CN102714191B - 氮化硅质基板、及使用其的电路基板以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够使将由金属形成的构件接合时的接合强度提高的氮化硅质基板、以及可通过使用这种氮化硅质基板而提高可靠性的电路基板和电子装置。所述氮化硅质基板(1)，在由氮化硅质烧结体形成的基板(1a)的主面一体化有含硅的多个粒状体(1b)，从粒状体(1b)的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶(1c)或柱状结晶(1d)。在基板(1a)的主面上涂布焊料，在已涂布的焊料上配置电路构件、放热构件，然后通过在经加热而进行接合时使多个粒状体(1b)一体化于基板(1a)的主面，从粒状体(1b)的局部延伸出多个针状结晶(1c)或柱状结晶(1d)，从而可得到较高的固定效果，因此能够使氮化硅质基板(1)与电路构件、放热构件牢固接合。

Description

氮化硅质基板、及使用其的电路基板以及电子装置
技术领域
本发明涉及成为放热构件、电路构件的支承基板的氮化硅质基板。另外，涉及分别介由焊料而在由上述氮化硅质基板构成的支承基板的两侧的主面分别接合有以铜或铝为主成分的电路构件及放热构件的电路基板、以及在上述电路基板的电路构件上搭载有电子零件的电子装置。
背景技术
近年来，作为半导体装置的构成零件，使用的是在电路基板的电路构件上搭载有绝缘栅·双极·晶体管(IGBT)元件、智能·功率·模块(IPM)元件、金属氧化膜型场效应晶体管(MOSFET)元件、发光二极管(LED)元件、旁路二极管(FWD)元件、电力·晶体管(GTR)元件、珀耳贴元件等半导体元件，升华型热印刷头元件，热喷墨印刷头元件等各种电子零件的电子装置。
而且，作为设置搭载有电子零件的电路构件而制成的电路基板，是分别介由焊料在由绝缘性陶瓷构成的支承基板的两侧的主面接合有由热传导率高的金属构成的电路构件及放热构件而得的电路基板，作为由陶瓷构成的支承基板，热传导性和机械特性优异的氮化硅质基板受到关注。
作为这样的氮化硅质基板，例如在专利文献1中提出了具有如下所述的表面性状的电路搭载用氮化硅基板，所述表面性状为在实质上由氮化硅粒子和晶界相构成的氮化硅烧结体基板中，将该烧结体基板表面的氮化硅粒子与晶界相的总面积率设为100％时，上述氮化硅粒子的面积率为70～100％，露出于表面的氮化硅粒子的最大高度的山顶部与氮化硅粒子或晶界相的最低高度的谷底部的高低差(L)为1.5～15μm，中心线平均粗糙度(Ra)为0.2～5μm。
而且，作为对这样的氮化硅基板的表面性状进行调整的方法，记载了通过喷砂、喷丸(shot blast)、喷粒(grid blast)或水力清砂等机械加工而机械性地除去晶界相的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3539634号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，专利文献1所提出的电路搭载用氮化硅基板为了调整表面性状而需要通过喷砂、喷丸、喷粒或水力清砂等机械加工来机械性地除去晶界相，因此存在于氮化硅基板的表面的氮化硅粒子容易发生脱粒，另外，在通过上述的机械加工机械性地除去晶界相而得的氮化硅基板的表面，焊料难以进入到除去晶界相而形成的空隙中，因此，专利文献1所提出的电路搭载用氮化硅基板并不是目前所需要的、充分具有与能够抑制因半导体元件等电子零件的工作相伴的重复的冷热循环引起的金属电路板的剥离的高可靠性相应的接合强度的电路搭载用氮化硅基板。
本发明是为了解决上述课题而研究出的发明，提供能够使分别将电路构件、放热构件等由金属形成的构件进行接合时的接合强度变高的氮化硅质基板、以及能够通过使用上述氮化硅质基板来提高可靠性的电路基板和电子装置。
解决课题的手段
本发明的氮化硅质基板的特征在于，在由氮化硅质烧结体形成的基板的主面一体化有含硅的多个粒状体，从所述粒状体的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶或柱状结晶。
另外，本发明的电路基板的特征在于，分别介由焊料，在由权利要求1～10中任一项所述的氮化硅质基板构成的支承基板的一个主面接合有由金属形成的电路构件，在所述支承基板的另一个主面接合有由金属形成的放热构件。
另外，本发明的电子装置的特征在于，在上述构成的电路基板的所述电路构件上搭载有电子零件。
发明效果
根据本发明的氮化硅质基板，在由氮化硅质烧结体形成的基板的主面一体化有含硅的多个粒状体，从该粒状体的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶或柱状结晶，由此，将焊料涂布在基板的主面，在已涂布的焊料上配置作为由金属形成的构件的电路构件、放热构件，然后在经加热而使氮化硅质基板与由金属形成的构件进行接合时，在氮化硅质基板与焊料之间通过针状结晶或柱状结晶而得到高的固定效果，因此，能够将氮化硅质基板与由金属形成的构件牢固地接合。
另外，根据本发明的电路基板，分别介由焊料，在由本发明的氮化硅质基板构成的支承基板的一个主面接合有由金属形成的电路构件，在另一个主面接合有由金属形成的放热构件，由此，因为使用了可得到高的固定效果的、由本发明的氮化硅质基板构成的支承基板，所以能够提高支承基板与焊料的密合性，能够使支承基板与电路构件及支承基板与放热构件牢固地接合。
另外，根据本发明的电子装置，在本发明的电路基板的电路构件上搭载电子零件，由此，即使电子零件重复发热，支承基板与电路构件以及支承基板与放热构件也不易发生剥离，因此，可形成耐久性高的电子装置。
附图说明
图1是表示本实施方式的氮化硅质基板的一例的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的A-A’线的剖面图，(c)是(b)的B部的部分放大图。
图2是表示本实施方式的氮化硅质基板的剖面中的粒状体的照片。
图3是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的C-C’线的剖面图。
图4是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的D-D’线的剖面图，(c)是(a)的E-E’线的剖面图。
图5是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的F-F’线的剖面图，(c)是(b)的G部的部分放大图。
图6是表示本实施方式的电路基板的一例的图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的H-H’线的剖面图，(c)是底面图。
图7是表示本实施方式的电路基板的其他例子的图，(a)是平面图，(b)是(a)的I-I’线的剖面图，(c)是底面图。
图8是表示本实施方式的电路基板的其他例子的图，(a)是平面图，(b)是(a)的J-J’线的剖面图，(c)是底面图。
图9是表示本实施方式的电子装置的一例的图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的K-K’线的剖面图，(c)是底面图。
图10是表示本实施方式的热电转换模块的一例的图，其中，(a)是部分断裂了的立体图，(b)是剖面图。
具体实施方式
以下，对本实施方式的氮化硅质基板、电路基板和电子装置的一个例子进行说明。
图1是表示本实施方式的氮化硅质基板的一例的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的A-A’线的剖面图，(c)是(b)的B部的部分放大图。
如图1(a)和图1(b)所示，就本实施方式的氮化硅质基板1而言，在由氮化硅烧结体形成的基板1a的主面(图1(a)中的图示面)一体化有含有硅的多个粒状体1b。在此，粒状体1b是对将烧结体粉碎而得的敷粉等粉粒体进行煅烧而得的，所述烧结体是使用对含有硅的粉末进行混合、粉碎而形成浆料，然后利用喷雾干燥机使其干燥而得的颗粒进行煅烧而得的，或者使用含有硅的粉末进行煅烧而得的。而且，如图1(c)所示，通过形成从粒状体1b的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶1c或柱状结晶1d的表面形态，从而在基板1a的主面上涂布焊料，在已涂布的焊料上配置未图示的作为由金属形成的构件(以下称为金属构件。)的电路构件、放热构件，然后在经加热而将氮化硅质基板1与金属构件接合时，在氮化硅质基板1与焊料之间通过针状结晶1c或柱状结晶1d可得到高的固定效果，因此能够将氮化硅质基板1与金属构件牢固地接合。另外，即使通过在基板1a的主面上直接配置金属构件并进行加热，也能够以相同的效果比使用以往的基板时更牢固地进行接合。
在此，构成基板1a的氮化硅烧结体是含有80质量％以上的氮化硅而形成的，特别优选含有90质量％以上。作为其他的添加成分，可以含有氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)中的至少任一种、以及稀土类元素的氧化物(例如为Sc2O3，Y2O3，La2O3，Ce2O3，Pr6O11，Nd2O3，Pm2O3，Sm2O3，Eu2O3，Gd2O3，Tb2O3，Dy2O3，Ho2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3和Lu2O3中的至少一种)。
作为氮化硅烧结体的主成分的氮化硅可使用X射线衍射法进行鉴别。另外，氮化硅的含量可通过利用荧光X射线分析法或ICP(InductivelyCoupled Plasma)发光分光分析法求出硅(Si)的含量并将该含量换算成氮化硅(Si3N4)而求出。
另外，在基板1a的主面一体化了的多个粒状体1b含有硅，具体而言，优选为硅、氮化硅、氧化硅和硅铝氧氮耐热陶瓷中的至少一种，上述成分可利用薄膜X射线衍射法或透射电子显微镜进行鉴别。另外，就粒状体1b而言，在任意剖面中，例如主面的宽度为10μm以上48μm以下，距主面的高度为16μm以上52μm以下。这类粒状体的宽度和高度可使用光学显微镜并将倍率设为100倍以上500倍以下而求出。
另外，多个从粒状体1b的局部延伸出的针状结晶1c或柱状结晶1d以氮化硅为主成分，优选含有60质量％以上的氮化硅，进而，更优选含有70质量％以上。
作为这种针状结晶1c或柱状结晶1d的主成分的氮化硅可使用薄膜X射线衍射法或透射电子显微镜进行鉴别。另外，氮化硅的含量可通过使用透射电子显微镜进行测定而求出硅(Si)的含量并将该含量换算成氮化硅(Si3N4)而求出。另外，就针状结晶1c或柱状结晶1d而言，例如距粒状体1b的表面的突出长度为2μm以上10μm以下，突出长度的中间的位置的直径为0.2μm以上5μm以下。可使用光学显微镜并将倍率设为100倍以上1000倍以下，从而确认这类针状结晶1c或柱状结晶1d。
另外，优选多个从粒状体1b的局部延伸出的针状结晶1c或柱状结晶1d并未在特定方向上进行取向，通过不在特定方向上进行取向而能够得到更高的固定效果。
图2是表示本实施方式的氮化硅质基板的剖面中的粒状体的照片。
在图2所示例子的氮化硅质基板1的剖面的照片中，显示出一体化为相对于基板1a的主面的半球状的粒状体1b1和形成为除半球状以外的形状的粒状体1b2。在此，优选粒状体1b一体化为相对于基板1a的主面的半球状。如粒状体1b1所示，一体化为相对于基板1a的主面的半球状的情况下，与除半球状以外的形状的粒状体1b2相比，煅烧后的残留应力难以残留在粒状体1b1的周围，因此，可减少使基板1a的强度下降的可能性。
应予说明，本实施方式中的半球状包括在真圆、扁平球和旋转椭圆体等的大致中心的位置切断而形成的形状的，其整个表面没有角部的形状。相对于粒状体1b总数，一体化为半球状的粒状体1b1的个数的比率优选为55％以上。
图3是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的C-C’线的剖面图。
如图3所示的例子，就本实施方式的氮化硅质基板1而言，优选将粒状体1b配置为多列状。将粒状体1b配置成多列状时，能够抑制氮化硅质基板1与金属构件接合时存在的、通过本实施方式的氮化硅质基板1的表面形态而得的高的固定效果因位置而引起的偏差。这样，配置成多列状的、相邻的粒状体1b的各中心点的间隔a例如优选为0.1mm以上0.5mm以下。
图4是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的D-D’线的剖面图，(c)是(a)的E-E’线的剖面图。
在图3所示的例子的氮化硅质基板1中，在图中用箭头表示方向的X方向和Y方向中，粒状体1b仅在X方向上被配置成多列状，在图4所示的例子的氮化硅质基板1中，粒状体1b在X方向和Y方向均被配置成多列状。这样，在X方向和Y方向均被配置成多列状时，能够进一步抑制氮化硅质基板1与金属构件接合时存在的、通过本实施方式的氮化硅质基板1的表面形态而得的高的固定效果因位置引起的偏差。这样，在X方向和Y方向均被配置成多条列状的、相邻粒状体1b的各中心点的间隔b、c均例如优选为0.1mm以上0.5mm以下。
应予说明，就图1、3、4而言，表示在由氮化硅烧结体形成的基板1a的两个主面一体化有含有硅的多个粒状体1b的氮化硅质基板1，但在金属构件仅与一个主面接合的情况下，仅在该主面一体化有粒状体1b即可。
另外，本实施方式的氮化硅质基板1中的粒状体1b的密度优选为48个/cm2以上502个/cm2以下。在粒状体1b的密度处于该范围时，粒状体1b不会分散存在或凝聚，而是能够以适当的间隔配置粒状体1b，因此通过从以适当的间隔配置的粒状体1b的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶1c或柱状结晶1d，从而能够提高氮化硅质基板1与焊料之间的固定效果，能够将氮化硅质基板1与金属构件更牢固地接合。尤其是粒状体1b的密度特别更优选为102个/cm2以上448个/cm2以下。
就粒状体1b的密度而言，只要使用光学显微镜，将倍率设为50倍以上1000倍以下，从基板1a的主面中选择例如170μm×170μm的范围，数出该范围中的粒状体1b的个数，算出每1cm2的粒状体1b的密度即可。
另外，本实施方式的氮化硅质基板1中的粒状体1b优选含有铝氧化物。在粒状体1b含有铝氧化物时，即，在成为粒状体1b的粉粒体中含有铝氧化物时，在烧结工序中可进一步促进液相烧结，因此能够使粒状体1b成为牢固而紧固地一体化于基板1a的粒状体，能够使机械强度变高。特别是在铝氧化物为铝酸镁时，可使粒状体1b牢固而紧固地一体化于基板1a，并且可提高存在于形成粒状体1b的结晶间的晶界相的耐腐蚀性，因此能够使粒状体1b的耐腐蚀性变高。应予说明，粒状体1b所含的铝氧化物可使用薄膜X射线衍射法或透射电子显微镜进行鉴别。
另外，对本实施方式的氮化硅质基板1而言，粒状体1b中的铝氧化物的含量优选比基板1a中的铝氧化物的含量少。粒状体1b中的铝氧化物的含量比基板1a中的铝氧化物的含量少时，与该粒状体1b中的铝氧化物的含量与基板1a中的铝氧化物的含量相等时或者与该粒状体1b中的铝氧化物的含量比基板1a中的铝氧化物的含量多时相比，更容易推进在形成基板1a的结晶和存在于这些结晶间的晶界相中的声子(phonon)的移动，因此可促进基板1a的两个主面间的热传导。进而，如果构成存在于形成基板1a的结晶间的晶界相的玻璃(非晶质)成分少，则能够使氮化硅质基板1的绝缘破坏电压变高，且能够提高绝缘性能的可靠性。
特别是基板1a中的铝氧化物的含量更优选为0.1质量％以下。该铝氧化物的含量可通过ICP发光分光分析法求出。具体而言，可通过首先使用薄膜X射线衍射法或透射电子显微镜法鉴别铝氧化物，然后通过将利用ICP发光分光分析法求出的作为金属元素的铝的含量换算成与经鉴别而得的组成式相对应的铝氧化物的含量，从而求出该铝氧化物的含量。
另外，本实施方式的氮化硅质基板1中的粒状体1b优选碳含量为0.05质量％以下。在碳含量为0.05质量％以下时，具有导电性的碳含量受到限制，因此能够使漏电流不易产生。粒状体1b所含的碳含量只要利用碳分析法求出即可。
另外，在本实施方式的氮化硅质基板1中，粒状体1b的氧含量优选为3.5质量％以下。通过限制氧含量，可抑制存在于形成粒状体1b的结晶间的液相(晶界相)熔融时所产生的泡状的气孔的产生。结果还能够使附着在气孔内的金属成分等具有导电性的成分减少，因此可使漏电流不易产生。粒状体1b所含的氧含量只要利用氧分析法求出即可。应予说明，粒状体1b所含的氧含量不仅包括单独存在的氧，还包括以金属氧化物、氮氧化物形式存在的氧。
图5是表示本实施方式的氮化硅质基板的其他例子的示意图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的F-F’线的剖面图，(c)是(b)的G部的部分放大图。
就图5所示的例子的氮化硅质基板1而言，从基板1a的主面延伸出多个以氮化硅为主成分的第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f，针状结晶1c或柱状结晶1d比第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径细。这样，多个从粒状体1b的局部延伸出的针状结晶1c或柱状结晶1d比多个从基板1a的主面延伸出的第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径细的情况下，与针状结晶1c或柱状结晶1d比第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径粗的情况相比，可增加与焊料相接的表面积，因此，能够提高氮化硅质基板1与焊料之间的固定效果，能够进一步将氮化硅质基板1与金属构件牢固地接合。
就针状结晶1c、柱状结晶1d、第二针状结晶1e和第二柱状结晶1f各自的直径的测定而言，首先切取氮化硅质基板1的一部分并将其埋入到树脂中，然后利用截面抛光法对断裂面进行研磨，制作含有粒状体1b的研磨面。然后，使用光学显微镜，将倍率设为50倍以上1000倍以下，对上述研磨面进行测定。
具体而言，从上述研磨面中例如从170μm×170μm的范围中挑选4处，在所挑选的各处中分别挑选针状结晶1c或柱状结晶1d、以及第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f各5个，测定各结晶的突出长度的中间位置的直径。针状结晶1c或柱状结晶1d比第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径细的状态是指针状结晶1c或柱状结晶1d的平均直径比第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的平均直径小的状态。
尤其是针状结晶1c或柱状结晶1d的平均直径与第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的平均直径之差优选为3μm以上。
另外，就本实施方式的氮化硅质基板1而言，与粒状体1b相比，基板1a优选由平均粒径更小的以氮化硅为主成分的结晶构成。与粒状体1b相比，基板1a由平均粒径更小的以氮化硅为主成分的结晶构成的情况下，与基板1a及粒状体1b各自的平均粒径相同的氮化硅质基板1相比，能够提高基板1a的强度，因此，即使将本实施方式的氮化硅质基板1用于如构成电路基板的支承基板这样厚度较薄的基板，也能够减少损害可靠性的情况。尤其优选，基板1a中的以氮化硅为主成分的结晶的平均粒径为0.5μm以上14μm以下。
应予说明，基板1a和粒状体1b各自的结晶的各平均粒径可在氮化硅质基板1的断裂面中进行测定。具体而言，在断裂面的100μm×100μm的范围中使用光学显微镜，将倍率设为50倍以上500倍以下，按照JIS R1670-2006求出分别构成基板1a和粒状体1b的结晶的平均粒径即可。其中，分别使基板1a和粒状体1b中的结晶的数量至少为10个即可。另外，在基板1a和粒状体1b各自中的结晶的各平均粒径在断裂面中难以进行测定的情况下，使用切取氮化硅质基板1的一部分并埋入在树脂中，然后利用截面抛光法对断裂面进行研磨而得的研磨面即可。
而且，优选的是氮化硅质基板1的机械特性中的三点弯曲强度为750MPa以上、动态弹性模量为300GPa以上、维氏硬度(Hv)为13GPa以上，破坏韧性(K1C)为5MPam1/2以上。通过使上述机械特性处于上述范围，尤其能够使将氮化硅质基板1与金属构件接合而得的接合构件的抗蠕变性、对热循环的耐久性提高，因此能够获得高可靠性，并且能够长时间地使用。
应予说明，对于三点弯曲强度，按照JIS R 1601-2008(ISO 17565：2003(MOD))进行测定即可。但是，在氮化硅质基板1的厚度较薄且无法使从氮化硅质基板1中切取的试验片的厚度成为3mm的情况下，优选直接将氮化硅质基板1的厚度作为试验片的厚度进行评价且结果满足上述数值。
另外，对于动态弹性模量，按照JIS R 1602-1995所规定的超声波脉冲法进行测定即可。但是，在氮化硅质基板1的厚度较薄且无法使从氮化硅质基板1中切取的试验片的厚度成为10mm的情况下，优选使用悬臂共振法进行评价且结果满足上述数值。
但是，当氮化硅烧结体的厚度薄到在以原始的厚度进行评价而无法满足上述数值的程度时，由试验片尺寸、得到的测定值，利用算式求出三点弯曲强度和动态弹性模量即可。
对于维氏硬度(Hv)和破坏韧性(K1C)，分别按照JIS R 1610-2003(ISO 14705：2000(MOD))、JIS R 1607-1995所规定的压头压入法(IF法)进行测定即可。应予说明，当氮化硅质基板1的厚度较薄而无法分别使从氮化硅质基板1中切取的试验片的厚度成为JIS R 1610-2003、JIS R1607-1995压头压入法(IF法)中所规定的0.5mm和3mm时，优选使氮化硅质基板1的厚度为原始的试验片的厚度而进行评价，且结果满足上述数值。但是，当氮化硅质基板1的厚度薄到以其原始的厚度进行评价而无法满足上述数值的程度时，例如在0.2mm以上且不足0.5mm时，可通过将对氮化硅质基板1施加的试验力设为0.245N、将保持试验力的时间设为15秒而对维氏硬度(Hv)和破坏韧性(K1C)进行测定即可。
另外，对于如上所述的氮化硅质基板1的电特性，体积电阻率优选在常温下为1014Ω·cm以上、在300℃下为1012Ω·cm以上。该体积电阻率按照JIS C 2141-1992进行测定即可。但是，在氮化硅质基板1小而无法由氮化硅质基板1形成JIS C 2141-1992所规定的大小的情况下，优选利用二端法进行评价，且结果满足上述数值。
图6是表示本实施方式的电路基板的一例的图，其中，(a)为平面图，(b)为(a)的H-H’线的剖面图，(c)为底面图。
图6所示的例子的电路基板10是分别介由焊料4a、4b在由本实施方式的氮化硅质基板1构成的支承基板(以下对支承基板施用符号1。)的一个主面与由金属形成的电路构件2接合、在另一个主面与由金属形成的放热构件3接合而形成的电路基板10。该电路基板10使用的是由可获得高的固定效果的本实施方式的氮化硅质基板构成的支承基板1，因此可提高对支承基板1的焊料4a、4b的密合性，可使支承基板1与电路构件2以及使支承基板1与放热构件3牢固地接合。
构成本实施方式的电路基板10的支承基板1为平板状，例如长度(图6所示的X方向)为20mm以上200mm以下，宽度(图6所示的Y方向)为10mm以上120mm以下。支承基板1的厚度根据用途而不同，但是为了成为耐久性和绝缘耐压高且热电阻抵抗被抑制的基板，优选设为0.2mm以上1.0mm以下。
另外，本实施方式的构成电路基板10的电路构件2a例如长度(图6所示的X方向)为15mm以上155mm以下，宽度(图6所示的Y方向)为8mm以上100mm以下。另外，电路构件2b例如长度(图6所示的X方向)为1mm以上10mm以下，宽度(图6所示的Y方向)为8mm以上100mm以下。电路构件2a、2b各自的厚度由流过电路构件2a、2b的电流的大小、搭载于电路构件2a，2b的电子零件(未图示)的发热量等决定，例如为0.5mm以上5mm以下。
另外，构成电路基板10的放热构件3具有从发热的电子零件(未图示)中排放热的这种功能，例如长度(图6所示的X方向)为18mm以上190mm以下，宽度(图6所示的Y方向)为8mm以上100mm以下，厚度为0.5mm以上5mm以下。
而且，由金属形成的电路构件2和放热构件3是由铜、铝等热传导率高的金属构成的构件。
图7是表示本实施方式的电路基板的其他例子的图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的I-I’线的剖面图，(c)是底面图。
图7所示的例子的电路基板10是从支承基板1侧开始分别依次介由焊料4a、4b、由金属形成的中间材料5a、5b，在由氮化硅质基板构成的支承基板1的一个主面与由金属形成的电路构件2接合，在另一个主面与由金属形成的放热构件3接合，从而形成的电路基板10。该图7所示的例子的电路基板10也可得到与图6所示的例子的电路基板10相同的作用和效果。另外，在图6所示的例子的电路基板10中，当电路构件2和放热构件3的主成分为铜时，需要800～900℃的接合温度，但是通过以由金属形成的中间材料5a、5b隔着铜材，从而在电路构件2和中间材料5a之间、放热构件3和中间材料5b之间可使作为各自的构成成分的铜在300～500℃左右的比较低的温度下扩散而进行接合，因此，能够抑制支承基板1所产生的翘曲。结果能够使电路构件2和放热构件3中至少任一个构件变厚，因此，能够提高放热特性。
应予说明，图7所示的例子中的构成电路基板10的支承基板1、电路构件2a、2b以及放热构件3各自的长度，宽度，厚度与图6所示的例子中的构成电路基板10的支承基板1、电路构件2a、2b和放热构件3的各自的长度、宽度、厚度相同。
图8是表示本实施方式的电路基板的其他例子的图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的J-J’线的剖面图，(c)是底面图。
图8所示的例子中的电路基板10是从支承基板1侧面分别依次介由焊料4a、4b、中间材料5a、5b而在由氮化硅质基板构成的支承基板1的一个主面与由金属形成的电路构件接合，在另一个主面与由金属形成的放热构件3接合，从而形成的电路基板10。图8所示的例子的并列配置的电路构件2a、2b的大小相同，电路构件2a、2b的尺寸例如长度(图8所示的X方向)为8mm以上85mm以下，宽度(图8所示的Y方向)为8mm以上100mm以下，厚度为0.5mm以上5mm以下。另外，图8所示的例子的支承基板1和放热构件3的各自的长度、宽度、厚度与图6和图7所示的例子中的构成电路基板10的支承基板1和放热构件3的各自的长度、宽度、厚度相同。
如图8所示的例子所示，在支承基板1的一个主面上配置大小相同的电路构件2a和电路构件2b时，与图7所示的例子中的电路基板10相比，在进行接合时能够减少支承基板1所产生的应力的偏重，因此能够抑制在电路基板10的制造工序中所产生的支承基板1的翘曲。
应予说明，由金属形成的电路构件2和放热构件3优选含有含量为90质量％以上的铜。进而，电路构件2和放热构件3优选含有铜的含量多的、无氧铜、韧铜和磷脱氧铜中的任一种，尤其在无氧铜中，优选含有铜的含量为99.995质量％以上的线形结晶无氧铜、单晶状高纯度无氧铜和真空溶解铜中的任一种。这样，若电路构件2和放热构件3的铜的含量变多，则分别使电阻变低、热传导率变高，因此可提高放热特性，进而，至于电路构件2，其电路特性(抑制搭载在电路构件2上的电子零件的发热且减少电力损失的特性)也可提高。另外，若铜的含量变多，则屈服应力低，因而若进行加热，则容易发生塑性变形，因此只要将中间材料5a、5b的材质也设为铜，就能够分别提高电路构件2和中间材料5a、放热构件3和中间材料5b的密合性，能够进一步提高可靠性。
另外，焊料4a、4b的主成分为银或铜中的至少任一种，优选含有选自钛、锆、铪和铌中的1种以上，将它的厚度设为能够覆盖一体化形成于支承基板1的主面的粒状体的厚度。进而，更优选含有选自钼、钽、锇、铼和钨中的1种以上。
另外，作为由铜构成的中间材料5a、5b，优选含有铜的含量多的、无氧铜、韧铜和磷脱氧铜中的任一种，尤其是在无氧铜中优选含有铜的含量为99.995质量％以上的、线形结晶无氧铜、单晶状高纯度无氧铜和真空溶解铜中的任一种，它的厚度例如为0.1mm以上0.6mm以下。
应予说明，对于构成电路基板10的、由氮化硅质基板构成的支承基板1的三点弯曲强度、动态弹性模量、维氏硬度(Hv)和破坏韧性(K1C)而言，利用蚀刻从电路基板10中除去焊料4a、4b和中间材料5a、5b后，利用上述的方法求出即可。
图9是表示本实施方式的电子装置的一例的图，其中，(a)是平面图，(b)是(a)的K-K’线的剖面图，(c)是底面图。
图9所示的例子中的电子装置S是在本实施方式的电路基板10的电路构件2上搭载1个以上的半导体元件等电子零件6、7而构成的电子装置，上述电子零件6、7彼此通过导体(未图示)相互地进行电连接。利用本实施方式的电子装置S，将电子零件6、7搭载在本实施方式的电路基板10中的电路构件2上，由此，即使电子零件6、7重复发热，支承基板1与电路构件2以及支承基板1与放热构件3也不容易发生剥离，因此可形成耐久性高的电子装置S。
就图9所示的例子中的支承基板1的尺寸而言，例如优选将长度(图9所示的X方向)设为20mm以上200mm以下，宽度(图9所示的Y方向)设为10mm以上120mm以下，厚度设为0.2mm以上1.0mm以下。而且，就电路构件2和放热构件3的尺寸而言，例如优选将长度(图9所示的X方向)设为4mm以上40mm以下，宽度(如图9所示的Y方向)设为5mm以上50mm以下，厚度设为0.5mm以上5mm以下。
如图9所示的例子所示，电路构件2和放热构件3优选分别被配置成多行和多列。这样，通过从俯视角度看将电路构件2和放热构件3配置成多行和多列，从而能够在使电路构件2和放热构件3与支承基板1接合时，使支承基板1所产生的应力易于进行分散，因此能够抑制支承基板1的翘曲。
尤其是如图9所示的例子所示，从俯视角度看优选将电路构件2和放热构件3按照相等的间隔分别配置成多行和多列。
进而，本实施方式的氮化硅质基板1还可用于构成热电转换模块的支承基板1。
图10是表示本实施方式的热电转换模块的一例的图，其中，(a)是部分断裂了的立体图，(b)是剖面图。应予说明，在以下的说明中施用符号进行说明，对于同一构件，在表示各自的构成时在数值的后面施用字母。
就图10所示的热电转换模块20而言，在对置的支承基板1x、1y之间配置有由p型热电转换元件11a和n型热电转换元件11b构成的热电转换元件11，热电转换元件11分别从支承基板1侧开始介由接合层12(12a)、配线导体13、第2接合层12(12b)而与支承基板1进行接合，各个热电转换元件11串联地进行电连接。
作为这样的支承基板1x、1y，只要使用本实施方式的氮化硅质基板，就可使含有硅的多个粒状体1b一体化于支承基板1x、1y的主面，且从粒状体1b的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶或柱状结晶，因此在经加热而使支承基板1与配线导体13进行接合时，在支承基板1与焊料之间通过针状结晶或柱状结晶而得到高的固定效果，因此能够使支承基板1与配线导体1牢固地接合。
接下来，对本实施方式的氮化硅质基板的制造方法进行说明。
首先，使用桶式研磨、旋转磨、振动磨、玻璃珠研磨、砂磨、搅拌磨等，对β化率为20％以下的氮化硅的粉末、和作为添加成分的氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)的粉末中的至少一种以及稀土类元素的氧化物(例如Sc2O3、Y2O3、La2O3、Ce2O3、Pr6O11、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3和Lu2O3中的至少一种)的粉末进行湿式混合，并进行粉碎，制作浆料。
在此，若将上述添加成分的粉末的总量与氮化硅的粉末的量的总和设为100质量％，则将作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化钙(CaO)的粉末中的任一种设为2～7质量％、将稀土类元素的氧化物(例如Sc2O3、Y2O3、La2O3、Ce2O3、Pr6O11、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、，Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3和Lu2O3中的至少一种)的粉末设为7～16质量％即可。
但是，氮化硅根据其结晶结构的不同而存在α型和β型这2种的氮化硅。α型在低温下稳定，β型在高温下稳定，在1400℃以上会不可逆地引起从α型向β型的相转移。在此，β化率是将利用X射线衍射法得到的α(102)衍射线和α(210)衍射线的各峰强度之和设为Iα、将β(101)衍射线和β(210)衍射线的各峰强度之和设为Iβ时，通过下式算出的值。
β化率＝{Iβ/(Iα+Iβ)}×100  (％)
氮化硅的粉末的β化率影响氮化硅烧结体的强度和破坏韧性值。这是因为使用β化率为20％以下的氮化硅的粉末，能够使强度和破坏韧性值均变高。β化率超过20％的氮化硅的粉末在煅烧工序中形成粒生长的核，容易形成粗大且纵横尺寸比小的结晶，因而有可能使强度和破坏韧性值均降低。因此，特别优选使用β化率为10％以下的氮化硅的粉末。
在氮化硅和添加成分的粉末的粉碎中使用的滚球优选为由不易混入杂质的材质、或相同的材料组成的氮化硅烧结体形成的滚球。应予说明，氮化硅和添加成分的粉末的粉碎是一直粉碎到将粒度分布曲线的累积体积的总和设为100％的情况下的、累积体积达到90％的粒径(D90)达到3μm以下为止，从烧结性的提高和结晶组织的柱状化或针状化的观点看而优选。通过粉碎而得的粒度分布可利用滚球的外径、滚球的量、浆料的粘度、粉碎时间等进行调整。为了降低浆料的粘度而优选添加分散剂，为了在短时间内进行粉碎而优选预先使用累积体积成为50％的粒径(D50)为1μm以下的粉末。
接下来，使得到的浆料通过比ASTM E 11-61所记载的粒度编号为200的筛眼更细的筛子，然后进行干燥，得到以氮化硅为主成分的颗粒(以下称为氮化硅颗粒。)。干燥可以利用喷雾干燥机进行干燥，即使利用其他的方法也没有任何问题。而且，使用粉末压延法使氮化硅颗粒成型为片状，从而形成陶瓷生片，将该陶瓷生片切断成规定的长度，得到氮化硅质成型体。
然后，在该氮化硅质成型体的主面载置含硅的颗粒或敷粉等多个粉粒体。对于进行载置的方法，可以使用筛子等进行撒粉；或者可以向粉粒体中加入溶剂等形成浆料，再使用刷子或辊等进行涂布。应予说明，构成粉粒体的粉末例如是硅粉末、氮化硅粉末、氧化硅粉末和硅铝氧氮耐热陶瓷粉末中的至少一种粉末，和作为添加成分的氧化镁(MgO)和氧化钙(CaO)粉末中的至少一种，以及稀土类元素的氧化物粉末。应予说明，颗粒例如是混合上述粉末并进行粉碎而形成浆料，然后利用喷雾干燥机进行干燥而得颗粒；敷粉(敷粉)是对使用上述粉末进行煅烧而得的烧结体进行粉碎而得敷粉等。
在此，为了一体化形成为相对于基板1a的主面的半球状的粒状体1b，使用球状的颗粒即可。另外，为了形成配置为多列状的粒状体1b，只要使用能够将粉粒体配置成多列状的辊等进行载置即可，将相邻的粉粒体的间隔例如设为0.125mm以上0.625mm以下即可。
另外，为了将基板1a的主面上的粒状体1b的密度设为48个/cm2以上502个/cm2以下，只要将氮化硅质成型体的主面上的粉粒体的密度设为31个/cm2以上321个/cm2以下即可。
另外，为了使针状结晶1c或柱状结晶1d的直径比第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径细，只要使构成粒状体1b的添加成分的含量比构成基板1a的添加成分的含量少即可。
另外，为了与粒状体1b相比，使基板1a由平均粒径更小的以氮化硅为主成分的结晶构成，只要使作为基板1a的主成分的氮化硅的粉末的平均粒径比作为粒状体1b的原料的、选自硅的粉末、氮化硅的粉末、氧化硅的粉末和硅铝氧氮耐热陶瓷的粉末中的任一种粉末的平均粒径更小即可。例如，只要将作为基板1a的主成分的氮化硅的粉末的平均粒径设为0.7μm以上1μm以下，将作为粒状体1b的原料的、选自硅的粉末、氮化硅的粉末、氧化硅的粉末和硅铝氧氮耐热陶瓷的粉末中的粉末的平均粒径设为5μm以上10μm以下即可。
另外，为了使粒状体1b含有铝氧化物，只要向构成粉粒体的粉末中添加成为铝氧化物的成分即可。进而，为了使氮化硅质基板1中的铝氧化物的含量比粒状体1b中的铝氧化物的含量少，只要调整构成粉粒体的粉末和成为氮化硅质基板1的原料粉末中的铝的量即可。
另外，为了得到碳含量为0.05质量％以下的粒状体1b，只要使用碳含量为0.05质量％以下的粉粒体即可，另外为了得到氧含量为3.5质量％以下的粒状体1b，只要使用氧含量为3.5质量％以下的粉粒体即可。
然后，重叠多个在主面上载置有粉粒体的氮化硅质成型体，在这种状态下，送入到设置有石墨电阻发热体的煅烧炉内进行煅烧。
为了抑制煅烧炉内的氮化硅质成型体所含的成分的挥发，可以配置含有氧化镁和稀土类元素的氧化物等成分的共材(日文：共材)。对于温度而言，在真空气氛中从室温开始升温至300～1000℃，然后导入氮气并将氮分压维持15～300kPa。这种状态下的氮化硅质成型体的开气孔率为40～55％左右，因此可在氮化硅质成型体中充分地填充氮气。在1000～1400℃附近，添加成分经过固相反应，形成液相成分，在1400℃以上的温度区域，不可逆地引起从α型向β型的相转移。而且，通过进一步提高煅烧炉内的温度，使温度达到1700℃以上且不足1800℃并保持4小时以上10小时以下，从而可得到氮化硅质基板1，所述氮化硅质基板1是在主面一体化有含有硅的多个粒状体1b，通过以氮化硅为主成分的结晶粒的生长而从粒状体1b的局部延伸出多个针状结晶1c或柱状结晶1d的氮化硅质基板1。
然后，对本实施方式的电路基板的制造方法进行说明。
为了得到图6所示的例子中的本实施方式的电路基板10，首先准备X方向的长度为20mm以上200mm以下、Y方向的长度为10mm以上120mm以下、厚度为0.2mm以上1.0mm以下的由氮化硅质基板构成的支承基板1。然后，利用丝网印刷法、辊涂法和刷涂法等中的任一种方法在该支承基板1的两个主面上涂布含有选自钛、锆、铪和铌中的一种以上金属的、银(Ag)-铜(Cu)系合金的糊状的焊料，在一个面上配置以铜为主成分的电路构件2，在另一个面上配置以铜为主成分的放热构件3。上述糊状的焊料中可以含有选自钼、钽、锇、铼和钨中的一种以上。然后，在800℃以上900℃以下进行加热，分别介由焊料4a、4b使支承基板1的一个主面与电路构件2接合，使另一个主面与放热构件3接合，从而可得到电路基板10。
另外，为了得到图7，8所示的例子的本实施方式的电路基板10，首先准备上述大小的支承基板1。然后，利用丝网印刷法、辊涂法和刷涂法等中的任一种方法在该支承基板1的两个主面上涂布含有选自钛、锆、铪和铌中的1种以上的、银(Ag)-铜(Cu)系合金的糊状的焊料，在两侧分别配置由薄状的铜构成的中间材料5a、5b。上述糊状的焊料中可以含有选自钼、钽、锇、铼和钨中的1种以上。然后，在800℃以上900℃以下进行加热，在支承基板1的一个主面上形成焊料4a和中间材料5a，在另一个主面上形成焊料4b和由铜构成的中间材料5b。而且，分别对由铜构成的中间材料5a、5b的、与电路构件2和放热构件3对置的面进行研磨，然后在由铜构成的中间材料5a、5b上分别配置电路构件2和放热构件3。而且，通过在选自氢、氮、氖或氩中的任一种的气氛中加热至300～500℃，施加30MPa以上的压力，从而能够得到分别依次介由4a、4b、由铜构成的中间材料5a、5b而使支承基板1的一个主面与电路构件2接合，另一个主面与放热构件3接合而形成的电路基板10。
而且，通过在该电路基板10的电路构件2上搭载电子零件，从而能够形成本实施方式的电子装置。
以下，具体地对本实施方式的实施例进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例1
首先，利用旋转磨对β化率为10％(即α化率为90％)的氮化硅的粉末、以及作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化铒(Er2O3)的粉末进行湿式混合，粉碎至粒径(D90)达到1μm以下为止，形成浆料。
在此，若将上述添加成分的粉末的总量与氮化硅的粉末的量的总和设为100质量％，则将作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化铒(Er2O3)的粉末分别设为5质量％、10质量％。
然后，使得到的浆料通过ASTM E 11-61所记载的粒度编号为250的网眼的筛子，然后使用喷雾干燥机进行干燥，从而得到氮化硅质颗粒。而且，使用粉末压延法，使氮化硅质颗粒成型为片状而形成陶瓷生片，将该陶瓷生片切断为规定的长度而得到氮化硅质成型体。
然后，利用与上述的方法相同的方法，得到以氮化硅为主成分、且以表1所示的含量的氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)为添加成分的粉粒体的颗粒。而且，为了使氮化硅质成型体的主面上的粉粒体的密度不同，而使用表面形状不同的辊在各试样的氮化硅质成型体的主面上载置粉粒体。然后，使用光学显微镜，将倍率设为800倍，从氮化硅质成型体的主面中选择170μm×170μm的范围，数出该范围中的粉粒体的个数，算出每1cm2的粉粒体的密度。
然后，每个试样中重叠多个在主面上载置有粉粒体的氮化硅质成型体，在这种状态下送入到设置有石墨电阻发热体的煅烧炉内进行煅烧。应予说明，为了抑制在煅烧炉内的氮化硅质成型体所含有的成分的挥发，而配置了含有氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的共材。对于温度，在真空气氛中从室温升温至500℃，然后导入氮气，使氮分压维持在30kPa。而且，进一步提高煅烧炉内的温度，将温度设为1750℃，并保持表1所示的时间，从而得到长为60mm、宽为30mm、厚为0.32mm的氮化硅质基板。
而且，使用光学显微镜，将倍率设为800倍，从基板1a的主面中选择170μm×170μm的范围，数出该范围中的粒状体1b的个数，算出每1cm2的粒状体1b的密度。
另外，分别测定针状结晶1c、柱状结晶1d、第二针状结晶1e和第二柱状结晶1f的各自的直径。具体而言，首先切取氮化硅质基板的一部分并埋入树脂中，然后利用截面抛光法进行研磨，从而制作含有粒状体1b的研磨面。具体而言，使用扫描型电子显微镜用试样制作装置(CrossSection Polisher、日本电子株式会社制SM-09010)，将用于照射的氩离子的加速电压设为6kV，以被检出的氩离子的电流达到最大值的70～80％的方式调整氩气的流量，将研磨时间设为8小时。
然后，使用光学显微镜，将倍率设为800倍，从上述研磨面中挑选4处170μm×170μm的范围，从所挑选的各处中分别挑选出各5个针状结晶1c或柱状结晶1d、以及第二针状结晶1e或柱状结晶1f，测定各结晶的突出长度的中间的位置的直径。而且，算出针状结晶1c或柱状结晶1d的平均直径、以及第二针状结晶1e或柱状结晶1f的平均直径。表1示出上述换算值和算出值。
接下来，将各试样的氮化硅质基板作为支承基板1，如图8所示，利用丝网印刷分别在与支承基板1的一个主面上配置的电路构件2a、2b所对应的部分，以及在与另一个主面上的配置的放热构件3所对应的部分涂布糊状的焊料4a、4b，然后在135℃下进行干燥。
在此，所涂布的焊料4a、4b是以银和铜为主成分且以钛、钼和铟为添加成分的焊料，将银、铜、钛、钼和铟的各含量分别设为53.0质量％、38.8质量％、2.4质量％、2.9质量％、2.9质量％。
而且，以分别与焊料4a、4b相接的方式配置由无氧铜构成的中间材料5a、5b，在真空气氛中在840℃下进行加热。
然后，分别对中间材料5a、5b的、与电路构件2a、2b以及与放热构件3对置的面进行研磨，然后如图8所示配置电路构件2a、2b和放热构件3，在氢气氛中、在保持在400℃的状态下、在30MPa以上的压力下进行加压接合。而且，加压接合后，通过在已加压的状态下冷却至铜没有发生氧化的温度即50℃，然后取出，从而依次介由焊料4a、4b和中间材料5a、5b使电路构件2a、2b和放热构件3与支承基板1接合，从而得到电路基板10。
该电路构件2a、2b是各个边为24mm的正方形，厚为2mm，将电路构件2a与电路构件2b的间隔设为2mm。另外，放热构件3的长度为58mm、宽为26mm、将厚设为2mm。进而，就焊料4a、4b而言，使其形成与电路构件2a、2b和放热构件3结合的形状，将其设为能够覆盖粒状体1b的厚度。另外，就中间材料5a、5b而言，使其形成与电路构件2a、2b和放热构件3结合的形状，将其厚度设为0.35mm。
另外，通过按照JIS C 6481-1996对电路构件2a的抗剥强度(kN/m)进行测定，从而对电路构件2a与支承基板1的接合强度进行评价。电路构件2a的抗剥强度的值由表1示出。应予说明，测定抗剥强度的试样通过蚀刻而除去边长为24mm的正方形的电路构件2a的X方向的两侧，从而成为10mm×24mm的大小，然后进行测定。
[表1]
如表1所示，就试样No.1而言，在煅烧时的1750℃下的保持时间短，且未发现从粒状体1b的局部延伸出的、以氮化硅为主成分的针状结晶1c或柱状结晶1d，由此，电路构件2a的抗剥强度的值小，电路构件2a与支承基板1的接合强度低。
另一方面，就试样No.2～11而言，从粒状体1b的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶1c或柱状结晶1d，由此，电路构件2a的抗剥强度的值大，电路构件2a与支承基板1的接合强度高。
另外，就试样No.3～10而言，粒状体1b的密度为48个/cm2以上502个/cm2以下，由此，与粒状体1b的密度处于该范围以外的试样No.2、11相比，电路构件2a的抗剥强度的值大，电路构件2a与支承基板1的接合强度高。尤其是对于粒状体1b的密度为102个/cm2以上448个/cm2以下的试样No.5～8，电路构件2a的抗剥强度的值更大，电路构件2a与支承基板1的接合强度更高。
另外，与试样No.6和试样No.7相比，试样No.6从基板1a的主面中延伸出多个以氮化硅为主成分的第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f，针状结晶1c或柱状结晶1d的直径与第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径相比更细，由此，与针状结晶1c或柱状结晶1d的直径和第二针状结晶1e或第二柱状结晶1f的直径相同的试样No.7相比，电路构件2a的抗剥强度的值更大，电路构件2a与支承基板1的接合强度更高。
实施例2
首先，利用与实施例1中所示的方法相同的方法制作氮化硅质成型体。
而且，在氮化硅质成型体的主面上载置使用以氮化硅为主成分且以氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)为添加成分的粉末而得的粉粒体(试样No.12为球状的颗粒，No.13为非球状的敷粉)。应予说明，若将氮化硅的量与上述添加成分的总量的总和设为100质量％，则将氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的各自的含量在任一试样中均设为2质量％，使粉粒体1b的密度在任一试样中均成为208个/cm2。应予说明，对于用于试样No.12的球状的颗粒，是通过将上述粉末混合、粉碎而形成浆料，然后利用喷雾干燥机进行干燥而得的颗粒；对于用于试样No.13的非球状的敷粉，使用的是对使用上述粉末进行煅烧而得的烧结体进行粉碎而得的敷粉。
然后，每个试样中重叠多个在主面上载置有粉粒体的氮化硅质成型体，在这种状态下，送入到设置有石墨电阻发热体的煅烧炉内进行煅烧。应予说明，为了抑制在煅烧炉内的氮化硅质成型体所含的成分的挥发，而配置含有氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的共材。对于温度，在真空气氛中从室温升温至500℃，然后导入氮气，将氮分压维持在30kPa。而且，进一步提高煅烧炉内的温度，将温度设为1750℃，保持7小时，从而得到长为60mm、宽为4mm、厚为3mm的氮化硅质基板的试样No.12、13。
另外，作为比较例，未在氮化硅质成型体的主面载置粉粒体1b，没有进行重叠而是进行平烧，除此以外，在与上述相同的条件下进行煅烧，从而得到作为氮化硅质基板的试样No.14。
而且，按照JIS R 1601-2008对试样No.12～14的各自的三点弯曲强度进行测定，表2示出其测定值。
另外，在测定了三点弯曲强度后，使用光学显微镜，将倍率设为500倍，选择断裂面中的170μm×170μm的范围，观察粒状体1b的形状，表2示出其结果。
[表2]
  试样No.   粉粒体(种类)   粉粒体(形状)   三点弯曲强度
  12   球状的颗粒   半球状   750
  13   非球状的敷粉   非半球状   685
  14   -   -   752
如表2所示，就试样No.12而言，使粒状体1b一体化形成为相对于基板1a的主面的半球状，因此与以除半球状以外的形状与基板1a的主面进行一体化的试样No.13相比，煅烧后的残留应力不易残留在粒状体1b的周围，得到与试样No.14相比没变化的基板1a的强度结果。
实施例3
首先，利用与实施例1中示出的方法相同的方法制作氮化硅质成型体。
而且，按照形成表3所示的配置的方式，在氮化硅质成型体的主面载置以氮化硅为主成分且以氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)为添加成分的粉粒体即敷粉。应予说明，若将氮化硅的量与上述添加成分的总量的总和设为100质量％，则将氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的各自的含量均设为2质量％，使粉粒体的密度成为25个/cm2。
然后，每个试样中重叠多个在主面载置有粉粒体的氮化硅质成型体，在这种状态下送入到设置有石墨电阻发热体的煅烧炉内进行煅烧。应予说明，为了抑制在煅烧炉内的氮化硅质成型体所含的成分的挥发，而配置了含有氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的共材。对于温度，在真空气氛中从室温开始升温至500℃，然后导入氮气，将氮分压维持在30kPa。而且，通过进一步提高煅烧炉内的温度，将温度设为1750℃，保持6个小时，从而得到长为60mm、宽为30mm、厚为0.32mm的氮化硅质基板即试样No.15～17。
应予说明，试样No.15～17分别为图1、3、4所示的形状的氮化硅质基板。
而且，利用与实施例1相同的方法，依次介由焊料4a和中间材料5a使10mm×26mm的5个电路构件2与各个试样进行接合。然后，测定各试样的5个电路构件2的抗剥强度，依次记录抗剥强度的偏差，将偏差最小的设为1、将偏差处于中间的设为2、将偏差最大的设为3，记入表3。
[表3]
如表3所示，试样No.16、17的粒状体1b被配置成多列状，与试样No.15相比抗剥强度的偏差小，由此接合强度的偏差小。
特别是试样No.17的粒状体1b被配置成X方向和Y方向均为多列状，由此抗剥强度的偏差最小，如果用作电路基板10，则可提高可靠性。
实施例4
首先，利用与实施例1所示的方法相同的方法制作氮化硅质成型体。
而且，在氮化硅质成型体的主面载置使用以氮化硅为主成分且以表4所示的成分为添加成分的粉末而得的粉粒体即敷粉。应予说明，若将氮化硅的量与上述添加成分的总量的总和设为100质量％，则上述添加成分的各含量如表4所示，使任一试样的粉粒体的密度均成为301个/cm2。
而且，利用与实施例3所示的方法相同的方法进行煅烧，从而得到了长为60mm、宽为40mm、厚为3mm的氮化硅质基板即试样No.18～20。
而且，按照JIS R 1601-2008(ISO 17565：2003(MOD))测定试样No.18～20的三点弯曲强度，由表4示出其值。
另外，对于试样No.18～20，将其浸渍在浓度为30质量％的盐酸中，将温度设为90℃，进行100小时的加热处理。而且，测定该加热处理前后的各试样的质量，计算其减少比率，该值由表4示出。另外，按照JISR 1601-2008(ISO 17565：2003(MOD))测定加热处理后的三点弯曲强度，其值由表4示出。
应予说明，粒状体1b中所含的铝氧化物是使用薄膜X射线衍射法来鉴别构成氧化物的成分，结果试样No.19含有氧化铝，试样No.20含有铝酸镁。
[表4]
由表4所示可知：就试样No.19、20而言，通过使粒状体1b含有铝的氧化物，而能够在烧结工序中进一步促进液相烧结，使粒状体1b与基板1a牢固地紧固，从而提高机械强度。进而，试样No.20中的铝的氧化物为铝酸镁，由此提高了存在于形成粒状体1b的结晶间的晶界相的耐腐蚀性，因此使粒状体1b的耐腐蚀性变高，即使浸渍在浓度为30质量％的盐酸中进行加热处理后，与试样No.18、19相比，试样的质量的减少比率也较小，机械强度不易下降。
实施例5
首先，使用旋转磨将β化率为10％(即，α化率为90％)的氮化硅的粉末、以及作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化铒(Er2O3)的粉末进行湿式混合，粉碎至粒径(D90)达到1μm以下为止，形成浆料。
在此，将基板1a中的氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)的含量分别设为3质量％、14质量％，以达到表5所示的含量的方式对氧化铝(Al2O3)进行调整。
而且，利用与实施例1中所示的方法相同的方法制作氮化硅质成型体。
然后，利用与在实施例1中所示的方法相同的方法，得到粉粒体的颗粒，所述粉粒体是将氮化硅作为主成分，将粒状体1b中的氧化镁(MgO)、氧化铒(Er2O3)和氧化铝(Al2O3)的各自的含量分别调整为3质量％、14质量％、0.5质量％而得的粉粒体。而且，利用辊将粉粒体载置在各试样的氮化硅质成型体的主面上，使粉粒体的密度成为301个/cm2，利用与实施例1的试样No.2～11相同的方法制作氮化硅质基板。
而且，基板1a和粒状体1b中所含的各自的铝氧化物是利用薄膜X射线衍射法来鉴定构成氧化物的成分的，结果均为以组成式为Al2O3表示的氧化铝，利用ICP发光分光分析法求出该氧化物的含量，其值由表5示出。
另外，使用热常数测定装置(ULVAC理工(株)制、TC-7000)，通过利用激光闪光的二维法来测定各试样的厚度方向上的热扩散率α。另外，使用超高灵敏度型差示扫描量热计(Seiko Instruments Inc.制、DSC-6200)，通过差示扫描量热法(DSC法)测定各试样的比热容量C。进而，按照JIS R 1634-1998，测定各试样的堆密度ρ(kg/m3)。
而且，将由上述方法求出的值代入到下式κ＝α·C·ρ中，算出各试样的厚度方向上的热传导率κ(W/(m·K))，其值由表5示出。
[表5]
如表5所示，就试样No.21、22而言，基板1a中的铝氧化物的含量比粒状体1b中的铝氧化物的含量小，由此可知与粒状体1b中的铝氧化物的含量比基板1a中的铝氧化物的含量少的试样No.23、24相比，热传导率变高，易于进行在形成基板1a的结晶和存在于上述结晶间的晶界相中的声子的移动，因此促进了基板1a的两个主面间的热传导。
实施例6
首先，利用与实施例5所示的方法相同的方法制作氮化硅质成型体。
而且，通过与实施例1中所示的方法相同的方法，得到以氮化硅为主成分，且使用氧化镁(MgO)、氧化铒(Er2O3)、氧化铝(Al2O3)、碳等而使添加成分不同的粉粒体即颗粒。接着，使用表面形状不同的辊而载置于各试样的氮化硅质成型体的主面，使粉粒体的密度成为301个/cm2，利用与实施例3所示的方法相同的方法进行煅烧，从而得到长为60mm、宽为40mm、厚为3mm的氮化硅质基板的试样No.25～29。
而且，使用利用与上述相同的方法仅对各个粉粒体进行煅烧而得的产物，通过碳分析法、氧分析法对粒状体1b中的碳和氧的各自的含量分别进行测定，其值由表6示出。在此，粒状体1b中的氧的含量不仅为单独存在的氧的含量，还包含构成金属氧化物和氮氧化物的氧的含量。
另外，按照JIS C 2110-1994(IEC 60243：1967(MOD))测定氮化硅质基板的绝缘破坏电压，其值由表6示出。
[表6]
由表6所示可知，若与粒状体1b中的氧含量相同的试样No.25、27、29相比，则试样No.25、27中的碳含量为0.05质量％以下，从而限制了具有导电性的碳含量，因此与试样No.29相比，绝缘破坏电压高且不易产生漏电流。
另外，可知若与粒状体1b中的碳含量相同的试样No.26、27、28相比，则试样No.26，27与试样No.28相比，绝缘破坏电压更高，不易产生漏电流，因此氧含量优选为3.5质量％以下。
实施例7
首先，利用旋转磨对β化率为10％(即α化率为90％)的氮化硅的粉末、以及作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化铒(Er2O3)的粉末进行湿式混合，进行粉碎至使粒径(D90)分别达到如表7所示的0.6μm以下、0.8μm以下、1.0μm以下，从而得到3种浆料。
在此，若将氮化硅的粉末和上述添加成分的粉末的合计的总和设为100质量％，则作为添加成分的氧化镁(MgO)的粉末和氧化铒(Er2O3)的粉末分别为5质量％、10质量％。
然后，使得到的浆料通过ASTM E 11-61所记载的粒度编号为250的网眼的筛子，然后利用喷雾干燥机进行干燥，从而得到3种氮化硅质颗粒。而且，使用粉末压延法分别使上述3种氮化硅质颗粒成型为片状而形成陶瓷生片，得到将上述陶瓷生片切断为规定的长度而得的氮化硅质成型体。
然后，利用辊将以氮化硅为主成分且以氧化镁(MgO)和氧化铒(Er2O3)为添加成分的粉粒体载置在各试样的氮化硅质成型体的主面。
而且，利用与实施例2所示的方法相同的方法进行煅烧，从而得到长为60mm、宽为4mm、厚为3mm的氮化硅质基板即试样No.30～32。
而且，按照JIS R1601-2008，测定试样No.30～32的各自的三点弯曲强度，其测定值由表7所示。另外，为了测定基板1a和粒状体1b中的以氮化硅为主成分的结晶的各自的平均粒径，而使用光学显微镜，将倍率设为200倍，按照JIS R 1670-2006，对切取试样的一部分并埋入到树脂中，然后利用截面抛光法进行研磨而得的研磨面进行测定，其测定值由表7示出。
[表7]
如表7所示，与粒状体1b相比，基板1a含有以氮化硅为主成分的平均粒径更小的结晶的试样No.30、31，与基板1a和粒状体1b的各自的平均粒径相同的试样No.32相比，能够使基板1a的强度变高，因此可知：如构成电路基板10的支承基板1那样，即使用于厚度较薄的支承基板，也能够使损害可靠性的情况变少。
另外，由上述结果可知：本发明的氮化硅质基板通过在主面一体化有含硅的多个粒状体1b，从粒状体1b的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶1c或柱状结晶1d，从而可得到高的固定效果，用作支承基板1时可提高支承基板1与焊料的密合性，使支承基板1与电路构件2和放热构件3牢固地接合，因此能够得到可靠性高的电路基板10。另外，可知使用这种可靠性高的电路基板10，在电路构件2上搭载电子零件6、7，由此，即使电子零件6、7重复发热，支承基板1与电路构件2和放热构件3也不易发生剥离，因此能够形成耐久性高的电子装置S。
符号说明
1：氮化硅质基板(支承基板)
1a：基板
1b：粒状体
1c：针状结晶
1d：柱状结晶
1e：第二针状结晶
1f：第二柱状结晶
2：电路构件
3：放热构件
4a、4b：焊料
5a、5b：中间材料
6、7：电子零件
10：电路基板
20：热电转换模块
S：电子装置

Claims (10)

1.一种氮化硅质基板，其特征在于，在由氮化硅质烧结体形成的基板的主面一体化有含硅的多个粒状体，从所述粒状体的局部延伸出多个以氮化硅为主成分的针状结晶或柱状结晶，所述基板中的铝氧化物的含量比所述粒状体中的铝氧化物的含量少。
2.根据权利要求1所述的氮化硅质基板，其特征在于，所述粒状体包括如下的粒状体，
该粒状体在与所述基板的主面相垂直的剖面中，相对于所述基板的主面一体化为半球状。
3.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，所述粒状体被配置为多列状。
4.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，所述粒状体的密度为48个/cm2以上502个/cm2以下。
5.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，所述粒状体的碳含量为0.05质量％以下。
6.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，所述粒状体的氧含量为3.5质量％以下。
7.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，从所述基板的主面延伸出多个以氮化硅为主成分的第二针状结晶或第二柱状结晶，所述针状结晶或柱状结晶的直径比所述第二针状结晶或第二柱状结晶的直径更细。
8.根据权利要求1或2所述的氮化硅质基板，其特征在于，与所述粒状体相比，构成所述基板的结晶的平均粒径更小，所述结晶以氮化硅为主成分。
9.一种电路基板，其特征在于，分别介由焊料，在由权利要求1～8中任一项所述的氮化硅质基板构成的支承基板的一个主面接合有由金属形成的电路构件，在所述支承基板的另一个主面接合有由金属形成的放热构件。
10.一种电子装置，其特征在于，在权利要求9所述的电路基板的所述电路构件上搭载有电子零件。
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