JP2023124778A - Silicon nitride substrate and silicon nitride circuit board - Google Patents

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Abstract

To provide a silicon nitride substrate hardly generating color shading, an evaluation method, an evaluation device and an evaluation system of a silicon nitride substrate.SOLUTION: A silicon nitride substrate includes a first face and a second face on an opposite side of the first face. A value of an average half-value width Cave measured by a measurement method below at a measurement surface being one of the first face and the second face is larger than 0 cm-1 and smaller than 5.32 cm-1. The measurement method of an average half-value width Cave: Set one central part on the measurement surface and four marginal parts as measurement points. Measure a Raman spectrum at each of the measurement points. At each of the Raman spectrum thus measured, calculate a half-value width C of a spectral peak having a maximum strength within a range of 850 cm-1 to 875 cm-1. Set an average value of the calculated half-value widths C as an average half-value width Cave.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は、窒化珪素基板、窒化珪素基板の評価方法、評価装置、及び評価システムに関する。 The present disclosure relates to a silicon nitride substrate, a silicon nitride substrate evaluation method, an evaluation apparatus, and an evaluation system.

特開2003-267786号公報(特許文献1)には、焼結体の色を従来材に比べて黒色化し、かつ、色むらを少なくするとともに、充分な強度を有する窒化珪素系セラミックス焼結体を提供するための技術が記載されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-267786 (Patent Document 1), the color of the sintered body is blackened compared to conventional materials, and the color unevenness is reduced, and a silicon nitride ceramic sintered body having sufficient strength Techniques are described for providing the

特開2005-214659号公報(特許文献2)には、配線基板の色に対してコントラストが小さい色の異物も判別できる異物検査装置に関する技術が記載されている。
特開2016-204206号公報(特許文献3)、特開2016-204207号公報(特許文献4)、特開2016-204209号公報(特許文献5)及び特開2016-204210号公報(特許文献6)には、軽量、かつ、高硬度であり、研磨等の加工に対する耐性に優れ、さらには、外観品質に優れた窒化珪素系セラミック部材を提供するための技術が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-214659 (Patent Document 2) describes a technology related to a foreign matter inspection apparatus capable of distinguishing even foreign matter with a color having a low contrast with respect to the color of the wiring board.
JP 2016-204206 (Patent Document 3), JP 2016-204207 (Patent Document 4), JP 2016-204209 (Patent Document 5) and JP 2016-204210 (Patent Document 6 ) describes a technique for providing a silicon nitride-based ceramic member that is lightweight, has high hardness, is excellent in resistance to processing such as polishing, and is excellent in appearance quality.

特開平9-227240号公報(特許文献7)には、窒化珪素セラミックス焼結体における表面色調層部の厚さを薄くして、さらに、表面層及び内部層の破壊強度特性を均一にすることができる技術が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-227240 (Patent Document 7) discloses that the thickness of the surface tone layer portion in the silicon nitride ceramic sintered body is reduced, and the breaking strength characteristics of the surface layer and the inner layer are made uniform. It describes a technique that can

特開2003-267786号公報JP-A-2003-267786 特開2005-214659号公報JP 2005-214659 A 特開2016-204206号公報JP 2016-204206 A 特開2016-204207号公報JP 2016-204207 A 特開2016-204209号公報JP 2016-204209 A 特開2016-204210号公報JP 2016-204210 A 特開平9-227240号公報JP-A-9-227240

窒化珪素基板の表面に付着した異物や汚れは、窒化珪素基板とろう材との接触不良や窒化珪素基板自体の絶縁不良を引き起こす。窒化珪素基板の表面に付着した異物や汚れを検出するために、外観検査が行われている。外観検査の方法として、窒化珪素基板の表面をCCDカメラ等の撮像装置で撮像した後、撮像された画像のデータと予め登録された基準データとを比較することにより、異物や汚れを検出する方法がある。 Foreign matter and dirt adhering to the surface of the silicon nitride substrate cause poor contact between the silicon nitride substrate and the brazing material and poor insulation of the silicon nitride substrate itself. Appearance inspection is performed in order to detect foreign matter and dirt adhering to the surface of the silicon nitride substrate. As a method of visual inspection, after imaging the surface of the silicon nitride substrate with an imaging device such as a CCD camera, the data of the captured image is compared with pre-registered reference data to detect foreign matter and dirt. There is

窒化珪素基板の表面に色むらが生じることがある。色むらは、例えば、窒化珪素基板の中央部と縁部とで色が異なる現象である。窒化珪素基板の表面に色むらがあると、外観検査を行ったとき、色むらを異物や汚れとして誤検出するおそれがある。 Color unevenness may occur on the surface of the silicon nitride substrate. Color shading is a phenomenon in which, for example, the central portion and the edge portion of the silicon nitride substrate have different colors. If there is unevenness in color on the surface of the silicon nitride substrate, the unevenness in color may be erroneously detected as a foreign substance or dirt during an appearance inspection.

また、窒化珪素基板の反りが大きくなると、窒化珪素基板にろう材で接合される金属回路板及び金属放熱板との密着性が低下し、接合工程における降温過程やパワーモジュール稼働時のヒートサイクルにおいて発生する熱応力により、窒化珪素基板から金属回路基板及び金属放熱板が剥離しやすくなるといった問題があった。 In addition, when the warpage of the silicon nitride substrate becomes large, the adhesion between the metal circuit board and the metal heat sink that are joined to the silicon nitride substrate with brazing material decreases, and during the temperature drop process in the joining process and the heat cycle during operation of the power module, There is a problem that the generated thermal stress makes it easier for the metal circuit board and the metal heat sink to separate from the silicon nitride substrate.

本開示の1つの局面では、色むらが生じ難い窒化珪素基板、窒化珪素基板の評価方法、評価装置、及び評価システムを提供することが好ましい。 In one aspect of the present disclosure, it is preferable to provide a silicon nitride substrate, a silicon nitride substrate evaluation method, an evaluation device, and an evaluation system in which color unevenness is less likely to occur.

また、本開示の1つの局面では、反りが抑制されていると共に色むらが生じ難い窒化珪素基板、窒化珪素基板の評価方法、評価装置、及び評価システムを提供することが好ましい。 Further, in one aspect of the present disclosure, it is preferable to provide a silicon nitride substrate in which warpage is suppressed and color unevenness is less likely to occur, a method for evaluating the silicon nitride substrate, an evaluation device, and an evaluation system.

(1)本開示の1つの局面は、第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを有する窒化珪素基板であって、前記第1面と前記第2面とのうちの一方の面である測定面において以下の測定方法で測定された平均半値幅Caveの値が0cm-1より大きく5.32cm-1より小さい窒化珪素基板である。 (1) One aspect of the present disclosure is a silicon nitride substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, wherein the first surface and the second surface is a silicon nitride substrate having an average half width C ave value of more than 0 cm −1 and less than 5.32 cm −1 measured by the following measurement method on the measurement surface which is one surface of the substrate.

平均半値幅Caveの測定方法:前記測定面の中央部1点と縁部4点とを測定点とする。前記測定点のそれぞれでラマンスペクトルを測定する。測定したそれぞれの前記ラマンスペクトルにおいて、850cm-1以上875cm-1以下の範囲内で最大強度をとるスペクトルピークの半値幅Cを算出する。算出した前記半値幅Cの平均値を平均半値幅Caveとする。 Method of measuring the average half-value width C ave : Measurement points are one point at the center and four points at the edges of the measurement surface. A Raman spectrum is measured at each of the measurement points. In each of the measured Raman spectra, the half width C of the spectral peak having the maximum intensity within the range of 850 cm −1 to 875 cm −1 is calculated. An average value of the calculated half-value width C is defined as an average half-value width C ave .

本開示の1つの局面である窒化珪素基板は、色むらが生じ難い。また、反りが抑制されていると共に色むらが生じ難い。
(2)本開示の別の局面は、窒化珪素基板の色むらを評価する窒化珪素基板の評価方法であって、前記窒化珪素基板上の測定点でラマンスペクトルを測定し、前記ラマンスペクトルに含まれる、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピークの半値幅を測定し、前記半値幅に基づき、前記窒化珪素基板の色むらを評価する、窒化珪素基板の評価方法である。
A silicon nitride substrate, which is one aspect of the present disclosure, is less prone to color unevenness. In addition, warpage is suppressed and color unevenness is less likely to occur.
(2) Another aspect of the present disclosure is a silicon nitride substrate evaluation method for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate, wherein a Raman spectrum is measured at a measurement point on the silicon nitride substrate, and A method for evaluating a silicon nitride substrate, comprising measuring a half-value width of a spectral peak attributed to lattice vibration of silicon nitride, and evaluating color unevenness of the silicon nitride substrate based on the half-value width.

本開示の別の局面である窒化珪素基板の評価方法は、測定点の面積が小さくても、色むらを評価することができる。また、反りと共に色むらを評価することができる。
(3)本開示の別の局面は、窒化珪素基板の色むらを評価する評価装置であって、窒化珪素基板上の測定点で測定されたラマンスペクトルを取得するように構成されたデータ取得部と、前記データ取得部が取得した前記ラマンスペクトルに含まれる、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピークの半値幅を測定するように構成された半値幅測定部と、を備える評価装置である。
A method for evaluating a silicon nitride substrate, which is another aspect of the present disclosure, can evaluate color unevenness even if the area of the measurement point is small. In addition, color unevenness can be evaluated along with warpage.
(3) Another aspect of the present disclosure is an evaluation device for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate, which is a data acquisition unit configured to acquire a Raman spectrum measured at a measurement point on the silicon nitride substrate. and a half-value width measuring unit configured to measure the half-value width of a spectral peak attributed to lattice vibration of silicon nitride included in the Raman spectrum acquired by the data acquiring unit. .

本開示の別の局面である評価装置は、測定点の面積が小さくても、色むらを評価することができる。また、反りと共に色むらを評価することができる。
(4)本開示の別の局面は、窒化珪素基板の色むらを評価する評価システムであって、前記窒化珪素基板上の測定点でラマンスペクトルを測定するラマン測定装置と、上記(3)に記載の評価装置とを備える窒化珪素基板の評価システムである。
An evaluation device that is another aspect of the present disclosure can evaluate color unevenness even if the area of the measurement points is small. In addition, color unevenness can be evaluated along with warpage.
(4) Another aspect of the present disclosure is an evaluation system for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate, comprising: a Raman measuring device for measuring a Raman spectrum at a measurement point on the silicon nitride substrate; A system for evaluating a silicon nitride substrate, comprising the evaluation device described above.

パワーモジュール及び窒化珪素回路基板の構成を表す側面図である。FIG. 3 is a side view showing configurations of a power module and a silicon nitride circuit board; 窒化珪素基板の製造方法を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the manufacturing method of a silicon nitride substrate. 成形体を積層配置した状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which molded bodies are arranged in layers; 窒化工程直後の窒化珪素基板3Yと同一ロット内の色むらが発生した窒化珪素基板の表面を示す写真である。10 is a photograph showing the surface of a silicon nitride substrate in the same lot as the silicon nitride substrate 3Y immediately after the nitridation process, in which color unevenness has occurred. 窒化珪素回路基板の製造方法を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the manufacturing method of a silicon nitride circuit board. 窒化珪素基板の評価システムの構成を表す説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a silicon nitride substrate evaluation system; 測定面における測定点の配置を表す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the arrangement of measurement points on a measurement plane; フィッティング後のスペクトルピークにおける半値幅を表す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing half-value widths of spectral peaks after fitting; 窒化珪素基板3X、3Yのスペクトルピークの波数、高さ、半値幅、面積を表す表である。4 is a table showing wave numbers, heights, half widths and areas of spectral peaks of silicon nitride substrates 3X and 3Y. 窒化珪素基板3X、3Yの1回目の評価処理における各測定点での明度L、緑色から赤色にわたる色度a、黄色から青色にわたる色度b、彩度C、半値幅を表す表である。Table showing lightness L * , chromaticity a* from green to red, chromaticity b * from yellow to blue, chroma C * , and half width at each measurement point in the first evaluation process of silicon nitride substrates 3X and 3Y is. 窒化珪素基板3X、3Yの2回目の評価処理における各測定点での明度L、緑色から赤色にわたる色度a、黄色から青色にわたる色度b、彩度C、半値幅を表す表である。Table showing lightness L * , chromaticity a* from green to red, chromaticity b * from yellow to blue, chroma C * , and half width at each measurement point in the second evaluation process of silicon nitride substrates 3X and 3Y is. 窒化珪素基板3X、3Yの1回目及び2回目の評価処理における平均半値幅と明度Lとを示すグラフである。4 is a graph showing the average half width and lightness L * in the first and second evaluation processes of silicon nitride substrates 3X and 3Y. 窒化珪素基板3X、3Yの1回目及び2回目の評価処理における平均半値幅と彩度Cとを示すグラフである。4 is a graph showing the average half width and chroma C * in the first and second evaluation processes of silicon nitride substrates 3X and 3Y. 実施例の所定の温度領域における成形体の実測温度、炉の実測温度、及び、成形体と炉との温度差を示すグラフである。4 is a graph showing the measured temperature of the molded body, the measured temperature of the furnace, and the temperature difference between the molded body and the furnace in a predetermined temperature range of the example. 比較例の所定の温度領域における成形体の実測温度、炉の実測温度、及び、成形体と炉との温度差を示すグラフである。5 is a graph showing the measured temperature of the compact, the measured temperature of the furnace, and the temperature difference between the compact and the furnace in a predetermined temperature range of the comparative example. 窒化珪素基板3A、3Bのスペクトルピークの波数、高さ、半値幅、面積を表す表である。4 is a table showing wave numbers, heights, half widths and areas of spectral peaks of silicon nitride substrates 3A and 3B. 窒化珪素基板3A、3Bの評価処理における各測定点での明度L*、緑色から赤色にわたる色度a*、黄色から青色にわたる色度b*、彩度C*、半値幅を表す表である。4 is a table showing lightness L*, chromaticity a* ranging from green to red, chromaticity b* ranging from yellow to blue, chroma C*, and half width at each measurement point in evaluation processing of silicon nitride substrates 3A and 3B.

本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
1.パワーモジュール1及び窒化珪素回路基板2の構成
図1に基づき、パワーモジュール1及び窒化珪素回路基板2の構成を説明する。窒化珪素回路基板2は、窒化珪素基板3と、金属回路5と、金属放熱板7と、ろう材層9、11と、を備える。パワーモジュール1は、窒化珪素回路基板2と、半導体チップ13と、ヒートシンク15と、を備える。
Exemplary embodiments of the present disclosure are described with reference to the drawings.
1. Configurations of Power Module 1 and Silicon Nitride Circuit Board 2 Configurations of the power module 1 and the silicon nitride circuit board 2 will be described with reference to FIG. The silicon nitride circuit board 2 includes a silicon nitride board 3 , a metal circuit 5 , a metal heat sink 7 , and brazing material layers 9 and 11 . The power module 1 includes a silicon nitride circuit board 2 , a semiconductor chip 13 and a heat sink 15 .

窒化珪素基板3は、例えば、第1面と、第2面とを有する。第1面は、後述する成形体作製工程S2中、及び燒結工程S3中の上面である。第2面は、第1面とは反対側の面である。窒化珪素基板3の平面形状は、例えば、矩形形状である。平面形状とは、窒化珪素基板3の厚さ方向から見たときの形状である。例えば、窒化珪素基板3のそれぞれの辺の長さは100mm以上である。 The silicon nitride substrate 3 has, for example, a first surface and a second surface. The first surface is the upper surface during the compact manufacturing step S2 and the sintering step S3, which will be described later. The second surface is the surface opposite to the first surface. The planar shape of the silicon nitride substrate 3 is, for example, a rectangular shape. The planar shape is the shape when viewed from the thickness direction of the silicon nitride substrate 3 . For example, the length of each side of the silicon nitride substrate 3 is 100 mm or longer.

金属回路5は銅板から成る。金属回路5は、ろう材層9により、窒化珪素基板3の第1面に取り付けられている。金属放熱板7は銅板から成る。金属放熱板7は、ろう材層11により、窒化珪素基板3の第2面に取り付けられている。半導体チップ13は金属回路5に取り付けられている。ヒートシンク15は金属放熱板7に取り付けられている。 The metal circuit 5 consists of a copper plate. A metal circuit 5 is attached to the first surface of the silicon nitride substrate 3 by a brazing material layer 9 . The metal heat sink 7 is made of a copper plate. Metal heat sink 7 is attached to the second surface of silicon nitride substrate 3 with brazing material layer 11 . A semiconductor chip 13 is attached to the metal circuit 5 . A heat sink 15 is attached to the metal heat sink 7 .

2.窒化珪素基板3の製造方法
例えば、図2に示す方法で窒化珪素基板3を製造することができる。製造方法は、スラリー作製工程S1、成形体作製工程S2、焼結工程S3、及び窒化工程S4を含む。
2. Manufacturing Method of Silicon Nitride Substrate 3 For example, the silicon nitride substrate 3 can be manufactured by the method shown in FIG. The manufacturing method includes a slurry preparation step S1, a compact preparation step S2, a sintering step S3, and a nitriding step S4.

(2-1)スラリー作製工程S1
例えば、珪素粉末に焼結助剤を添加して原料粉末を得る。焼結助剤として、例えば、希土類元素酸化物、マグネシウム化合物等が挙げられる。原料粉末を使用してスラリーを作製する。
(2-1) Slurry preparation step S1
For example, raw material powder is obtained by adding a sintering aid to silicon powder. Examples of sintering aids include rare earth element oxides and magnesium compounds. A slurry is prepared using the raw material powder.

珪素粉末として、例えば、工業的に入手可能なグレードの珪素粉末が挙げられる。粉砕前の珪素粉末のメジアン径D50は6μm以上であることが好ましく、7μm以上であることが一層好ましい。 Silicon powders include, for example, industrially available grade silicon powders. The median diameter D50 of the silicon powder before pulverization is preferably 6 μm or more, more preferably 7 μm or more.

粉砕前の珪素粉末のBET比表面積は3m/g以下であることが好ましく、2.5m/g以下であることが一層好ましい。粉砕前の珪素粉末の酸素量は1.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることが一層好ましい。粉砕前の珪素粉末が含む不純物炭素量は0.15質量%以下であることが好ましく、0.10質量%以下であることが一層好ましい。 The BET specific surface area of the silicon powder before pulverization is preferably 3 m 2 /g or less, more preferably 2.5 m 2 /g or less. The oxygen content of the silicon powder before pulverization is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less. The amount of impurity carbon contained in the silicon powder before pulverization is preferably 0.15% by mass or less, more preferably 0.10% by mass or less.

珪素粉末の純度は、99%以上であることが好ましく、99.5%以上であることが一層好ましい。珪素粉末に含まれる不純物酸素は、反応焼結によって得られる窒化珪素基板の熱伝導を阻害する要因の1つである。珪素粉末の純度が高いほど、窒化珪素基板の熱伝導率が向上する。 The purity of the silicon powder is preferably 99% or higher, more preferably 99.5% or higher. Impurity oxygen contained in the silicon powder is one of the factors that hinder the heat conduction of the silicon nitride substrate obtained by reaction sintering. The higher the purity of the silicon powder, the better the thermal conductivity of the silicon nitride substrate.

マグネシウム化合物からの酸素量を制限することにより、珪素粉末に含まれる不純物酸素の量と、マグネシウム化合物からの酸素量との総量が、窒化珪素に換算した珪素の量に対して、0.1質量%以上1.1質量%以下の範囲となるように原料粉末を調製することが好ましい。 By limiting the amount of oxygen from the magnesium compound, the total amount of impurity oxygen contained in the silicon powder and the amount of oxygen from the magnesium compound is 0.1 mass with respect to the amount of silicon converted to silicon nitride. % or more and 1.1 mass % or less.

珪素粉末に含まれる不純物炭素は、反応焼結によって得られる窒化珪素基板において、窒化珪素粒子の成長を阻害する。窒化珪素粒子の成長が阻害されると、窒化珪素基板が緻密化し難い。窒化珪素基板が緻密化し難いと、窒化珪素基板の熱伝導率や絶縁特性が低下する。そのため、珪素粉末に含まれる不純物炭素は、できるだけ少ないことが好ましい。 The impurity carbon contained in the silicon powder inhibits the growth of silicon nitride grains in the silicon nitride substrate obtained by reaction sintering. When the growth of silicon nitride particles is inhibited, it is difficult to densify the silicon nitride substrate. If it is difficult to densify the silicon nitride substrate, the thermal conductivity and insulating properties of the silicon nitride substrate are lowered. Therefore, it is preferable that the amount of impurity carbon contained in the silicon powder is as small as possible.

なお、本明細書において、BET比表面積(m/g)とは、BET比表面積計を用い、BET一点法(JIS R 1626:1996「ファインセラミックス粉体の気体吸着BET法による比表面積の測定方法」)によって求めた値である。また、メジアン径D50(μm)とは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布において累積度数が50%となるときの粒径である。 In the present specification, the BET specific surface area (m 2 /g) is defined as the BET one-point method (JIS R 1626: 1996 "Measurement of specific surface area by gas adsorption BET method for fine ceramic powder using a BET specific surface area meter. method”). The median diameter D50 (μm) is the particle diameter when the cumulative frequency is 50% in the particle size distribution determined by the laser diffraction/scattering method.

本発明の製造方法においては必須ではないが、原料粉末に窒化珪素の粉末を含んでもよい。ただし、珪素に比べて窒化珪素を使用した場合はコストがかかるので、窒化珪素の使用量はできるだけ少ない方がよい。窒化珪素の使用量は、珪素(窒化珪素換算)の50mol%以下であるのが好ましく、10mol%以下であるのがより好ましく、5mol%以下であるのがさらに好ましい。なお、その場合の窒化珪素基板は、窒化珪素換算で窒化珪素が珪素の50mol%以下となるように前記珪素が含まれるシート状の成形体を窒化してなる窒化珪素基板である。 Although not essential in the manufacturing method of the present invention, the raw material powder may contain silicon nitride powder. However, since silicon nitride is more expensive than silicon, the amount of silicon nitride used should be as small as possible. The amount of silicon nitride used is preferably 50 mol % or less, more preferably 10 mol % or less, and even more preferably 5 mol % or less of silicon (in terms of silicon nitride). The silicon nitride substrate in this case is a silicon nitride substrate obtained by nitriding a sheet-like formed body containing silicon so that silicon nitride is 50 mol % or less of silicon in terms of silicon nitride.

希土類元素酸化物として、例えば、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)、ガドリニウム(Gd)、エルビウム(Er)、ルテチウム(Lu)等の酸化物が挙げられる。これらの希土類元素酸化物は、入手が容易であり、酸化物として安定している。希土類元素酸化物の具体例として、例えば、酸化イットリウム(Y)、酸化イッテルビウム(Yb)、酸化ガドリニウム(Gd)、酸化エルビウム(Er)、酸化ルテチウム(Lu)等が挙げられる。 Examples of rare earth element oxides include oxides of yttrium (Y), ytterbium (Yb), gadolinium (Gd), erbium (Er), and lutetium (Lu). These rare earth element oxides are readily available and stable as oxides. Specific examples of rare earth element oxides include yttrium oxide (Y 2 O 3 ), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), lutetium oxide ( Lu 2 O 3 ) and the like.

窒化珪素基板において、三価の酸化物(RE:REは希土類元素)に換算した希土類元素酸化物のモル数をM1とする。窒化珪素基板において、窒化珪素(Si)に換算した珪素のモル数をM2とする。M2は、珪素が全て窒化したときに得られる窒化珪素のモル数である。窒化珪素基板において、MgOに換算したマグネシウム化合物のモル数をM3とする。 In the silicon nitride substrate, M1 is the number of moles of the rare earth element oxide converted to trivalent oxide (RE 2 O 3 : RE is a rare earth element). In the silicon nitride substrate, M2 is the number of moles of silicon converted to silicon nitride (Si 3 N 4 ). M2 is the number of moles of silicon nitride obtained when all silicon is nitrided. In the silicon nitride substrate, M3 is the number of moles of the magnesium compound converted to MgO.

M1、M2、及びM3の合計モル数に対するM1のモル比(以下では希土類酸化物のモル比とする)は、例えば、0.5mol%以上2mol%未満である。希土類酸化物のモル比が0.5mol%以上である場合、焼結助剤の効果が高くなり、窒化珪素基板の密度が充分に高くなる。希土類酸化物のモル比が2.0mol%未満である場合、低熱伝導率の粒界相が増加し難く、焼結体の熱伝導率が上がるとともに、高価な希土類元素酸化物の使用量が減少する。特に、希土類酸化物のモル比は、0.6mol%以上2mol%未満であることが好ましく、1mol%以上1.8mol%以下であることがさらに好ましい。 The molar ratio of M1 to the total number of moles of M1, M2, and M3 (hereinafter referred to as the molar ratio of rare earth oxides) is, for example, 0.5 mol % or more and less than 2 mol %. When the molar ratio of the rare earth oxide is 0.5 mol % or more, the effect of the sintering aid is enhanced, and the density of the silicon nitride substrate is sufficiently increased. When the molar ratio of the rare earth oxide is less than 2.0 mol%, it is difficult to increase the grain boundary phase with low thermal conductivity, the thermal conductivity of the sintered body increases, and the amount of expensive rare earth element oxide used decreases. do. In particular, the molar ratio of rare earth oxides is preferably 0.6 mol % or more and less than 2 mol %, and more preferably 1 mol % or more and 1.8 mol % or less.

マグネシウム化合物として、「Si」、「N」又は「O」を含有するマグネシウム化合物を1種類又は2種類以上使用することができる。マグネシウム化合物として、酸化マグネシウム(MgO)、窒化珪素マグネシウム(MgSiN)、珪化マグネシウム(MgSi)、窒化マグネシウム(Mg)等が好ましい。 As the magnesium compound, one or more magnesium compounds containing "Si", "N" or "O" can be used. As magnesium compounds, magnesium oxide (MgO), magnesium silicon nitride (MgSiN 2 ), magnesium silicide (Mg 2 Si), magnesium nitride (Mg 3 N 2 ), and the like are preferable.

マグネシウム化合物の合計質量に対する、窒化珪素マグネシウムの質量の比率(以下では窒化珪素マグネシウム質量比とする)が87質量%以上であることが好ましい。窒化珪素マグネシウム質量比が87質量%以上である場合、得られる窒化珪素基板中の酸素濃度を低減することができる。窒化珪素マグネシウム質量比が87質量%未満である場合、焼結後の窒化珪素粒子内の酸素量が多くなるため、焼結後の窒化珪素基板の熱伝導率が低くなる。従って、窒化珪素基板の熱伝導率を向上させるためには、窒化珪素マグネシウム質量比が高いことが好ましい。窒化珪素マグネシウム質量比は、90質量%以上であることが一層好ましい。 It is preferable that the ratio of the mass of magnesium silicon nitride to the total mass of the magnesium compounds (hereinafter referred to as magnesium silicon nitride mass ratio) is 87% by mass or more. When the magnesium silicon nitride mass ratio is 87 mass % or more, the oxygen concentration in the resulting silicon nitride substrate can be reduced. When the magnesium silicon nitride mass ratio is less than 87% by mass, the amount of oxygen in the silicon nitride particles after sintering increases, so the thermal conductivity of the silicon nitride substrate after sintering decreases. Therefore, in order to improve the thermal conductivity of the silicon nitride substrate, it is preferable that the magnesium silicon nitride mass ratio is high. More preferably, the mass ratio of magnesium silicon nitride is 90% by mass or more.

M1、M2、及びM3の合計モル数に対するM3のモル比(以下ではマグネシウム化合物のモル比とする)は、例えば、8mol%以上15mol%未満である。マグネシウム化合物のモル比が8mol%以上である場合、焼結助剤の効果が高くなり、窒化珪素基板の密度が充分に高くなる。マグネシウム化合物のモル比が15mol%未満である場合、低熱伝導率の粒界相が増加し難く、焼結体の熱伝導率が高くなる。特に、マグネシウム化合物のモル比は、8mol%以上14mol%未満であることが好ましく、9mol%以上11mol%以下であることが一層好ましい。 The molar ratio of M3 to the total number of moles of M1, M2, and M3 (hereinafter referred to as the molar ratio of the magnesium compound) is, for example, 8 mol % or more and less than 15 mol %. When the molar ratio of the magnesium compound is 8 mol % or more, the effect of the sintering aid is enhanced, and the density of the silicon nitride substrate is sufficiently increased. When the molar ratio of the magnesium compound is less than 15 mol %, the grain boundary phase with low thermal conductivity hardly increases, and the thermal conductivity of the sintered body increases. In particular, the molar ratio of the magnesium compound is preferably 8 mol % or more and less than 14 mol %, and more preferably 9 mol % or more and 11 mol % or less.

スラリーを作製する方法として、例えば、以下の方法がある。珪素粉末に、希土類元素酸化物及びマグネシウム化合物を、所定の比率となるように添加する。次に、分散媒を添加する。分散媒は、例えば、有機溶剤である。必要に応じて、分散剤も添加する。 As a method for producing slurry, for example, there are the following methods. A rare earth element oxide and a magnesium compound are added to silicon powder so as to have a predetermined ratio. Next, a dispersion medium is added. The dispersion medium is, for example, an organic solvent. A dispersant is also added, if desired.

次に、ボールミルで粉砕することにより、原料粉末の分散物であるスラリーを作製する。分散媒は、例えば、有機溶剤である。分散媒として、例えば、エタノール、n-ブタノール、トルエン等が挙げられる。分散剤として、例えば、ソルビタンエステル型分散剤、ポリオキシアルキレン型分散剤等が挙げられる。 Next, a slurry, which is a dispersion of the raw material powder, is prepared by pulverizing with a ball mill. The dispersion medium is, for example, an organic solvent. Dispersion media include, for example, ethanol, n-butanol, and toluene. Examples of dispersants include sorbitan ester-type dispersants and polyoxyalkylene-type dispersants.

分散媒の添加量は、例えば、原料粉末の総量に対して、40質量%以上70質量%以下であることが好ましい。分散剤の添加量は、例えば、原料粉末の総量に対して、0.3質量%以上2質量%以下であることが好ましい。なお、分散後に、必要に応じて分散媒の除去、又は、他の分散媒への置換を行ってもよい。
(2-2)成形体作製工程S2
上述のようにして得られたスラリーに対し、例えば、分散媒、有機バインダ、分散剤等を加える。次に、必要に応じて真空脱泡を行う。次に、スラリーの粘度を所定の範囲に調整する。その結果、塗工用スラリーが得られる。
The amount of the dispersion medium added is preferably, for example, 40% by mass or more and 70% by mass or less with respect to the total amount of the raw material powder. The amount of the dispersant added is preferably, for example, 0.3% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total amount of the raw material powder. After dispersion, the dispersion medium may be removed or replaced with another dispersion medium, if necessary.
(2-2) Molded body preparation step S2
For example, a dispersion medium, an organic binder, a dispersant, etc. are added to the slurry obtained as described above. Next, vacuum defoaming is performed as necessary. Next, the viscosity of the slurry is adjusted within a predetermined range. As a result, a coating slurry is obtained.

次に、得られた塗工用スラリーをシート成形機でシート状に成形する。次に、所定のサイズに切断し、乾燥する。その結果、シート状の成形体が得られる。
塗工用スラリーの作製に使用する有機バインダは特に限定されない。塗工用スラリーの作製に使用する有機バインダとして、例えば、PVB系樹脂、エチルセルロース系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。PVB系樹脂として、例えば、ポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。分散媒、有機バインダ、分散剤等の添加量は、塗工条件に応じて、適宜調整することができる。
Next, the obtained slurry for coating is formed into a sheet by a sheet forming machine. It is then cut to size and dried. As a result, a sheet-like compact is obtained.
The organic binder used to prepare the coating slurry is not particularly limited. Examples of the organic binder used for preparing the coating slurry include PVB-based resins, ethylcellulose-based resins, acrylic-based resins, and the like. Examples of PVB-based resins include polyvinyl butyral resins. The amount of the dispersion medium, organic binder, dispersant, etc. added can be appropriately adjusted according to the coating conditions.

塗工用スラリーをシート状に成形する方法は特に限定されない。塗工用スラリーをシート状に成形する方法として、例えば、ドクターブレード法、押出成形法等が挙げられる。
成形体作製工程S2において作製されるシート状の成形体の厚さは、例えば、0.15mm以上0.8mm以下である。作製されたシート状の成形体は、必要に応じて、例えば、打ち抜き機等を使用して所定のサイズに切断される。
The method for forming the coating slurry into a sheet is not particularly limited. Methods for forming the coating slurry into a sheet include, for example, a doctor blade method, an extrusion method, and the like.
The thickness of the sheet-like molded body produced in the molded body producing step S2 is, for example, 0.15 mm or more and 0.8 mm or less. The produced sheet-like molded body is cut into a predetermined size using, for example, a punching machine or the like, if necessary.

(2-3)焼結工程S3、窒化工程S4
焼結工程S3は、成形体中に含まれる有機バインダを除去する脱脂工程と、成形体中に含まれる珪素と窒素とを反応させて窒化珪素を形成する窒化工程S4と、窒化工程S4の後に行われる緻密化焼結工程とを含む。
(2-3) Sintering step S3, nitriding step S4
The sintering step S3 includes a degreasing step of removing the organic binder contained in the molded body, a nitriding step S4 of reacting silicon and nitrogen contained in the molded body to form silicon nitride, and a nitriding step S4. and a densification sintering step that takes place.

脱脂工程、窒化工程S4、及び緻密化焼結工程を、別々の炉で逐次的に実施してもよいし、同一の炉で連続的に実施してもよい。また、一つの炉内で、1600枚以上の成形体を一緒に熱処理する。同じ炉内で熱処理された成形体は、ロットが同じとなる。
焼結工程S3では、例えば、図3に示すように、セッタ200の上に複数枚の成形体100Aを積層する。セッタ200は窒化硼素(BN)から成る。成形体100Aと成形体100Aとの間には、図示しない分離材を挟む。複数枚の成形体100Aの上に重石300を配置する。
The degreasing step, the nitriding step S4, and the densifying sintering step may be performed sequentially in separate furnaces, or may be performed continuously in the same furnace. Also, 1,600 or more compacts are heat-treated together in one furnace. Molded bodies heat-treated in the same furnace are of the same lot.
In the sintering step S3, for example, a plurality of compacts 100A are stacked on the setter 200 as shown in FIG. The setter 200 is made of boron nitride (BN). A separation material (not shown) is sandwiched between the molded bodies 100A. A weight 300 is arranged on the plurality of compacts 100A.

この状態で、複数枚の成形体100Aを電気炉内に設置する。次に、脱脂工程を実施する。次に、窒化装置において、900℃~1300℃の温度で脱炭素処理を実施する。次に、窒化工程S4を実施する。窒化工程S4では、窒素雰囲気で所定温度まで昇温させる。窒化工程S4での温度制御については後述する。 In this state, a plurality of molded bodies 100A are placed in an electric furnace. Next, a degreasing step is performed. Next, decarbonization treatment is performed at a temperature of 900° C. to 1300° C. in a nitriding apparatus. Next, a nitriding step S4 is performed. In the nitriding step S4, the temperature is raised to a predetermined temperature in a nitrogen atmosphere. The temperature control in the nitriding step S4 will be described later.

次に、焼結装置において、緻密化焼結工程を実施する。緻密化焼結工程は、例えば、重石300によって、成形体100Aに10Pa以上1000Pa以下の荷重をかけながら実施される。
なお、上述した分離材として、例えば、厚さが約3μm以上20μm以下の窒化硼素(BN)粉層が挙げられる。窒化硼素粉層は、緻密化焼結工程の後に、焼結体となった窒化珪素基板の分離を容易にする機能を有する。窒化硼素粉層は、例えば、それぞれの成形体100Aの片面に、スラリーの状態である窒化硼素粉を塗布することで形成される。スラリーの状態である窒化硼素粉を塗布する方法として、例えば、スプレー、ブラシ塗布、スクリーン印刷等の方法がある。窒化硼素粉は、例えば、95%以上の純度、及び、1μm以上20μm以下のメジアン径D50を有していることが好ましい。
Next, a densification sintering step is performed in a sintering device. The densification sintering process is performed while applying a load of 10 Pa or more and 1000 Pa or less to the molded body 100A with a weight 300, for example.
As the separating material described above, for example, a boron nitride (BN) powder layer having a thickness of about 3 μm or more and 20 μm or less can be used. The boron nitride powder layer has a function of facilitating separation of the silicon nitride substrate as a sintered body after the densification sintering step. The boron nitride powder layer is formed, for example, by applying boron nitride powder in a slurry state to one side of each compact 100A. Examples of methods for applying the boron nitride powder in a slurry state include spraying, brush coating, screen printing, and the like. The boron nitride powder preferably has, for example, a purity of 95% or more and a median diameter D50 of 1 μm or more and 20 μm or less.

以上の工程により、窒化珪素基板が完成する。上記の製造方法では、純度の高い珪素粉末を使用することにより、熱伝導率が110W/(m・K)以上の窒化珪素基板を製造することができる。本実施の形態における窒化珪素基板は、シート状の成形体に含まれる珪素を窒化してなる窒化珪素基板である。窒化珪素基板の厚さは、例えば、0.15mm以上0.8mm以下である。
(2-4)色むらと、窒化工程S4における温度制御との関係について
上述した窒化珪素基板の製造方法では、窒化珪素粉末ではなく、珪素粉末を使用していることから、窒化工程S4が必要となる。発明者は、窒化工程S4での加熱条件によっては、製造された窒化珪素基板の表面に色むらが生じることを新規に見出した。
A silicon nitride substrate is completed by the above steps. In the above manufacturing method, a silicon nitride substrate having a thermal conductivity of 110 W/(m·K) or more can be manufactured by using silicon powder of high purity. The silicon nitride substrate in the present embodiment is a silicon nitride substrate obtained by nitriding silicon contained in a sheet-like compact. The thickness of the silicon nitride substrate is, for example, 0.15 mm or more and 0.8 mm or less.
(2-4) Relationship between color unevenness and temperature control in nitriding step S4 In the method for manufacturing a silicon nitride substrate described above, silicon powder is used instead of silicon nitride powder, so nitriding step S4 is necessary. becomes. The inventors have newly found that the surface of the manufactured silicon nitride substrate may have color unevenness depending on the heating conditions in the nitriding step S4.

本明細書において、「窒化珪素基板の表面」とは、窒化珪素基板の第1面であってもよいし、第2面であってもよい。第2面は、第1面とは反対側の面である。
また、本明細書において、「色むら」とは、例えば、矩形形状の窒化珪素基板の中央部の色合いと縁部の色合いとが異なることを意味する。図4は、窒化工程直後の、窒化珪素基板3Yと同一ロット内の色むらが発生した窒化珪素基板の表面を示す写真である。図4において、窒化珪素基板の中央部は白味を帯びているのに対し、窒化珪素基板の縁部は黒味を帯びている。すなわち、中央部の色合いと縁部の色合いとは異なっている。
In this specification, the "surface of the silicon nitride substrate" may be the first surface or the second surface of the silicon nitride substrate. The second surface is the surface opposite to the first surface.
Further, in this specification, the term “unevenness of color” means, for example, that the color tone of the central portion of the rectangular silicon nitride substrate is different from that of the edge portion. FIG. 4 is a photograph showing the surface of a silicon nitride substrate in the same lot as the silicon nitride substrate 3Y, in which color unevenness has occurred, immediately after the nitriding process. In FIG. 4, the central portion of the silicon nitride substrate is tinged with white, while the edge portion of the silicon nitride substrate is tinged with black. That is, the tint in the center and the tint at the edges are different.

発明者は、窒化珪素基板の表面に色むらが発生するメカニズムについて鋭意検討した。色むらは、以下のメカニズムにより発生すると推測される。
窒化工程S4は、窒素雰囲気中において、例えば、図3に示すように、セッタ200上に複数枚のシート状の成形体100Aを配置するとともに、積層された成形体100A上に重石300を配置した状態での加熱処理である。このとき、積層された成形体100Aのうち、上下の成形体100Aで挟まれた成形体100Aを特定成形体とする。
The inventor has extensively studied the mechanism of color unevenness on the surface of a silicon nitride substrate. Color unevenness is presumed to be caused by the following mechanism.
In the nitriding step S4, in a nitrogen atmosphere, for example, as shown in FIG. It is a heat treatment in the state. At this time, among the laminated molded bodies 100A, the molded body 100A sandwiched between the upper and lower molded bodies 100A is defined as a specific molded body.

特定成形体の中央部には熱が籠りやすい。そのため、特定成形体の中央部の温度は高く、特定成形体の縁部の温度は低くなる。特定成形体の中央部では窒化反応が進み易く、特定成形体の縁部では窒化反応が進み難い。窒化反応は発熱反応であるので、窒化反応が進む中央部では、発熱量の正帰還が生じる結果、急激に温度が上昇する。中央部での温度上昇が大きい場合は、中央部の温度が珪素の融点を超えて珪素が溶融する現象(以下では熱暴走とする)が生じる。また、中央部と縁部との間の温度差が大きくなるため、縁部で窒化不足が生じる。縁部で窒化不足が生じた状態で焼結処理を実施すると、最終的に窒化しきらなかった珪素が縁部に残存する。以上の結果、色むらが発生すると推測される。 Heat tends to be trapped in the central portion of the specific molded body. Therefore, the temperature of the center portion of the specific molded body is high, and the temperature of the edge portion of the specific molded body is low. The nitriding reaction easily progresses in the central portion of the specific molded body, and the nitriding reaction does not easily progress in the edge portion of the specific molded body. Since the nitriding reaction is an exothermic reaction, the temperature rises sharply at the central portion where the nitriding reaction progresses, as a result of positive feedback of the amount of heat generated. If the temperature rise at the central portion is large, a phenomenon occurs in which the temperature at the central portion exceeds the melting point of silicon and silicon melts (hereinafter referred to as thermal runaway). In addition, insufficient nitridation occurs at the edges because the temperature difference between the center and the edges increases. If the sintering process is performed in a state in which nitridation is insufficient at the edges, silicon that has not been completely nitrided will eventually remain at the edges. As a result of the above, it is presumed that color unevenness occurs.

上記のメカニズムによれば、窒化珪素基板の表面に生じる色むらは、窒化工程S4における昇温工程に起因すると考えられる。中央部の温度と縁部の温度との温度差が小さくなるような温度分布を実現しながら昇温工程を実施することができれば、熱暴走を抑制し、色むらを抑制できると考えられる。 According to the above mechanism, the color unevenness occurring on the surface of the silicon nitride substrate is considered to be caused by the temperature rising step in the nitriding step S4. If it is possible to perform the heating process while realizing a temperature distribution that reduces the temperature difference between the temperature at the central portion and the temperature at the edge portion, it is thought that thermal runaway can be suppressed and color unevenness can be suppressed.

そのため、窒化工程S4における昇温工程は、中央部の温度と縁部の温度との温度差を小さくしながら徐々に昇温する工程であることが好ましい。
窒化工程S4における昇温工程では、最高加熱温度になるまで昇温する。最高加熱温度は1390℃以上1500℃以下であることが好ましい。窒化工程S4における昇温工程では、例えば、ステップ状に昇温する。昇温工程のうち、1270℃から1340℃までの範囲において、単位時間当たりの温度上昇量(以下では加熱温度の傾きとする)の平均は、3.1℃/h以下であることが好ましい。加熱温度の傾きの平均が3.1℃/h以下ある場合、色むらを抑制できる。
Therefore, the temperature raising step in the nitriding step S4 is preferably a step of gradually raising the temperature while reducing the temperature difference between the temperature of the central portion and the temperature of the edge portion.
In the temperature raising step in the nitriding step S4, the temperature is raised to the maximum heating temperature. The maximum heating temperature is preferably 1390°C or higher and 1500°C or lower. In the temperature raising step in the nitriding step S4, for example, the temperature is raised stepwise. In the temperature raising process, the average temperature increase per unit time (hereinafter referred to as the heating temperature gradient) is preferably 3.1° C./h or less in the range from 1270° C. to 1340° C. When the average gradient of the heating temperature is 3.1° C./h or less, color unevenness can be suppressed.

窒化珪素基板の反りを抑制するためには、窒化工程及び緻密化焼結工程のそれぞれの冷却条件を次のように制御するのが好ましい。窒化工程において、最高加熱温度から1100℃までの降温範囲における冷却速度を262.2℃/h以下で行うことが好ましい。緻密化焼結工程において、最高加熱温度から800℃までの降温範囲における冷却速度を280.7℃/h以下で行うことが好ましい。これにより、窒化珪素基板の反り量を0.1mmから1mmの範囲に抑制することができる。反り量は、SORIという規格に従い反り量を測定した数値である。具体的には、試料の上面の最小二乗平面を算出(規定)し、算出された最小二乗平面から試料の上面における最高点までの距離の絶対値と、試料の上面における最低点までの距離の絶対値との合計を反り量として算出する。 In order to suppress the warping of the silicon nitride substrate, it is preferable to control the cooling conditions for each of the nitriding process and the densification sintering process as follows. In the nitriding step, it is preferable that the cooling rate in the cooling range from the maximum heating temperature to 1100° C. is 262.2° C./h or less. In the densification sintering step, it is preferable that the cooling rate in the temperature drop range from the maximum heating temperature to 800° C. is 280.7° C./h or less. Thereby, the amount of warpage of the silicon nitride substrate can be suppressed within the range of 0.1 mm to 1 mm. The amount of warpage is a numerical value obtained by measuring the amount of warpage according to the SORI standard. Specifically, the least squares plane of the upper surface of the sample is calculated (prescribed), the absolute value of the distance from the calculated least squares plane to the highest point on the upper surface of the sample, and the distance to the lowest point on the upper surface of the sample The sum with the absolute value is calculated as the amount of warpage.

3.パワーモジュール1及び窒化珪素回路基板2の製造方法
図5に基づき、パワーモジュール1及び窒化珪素回路基板2の製造方法を説明する。工程S11では、ろう付けにより、金属板105と、金属放熱板107とを窒化珪素基板3に取り付ける。次に、工程S12では、金属板105の一部を除去し、金属回路5を形成する。次に、工程S13では、分割することにより、複数の窒化珪素回路基板2を得る。さらに、半導体チップ13及びヒートシンク15を窒化珪素回路基板2に取り付ける。窒化珪素回路基板2が備える窒化珪素基板3は、前記「2.窒化珪素基板3の製造方法」により製造されたものであるから、色むらが生じ難く、熱伝導率が高い。
3. Method for Manufacturing Power Module 1 and Silicon Nitride Circuit Board 2 A method for manufacturing the power module 1 and the silicon nitride circuit board 2 will be described with reference to FIG. In step S11, metal plate 105 and metal heat sink 107 are attached to silicon nitride substrate 3 by brazing. Next, in step S12, a portion of the metal plate 105 is removed to form the metal circuit 5. Next, as shown in FIG. Next, in step S13, a plurality of silicon nitride circuit boards 2 are obtained by dividing. Furthermore, the semiconductor chip 13 and the heat sink 15 are attached to the silicon nitride circuit board 2 . The silicon nitride substrate 3 included in the silicon nitride circuit board 2 is manufactured by the above-mentioned "2. Manufacturing method of the silicon nitride substrate 3", so that color unevenness is less likely to occur and the thermal conductivity is high.

4.評価システム201の構成
図6に基づき、評価システム201の構成を説明する。評価システム201は、窒化珪素基板3の評価に使用される。評価システム201は、ラマン測定装置203と、評価装置205とを備える。
4. Configuration of Evaluation System 201 The configuration of the evaluation system 201 will be described with reference to FIG. Evaluation system 201 is used to evaluate silicon nitride substrate 3 . Evaluation system 201 includes Raman measurement device 203 and evaluation device 205 .

ラマン測定装置203は、測定面301の一部である測定点Pにレーザ光206を照射し、測定点Pで発生するラマン散乱光208を検出する。よって、ラマン測定装置203は、測定点Pのラマンスペクトルを測定することができる。レーザ光206の照射径は、約1μmである。照射径とは直径である。よって、ラマン測定装置203は、狭い領域のラマンスペクトルを測定することができる。 The Raman measurement device 203 irradiates a measurement point P, which is a part of the measurement surface 301, with a laser beam 206, and detects Raman scattered light 208 generated at the measurement point P. FIG. Therefore, the Raman measurement device 203 can measure the Raman spectrum of the measurement point P. The irradiation diameter of the laser light 206 is approximately 1 μm. The irradiation diameter is the diameter. Therefore, the Raman measurement device 203 can measure Raman spectra in a narrow region.

ラマン測定装置203は、レーザ光206の照射位置を、x方向及びy方向に独立して移動させることができる。x方向及びy方向はそれぞれ、測定面301と平行な方向である。x方向はy方向と直交する。よって、ラマン測定装置203は、測定面301における複数の測定点Pでそれぞれラマンスペクトルを測定することができる。 The Raman measurement device 203 can independently move the irradiation position of the laser beam 206 in the x-direction and the y-direction. The x-direction and the y-direction are directions parallel to the measurement surface 301 respectively. The x-direction is orthogonal to the y-direction. Therefore, the Raman measurement device 203 can measure Raman spectra at each of the plurality of measurement points P on the measurement plane 301 .

評価装置205は、CPUと、例えば、RAM又はROM等の半導体メモリと、を有するマイクロコンピュータを備える。評価装置205の各機能は、CPUが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。 The evaluation device 205 comprises a microcomputer having a CPU and semiconductor memory such as RAM or ROM, for example. Each function of the evaluation device 205 is implemented by the CPU executing a program stored in a non-transitional substantive recording medium. Also, by executing this program, a method corresponding to the program is executed.

評価装置205は、データ取得部207と、データ処理部209と、を備える。データ取得部207は、ラマン測定装置203からラマンスペクトルを取得する。データ処理部209は、データ取得部207が取得したラマンスペクトルに基づき、窒化珪素基板3の色むらを評価するための処理を行う。この処理については後述する。データ処理部209は半値幅測定部に対応する。 The evaluation device 205 includes a data acquisition section 207 and a data processing section 209 . A data acquisition unit 207 acquires a Raman spectrum from the Raman measurement device 203 . The data processing unit 209 performs processing for evaluating color unevenness of the silicon nitride substrate 3 based on the Raman spectrum acquired by the data acquisition unit 207 . This processing will be described later. A data processing unit 209 corresponds to a half width measurement unit.

5.窒化珪素基板の評価方法
以下の方法で窒化珪素基板3の色むらを評価することができる。色むらの評価には、例えば、評価システム201を使用することができる。
5. Evaluation Method of Silicon Nitride Substrate Color unevenness of the silicon nitride substrate 3 can be evaluated by the following method. For example, the evaluation system 201 can be used to evaluate color unevenness.

まず、評価対象となる窒化珪素基板3を用意する。窒化珪素基板3は、例えば、第1面と、第2面とを有する。第2面は、第1面とは反対側の面である。窒化珪素基板3の平面形状は、例えば、矩形形状である。例えば、窒化珪素基板3のそれぞれの辺の長さは100mm以上である。 First, a silicon nitride substrate 3 to be evaluated is prepared. The silicon nitride substrate 3 has, for example, a first surface and a second surface. The second surface is the surface opposite to the first surface. The planar shape of the silicon nitride substrate 3 is, for example, a rectangular shape. For example, the length of each side of the silicon nitride substrate 3 is 100 mm or longer.

次に、第1面と第2面とのうちの一方の面を測定面301とする。次に、測定面301上に測定点Pを設定する。
設定する測定点Pの数は単数であってもよいし、複数であってもよい。例えば、図7に示すように、5つの測定点P1~P5を設定することができる。測定点P1は測定面301の中央部にある。測定点P2~P5は、それぞれ、測定面301の縁部にある。測定点P2~P5は、それぞれ、測定面301の四隅のうちの1つにある。測定点P2から長辺401までの距離は10mmである。測定点P2から短辺402までの距離は15mmである。測定点P3から長辺401までの距離は10mmである。測定点P3から短辺403までの距離は15mmである。測定点P4から長辺404までの距離は10mmである。測定点P4から短辺402までの距離は15mmである。測定点P5から長辺404までの距離は10mmである。測定点P5から短辺403までの距離は15mmである。
Next, let one of the first surface and the second surface be the measurement surface 301 . Next, a measurement point P is set on the measurement plane 301 .
The number of measurement points P to be set may be singular or plural. For example, as shown in FIG. 7, five measurement points P1 to P5 can be set. The measurement point P1 is located at the center of the measurement surface 301. FIG. Measurement points P2 to P5 are located at the edges of measurement surface 301, respectively. Each of the measurement points P2-P5 is at one of the four corners of the measurement surface 301. FIG. The distance from the measurement point P2 to the long side 401 is 10 mm. The distance from the measurement point P2 to the short side 402 is 15 mm. The distance from the measurement point P3 to the long side 401 is 10 mm. The distance from the measurement point P3 to the short side 403 is 15 mm. The distance from the measurement point P4 to the long side 404 is 10 mm. The distance from the measurement point P4 to the short side 402 is 15 mm. The distance from the measurement point P5 to the long side 404 is 10 mm. The distance from the measurement point P5 to the short side 403 is 15 mm.

次に、ラマン測定装置203を用いて、測定点Pでラマンスペクトルを測定する。複数の測定点Pが設定されている場合は、複数の測定点Pのそれぞれでラマンスペクトルを測定する。
次に、データ取得部207は、測定点Pで測定されたラマンスペクトルをラマン測定装置203から取得する。ラマン測定装置203が複数の測定点Pのそれぞれでラマンスペクトルを測定した場合、データ取得部207は、それぞれの測定点Pのラマンスペクトルを取得する。
Next, the Raman spectrum is measured at the measurement point P using the Raman measurement device 203 . When a plurality of measurement points P are set, the Raman spectrum is measured at each of the plurality of measurement points P.
Next, the data acquisition section 207 acquires the Raman spectrum measured at the measurement point P from the Raman measurement device 203 . When the Raman measurement device 203 measures Raman spectra at each of the plurality of measurement points P, the data acquisition unit 207 acquires Raman spectra at each measurement point P. FIG.

次に、データ処理部209は、データ取得部207が取得したラマンスペクトルに含まれる、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピークの半値幅を測定する。ラマン測定装置203が複数の測定点Pのそれぞれでラマンスペクトルを測定した場合、データ処理部209は、複数の測定点Pで測定された複数のラマンスペクトルのそれぞれにおいて、スペクトルピークの半値幅を測定する。 Next, the data processing unit 209 measures the half width of the spectral peak attributed to the lattice vibration of silicon nitride included in the Raman spectrum acquired by the data acquisition unit 207 . When the Raman measurement device 203 measures the Raman spectrum at each of the plurality of measurement points P, the data processing unit 209 measures the half width of the spectrum peak in each of the plurality of Raman spectra measured at the plurality of measurement points P. do.

例えば、測定点P1~P5のそれぞれでラマンスペクトルを測定した場合、データ処理部209は、測定点P1で測定されたラマンスペクトルに含まれるスペクトルピークの半値幅C1と、測定点P2で測定されたラマンスペクトルに含まれるスペクトルピークの半値幅C2と、測定点P3で測定されたラマンスペクトルに含まれるスペクトルピークの半値幅C3と、測定点P4で測定されたラマンスペクトルに含まれるスペクトルピークの半値幅C4と、測定点P5で測定されたラマンスペクトルに含まれるスペクトルピークの半値幅C5とを測定する。 For example, when the Raman spectrum is measured at each of the measurement points P1 to P5, the data processing unit 209 determines the half width C1 of the spectrum peak included in the Raman spectrum measured at the measurement point P1 and the Half-value width C2 of the spectrum peak included in the Raman spectrum, Half-value width C3 of the spectrum peak included in the Raman spectrum measured at the measurement point P3, and Half-value width of the spectrum peak included in the Raman spectrum measured at the measurement point P4 C4 and the half width C5 of the spectral peak included in the Raman spectrum measured at the measurement point P5 are measured.

図8に示すように、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピーク305は、例えば、850cm-1以上875cm-1以下の範囲内で最大強度をとるピークである。
データ処理部209が半値幅を測定する方法は、例えば、以下のとおりである。図8に示すように、データ処理部209は、スペクトルピーク305に対し、統計分布関数を用いたフィッティングを行い、フィッティング後のスペクトルピーク307を得る。統計分布関数として、例えば、ローレンツ関数等が挙げられる。データ処理部209は、スペクトルピーク307において、半値幅Cを測定する。なお、図8においてAはスペクトルピーク307の波数である。Bはスペクトルピーク307の高さである。Dはスペクトルピーク307の面積である。
As shown in FIG. 8, the spectral peak 305 attributed to lattice vibration of silicon nitride is, for example, a peak having maximum intensity within the range of 850 cm −1 to 875 cm −1 .
The method by which the data processing unit 209 measures the half width is, for example, as follows. As shown in FIG. 8, the data processing unit 209 performs fitting using a statistical distribution function on the spectral peak 305 to obtain a spectral peak 307 after fitting. Examples of statistical distribution functions include the Lorentz function. Data processing section 209 measures half width C at spectral peak 307 . In addition, in FIG. 8, A is the wavenumber of the spectrum peak 307. FIG. B is the height of spectral peak 307; D is the area of spectral peak 307;

ラマン測定装置203が複数の測定点Pのそれぞれでラマンスペクトルを測定した場合、データ処理部209は、平均半値幅Caveを算出する。平均半値幅Caveは、複数の測定点Pで測定された複数のラマンスペクトルのそれぞれについて算出された半値幅Cの平均値である。例えば、測定点P1~P5のそれぞれでラマンスペクトルを測定した場合、平均半値幅Caveは、半値幅C1~C5の平均値である。 When the Raman measurement device 203 measures the Raman spectrum at each of the plurality of measurement points P, the data processing section 209 calculates the average half width Cave . The average half-value width C ave is the average value of the half-value widths C calculated for each of the plurality of Raman spectra measured at the plurality of measurement points P. For example, when the Raman spectrum is measured at each of the measurement points P1 to P5, the average half-value width C ave is the average value of the half-value widths C1 to C5.

データ処理部209は、例えば、半値幅Cに基づき、色むらの程度を評価する。例えば、半値幅Cが0cm-1より大きく閾値より小さい場合は、色むらが抑制されていると判断し、半値幅Cが閾値以上である場合は、色むらが顕著であると判断する。閾値は、例えば、5.32cm-1である。なお、一般に販売されているラマン測定装置の測定波数分解能から、半値幅Cの下限値は、0.5cm-1とすることもできる。 The data processing unit 209 evaluates the degree of color unevenness based on the half width C, for example. For example, if the half-value width C is greater than 0 cm −1 and smaller than the threshold, it is determined that color unevenness is suppressed, and if the half-value width C is equal to or greater than the threshold, it is determined that color unevenness is significant. The threshold is, for example, 5.32 cm −1 . Note that the lower limit of the half-value width C can also be set to 0.5 cm −1 from the measurement wavenumber resolution of a commercially available Raman measurement device.

データ処理部209は、例えば、平均半値幅Caveに基づき、色むらの程度を評価する。例えば、平均半値幅Caveが0cm-1より大きく閾値より小さい場合は、色むらが抑制されていると判断し、平均半値幅Caveが閾値以上である場合は、色むらが顕著であると判断する。閾値は、例えば、5.32cm-1である。なお、一般に販売されているラマン測定装置の測定波数分解能から、平均半値幅Caveの下限値は、0.5cm-1とすることもできる。
窒化珪素の格子間の歪量が大きいと半値幅の値が大きい値となる。シート状の成形体に含まれる珪素を窒化する際の窒化のばらつきに起因して、窒化珪素の格子間の歪量が変化するものと考えられる。すなわち、窒化珪素基板3における窒化のばらつきが大きいと、窒化珪素の格子間の歪量が大きくなり、半値幅の値が大きくなるものと考えられる。
The data processing unit 209 evaluates the degree of color unevenness based on, for example, the average half width Cave . For example, if the average half-value width C ave is greater than 0 cm −1 and smaller than the threshold, it is determined that the color unevenness is suppressed, and if the average half-value width C ave is equal to or greater than the threshold, it is determined that the color unevenness is significant. to decide. The threshold is, for example, 5.32 cm −1 . Note that the lower limit of the average half-value width C ave can also be set to 0.5 cm −1 from the measurement wave number resolution of a commercially available Raman measurement device.
When the amount of strain between lattices of silicon nitride is large, the value of the half-value width becomes large. It is considered that the amount of strain between lattices of silicon nitride changes due to variations in nitriding when silicon contained in the sheet-shaped compact is nitrided. That is, it is considered that if the variation in nitriding in the silicon nitride substrate 3 is large, the amount of strain between lattices of silicon nitride becomes large, and the value of the half-value width becomes large.

6.窒化珪素基板が奏する効果
(6-1)本開示の窒化珪素基板は、色むらが生じ難い。また、反りが抑制されていると共に色むらが生じ難い。
(6-2)本開示の窒化珪素基板は、熱伝導率が高い。
6. Effect of Silicon Nitride Substrate (6-1) The silicon nitride substrate of the present disclosure is less prone to color unevenness. In addition, warpage is suppressed and color unevenness is less likely to occur.
(6-2) The silicon nitride substrate of the present disclosure has high thermal conductivity.

7.窒化珪素基板の評価方法が奏する効果
(7-1)本開示の窒化珪素基板の評価方法は、測定点Pの面積が小さくても、色むらを評価することができる。そのため、例えば、マイクロデバイス等に使用される小さい窒化珪素基板の色むらを評価することができる。
7. Effect of Silicon Nitride Substrate Evaluation Method (7-1) The silicon nitride substrate evaluation method of the present disclosure can evaluate color unevenness even if the area of the measurement point P is small. Therefore, for example, it is possible to evaluate the color unevenness of small silicon nitride substrates used in microdevices and the like.

(7-2)本開示の窒化珪素基板の評価方法では、例えば、スペクトルピークに対し、統計分布関数を用いたフィッティングを行い、フィッティングを行った後のスペクトルピークにおいて半値幅を算出することができる。この場合、半値幅を一層正確に算出することができる。 (7-2) In the method for evaluating a silicon nitride substrate of the present disclosure, for example, fitting using a statistical distribution function is performed on spectral peaks, and the half-value width can be calculated for the spectral peaks after fitting. . In this case, the half width can be calculated more accurately.

8.実施例
(8-1)窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bの製造
前記「2.窒化珪素基板3の製造方法」に記載の方法で窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bを製造した。窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bは、第1面と、第2面とを有していた。窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bの平面形状は、矩形形状であった。窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bの長辺の長さは200mmであり、短辺の長さは140mmであった。窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bの厚さは、0.32mmであった。
8. Example (8-1) Manufacture of Silicon Nitride Substrates 3X, 3Y, 3A and 3B Silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A and 3B were manufactured by the method described in "2. Manufacturing method of silicon nitride substrate 3". Silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B had a first surface and a second surface. The planar shapes of the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B were rectangular. The silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B had a long side length of 200 mm and a short side length of 140 mm. The thickness of the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A and 3B was 0.32 mm.

窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bを製造するとき、希土類酸化物のモル比は1.2mol%であり、マグネシウム化合物のモル比は9.8mol%であった。希土類酸化物のモル比とは、上述したように、M1、M2、及びM3の合計モル数に対するM1のモル比である。マグネシウム化合物のモル比とは、上述したように、M1、M2、及びM3の合計モル数に対するM3のモル比である。
窒化珪素基板3X、3A、3Bを製造するとき、窒化工程S4において、加熱時間の経過とともに順次ステップ状に加熱温度を上昇させる態様で、最高加熱温度まで加熱温度を上昇させた。最高加熱温度は1400℃であった。1270℃から1340℃までの昇温範囲における加熱温度の傾きの平均は、2.99℃/hであった。図14は、窒化珪素基板3Xと同一ロットの、所定の温度領域における成形体の実測温度、炉の実測温度、及び、成形体と炉との温度差を示す。図14における横軸は、加熱温度となる炉の実測温度が1300℃付近に到達した基準時からの経過時間を示す。炉の実測温度が1300℃近傍のとき、炉の実測温度と炉内の成形体の温度との温度差は、20℃以下となっていた。同一ロットで熱処理された窒化珪素基板3Xでも、窒化処理における成形体の急激な昇温が生じず、「熱暴走」は生じていないものと推察される。また、窒化珪素基板3A、3Bは、窒化珪素基板3Xと同じ昇温条件で加熱処理しているため、同様に「熱暴走」は生じていないものと推察される。なお、窒化珪素基板3Aと3Bは、同一ロットで熱処理され試料であり、窒化珪素基板3Xと窒化珪素基板3A、3Bは、別ロットで熱処理された試料である。
When manufacturing the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B, the molar ratio of the rare earth oxide was 1.2 mol % and the molar ratio of the magnesium compound was 9.8 mol %. The molar ratio of the rare earth oxide is the molar ratio of M1 to the total number of moles of M1, M2, and M3, as described above. The molar ratio of the magnesium compound is the molar ratio of M3 to the total number of moles of M1, M2, and M3, as described above.
When manufacturing the silicon nitride substrates 3X, 3A, and 3B, in the nitriding step S4, the heating temperature was raised to the maximum heating temperature in such a manner that the heating temperature was raised stepwise with the lapse of the heating time. The maximum heating temperature was 1400°C. The average heating temperature gradient in the heating range from 1270°C to 1340°C was 2.99°C/h. FIG. 14 shows the measured temperature of the compact in a predetermined temperature range, the measured temperature of the furnace, and the temperature difference between the compact and the furnace in the same lot as the silicon nitride substrate 3X. The horizontal axis in FIG. 14 indicates the elapsed time from the reference time when the measured temperature of the furnace, which is the heating temperature, reaches around 1300.degree. When the measured temperature of the furnace was around 1300° C., the temperature difference between the measured temperature of the furnace and the temperature of the compact in the furnace was 20° C. or less. Even in the silicon nitride substrates 3X heat-treated in the same lot, the temperature of the molded body did not rise sharply during the nitriding treatment, and it is presumed that "thermal runaway" did not occur. Moreover, since the silicon nitride substrates 3A and 3B are heat-treated under the same temperature rising conditions as the silicon nitride substrate 3X, it is presumed that "thermal runaway" does not occur either. The silicon nitride substrates 3A and 3B are heat-treated samples in the same lot, and the silicon nitride substrate 3X and the silicon nitride substrates 3A and 3B are heat-treated samples in different lots.

窒化珪素基板3Yを製造するとき、窒化工程S4において、加熱時間の経過とともに順次ステップ状に加熱温度を上昇させる態様で、最高加熱温度まで加熱温度を上昇させた。最高加熱温度は1400℃であった。1270℃から1340℃までの昇温範囲における加熱温度の傾きの平均は、4.67℃/hであった。図15は、窒化珪素基板3Yと同一ロットの、所定の温度領域における成形体の実測温度、炉の実測温度、及び、成形体と炉との温度差を示す。図15における横軸は、加熱温度となる炉の実測温度が1300℃付近に到達した基準時からの経過時間を示す。炉の実測温度が1300℃近傍のとき、炉の実測温度と炉内の成形体の温度との温度差は20℃を超え、最大で44.9℃となっていた。すなわち、同一ロットで熱処理された窒化珪素基板3Yでも、窒化処理における急激な成形体の昇温が生じて、「熱暴走」が発生することが推察される。 When manufacturing the silicon nitride substrate 3Y, in the nitriding step S4, the heating temperature was raised to the maximum heating temperature in such a manner that the heating temperature was raised stepwise with the lapse of the heating time. The maximum heating temperature was 1400°C. The average heating temperature gradient in the heating range from 1270°C to 1340°C was 4.67°C/h. FIG. 15 shows the measured temperature of the compact in a predetermined temperature range, the measured temperature of the furnace, and the temperature difference between the compact and the furnace in the same lot as the silicon nitride substrate 3Y. The horizontal axis in FIG. 15 indicates the elapsed time from the reference time when the measured temperature of the furnace, which is the heating temperature, reaches around 1300.degree. When the measured temperature of the furnace was around 1300°C, the temperature difference between the measured temperature of the furnace and the temperature of the compact in the furnace exceeded 20°C, reaching a maximum of 44.9°C. That is, even in the silicon nitride substrates 3Y heat-treated in the same lot, it is conjectured that a rapid temperature rise of the molded body occurs in the nitriding process, and "thermal runaway" occurs.

窒化珪素基板3Xの熱伝導率は129W/(m・K)であった。窒化珪素基板3Yの熱伝導率は120W/(m・K)であった。窒化珪素基板3A、3Bの熱伝導率は124.4W/(m・K)であった。
(8-2)色むらの評価
前記「5.窒化珪素基板の評価方法」に記載の方法により、窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bのそれぞれについて、半値幅Caveを算出した。測定面301は、窒化珪素基板3X、3A、3Bの第1面、窒化珪素基板3Yの第1面、及び窒化珪素基板3Yの第2面とした。いずれの測定面301においても、測定点Pは、図7に示す測定点P1~P5とした。
The thermal conductivity of the silicon nitride substrate 3X was 129 W/(m·K). The thermal conductivity of the silicon nitride substrate 3Y was 120 W/(m·K). The thermal conductivity of the silicon nitride substrates 3A, 3B was 124.4 W/(m·K).
(8-2) Evaluation of Color Unevenness The half-value width Cave was calculated for each of the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B according to the method described in “5. Silicon Nitride Substrate Evaluation Method”. The measurement surfaces 301 were the first surfaces of the silicon nitride substrates 3X, 3A, and 3B, the first surface of the silicon nitride substrate 3Y, and the second surface of the silicon nitride substrate 3Y. In any measurement plane 301, measurement points P are measurement points P1 to P5 shown in FIG.

ラマンスペクトルの測定条件は以下のとおりとした。
ラマン測定装置:Nanophoton RAMANforce Standard VIS-NIR-HS
励起波長:532.06nm
励起出力密度:1.76×10W/Cm
NDフィルター:99.23%(240/255)
分光器の中心波長:520.00cm-1
グレーチング:1200gr/mm
スリット幅:50μm
露光時間:1sec
アベレージング:20回
対物レンズ:TU Plan Fluor 5x/ NA 0.15
窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピーク305は、850cm-1以上875cm-1以下の範囲内で最大強度をとるピークとした。スペクトルピーク305にフィッティングを行うときの統計分布関数として、ローレンツ関数を用いた。
The Raman spectrum measurement conditions were as follows.
Raman measurement device: Nanophoton RAMANforce Standard VIS-NIR-HS
Excitation wavelength: 532.06 nm
Excitation power density: 1.76×10 6 W/Cm 2
ND filter: 99.23% (240/255)
Center wavelength of spectrometer: 520.00 cm -1
Grating: 1200gr/mm
Slit width: 50 μm
Exposure time: 1 sec
Averaging: 20 times Objective lens: TU Plan Fluor 5x/ NA 0.15
A spectral peak 305 attributed to lattice vibration of silicon nitride was a peak having the maximum intensity within the range of 850 cm −1 to 875 cm −1 . A Lorentzian function was used as a statistical distribution function when fitting the spectrum peak 305 .

また、測定点P1~P5のそれぞれにおいて、明度L、色度a、色度b、彩度Cを測定した。また、窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bについて、目視観察により、色むらの有無を判断した。明度L、色度a、色度b、彩度Cの測定には、色彩色差計(コニカミノルタ製、商品名:CR-400)を用いた。色彩色差計の光源はキセノンランプであった。測定計は直径8mmであった。照明径は11mmであった。明度L、色度a、色度b、彩度Cの測定方法は、JIS Z 8722に準拠した。明度L、色度a、色度b、彩度Cの測定は、正反射光を含む条件で行った。 In addition, lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , and chroma C * were measured at each of the measurement points P1 to P5. In addition, the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B were visually observed to determine the presence or absence of color unevenness. A color difference meter (manufactured by Konica Minolta, trade name: CR-400) was used to measure lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , and chroma C * . The light source of the colorimeter was a xenon lamp. The gauge had a diameter of 8 mm. The illumination diameter was 11 mm. Lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , and chroma C * were measured according to JIS Z8722. Lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , and chroma C * were measured under conditions including regular reflection light.

ラマンスペクトルを測定してから半値幅Caveを算出するまでの処理と、明度L、色度a、色度b、彩度Cを測定する処理とを併せて評価処理とする。窒化珪素基板3X、3Yについては評価処理を2回行った。窒化珪素基板3A、3Bについては評価処理を1回行った。
スペクトルピーク307の波数A、高さB、半値幅C、面積Dを図9及び図16に示す。なお、「3X-1」は、測定面301が窒化珪素基板3Xの第1面であることを意味する。「3Y-1」は、測定面301が窒化珪素基板3Yの第1面であることを意味する。「3Y-2」は、測定面301が窒化珪素基板3Yの第2面であることを意味する。「3A-1」は、測定面301が窒化珪素基板3Aの第1面であることを意味する。3B-1」は、測定面301が窒化珪素基板3Bの第1面であることを意味する。
The processing from the measurement of the Raman spectrum to the calculation of the half-width Cave and the processing of measuring the lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , and chroma C * are collectively referred to as evaluation processing. The silicon nitride substrates 3X and 3Y were evaluated twice. The silicon nitride substrates 3A and 3B were evaluated once.
The wave number A, height B, half width C, and area D of the spectral peak 307 are shown in FIGS. 9 and 16. FIG. "3X-1" means that the measurement surface 301 is the first surface of the silicon nitride substrate 3X. "3Y-1" means that the measurement surface 301 is the first surface of the silicon nitride substrate 3Y. "3Y-2" means that the measurement surface 301 is the second surface of the silicon nitride substrate 3Y. "3A-1" means that the measurement surface 301 is the first surface of the silicon nitride substrate 3A. 3B-1" means that the measurement surface 301 is the first surface of the silicon nitride substrate 3B.

窒化珪素基板3X、3Yの1回目の評価処理における、各測定点での明度L、色度a、色度b、彩度C、半値幅Cを図10に示す。窒化珪素基板3X、3Yの2回目の評価処理における、各測定点での明度L、色度a、色度b、彩度C、半値幅Cを図11に示す。窒化珪素基板3A、3Bの評価処理における、各測定点での明度L*、色度a*、色度b*、彩度C*、半値幅Cを図17に示す。また、図10、図11、図17には、色むらの有無、及び、測定面ごと算出した各測定値の平均値も示す。 FIG. 10 shows the lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , chroma C * , and half width C at each measurement point in the first evaluation process of the silicon nitride substrates 3X and 3Y. FIG. 11 shows the lightness L * , chromaticity a * , chromaticity b * , chroma C * , and half width C at each measurement point in the second evaluation process for the silicon nitride substrates 3X and 3Y. FIG. 17 shows the lightness L*, chromaticity a*, chromaticity b*, chroma C*, and half width C at each measurement point in the evaluation process of the silicon nitride substrates 3A and 3B. 10, 11, and 17 also show the presence or absence of color unevenness and the average value of each measured value calculated for each measured surface.

図12は、窒化珪素基板3X、3Yの1回目及び2回目の評価処理における平均半値幅Caveと、明度Lとを示す。図13は、窒化珪素基板3X、3Yの1回目及び2回目の評価処理における平均半値幅Caveと、彩度Cとを示す。図12、図13には、平均半値幅Caveを中心とする、半値幅Cの標準偏差の範囲も示す。 FIG. 12 shows the average half width C ave and the lightness L * in the first and second evaluation processes of the silicon nitride substrates 3X and 3Y. FIG. 13 shows the average half width C ave and the chroma C * in the first and second evaluation processes of the silicon nitride substrates 3X and 3Y. 12 and 13 also show the standard deviation range of the half-value width C centered on the average half-value width Cave .

色むらがない窒化珪素基板3X、3A、3Bでの平均半値幅Caveは、5.32cm-1より小さかった。色むらがある窒化珪素基板3Yでの平均半値幅Caveは、5.32cm-1より大きかった。よって、色むらの有無と、平均半値幅Caveとは相関があった。この評価結果により、平均半値幅Caveに基づき色むらを評価できることが確認できた。また、平均半値幅Caveが小さい窒化珪素基板では色むらが生じ難いことが確認できた。なお、窒化珪素基板3Yの色むらは、目視にて基板の4辺のうち1辺において僅かな色むらがある程度であった。 The average half width C ave of silicon nitride substrates 3X, 3A, and 3B with no color unevenness was smaller than 5.32 cm −1 . The average half-value width C ave of the silicon nitride substrate 3Y with uneven color was greater than 5.32 cm −1 . Therefore, there was a correlation between the presence or absence of color unevenness and the average half width Cave . From this evaluation result, it was confirmed that color unevenness can be evaluated based on the average half width C ave . Further, it was confirmed that the silicon nitride substrate having a small average half-value width Cave hardly causes color unevenness. As for the color unevenness of the silicon nitride substrate 3Y, only slight color unevenness was observed on one of the four sides of the substrate by visual observation.

(8-3)反りの評価
窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bのそれぞれについて、第1面側と第2面側から反りの測定を行った。反りの測定は、ソフトワークス株式会社製の反り測定装置を用いて行った。本反り測定装置は、板物状の被測定物にラインレーザー3本を配置して高解像度カメラで撮像し、被測定物の反り量を測定するものである。本反り測定装置では、被測定物の上面の最小二乗平面を算出(規定)した。そして、算出された最小二乗平面から被測定物の上面における最高点までの距離の絶対値と、被測定物の上面における最低点までの距離の絶対値との合計を反り量として算出した。当該算出方法は、SORI(SEMI M1,ASTM F 1451)の規格に基づくものである。
(1)第1面側からの反りの測定結果
窒化珪素基板3Xの反り量は、0.779mm、窒化珪素基板3Yの反り量は、0.999mm、窒化珪素基板3Aの反り量は、0.840mm、窒化珪素基板3Bの反り量は、0.751mmだった。
(2)第2面側からの反りの測定結果
窒化珪素基板3Xの反り量は、0.653mm、窒化珪素基板3Yの反り量は、0.879mm、窒化珪素基板3Aの反り量は、0.679mm、窒化珪素基板3Bの反り量は、0.581mmだった。
(3)考察
各窒化珪素基板3X、3Y、3A、3Bの反り量は、合格基準である「1mm以下」を全て満たしているが、平均半値幅Caveが5.32cm-1より小さい窒化珪素基板3X、3A、3Bにおいては、反り量がさらに0.840mm以下と低く抑えられていることが判った。
(8-3) Evaluation of Warpage For each of the silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B, warpage was measured from the first surface side and the second surface side. The warp was measured using a warp measuring device manufactured by Softworks Co., Ltd. This warpage measuring apparatus measures the amount of warpage of a plate-shaped object to be measured by arranging three line lasers and taking an image with a high-resolution camera. In this warpage measuring apparatus, the least squares plane of the upper surface of the object to be measured is calculated (prescribed). Then, the sum of the absolute value of the distance from the calculated least-squares plane to the highest point on the upper surface of the object to be measured and the absolute value of the absolute value of the distance to the lowest point on the upper surface of the object to be measured was calculated as the amount of warpage. The calculation method is based on the SORI (SEMI M1, ASTM F 1451) standard.
(1) Measurement Results of Warp from First Surface Side The amount of warp of the silicon nitride substrate 3X is 0.779 mm, the amount of warp of the silicon nitride substrate 3Y is 0.999 mm, and the amount of warp of the silicon nitride substrate 3A is 0.779 mm. 840 mm, and the amount of warpage of the silicon nitride substrate 3B was 0.751 mm.
(2) Measurement Results of Warp from Second Surface Side The warp amount of the silicon nitride substrate 3X is 0.653 mm, the warp amount of the silicon nitride substrate 3Y is 0.879 mm, and the warp amount of the silicon nitride substrate 3A is 0.653 mm. 679 mm, and the amount of warpage of the silicon nitride substrate 3B was 0.581 mm.
(3) Consideration The silicon nitride substrates 3X, 3Y, 3A, and 3B all meet the acceptance criteria of "1 mm or less" in terms of the amount of warpage, but the silicon nitride substrates have an average half-width Cave of less than 5.32 cm −1 . In the substrates 3X, 3A, and 3B, it was found that the amount of warp was further suppressed to 0.840 mm or less.

9.他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
9. Other Embodiments Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

(1)本開示の窒化珪素基板の評価方法では、例えば、スペクトルピークに対し、統計分布関数を用いたフィッティングを行わなくてもよい。この場合、フィッティングを行っていないスペクトルピークの半値幅Cを測定することができる。 (1) In the method for evaluating a silicon nitride substrate of the present disclosure, for example, fitting using a statistical distribution function may not be performed on spectral peaks. In this case, it is possible to measure the half width C of the spectral peak without fitting.

(2)窒化珪素基板3を用いて、パワーモジュール1以外のパワーモジュールを製造してもよい。
(3)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。
(2) A power module other than the power module 1 may be manufactured using the silicon nitride substrate 3 .
(3) A plurality of functions possessed by one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or a function possessed by one component may be realized by a plurality of components. . Also, a plurality of functions possessed by a plurality of components may be realized by a single component, or a function realized by a plurality of components may be realized by a single component. Also, part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Moreover, at least part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with respect to the configuration of the other above embodiment.

(4)上述した評価システム201の他、当該評価システム201を構成要素とするさらに上位のシステム、評価装置205としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、窒化珪素基板の品質管理方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。 (4) In addition to the evaluation system 201 described above, a non-transitional entity such as a higher-level system having the evaluation system 201 as a component, a program for making a computer function as the evaluation device 205, a semiconductor memory storing this program, etc. The present disclosure can also be realized in various forms such as a recording medium, a quality control method for a silicon nitride substrate, and the like.

1…パワーモジュール、2…窒化珪素回路基板、3…窒化珪素基板、5…金属回路、7…金属放熱板、9、11…ろう材層、13…半導体チップ、15…ヒートシンク、100A…成形体、105…金属板、107…金属放熱板、200…セッタ、201…評価システム、203…ラマン測定装置、205…評価装置、206…レーザ光、207…データ取得部、208…ラマン散乱光、209…データ処理部、300…重石、301…測定面、305、307…スペクトルピーク、401、404…長辺、402、403…短辺 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Power module, 2... Silicon nitride circuit board, 3... Silicon nitride board, 5... Metal circuit, 7... Metal radiator plate, 9, 11... Brazing material layer, 13... Semiconductor chip, 15... Heat sink, 100A... Molded body , 105... Metal plate, 107... Metal radiator plate, 200... Setter, 201... Evaluation system, 203... Raman measuring device, 205... Evaluation device, 206... Laser beam, 207... Data acquisition unit, 208... Raman scattered light, 209 ... data processing unit 300 ... weight 301 ... measurement surface 305, 307 ... spectrum peaks 401, 404 ... long side 402, 403 ... short side

Claims (8)

第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを有する窒化珪素基板であって、
前記第1面と前記第2面とのうちの一方の面である測定面において以下の測定方法で測定された平均半値幅Caveの値が0cm-1より大きく5.32cm-1より小さい窒化珪素基板。
平均半値幅Caveの測定方法:前記測定面の中央部1点と縁部4点とを測定点とする。
前記測定点のそれぞれでラマンスペクトルを測定する。測定したそれぞれの前記ラマンスペクトルにおいて、850cm-1以上875cm-1以下の範囲内で最大強度をとるスペクトルピークの半値幅Cを算出する。算出した前記半値幅Cの平均値を平均半値幅Caveとする。
A silicon nitride substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
Nitriding with an average half width C ave value of more than 0 cm −1 and less than 5.32 cm −1 measured by the following measurement method on a measurement surface that is one of the first surface and the second surface Silicon substrate.
Method of measuring the average half-value width C ave : Measurement points are one point at the center and four points at the edges of the measurement surface.
A Raman spectrum is measured at each of the measurement points. In each of the measured Raman spectra, the half width C of the spectral peak having the maximum intensity within the range of 850 cm −1 to 875 cm −1 is calculated. An average value of the calculated half-value width C is defined as an average half-value width C ave .
請求項1に記載の窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の平面形状は矩形形状であり、
前記窒化珪素基板のそれぞれの辺の長さは100mm以上である窒化珪素基板。
The silicon nitride substrate according to claim 1,
The planar shape of the silicon nitride substrate is a rectangular shape,
A silicon nitride substrate, wherein each side of the silicon nitride substrate has a length of 100 mm or more.
請求項1又は2に記載の窒化珪素基板であって、
熱伝導率が110W/(m・K)以上である窒化珪素基板。
The silicon nitride substrate according to claim 1 or 2,
A silicon nitride substrate having a thermal conductivity of 110 W/(m·K) or more.
窒化珪素基板の色むらを評価する窒化珪素基板の評価方法であって、
前記窒化珪素基板上の測定点でラマンスペクトルを測定し、
前記ラマンスペクトルに含まれる、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピークの半値幅を測定し、
前記半値幅に基づき、前記窒化珪素基板の色むらを評価する、
窒化珪素基板の評価方法。
A silicon nitride substrate evaluation method for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate, comprising:
Measure a Raman spectrum at a measurement point on the silicon nitride substrate,
Measure the half width of the spectral peak attributed to the lattice vibration of silicon nitride contained in the Raman spectrum,
Evaluating color unevenness of the silicon nitride substrate based on the half-value width;
Evaluation method of silicon nitride substrate.
請求項4に記載の窒化珪素基板の評価方法であって、
前記スペクトルピークは、850cm-1以上875cm-1以下の範囲内で最大強度をとるピークである、
窒化珪素基板の評価方法。
A method for evaluating a silicon nitride substrate according to claim 4,
The spectral peak is a peak with maximum intensity within the range of 850 cm -1 or more and 875 cm -1 or less,
Evaluation method of silicon nitride substrate.
請求項4又は5に記載の窒化珪素基板の評価方法であって、
前記スペクトルピークに対し、統計分布関数を用いたフィッティングを行い、
前記フィッティングを行った後の前記スペクトルピークにおいて前記半値幅を算出する、
窒化珪素基板の評価方法。
A method for evaluating a silicon nitride substrate according to claim 4 or 5,
Fitting using a statistical distribution function is performed on the spectral peak,
calculating the half width at the spectral peak after performing the fitting;
Evaluation method of silicon nitride substrate.
窒化珪素基板の色むらを評価する評価装置であって、
前記窒化珪素基板上の測定点で測定されたラマンスペクトルを取得するように構成されたデータ取得部と、
前記データ取得部が取得した前記ラマンスペクトルに含まれる、窒化珪素の格子振動に帰属されるスペクトルピークの半値幅を測定するように構成された半値幅測定部と、
を備える評価装置。
An evaluation device for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate,
a data acquisition unit configured to acquire a Raman spectrum measured at a measurement point on the silicon nitride substrate;
a half-value width measuring unit configured to measure a half-value width of a spectral peak attributed to lattice vibration of silicon nitride included in the Raman spectrum acquired by the data acquiring unit;
An evaluation device comprising:
窒化珪素基板の色むらを評価する評価システムであって、
前記窒化珪素基板上の測定点でラマンスペクトルを測定するラマン測定装置と、請求項7に記載の評価装置とを備える窒化珪素基板の評価システム。
An evaluation system for evaluating color unevenness of a silicon nitride substrate,
A silicon nitride substrate evaluation system comprising: a Raman measuring device for measuring a Raman spectrum at a measurement point on said silicon nitride substrate; and the evaluation device according to claim 7 .
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