JP7188633B1 - Silicon nitride substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP7188633B1 JP2022134345A JP2022134345A JP7188633B1 JP 7188633 B1 JP7188633 B1 JP 7188633B1 JP 2022134345 A JP2022134345 A JP 2022134345A JP 2022134345 A JP2022134345 A JP 2022134345A JP 7188633 B1 JP7188633 B1 JP 7188633B1
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Abstract

【課題】窒化珪素基板の表面に生じる色むらを低減する。【解決手段】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って、第1面と、第1面とは反対側の第2面とを有する。ここで、第1面と第2面のうちの少なくとも一方の面において、中央部と縁部との色差をΔE*abとすると、ΔE*ab≦1.5である。【選択図】なしAn object of the present invention is to reduce color unevenness that occurs on the surface of a silicon nitride substrate. A silicon nitride substrate obtained by nitriding silicon contained in a sheet-like compact has a first surface and a second surface opposite to the first surface. Let ΔE*ab be the color difference between the central portion and the edge portion on at least one of the first surface and the second surface, and ΔE*ab≦1.5. [Selection figure] None

Description

本発明は、窒化珪素基板およびその製造技術に関し、例えば、熱伝導率が110W/(m・K)以上の窒化珪素基板およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silicon nitride substrate and its manufacturing technology, and for example, to a technology effective when applied to a silicon nitride substrate having a thermal conductivity of 110 W/(m·K) or more and its manufacturing technology.

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。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-214659 (Patent Document 2) describes a technology related to a foreign matter inspection apparatus capable of discriminating foreign matter of a color having a low contrast with respect to the color of the wiring board.

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)および特開2016-204210号公報(特許文献6)には、軽量、かつ、高硬度であり、研磨など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。 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 has excellent 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、表面層およ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

例えば、窒化珪素基板の表面に異物や汚れが付着すると、「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要因となることから、異物や汚れを除去する必要がある。したがって、異物や汚れの窒化珪素基板への付着を検出するために、外観検査が行われている。外観検査手法としては、例えば、窒化珪素基板の表面をCCDカメラに代表される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手法がある。 For example, if foreign matter or dirt adheres to the surface of the silicon nitride substrate, it becomes a cause of poor contact with the "brazing material" or poor insulation of the silicon nitride substrate itself, so it is necessary to remove the foreign matter or dirt. Therefore, a visual inspection is performed to detect adhesion of foreign matter or dirt to the silicon nitride substrate. As an appearance inspection method, for example, after imaging the surface of a silicon nitride substrate with an imaging device typified by a CCD camera, foreign matter and dirt are detected by comparing data of the captured image with pre-registered reference data. There is a method to detect

ところが、上述した外観検査手法では、窒化珪素基板の表面において、例えば、中央部と縁部で色むらがあると、色むらを異物や汚れの付着として誤検出するおそれがある。 However, in the above-described appearance inspection method, if there is color unevenness on the surface of the silicon nitride substrate, for example, between the central portion and the edge portion, there is a risk that the color unevenness will be erroneously detected as adhesion of foreign matter or dirt.

この点に関し、色むらを異物や汚れの付着として誤検出しないために、異物や汚れの付着を検出する基準を緩和することが考えられるが、この場合、異物や汚れの検出漏れを招くおそれがある。このため、色むらを考慮して、基準データを窒化珪素基板の中心部と縁部で変えることにより、異物や汚れの付着の検出精度を向上させることも考えられるが、検査条件の設定が煩雑となる。 Regarding this point, it is conceivable to relax the criteria for detecting adhesion of foreign matter and dirt in order not to mistakenly detect color unevenness as adhesion of foreign matter and dirt. be. For this reason, it is conceivable to improve the detection accuracy of adhesion of foreign matter and dirt by changing the reference data at the center and the edge of the silicon nitride substrate in consideration of the color unevenness, but setting the inspection conditions is complicated. becomes.

以上のように、窒化珪素基板の表面に色むらがあると、精度の高い外観検査を実施することが困難になることがわかる。したがって、外観検査を精度良く実施するためには、窒化珪素基板の表面に生じる色むらを低減することが重要である。 As described above, it is difficult to perform a highly accurate appearance inspection when the surface of the silicon nitride substrate has color unevenness. Therefore, in order to perform the appearance inspection with high accuracy, it is important to reduce the color unevenness that occurs on the surface of the silicon nitride substrate.

本発明の目的は、窒化珪素基板の表面に生じる色むらを低減することにある。 An object of the present invention is to reduce color unevenness that occurs on the surface of a silicon nitride substrate.

一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って、第1面と、第1面とは反対側の第2面とを有する。ここで、第1面と第2面のうちの少なくとも一方の面において、中央部と縁部との色差をΔEabとすると、ΔEab≦1.5である。 A silicon nitride substrate in one embodiment is a silicon nitride substrate obtained by nitriding silicon contained in a sheet-like compact, and has a first surface and a second surface opposite to the first surface. . Let ΔE * ab be the color difference between the central portion and the edge portion on at least one of the first surface and the second surface, and ΔE * ab≦1.5.

一実施の形態における窒化珪素基板の製造方法は、(a)シリコン粉末を含むスラリーを作製する工程、(b)スラリーから成形体を取得する工程、(c)炉内で成形体を焼結する工程、を備える。ここで、(c)工程は、前記成形体を所定の加熱温度で加熱することにより窒化する窒化工程を含み、加熱温度と炉内における成形体の温度との温度差が20℃以下である。 A method for manufacturing a silicon nitride substrate according to one embodiment includes the steps of (a) preparing a slurry containing silicon powder, (b) obtaining a compact from the slurry, and (c) sintering the compact in a furnace. a process. Here, the step (c) includes a nitriding step of nitriding the compact by heating it at a predetermined heating temperature, and the temperature difference between the heating temperature and the temperature of the compact in the furnace is 20° C. or less.

一実施の形態によれば、窒化珪素基板の表面に生じる色むらを低減できる。 According to one embodiment, color unevenness occurring on the surface of the silicon nitride substrate can be reduced.

インバータ回路および3相誘導モータを含むモータ回路を示す図である。1 illustrates a motor circuit including an inverter circuit and a three-phase induction motor; FIG. インバータ回路を実現する実装レイアウト例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a mounting layout for realizing an inverter circuit; 関連技術における窒化珪素基板の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the silicon nitride substrate in related technology. 実施の形態における窒化珪素基板の製造工程を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a manufacturing process of a silicon nitride substrate according to an embodiment; 成形体を積層配置した状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which molded bodies are arranged in layers; 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。4 is a photograph showing the surface of a silicon nitride substrate with color unevenness. 実施例1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 compact, the measured temperature of the furnace, and the temperature difference between the compact and the furnace in a predetermined temperature range in Example 1. FIG. 実施例2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 in Example 2. FIG. 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。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 comparative example. 「色空間」の立体的イメージを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the stereoscopic image of a "color space." 窒化珪素基板を模式的に示す図である。It is a figure which shows a silicon nitride substrate typically.

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In principle, the same members are denoted by the same reference numerals throughout the drawings for describing the embodiments, and repeated description thereof will be omitted. In order to make the drawing easier to understand, even a plan view may be hatched.

本実施の形態における窒化珪素基板は、パワーモジュールに使用される絶縁基板である。パワーモジュールとは、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、鉄道車両、あるいは、産業機器に備わるモータを制御するインバータ回路を構成する電子装置である。 The silicon nitride substrate in this embodiment is an insulating substrate used for power modules. A power module is, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a railway vehicle, or an electronic device that constitutes an inverter circuit that controls a motor provided in industrial equipment.

<3相インバータ回路の構成例>
以下では、3相インバータ回路を例に挙げて説明する。
<Configuration example of three-phase inverter circuit>
A three-phase inverter circuit will be described below as an example.

パワーモジュールは、例えば、エアコンなどに使用される3相誘導モータの駆動回路に使用されるものである。具体的に、この駆動回路には、インバータ回路が含まれ、このインバータ回路は直流電力を交流電力に変換する機能を有する回路である。 Power modules are used, for example, in drive circuits for three-phase induction motors used in air conditioners and the like. Specifically, this drive circuit includes an inverter circuit, and this inverter circuit is a circuit having a function of converting DC power into AC power.

図1は、インバータ回路および3相誘導モータを含むモータ回路の構成を示す回路図である。図1において、モータ回路は、3相誘導モータMTおよびインバータ回路INVを有している。3相誘導モータMTは、位相の異なる3相の電圧により駆動するように構成されている。具体的に、3相誘導モータMTでは、位相が120度ずれたU相、V相、W相と呼ばれる3相交流を利用して導体であるロータRTの回りに回転磁界を発生させる。この場合、ロータRTの回りを磁界が回転することになる。このことは、導体であるロータRTを横切る磁束が変化することを意味する。この結果、導体であるロータRTに電磁誘導が生じて、ロータRTに誘導電流が流れる。そして、回転磁界中で誘導電流が流れるということは、フレミングの左手の法則によって、ロータRTに力が加わることを意味し、この力によって、ロータRTが回転することになる。 FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a motor circuit including an inverter circuit and a three-phase induction motor. In FIG. 1, the motor circuit has a three-phase induction motor MT and an inverter circuit INV. The three-phase induction motor MT is configured to be driven by three-phase voltages having different phases. Specifically, in the three-phase induction motor MT, a rotating magnetic field is generated around the rotor RT, which is a conductor, using three-phase alternating current called U-phase, V-phase, and W-phase, which are 120 degrees out of phase. In this case, the magnetic field rotates around the rotor RT. This means that the magnetic flux across the rotor RT, which is a conductor, changes. As a result, electromagnetic induction occurs in the rotor RT, which is a conductor, and an induced current flows in the rotor RT. The fact that an induced current flows in the rotating magnetic field means that a force is applied to the rotor RT according to Fleming's left-hand rule, and this force causes the rotor RT to rotate.

このように3相誘導モータMTでは、3相交流を利用することにより、ロータRTを回転させることができることがわかる。つまり、3相誘導モータMTでは、3相交流が必要となる。そこで、モータ回路では、直流から交流を作り出すインバータ回路INVを利用することにより、3相誘導モータに3相交流を供給している。 Thus, it can be seen that the three-phase induction motor MT can rotate the rotor RT by using the three-phase alternating current. That is, the three-phase induction motor MT requires a three-phase alternating current. Therefore, in the motor circuit, an inverter circuit INV that generates alternating current from direct current is used to supply three-phase alternating current to the three-phase induction motor.

以下に、このインバータ回路INVの構成例について説明する。 A configuration example of the inverter circuit INV will be described below.

図1に示すように、例えば、インバータ回路INVには、3相に対応してスイッチング素子Q1とダイオードFWDが設けられている。すなわち、インバータ回路INVでは、例えば、図1に示すようなスイッチング素子Q1とダイオードFWDを逆並列接続した構成により、インバータ回路INVの構成要素を実現している。例えば、図1において、第1レグLG1の上アームおよび下アーム、第2レグLG2の上アームおよび下アーム、第3レグLG3の上アームおよび下アームのそれぞれは、スイッチング素子Q1とダイオードFWDを逆並列接続した構成要素から構成されることになる。 As shown in FIG. 1, for example, the inverter circuit INV is provided with switching elements Q1 and diodes FWD corresponding to three phases. That is, in the inverter circuit INV, for example, the components of the inverter circuit INV are realized by a configuration in which the switching element Q1 and the diode FWD are connected in anti-parallel as shown in FIG. For example, in FIG. 1, each of the upper and lower arms of the first leg LG1, the upper and lower arms of the second leg LG2, and the upper and lower arms of the third leg LG3 reverses the switching element Q1 and the diode FWD. It consists of components connected in parallel.

言い換えれば、インバータ回路INVでは、正電位端子PTと3相誘導モータMTの各相(U相、V相、W相)との間にスイッチング素子Q1とダイオードFWDが逆並列に接続されており、かつ、3相誘導モータMTの各相と負電位端子NTとの間にもスイッチング素子Q1とダイオードFWDが逆並列に接続されている。つまり、単相ごとに2つのスイッチング素子Q1と2つのダイオードFWDが設けられており、3相で6つのスイッチング素子Q1と6つのダイオードFWDが設けられている。そして、個々のスイッチング素子Q1のゲート電極には、ゲート制御回路GCCが接続されており、このゲート制御回路GCCによって、スイッチング素子Q1のスイッチング動作が制御されるようになっている。このように構成されたインバータ回路INVにおいて、ゲート制御回路GCCでスイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御することにより、直流電力を3相交流電力に変換して、この3相交流電力を3相誘導モータMTに供給するようになっている。 In other words, in the inverter circuit INV, the switching element Q1 and the diode FWD are connected in anti-parallel between the positive potential terminal PT and each phase (U-phase, V-phase, W-phase) of the three-phase induction motor MT. A switching element Q1 and a diode FWD are also connected in anti-parallel between each phase of the three-phase induction motor MT and the negative potential terminal NT. That is, two switching elements Q1 and two diodes FWD are provided for each single phase, and six switching elements Q1 and six diodes FWD are provided for three phases. A gate control circuit GCC is connected to the gate electrode of each switching element Q1, and the switching operation of the switching element Q1 is controlled by this gate control circuit GCC. In the inverter circuit INV configured as described above, the switching operation of the switching element Q1 is controlled by the gate control circuit GCC to convert the DC power into the three-phase AC power, and the three-phase AC power is converted to the three-phase induction motor. It is designed to be supplied to MT.

<スイッチング素子の種類>
例えば、インバータ回路INVに使用されるスイッチング素子Q1としては、パワーMOSFETやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を挙げることができる。
<Types of switching elements>
For example, a power MOSFET or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used as the switching element Q1 used in the inverter circuit INV.

<インバータ回路の実装レイアウト例>
図2は、インバータ回路を実現する実装レイアウト例を示す模式図である。
<Mounting layout example of inverter circuit>
FIG. 2 is a schematic diagram showing a mounting layout example for realizing an inverter circuit.

図2において、絶縁基板である窒化珪素基板100には、電源配線VLと配線WL1~配線WL3とグランド配線GLとが形成されている。電源配線VLには、電源電位が供給される一方、グランド配線GLには、グランド電位(接地電位)が供給される。また、配線WL1は3相誘導モータのU相と接続され、配線WL2は3相誘導モータのV相と接続され、配線WL3は3相誘導モータのW相と接続される。なお、窒化珪素基板100と、この窒化珪素基板100上に形成された配線パターンを合わせて、「窒化珪素回路基板」と呼ばれることがある。したがって、図2に示すように、「窒化珪素回路基板」上には、半導体装置SA1~半導体装置SA6が搭載されている。 In FIG. 2, a silicon nitride substrate 100, which is an insulating substrate, is provided with a power supply line VL, lines WL1 to WL3, and a ground line GL. A power supply potential is supplied to the power supply wiring VL, while a ground potential (ground potential) is supplied to the ground wiring GL. The wiring WL1 is connected to the U phase of the three-phase induction motor, the wiring WL2 is connected to the V phase of the three-phase induction motor, and the wiring WL3 is connected to the W phase of the three-phase induction motor. The silicon nitride substrate 100 and the wiring pattern formed on the silicon nitride substrate 100 are sometimes collectively called a "silicon nitride circuit board". Therefore, as shown in FIG. 2, the semiconductor devices SA1 to SA6 are mounted on the "silicon nitride circuit board".

図2に示すように、電源配線VLと配線WL1との間には、半導体装置SA1が接続される一方、配線WL1とグランド配線GLとの間には、半導体装置SA2が接続されている。すなわち、半導体装置SA1と半導体装置SA2は、電源配線VLとグランド配線GLとの間で直列接続されており、図1に示すインバータ回路INVの第1レグLG1を構成している。つまり、半導体装置SA1は、第1レグLG1の上アームを構成しているとともに、半導体装置SA2は、第1レグLG1の下アームを構成している。そして、半導体装置SA1および半導体装置SA2のそれぞれは、スイッチング素子Q1として機能するパワーMOSFETが形成された半導体チップを有している。 As shown in FIG. 2, the semiconductor device SA1 is connected between the power wiring VL and the wiring WL1, while the semiconductor device SA2 is connected between the wiring WL1 and the ground wiring GL. That is, the semiconductor devices SA1 and SA2 are connected in series between the power supply wiring VL and the ground wiring GL, and constitute the first leg LG1 of the inverter circuit INV shown in FIG. That is, the semiconductor device SA1 constitutes an upper arm of the first leg LG1, and the semiconductor device SA2 constitutes a lower arm of the first leg LG1. Each of the semiconductor device SA1 and the semiconductor device SA2 has a semiconductor chip formed with a power MOSFET functioning as the switching element Q1.

同様に、電源配線VLと配線WL2との間には、半導体装置SA3が接続される一方、配線WL2とグランド配線GLとの間には、半導体装置SA4が接続されている。すなわち、半導体装置SA3と半導体装置SA4は、電源配線VLとグランド配線GLとの間で直列接続されており、図1に示すインバータ回路INVの第2レグLG2を構成している。つまり、半導体装置SA3は、第2レグLG2の上アームを構成しているとともに、半導体装置SA4は、第2レグLG2の下アームを構成している。そして、半導体装置SA3および半導体装置SA4のそれぞれは、スイッチング素子Q1として機能するパワーMOSFETが形成された半導体チップを有している。 Similarly, the semiconductor device SA3 is connected between the power wiring VL and the wiring WL2, while the semiconductor device SA4 is connected between the wiring WL2 and the ground wiring GL. That is, the semiconductor devices SA3 and SA4 are connected in series between the power wiring VL and the ground wiring GL, and constitute the second leg LG2 of the inverter circuit INV shown in FIG. That is, the semiconductor device SA3 constitutes an upper arm of the second leg LG2, and the semiconductor device SA4 constitutes a lower arm of the second leg LG2. Each of the semiconductor devices SA3 and SA4 has a semiconductor chip formed with a power MOSFET functioning as a switching element Q1.

さらに、電源配線VLと配線WL3との間には、半導体装置SA5が接続される一方、配線WL3とグランド配線GLとの間には、半導体装置SA6が接続されている。すなわち、半導体装置SA5と半導体装置SA6は、電源配線VLとグランド配線GLとの間で直列接続されており、図1に示すインバータ回路INVの第3レグLG3を構成している。つまり、半導体装置SA5は、第3レグLG3の上アームを構成しているとともに、半導体装置SA6は、第3レグLG3の下アームを構成している。そして、半導体装置SA5および半導体装置SA6のそれぞれは、スイッチング素子Q1として機能するパワーMOSFETが形成された半導体チップを有している。 Further, the semiconductor device SA5 is connected between the power wiring VL and the wiring WL3, while the semiconductor device SA6 is connected between the wiring WL3 and the ground wiring GL. That is, the semiconductor devices SA5 and SA6 are connected in series between the power supply wiring VL and the ground wiring GL, and constitute the third leg LG3 of the inverter circuit INV shown in FIG. That is, the semiconductor device SA5 constitutes an upper arm of the third leg LG3, and the semiconductor device SA6 constitutes a lower arm of the third leg LG3. Each of the semiconductor devices SA5 and SA6 has a semiconductor chip formed with a power MOSFET functioning as a switching element Q1.

以上のようにして、電源配線VL1、配線WL1~配線WL3およびグランド配線GLが形成された窒化珪素基板100上に6つの半導体装置SA1~半導体装置SA6を配置することにより(図2参照)、インバータ回路に対応した実装レイアウトを実現できる。 As described above, by arranging the six semiconductor devices SA1 to SA6 on the silicon nitride substrate 100 on which the power supply wiring VL1, the wirings WL1 to WL3 and the ground wiring GL are formed (see FIG. 2), the inverter A mounting layout corresponding to the circuit can be realized.

<窒化珪素基板に要求される性能>
上述しように、窒化珪素基板100上には、半導体装置SA1~半導体装置SA6が搭載される。このとき、半導体装置SA1~半導体装置SA6において熱が発生することから、熱に起因する半導体装置SA1~半導体装置SA6の誤動作や故障を防止する必要がある。したがって、半導体装置SA1~半導体装置SA6が搭載されている窒化珪素基板100には、高い放熱特性が要求される。言い換えれば、窒化珪素基板100は、高い熱伝導率を有していることが要求される。また、窒化珪素基板100には、温度変化に起因して発生する応力に対する耐性も要求される。
<Performance Required for Silicon Nitride Substrate>
As described above, the semiconductor devices SA1 to SA6 are mounted on the silicon nitride substrate 100. FIG. At this time, since heat is generated in the semiconductor devices SA1 to SA6, it is necessary to prevent malfunctions and failures of the semiconductor devices SA1 to SA6 caused by heat. Therefore, the silicon nitride substrate 100 on which the semiconductor devices SA1 to SA6 are mounted is required to have high heat dissipation characteristics. In other words, silicon nitride substrate 100 is required to have high thermal conductivity. In addition, the silicon nitride substrate 100 is required to have resistance to stress generated due to temperature change.

以下では、特に、熱伝導率の向上に着目する。 In the following, particular attention is paid to the improvement of thermal conductivity.

<関連技術の説明>
まず、窒化珪素基板を製造する関連技術について説明する。
<Description of related technology>
First, a related technique for manufacturing a silicon nitride substrate will be described.

本明細書でいう「関連技術」とは、公知技術ではないが、本発明者が見出した課題を有する技術であって、本願発明の前提となる技術である。 The term "related art" as used in this specification means a technology that is not a publicly known technology, but has a problem found by the inventor of the present application, and is a technology that is a premise of the present invention.

図3は、関連技術における窒化珪素基板の製造工程を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flow chart showing a manufacturing process of a silicon nitride substrate in related art.

窒化珪素粉末に対し、焼結助剤として希土類元素酸化物およびマグネシウム化合物を添加した後、分散媒(有機溶剤)および必要に応じて分散剤を添加し、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(S101)。 After adding a rare earth element oxide and a magnesium compound as sintering aids to the silicon nitride powder, a dispersion medium (organic solvent) and, if necessary, a dispersant are added, and the raw material powder is pulverized by a ball mill. A slurry, which is a dispersion, is prepared (S101).

次に、作製したスラリーに対して、有機バインダなどを加えた後、必要に応じて真空脱泡を行うとともに、粘度を所定の範囲内に調整することにより、塗工用スラリーを作製する。その後、作製した塗工用スラリーをシート成形機でシート状に成形して、所定のサイズに切断した後、乾燥することによってシート状の成形体を作製する(S102)。 Next, after adding an organic binder or the like to the prepared slurry, vacuum defoaming is performed as necessary, and the viscosity is adjusted within a predetermined range to prepare a coating slurry. After that, the prepared coating slurry is formed into a sheet by a sheet forming machine, cut into a predetermined size, and dried to form a sheet-shaped formed body (S102).

続いて、得られたシート状の成形体を加熱することにより、成形体を緻密化して焼結する(S103)。以上のようにして、窒化珪素基板を製造することができる。 Subsequently, by heating the obtained sheet-like molded body, the molded body is densified and sintered (S103). A silicon nitride substrate can be manufactured in the manner described above.

上述した関連技術で製造される窒化珪素基板の熱伝導率は、90W/(m・K)程度である。この点に関し、本発明者は、窒化珪素基板の熱伝導率の向上を図ることを検討した結果、関連技術では、窒化珪素粉末を使用することに起因して、さらなる熱伝導率の向上を図ることが困難であるという知見を獲得している。すなわち、窒化珪素粉末は、不純物が多く高純度な窒化珪素粉末を得ることが困難であることによって、関連技術で製造される窒化珪素基板において、さらなる熱伝導率の向上を図ることが困難であるという知見を本発明者は獲得している。そこで、窒化珪素粉末ではなく、珪素粉末を使用することが検討されている。なぜなら、珪素粉末は、窒化珪素粉末に比べて不純物が少なく、高純度の珪素粉末を得ることが容易であるからである。つまり、珪素粉末は、窒化珪素粉末よりも高純度であることから、不純物に起因する熱伝導率の低下を抑制できると考えられる。このことから、本実施の形態では、窒化珪素粉末ではなく、珪素粉末を使用した窒化珪素基板の製造方法を採用している。 The thermal conductivity of the silicon nitride substrate manufactured by the above related technology is about 90 W/(m·K). Regarding this point, the present inventors have studied how to improve the thermal conductivity of a silicon nitride substrate, and as a result, in the related art, it is possible to further improve the thermal conductivity due to the use of silicon nitride powder. We have acquired the knowledge that it is difficult to That is, since silicon nitride powder contains many impurities and it is difficult to obtain high-purity silicon nitride powder, it is difficult to further improve the thermal conductivity of silicon nitride substrates manufactured by related techniques. The inventor of the present invention has acquired the knowledge that Therefore, the use of silicon powder instead of silicon nitride powder has been investigated. This is because silicon powder contains fewer impurities than silicon nitride powder, and it is easy to obtain high-purity silicon powder. In other words, since silicon powder has a higher purity than silicon nitride powder, it is thought that a decrease in thermal conductivity due to impurities can be suppressed. For this reason, the present embodiment adopts a method for manufacturing a silicon nitride substrate using silicon powder instead of silicon nitride powder.

<実施の形態における窒化珪素基板の製造方法>
以下では、本実施の形態で採用している窒化珪素基板の製造方法を説明する。
<Method for Manufacturing Silicon Nitride Substrate in Embodiment>
A method for manufacturing a silicon nitride substrate employed in this embodiment will be described below.

図4は、本実施の形態における窒化珪素基板の製造工程を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart showing steps for manufacturing a silicon nitride substrate according to the present embodiment.

1.スラリー作製工程
本実施の形態では、珪素粉末に焼結助剤として希土類元素酸化物およびマグネシウム化合物を添加して得られる原料粉末を使用してスラリーを作製する(S201)。
1. Slurry Preparation Step In the present embodiment, a slurry is prepared using raw material powder obtained by adding a rare earth element oxide and a magnesium compound as sintering aids to silicon powder (S201).

<<珪素>>
本実施の形態では、工業的に入手可能なグレードの珪素粉末を使用することができる。粉砕前の珪素は、例えば、メジアン径D50が6μm以上、BET比表面積が3m/g以下、酸素量が1.0質量%以下、および珪素中の不純物炭素量が0.15質量%以下の粉末であることが望ましい。さらには、メジアン径D50が7μm以上、BET比表面積が2.5m/g以下、酸素量が0.5質量%以下、および珪素中の不純物炭素量が0.10質量%以下の粉末であることがより望ましい。
<<Silicon>>
In this embodiment, industrial grade silicon powder can be used. Silicon before pulverization has, for example, a median diameter D50 of 6 μm or more, a BET specific surface area of 3 m 2 /g or less, an oxygen content of 1.0% by mass or less, and an impurity carbon content in silicon of 0.15% by mass or less. A powder is preferred. Furthermore, the powder has a median diameter D50 of 7 μm or more, a BET specific surface area of 2.5 m 2 /g or less, an oxygen content of 0.5% by mass or less, and an impurity carbon content in silicon of 0.10% by mass or less. is more desirable.

特に、珪素粉末の純度は、99%以上であることが望ましく、99.5%以上であることが望ましい。なぜなら、珪素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つであることから、窒化珪素基板の熱伝導率を向上させる観点から、不純物酸素は少ない方が望ましいからである。 In particular, the purity of the silicon powder is desirably 99% or higher, preferably 99.5% or higher. This is because the impurity oxygen contained in silicon is one of the factors that hinder the thermal conductivity of the silicon nitride substrate obtained by reaction sintering. This is because the smaller the number, the better.

さらに、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およびマグネシウム化合物からの酸素の総量が、窒化珪素に換算した珪素に対して、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整することが望ましい。また、珪素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結果、緻密化不足になりやすく、これによって、窒化珪素基板の熱伝導率の低下や絶縁特性の低下を招く要因の1つとなることから、できるだけ少ない方が望ましい。 Furthermore, by limiting the amount of oxygen from the magnesium compound, the total amount of impurity oxygen contained in the silicon powder and oxygen from the magnesium compound is 0.1% by mass or more and 1.1% with respect to silicon converted to silicon nitride. It is desirable to adjust the raw material powder so that the content is in the range of mass % or less. In addition, the impurity carbon contained in silicon inhibits the growth of silicon nitride particles in the silicon nitride substrate obtained by reaction sintering, and as a result, the densification tends to be insufficient, thereby reducing the thermal conductivity of the silicon nitride substrate. Since it is one of the factors that cause deterioration of insulation properties, it is desirable that the amount is as small as possible.

なお、本明細書において、BET比表面積(m/g)は、BET比表面積計で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)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 this specification, the BET specific surface area (m 2 /g) is measured by the BET one-point method using a BET specific surface area meter (JIS R 1626: 1996 "Method for measuring specific surface area of fine ceramic powder by gas adsorption BET method"). is the value obtained by 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.

<<希土類元素酸化物>>
本実施の形態では、希土類元素酸化物として、入手が容易であり、また、酸化物として安定しているイットリウム(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)などの酸化物が使用される。具体的に、希土類元素酸化物としては、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)などを挙げることができる。
<<rare earth element oxide>>
In the present embodiment, yttrium (Y), ytterbium (Yb), gadolinium (Gd), erbium (Er), lutetium (Lu), which are readily available and stable as oxides, are used as rare earth element oxides. ) are used. Specifically, 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.

希土類元素酸化物の含有量は、例えば、珪素(窒化珪素に換算)、希土類元素酸化物(三価の酸化物換算)およびマグネシウム化合物(MgO換算)の合計に対して、0.5mol%以上2mol%未満である。希土類元素酸化物の含有量が0.5mol%未満である場合、焼結助剤としても効果が不充分となり、密度が充分に高くならない。一方、希土類元素酸化物の含有量が2.0mol%以上である場合、低熱伝導率の粒界相が増加することにより焼結体の熱伝導率が下がるとともに、高価な希土類元素酸化物の使用量が増加する。特に、希土類元素酸化物の含有量は、0.6mol%以上2mol%未満であることが望ましく、1mol%以上1.8mol%以下であることがさらに望ましい。 The content of the rare earth element oxide is, for example, 0.5 mol % or more and 2 mol with respect to the total of silicon (converted to silicon nitride), rare earth element oxide (converted to trivalent oxide) and magnesium compound (converted to MgO). %. If the content of the rare earth element oxide is less than 0.5 mol %, the effect as a sintering aid will be insufficient, and the density will not be sufficiently high. On the other hand, when the content of the rare earth element oxide is 2.0 mol % or more, the grain boundary phase with low thermal conductivity increases, and the thermal conductivity of the sintered body decreases, and the expensive rare earth element oxide is used. increase in quantity. In particular, the content of the rare earth element oxide is desirably 0.6 mol % or more and less than 2 mol %, and more desirably 1 mol % or more and 1.8 mol % or less.

なお、本明細書において、珪素がすべて窒化したときに得られる窒化珪素(Si)のモル数と、希土類元素酸化物を三価の酸化物(RE:REは希土類元素)に換算したときのモル数と、マグネシウム化合物をMgOに換算したときのモル数との合計を単に、「珪素(窒化珪素に換算)、希土類元素酸化物(三価の酸化物換算)およびマグネシウム化合物(MgO換算)の合計」ということがある。 In this specification, the number of moles of silicon nitride (Si 3 N 4 ) obtained when all silicon is nitrided and the oxide of a rare earth element are trivalent oxides (RE 2 O 3 : RE is a rare earth element). The sum of the number of moles when converted to , and the number of moles when the magnesium compound is converted to MgO is simply "silicon (converted to silicon nitride), rare earth element oxide (converted to trivalent oxide) and magnesium compound (in terms of MgO)".

<<マグネシウム化合物>>
マグネシウム化合物としては、「Si」、「N」または「O」を含有するマグネシウム化合物を1種類または2種類以上使用することができる。特に、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)などを使用することが望ましい。
<<Magnesium compound>>
As the magnesium compound, one or more magnesium compounds containing "Si", "N" or "O" can be used. In particular, it is desirable to use magnesium oxide (MgO), magnesium silicon nitride (MgSiN 2 ), magnesium silicide (Mg 2 Si), magnesium nitride (Mg 3 N 2 ), and the like.

ここで、マグネシウム化合物の合計に対して、87質量%以上が窒化珪素マグネシウムとなるように選択する。87質量%以上の窒化珪素マグネシウムを使用することにより、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。マグネシウム化合物中の窒化珪素マグネシウムが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結果、焼結体(窒化珪素基板)の熱伝導率が低くなる。したがって、窒化珪素基板の熱伝導率を向上する観点から、マグネシウム化合物中の窒化珪素マグネシウムは、多い方が望ましく、例えば、90質量%以上であることが望ましい。 Here, it is selected so that magnesium silicon nitride accounts for 87% by mass or more of the total magnesium compound. By using 87% by mass or more of magnesium silicon nitride, the oxygen concentration in the resulting silicon nitride substrate can be reduced. If the content of magnesium silicon nitride in the magnesium compound is less than 87% by mass, the amount of oxygen in the silicon nitride particles after sintering increases, resulting in a low thermal conductivity of the sintered body (silicon nitride substrate). Therefore, from the viewpoint of improving the thermal conductivity of the silicon nitride substrate, the amount of magnesium silicon nitride in the magnesium compound is preferably as large as possible, for example, 90% by mass or more.

窒化珪素基板中のマグネシウム化合物の含有量(MgO換算)は、例えば、珪素(窒化珪素に換算)、希土類元素酸化物(三価の酸化物換算)およびマグネシウム化合物(MgO換算)の合計に対して、8mol%以上15mol%未満である。マグネシウム化合物の含有量が8mol%未満である場合、焼結助剤としても効果が不充分となり、密度が充分に高くならない。一方、マグネシウム化合物の含有量が15mol%以上である場合、低熱伝導率の粒界相が増加することにより焼結体の熱伝導率が下がる。特に、マグネシウム化合物の含有量は、8mol%以上14mol%未満であることが望ましく、9mol%以上11mol%以下であることがさらに望ましい。 The magnesium compound content (in terms of MgO) in the silicon nitride substrate is, for example, the total of silicon (in terms of silicon nitride), rare earth element oxides (in terms of trivalent oxides), and magnesium compounds (in terms of MgO). , 8 mol % or more and less than 15 mol %. If the content of the magnesium compound is less than 8 mol %, the effect as a sintering aid will be insufficient, and the density will not be sufficiently high. On the other hand, when the content of the magnesium compound is 15 mol % or more, the grain boundary phase with low thermal conductivity increases, thereby decreasing the thermal conductivity of the sintered body. In particular, the magnesium compound content is desirably 8 mol % or more and less than 14 mol %, and more desirably 9 mol % or more and 11 mol % or less.

上述した珪素と希土類元素酸化物とマグネシウム化合物を使用してスラリーを作製する(S201)。具体的には、珪素粉末に焼結助剤として希土類元素酸化物およびマグネシウム化合物を所定の比率となるように添加した後、分散媒(有機溶剤)および必要に応じて分散剤を添加し、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。分散媒としては、エタノール、n-ブタノール、トルエンなどを使用することができる。また、分散剤としては、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などを使用することができる。 A slurry is prepared using the silicon, rare earth element oxide and magnesium compound described above (S201). Specifically, after adding a rare earth element oxide and a magnesium compound as sintering aids to silicon powder so as to have a predetermined ratio, a dispersion medium (organic solvent) and, if necessary, a dispersant are added, and ball milling is carried out. A slurry, which is a dispersion of the raw material powder, is prepared by pulverizing with. Ethanol, n-butanol, toluene, etc. can be used as the dispersion medium. Moreover, as a dispersant, for example, a sorbitan ester-type dispersant, a polyoxyalkylene-type dispersant, or the like can be used.

分散媒の使用量は、例えば、原料粉末の総量に対して、40質量%以上70質量%以下であることが望ましく、分散剤の使用量は、例えば、原料粉末の総量に対して0.3質量%以上2質量%以下であることが望ましい。なお、分散後に、必要に応じて分散媒の除去、または、他の分散媒への置換を行ってもよい。 The amount of the dispersion medium used is, for example, preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less with respect to the total amount of the raw material powder, and the amount of the dispersant used is, for example, 0.3% with respect to the total amount of the raw material powder. It is desirable that the amount is not less than 2% by mass and not more than 2% by mass. After dispersion, the dispersion medium may be removed or replaced with another dispersion medium, if necessary.

2.成形体作製工程
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、分散剤などを加えて、必要に応じて真空脱泡を行った後、粘度を所定の範囲に調整することにより、塗工用スラリーを作製する。
2. Molded body production process To the slurry obtained as described above, for example, a dispersion medium, an organic binder, a dispersant, etc. are added, and if necessary, vacuum defoaming is performed, and then the viscosity is adjusted to a predetermined range. By doing so, a coating slurry is prepared.

次に、作製した塗工用スラリーをシート成形機でシート状に成形して、所定のサイズに切断した後、乾燥することによってシート状の成形体を作製する(S202)。 Next, the prepared coating slurry is formed into a sheet by a sheet forming machine, cut into a predetermined size, and dried to form a sheet-shaped formed body (S202).

塗工用スラリーの作製に使用する有機バインダは、特に限定されないが、PVB系樹脂(ポリビニルブチラール樹脂)、エチルセルロース系樹脂、アクリル系樹脂などを挙げることができる。分散媒、有機バインダ、分散剤などの添加量は、塗工条件に応じて、適宜調整することが望ましい。 The organic binder used to prepare the coating slurry is not particularly limited, but may include PVB-based resin (polyvinyl butyral resin), ethyl cellulose-based resin, acrylic-based resin, and the like. It is desirable to appropriately adjust the amount of the dispersion medium, organic binder, dispersant, etc. added 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、特に限定されるものではないが、ドクターブレード法、押出成形法などのシート成形法を使用することができる。 The method for forming the coating slurry into a sheet is not particularly limited, but sheet forming methods such as a doctor blade method and an extrusion method can be used.

成形体作製工程において形成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、打ち抜き機などを使用して所定のサイズに切断される。 The thickness of the sheet-like molded body formed in the molded body manufacturing process is, for example, 0.15 mm or more and 0.8 mm or less. The produced sheet-shaped molding is cut into a predetermined size using, for example, a punching machine, if necessary.

3.焼結工程
作製されたシート状の成形体を加熱することにより、成形体に含まれる珪素を窒化した後に緻密化する焼結工程が実施される(S203)。この焼結工程には、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(S204)と、窒化工程後に行われる緻密化焼結工程と、が含まれる。すなわち、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。これらの工程は、別々の炉で逐次的に実施してもよいし、同一の炉において連続的に実施してもよい。
3. Sintering Step A sintering step is performed in which silicon contained in the formed body is nitrided and then densified by heating the produced sheet-shaped formed body (S203). The sintering step includes a degreasing step of removing the organic binder contained in the molded body, a nitriding step (S204) of reacting silicon and nitrogen contained in the molded body to form silicon nitride, and a nitriding step. and a subsequent densification and sintering step. In other words, 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. These steps may be performed sequentially in separate furnaces or continuously in the same furnace.

焼結工程では、例えば、図5に示すように、作製したシート状の成形体100Aを窒化硼素(BN)製のセッタ200上に分離材(図示せず)を挟んで複数枚積層するとともに積層された複数枚の成形体100Aの最上層に重石300を配置して電気炉内に設置する。この状態で、有機バインダの除去工程(脱脂工程)が実施された後、窒化装置において、900℃~1300℃の温度で脱炭素処理が実施され、窒素雰囲気で所定温度まで昇温させて窒化処理が行われる。その後、焼結装置において、緻密化焼結工程が実施される。このような焼結工程は、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。 In the sintering step, for example, as shown in FIG. 5, a plurality of sheets of the produced sheet-shaped compact 100A are laminated on a setter 200 made of boron nitride (BN) with a separation material (not shown) interposed therebetween. A weight 300 is placed on the uppermost layer of a plurality of compacts 100A, and placed in an electric furnace. In this state, after the organic binder removal step (degreasing step) is performed, decarbonization treatment is performed at a temperature of 900° C. to 1300° C. in a nitriding apparatus, and the temperature is raised to a predetermined temperature in a nitrogen atmosphere for nitriding treatment. is done. After that, a densification sintering step is carried out in a sintering device. Such a sintering process is carried out 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.

なお、上述した分離材としては、例えば、厚さが約3μm以上20μm以下の窒化硼素(BN)粉層が使用される。窒化硼素粉層は、焼結後の窒化珪素基板(焼結体)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、シート状の各成形体100Aの片面に、スプレー、ブラシ塗布またはスクリーン印刷によって、窒化硼素粉がスラリーの状態で塗布されることで、形成される。窒化硼素粉は、例えば、95%以上の純度および1μm以上20μm以下の平均粒径(D50)を有していることが望ましい。 As the separation 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 is used. The boron nitride powder layer has a function of facilitating separation of the silicon nitride substrate (sintered body) after sintering. The boron nitride powder layer is formed, for example, by applying boron nitride powder in a slurry state to one side of each sheet-like compact 100A by spraying, brush coating or screen printing. The boron nitride powder preferably has, for example, a purity of 95% or more and an average particle size (D50) of 1 μm or more and 20 μm or less.

以上のようにして、窒化珪素基板を製造することができる。特に、本実施の形態における窒化珪素基板の製造方法によれば、純度の高い珪素粉末を使用していることから、例えば、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。ただし、本発明者が検討したところ、上述した窒化珪素基板の製造方法には、改善の余地が存在することが明らかになったので、以下では、この点について説明する。 A silicon nitride substrate can be manufactured in the manner described above. In particular, according to the method for manufacturing a silicon nitride substrate in the present embodiment, silicon powder with high purity is used, so that for example, a silicon nitride substrate having a thermal conductivity of 110 W/(m·K) or more can be manufactured. can do. However, as a result of examination by the present inventors, it has become clear that there is room for improvement in the above-described method for manufacturing a silicon nitride substrate. Therefore, this point will be described below.

<改善の余地>
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、窒化処理が必要となる。この点に関し、本発明者は、窒化処理での加熱条件によって、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。
<Room for improvement>
In the method for manufacturing a silicon nitride substrate described above, since silicon powder is used instead of silicon nitride powder, nitriding treatment is required. In this regard, the present inventors have newly discovered that the surface of the manufactured silicon nitride substrate may have color unevenness depending on the heating conditions in the nitriding treatment.

ここで、本明細書で窒化珪素基板の「表面」というときは、第1面としての「表面」だけでなく、第1面とは反対側の第2面としての「裏面」も含むことを意図している。例えば、窒化珪素基板の「表面」に色むらが発生しているというときには、窒化珪素基板の「表面または裏面」に色むらが発生していると適宜読み換えることとする。すなわち、本明細書で「表面」というときには、「表面または裏面の少なくとも1つの面」という意図で使用して、表現の煩雑さを回避することにする。 Here, in this specification, the term "front surface" of the silicon nitride substrate includes not only the "front surface" as the first surface, but also the "back surface" as the second surface opposite to the first surface. intended. For example, when it is said that color unevenness occurs on the "front surface" of the silicon nitride substrate, it is appropriately read that color unevenness occurs on the "front surface or rear surface" of the silicon nitride substrate. That is, the term "front surface" in this specification is used with the intention of "at least one of the front surface and the back surface" to avoid complication of expression.

また、本明細書でいう「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している。具体的に、図6は、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6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、黒味を帯びており、中央部の色合いと縁部の色合いとを比較すると、窒化珪素基板に色むらが発生していることがわかる。 Further, the term "unevenness of color" as used in this specification means, for example, that the hue of the central portion of the rectangular silicon nitride substrate is different from that of the edge portion. Specifically, FIG. 6 is a photograph showing the surface of a silicon nitride substrate on which color unevenness has occurred. In FIG. 6, the central portion of the silicon nitride substrate is tinged with white, whereas the edge portion of the silicon nitride substrate is tinged with black. , it can be seen that color unevenness occurs on the silicon nitride substrate.

例えば、窒化珪素基板の表面に異物や汚れが付着すると、「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要因となることから、異物や汚れを除去する必要がある。したがって、異物や汚れの窒化珪素基板への付着を検出するために、外観検査が行われている。ところが、図6に示すような色むらが発生すると、色むらを異物や汚れの付着として誤検出するおそれがある。具体的に、異物や汚れは黒色領域(黒色点)として認識されることが多いことを考慮すると、例えば、図6に示す窒化珪素基板の縁部は黒味を帯びていることから、この縁部の領域が異物や汚れが付着した領域と誤検出されるおそれがある。したがって、外観検査における誤検出を抑制するためには、窒化珪素基板の表面に発生する色むらを抑制する工夫が望まれていることがわかる。 For example, if foreign matter or dirt adheres to the surface of the silicon nitride substrate, it becomes a cause of poor contact with the "brazing material" or poor insulation of the silicon nitride substrate itself, so it is necessary to remove the foreign matter or dirt. Therefore, a visual inspection is performed to detect adhesion of foreign matter or dirt to the silicon nitride substrate. However, when color unevenness as shown in FIG. 6 occurs, there is a risk that the color unevenness is erroneously detected as adhesion of foreign matter or dirt. Specifically, considering that foreign substances and stains are often recognized as black areas (black dots), for example, the edges of the silicon nitride substrate shown in FIG. There is a possibility that the area of the part may be erroneously detected as an area where foreign matter or dirt is attached. Therefore, in order to suppress erroneous detection in the appearance inspection, it can be seen that there is a demand for a device for suppressing color unevenness that occurs on the surface of the silicon nitride substrate.

<<色むらの発生メカニズム(推測)>>
そこで、本発明者は、窒化珪素基板の表面に発生する色むらを抑制するために、まず、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。この結果、本発明者は、以下に示す色むらの発生メカニズムを推定したので、この推定した色むらの発生メカニズムについて説明する。
<<Occurrence mechanism of color unevenness (speculation)>>
Therefore, in order to suppress the color unevenness that occurs on the surface of the silicon nitride substrate, the present inventors first made extensive studies on the mechanism by which the color unevenness occurs on the surface of the silicon nitride substrate. As a result, the present inventor has deduced the generation mechanism of color unevenness as described below.

窒化処理は、窒素雰囲気中において、例えば、図5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によって行われる。この場合、例えば、積層された成形体100Aのうち、上下の成形体100Aで挟まれた第1成形体に着目すると、この第1成形体においては、中央部には熱が籠りやすい。このことから、第1成形体においては、中央部の温度が高く、かつ、縁部の温度が低い温度分布が生じる。このとき、温度の高い中央部では、窒化反応が進む一方、縁部では、窒化反応が進みにくくなる。そして、窒化反応が発熱反応であることを考慮すると、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。この温度上昇が大きい場合には、中央部の温度が珪素の融点を超えて珪素が溶融してしまう「熱暴走」が生じてしまうとともに、中央部と縁部との間の温度差が大きくなる結果、縁部で窒化不足が生じると考えられる。このような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ことになる結果、色むらが発生すると推察される。すなわち、本発明者は、未窒化の珪素が残存することに起因して色むらが発生すると推察している。 Nitriding is performed in a nitrogen atmosphere, for example, as shown in FIG. by heat treatment at In this case, for example, among the stacked molded bodies 100A, focusing on the first molded body sandwiched between the upper and lower molded bodies 100A, heat tends to accumulate in the central portion of the first molded body. Therefore, in the first molded body, a temperature distribution is generated in which the temperature is high in the central portion and low in the edge portion. At this time, while the nitriding reaction progresses in the central portion where the temperature is high, the nitriding reaction does not progress easily in the edge portion. Considering that the nitriding reaction is an exothermic reaction, the temperature rises sharply in the central portion where the nitriding reaction progresses, as a result of the positive feedback of the calorific value. If this temperature rise is large, the temperature at the central portion exceeds the melting point of silicon, causing "thermal runaway" in which silicon melts, and the temperature difference between the central portion and the edge portion increases. As a result, it is believed that insufficient nitridation occurs at the edges. If the sintering process is carried out in such a state that nitridation is insufficient, silicon that has not been completely nitrided will eventually remain at the edges, and as a result, color unevenness will occur. In other words, the inventors speculate that the color unevenness occurs due to the remaining unnitrided silicon.

このように推察されるメカニズムに基づくと、窒化珪素基板の表面に生じる色むらは、窒化処理における昇温工程に起因すると考えられる。すなわち、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」を抑制しながら、色むらを抑制できると考えられる。そこで、本実施の形態では、窒化処理における昇温工程に工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明することにする。 Based on this presumed mechanism, it is considered that the color unevenness occurring on the surface of the silicon nitride substrate is caused by the temperature rising process in the nitriding treatment. That is, if the temperature rise process can be performed while realizing a temperature distribution in which the temperature difference between the temperature in the central portion and the temperature in the edge portion is small, it is possible to suppress color unevenness while suppressing "thermal runaway". it is conceivable that. Therefore, in the present embodiment, the temperature rising process in the nitriding treatment is devised. In the following, the technical idea of this embodiment with this ingenuity will be described.

<実施の形態における基本思想>
本実施の形態における基本思想は、窒化処理における急激な昇温を抑制することにより、中央部と縁部の温度差が小さい温度分布を維持しながら成形体を加熱する思想である。つまり、基本思想は、中央部の温度と縁部の温度との間の温度差を充分に緩和するために必要な時間を確保できる程度に、急激な昇温を抑制する思想である。
<Basic idea in the embodiment>
The basic idea of the present embodiment is to heat the compact while maintaining a temperature distribution with a small temperature difference between the central portion and the edge portion by suppressing a rapid temperature rise in the nitriding treatment. In other words, the basic idea is to suppress the rapid temperature rise to the extent that the time required to sufficiently reduce the temperature difference between the temperature at the center and the temperature at the edge can be secured.

この基本思想によれば、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ことができることから、中央部での急激な窒化反応に起因する「熱暴走」を抑制しながら、縁部での窒化不足を解消することができる。 According to this basic concept, the temperature can be gradually raised while reducing the temperature difference between the temperature in the central portion and the temperature in the edge portion. Insufficient nitridation at the edges can be overcome while being suppressed.

特に、基本思想では、窒化処理における昇温工程のうち、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)の平均を所定値以下となるように工夫を施している。例えば、加熱温度の傾きの平均は、3.1℃/h以下とするのが好ましい。また、最高加熱温度は、1390℃以上1500℃以下であることが好ましい。 In particular, the basic idea is that the average amount of temperature rise per unit time (hereinafter referred to as the slope of the heating temperature) is less than or equal to a predetermined value in the range from 1270° C. to 1340° C. in the temperature raising process in the nitriding process. It is devised so that For example, the average gradient of the heating temperature is preferably 3.1° C./h or less. Also, the maximum heating temperature is preferably 1390° C. or higher and 1500° C. or lower.

これにより、基本思想によれば、中央部の温度と縁部の温度との間の温度差を充分に緩和するために必要な時間を確保できる程度にゆっくり昇温させることができる。このことから、基本思想によれば、成形体の縁部での窒化不足が解消される結果、最終的に製造される窒化珪素基板の表面に発生する色むらを低減することができる。したがって、基本思想によれば、色むらに起因する外観検査の誤検出を低減できる結果、外観検査の異物あるいは汚れの検出精度を向上できるという顕著な効果を得ることができる。 Thereby, according to the basic idea, it is possible to raise the temperature slowly enough to ensure the time necessary for the temperature difference between the temperature of the central part and the temperature of the edge part to be sufficiently relaxed. From this, according to the basic idea, as a result of eliminating insufficient nitridation at the edge of the compact, it is possible to reduce color unevenness that occurs on the surface of the finally manufactured silicon nitride substrate. Therefore, according to the basic idea, it is possible to reduce erroneous detection in visual inspection due to color unevenness, and as a result, it is possible to obtain a remarkable effect of improving the detection accuracy of foreign matter or dirt in visual inspection.

<具体的態様>
以下では、この基本思想を具現化した具体的態様について説明する。
<Specific embodiment>
A specific embodiment of this basic idea will be described below.

前記「<実施の形態における窒化珪素基板の製造方法>」に記載の方法で実施例1、実施例2及び比較例の窒化珪素基板を製造した。各窒化珪素基板は、第1面と、第2面とを有しており、平面形状は、矩形形状であった。各窒化珪素基板の各辺の長さは、長辺200mm、短辺140mmであった。各窒化珪素基板の厚さは、0.32mmであった。 Silicon nitride substrates of Example 1, Example 2, and Comparative Example were manufactured by the method described in "<Method for Manufacturing Silicon Nitride Substrate in Embodiment>". Each silicon nitride substrate had a first surface and a second surface, and had a rectangular planar shape. Each side of each silicon nitride substrate had a long side of 200 mm and a short side of 140 mm. Each silicon nitride substrate had a thickness of 0.32 mm.

各窒化珪素基板を製造するとき、珪素、希土類酸化物、マグネシウム化合物の合計に対して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。 When manufacturing each silicon nitride substrate, the molar ratio of the rare earth oxide was 1.2 mol % and the molar ratio of the magnesium compound was 9.8 mol % with respect to the total of silicon, rare earth oxide and magnesium compound.

実施例1の窒化珪素基板を製造するとき、窒化工程S204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7は、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7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。実施例1では、窒化処理における成形体の急激な昇温が生じておらず、「熱暴走」は生じていなかった。実施例1の窒化珪素基板の熱伝導率は129W/(m・K)であった。 When manufacturing the silicon nitride substrate of Example 1, in the nitriding step S204, 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. 7 shows 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. The horizontal axis in FIG. 7 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. In Example 1, a rapid temperature rise of the compact did not occur in the nitriding treatment, and "thermal runaway" did not occur. The thermal conductivity of the silicon nitride substrate of Example 1 was 129 W/(m·K).

実施例2の窒化珪素基板を製造するとき、窒化工程S204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、3.02℃/hであった。図8は、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8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。実施例2では、窒化処理における成形体の急激な昇温が生じておらず、「熱暴走」は生じていなかった。実施例2の窒化珪素基板の熱伝導率は126W/(m・K)であった。 When manufacturing the silicon nitride substrate of Example 2, in the nitriding step S204, 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 temperature rising range from 1270°C to 1340°C was 3.02°C/h. FIG. 8 shows 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. The horizontal axis in FIG. 8 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. In Example 2, a rapid temperature rise of the compact did not occur during the nitriding treatment, and "thermal runaway" did not occur. The thermal conductivity of the silicon nitride substrate of Example 2 was 126 W/(m·K).

比較例の窒化珪素基板を製造するとき、窒化工程S204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9は、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9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が20℃を超えて最大44.9℃となっていた。すなわち、比較例では、窒化処理における急激な成形体の昇温が生じて、「熱暴走」が発生していた。比較例の窒化珪素基板の熱伝導率は120W/(m・K)であった。 When manufacturing the silicon nitride substrate of the comparative example, in the nitriding step S204, the heating temperature was raised to the maximum heating temperature in such a manner that the heating temperature was raised step by step 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. 9 shows 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. The horizontal axis in FIG. 9 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 and reached a maximum of 44.9°C. In other words, in the comparative example, the temperature of the molded body abruptly increased during the nitriding treatment, and "thermal runaway" occurred. The thermal conductivity of the silicon nitride substrate of the comparative example was 120 W/(m·K).

以下では、実施例1あるいは実施例2で示される加熱条件で製造される窒化珪素基板によれば、色むらを低減することができるという検証結果について説明する。 In the following, the verification result that the silicon nitride substrate manufactured under the heating conditions shown in Example 1 or Example 2 can reduce color unevenness will be described.

<検証結果>
<<色むらの定量的評価方法>>
まず、色むらの定量的評価方法について説明する。
<Verification result>
<< Quantitative evaluation method of color unevenness >>
First, a quantitative evaluation method for color unevenness will be described.

本実施の形態では、色むらを評価するに当たり「色空間」を使用する。 In this embodiment, a "color space" is used to evaluate color unevenness.

図10は、「色空間」の立体的イメージを示す模式図である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing a stereoscopic image of the "color space".

図10に示す「色空間」の構成パラメータとしては、以下に示すパラメータがある。 The configuration parameters of the "color space" shown in FIG. 10 include the following parameters.

<<<明度L>>>
「明度L」は、色調の明暗を示す指数である。「明度L」は、0≦L≦100の範囲の値を取り、「明度L」の値が大きくなると、色調は明るくなり、白味を帯びる。一方、「明度L」の値が小さくなると、色調は暗くなり、黒味を帯びる。
<<< Brightness L * >>>
“Brightness L * ” is an index indicating the brightness of color tone. “Lightness L * ” takes a value in the range of 0≦L * ≦100, and as the value of “lightness L * ” increases, the color tone becomes brighter and whitish. On the other hand, when the value of "lightness L * " becomes small, the color tone becomes darker and takes on a black tint.

<<<クロマティクネス指数a>>>
「クロマティクネス指数a」は、色調の赤から緑の度合いを示す指数である。「クロマティクネス指数a」は、-60≦a≦+60の範囲の値を取る。「クロマティクネス指数a」の値がプラス方向に大きくなると色調は赤色となる。一方、「クロマティクネス指数a」の値がマイナス方向に大きくなると色調は緑色となる。そして、「クロマティクネス指数a」の絶対値が小さくなる程、くすんだ色調となる。
<<<Chromaticness index a * >>>
"Chromaticness index a * " is an index that indicates the degree of color tone from red to green. "Chromaticness index a * " takes a value in the range of -60≤a * ≤+60. As the value of the "chromaticness index a * " increases in the positive direction, the color tone becomes red. On the other hand, when the value of the "chromaticness index a * " increases in the negative direction, the color tone becomes green. The smaller the absolute value of the "chromaticness index a * ", the duller the color tone.

<<<クロマティクネス指数b>>>
「クロマティクネス指数b」は、色調の黄から青の度合いを示す指数である。「クロマティクネス指数b」は、-60≦b≦+60の範囲の値を取る。「クロマティクネス指数b」の値がプラス方向に大きくなると色調は黄色となる。一方、「クロマティクネス指数b」の値がマイナス方向に大きくなると色調は青色となる。そして、「クロマティクネス指数b」の絶対値が小さくなる程、くすんだ色調となる。
<<<Chromaticness index b * >>>
"Chromaticness index b * " is an index that indicates the degree of color tone from yellow to blue. "Chromaticness index b * " takes a value in the range of -60≤b * ≤+60. As the value of the "chromaticness index b * " increases in the positive direction, the color tone becomes yellow. On the other hand, when the value of the "chromaticness index b * " increases in the negative direction, the color tone becomes blue. The smaller the absolute value of the "chromaticness index b * ", the duller the color tone.

上述した「明度L」、「クロマティクネス指数a」および「クロマティクネス指数b」は、「JIS Z 8722:2000」に準拠して測定される。例えば、本実施の形態では、素材の色を表すSCI(反射光を含む)方式で測定する。このとき、測定機器としては、「コニカミノルタ社製 CR-400」を使用し、「視野:CIE2°視野等色関数近似」および「光源:C」という設定で測定を行っている。なお、窒化珪素基板は、PPC用紙10枚を重ねた上に載置し、窒化珪素基板のPPC用紙と接する側とは反対側の表面に対して上記測定機器により測定する。 The above-mentioned "lightness L * ", "chromaticness index a * " and "chromaticness index b * " are measured according to "JIS Z 8722:2000". For example, in the present embodiment, the SCI (including reflected light) method representing the color of the material is used for measurement. At this time, "Konica Minolta CR-400" is used as a measuring instrument, and the measurement is performed with the settings of "field of view: CIE 2° field of view color matching function approximation" and "light source: C". The silicon nitride substrate is placed on top of 10 sheets of PPC paper, and the surface of the silicon nitride substrate opposite to the side in contact with the PPC paper is measured by the above measuring equipment.

<<<彩度C>>>
「彩度C」は、以下に示す数式1に基づいて、「クロマティクネス指数a」および「クロマティクネス指数b」に基づいて算出される。
<<<Saturation C * >>>
The "chroma C * " is calculated based on the "chromaticness index a * " and the "chromaticness index b * " based on Equation 1 shown below.

=√{(a+(b} ・・・数式1 C * =√{(a * ) 2 +(b * ) 2 } Equation 1

<<<色差ΔEab>>>
「色差ΔEab」とは、基準色との色の差を示す指標であり、「明度L」、「クロマティクネス指数a」および「クロマティクネス指数b」に基づいて算出される。
<<<color difference ΔE * ab>>>
"Color difference ΔE * ab" is an index indicating a color difference from a reference color, and is calculated based on "lightness L * ", "chromaticness index a * ", and "chromaticness index b * ".

図11は、窒化珪素基板100を模式的に示す図であり、「位置1」は中央部に相当する領域を示している一方、「位置2」、「位置3」、「位置4」および「位置5」は4つの縁部に相当する領域を示している。本実施の形態では、「位置1」の色を基準色として、「位置2」~「位置5」における「色差ΔEab」を算出している。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the silicon nitride substrate 100. "Position 1" indicates a region corresponding to the central portion, while "Position 2", "Position 3", "Position 4" and " Position 5" indicates an area corresponding to four edges. In the present embodiment, the "color difference ΔE * ab" at "position 2" to "position 5" is calculated using the color at "position 1" as a reference color.

具体的に、「位置1」~「位置5」は、以下に示す位置として定義される。
「位置1」:表面において、対角線が交差する位置
「位置2」:表面において、角部CNR1から「位置1」の方向に15mm内側の位置
「位置3」:表面において、角部CNR2から「位置1」の方向に15mm内側の位置
「位置4」:表面において、角部CNR3から「位置1」の方向に15mm内側の位置
「位置5」:表面において、角部CNR4から「位置1」の方向に15mm内側の位置
Specifically, “Position 1” to “Position 5” are defined as the positions shown below.
"Position 1": On the surface, the position where the diagonal lines intersect "Position 2": On the surface, the position 15 mm inside from the corner CNR1 in the direction of "Position 1""Position3": On the surface, from the corner CNR2 "Position "Position 4": Position 15 mm inside in the direction of "Position 1" from the corner CNR3 on the surface "Position 5": On the surface, the direction of "Position 1" from the corner CNR4 15mm inside position

なお、測定範囲は、「位置1」~「位置5」のそれぞれの位置を中心とした20mm×20mmの領域である。 The measurement range is an area of 20 mm×20 mm centered on each position of "Position 1" to "Position 5".

<<色むらの検証結果>>
以下では、上述した「色空間」の構成パラメータを使用して、サンプル#1~サンプル#4についての色むらの検証を行ったので、この検証結果について説明する。
<<Verification result of color unevenness>>
In the following, using the configuration parameters of the "color space" described above, color unevenness was verified for samples #1 to #4, and the results of this verification will be described.

「サンプル#1」は、実施例1の加熱条件で窒化処理を行って製造された窒化珪素基板であり、「サンプル#2」は、実施例2の加熱条件で窒化処理を行って製造された窒化珪素基板である。また、「サンプル#3」および「サンプル#4」は、比較例の加熱条件で窒化処理を行って製造された窒化珪素基板である。 "Sample #1" is a silicon nitride substrate manufactured by performing nitriding treatment under the heating conditions of Example 1, and "Sample #2" is a silicon nitride substrate manufactured by performing nitriding treatment under the heating conditions of Example 2. A silicon nitride substrate. "Sample #3" and "Sample #4" are silicon nitride substrates manufactured by nitriding under the heating conditions of the comparative example.

Figure 0007188633000001
Figure 0007188633000001

表1は、「サンプル#1」~「サンプル#4」に関する色むらの検証結果を示す表である。表1に示すように、「サンプル#1」~「サンプル#4」のいずれにおいても、130W/(m・K)の熱伝導率を実現できている。 Table 1 is a table showing the verification results of color unevenness for "Sample #1" to "Sample #4". As shown in Table 1, a thermal conductivity of 130 W/(m·K) was achieved in any of "Sample #1" to "Sample #4".

ただし、比較例を示す「サンプル#3」および「サンプル#4」において、「色差ΔEab」は、1.5よりも大きくなっている位置が存在している。これは、比較例における窒化処理の加熱条件で製造された窒化珪素基板では、高い熱伝導率を得ることができる一方で、色むらが顕在化することを意味している。 However, in "Sample #3" and "Sample #4" showing comparative examples, there are positions where the "color difference ΔE * ab" is greater than 1.5. This means that the silicon nitride substrate manufactured under the heating conditions of the nitriding treatment in the comparative example can obtain a high thermal conductivity, but the color unevenness becomes conspicuous.

これに対し、実施例1を示す「サンプル#1」において、「色差ΔEab」は、「位置2」~「位置5」のすべてで1.5以下となっている。 On the other hand, in "Sample #1" representing Example 1, "Color difference ΔE * ab" is 1.5 or less at all of "Position 2" to "Position 5".

また、実施例2を示す「サンプル#2」において、「色差ΔEab」は、「位置2」~「位置5」のすべてで0.8以下となっている。 In addition, in "Sample #2" indicating Example 2, "Color difference ΔE * ab" is 0.8 or less at all of "Position 2" to "Position 5".

このことは、実施例1あるいは実施例2における窒化処理の加熱条件で製造された窒化珪素基板では、高い熱伝導率を得ることができるとともに、色むらも低減できることを意味する。したがって、実施例1および実施例2によれば、放熱特性に優れた窒化珪素基板を得ることができるだけでなく、色むらに起因する外観検査の誤検出を低減できる。 This means that the silicon nitride substrate manufactured under the heating conditions of the nitriding treatment in Example 1 or Example 2 can obtain high thermal conductivity and can reduce color unevenness. Therefore, according to Examples 1 and 2, it is possible not only to obtain a silicon nitride substrate having excellent heat dissipation characteristics, but also to reduce erroneous detection in visual inspection due to color unevenness.

さらに、実施例1および実施例2において、中央部(位置1)と縁部(位置2~位置5)のそれぞれの「明度L」は70以上であるともに、「彩度C」は10以上である。これにより、異物や汚れとのコントラストが明瞭となる結果、外観検査の異物あるいは汚れの検出精度を向上できるという顕著な効果を得ることができる。 Furthermore, in Examples 1 and 2, the central portion (position 1) and the edge portions (positions 2 to 5) each had a “lightness L * ” of 70 or more and a “chroma C * ” of 10. That's it. As a result, the contrast between the foreign matter and dirt becomes clear, and as a result, it is possible to obtain a remarkable effect of improving the foreign matter or dirt detection accuracy in the appearance inspection.

ここで、本明細書でいう「縁部」とは、上述した「位置2」~「位置5」のすべてを含む概念として記載されている。すなわち、本明細書でいう「縁部」には、「位置2」~「位置5」のすべてが含まれる。また、「中央部」とは、「位置1」を含む概念として記載されている。したがって、「中央部と縁部との色差をΔEabとすると、ΔEab≦1.5である」という記載は、「位置1」と「位置2」の色差が1.5以下であり、「位置1」と「位置3」の色差が1.5以下であり、「位置1」と「位置4」との色差が1.5以下であり、「位置1」と「位置5」との色差が1.5以下であることを意味している。 Here, the term “edge portion” as used in this specification is described as a concept including all of the above-described “position 2” to “position 5”. That is, the "edge" as used herein includes all of "Position 2" to "Position 5". Also, the "central part" is described as a concept including "position 1". Therefore, the statement "If ΔE * ab is the color difference between the central portion and the edge, ΔE * ab≦1.5" means that the color difference between "position 1" and "position 2" is 1.5 or less. , the color difference between "position 1" and "position 3" is 1.5 or less, the color difference between "position 1" and "position 4" is 1.5 or less, and the color difference between "position 1" and "position 5" is 1.5 or less. is 1.5 or less.

同様に、「「中央部」と「縁部」のそれぞれの明度が70以上である」という記載は、「位置1」~「位置5」のそれぞれの明度が70以上であることを意味している。 Similarly, the description that "the brightness of each of the 'central portion' and the 'edge portion' is 70 or more" means that the brightness of each of 'position 1' to 'position 5' is 70 or more. there is

また、「「中央部」と「縁部」のそれぞれの彩度が10以上である」という記載は、「位置1」~「位置5」のそれぞれの彩度が10以上であることを意味している。 In addition, the description that "the saturation of each of the 'central portion' and the 'edge portion' is 10 or more" means that the saturation of each of 'position 1' to 'position 5' is 10 or more. ing.

<総括>
本実施の形態では、窒化処理における昇温工程のうち、1270℃から1340℃までの範囲において、加熱温度の傾きの平均を3.1℃/h以下となるように工夫が施されている。
<Summary>
In the present embodiment, in the heating process in the nitriding process, the average heating temperature gradient is controlled to 3.1° C./h or less in the range from 1270° C. to 1340° C. As shown in FIG.

これにより、本実施の形態によれば、「色差ΔEab」が1.5以下、さらに言えば、0.8以下となる窒化珪素基板を得ることができる。したがって、本実施の形態における技術的思想は、色むらを低減できる点で優れている。つまり、本実施の形態における技術的思想は、色むらを低減できることを通じて、外観検査の異物あるいは汚れの検出精度を向上できる点で大きな技術的意義を有しているということができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain a silicon nitride substrate having a "color difference ΔE * ab" of 1.5 or less, more specifically 0.8 or less. Therefore, the technical idea of this embodiment is excellent in that it can reduce color unevenness. In other words, it can be said that the technical idea of the present embodiment has great technical significance in terms of improving the detection accuracy of foreign matter or stains in visual inspection by reducing color unevenness.

なお、本実施の形態における技術的思想は、サイズの大きな窒化珪素基板に適用して有効である。具体的に、本実施の形態における技術的思想は、例えば、図2に示すように、3相インバータ回路を構成する6つの半導体装置を1つの窒化珪素基板に搭載する構成などに適用して有効である。なぜなら、サイズの大きな窒化珪素基板を使用する場合、色むらが発生するポテンシャルが大きくなると考えられるからである。 The technical idea of the present embodiment is effective when applied to a silicon nitride substrate having a large size. Specifically, the technical concept of the present embodiment is effective when applied to, for example, a configuration in which six semiconductor devices constituting a three-phase inverter circuit are mounted on one silicon nitride substrate, as shown in FIG. is. This is because the use of a silicon nitride substrate having a large size increases the potential for the occurrence of color unevenness.

この点に関し、色むらの発生ポテンシャルの大きなサイズの大きな窒化珪素基板の製造において、本実施の形態における技術的思想を適用すれば、色むらの発生を低減する観点から有効であると考えられる。特に、本実施の形態における技術的思想は、矩形形状のそれぞれの辺の長さが100mm以上の窒化珪素基板の製造に適用して有効である。 In this regard, it is considered effective from the viewpoint of reducing the occurrence of color unevenness if the technical idea of the present embodiment is applied to the manufacture of a large-sized silicon nitride substrate having a high potential for occurrence of color unevenness. In particular, the technical idea of the present embodiment is effective when applied to manufacture of a silicon nitride substrate having a rectangular shape with each side having a length of 100 mm or more.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say.

100 窒化珪素基板
100A 成形体
200 セッタ
300 重石
INV インバータ回路
FWD ダイオード
GCC ゲート制御回路
GL グランド配線
LG1 第1レグ
LG2 第2レグ
LG3 第3レグ
MT 3相誘導モータ
NT 負電位端子
PT 正電位端子
Q1 スイッチング素子
RT ロータ
SA 半導体装置
SA1 半導体装置
SA2 半導体装置
SA3 半導体装置
SA4 半導体装置
SA5 半導体装置
SA6 半導体装置
VL 電源配線
WL1 配線
WL2 配線
WL3 配線
100 Silicon Nitride Substrate 100A Molded Body 200 Setter 300 Weight INV Inverter Circuit FWD Diode GCC Gate Control Circuit GL Ground Wiring LG1 First Leg LG2 Second Leg LG3 Third Leg MT Three-Phase Induction Motor NT Negative Potential Terminal PT Positive Potential Terminal Q1 Switching Element RT Rotor SA Semiconductor device SA1 Semiconductor device SA2 Semiconductor device SA3 Semiconductor device SA4 Semiconductor device SA5 Semiconductor device SA6 Semiconductor device VL Power wiring WL1 Wiring WL2 Wiring WL3 Wiring

Claims (5)

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って、
第1面と、前記第1面とは反対側の第2面とを有し、
平面形状は、それぞれの辺が100mm以上の矩形形状であり、
前記第1面と前記第2面のうちの少なくとも一方の面において、中央部と縁部との色差をΔEabとすると、各角部から中央部の方向に15mm内側の位置である縁部のすべてで0<ΔEab≦1.5である、
窒化珪素基板。
A silicon nitride substrate obtained by nitriding a sheet-shaped compact containing silicon,
having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
The planar shape is a rectangular shape with each side of 100 mm or more,
On at least one of the first surface and the second surface, if the color difference between the central portion and the edge portion is ΔE * ab, the edge portion located 15 mm inward from each corner toward the central portion. 0<ΔE * ab≦1.5 for all of
Silicon nitride substrate.
請求項1に記載の窒化珪素基板において、
0<ΔEab≦0.8である、窒化珪素基板。
In the silicon nitride substrate according to claim 1,
A silicon nitride substrate, wherein 0<ΔE * ab≦0.8.
請求項1または2に記載の窒化珪素基板において、
前記中央部と前記縁部のそれぞれの明度は、70以上である、窒化珪素基板。
In the silicon nitride substrate according to claim 1 or 2,
The silicon nitride substrate, wherein the brightness of each of the central portion and the edge portion is 70 or more.
請求項1~3のいずれか1項に記載の窒化珪素基板において、
前記中央部と前記縁部のそれぞれの彩度は、10以上である、窒化珪素基板。
In the silicon nitride substrate according to any one of claims 1 to 3,
The silicon nitride substrate, wherein the saturation of each of the central portion and the edge portion is 10 or more.
請求項1~4のいずれか1項に記載の窒化珪素基板において、
厚さが0.15mm以上0.8mm以下である、窒化珪素基板。
In the silicon nitride substrate according to any one of claims 1 to 4,
A silicon nitride substrate having a thickness of 0.15 mm or more and 0.8 mm or less.
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