that a circuit member is provided on the main surface of the silicon nitride substrate having the above-described configuration.

また、本発明の電子装置は、上記構成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 a circuit member in the circuit board having the above-described configuration.

本発明の窒化珪素質基板によれば、回路部材との接合強度を高くすることができるとともに、絶縁耐力が高い窒化珪素質基板とすることができる。   According to the silicon nitride substrate of the present invention, the bonding strength with the circuit member can be increased and a silicon nitride substrate having a high dielectric strength can be obtained.

また、本発明の回路基板によれば、高い接合強度と高い絶縁耐力とにより、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い回路基板とすることができる。   Further, according to the circuit board of the present invention, it is possible to obtain a highly reliable circuit board that can be used for a long period of time due to high bonding strength and high dielectric strength.

また、本発明の電子装置によれば、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い電子装置とすることができる。   Further, according to the electronic device of the present invention, it is possible to provide a highly reliable electronic device that can be used for a long period of time.

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)におけるA−A’線での断面図である。An example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a plan view, and (b) is a sectional view taken along line A-A ′ in (a). 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)におけるB−B’線での断面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the B-B 'line | wire in (a). 本実施形態の回路基板のさらに他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるC−C’線での断面図である。Another example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in (a). 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)におけるD−D’線での断面図である。An example of the electronic device of this embodiment is shown, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along line D-D 'in (a).

まず、本実施形態の窒化珪素質基板およびこれを備える回路基板ならびに電子装置について図面を用いて説明する。なお、断面図における各構成の厚みについては、一部誇張して示している。   First, a silicon nitride substrate of this embodiment, a circuit board including the same, and an electronic device will be described with reference to the drawings. Note that the thickness of each component in the cross-sectional view is partially exaggerated.

図1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)におけるA−A’線での断面図である。   1A and 1B show an example of a circuit board according to the present embodiment. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG.

図1に示す本実施形態の回路基板10は、本実施形態の窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2を設けてなる。なお、図1に示す回路基板10においては、窒化珪素質基板1と回路部材2とが、直接接合されている例を示している。以下の説明では、まず回路部材2を説明したのち、窒化珪素質基板1について説明する。   A circuit board 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 is provided with a circuit member 2 on the main surface side of the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment. In addition, in the circuit board 10 shown in FIG. 1, the silicon nitride board | substrate 1 and the circuit member 2 have shown the example joined directly. In the following description, the circuit member 2 is first described, and then the silicon nitride substrate 1 is described.

本実施形態の回路基板10において、回路部材2は、金属成分を主成分とする。なお、回路部材2における主成分とは、回路部材2を構成する全成分100質量%のうち、50質量%
以上占める成分をいう。
In the circuit board 10 of this embodiment, the circuit member 2 contains a metal component as a main component. The main component in the circuit member 2 is 50% by mass out of 100% by mass of all components constituting the circuit member 2.
The component which occupies the above.

より具体的には、金属成分が銅であることが好ましく、銅の含有量が90質量%以上と多い、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2における銅の含有量が多いときには、高い熱伝導率により放熱特性が向上し、電気抵
抗が低いことにより回路特性(電子部品の発熱を抑制し電力損失を少なくする特性)が向上する。また、銅の含有量が多いときには、降伏応力が低くなり、加熱すると塑性変形しやすくなるため、窒化珪素質基板1と回路部材2との接合強度が上がり、より信頼性が高くなる。なお、回路部材2の厚みは0.5mm以上5mm以下がよい。
More specifically, it is preferable that the metal component is copper, and it is preferable that the content of copper is as high as 90% by mass or more, and is made of any one of oxygen-free copper, tough pitch copper, and phosphorus deoxidized copper, In particular, it is preferable that the oxygen-free copper is made of any of linear crystalline oxygen-free copper having a copper content of 99.995% by mass or more, single-crystal high-purity oxygen-free copper, and vacuum-melted copper. Thus, when the copper content in the circuit member 2 is large, the heat dissipation characteristics are improved due to the high thermal conductivity, and the circuit characteristics (characteristics for suppressing the heat generation of the electronic components and reducing the power loss) due to the low electrical resistance. Will improve. Further, when the copper content is large, the yield stress is low, and plastic deformation is easily caused by heating. Therefore, the bonding strength between the silicon nitride substrate 1 and the circuit member 2 is increased, and the reliability is further increased. The thickness of the circuit member 2 is preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less.

次に、本実施形態の窒化珪素質基板1について説明する。本実施形態の窒化珪素質基板1は、円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点が主面の1mm当たりに50個以上200個以下存在しているものである。 Next, the silicon nitride substrate 1 of this embodiment will be described. In the silicon nitride substrate 1 of this embodiment, 50 or more and 200 or less white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 30 μm or less exist per 1 mm 2 of the main surface.

このような構成を満たしていることにより、回路部材2を窒化珪素質基板1の主面に接合した場合、回路部材2を構成する金属成分が白点に浸入して、強いアンカー効果が得られるため、接合強度を高くすることができるとともに、白点に浸入する金属成分の量が多すぎないため、高い絶縁耐力を有する。   By satisfying such a configuration, when the circuit member 2 is joined to the main surface of the silicon nitride substrate 1, the metal component constituting the circuit member 2 penetrates into the white spots, and a strong anchor effect is obtained. Therefore, the bonding strength can be increased, and the amount of the metal component that penetrates into the white spot is not too large, so that it has a high dielectric strength.

これに対し、白点の円相当径が2μm未満であったり、主面の1mm当たりにおける白点の個数が50個未満では、回路部材2を構成する金属成分が白点に浸入する量が少なく、得られるアンカー効果が小さいため、接合強度が低下する。また、窒化珪素の結晶粒子は、その形状が柱状および針状であり、結晶粒子が3次元的に絡み合って存在するものであることから、白点の円相当径が30μmを超えるときには、白点として見える空隙の深さが深いものとなりやすく、金属成分が多く浸入しやすくなるため絶縁耐力が低下することとなる。また、主面の1mm当たりにおける白点の個数が200個を超えるときにも、金
属成分が多く浸入しやすくなるため、絶縁耐力が低下して絶縁破壊を起こしやすくなる。
On the other hand, when the circle equivalent diameter of the white spot is less than 2 μm or the number of white spots per 1 mm 2 of the main surface is less than 50, the amount of the metal component constituting the circuit member 2 entering the white spot is small. Since the obtained anchor effect is small, the bonding strength is lowered. In addition, since the crystal grains of silicon nitride are columnar and needle-shaped, and the crystal grains are three-dimensionally entangled, when the circle equivalent diameter of the white spot exceeds 30 μm, the white spot As a result, the depth of the void that is visible as is likely to be deep, and a large amount of metal components are likely to enter, so that the dielectric strength decreases. Further, even when the number of white spots per 1 mm 2 of the main surface exceeds 200, a large amount of metal components are likely to enter, so that the dielectric strength is reduced and dielectric breakdown is likely to occur.

また、本実施形態の窒化珪素質基板1によれば、隣り合う白点間の距離の平均値が4μm以上であることが好適である。   Moreover, according to the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment, it is preferable that the average value of the distances between adjacent white spots is 4 μm or more.

このように、隣り合う白点間の距離の平均値が4μm以上であるときには、それぞれの白点に侵入した金属成分による放電が抑制されるため、絶縁耐力の低下を抑制することができる。なお、隣り合う白点間の距離の平均値とは、それぞれの白点の重心間距離の平均値と、測定する範囲内の白点の円相当径の平均値とを求め、重心間距離の平均値から円相当径の平均値を差し引いた値のことである。   Thus, when the average value of the distances between adjacent white spots is 4 μm or more, the discharge due to the metal component that has invaded each white spot is suppressed, so that a reduction in dielectric strength can be suppressed. The average value of the distance between adjacent white spots is the average value of the distance between the centroids of each white spot and the average value of the circle equivalent diameters of the white spots within the measurement range. It is the value obtained by subtracting the average value of the equivalent circle diameter from the average value.

また、本実施形態の窒化珪素質基板1によれば、白点における凹凸度が1.1以上2.9以下であることが好適である。   Further, according to the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment, it is preferable that the degree of unevenness at the white point is 1.1 or more and 2.9 or less.

ここで、凹凸度とは、白点の輪郭の凹凸の度合いを示すものであり、数値が大きいほど、輪郭に凹凸が多く存在するということである。そして、白点の凹凸度が1.1以上2.9以下であるときには、回路部材2を接合するろう材の塗布等において、白点の輪郭の凹凸から欠けが生じることによって、塗布する部材を損傷させたり、回路部材2中に残ったりすることなく、回路部材2との接合強度を向上させることができる。   Here, the degree of unevenness indicates the degree of unevenness of the outline of the white point, and the larger the numerical value, the more unevenness exists in the outline. And, when the unevenness degree of the white spot is 1.1 or more and 2.9 or less, in the application of the brazing material to join the circuit member 2 or the like, a defect is generated from the unevenness of the outline of the white spot, and the member to be applied is damaged, The bonding strength with the circuit member 2 can be improved without remaining in the circuit member 2.

また、本実施形態の窒化珪素質基板1によれば、白点における円形度が0.7以上0.9以下であることが好適である。   Further, according to the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment, it is preferable that the circularity at the white point is 0.7 or more and 0.9 or less.

ここで、円形度とは、数値が大きいほど、白点の輪郭が真円に近づき、真円の円形度は1である。そして、白点における円形度が0.7以上0.9以下であるときには、回路部材2を接合するろう材の塗布等において、白点の輪郭の凹凸から欠けが生じることによって、塗布する部材を損傷させたり、回路部材2中に残ったりすることなく、回路部材2との接合強度を向上させることができる。   Here, as the circularity is larger, the outline of the white spot is closer to a perfect circle, and the perfect circle has a circularity of 1. And when the circularity at the white spot is 0.7 or more and 0.9 or less, in the application of the brazing material for joining the circuit member 2 or the like, the white spot outline is uneven, thereby damaging the member to be applied, The bonding strength with the circuit member 2 can be improved without remaining in the circuit member 2.

次に、円相当径が2μm以上30μm以下の白点の1mm当たりの個数、白点の凹凸度および円形度の求め方について説明する。まず、窒化珪素質基板1の主面を研磨して鏡面に加工する。そして、鏡面に研磨加工した面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて100倍の
倍率で観察し、例えば、面積が1.2mm(横方向の長さが1.2mm、縦方向の長さが1mm)となる範囲をCCDカメラで撮影する。次に、撮影した画像を用いて、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)製であり、以降に画像解析ソフト「A像くん」と記した場合、旭化成エンジニアリング(株)製の画像解析ソフトを示すものとする。)による粒子解析という手法で解析することにより、円相当径が2μm以上30μm以下の白点の1mm当たりの個数、白点の凹凸度および円形度を求めることができる。なお、円相当径が2μm以上30μm以下の白点の1mm当たりの個数の算出にあたっては、1mm当たりの個数に換算する必要がある。
Next, how to obtain the number per 1 mm 2 of white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 30 μm or less, the degree of unevenness of the white spots, and the circularity will be described. First, the main surface of the silicon nitride substrate 1 is polished and processed into a mirror surface. Then, the mirror-polished surface is used as a measurement surface, and is observed with an optical microscope at a magnification of 100 times. For example, the area is 1.2 mm 2 (the horizontal length is 1.2 mm, and the vertical length is 1 mm). ) Is taken with a CCD camera. Next, using the photographed image, image analysis software “A Image-kun” (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) and image analysis software “A Image-kun” will be referred to as Asahi Kasei Engineering Co., Ltd. ) The image analysis software made by the above method is used to analyze the number of white spots with an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 30 μm or less per 1 mm 2 , the degree of unevenness and circularity of the white spots. Can be requested. In calculating the number per 1 mm 2 of white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 30 μm or less, it is necessary to convert the number per 1 mm 2 .

また、隣り合う白点間の距離の平均値については、上述したものと同じ画像を用いて、まず、画像解析ソフト「A像くん」による粒子解析という手法で解析することにより、白点の円相当径の平均値を求め、次に、分散度計測の重心間距離法という手法で解析することによって白点の重心間距離の平均値を求める。そして、白点の重心間距離の平均値から白点の円相当径の平均値を差し引くことにより、隣り合う白点間の距離の平均値を求めることができる。   In addition, the average value of the distance between adjacent white spots is first analyzed by a technique called particle analysis using the image analysis software “A image kun” using the same image as described above, thereby obtaining a circle of white spots. The average value of the equivalent diameters is obtained, and then the average value of the distances between the centroids of the white spots is obtained by analyzing by a technique called the distance between centroids of dispersion measurement. Then, by subtracting the average value of the circle equivalent diameters of the white points from the average value of the distances between the centroids of the white points, the average value of the distances between the adjacent white points can be obtained.

そして、粒子解析および分散度計測の重心間距離法というこれらの手法における設定条件としては、ともに、例えば、明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μm、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倍以下とすればよい。 As setting conditions in these methods of the center-of-gravity distance method for particle analysis and dispersion measurement, for example, the brightness is bright, the binarization method is manual, the small figure removal area is 0 μm 2 , and the brightness of the image The threshold value, which is an index indicating the brightness, may be 0.8 to 2 times the peak value of the histogram indicating the brightness of each point (each pixel) in the image.

また、本実施形態の窒化珪素質基板1によれば、主面に菱面体晶の窒化硼素が存在し、主面を構成する全成分の合計100質量%のうち、菱面体晶の窒化硼素の含有量が5質量%
以上20質量%以下であることが好適である。
In addition, according to the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment, rhombohedral boron nitride is present on the main surface, and the rhombohedral boron nitride out of the total 100 mass% of all components constituting the main surface. Content is 5% by mass
The content is preferably 20% by mass or less.

このような構成を満たしていることにより、本実施形態の窒化珪素質基板1は、優れた機械的強度を有しつつ、回路部材2を構成する金属成分との接合強度を向上できる。   By satisfying such a configuration, the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment can improve the bonding strength with the metal component constituting the circuit member 2 while having excellent mechanical strength.

ここで、窒化硼素は、常圧における結晶構造として、六方晶と菱面体晶とがあり、菱面体晶の窒化硼素は、単位格子におけるc軸の格子定数(1.0000nm)が六方晶の窒化硼素の単位格子のc軸における格子定数(0.66813nm)よりも大きいものである。   Here, boron nitride has a hexagonal crystal and a rhombohedral crystal as the crystal structure at normal pressure, and rhombohedral boron nitride has a c-axis lattice constant (1.0000 nm) in the unit cell of boron nitride. It is larger than the lattice constant (0.66813 nm) on the c-axis of the unit cell.

そして、このような菱面体晶の窒化硼素が存在していることにより、焼結時に、窒化珪素の柱状結晶粒子を構成する単位格子の一部が菱面体晶の窒化硼素の単位格子内に侵入して、菱面体晶の窒化硼素と窒化珪素とが強固に結合されるとともに、結合された結晶の形状が複雑な形状となっているため接合強度が向上できる。   Since such rhombohedral boron nitride exists, a part of the unit cell constituting the silicon nitride columnar crystal grains penetrates into the rhombohedral boron nitride unit cell during sintering. In addition, the rhombohedral boron nitride and silicon nitride are firmly bonded, and the bonded crystal has a complicated shape, so that the bonding strength can be improved.

また、窒化硼素において、六方晶の結晶構造の窒化硼素は少ないことが好適であり、六方晶の窒化硼素の含有量は、菱面体晶の窒化硼素の含有量の10%以下であることが好適である。   Further, in boron nitride, it is preferable that the boron nitride having a hexagonal crystal structure is small, and the content of hexagonal boron nitride is preferably 10% or less of the content of rhombohedral boron nitride. It is.

次に、上述した窒化珪素質基板1の主面を構成する全成分の合計100質量%のうちの菱
面体晶の窒化硼素の含有量を求め方について説明する。なお、菱面体晶の窒化硼素の含有量を求めるにあたっての試料採取は、主面から30μmの深さまで削った粉末を対象とする。そして、得られた粉末を試料とし、X線回折装置(XRD)を用いたリートベルト法によって得られた定量値を、窒化珪素質基板1の主面を構成する全成分の合計100質量%の
うちの菱面体晶の窒化硼素の含有量とする。
Next, how to determine the content of rhombohedral boron nitride out of a total of 100 mass% of all the components constituting the main surface of the silicon nitride substrate 1 will be described. The sampling for determining the content of rhombohedral boron nitride is for a powder cut to a depth of 30 μm from the main surface. Then, using the obtained powder as a sample, the quantitative value obtained by the Rietveld method using an X-ray diffractometer (XRD) is 100% by mass in total of all the components constituting the main surface of the silicon nitride substrate 1. The content of rhombohedral boron nitride is used.

そして、本実施形態の窒化珪素質基板1は、窒化珪素を主成分とするものであり、ここで、主成分とは焼結体を構成する全成分100質量%のうち、窒化珪素を63質量%以上含有
するものである。特に、窒化珪素を70質量%以上含有すると機械的強度がより高くなる傾向があるため好適である。
The silicon nitride substrate 1 of the present embodiment is mainly composed of silicon nitride. Here, the main component is 63% of silicon nitride out of 100% by mass of all components constituting the sintered body. % Or more. In particular, when silicon nitride is contained in an amount of 70% by mass or more, the mechanical strength tends to be higher, which is preferable.

なお、本実施形態の窒化珪素質基板1における機械的強度は、JIS R 1601−2008(ISO 14704:2000(MOD))に準拠して、室温における4点曲げ強度で評価する
ことができ、本実施形態の窒化珪素質基板1は、900MPa以上の4点曲げ強度を有する
。また、本実施形態の窒化珪素質基板1における金属成分との接合強度は、JIS C 6481−1996に準拠して測定することができる。
The mechanical strength of the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment can be evaluated by a four-point bending strength at room temperature in accordance with JIS R 1601-2008 (ISO 14704: 2000 (MOD)). The silicon nitride substrate 1 of the embodiment has a four-point bending strength of 900 MPa or more. Further, the bonding strength with the metal component in the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment can be measured according to JIS C 6481-1996.

また、本実施形態の窒化珪素質基板1は、窒化珪素を主成分とし、例えば、マグネシウム、希土類金属(RE)およびアルミニウムを酸化物換算で、それぞれ2質量%以上6質量%以下、12質量%以上16質量%以下および0.1質量%以上0.5質量%以下含んでいることが好ましい。   Further, the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment is mainly composed of silicon nitride, and, for example, magnesium, rare earth metal (RE), and aluminum are 2% by mass to 6% by mass and 12% by mass in terms of oxides, respectively. It is preferably contained in an amount of 16% by mass or less and 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less.

なお、マグネシウム、希土類金属(RE)およびアルミニウムを酸化物換算した各含有量は、蛍光X線分析装置(XRF)またはICP(Inductively Coupled Plasma)発光分
光分析装置(ICP)を用いて、Mg、REおよびAlの含有量を求め、それぞれMgO、REおよびAlに換算することで求めることができる。また、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)によっても含有量を求めることができる。さらに、窒化珪素については、XRFやICPによりSiの含有量を求めてSiに換算したり、窒素分析装置を用いて、Nの含有量を求めてSiに換算したりして求めてもよいが、100質量%から、SiやN以外の含有量を差し引くことによっても求めることができる。
The contents of magnesium, rare earth metal (RE) and aluminum in terms of oxides are determined using Mg, RE using an X-ray fluorescence analyzer (XRF) or an inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometer (ICP). And Al content can be obtained and converted to MgO, RE 2 O 3 and Al 2 O 3 , respectively. The content can also be determined by an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). Furthermore, for silicon nitride, the Si content is obtained by XRF or ICP and converted to Si 3 N 4 , or the N content is obtained and converted to Si 3 N 4 using a nitrogen analyzer. However, it can also be obtained by subtracting the content other than Si and N from 100% by mass.

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%以下であるときには、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基板1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, which is excellent. The silicon nitride substrate 1 having 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%以下であるときには、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基板1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, when the content of the rare earth metal 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 into the liquid phase between the silicon nitride powders, and nitriding Since silicon grain growth is promoted, the silicon nitride substrate 1 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%以下であるときには、熱伝導率の低下を抑制しつつ、窒化珪素質基板1の機械的強度を向上させることができる。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%以下であることがより好ましい。   Moreover, when the content of aluminum in terms of oxide is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less, the mechanical strength of silicon nitride substrate 1 can be improved while suppressing a decrease in thermal conductivity. The content of aluminum in terms of oxide is more preferably 0.2% by mass or more and 0.4% by mass or less.

そして、窒化珪素質基板1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基板1は、絶縁破壊の強さが20MV/m以上である。
The dielectric strength of the silicon nitride substrate 1 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 substrate 1 of this embodiment has a dielectric breakdown strength of 20 MV / m or more.

また、窒化珪素質基板1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、窒化珪素質基板1が小さく、窒化珪素質基板1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 substrate 1, a 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 is JIS

What is necessary is just to measure based on C2141-1992. However, when the silicon nitride substrate 1 is small and cannot be made the size specified by JIS C 2141-1992 from the silicon nitride substrate 1, the evaluation is made using the two-terminal method, and the result is the above numerical value. Is preferably satisfied.

そして、本実施形態の回路基板10は、絶縁耐力および接合強度が高い本実施形態の窒化珪素質基板1を備えているため、長期間にわたって使用可能であり、高い信頼性を有する。   Since the circuit board 10 of the present embodiment includes the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment having high dielectric strength and bonding strength, it can be used for a long period of time and has high reliability.

次に、図2は、本実施形態の回路基板の他の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるB−B’線での断面図である。   Next, FIG. 2 shows another example of the circuit board of the present embodiment, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in (a).

図2に示す例の回路基板20は、窒化珪素質基板1と回路部材2とが接合層4を介して接合されている点が図1に示す回路基板10とは異なっている。回路部材2を接合層4となるろう材を介して接合することにより、厚みの厚い回路部材2を接合層4を介して、容易に窒化珪素質基板1に接合することができる。   The circuit board 20 in the example shown in FIG. 2 is different from the circuit board 10 shown in FIG. 1 in that the silicon nitride substrate 1 and the circuit member 2 are bonded via the bonding layer 4. By joining the circuit member 2 via the brazing material to be the joining layer 4, the thick circuit member 2 can be easily joined to the silicon nitride substrate 1 via the joining layer 4.

なお、接合層4となるろう材としては、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以下がよい。   As the brazing material to be the bonding layer 4, it is preferable that the main component is at least one of silver and copper, and contains at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, The thickness is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, for example.

次に、図3は、本実施形態の回路基板のさらに他の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるC−C’線での断面図である。   Next, FIG. 3 shows still another example of the circuit board of the present embodiment, (a) is a plan view, and (b) is a sectional view taken along line C-C ′ in (a).

図3に示す例の回路基板30は、本実施形態の窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2を設けてなり、窒化珪素質基板1側から接合層4および銅材5を順次介して接合されている。   The circuit board 30 of the example shown in FIG. 3 is provided with the circuit member 2 on the main surface side of the silicon nitride substrate 1 of the present embodiment, and sequentially through the bonding layer 4 and the copper material 5 from the silicon nitride substrate 1 side. Are joined.

図2に示す回路基板20において、窒化珪素質基板1に回路部材2を接合するときの温度が800〜900℃であるのに対し、図3に示す回路基板30のように、銅材5を介することにより、回路部材2と銅材5との間の接合を、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、窒化珪素質基板1に生じる反りを抑制することができる。その結果、窒化珪素質基板1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2を厚くすることができるため、回路基板30の放熱特性を高くすることができる。   In the circuit board 20 shown in FIG. 2, the temperature when the circuit member 2 is joined to the silicon nitride substrate 1 is 800 to 900 ° C., whereas the copper material 5 is made as in the circuit board 30 shown in FIG. By interposing, since the joining between the circuit member 2 and the copper material 5 can be joined at a relatively low temperature of about 300 to 500 ° C. by the diffusion of copper, the warpage generated in the silicon nitride substrate 1 is suppressed. can do. As a result, since the stress generated in the silicon nitride substrate 1 is small, cracks are hardly generated even when heat is repeatedly applied. Moreover, since the circuit member 2 can be thickened, the heat dissipation characteristics of the circuit board 30 can be enhanced.

なお、銅材5としては、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以下がよい。   The copper material 5 is preferably composed of any one of oxygen-free copper, tough pitch copper and phosphorous deoxidized copper having a large copper content, and in particular, the oxygen content of oxygen-free copper. Is preferably composed of any one of linear crystalline oxygen-free copper, monocrystalline high-purity oxygen-free copper, and vacuum-melted copper having a thickness of 99.995% by mass or more, and the thickness is preferably 0.1 mm or more and 0.6 mm or less, for example.

図4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)におけるD−D’線での断面図である。   4A and 4B show an example of the electronic apparatus according to the present embodiment. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line D-D ′ in FIG.

図4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2上に半導体素子等の電子部品6が搭載されたものである。   The electronic device S of the example shown in FIG. 4 is one in which an electronic component 6 such as a semiconductor element is mounted on the circuit member 2 of the circuit board 10 of this embodiment.

図4に示す例の電子装置Sによれば、絶縁耐力が高く、回路部材2との接合強度が高い回路基板10上に電子部品6が載置されていることから、信頼性の高い電子装置Sとすることができる。なお、回路部材2は一つを使用する場合で図示したが、複数個の回路部材2を使用しても構わない。   According to the electronic apparatus S of the example shown in FIG. 4, since the electronic component 6 is mounted on the circuit board 10 having high dielectric strength and high bonding strength with the circuit member 2, the electronic apparatus having high reliability. S. In addition, although the circuit member 2 was illustrated in the case of using one, a plurality of circuit members 2 may be used.

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

まず、β化率が20%以下であって、純度が98%以上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)および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)の各粉末とを、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミルおよび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, silicon nitride powder having a β conversion rate of 20% or less and a purity of 98% or more, and magnesium oxide (MgO) and rare earth metal oxides (for example, Sc 2 O 3 , Y 2 ) as additive components. 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 Each powder of O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 ), a barrel mill, a rotating mill, a vibration mill, a bead mill, Using a mixing device such as a sand mill and an agitator mill, the mixture is wet-mixed with water and pulverized to produce a slurry.

ここで、酸化マグネシウムおよび希土類金属の酸化物の各粉末の添加量は、例えば、それぞれ1質量%以上2質量%以下および2質量%以上4質量%以下であり、残部が窒化珪素の粉末である。   Here, the addition amount of each powder of magnesium oxide and rare earth metal oxide is, for example, 1% by mass to 2% by mass and 2% by mass to 4% by mass, with the balance being silicon nitride powder. .

なお、窒化珪素質基板1に存在する白点の円相当径および単位面積当たりの個数は、カルシウムの含有量にて調整することができる。具体的には、円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点の1mm当たりに50個以上200個以下存在する窒化珪素質基板1を
得るには、窒化珪素質基板1中に含まれるカルシウムの含有量が2質量ppm以上100質
量ppm以下となるように、カルシウム粉末を添加すればよい。
In addition, the circle equivalent diameter of the white spot existing in the silicon nitride substrate 1 and the number per unit area can be adjusted by the calcium content. Specifically, in order to obtain a silicon nitride substrate 1 having 50 or more and 200 or less per 1 mm 2 of a white spot having a circle equivalent diameter of 2 μm or more and 30 μm or less, it is included in the silicon nitride substrate 1. What is necessary is just to add a calcium powder so that content of calcium to become 2 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.

また、隣り合う白点間の距離の平均値が4μm以上である窒化珪素質基板1を得るには、窒化珪素の粉末および添加成分の各粉末の合計100質量部に対して、分散剤を2.5質量部添加して、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。   Further, in order to obtain the silicon nitride substrate 1 having an average distance between adjacent white spots of 4 μm or more, 2.5 parts of dispersant is added to 100 parts by mass of the silicon nitride powder and the additive component powders in total. The slurry may be prepared by adding parts by mass, wet-mixing with water, and pulverizing.

また、白点の凹凸度が1.1以上2.9以下である窒化珪素質基板1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, in order to obtain the silicon nitride substrate 1 having the unevenness of white spots of 1.1 or more and 2.9 or less, the mixing / pulverization time by the mixing device may be set to 24 hours or more and 72 hours or less, for example.

さらに、白点の円形度が0.7以上0.9以下である窒化珪素質基板1を得るには、混合装置による混合・粉砕時間を、例えば、36時間以上60時間以下とすればよい。   Furthermore, in order to obtain the silicon nitride substrate 1 having a white dot circularity of 0.7 or more and 0.9 or less, the mixing / pulverization time by the mixing device may be set to 36 hours or more and 60 hours or less, for example.

また、他の組成例として、マグネシウム、希土類金属およびアルミニウム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%以下および0.1質量%以上0.5質量%以下含んでなる窒化珪素質基板1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(Mg
O)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%および酸化アルミニウム(Al)の粉末を0.1〜0.5質量%、残部を窒化珪素となるように秤量すればよい。
Further, as another composition example, nitriding containing magnesium, rare earth metal and aluminum in terms of oxides of 2% by mass to 6% by mass, 12% by mass to 16% by mass and 0.1% by mass to 0.5% by mass, respectively. To make the silicon substrate 1, when the total of the silicon nitride powder and the total of these additive component powders is 100 mass%, the additive component magnesium oxide (Mg
O) powder is 2 to 6% by mass, rare earth metal oxide powder is 12 to 16% by mass, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder is 0.1 to 0.5% by mass, and the balance is silicon nitride. What is necessary is just to weigh.

なお、窒化珪素および添加成分の粉末の混合・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。混合・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、スラリーの粘度および粉砕時間等で調整することができる。
The ball used for mixing and pulverizing the powder of silicon nitride and additive components is preferably a ball 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 mixing and grinding can be adjusted by the outer diameter of the ball, the amount of the ball, the viscosity of the slurry, the grinding time, and the like.

次に、得られたスラリーに有機バインダを加えて混合した後、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窒化珪素質成形体を得る。
Next, after adding an organic binder to the resulting slurry and mixing, the slurry was passed through a sieve having a particle size number of 200 described in ASTM E 11-61 or a mesh finer than this mesh, and then dried. Granules mainly composed of silicon nitride (hereinafter referred to as silicon nitride granules) are obtained. 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 silicon nitride-based molded body is obtained by using a pressure molding method and filling the mold with silicon nitride granules and then pressurizing.

次に、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、得られた窒化珪素質成形体を入れて、黒鉛抵抗発熱体が設置された焼成炉を用いて焼成する。なお、このとき、窒化珪素質成形体の100質量部に対して、2質量部以上10質量部未
満の量の窒化珪素質成形体と組成の近似した共材を窒化珪素質成形体の周囲に配置して焼成することにより、窒化珪素質成形体の含有成分の揮発を抑制することができる。
Next, the obtained silicon nitride-based molded body is placed in a mortar made of a silicon nitride-based sintered body having a relative density of 55% to 95%, and a firing furnace in which a graphite resistance heating element is installed Is fired. In addition, at this time, a silicon nitride-based molded body having an amount of not less than 2 parts by mass and less than 10 parts by mass and a material similar in composition to 100 parts by mass of the silicon nitride-based molded body are disposed around the silicon nitride-based molded body. By disposing and firing, volatilization of the components contained in the silicon nitride-based molded body can be suppressed.

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、1640℃以上1750℃以下で4時間以上10時間以下保持した後、170℃/時間以上230℃/時間以下の降温速度で冷却することによって、本実施形態の窒化珪素質基板1を得ることができる。   Then, the temperature in the firing furnace is raised and held at 1640 ° C. or higher and 1750 ° C. or lower for 4 hours or longer and 10 hours or shorter, and then cooled at a temperature lowering rate of 170 ° C./hour or higher and 230 ° C./hour or lower. The silicon nitride substrate 1 can be obtained.

また、主面に菱面体晶の窒化硼素が存在し、主面を構成する全成分の合計100質量%の
うち、菱面体晶の窒化硼素の含有量が5質量%以上20質量%以下である窒化珪素質基板を得るには、まず、得られた窒化珪素質成形体の主面に、窒化珪素、添加成分および菱面体晶の窒化硼素の各粉末を、バインダーとともにエタノール等の溶媒に添加したペーストをスクリーン印刷法で塗布し、60℃以上100℃以下の温度で乾燥する。なお、菱面体晶の窒
化硼素の粉末の添加量は、上記各粉末の合計100質量%のうち、5質量%以上20質量%以
下とすればよい。
Further, rhombohedral boron nitride is present on the main surface, and the content of rhombohedral boron nitride is 5% by mass or more and 20% by mass or less among the total of 100% by mass of all components constituting the main surface. In order to obtain a silicon nitride substrate, first, silicon nitride, additive components, and rhombohedral boron nitride powder were added to a solvent such as ethanol together with a binder on the main surface of the obtained silicon nitride molded body. The paste is applied by screen printing and dried at a temperature of 60 ° C to 100 ° C. Note that the amount of rhombohedral boron nitride powder added may be 5% by mass or more and 20% by mass or less, out of a total of 100% by mass of the above powders.

そして、焼成炉の温度を1640℃以上1700℃未満で4時間以上10時間以下保持した後、170℃/時間以上230℃/時間以下の降温速度で冷却することにより、窒化珪素質基板の主面に菱面体晶の窒化硼素が存在し、主面における全成分100質量%のうち、菱面体晶の窒化
硼素の含有量が5質量%以上20質量%以下である窒化珪素質基板を得ることができる。なお、1700℃以上では、菱面体晶の窒化硼素は、六方晶の窒化硼素に変わりやすくなる。
Then, after maintaining the temperature of the firing furnace at 1640 ° C. or more and less than 1700 ° C. for 4 hours or more and 10 hours or less, the main surface of the silicon nitride substrate is cooled by a temperature decreasing rate of 170 ° C./hour or more and 230 ° C./hour or less. In which rhombohedral boron nitride is present, and the content of rhombohedral boron nitride is 5% by mass or more and 20% by mass or less, out of 100% by mass of all components in the main surface. it can. Note that at 1700 ° C. or higher, rhombohedral boron nitride is easily changed to hexagonal boron nitride.

次に、本実施形態の回路基板の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the circuit board of this embodiment is demonstrated.

図1に示す例の回路基板10を得るには、まず、窒化珪素質基板1を上述した製造方法により準備する。次いで、この窒化珪素質基板1の主面側に銅を主成分とする回路部材2を配置する。その後、窒素雰囲気中、1065℃以上1085℃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、窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2を直接接合してなる回路基板10を得ることができる。   In order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIG. 1, first, the silicon nitride substrate 1 is prepared by the manufacturing method described above. Next, a circuit member 2 mainly composed of copper is disposed on the main surface side of the silicon nitride substrate 1. Thereafter, heating is performed at 1065 ° C. or higher and 1085 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere, and at the same time, a pressure of 30 MPa or higher is applied to obtain a circuit substrate 10 in which the circuit member 2 is directly bonded to the main surface side of the silicon nitride substrate 1. be able to.

図2に示す例の回路基板20を得るには、まず、上述した窒化珪素質基板1を準備した後、この窒化珪素質基板1の主面上に、接合層4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、この上に銅を主成分とする回路部材2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30
MPa以上の圧力を加えることによって、窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2をろう材4を介して接合してなる回路基板20を得ることができる。
In order to obtain the circuit substrate 20 of the example shown in FIG. 2, first, after preparing the silicon nitride substrate 1 described above, titanium, zirconium, which becomes the bonding layer 4 on the main surface of the silicon nitride substrate 1, A silver (Ag) -copper (Cu) alloy paste-like brazing material containing at least one selected from hafnium and niobium is applied by any one of a screen printing method, a roll coater method, a brush coating method, and the like. On this, the circuit member 2 which has copper as a main component is arrange | positioned. The pasty brazing material may contain one or more selected from molybdenum, tantalum, osmium, rhenium and tungsten. Then, heat in a vacuum atmosphere at 800 ° C or higher and 900 ° C or lower, and simultaneously 30
By applying a pressure equal to or higher than MPa, a circuit board 20 in which the circuit member 2 is joined to the main surface side of the silicon nitride substrate 1 via the brazing material 4 can be obtained.

また、図3に示す例の回路基板30を得るには、まず、上述した窒化珪素質基板1を準備する。次いで、この窒化珪素質基板1の主面上に、接合層4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5をそれぞれ配置する。その後、800℃以上900℃以下で加熱して、窒化珪素質基板1の主面側に接合層4を介して銅材5を接合する。   In order to obtain the circuit board 30 of the example shown in FIG. 3, first, the silicon nitride substrate 1 described above is prepared. Next, a paste of silver (Ag) -copper (Cu) alloy containing at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, which becomes the bonding layer 4, is formed on the main surface of the silicon nitride substrate 1. The brazing material 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 the thin copper material 5 is each arrange | positioned on a brazing material. Thereafter, the copper material 5 is bonded to the main surface side of the silicon nitride substrate 1 through the bonding layer 4 by heating at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less.

そして、銅材5における回路部材2と対向する面を研磨した後、銅材5上に回路部材2を配置する。続いて、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、窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2を接合層4、銅材5を順次介して接合してなる回路基板30を得ることができる。   Then, after polishing the surface of the copper material 5 facing the circuit member 2, the circuit member 2 is disposed on the copper material 5. Subsequently, a circuit is formed on the main surface side of the silicon nitride substrate 1 by heating at 300 ° C. or more and 500 ° C. or less in an atmosphere selected from hydrogen, nitrogen, neon, and argon, and simultaneously applying a pressure of 30 MPa or more. A circuit board 30 in which the member 2 is bonded through the bonding layer 4 and the copper material 5 in this order can be obtained.

なお、本実施形態の説明においては、窒化珪素質基板1の主面側に回路部材2を設ける回路基板10〜30および電子装置Sについて説明したが、窒化珪素質基板1に回路部材2を設ける主面と反対の主面に放熱部材を設けてもよい。   In the description of the present embodiment, the circuit boards 10 to 30 and the electronic device S provided with the circuit member 2 on the main surface side of the silicon nitride substrate 1 have been described. However, the circuit member 2 is provided on the silicon nitride substrate 1. A heat radiating member may be provided on the main surface opposite to the main surface.

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%)、純度が98%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)、酸化エルビウム(Er)、酸化アルミニウム(Al)および酸化モリブデン(MoO)の各粉末を、回転ミルを用いて湿式混合し、粒径(D90)が1μm以下となるまで混合・粉砕してスラリーとした。なお、このとき、表1に示す含有量となるカルシウム粉末についても添加した。 First, a silicon nitride powder having a β conversion rate of 10% (that is, an α conversion rate of 90%) and a purity of 98%, magnesium oxide (MgO), erbium oxide (Er 2 O 3 ), oxidation as additive components Each powder of aluminum (Al 2 O 3 ) and molybdenum oxide (MoO 3 ) was wet-mixed using a rotary mill, and mixed and pulverized until the particle size (D 90 ) became 1 μm or less to obtain a slurry. At this time, calcium powder having the contents shown in Table 1 was also added.

ここで、上記各粉末の含有量は、窒化珪素質基板におけるマグネシウム、エルビウム、アルミニウムおよびモリブデンの各含有量が酸化物換算でそれぞれ2.5質量%、14質量%
、0.3質量%および0.5質量%となるようにそれぞれ秤量した。
Here, the content of each of the above powders is 2.5% by mass and 14% by mass, respectively, in terms of oxides for each content of magnesium, erbium, aluminum, and molybdenum in the silicon nitride substrate.
, 0.3% by mass and 0.5% by mass, respectively.

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、窒化珪素、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100質量部に対して6質量部の量で
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 common material containing components such as silicon nitride, magnesium oxide and rare earth metal oxide is added in an amount of 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon nitride based molded body. In a state of being arranged around, 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1690
℃で5時間保持した。そして、降温速度を200℃/時間として冷却することによって、試
料No.1〜7の窒化珪素質基板を得た。
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 1690
Hold at 5 ° C. for 5 hours. Then, by cooling at a cooling rate of 200 ° C./hour, the sample No. 1 to 7 silicon nitride substrates were obtained.

そして、各試料の主面に存在する円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点の1mm当たりの個数を測定するために、まず、主面を鏡面に研磨加工した面を測定面とし、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で観察し、面積が1.2mm(横方向の長さが1.2mm
、縦方向の長さが1mm)となる範囲をCCDカメラで撮影した画像を用いて、画像解析ソフト「A像くん」による粒子解析という手法で解析することによって求め、1mm当たりの個数に換算した。
Then, in order to measure the number per 1 mm 2 of white spots having an equivalent circle diameter of 2 μm or more and 30 μm or less existing on the main surface of each sample, first, the surface obtained by polishing the main surface into a mirror surface is measured. And observed with an optical microscope at a magnification of 100 times, the area is 1.2 mm 2 (the lateral length is 1.2 mm
This is obtained by analyzing the range of 1 mm in the vertical direction with a CCD camera and analyzing it with a method called particle analysis using image analysis software “A Image-kun”. Converted to the number per 1 mm 2 did.

ここで、この手法の設定条件としては、明度を明、2値化の方法を手動、小図形除去面積を0μm、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1.2倍とした。 Here, as setting conditions of this method, the brightness is bright, the binarization method is manual, the small figure removal area is 0 μm 2 , and a threshold value that is an index indicating the brightness of the image is set to each point ( It was set to 1.2 times the peak value of the histogram indicating the brightness of each pixel).

次に、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。
Next, 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)). The values 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.

次に、窒化珪素質基板を850℃で熱処理することによって、窒化珪素質基板の主面に付
着した有機物や残留炭素を除去した。熱処理した窒化珪素質基板の主面における回路部材の配置に対応する部分に、ペースト状のろう材をスクリーン印刷で塗布した後、135℃で
乾燥させることによって、接合層を形成した。
Next, the silicon nitride substrate was heat-treated at 850 ° C. to remove organic substances and residual carbon adhering to the main surface of the silicon nitride substrate. A paste-like brazing material was applied by screen printing to a portion corresponding to the arrangement of the circuit members on the main surface of the heat-treated silicon nitride substrate, and then dried at 135 ° C. to form a bonding layer.

そして、窒化珪素質基板の主面に無酸素銅からなる回路部材を接合層に接するように配置して、真空雰囲気中において、840℃で加熱することにより、回路部材が接合層を介し
て窒化珪素質基板に接合された回路基板を得た。
Then, a circuit member made of oxygen-free copper is disposed on the main surface of the silicon nitride substrate so as to be in contact with the bonding layer, and is heated at 840 ° C. in a vacuum atmosphere so that the circuit member is nitrided through the bonding layer. A circuit board bonded to the silicon substrate was obtained.

また、窒化珪素質基板と回路部材との引きはがし強さ(kN/m)をJIS C 6481−1996に準拠して測定することにより、回路部材と窒化珪素質基板との接合強度を評価した。結果を表1に示す。   Moreover, the bonding strength between the circuit member and the silicon nitride substrate was evaluated by measuring the peel strength (kN / m) between the silicon nitride substrate and the circuit member in accordance with JIS C 6481-1996. The results are shown in Table 1.

Figure 0006396817
Figure 0006396817

表1に示す通り、試料No.2〜6は、円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点が主面の1mm当たりに50個以上200個以下存在することにより、回路部材との接合
強度が高いとともに、高い絶縁耐力を有する窒化珪素質基板であることがわかった。
As shown in Table 1, Sample No. Nos. 2 to 6 have 50 or more and 200 or less white spots with a circle equivalent diameter of 2 μm or more and 30 μm or less per 1 mm 2 of the main surface, so that the bonding strength with the circuit member is high and high insulation. It was found to be a silicon nitride substrate having proof stress.

実施例1と同様に、窒化珪素の粉末と、添加成分として、酸化マグネシウム粉末、酸化エルビウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化モリブデン粉末を用い、実施例1と同様の添加量で秤量した。また、窒化珪素質基板の全成分100質量%のうち、5ppmの含有量
となるカルシウム粉末を添加し、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。なお、この粉砕にあたっては、窒化珪素粉末および添加成分の各粉末の合計100質量部に対して、表2に示す量の分散剤(カルボキシル
基含有水溶性重合体)を添加した。そして、以降の工程については、実施例1に示した方法と同じ方法で、試料No.8〜12の窒化珪素質基板を得た。
As in Example 1, silicon nitride powder and magnesium oxide powder, erbium oxide powder, aluminum oxide powder, and molybdenum oxide powder were used as additive components, and weighed in the same amount as in Example 1. In addition, calcium powder having a content of 5 ppm out of 100% by mass of all components of the silicon nitride substrate is added, wet-mixed using a rotary mill, and pulverized until the particle size (D 90 ) is 1 μm or less. To make a slurry. In this pulverization, the amount of dispersant (carboxyl group-containing water-soluble polymer) shown in Table 2 was added to 100 parts by mass of the silicon nitride powder and each of the additive component powders. For the subsequent steps, the same method as shown in Example 1 was used. 8-12 silicon nitride substrates were obtained.

そして、隣り合う白点間の距離の平均値を求めるため、まず、実施例1と同様の方法により撮影した画像を用いて、画像解析ソフト「A像くん」による粒子解析という手法で解析することにより、白点の円相当径の平均値を求め、次に、分散度計測の重心間距離法という手法で解析することによって白点の重心間距離の平均値を求めた。そして、白点の重心間距離の平均値から白点の円相当径の平均値を差し引くことにより、隣り合う白点間の距離の平均値を求めた。なお、設定条件は、実施例1と同様とした。   In order to obtain an average value of the distance between adjacent white spots, first, using an image photographed by the same method as in the first embodiment, analysis is performed by a method called particle analysis by image analysis software “A image kun”. Then, the average value of the circle equivalent diameters of the white spots was obtained, and then the average value of the distances between the center of gravity of the white spots was obtained by analyzing by a method called the center-of-center distance method of dispersion measurement. And the average value of the distance between adjacent white spots was calculated | required by subtracting the average value of the circle equivalent diameter of a white spot from the average value of the distance between the gravity centers of a white spot. The setting conditions were the same as in Example 1.

また、各試料の絶縁耐力は、実施例1で示した方法と同じ方法を用いて絶縁破壊の強さ(MV/m)を測定した。結果を表2に示す。   Moreover, the dielectric strength of each sample measured the strength of dielectric breakdown (MV / m) using the same method as the method shown in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0006396817
Figure 0006396817

表2に示す通り、試料No.9〜12は、絶縁破壊の強さの値として大きな値が得られており、隣り合う白点間の距離の平均値が4μm以上であることにより、高い絶縁耐力を有するものとなることがわかった。   As shown in Table 2, Sample No. Nos. 9 to 12 have large dielectric breakdown strength values, and the average value of the distance between adjacent white spots is 4 μm or more, indicating that the dielectric breakdown strength is high. It was.

実施例1と同様に、窒化珪素の粉末と、添加成分として、酸化マグネシウム粉末、酸化エルビウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化モリブデン粉末を用い、実施例1と同様の添加量で秤量した。また、窒化珪素質基板の全成分100質量%のうち、5ppmの含有量
となるカルシウム粉末を添加し、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。なお、回転ミルによる混合・粉砕時間は表2に示す通りとした。そして、以降の工程については、実施例1に示した方法と同じ方法で、試料No.13〜19の窒化珪素質基板を得た。
As in Example 1, silicon nitride powder and magnesium oxide powder, erbium oxide powder, aluminum oxide powder, and molybdenum oxide powder were used as additive components, and weighed in the same amount as in Example 1. In addition, calcium powder having a content of 5 ppm out of 100% by mass of all components of the silicon nitride substrate is added, wet-mixed using a rotary mill, and pulverized until the particle size (D 90 ) is 1 μm or less. To make a slurry. The mixing / pulverizing time by the rotary mill was as shown in Table 2. For the subsequent steps, the same method as shown in Example 1 was used. 13 to 19 silicon nitride substrates were obtained.

そして、実施例1と同様の方法により撮影した画像を用いて、画像解析ソフト「A像くん」による粒子解析という手法で解析することにより、白点の凹凸度を求めた。なお、設定条件は、実施例1と同様とした。   And using the image image | photographed by the method similar to Example 1, it analyzed by the method of particle | grain analysis by image analysis software "A image kun", and calculated | required the unevenness | corrugation degree of a white spot. The setting conditions were the same as in Example 1.

また、実施例1で示した方法と同じ方法で回路基板を作製し、回路部材の引きはがし強さ(kN/m)を求めた。結果を表3に示す。   Further, a circuit board was produced by the same method as shown in Example 1, and the peel strength (kN / m) of the circuit member was determined. The results are shown in Table 3.

Figure 0006396817
Figure 0006396817

表3に示す通り、試料No.14〜18は、引きはがし強さの値として大きな値が得られており、白点の凹凸度が1.1以上2.9以下であることにより、窒化珪素質基板と回路部材との接合強度が高まることがわかった。   As shown in Table 3, Sample No. 14 to 18, a large value was obtained as the peel strength value, and the unevenness degree of the white spots was 1.1 or more and 2.9 or less, which increases the bonding strength between the silicon nitride substrate and the circuit member. all right.

酸化エルビウム粉末に変えて酸化イットリウム粉末を用い、回転ミルを用いた混合・粉砕時間を表4に示す時間としたこと以外は実施例3と同様の方法により、試料No.20〜26の窒化珪素質基板を作製した。   Sample No. 4 was prepared in the same manner as in Example 3 except that yttrium oxide powder was used instead of erbium oxide powder, and the mixing and grinding time using a rotary mill was changed to the time shown in Table 4. 20 to 26 silicon nitride substrates were prepared.

そして、実施例1と同様の方法により撮影した画像を用いて、画像解析ソフト「A像くん」による粒子解析という手法で解析することにより、白点の円形度を求めた。なお、設定条件は、実施例1と同様とした。   Then, by using an image photographed by the same method as in Example 1 and analyzing by a method of particle analysis using image analysis software “A image kun”, the circularity of the white spot was obtained. The setting conditions were the same as in Example 1.

また、実施例1で示した方法と同じ方法で回路基板を作製し、回路部材の引きはがし強さ(kN/m)を求めた。結果を表4に示す。   Further, a circuit board was produced by the same method as shown in Example 1, and the peel strength (kN / m) of the circuit member was determined. The results are shown in Table 4.

Figure 0006396817
Figure 0006396817

表4に示す通り、試料No.21〜25は、引きはがし強さの値として大きな値が得られており、白点の円形度が0.7以上0.9以下であることにより、窒化珪素質基板と回路部材との接合強度が高まることがわかった。   As shown in Table 4, Sample No. For 21 to 25, a large value is obtained as the peel strength, and the circularity of the white point is 0.7 or more and 0.9 or less, which increases the bonding strength between the silicon nitride substrate and the circuit member. all right.

実施例1と同様に、窒化珪素の粉末と、添加成分として、酸化マグネシウム粉末、酸化エルビウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化モリブデン粉末を用い、実施例1と同様の添加量で秤量した。また、窒化珪素質基板の全成分100質量%のうち、5ppmの含有量
となるカルシウム粉末を添加し、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。
As in Example 1, silicon nitride powder and magnesium oxide powder, erbium oxide powder, aluminum oxide powder, and molybdenum oxide powder were used as additive components, and weighed in the same amount as in Example 1. In addition, calcium powder having a content of 5 ppm out of 100% by mass of all components of the silicon nitride substrate is added, wet-mixed using a rotary mill, and pulverized until the particle size (D 90 ) is 1 μm or less. To make a slurry.

次に、実施例1で示した方法と同じ方法によって、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所定の長さに切断することにより、平板状の窒化珪素質成形体を得た。また、同様の顆粒を用いて、冷間静水圧法を用いて、圧力を150MPaとした冷間静水圧プレス法により、窒化珪素質基板の外寸が60mm
×60mm×20mmとなるような厚肉の窒化珪素質成形体を得た。
Next, silicon nitride granules were obtained by the same method as shown in Example 1. Then, using a powder rolling method, a silicon nitride granule was formed into a sheet shape and cut into a predetermined length to obtain a flat silicon nitride molded body. In addition, using the same granule, the outer size of the silicon nitride substrate was 60 mm by the cold isostatic pressing method using a cold isostatic pressure method and the pressure being 150 MPa.
A thick silicon nitride molded body having a size of 60 mm × 20 mm was obtained.

ここで得られた平板状の窒化珪素質成形体は、回路部材と窒化珪素質基板との接合強度を評価するためのものであり、厚肉の窒化珪素質成形体は、窒化珪素質基板の機械的強度を評価するためのものである。   The flat silicon nitride molded body obtained here is for evaluating the bonding strength between the circuit member and the silicon nitride substrate, and the thick silicon nitride molded body is formed of the silicon nitride substrate. It is for evaluating mechanical strength.

次に、窒化珪素、添加成分、結晶構造が菱面体晶または六方晶である窒化硼素の各粉末を準備し、主面における全成分100質量%のうちの含有量が表5に示す値となるように、
窒化硼素の粉末を秤量し、残部を上記組成比率の窒化珪素および添加成分として、バインダーとともにエタノール等の溶媒に添加したペーストを作製した。そして、スクリーン印刷法で塗布し、温度を80℃として乾燥させた。
Next, silicon nitride, additive components, and boron nitride powders each having a rhombohedral or hexagonal crystal structure are prepared, and the content of 100% by mass of all components on the main surface has the values shown in Table 5. like,
Boron nitride powder was weighed, and a paste was prepared in which the balance was added to a solvent such as ethanol together with a binder as the silicon nitride having the above composition ratio and an additional component. And it apply | coated by the screen-printing method and it was made to dry at temperature 80 degreeC.

次に、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各成形体を入れ、黒鉛抵抗発熱体が設置された焼成炉により表5に示す温度により焼成した。なお、このとき、窒化珪素質成形体100質量部に対して6質量部である窒化珪素質成形体と同組成の
共材を窒化珪素質成形体の周囲に配置した。
Next, each molded body was put into a mortar made of a silicon nitride sintered body having a relative density of 75%, and fired at a temperature shown in Table 5 in a firing furnace provided with a graphite resistance heating element. At this time, a common material having the same composition as that of the silicon nitride-based molded body, which is 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the silicon nitride-based molded body, was disposed around the silicon nitride-based molded body.

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表5
に示す焼成温度で5時間保持した。そして、降温速度を200℃/時間として冷却すること
によって、窒化珪素質基板である試料No.27〜35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, the temperature in the firing furnace was raised and Table 5
Was held for 5 hours. Then, by cooling at a temperature drop rate of 200 ° C./hour, the sample No. 1 which is a silicon nitride substrate is used. 27-35 were obtained.

そして、窒化珪素質基板の主面を構成する全成分の合計100質量%のうちの菱面体晶ま
たは六方晶の窒化硼素の含有量を求めた。求め方としては、主面から30μmの深さまで削った粉末を試料とし、XRDを用いたリートベルト法によって得られた定量値を、窒化珪素質基板の主面を構成する全成分の合計100質量%のうちの菱面体晶または六方晶の窒化
硼素の含有量とした。
Then, the content of rhombohedral or hexagonal boron nitride out of a total of 100% by mass of all components constituting the main surface of the silicon nitride substrate was determined. As a method of determination, a powder cut to a depth of 30 μm from the main surface is used as a sample, and the quantitative value obtained by the Rietveld method using XRD is 100 masses in total for all components constituting the main surface of the silicon nitride substrate. % Of rhombohedral or hexagonal boron nitride.

次に、実施例1で示した方法と同じ方法で回路基板を作製し、回路部材の引きはがし強さ(kN/m)を求めた。   Next, a circuit board was produced by the same method as shown in Example 1, and the peel strength (kN / m) of the circuit member was determined.

また、外寸が60mm×60mm×20mmの窒化珪素質基板から、厚さ、幅および長さがそれぞれ3mm、4mmおよび50mmである試験片を切り出し、JIS 1601−2008(ISO 14704:2000(MOD))に準拠して、室温における4点曲げ強度を求めた。結果を
表5に示す。
Further, a test piece having a thickness, width and length of 3 mm, 4 mm and 50 mm, respectively, was cut out from a silicon nitride substrate having an outer dimension of 60 mm × 60 mm × 20 mm, and JIS 1601-2008 (ISO 14704: 2000 (MOD)). ), The four-point bending strength at room temperature was determined. The results are shown in Table 5.

Figure 0006396817
Figure 0006396817

表5に示す通り、試料No.28〜32は、4点曲げ強度および引きはがし強さにおいて優れた値が得られており、主面に菱面体晶の窒化硼素が存在し、主面を構成する全成分の合計100質量%のうち、菱面体晶の窒化硼素の含有量が5質量%以上20質量%以下であるこ
とにより、優れた機械的強度を有しつつ、回路部材との接合強度を向上できることがわかった。
As shown in Table 5, sample no. In 28 to 32, excellent values were obtained in the four-point bending strength and the peel strength, rhombohedral boron nitride was present on the main surface, and the total amount of all the components constituting the main surface was 100% by mass. Among these, it was found that when the rhombohedral boron nitride content is 5% by mass or more and 20% by mass or less, the bonding strength with the circuit member can be improved while having excellent mechanical strength.

1:窒化珪素質基板
2:回路部材
4:接合層
5:銅材
6:電子部品
10、20、30:回路基板
1: Silicon nitride substrate 2: Circuit member 4: Bonding layer 5: Copper material 6: Electronic component
10, 20, 30: Circuit board

Claims (7)

主面に回路部材が設けられる窒化珪素質基板であって、円相当径が2μm以上30μm以下の大きさの白点が前記主面の1mm当たりに50個以上200個以下存在することを特徴とする窒化珪素質基板。 A silicon nitride substrate on which a circuit member is provided on a main surface, wherein there are 50 or more white spots having a circle equivalent diameter of 2 μm or more and 30 μm or less per 1 mm 2 of the main surface. A silicon nitride substrate. 隣り合う前記白点間の距離の平均値が4μm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基板。   2. The silicon nitride substrate according to claim 1, wherein an average value of distances between adjacent white spots is 4 [mu] m or more. 前記白点は、凹凸度が1.1以上2.9以下であ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基板。   3. The silicon nitride based substrate according to claim 1, wherein the white spot has an unevenness degree of 1.1 or more and 2.9 or less. 前記白点は、円形度が0.7以上0.9以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化珪素質基板。   The silicon nitride substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the white point has a circularity of 0.7 to 0.9. 前記主面に菱面体晶の窒化硼素が存在し、前記主面を構成する全成分の合計100質量%のうち、前記菱面体晶の窒化硼素の含有量が5質量%以上20質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の窒化珪素質基板。   There is rhombohedral boron nitride on the principal surface, and the content of rhombohedral boron nitride is 5% by mass or more and 20% by mass or less, out of a total of 100% by mass of all components constituting the principal surface. The silicon nitride substrate according to claim 1, wherein the silicon nitride substrate is provided. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の窒化珪素質基板の前記主面に前記回路部材を備えていることを特徴とする回路基板。   A circuit board comprising the circuit member on the main surface of the silicon nitride substrate according to any one of claims 1 to 5. 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てなることを特徴とする電子装置。   An electronic device comprising an electronic component mounted on the circuit member in the circuit board according to claim 6.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10669210B2 (en) 2016-03-28 2020-06-02 Hitachi Metals, Ltd. Silicon nitride sintered substrate, silicon nitride sintered substrate sheet, circuit substrate, and production method for silicon nitride sintered substrate

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6240034B2 (en) * 2014-06-27 2017-11-29 京セラ株式会社 Silicon nitride substrate, circuit board including the same, and electronic device
JP6992364B2 (en) * 2017-09-26 2022-01-13 日立金属株式会社 Silicon nitride sintered substrate
WO2021111508A1 (en) 2019-12-03 2021-06-10 日本碍子株式会社 Bonded substrate and bonded substrate production method
JP7278325B2 (en) * 2021-04-21 2023-05-19 株式会社Maruwa Silicon nitride sintered body

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3629783B2 (en) * 1995-12-07 2005-03-16 電気化学工業株式会社 Circuit board
JPH1067586A (en) * 1996-08-27 1998-03-10 Dowa Mining Co Ltd Circuit base plate for power module and its production
CN103781742B (en) * 2011-10-11 2015-08-26 日立金属株式会社 The manufacture method of silicon nitride board and silicon nitride board
JP5755170B2 (en) * 2012-03-29 2015-07-29 京セラ株式会社 Silicon nitride sintered body, circuit board and electronic device using the same
JP5928896B2 (en) * 2012-10-04 2016-06-01 日立金属株式会社 Silicon nitride sintered body, silicon nitride substrate using the same, and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10669210B2 (en) 2016-03-28 2020-06-02 Hitachi Metals, Ltd. Silicon nitride sintered substrate, silicon nitride sintered substrate sheet, circuit substrate, and production method for silicon nitride sintered substrate

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