JP3002642B2 - 窒化珪素粉末、窒化珪素焼結体及びそれを用いた回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、機械装置、回
路基板等の幅広い分野で使用できる高強度、高靱性の窒
化珪素焼結体と前記窒化珪素焼結体を容易に得ることが
できる窒化珪素粉末、更に前記窒化珪素焼結体を用いた
回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化珪素セラミックスは、常温及び高温
で化学的に安定な材料であり、高い機械的特性を有する
ので、自動車用エンジン部品、ガスタービン等の高温構
造材料として注目されているが、窒化珪素は難焼結性の
物質でありＹ₂Ｏ₃等の酸化物を焼結助剤として添加し焼
結して緻密化させた焼結体の形態で用いられている。

【０００３】窒化珪素焼結体を製造するための原料窒化
珪素粉末としては、焼結性並びに得られる焼結体の機械
的特性を考慮して、微細でα型の窒化珪素を主成分とす
る粉末が一般的に用いられている。然るに、α型の窒化
珪素は、焼結時にβ型の窒化珪素に相転移して柱状粒子
が発達した組織となることより、得られる焼結体の強
度、靱性等の機械的特性が向上するとが知られているか
らである。

【０００４】α型の窒化珪素粉末を用いて焼結体を製造
する場合、焼結時の相転移により柱状粒子が発達した組
織となる反面、焼結時の相転移の制御が難しい問題があ
る。このため、特開昭６２−２９７２６９号公報には、
原料粉末にβ型の粉末を添加する窒化珪素焼結体の製造
方法が開示されている。 しかしながら、上述のα型の
原料粉末を用いる製造方法においては、焼結時の相転移
に伴う柱状粒子の成長を制御することが難しく、柱状粒
子の粗大化等を招き、得られる焼結体の組織の再現性が
低く、その結果、強度等の機械的特性がばらついてしま
うという課題があった。

【０００５】また、α型の原料粉末を用いて、焼結助剤
量や焼成条件等を厳密に調整して焼結体を製造する場
合、ある程度機械的特性のばらつき等は抑えることがで
きる。しかし、この場合、原料粉末の粉体特性から調
合、成形、焼成に至るまでの各工程の管理が非常に煩雑
となり、得られる焼結体が高価になるという課題があ
る。

【０００６】一方、β型を主成分とする窒化珪素粉末と
しては、耐火物用の粉末が知られている。前記耐火物用
の粉末は、粒度が粗く、α型の窒化珪素の含有量が低い
ため、このβ型の原料粉末を用いる場合、焼結体組織の
制御は行い易いという利点がある。そして、従来のα型
窒化珪素粉末に比べて、安価に入手し易いという理由か
ら、粉末の粒度を調整して高温焼成することにより、焼
結体組織を制御して機械的特性の優れた焼結体を得るこ
とが試みられている（特開平２−２５５５７３号公報参
照）。

【０００７】しかし、この製造方法で得られる焼結体は
４点曲げ強度が５００〜７００ＭＰａ、破壊靱性値が５
〜７ＭＰａ・ｍ^1/2程度のもので実用上十分なものでは
ない。即ち、このβ型の窒化珪素を原料粉末に用いる場
合、焼結体組織の制御は行い易いが、通常の焼結法では
柱状粒子が発達した組織が得られないので、機械的特性
のばらつきいが小さいものの十分な強度、破壊靱性が得
られないという課題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、強
度、靱性等の優れた窒化珪素焼結体を得ること、そして
特殊な焼結法を要せずに前記窒化珪素焼結体を製造し得
る窒化珪素粉末を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、強度、破壊靱性値がともに高く、高熱伝導
で半導体等の電子部品の放熱性に優れる回路基板を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、原料粉末の粉体特性と窒化珪素の焼結機
構に着目し鋭意検討した結果、原料粉末中のβ型の窒化
珪素粒子の粒度を調整することにより、上記目的が達成
できることを見出し、本発明を完成するに至ったもので
ある。

【００１０】すなわち、本発明は、α率が７０〜９８重
量％の窒化珪素粉末であって、粒子径０．６μｍ以下の
β型窒化珪素粒子が該窒化珪素粉末中に２〜１５重量％
含有され、しかも該窒化珪素粉末中に含まれるβ型窒化
珪素粒子全量に対し４０重量％以上含有されていること
を特徴とする窒化珪素粉末であり、更に、粒子径１．０
〜３．０μｍのβ型窒化珪素粒子が全窒化珪素粉末中に
２〜５重量％含有されることを特徴とする前記の窒化珪
素粉末である。

【００１１】又、本発明は、焼結体の切断面の観察にお
いて中心部と周辺部が識別できる窒化珪素粒子を含有す
る窒化珪素焼結体であって、前記中心部の短軸径が０．
５μｍ以下の窒化珪素粒子を前記中心部と周辺部が識別
できる窒化珪素粒子全体の８０個数％以上含有すること
を特徴とする窒化珪素焼結体であり、焼結体の切断面の
観察において中心部と周辺部が識別できる窒化珪素粒子
を含有する窒化珪素焼結体であって、前記中心部の短軸
径が０．５μｍ以下の窒化珪素粒子を前記中心部と周辺
部が識別できる窒化珪素粒子全体の７０〜９５個数％含
有し、しかも短軸径が１．０μｍ以上の窒化珪素粒子を
前記中心部と周辺部が識別できる窒化珪素粒子全体の５
〜３０個数％含有することを特徴とする窒化珪素焼結体
である。

【００１２】更に、本発明は、窒化珪素粒子の平均短軸
径が１μｍ以下で、平均アスペクト比が３以上であるこ
とを特徴とし、４点曲げ強度が１０００ＭＰａ以上、破
壊靱性値が８ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることを特徴と
し、或いは、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）以上であるこ
とを特徴とする前記窒化珪素焼結体である。加えて、本
発明は、前記窒化珪素焼結体を用いたことを特徴とする
回路基板である。

【００１３】

【発明の実施の形態】窒化珪素は共有結合性の強い物質
であり、優れた高温特性を有する反面、焼結の難しい物
質である。このため、窒化珪素焼結体は、一般的には、
主に酸化物からなる焼結助剤を添加し、焼結して得られ
ている。その焼結機構は、焼結温度の上昇とともに、窒
化珪素粉末の表面に存在するＳｉＯ₂と焼結助剤とが溶
解・反応して液相を生成し、窒化珪素粒子の再配列が起
こり、更に窒化珪素粒子が液相に溶解し、高温で安定な
結晶相のβ型窒化珪素として析出することにより進行す
ることが知られている。一方、窒化珪素には、非晶質の
窒化珪素の他に、低温で安定なα型と高温で安定なβ型
との２種類の結晶形が知られている。これらの窒化珪素
の結晶相は、焼結機構の上で異なった挙動を示す。即
ち、高温で安定なβ型窒化珪素粒子は、非晶質窒化珪
素、α型窒化珪素よりも焼結時に形成される液相に溶解
し難く、焼結性が乏しい。

【００１４】又、焼結時に窒化珪素粒子の粒成長が同時
に生じるが、この粒成長現象も液相に対する窒化珪素粒
子の溶解・析出によって進むので、非晶質窒化珪素、α
型窒化珪素、β型窒化珪素で異なった挙動を示す。特
に、β型窒化珪素粒子は、液相に溶解した窒化珪素が析
出する際に、焼結時の液相に溶解せずに残っているβ型
窒化珪素粒子が結晶成長の核として働き、その近傍に析
出・成長する現象を生じるので、得られる焼結体の微構
造を制御する上で大きな役割を果たす。

【００１５】更に、焼結初期には、上述したとおり非晶
質、α型からβ型への相転移が起こるが、相転移が完了
した後の粒成長は、焼結して得られた窒化珪素粒子の粒
径により溶解度が決まる。このため、その後の粒成長
は、相転移が完了した時点でのβ型窒化珪素粒子の粒子
径分布に支配される。つまり、窒化珪素焼結体の組織を
制御するには、この相転移完了時のβ型窒化珪素粒子の
粒子径分布を調整することが重要である。

【００１６】以上説明したとおり、窒化珪素の焼結機構
において、非晶質窒化珪素及びα型窒化珪素は焼結時に
液相に溶解してβ型窒化珪素粒子の近傍に析出するた
め、相転移が完了した時点での窒化珪素粒子の粒子径分
布は、結晶成長の核となるβ型窒化珪素粒子の粒子径分
布に大きく依存する。このことから、本発明者らは、α
型窒化珪素粒子が原料粉末中に多く含まれる場合におい
て、前記原料中に含まれるβ型窒化珪素粒子の粒度分
布、並びにその存在量を調整することにより得られる窒
化珪素焼結体の組織を制御できるとの考えに立ち、本発
明に至ったものであります。

【００１７】本発明の窒化珪素粉末は、α率が７０〜９
８重量％の窒化珪素粉末である。窒化珪素粉末のα率が
７０重量％未満の場合、焼結時に結晶成長の核となるβ
型窒化珪素粒子が多く存在するので、焼結後の組織は制
御できるものの、β型柱状粒子が十分に発達した組織が
得られず、その結果、得られる焼結体の強度、靱性等の
機械的特性が十分なものでなくなってしまう。一方、α
率が９８重量％を越えると、原料粉末中に含まれるβ型
窒化珪素粒子の量が少なくなり過ぎて、得られる焼結体
の組織を制御できなくなる。

【００１８】本発明におけるα率は、粉末Ｘ線回折法に
おける回折ピークの強度比から次式によって求めること
ができる。 α率（重量％）＝｛（Ｉα₁₀₂＋Ｉα₂₀₁）／（Ｉα₁₀₂
＋Ｉα₂₀₁＋Ｉβ₁₀₁＋Ｉβ₂₁₀）｝×１００ Ｉα₁₀₂：α型窒化珪素の（１０２）面の回折ピーク強
度 Ｉα₂₀₁：α型窒化珪素の（２０１）面の回折ピーク強
度 Ｉβ₁₀₁：β型窒化珪素の（１０１）面の回折ピーク強
度 Ｉβ₂₁₀：β型窒化珪素の（２１０）面の回折ピーク強
度

【００１９】上述したとおり、窒化珪素焼結体の組織を
制御する場合、結晶成長の核となるβ型窒化珪素粒子の
大きさ及び数を調整することが重要である。特に、サブ
ミクロンの微細なβ型窒化珪素粒子は数が多く、焼結体
の組織を制御する上で非常に重要な役割を果たしてい
る。本発明の窒化珪素粉末においては、粒子径０．６μ
ｍ以下のβ型窒化珪素粒子の含有量が全窒化珪素粉末の
２〜１５重量％であり、しかも窒化珪素粉末中に含まれ
るβ型窒化珪素粉末中に４０重量％以上含有されてい
る。粒子径０．６μｍ以下β型窒化珪素粒子の含有量が
窒化珪素粉末中に２重量％未満しか含まれない場合は、
結晶成長時の核の数が少なくなり、均一な組織の焼結体
が得られず、その結果、強度等の機械的特性が低下す
る。一方、１５重量％を越えると、結晶成長時の核の数
が多くなりすぎて、得られる焼結体の組織は均一になる
が、β型柱状粒子が十分に発達した組織が得られず、機
械的特性が低下してしまう。また、粒子径０．６μｍ以
下β型窒化珪素粒子の原料粉末中のβ型窒化珪素粒子全
体量に４０重量％未満しか含まれない場合、結晶成長時
の核となるβ型窒化珪素として比較的大きな核の量が多
くなり、その結果、前記の条件が満たされていても、得
られる焼結体の組織が粗大及び不均一なものとなってし
まい、十分な機械的特性が得られなくなる。

【００２０】次に、窒化珪素焼結体の破壊に関して、亀
裂は主に粒界を進むが、一般にウイスカー強化セラミッ
クスでは、亀裂架橋や亀裂偏向の機構により破壊靱性が
向上することが、又、亀裂架橋では、粒子径が、亀裂偏
向では粒子形状が大きく影響することが知られている。
窒化珪素焼結体では、異常粒成長した粗大柱状粒子と微
細な柱状粒子を含有する複合組織が焼結時に発現し、自
己複合組織と呼ばれているが、この様な自己複合組織を
積極的にとりいれることにより破壊靱性を向上すること
ができる。

【００２１】すなわち、本発明の窒化珪素粉末における
第２の発明は、粒子径０．６μｍ以下の微細なβ型窒化
珪素粒子に加えて粒子径１．０〜３．０μｍの比較的粗
いβ型窒化珪素粒子をそれぞれ所定量含有することを特
徴とする。この場合、窒化珪素粉末中の粒子径０．６μ
ｍ以下のβ型窒化珪素粒子の含有量は、上述した理由に
より、全窒化珪素粉末の２〜１５重量％であり、β型窒
化珪素粉末中の４０重量％以上である。粒子径１．０〜
３．０μｍのβ型窒化珪素粒子の含有量は、全窒化珪素
粉末の２〜５重量％である。前記したように、α型窒化
珪素粉末が主体となる窒化珪素粉末においては、原料粉
末中のβ型窒化珪素粒子は、焼結時の粒成長の核となる
が、粒子径１．０〜３．０μｍの比較的大きなβ型窒化
珪素粒子は、周囲のα型及びβ型窒化珪素粒子に比べ液
相に対する溶解度が特に小さく、且つ粒径差が大きいた
め、粒成長の駆動力が大きく、その結果、粗大柱状粒子
に異常粒成長するという特徴を有する。

【００２２】β型窒化珪素粒子の粒子径が１．０μｍ以
下では、周囲のα型及びβ型窒化珪素粒子との粒径差が
不足し、十分に粒成長した粗大柱状粒子が得られない
し、粒子径３．０μｍ以上では、周囲のα型及びβ型窒
化珪素粒子との粒径差が大きすぎ、焼結時に極端に異常
粒成長し、その結果、焼結体の強度特性を低下させてし
まう。また、粒子径１．０〜３．０μｍのβ型窒化珪素
粒子の含有量が２重量％以下では、粗大柱状粒子に粒成
長する核の数が不足し、焼結体の破壊靱性の向上が不十
分となる。一方、含有量が５重量％以上では、核の数が
多くなりすぎて、焼結体の組織が粗大化し、強度特性が
低下してしまう。

【００２３】本発明の窒化珪素粉末の酸素量は、３．０
重量％以下であるのが好ましい。３．０重量％を越える
と、焼結時に焼結助剤と反応するＳｉＯ₂量が多くなり
すぎ、その結果、粒界相の組成が変化し、更にその量が
増加して高温特性や破壊靱性等の機械的特性が低下して
しまう。また、本発明の窒化珪素粉末の比表面積は、５
〜２０ｍ²／ｇであることが好ましい。比表面積が５ｍ²
／ｇ未満では、緻密化不足が生じ、十分な機械的特性が
得られない為である。一方、２０ｍ²／ｇを超えると、
粉末が嵩高になり過ぎて成形性に問題が生じるし、粉末
が高価になると言う問題もある。更に、本発明の窒化珪
素粉末の粒度分布に関しては、累積体積９０％径が１０
μｍ以下であることが好ましい。累積体積９０％径が１
０μｍを越えると、窒化珪素粉末中の粗大粒子量が増加
し、これらの粗大粒子は焼結体中に欠陥を生成し、機械
的特性を下げる原因となる。また、粗大粒子量が増える
と、必然的にその中に含まれる粗大なβ型窒化珪素粒子
も増え、焼結時の結晶成長の核の大きさが大きくなっ
て、焼結体に異常粒成長した粗大柱状粒子が含まれるよ
うになり、その結果、強度等の機械的特性が低下してし
まう。

【００２４】また、本発明の窒化珪素粉末については、
固体ＮＭＲで測定した非晶質成分量が２０重量％以下で
あることが好ましい。非晶質窒化珪素粒子は、焼結助剤
が存在する条件下では、α型窒化珪素粒子より液相に溶
解してβ型窒化珪素になり易い。本発明の窒化珪素粉末
の特徴は、粉末中に含まれるβ型窒化珪素粒子の粒度を
調整した点にあり、焼結時にβ型窒化珪素になり易い非
晶質窒化珪素量が２０重量％を越えて含まれると、結晶
成長時の核の粒度分布を十分に調整することができず、
その結果、得られる焼結体の組織がばらつき、強度等の
機械的特性のばらつきを引き起こしてしまうからであ
る。

【００２５】本発明の窒化珪素粉末の製造方法として
は、例えば、粒度２９５μｍ以下で純度９８重量％以上
の金属珪素粉末５０重量％以上と、α率３０重量％以下
で粒度が２９５μｍ以下の窒化珪素粉末５０重量％以下
の混合粉末を嵩密度１．５ｇ／ｃｍ³以下の成形体と
し、温度１２００℃以上に保持しながら窒素及び／又は
アンモニア雰囲気中で窒化してα率が７５重量％以上の
インゴットとα率が２０重量％以下のインゴットとを製
造した後、それらを個々に粉砕及び／又は分級して混合
することによりより製造できる。

【００２６】また、酸素量が０．５重量％以上、Ｆｅ、
Ｃａ及びＡｌの含有量の合計が０．０１重量％以上で比
表面積が３ｍ²／ｇ以上である窒化珪素粉末を窒素又は
不活性ガス雰囲気中、温度１７００℃以上で１時間以上
の高温処理を行いα率を２０重量％以下とし、それを粉
砕及び／又は分級した後、α率が７５重量％以上の窒化
珪素粉末に混合することによっても製造できる。

【００２７】更に、シリコンジイミド等の窒化珪素の前
駆体及びアモルファス窒化珪素粉末に希土類酸化物、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ等の焼結助剤の中から選ばれた
少なくとも１種以上を０．５重量％以上及び比表面積が
３ｍ²／ｇ以上の窒化珪素粉末を１０重量％以下添加
し、窒素及び／又はアンモニアを含む雰囲気中、温度１
４００℃以上に加熱処理してα率が２０％以下の窒化珪
素粉末を合成し、α率が７５％以上の窒化珪素粉末に混
合することによっても製造できる。

【００２８】次に、本発明の窒化珪素焼結体は、焼結体
の切断面の観察において中心部と周辺部が識別できる窒
化珪素粒子を含むものである。焼結体中のβ型窒化珪素
粒子は、三次元にランダムに配向しており、β型窒化珪
素粒子中に結晶成長の核となるβ型窒化珪素粒子が存在
していても、切断面において、この核粒子が必ずしも観
察されるとは限らない。本発明の窒化珪素焼結体は、結
晶成長の核となったβ型窒化珪素粒子が含まれることが
特徴であり、焼結体の切断面の観察において中心部と周
辺部が識別できる窒化珪素粒子を含むものである。

【００２９】窒化珪素焼結体の切断面の観察法として
は、まず、窒化珪素焼結体をダイヤモンドソー等で切断
後、ダイヤモンド砥粒で鏡面研磨して、酸素を約８％含
有するＣＦ₄ガス中で高周波プラズマによるエッチング
を行い、得られた試料の窒化珪素粒子を走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）等で観察する。このエッチング法の場合、
窒化珪素が除去され、粒界相が残ることにより窒化珪素
粒子の識別ができ、窒化珪素粒子が単結晶であれば、そ
の粒子は均一にエッチングされる。しかし、焼結時に結
晶成長の核となるβ型窒化珪素粒子が存在する場合、核
となるβ型窒化珪素粒子とその周辺に析出・成長したβ
型窒化珪素の境界部には、微量の助剤原子が残留した
り、欠陥が生成したりするので、エッチング速度に微妙
な違いが発生し、中心部と周辺部が識別できるようにな
る。

【００３０】本発明の窒化珪素焼結体は、均一微細組織
及び複合組織を有するものである。即ち、本発明の窒化
珪素焼結体における第１の発明は、微細均一組織を呈す
る焼結体であり、上述した中心部と周辺部が識別できる
窒化珪素粒子を有し、中心部の短軸径が０．５μｍ以下
である窒化珪素粒子を８０個数％以上の割合で含有して
いる。上述したように、窒化珪素の粒成長は、α型（或
いは非晶質、β型をも含む）の窒化珪素粒子が焼結助剤
と窒化珪素粉末の表面にあるＳｉＯ₂からなる液相に溶
解・析出することによって進行する。このため、粒成長
の主たる駆動力は窒化珪素粒子の液相に対する溶解速度
の違い、つまり、粒径差が主たる駆動力となっていて、
粗大な核粒子の方が微細な核粒子より粒成長速度が大き
い。このために、得られた焼結体において、微細な核粒
子が多数存在する場合、溶解・析出により成長したβ型
窒化珪素粒子が微細となる相関性を有する。本発明者ら
は、この考え方に立ち、本発明に至ったもので、中心部
と周辺部が識別できる窒化珪素粒子に関して、中心部の
短軸径が０．５μｍ以下の微細な核粒子を多く含む焼結
体は、微細且つ均一な組織となり、強度等の機械的特性
に優れるということを実験的に見いだしたものでありま
す。

【００３１】中心部の短軸径が０．５μｍを越える窒化
珪素粒子は、中心部の短軸径が０．５μｍ以下の窒化珪
素粒子より粒成長速度が速く粗大化したもので、中心部
の短軸径が０．５μｍを越える窒化珪素粒子を多数含有
する焼結体は、その組織が粗大で不均一となり、機械的
特性が低下してしまう。また、中心部の短軸径が０．５
μｍ以下の窒化珪素粒子の割合が８０個数％未満の場合
でも、焼結時の結晶成長における微細な核の数が不足し
ているためか、得られる焼結体の組織が十分に微細で均
一なものにならず、その結果、強度等の機械的特性が低
下してしまう。

【００３２】次に、本発明の窒化珪素焼結体における第
２の発明は、複合組織を呈する焼結体であり、まず、上
述した中心部と周辺部が識別できる窒化珪素粒子に関し
て、中心部の短軸径が０．５μｍ以下である窒化珪素粒
子を７０〜９５個数％含有することを特徴とする。中心
部の短軸径が０．５μｍ以下の窒化珪素粒子を含んだ焼
結体は、前述したように、微細且つ均一なマトリックス
組織を有していて、強度等の機械的特性が向上してい
る。又、中心部の短軸径が０．５μｍ以下である窒化珪
素粒子の含有量が７０個数％未満では、マトリックス組
織の量が少ないためか、強度特性が低下した焼結体しか
得られない。一方、９５個数％を越えると、粒成長した
の粗大柱状粒子の量が不足しているためか、十分に靱性
が良好な焼結体でない。

【００３３】次に、本発明の窒化珪素焼結体は、前記中
心部と周辺部が識別できる窒化珪素粒子に関して、中心
部の短軸径が１．０μｍ以上である窒化珪素粒子の割合
が５〜３０個数％である。中心部の短軸径が１．０μｍ
以上の窒化珪素粒子（以下粗大柱状粒子という）は、窒
化珪素焼結体の破壊靱性の向上に大きく寄与する。つま
り、窒化珪素焼結体の破壊において、粗大柱状粒子は亀
裂架橋により破壊靱性を向上させるからである。この場
合、靱性向上には、粗大柱状粒子の粒子径が大きい程、
また、粗大柱状粒子の含有量が多い程効果が大きい。中
心部の短軸径が１．０μｍ未満では、粗大柱状粒子の粒
子径が小さく、亀裂架橋機構による十分な破壊靱性の向
上が得られない。尚、粗大柱状粒子の大きさに関して
は、本発明者らの実験的検討によれば、その最大値は５
μｍ程度のものである。

【００３４】また、上述した中心部と周辺部が識別でき
る窒化珪素粒子における粗大柱状粒子の割合が、５個数
％未満の場合、粗大柱状粒子の含有量が少なく、十分な
破壊靱性の向上が得られない。一方、粗大柱状粒子の含
有量が３０個数％以上では、粗大柱状粒子の量が多くな
りすぎ、その結果、強度等の機械的特性が低下してしま
う。

【００３５】更に、本発明では、複合組織を呈する窒化
珪素焼結体であり、具体的には、中心部と周辺部が識別
できる窒化珪素粒子に関して、中心部の短軸径が０．５
μｍ以下である窒化珪素粒子の平均短軸径（Ｄs）及び
面積含有量（Ｆs）と中心部の短軸径が１．０μｍ以上
である窒化珪素粒子の平均短軸径（Ｄl）及び面積含有
量（Ｆl）に関しては、Ｄl／Ｄsが３以上、Ｆl／Ｆsが
０．５以上であることが好ましい。Ｄl／Ｄsが３未満で
は、マトリックス粒子と粗大柱状粒子の粒径差が小さす
ぎ、その結果、亀裂架橋機構による十分な破壊靱性の向
上が得られない。一方、Ｆl／Ｆsが０．５未満では、粗
大柱状粒子の量が不足し、同様に十分な破壊靱性の向上
が得られない。尚、Ｄl／Ｄsが１０を越えると粗大柱状
粒子が大きくなるすぎて、それ自身が欠陥となり焼結体
の強度が低下することがあるので、Ｄl／Ｄsは１０以下
であることが好ましいし、また、Ｆl／Ｆsが０．７を越
えると粗大柱状粒子の存在量が多くなり、焼結体の組織
全体が粗大化し、やはり焼結体の強度が低下することが
あるので、Ｆl／Ｆsが０．７以下であることが好まし
い。

【００３６】本発明の窒化珪素焼結体は、柱状粒子が複
雑に絡みあった組織を呈しており、このような組織がゆ
えに、強度や破壊靱性等の機械的特性が優れている。こ
の場合、機械的特性には、窒化珪素粒子のサイズ及び形
状が大きく寄与している。微細で異方性の大きい、言い
換えれば長軸径の短軸径に対する比（以下アスペクト比
という）が大きいほど、強度、破壊靱性等の機械的特性
が高い。本発明の窒化珪素焼結体は、窒化珪素粒子の平
均短軸径が１μｍ以下で、平均アスペクト比が３以上で
ある。窒化珪素粒子の平均短軸径が１μｍを越えると、
組織が粗大化しすぎて強度が低下してしまう。尚、平均
短軸径が０．３μｍよりも小さい場合には、時として、
焼結体組織全体が微細になりすぎて、破壊靱性が十分で
ないことがあるので、０．３μｍ以上であることが好ま
しい。また、窒化珪素粒子の平均アスペクト比が３未満
では、窒化珪素粒子の異方性が小さく、破壊靱性が低下
してしまう。平均アスペクト比の上限に関しては、粗大
柱状粒子の平均アスペクト比が極端に大きくなると、短
軸径が同じ場合であっても、粗大柱状粒子のサイズが大
きくなり、焼結体の強度を低下させる場合があるので、
好ましくは２０以下である。

【００３７】本発明の窒化珪素焼結体は、上述したよう
に非常に微細で均一且つ窒化珪素粒子の異方性が高い組
織である。このため、室温での４点曲げ強度が１０００
ＭＰａ以上であり、破壊靱性値が７ＭＰａ・ｍ^1/2以上
である。４点曲げ強度が１０００ＭＰａ未満では、高強
度が要求されるバルブ等の自動車部品に用いる場合に、
また、破壊靱性値が７ＭＰａ・ｍ^1/2以下では、高速ベ
アリング等の繰り返し負荷が掛かる部材に用いる場合
に、いずれも信頼性高く用いることが難しいという問題
がある。

【００３８】本発明の窒化珪素焼結体は、例えば、本発
明の窒化珪素粉末にＹ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂等の希
土類酸化物やＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＣａＯ等から
１種以上を焼結助剤として添加し、常圧焼結、ガス圧焼
結及びホットプレス焼結等のいろいろな焼結方法に従っ
て製造することができる。また、市販のα型窒化珪素粉
末に微細なβ型窒化珪素粉末、或いは微細なβ型窒化珪
素粒子と比較的粗大なβ型窒化珪素粒子とを添加し、前
記のいろいろな方法で焼結することによっても製造でき
る。更に、β型窒化珪素粉末を含有するα型窒化珪素粉
末に、上述した焼結助剤を添加し、各種焼結方法で焼成
スケジュールを調整するこによっても製造することがで
きる。しかし、本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、
上述した方法に限定されるものではない。

【００３９】窒化珪素は、共有結合性の強い物質であ
り、構造があまり複雑でないため、理論上の熱伝導率は
２００Ｗ／（ｍＫ）であると考えられる。しかし、実際
に窒化珪素の単結晶を合成するのは非常に難しく、一般
には焼結体として製造されている。窒化珪素の焼結は、
先に述べたように、窒化珪素粒子が液相に溶解・析出し
ながら進むので、得られる窒化珪素焼結体中の個々の窒
化珪素粒子は、単結晶に近く、比較的高い熱伝導率が期
待できる。本発明の窒化珪素焼結体は、熱伝導率が３０
Ｗ／（ｍＫ）以上である。熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）
未満では、高熱伝導を要求されるモジュール、基板等に
用いた場合、Ｓｉチップ等の半導体部品、電子部品等の
発熱を十分に逃がすことができず、半導体部品、電子部
品の熱損傷等を起こしてしまう。

【００４０】更に、本発明の窒化珪素焼結体は、熱伝
導、電気絶縁性及び機械的特性が要求される回路基板に
用いることができる。パワーモジュール用の回路基板等
では、従来、回路基板に求められていた電気絶縁性に加
え、高い熱伝達性能と機械的特性が要求されてきてい
る。本発明の窒化珪素焼結体は、強度、破壊靱性等の機
械的特性に優れ、窒化珪素自体、高い絶縁抵抗を有する
ため、厳しい使用条件で用いられる回路基板に適した材
料である。また、本発明の窒化珪素焼結体は、一般的な
セラミックス回路基板であるアルミナ基板に比べ、機械
的特性に優れるだけでなく、熱伝導率も高いので回路基
板の用途に適している。

【００４１】本発明の回路基板の製造方法としては、板
状の窒化珪素焼結体又は研削加工等により板状に加工し
た窒化珪素焼結体と金属板とを接合した後、エッチング
等の手法により回路を形成して製造することができる。
窒化珪素焼結体と金属板との接合方法は特に限定する必
要はないが、例えば窒化珪素焼結体と金属板とを不活性
ガス又は真空雰囲気中で加熱し、焼結体と金属板を直接
接合する方法（直接接合方法）やＴｉ、Ｚｒのような活
性金属と低融点合金を作るＡｇ、Ｃｕ等の金属を混合又
は合金としたろう材を窒化珪素焼結体と金属板との間に
介在させて不活性ガス又は真空雰囲気中で加熱圧着する
方法（活性金属法）を利用して製造することができる。

【００４２】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的
に説明すが、本発明はこれに限定されない。

【００４３】

【実施例】

〔実施例１〜７、比較例１〜５〕純度９８重量％で比表
面積が２ｍ²／ｇの金属珪素粉末１００重量部にα率が
９０重量％で比表面積が７ｍ²／ｇの窒化珪素粉末１０
重量部を添加混合し、嵩密度が０．７ｇ／ｃｍ³に成形
し、窒素分圧０．０９ＭＰａの窒素−アンモニアガス雰
囲気下、温度１１００〜１４５０℃に加熱して窒化珪素
インゴット（インゴットＡ）を合成した。一方、純度９
８重量％で比表面積が２ｍ²／ｇの金属珪素粉末１００
重量部にα率が５重量％で比表面積が７ｍ²／ｇの窒化
珪素粉末１００重量部を添加混合し、同様に成形、窒化
して窒化珪素インゴット（インゴットＢ）を作製した。
得られた窒化珪素インゴットについて粗砕後、乳鉢で粉
砕して粉末Ｘ線回折法で測定したα率は、インゴットＡ
が９４重量％であり、インゴットＢが１０重量％であっ
た。

【００４４】次に、それぞれの窒化珪素インゴットか
ら、ジョークラッシャー及びロールクラッシャーで粗砕
し、ボールミル及び振動ミルで粉砕して窒化珪素粉末Ａ
及び窒化珪素粉末Ｂを製造した。窒化珪素粉末Ｂから
は、更にメタノール中で窒化珪素製のポット及びボール
を用いて遊星ミルで５０Ｈｒ粉砕して微粉末とした（以
下窒化珪素微粉末Ｂという）。

【００４５】得られた窒化珪素粉末Ａ、Ｂ及び窒化珪素
微粉末Ｂを表１に示す配合比で添加し、ボールミルで１
Ｈｒ混合して窒化珪素粉末を製造した。これらの窒化珪
素粉末は、粉末Ｘ線回折法によるα率、ＢＥＴ一点法に
よる比表面積、レーザ回折散乱法による粒度分布及び酸
素／窒素同時分析計（ＬＥＣＯ社：ＴＣ−４３６）によ
る酸素量の測定を行った。

【００４６】また、前記窒化珪素粉末５ｇに濃度０．２
重量％のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液２４５ｇを
添加し、超音波ホモジナイザーで１０分間分散させて窒
化珪素スラリーとした。得られた窒化珪素スラリーは、
遠心分離器により所定分級条件で分級点が０．６μｍの
湿式分級を行った。更に、分級精度を高めるために、こ
れらの湿式分級を１０回実施した。

【００４７】得られた窒化珪素分級スラリーは、乾燥
後、乳鉢で解砕してα率、粒度分布を測定した。これら
の評価結果を表１にまとめて示した。尚、実施例５は窒
化珪素粉末Ａの代わりに窒化珪素粉末Ａの途中粉砕品
（比表面積６ｍ²／ｇ）を、実施例６は窒化珪素粉末Ａ
の代わりに窒化珪素粉末Ａを更にボールミルで２０時間
粉砕した粉末（比表面積１９ｍ²／ｇ）を用いた。ま
た、実施例７は実施例２の窒化珪素粉末を大気中、温度
１０００℃で１時間の加熱処理を行った。尚、比較例
４、５は市販の窒化珪素粉末である。

【００４８】

【表１】

【００４９】次に、前記窒化珪素粉末９１重量％に焼結
助剤としてＹ₂Ｏ₃５重量％及びＡｌ₂Ｏ₃４重量％を添加
し、媒体としてメタノールを用いた湿式ボールミルによ
り２０Ｈｒ混合し、濾過・乾燥し、メノウ乳鉢で解砕
後、２００メッシュの篩い通しを行って混合粉末を作製
した。次いで、これらの混合粉末を１０ＭＰａの圧力で
金型成形した後、２００ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形して
３０×５０×８ｍｍの成形体を得た。これらの成形体
は、カーボン容器中に窒化珪素粉末、焼結助剤及びＢＮ
粉末の混合粉末に包埋して、カーボン発熱体の電気炉
で、１ＭＰａの窒素加圧雰囲気下、１８００℃で８時間
焼成して焼結体を作製した。

【００５０】得られた焼結体は所定の形状に研削加工
し、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じた４点曲げ及びＪＩＳー
Ｒ１６０７に準じたＩＦ法による破壊靱性の測定を行っ
た。この結果を表２に示す。

【００５１】次に、焼結体の表面を鏡面研磨した後、８
％の酸素ガスを含むＣＦ₄ガス中において５０Ｗの出力
で高周波プラズマを発生させて、２分間エッチングを行
った。そしてエッチングした焼結体を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で観察した。得られたＳＥＭ写真より、窒化
珪素粒子中で中心部と周辺部が識別できるか否か、並び
に中心部の短軸径を測定し、その結果を表２にまとめ
た。また、これらのＳＥＭ写真より、各焼結体中の窒化
珪素粒子の短軸径及び長軸径を測定し、平均粒子径及び
平均アスペクト比を算出した。ここで、平均アスペクト
比は、全窒化珪素粒子のアスペクト比を測定し、大きい
方から１０個数％の平均値を平均アスペクト比として用
いた。

【００５２】前記ＳＥＭ写真の一例として、図１に実施
例２のＳＥＭ写真を示す。本発明のの窒化珪素焼結体の
組織は、窒化珪素粒子中に中心部と周辺部とが識別でき
ることが分かる。

【００５３】

【表２】

【００５４】次に、実施例２と比較例４に関し、助剤混
合から焼結までの実験を５回繰り返し、各実験毎にｎ＝
１０で４点曲げ強度の評価を行った。その結果、実施例
２では平均強度が１０５０、１０４５、１０５５、１０
５０、１０５０ＭＰａであり、ｎ＝５０における最低強
度は９８５ＭＰａであった。一方、比較例４では、平均
強度が８５０、８３０、８８０、８１０、８７０ＭＰａ
であり、ｎ＝５０における最低強度が６８０ＭＰａであ
った。このことより、実施例２の焼結体が、平均強度が
高く、しかも強度のばらつきの小さいことが明らかであ
る。

【００５５】〔実施例８、９〕実施例８の窒化珪素粉末
は、実施例１で製造したα型窒化珪素粉末Ａ９０重量％
にβ型窒化珪素粉末Ｂ及び窒化珪素微粉末Ｂをそれぞれ
２重量％、８重量％添加し、ボールミルで１Ｈｒ混合し
て製造した。一方、実施例９は、α型窒化珪素粉末Ａ９
０重量％にβ型窒化珪素粉末Ｂ及び窒化珪素微粉末Ｂを
それぞれ５重量％、５重量％添加し、ボールミルで１Ｈ
ｒ混合して製造した。得られた窒化珪素粉末は、実施例
１と同じ粉体特性評価及び、湿式分級時に０．６μｍ、
１．０μｍ及び３．０μｍの３種類の分級点で分級を行
い、各分級部分毎に収量、粒度分布及びα率の測定を行
い、粒子径０．６μｍ以下及び粒子径１．０〜３．０μ
ｍのβ型窒化珪素粒子の含有量を算出した。

【００５６】得られた窒化珪素粉末の酸素量は、実施例
８が１．６重量％で実施例９が１．５重量％であった。
また、実施例８、９共にα率は８６重量％、比表面積は
１３ｍ²／ｇ、平均粒径は０．７μｍであった。一方、
粒子径０．６μｍ以下のβ型窒化珪素粉末の全窒化珪素
粉末に対する含有量は、実施例８が６．５重量％、実施
例９が５．７重量％であり、窒化珪素粉末中のβ型窒化
珪素粉末に対する割合は、実施例８が４６重量％、実施
例９が４１重量％であった。また、粒子径１．０〜３．
０μｍのβ型窒化珪素粉末の全窒化珪素粉末に対する含
有量は、実施例８が２．５重量％、実施例９が４．０重
量％であった。

【００５７】次に、前記窒化珪素粉末を、実施例１と同
じ手法で焼成して窒化珪素焼結体を作製し、評価した。
得られた窒化珪素焼結体は、実施例１と同様に中心部と
周辺部が識別でき、中心部の短軸径が０．５μｍ以下の
窒化珪素粒子の含有量は、実施例８が９１個数％、実施
例９が８９個数％であった。また、中心部の短軸径が
１．０μｍ以上の窒化珪素粒子の含有量は、実施例８が
６個数％、実施例９が８個数％であった。一方、窒化珪
素粒子全体の平均粒子径は、実施例８が０．７μｍ、実
施例９が０．６μｍであり、平均アスペクト比は、実施
例８が４．２、実施例９が４．３であった。また、これ
らの焼結体の機械的特性については、４点曲げ強度は、
実施例８が１０３０ＭＰａ，実施例９が１０００ＭＰａ
であり、破壊靱性値は、実施例９が８．２ＭＰａ・ｍ
^1/2、実施例９が９．１ＭＰａ・ｍ^1/2であった。更に、
実施例８の４点曲げ強度のばらつきに関しては、ｎ＝５
０で最低強度が９７５ＭＰａと非常にばらつきが少なか
った。

【００５８】〔実施例１０〕酸素量が１．５重量％、Ｆ
ｅ、Ａｌ及びＣａの含有量がそれぞれ０．１重量％、
０．１重量％、０．２重量％であり、α率が９２重量％
で比表面積が１２ｍ²／ｇの窒化珪素粉末を窒化珪素製
のルツボに充填し、窒素雰囲気中、１７５０℃で２時間
の熱処理を行った。得られた窒化珪素粉末は、メタノー
ルを添加し、窒化珪素製のボール及びポットを用いて遊
星ミルで５０Ｈｒ湿式粉砕し、乾燥後、メノウ乳鉢で解
砕して窒化珪素粉末（以下窒化珪素粉末Ｃという）を作
製した。この窒化珪素粉末Ｃは、実施例１と同じ方法
で、分析を行った結果、酸素量が１．５重量％、α率が
５重量％、比表面積が１５ｍ²／ｇのβ型窒化珪素を多
量に含む微粉末であった。

【００５９】次に、市販の窒化珪素粉末（α率＝９３重
量％、酸素量＝１．５重量％、比表面積＝１１ｍ²／
ｇ）９５重量％に、前記窒化珪素微粉末Ｃを５重量％添
加して、ボールミルで１Ｈｒ乾式混合して実施例１０の
窒化珪素粉末を作製した。得られた窒化珪素粉末は、実
施例１と同じ方法で分析した結果、酸素量が１．６重量
％、比表面積が１２ｍ²／ｇ、α率が８９重量％であ
り、０．６μｍ以下のβ型窒化珪素粒子の含有量は６重
量％であった。

【００６０】次いで、前記窒化珪素粉末を実施例１と同
じ手法で焼成して窒化珪素焼結体を作製して評価した。
得られた窒化珪素焼結体では、実施例１と同様に中心部
と周辺部が識別でき、中心部の短軸径が０．５μｍ以下
の窒化珪素粒子の含有量が９０個数％であり、窒化珪素
粒子全体の平均粒子径は０．８μｍで、平均アスペクト
比は４．２であった。また、この焼結体の４点曲げ強度
は１０５０ＭＰａ、破壊靱性値は７．２ＭＰａ・ｍ^1/2
であった。

【００６１】〔実施例１１、１２〕四塩化珪素とアンモ
ニアを温度２００℃で気相反応させ、シリコンジイミド
を合成した。前記シリコンジイミドに、比表面積が１５
ｍ²／ｇで、α率が５重量％の窒化珪素粉末を３重量％
とＹ₂Ｏ₃を３重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を２重量％添加し、窒素
雰囲気中、ボールミルで混合した。次に、この混合粉末
を炭化珪素製のルツボに充填し、窒素雰囲気中、温度１
０００℃で２時間加熱処理し、シリコンジイミドを熱分
解させ非晶質（アモルファスともいう）窒化珪素を合成
すると共に、気相反応時に生成した、副生成物の塩化ア
ンモニウムを除去した。その後、温度１４５０℃で２時
間の熱処理を行いβ型の窒化珪素粉末（以下窒化珪素微
粉末Ｄという）を作製した。この窒化珪素粉末Ｄについ
て、実施例１と同様の方法で、分析を行った結果、酸素
量が１．３重量％、α率が３重量％、比表面積が１７ｍ
²／ｇのβ型の窒化珪素微粉末であった。

【００６２】次に、市販の窒化珪素粉末（α率＝９３重
量％、酸素量＝１．５重量％、比表面積＝１１ｍ²／
ｇ）９５重量％に、実施例１１では前記窒化珪素微粉末
Ｄを５重量％、実施例１２では窒化珪素微粉末Ｄを５重
量％と実施例１で作製した窒化珪素粉末Ａを３重量％添
加して、ボールミルで１Ｈｒ乾式混合して窒化珪素粉末
を作製した。得られた窒化珪素粉末は、実施例５同様の
方法で分析した結果、実施例１１、１２共に酸素量は
１．５重量％、比表面積は１２ｍ²／ｇであり、α率は
実施例１１が８８重量％、実施例１２が８５重量％であ
った。また、粒子径０．６μｍ以下のβ型窒化珪素粒子
の含有量は、実施例１１、１２共に６重量％であり、粒
子径１．０〜３．０μｍのβ型窒化珪素粒子の含有量
は、実施例１１が１．２重量％、実施例１２が２．９重
量％であった。

【００６３】次いで、前記窒化珪素粉末を実施例１と同
じ手法で焼成して窒化珪素焼結体を作製し、評価した。
得られた窒化珪素焼結体では、実施例１と同様に中心部
と周辺部が識別でき、中心部の短軸径が０．５μｍ以下
の窒化珪素粒子の含有量は、実施例１１が９２個数％、
実施例１２が９０個数％であり、中心部の短軸径が１．
０μｍ以上の窒化珪素粒子の含有量は、実施例１１が４
個数％、実施例１２が７個数％であった。一方、窒化珪
素粒子全体の平均粒子径は、実施例１１、１２共に０．
７μｍで、平均アスペクト比は、実施例１１が４．２、
実施例１２が４．３であった。また、この焼結体の４点
曲げ強度は、実施例１１が１０７０ＭＰａ、実施例１２
が１０３０ＭＰａで、破壊靱性値は実施例１１が７．３
ＭＰａ・ｍ^1/2、実施例１２が８．６ＭＰａ・ｍ^1/2であ
った。

【００６４】〔実施例１３〕実施例１で作製した窒化珪
素粉末Ａ（α率：９４％）を、溶媒として水を加え、ボ
ールミルで２０Ｈｒ湿式粉砕した窒化珪素粉末９１重量
％に焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃５重量％及びＡｌ₂Ｏ₃４重量
％を添加し、実施例１と同じ手法で湿式混合、成形して
成形体を作製した。次に、この成形体をカーボン容器中
に窒化珪素粉末、焼結助剤及びＢＮ粉末の混合粉末に包
埋して、カーボン発熱体の電気炉で、１ＭＰａの窒素雰
囲気下で焼成した。焼成スケジュールは、昇温速度１０
℃／ｍｉｎで温度１６００℃まで昇温して１時間保持
し、再び１０℃／ｍｉｎで温度１８５０℃まで昇温して
４時間保持した。

【００６５】得られた窒化珪素焼結体は、実施例１と同
じ手法で評価した。得られた窒化珪素焼結体は、中心部
と周辺部が識別でき、中心部の短軸径が０．５μｍ以下
の窒化珪素粒子の含有量は８２個数％であった。また、
窒化珪素粒子全体の平均粒子径は０．８μｍであり、平
均アスペクト比は４．１であった。一方、この焼結体の
機械的特性は、４点曲げ強度が１０００ＭＰａ、破壊靱
性値が７．１ＭＰａ・ｍ^1/2であった。

【００６６】〔実施例１４〜１８、比較例６〜１０〕実
施例２及び比較例４（市販粉末１）の窒化珪素粉末に、
表３に示す焼結助剤を添加し、メタノールを添加した湿
式ボールミルにより２０Ｈｒ混合し、濾過・乾燥し、メ
ノウ乳鉢で解砕後、２００メッシュの篩い通しを行って
混合粉末を作製した。次いで、これらの混合粉末を１０
ＭＰａの圧力で金型成形した後、２００ＭＰａの圧力で
ＣＩＰ成形して３０×５０×８ｍｍの成形体を得た。こ
れらの成形体は、カーボン容器中に窒化珪素粉末、焼結
助剤及びＢＮ粉末の混合粉末に包埋して、カーボン発熱
体の電気炉で、１ＭＰａの窒素加圧雰囲気下で表３に示
す温度で４時間焼成して焼結体を作製した。得られた焼
結体は、実施例１と同じ方法で評価を行った。その結果
を表４に示す。

【００６７】

【表３】

【００６８】

【表４】

【００６９】また、実施例１５〜１８の焼結体を１０ｍ
ｍφの円盤状に研削加工し、レーザーフラッシュ法で熱
伝導率を測定した結果、実施例１５が６０Ｗ／（ｍ
Ｋ）、実施例１６が５５Ｗ／（ｍＫ）、実施例１７が６
５Ｗ／（ｍＫ）及び実施例１８が７０Ｗ／（ｍＫ）であ
った。

【００７０】〔実施例１９、２０、比較例１１、１２〕
実施例１９及び比較例１１として、それぞれ実施例２及
び比較例４の窒化珪素粉末に、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃５
重量％とＡｌ₂Ｏ₃２重量％を、また、実施例２０及び比
較例１２の場合には、焼結助材としてＹ₂Ｏ₃７重量％を
添加し、メタノールを添加した湿式ボールミルにより２
０Ｈｒ混合し、濾過・乾燥し、メノウ乳鉢で解砕後、２
００メッシュの篩い通しを行って混合粉末を作製した。
次いで、これらの混合粉末を６０ｍｍφのカーボンダイ
スに充填し、カーボン発熱体の電気炉で、１ＭＰａの窒
素加圧雰囲気下、圧力２０ＭＰａ、温度１８００℃で１
時間ホットプレス焼結して焼結体を作製した。得られた
焼結体は、実施例１と同じ方法で評価を行った。その結
果を表５に示す。

【００７１】

【表５】

【００７２】〔実施例２１〕実施例１５の助剤混合粉末
を１０ＭＰａの圧力で金型成形した後、２００ＭＰａの
圧力でＣＩＰ成形して４０×１００×８ｍｍの成形体を
得た。これらの成形体は、カーボン容器中に窒化珪素粉
末、焼結助剤及びＢＮ粉末の混合粉末に包埋して、カー
ボン発熱体の電気炉で、１ＭＰａの窒素加圧雰囲気下、
温度１７５０℃で４時間焼成して焼結体を作製した。得
られた焼結体は、研削加工により３０ｍｍ×８０ｍｍ×
０．６ｍｍの形状の窒化珪素平板とした。

【００７３】次に、前記窒化珪素平板の両面に活性金属
ペースト（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ：８０−１５−５）を３０
μｍの厚さでスクリーン印刷し、回路側に０．３ｍｍ厚
の銅板及び裏面に０．１５ｍｍ厚の銅板を載置し、１０
^-3Ｐａ台の真空雰囲気下、８５０℃で３０分間加熱し
た。その後、冷却して複合体を得た。この複合体につい
て、板厚０．３ｍｍの銅板側を研磨し、パターニング用
レジストを印刷し、熱硬化後、塩化第二鉄水溶液に浸積
エッチングし、パターンを形成した。更に、回路間に残
存する接合材を除くため、銅板部を酸性フッ化アンモニ
ウム水溶液に浸触させた後、水洗してパターン処理し回
路基板を作製した。

【００７４】次に、前記回路基板を、下部スパン３０ｍ
ｍでの３点曲げ強度を測定したところ９００ＭＰａであ
った。また、−４０℃から１５０℃の温度幅で５００回
のヒートサイクル試験を行った。ヒートサイクル試験後
の基板の３点曲げ強度は８００ＭＰａであり、ヒートサ
イクル試験後も回路間の亀裂や回路の剥離等は認められ
なかった。

【００７５】〔実施例２２〕実施例１５の助剤混合粉末
に成形用バインダーとしてメチルセルロースを１０重量
％添加混合し、押し出し成型機でシート幅５０ｍｍ、シ
ート厚０．８ｍｍのシートを成形した。得られたシート
を４０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに裁断し、大気中、温
度５００℃で２時間脱脂した後、１ＭＰａの窒素雰囲気
下、温度１７５０℃で４時間焼成して平板状の窒化珪素
焼結体を作製した。得られた焼結体は、＃４００のアル
ミナ砥粒を用いて、乾式ホーニングして表面の変質層等
を除去した。

【００７６】次に、前記窒化珪素板を用いて、実施例２
１と同じ手法で回路基板を作製した。得られた回路基板
の３点曲げ強度は８５０ＭＰａであり、ヒートサイクル
５００回後の３点曲げ強度は７８０ＭＰａであった。ま
た、ヒートサイクル試験後も回路間の亀裂や回路の剥離
は認められなかった。

【００７７】〔実施例２３〕実施例２１の窒化珪素板の
両面に、実施例２１で用いた板厚の異なる２種類の銅板
を載置し、窒素ガス雰囲気、温度１０５０℃で５分間加
熱処理し、その後、冷却して複合体を作製した。得られ
た複合体は、実施例２１と同様の手法で回路基板を作製
した。得られた回路基板の３点曲げ強度は９００ＭＰａ
であり、ヒートサイクル５００回後の３点曲げ強度は８
７０ＭＰａであった。また、ヒートサイクル試験後も回
路間の亀裂や回路の剥離は認められなかった。

【００７８】

【発明の効果】本発明の窒化珪素粉末は、通常の焼結方
法により、強度、破壊靱性等の機械的特性の優れた窒化
珪素焼結体を再現性良く提供することができる。これ
は、原料粉末中のβ型窒化珪素粒子の含有量と粒度を調
整することにより、焼結時の窒化珪素の粒成長を制御
し、得られる焼結体の組織を制御したためである。ま
た、本発明の窒化珪素焼結体は、強度、破壊靱性等の機
械的特性に優れ、自動車部品等の高い機械的特性が要求
される部材として用いることのできる窒化珪素焼結体を
提供することができる。更に、本発明の窒化珪素焼結体
は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）以上とセラミックスと
しては高く、且つ機械的特性、熱衝撃抵抗特性に優れる
ので、パワーモジュール用の回路基板として、特に、信
頼性が要求される輸送機器等の用途に適した回路基板で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２の窒化珪素焼結体を研磨・エッチング
した面のＳＥＭ写真。白色部が粒界相であり、黒色部が
窒化珪素粒子である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−297269（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290370（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−12306（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−133842（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−34670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/584

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 α率が７０〜９８重量％の窒化珪素粉末
   であって、粒子径０．６μｍ以下のβ型窒化珪素粒子が
   該窒化珪素粉末中に２〜１５重量％含有され、しかも該
   窒化珪素粉末中に含まれるβ型窒化珪素粒子全量に対し
   ４０重量％以上含有されていることを特徴とする窒化珪
   素粉末。
2. 【請求項２】 粒子径１．０〜３．０μｍのβ型窒化珪
   素粒子が全窒化珪素粉末中に２〜５重量％含有されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の窒化珪素粉末。
3. 【請求項３】 焼結体の切断面の観察において、中心部
   と周辺部が識別できる窒化珪素粒子を含有する窒化珪素
   焼結体であって、前記中心部の短軸径が０．５μｍ以下
   の窒化珪素粒子を前記中心部と周辺部が識別できる窒化
   珪素粒子全体の８０個数％以上含有することを特徴とす
   る窒化珪素焼結体。
4. 【請求項４】 焼結体の切断面の観察において、中心部
   と周辺部が識別できる窒化珪素粒子を含有する窒化珪素
   焼結体であって、前記中心部の短軸径が０．５μｍ以下
   の窒化珪素粒子が前記中心部と周辺部が識別できる窒化
   珪素粒子全体の７０〜９５個数％であり、しかも短軸径
   が１．０μｍ以上の窒化珪素粒子を前記中心部と周辺部
   が識別できる窒化珪素粒子全量の５〜３０個数％である
   ことを特徴とする窒化珪素焼結体。
5. 【請求項５】 窒化珪素粒子の平均短軸径が１μｍ以下
   で、平均アスペクト比が３以上であることを特徴とする
   請求項３、又は請求項４記載の窒化珪素焼結体。
6. 【請求項６】 ４点曲げ強度が１０００ＭＰａ以上、破
   壊靭性値が７ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることを特徴とす
   る請求項３、又は請求項４記載の窒化珪素焼結体。
7. 【請求項７】 熱伝導率が３０Ｗ／（ｍＫ）以上である
   ことを特徴とする請求項３、又は請求項４記載の窒化珪
   素焼結体。
8. 【請求項８】 請求項３、請求項４、請求項５、請求項
   ６又は請求項７記載の窒化珪素焼結体を用いたことを特
   徴とする回路基板。