JP4221006B2 - 窒化けい素セラミックス回路基板 - Google Patents
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実施例1〜3として酸素量1.1質量%、不純物陽イオン元素としてAI,Li,Na,K、Fe、Ba,Mn,Bを合計で0.10質量%含有し、α相型窒化けい素97%を含む平均粒径0.55μmのSi3N4(窒化けい素)原料粉末86質量%に、焼結助剤として平均粒径0.9μmのY2O3(酸化イットリウム)粉末10質量%と、平均粒径0.5μmのMgO(酸化マグネシウム)粉末2質量%、平均粒径1.0μmのHfO2(酸化ハフニウム)粉末2質量%を添加し、エチルアルコール中で粉砕媒体として窒化けい素製ボールを用いて96時間湿式混合したのち乾燥して原料混合体を調製した。
比較例1として成形圧力を90MPaとした点および真空雰囲気中で温度1400℃での途中保持操作を実施しない点以外は実施例1と同一条件で処理することにより比較例1で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。また、比較例2として成形圧力を90MPaとした点および焼結途中での保持操作を実施しない点、さらに焼結後の冷却速度を従来の炉冷による500℃/hrとした点以外は実施例1と同一条件で処理して比較例2で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。比較例3として酸素量が1.7質量%であり、前記不純物陽イオン元素含有量が合計で0.7質量%であり、α相型窒化けい素を91%含む平均粒径1.5μmのSi3N4(窒化けい素)原料粉末を使用した点以外は実施例1と同一条件で処理することにより比較例3で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。
実施例5〜47として実施例1において使用した窒化けい素原料粉末と、Y2O3粉末と、MgO粉末と、HfO2粉末と、表2および表3に示すように平均粒径0.9〜1.0μmの各種希土類酸化物粉末の他に、平均粒径0.4〜0.5μmの各種化合物粉末を表2〜3に示す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調製した。
一方比較例4〜9として表3に示すようにY2O3を過少量に添加したもの(比較例4)、Er2O3を過量に添加したもの(比較例5)、Ho2O3を過量に添加したもの(比較例6)、MgOを過量に添加したもの(比較例7)、HfO2を過量に添加したもの(比較例8)、TiO2を過量に添加したもの(比較例9)の原料混合体をそれぞれ調製した。
酸素を1.3重量%以下、不純物陽イオン元素としてAl,Li,Na,K,Fe,Ba,Mn,Bを合計で0.10重量%以下含有し、α相型窒化けい素97%を含む平均粒径0.40μmの窒化けい素原料粉末に対して、表6〜表8に示すように焼結助剤として平均粒径0.7μmの希土類酸化物(Y2O3,Er2O3,Ho2O3,Yb2O3,Dy2O3,Sm2O3,Nd2O3,Pr6O11,CeO2の1種または2種以上)粉末,平均粒径0.5μmのMgO(酸化マグネシウム)粉末、さらには必要に応じHf化合物、Ti等の化合物を所定量添加し、エチルアルコール中で72時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末混合体を調製した。
一方、原料混合体にMgOを添加せず、また緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をOFFにし、従来の、特別な制御を行わない炉冷(自然冷却)による冷却速度(約500℃/hr)で焼結体を冷却した点以外は実施例103と同一条件で焼結処理して比較例101で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。
酸素を1.5重量%、前記不純物陽イオン元素を合計で0.6重量%含有し、α相型窒化けい素93%を含む平均粒径0.60μmの窒化けい素原料粉末を用い、成形圧力を100MPaと低く設定した点以外は実施例103と同一条件で処理し、比較例102で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。
成形体の厚さを1.6mmと厚くし、焼結後に表面を研磨加工して各実施例と同一厚さに調整した点以外は実施例103と同一条件で処理し、比較例103で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。
焼結体中の残留炭素量を800ppmと本発明の好ましい範囲外とした点以外は実施例103と同一の条件で処理し、比較例104で使用する窒化けい素セラミックス基板を調製した。
2 窒化けい素セラミックス基板
3 金属回路板(銅板)
4 裏金属板(裏銅板)
Claims (12)
- 気孔率が容量比で2.5%以下であり、粒界相中の最大気孔径が0.3μm以下の窒化けい素焼結体から成り、温度25℃,湿度70%の条件下で上記窒化けい素焼結体の表裏間に1.5kV−100Hzの交流電圧を印加したときの電流リーク値が500nA以下であり、熱伝導率が50W/m・K以上、3点曲げ強度が500MPa以上である窒化けい素セラミックス基板上に複数の金属回路板を設けると共に、該金属回路板の間隔が0.1〜2.0mmの範囲である箇所を具備し、上記窒化けい素セラミックス基板の厚さが1.5mm以下であり、上記窒化けい素セラミックス基板は、MgをMgOに換算して0.3〜3.0質量%含有することを特徴とする窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記金属回路板の間隔が0.1〜0.5mmの範囲である箇所を具備していることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板の破壊靭性値が6.5MPa・m1/2以上であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板は、窒化けい素結晶および粒界相から成るとともに粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が20%以上であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板は、希土類元素を酸化物に換算して2.0〜17.5質量%含有することを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板の厚さが0.3mm以上であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板の熱伝導率が90W/m・k以上であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記粒界相中の最大気孔径が0.02〜0.15μmであることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板は、HfおよびMgの少なくとも一方を酸化物に換算して0.3〜3.0質量%含有するとともに、不純物陽イオン元素としてのAl,Li,Na,K,Fe,Ba,Mn,Bを合計で0.5質量%以下含有することを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板における残留炭素含有量が500ppm以下であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板における全酸素量が3.5質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
- 前記窒化けい素セラミックス基板は、Ti,Zr,W,Mo,Ta,Nb,V,Crからなる群より選択される少なくとも1種を酸化物に換算して2質量%以下含有することを特徴とする請求項1記載の窒化けい素セラミックス回路基板。
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