JP2002356376A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents
配線基板及びその製造方法Info
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- JP2002356376A JP2002356376A JP2001164638A JP2001164638A JP2002356376A JP 2002356376 A JP2002356376 A JP 2002356376A JP 2001164638 A JP2001164638 A JP 2001164638A JP 2001164638 A JP2001164638 A JP 2001164638A JP 2002356376 A JP2002356376 A JP 2002356376A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】安定したＣｕとの接合強度を示し、絶縁劣化の
発生を抑制できる窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配
線基板を提供する。 【解決手段】窒化珪素を主結晶相とし、該主結晶相の粒
界相に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを含み、熱
伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上の焼結体からなり、該焼結体
の内部の粒界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2系結晶相を含むとともに、該焼結体の表面の粒界相
が実質的にメリライト相からなることを特徴とする。
発生を抑制できる窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配
線基板を提供する。 【解決手段】窒化珪素を主結晶相とし、該主結晶相の粒
界相に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを含み、熱
伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上の焼結体からなり、該焼結体
の内部の粒界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2系結晶相を含むとともに、該焼結体の表面の粒界相
が実質的にメリライト相からなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板の表面に
Ｃｕ等の金属回路板が設けられてなる配線基板に関し、
特に絶縁基板が窒化珪素を主成分とする焼結体からな
り、金属回路に大電流が印加される配線基板とその製造
方法に関するものである。
Ｃｕ等の金属回路板が設けられてなる配線基板に関し、
特に絶縁基板が窒化珪素を主成分とする焼結体からな
り、金属回路に大電流が印加される配線基板とその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、産業機器の分野ではＭＯＳＦＥＴや
ＩＧＢＴなどのパワーデバイスを用いたパワーモジュー
ルが電車、電気自動車などの電動車両に適用されつつあ
る。これらのパワーデバイスに使用される電流は数十〜
数百Ａを超え、また電圧も数千Ｖと非常に高電力となる
ため、パワーデバイスから発生する熱も大きくなる。こ
れによるデバイスの誤動作あるいは破壊を防止するため
に、発生熱をいかに系外に放出するかが大きな問題にな
っており、このような熱を装置外に放出可能な配線基板
が必要とされている。
ＩＧＢＴなどのパワーデバイスを用いたパワーモジュー
ルが電車、電気自動車などの電動車両に適用されつつあ
る。これらのパワーデバイスに使用される電流は数十〜
数百Ａを超え、また電圧も数千Ｖと非常に高電力となる
ため、パワーデバイスから発生する熱も大きくなる。こ
れによるデバイスの誤動作あるいは破壊を防止するため
に、発生熱をいかに系外に放出するかが大きな問題にな
っており、このような熱を装置外に放出可能な配線基板
が必要とされている。
【０００３】従来より、デバイスから発生した熱を放熱
するための好適な絶縁材料としては、酸化ベリリウム、
窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられてきた
が、量産性、安全性などの点から窒化アルミニウムが最
も多く用いられてきた。
するための好適な絶縁材料としては、酸化ベリリウム、
窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられてきた
が、量産性、安全性などの点から窒化アルミニウムが最
も多く用いられてきた。
【０００４】しかし、電動車両におけるパワーモジュー
ル用基板として適用するためには、高熱伝導性のみなら
ず、高い耐久性を有することが必要であるが、窒化アル
ミニウムは、強度が低いため、過酷な条件下で使用され
る電動車両などの絶縁基板材料では充分な特性を有する
ものではなかった。
ル用基板として適用するためには、高熱伝導性のみなら
ず、高い耐久性を有することが必要であるが、窒化アル
ミニウムは、強度が低いため、過酷な条件下で使用され
る電動車両などの絶縁基板材料では充分な特性を有する
ものではなかった。
【０００５】そこで、高熱伝導性とともに高強度、高信
頼性の要求に応えたパワーモジュール用配線基板として
窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線基板が注目され
ており、使用電流が大きいパワーモジュール用配線基板
には、この配線基板に厚み０．３〜０．５ｍｍのＣｕ板
が導体回路として用いられ、窒化珪素などの絶縁基板と
接合された構造となっている。
頼性の要求に応えたパワーモジュール用配線基板として
窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線基板が注目され
ており、使用電流が大きいパワーモジュール用配線基板
には、この配線基板に厚み０．３〜０．５ｍｍのＣｕ板
が導体回路として用いられ、窒化珪素などの絶縁基板と
接合された構造となっている。
【０００６】このようなＣｕ板と窒化珪素の接合方法と
して、例えば、活性金属を含む化合物を含むロウ材ペー
ストを用いた接合により、接合層の厚みを２０μｍ以下
に、Ｃｕ板の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下にでき、機械
的特性、熱抵抗、安全性に優れた窒化珪素質焼結体の絶
縁基板からなる回路基板が特開平９−１６２３２５号公
報に記載されている。
して、例えば、活性金属を含む化合物を含むロウ材ペー
ストを用いた接合により、接合層の厚みを２０μｍ以下
に、Ｃｕ板の酸素含有量を５０ｐｐｍ以下にでき、機械
的特性、熱抵抗、安全性に優れた窒化珪素質焼結体の絶
縁基板からなる回路基板が特開平９−１６２３２５号公
報に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−１６２３２５号公報に記載の回路基板は、活性金属
を含んだロウ材を用いて窒化珪素質焼結体で構成される
絶縁基板とＣｕとを接合しており、機械的特性、熱抵
抗、安全性に優れた接合を得ることができるものの、接
合強度にバラツキが見られ、信頼性が低くなるといった
問題があった。
９−１６２３２５号公報に記載の回路基板は、活性金属
を含んだロウ材を用いて窒化珪素質焼結体で構成される
絶縁基板とＣｕとを接合しており、機械的特性、熱抵
抗、安全性に優れた接合を得ることができるものの、接
合強度にバラツキが見られ、信頼性が低くなるといった
問題があった。
【０００８】また、このような回路基板は、焼結体表面
に配線形状の凹凸ができ、その部分に電流あるいは電圧
が集中する結果、絶縁劣化するという問題があった。
に配線形状の凹凸ができ、その部分に電流あるいは電圧
が集中する結果、絶縁劣化するという問題があった。
【０００９】従って、本発明は、安定したＣｕとの接合
強度を示し、絶縁劣化の発生を抑制できる配線基板及び
その製造方法を提供することを目的としている。
強度を示し、絶縁劣化の発生を抑制できる配線基板及び
その製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板を構
成している窒化珪素質焼結体表面の結晶相がＣｕとの接
合強度のバラツキに影響するとの知見に基づき検討した
結果、焼結体表面の粒界相を実質的にメリライト相にす
ることで、ロウ材との濡れ性を向上し、良好で安定した
接合強度を示す窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線
基板を実現したものである。
成している窒化珪素質焼結体表面の結晶相がＣｕとの接
合強度のバラツキに影響するとの知見に基づき検討した
結果、焼結体表面の粒界相を実質的にメリライト相にす
ることで、ロウ材との濡れ性を向上し、良好で安定した
接合強度を示す窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線
基板を実現したものである。
【００１１】即ち、絶縁基板の表面に導体回路が形成し
てなり、該絶縁基板が窒化珪素を主結晶相とし、該主結
晶相の粒界相に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを
含み、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上の焼結体からなり、
該焼結体の内部の粒界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2
Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相を含むとともに、該焼結体の表面
の粒界相が実質的にメリライト相からなることを特徴と
するものである。焼結体内部に高熱伝導性粒界相を、表
面にロウ材との濡れ性の良好な粒界相を配すことによ
り、安定した接合強度を有し、かつ、絶縁劣化のない配
線基板を得ることができる。
てなり、該絶縁基板が窒化珪素を主結晶相とし、該主結
晶相の粒界相に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを
含み、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上の焼結体からなり、
該焼結体の内部の粒界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2
Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相を含むとともに、該焼結体の表面
の粒界相が実質的にメリライト相からなることを特徴と
するものである。焼結体内部に高熱伝導性粒界相を、表
面にロウ材との濡れ性の良好な粒界相を配すことによ
り、安定した接合強度を有し、かつ、絶縁劣化のない配
線基板を得ることができる。
【００１２】特に、前記焼結体が、窒化珪素を７５〜９
５モル％、希土類元素、Ｍｇ及びＳｉが酸化物換算の合
量で５〜２５モル％、ＭｇＯに対するＲＥ2Ｏ3のモル比
ＲＥ 2Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０の割合で含むことが好
ましい。これにより、焼結体内部にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3
−ＳｉＯ2系結晶相を粒界相として存在せしめ、且つ焼
結体の表面にメリライト相を粒界相として存在せしめる
ことが容易で、窒化珪素質焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／
ｍＫ以上にすることが容易となる。
５モル％、希土類元素、Ｍｇ及びＳｉが酸化物換算の合
量で５〜２５モル％、ＭｇＯに対するＲＥ2Ｏ3のモル比
ＲＥ 2Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０の割合で含むことが好
ましい。これにより、焼結体内部にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3
−ＳｉＯ2系結晶相を粒界相として存在せしめ、且つ焼
結体の表面にメリライト相を粒界相として存在せしめる
ことが容易で、窒化珪素質焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／
ｍＫ以上にすることが容易となる。
【００１３】また、前記焼結体に含まれるＡｌが酸化物
換算で全量中１モル％以下であることが好ましい。これ
により、配線基板の熱伝導率を向上させるのに有効とな
る。
換算で全量中１モル％以下であることが好ましい。これ
により、配線基板の熱伝導率を向上させるのに有効とな
る。
【００１４】さらに、前記焼結体の０．３ｍｍ厚みにお
ける強度が８００ＭＰａ以上、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍ
ｍ以上であることが好ましい。これにより、基板厚みを
薄くした際にも基板破壊を抑制することが容易になる。
ける強度が８００ＭＰａ以上、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍ
ｍ以上であることが好ましい。これにより、基板厚みを
薄くした際にも基板破壊を抑制することが容易になる。
【００１５】また、前記絶縁基板の表面に、活性金属を
含むロウ材を介してＣｕ板が設けられていることが好ま
しい。これにより、安定した接合強度が得られ易くな
る。
含むロウ材を介してＣｕ板が設けられていることが好ま
しい。これにより、安定した接合強度が得られ易くな
る。
【００１６】さらに、前記絶縁基板の一主面に回路パタ
ーン形状のＣｕ板が設けられ、且つ該一主面の反対側の
面に平面パターン形状のＣｕ板が設けられてなることこ
とが望ましい。これにより放熱性をさらに向上すること
ができる。
ーン形状のＣｕ板が設けられ、且つ該一主面の反対側の
面に平面パターン形状のＣｕ板が設けられてなることこ
とが望ましい。これにより放熱性をさらに向上すること
ができる。
【００１７】また、本発明の配線基板の製造方法は、窒
化珪素粉末を７５〜９５モル％と、ＲＥ2Ｏ3粉末、Ｓｉ
Ｏ2及びＭｇＯ粉末を合量で５〜２５モル％、ＭｇＯ粉
末に対するＲＥ2Ｏ3粉末のモル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯが
０．３〜１０、ＳｉＯ2を１〜４重量％とした成形体
を、還元雰囲気下１６５０〜１８５０℃にて焼成して絶
縁基板を作製することを特徴とするものである。これに
より、窒化珪素質焼結体内部の粒界相がメリライト相
（ＲＥ2Ｓｉ3Ｏ3Ｎ4）及びＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ
2系結晶相を含み、焼結体の表面の粒界相が実質的にメ
リライト相からなる配線基板を得ることができる。
化珪素粉末を７５〜９５モル％と、ＲＥ2Ｏ3粉末、Ｓｉ
Ｏ2及びＭｇＯ粉末を合量で５〜２５モル％、ＭｇＯ粉
末に対するＲＥ2Ｏ3粉末のモル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯが
０．３〜１０、ＳｉＯ2を１〜４重量％とした成形体
を、還元雰囲気下１６５０〜１８５０℃にて焼成して絶
縁基板を作製することを特徴とするものである。これに
より、窒化珪素質焼結体内部の粒界相がメリライト相
（ＲＥ2Ｓｉ3Ｏ3Ｎ4）及びＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ
2系結晶相を含み、焼結体の表面の粒界相が実質的にメ
リライト相からなる配線基板を得ることができる。
【００１８】特に、前記ＭｇＯ粉末の少なくとも一部
を、ＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇＣＯ 3粉末で添加する
ことが好ましい。これにより、安価で取扱いの簡単な原
料を用いて製造することができる。
を、ＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇＣＯ 3粉末で添加する
ことが好ましい。これにより、安価で取扱いの簡単な原
料を用いて製造することができる。
【００１９】また、前記焼成によって得られた絶縁基板
の表面に活性金属を含むロウ材を回路パターン状又は平
面パターン状に印刷塗布し、該ロウ材上にＣｕ板を載置
した後、真空、不活性雰囲気あるいは還元雰囲気のいず
れかの雰囲気において、８００〜１０００℃の温度に加
熱して前記焼結体とＣｕ板とを接合することが好まし
い。これにより安定した接合強度を持ち、絶縁劣化のな
い配線基板を得ることができる。
の表面に活性金属を含むロウ材を回路パターン状又は平
面パターン状に印刷塗布し、該ロウ材上にＣｕ板を載置
した後、真空、不活性雰囲気あるいは還元雰囲気のいず
れかの雰囲気において、８００〜１０００℃の温度に加
熱して前記焼結体とＣｕ板とを接合することが好まし
い。これにより安定した接合強度を持ち、絶縁劣化のな
い配線基板を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の配線基板は、表面に導体
回路を具備する絶縁基板からなるものであるが、この絶
縁基板が窒化珪素を主結晶相とし、該主結晶相の粒界相
に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを含む焼結体か
らなるものであり、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、特に
７０Ｗ／ｍＫ以上、更には８０Ｗ／ｍＫ以上であること
が好ましい。熱伝導率を高めることによって、基板内部
及び／又は基板表面において発生する熱の放散を速やか
に行うことができる。
回路を具備する絶縁基板からなるものであるが、この絶
縁基板が窒化珪素を主結晶相とし、該主結晶相の粒界相
に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを含む焼結体か
らなるものであり、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、特に
７０Ｗ／ｍＫ以上、更には８０Ｗ／ｍＫ以上であること
が好ましい。熱伝導率を高めることによって、基板内部
及び／又は基板表面において発生する熱の放散を速やか
に行うことができる。
【００２１】そして、本発明によれば、焼結体内部の粒
界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶
相を含み、且つ表面の粒界相が実質的にメリライト相か
らなることが重要である。
界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶
相を含み、且つ表面の粒界相が実質的にメリライト相か
らなることが重要である。
【００２２】窒化珪素質焼結体の粒界相として、Ｓｉ3
Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が存在すると熱伝導率
が向上するため、これらの結晶相を焼結体内部に存在さ
せることが熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上を維持するために
好ましい。
Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が存在すると熱伝導率
が向上するため、これらの結晶相を焼結体内部に存在さ
せることが熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上を維持するために
好ましい。
【００２３】ところが、上記のＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2系結晶相が接合表面に存在すると、ロウ材成分と
の濡れ性が悪いため、これらの結晶相が存在する部分は
接合強度が著しく低下することを確認した。また、結晶
相部分のロウ材が接合時に基板表面に広がり、配線間で
ショートしたり、或いは回路端部に存在すると配線に凹
凸ができ、その部分に電流集中による基板破壊が発生
し、絶縁劣化が多発する。
ｉＯ2系結晶相が接合表面に存在すると、ロウ材成分と
の濡れ性が悪いため、これらの結晶相が存在する部分は
接合強度が著しく低下することを確認した。また、結晶
相部分のロウ材が接合時に基板表面に広がり、配線間で
ショートしたり、或いは回路端部に存在すると配線に凹
凸ができ、その部分に電流集中による基板破壊が発生
し、絶縁劣化が多発する。
【００２４】本発明によれば、焼結体表面の粒界相を実
質的にメリライト相（ＲＥ2Ｓｉ3Ｏ 3Ｎ4）とすることに
より、ロウ材との濡れ性を高めることができ、高い接合
強度を実現し、絶縁劣化も抑制することができた。
質的にメリライト相（ＲＥ2Ｓｉ3Ｏ 3Ｎ4）とすることに
より、ロウ材との濡れ性を高めることができ、高い接合
強度を実現し、絶縁劣化も抑制することができた。
【００２５】ここで、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系
結晶相とは、Ｓｉ及びＲＥを含む酸化物又は酸窒化物を
示すもので、具体的にはＹＡＭ（ＲＥ4Ｓｉ2Ｏ7Ｎ4）、
ワラストナイト（ＲＥＳｉＯ2Ｎ）、アパタイト（ＲＥ
10Ｓｉ7ＯＮ4）、ＲＥ2Ｏ3・ｎＳｉＯ2（ｎ＝１：モノ
シリケート、ｎ＝２：ダイシリケート等）等を例示でき
る。
結晶相とは、Ｓｉ及びＲＥを含む酸化物又は酸窒化物を
示すもので、具体的にはＹＡＭ（ＲＥ4Ｓｉ2Ｏ7Ｎ4）、
ワラストナイト（ＲＥＳｉＯ2Ｎ）、アパタイト（ＲＥ
10Ｓｉ7ＯＮ4）、ＲＥ2Ｏ3・ｎＳｉＯ2（ｎ＝１：モノ
シリケート、ｎ＝２：ダイシリケート等）等を例示でき
る。
【００２６】希土類元素（ＲＥ）としてはＹ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの何れの元素でも好
適に用いる事ができるが、これらの中でもＹ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、とりわけＹ、Ｅｒが特
性、コストの点で望ましい。
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの何れの元素でも好
適に用いる事ができるが、これらの中でもＹ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、とりわけＹ、Ｅｒが特
性、コストの点で望ましい。
【００２７】また、本発明によれば、絶縁基板を構成す
る焼結体が、窒化珪素を７５〜９５モル％、特に８０〜
９０モル％希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉが酸化物
換算の合量で５〜２５モル％、特に１０〜２０モル％で
あることが好ましい。窒化珪素が９５モル％を越える
と、焼結助剤が少ないために１８５０℃以下で焼結が難
しくなり、窒化珪素が７５モル％より少ないと、粒界相
の量が増え、焼結体表面にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ
2系結晶相が形成され易くなるとともに、熱伝導率が低
下する傾向がある。ここで、ＲＥの酸化物はＲＥ2Ｏ3、
Ｍｇの酸化物はＭｇＯ、Ｓｉの酸化物はＳｉＯ2で換算
する。
る焼結体が、窒化珪素を７５〜９５モル％、特に８０〜
９０モル％希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉが酸化物
換算の合量で５〜２５モル％、特に１０〜２０モル％で
あることが好ましい。窒化珪素が９５モル％を越える
と、焼結助剤が少ないために１８５０℃以下で焼結が難
しくなり、窒化珪素が７５モル％より少ないと、粒界相
の量が増え、焼結体表面にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ
2系結晶相が形成され易くなるとともに、熱伝導率が低
下する傾向がある。ここで、ＲＥの酸化物はＲＥ2Ｏ3、
Ｍｇの酸化物はＭｇＯ、Ｓｉの酸化物はＳｉＯ2で換算
する。
【００２８】また、ＭｇＯに対するＲＥ2Ｏ3のモル比Ｒ
Ｅ2Ｏ3／ＭｇＯを０．３〜１０、特に０．５〜５、更に
は０．７〜３にすることが好ましい。モル比ＲＥ2Ｏ3／
ＭｇＯが１０を越えると、ＭｇＯ量が相対的に少なくな
り、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系液相に消費されるＳｉＯ2が減る
結果、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が多く形
成され、焼結体表面にメリライト相のみを形成すること
が難しくなる傾向がある。
Ｅ2Ｏ3／ＭｇＯを０．３〜１０、特に０．５〜５、更に
は０．７〜３にすることが好ましい。モル比ＲＥ2Ｏ3／
ＭｇＯが１０を越えると、ＭｇＯ量が相対的に少なくな
り、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系液相に消費されるＳｉＯ2が減る
結果、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が多く形
成され、焼結体表面にメリライト相のみを形成すること
が難しくなる傾向がある。
【００２９】また、モル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯが０．３よ
り小さくなるとＭｇＯが多くなり、過剰のＭｇＯが存在
した場合にＭｇＯがＭｇとして揮発し、Ｏが還元雰囲気
中のＣあるいはＨ2と反応するためＳｉＯ2の揮散が抑制
され、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が表面に
見られ易くなる傾向がある。
り小さくなるとＭｇＯが多くなり、過剰のＭｇＯが存在
した場合にＭｇＯがＭｇとして揮発し、Ｏが還元雰囲気
中のＣあるいはＨ2と反応するためＳｉＯ2の揮散が抑制
され、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が表面に
見られ易くなる傾向がある。
【００３０】さらに、前記焼結体に含まれるＡｌが酸化
物換算で全量中１モル％以下であることが好ましい。Ａ
ｌ2Ｏ3などのＡｌ化合物の配合は、焼結性の向上に大き
く寄与するが、Ｓｉ3Ｎ4結晶中に固溶してフォノンの伝
播を阻害する結果、焼結体の熱伝導率を著しく低下させ
る傾向があるため、高熱伝導化のためにはＡｌの含有量
が少ないことが望ましく、具体的には、Ａｌは酸化物換
算で１モル％以下、特に０．５モル％以下、更には０．
１モル％以下、より好適には０．０１モル％以下が望ま
しい。
物換算で全量中１モル％以下であることが好ましい。Ａ
ｌ2Ｏ3などのＡｌ化合物の配合は、焼結性の向上に大き
く寄与するが、Ｓｉ3Ｎ4結晶中に固溶してフォノンの伝
播を阻害する結果、焼結体の熱伝導率を著しく低下させ
る傾向があるため、高熱伝導化のためにはＡｌの含有量
が少ないことが望ましく、具体的には、Ａｌは酸化物換
算で１モル％以下、特に０．５モル％以下、更には０．
１モル％以下、より好適には０．０１モル％以下が望ま
しい。
【００３１】さらにまた、所望により、焼結体の着色成
分としてＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗなど周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属のうち少
なくとも１種を酸化物換算で０．０５重量％以上含んで
いてもよい。これが２重量％以下であれば、組織や特性
に影響を及ぼさず、着色化が可能である。
分としてＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗなど周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属のうち少
なくとも１種を酸化物換算で０．０５重量％以上含んで
いてもよい。これが２重量％以下であれば、組織や特性
に影響を及ぼさず、着色化が可能である。
【００３２】また、この焼結体の３点曲げによる強度
が、８００ＭＰａ以上であることが好ましい。この強度
が８００ＭＰａより低いと、配線基板厚みが１ｍｍ以下
の薄さになった際に基板が破壊するおそれがある。な
お、本発明における強度は、焼結体の厚みを０．３ｍｍ
とした時の常温における３点曲げ強度を意味するもので
ある。
が、８００ＭＰａ以上であることが好ましい。この強度
が８００ＭＰａより低いと、配線基板厚みが１ｍｍ以下
の薄さになった際に基板が破壊するおそれがある。な
お、本発明における強度は、焼結体の厚みを０．３ｍｍ
とした時の常温における３点曲げ強度を意味するもので
ある。
【００３３】また、焼結体の絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ
以上、特に１５ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。
絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍより低いと素子から発生する
電圧により基板が破壊する恐れがあるためである。
以上、特に１５ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。
絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍより低いと素子から発生する
電圧により基板が破壊する恐れがあるためである。
【００３４】さらに、上記の焼結体からなる絶縁基板の
表面に、活性金属を含むロウ材を介してＣｕ板が設けら
れていることが好ましい。活性金属をロウ材に存在せし
めることにより、接合時にロウ材中の活性金属成分と窒
化珪素が反応し、ＴｉＮなどの中間層を形成することに
より窒化珪素とＣｕ板間に高い接合強度を発現せしめる
ことが容易になる。
表面に、活性金属を含むロウ材を介してＣｕ板が設けら
れていることが好ましい。活性金属をロウ材に存在せし
めることにより、接合時にロウ材中の活性金属成分と窒
化珪素が反応し、ＴｉＮなどの中間層を形成することに
より窒化珪素とＣｕ板間に高い接合強度を発現せしめる
ことが容易になる。
【００３５】特に、絶縁基板の一主面に回路パターン形
状のＣｕ板が設けられ、且つ該一主面の反対側の面に平
面パターン形状のＣｕ板が設けられていることが好まし
い。即ち、絶縁基板表面にＣｕ板により回路パターン
が、裏面にＣｕ板による平面パターンが形成されている
と、裏面のＣｕ板がヒートシンクとして機能し、高熱伝
導性を活用できるため、表面の回路パターンで発生する
熱を効率的に除去することができる。ここで、回路パタ
ーンとは、電気信号の伝送や電力を供給するための電気
回路であり、一方、平面パターンとは、広い面積を占有
するパターンで、放熱性の点で絶縁基板裏面のほぼ全面
にわたって形成されたものが好ましく、その形状は特に
限定されない。
状のＣｕ板が設けられ、且つ該一主面の反対側の面に平
面パターン形状のＣｕ板が設けられていることが好まし
い。即ち、絶縁基板表面にＣｕ板により回路パターン
が、裏面にＣｕ板による平面パターンが形成されている
と、裏面のＣｕ板がヒートシンクとして機能し、高熱伝
導性を活用できるため、表面の回路パターンで発生する
熱を効率的に除去することができる。ここで、回路パタ
ーンとは、電気信号の伝送や電力を供給するための電気
回路であり、一方、平面パターンとは、広い面積を占有
するパターンで、放熱性の点で絶縁基板裏面のほぼ全面
にわたって形成されたものが好ましく、その形状は特に
限定されない。
【００３６】次に、本発明の配線基板を製造する方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００３７】まず、窒化珪素原料として、純度９６〜９
９．９％、平均粒子径０．５〜２μｍ、α率８０〜９８
％、不純物酸素量が０．５１〜１．５重量％の窒化珪素
粉末を準備する。また、焼結助剤として、平均粒子径
０．５〜３μｍ、純度９８〜９９．９９％のＲＥ2Ｏ3粉
末及びＭｇＯ粉末を準備する。さらに、窒化珪素粉末中
に含まれる酸素量をＳｉＯ2換算し、ＲＥ2Ｏ3、ＭｇＯ
及びＳｉＯ2が合量で５〜２５モル％、特に１０〜２０
モル％となるように不足分をＳｉＯ2粉末で添加する。
上記合量が５モル％より少ないと、１８５０℃以下で焼
結が難しくなる傾向があり、２５モル％を越えると、熱
伝導率が低下する傾向があるためである。
９．９％、平均粒子径０．５〜２μｍ、α率８０〜９８
％、不純物酸素量が０．５１〜１．５重量％の窒化珪素
粉末を準備する。また、焼結助剤として、平均粒子径
０．５〜３μｍ、純度９８〜９９．９９％のＲＥ2Ｏ3粉
末及びＭｇＯ粉末を準備する。さらに、窒化珪素粉末中
に含まれる酸素量をＳｉＯ2換算し、ＲＥ2Ｏ3、ＭｇＯ
及びＳｉＯ2が合量で５〜２５モル％、特に１０〜２０
モル％となるように不足分をＳｉＯ2粉末で添加する。
上記合量が５モル％より少ないと、１８５０℃以下で焼
結が難しくなる傾向があり、２５モル％を越えると、熱
伝導率が低下する傾向があるためである。
【００３８】また、Ｍｇの添加はＭｇＯ粉末の少なくと
も一部を、平均粒子径０．５〜６μｍ、純度９８〜９
９．９９％のＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇＣＯ3粉末で
添加することが好ましい。ＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇ
ＣＯ3粉末は化学的に安定なため取扱い易く、且つ安価
であるため、製品コストの低減に寄与することができ
る。
も一部を、平均粒子径０．５〜６μｍ、純度９８〜９
９．９９％のＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇＣＯ3粉末で
添加することが好ましい。ＭｇＯＨ粉末及び／又はＭｇ
ＣＯ3粉末は化学的に安定なため取扱い易く、且つ安価
であるため、製品コストの低減に寄与することができ
る。
【００３９】但し、前記希土類元素とＭｇとの酸化物換
算によるモル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０、特に
０．５〜５、更には０．７〜３の範囲となるように調合
することが好ましい。モル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯの比率が
０．３より小さくなると、ＭｇＯが多くなり、過剰のＭ
ｇＯが存在した場合にＭｇＯがＭｇとして揮発し、Ｏが
還元雰囲気中のＣあるいはＨ2と反応するためＳｉＯ2の
揮散が抑制され、Ｓｉ 3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶
相が焼結体表面に見られ易くなる傾向がある。
算によるモル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０、特に
０．５〜５、更には０．７〜３の範囲となるように調合
することが好ましい。モル比ＲＥ2Ｏ3／ＭｇＯの比率が
０．３より小さくなると、ＭｇＯが多くなり、過剰のＭ
ｇＯが存在した場合にＭｇＯがＭｇとして揮発し、Ｏが
還元雰囲気中のＣあるいはＨ2と反応するためＳｉＯ2の
揮散が抑制され、Ｓｉ 3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶
相が焼結体表面に見られ易くなる傾向がある。
【００４０】また、１０を越えると、ＭｇＯが少なくな
り、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系液相に消費されるＳｉＯ2が減る
結果、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が多く形
成され、焼結体表面にメリライト相のみを形成すること
が難しくなる傾向がある。
り、ＭｇＯ−ＳｉＯ2系液相に消費されるＳｉＯ2が減る
結果、Ｓｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が多く形
成され、焼結体表面にメリライト相のみを形成すること
が難しくなる傾向がある。
【００４１】ＳｉＯ2は窒化珪素原料粉末中に不純物と
して含まれ、ＭｇＯが存在すると低温で優先的に液相を
形成する。ＭｇＯが存在しない場合には、希土類元素と
液相を形成し、冷却時にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2
系結晶相を形成する。そのため、ＳｉＯ2が１重量％よ
りも少ない場合、窒化珪素の粒界相としてＳｉ3Ｎ4−Ｒ
Ｅ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が存在しにくくなり、熱伝導
率が低下する傾向が見られ、４重量％よりも多い場合、
表面にメリライト相のみを存在させることが難しくなる
傾向がある。従って、ＳｉＯ2量を、特に１〜４重量
％、更には１．５〜３．５重量％の範囲で設定すること
が好ましい。
して含まれ、ＭｇＯが存在すると低温で優先的に液相を
形成する。ＭｇＯが存在しない場合には、希土類元素と
液相を形成し、冷却時にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2
系結晶相を形成する。そのため、ＳｉＯ2が１重量％よ
りも少ない場合、窒化珪素の粒界相としてＳｉ3Ｎ4−Ｒ
Ｅ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が存在しにくくなり、熱伝導
率が低下する傾向が見られ、４重量％よりも多い場合、
表面にメリライト相のみを存在させることが難しくなる
傾向がある。従って、ＳｉＯ2量を、特に１〜４重量
％、更には１．５〜３．５重量％の範囲で設定すること
が好ましい。
【００４２】また、所望により、Ａｌ2Ｏ3等のＡｌ化合
物粉末を添加することができる。Ａｌは、焼結性の向上
に大きく寄与するものの、熱伝導率の低下を招く恐れが
あるため、全量中１モル％以下、特に０．５モル％以
下、更には０．１モル％以下、より好適には０．０１モ
ル％以下の割合で加えることが好ましい。
物粉末を添加することができる。Ａｌは、焼結性の向上
に大きく寄与するものの、熱伝導率の低下を招く恐れが
あるため、全量中１モル％以下、特に０．５モル％以
下、更には０．１モル％以下、より好適には０．０１モ
ル％以下の割合で加えることが好ましい。
【００４３】さらに、所望により着色成分としてＴｉ、
Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど周期
律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属のうち少なくとも１種を
酸化物として０．０５〜２重量％の割合で含んでいても
よい。
Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど周期
律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属のうち少なくとも１種を
酸化物として０．０５〜２重量％の割合で含んでいても
よい。
【００４４】次に、上記の原料粉末を混合し、これに有
機バインダと溶媒とを添加して調製した成形用原料を用
いて、プレス成形法、ＣＩＰ成形法、テープ成形法、押
し出し成形法、射出成形法等の公知の成形方法で絶縁基
板用成形体を作製する。
機バインダと溶媒とを添加して調製した成形用原料を用
いて、プレス成形法、ＣＩＰ成形法、テープ成形法、押
し出し成形法、射出成形法等の公知の成形方法で絶縁基
板用成形体を作製する。
【００４５】得られた成形体を所望の雰囲気において、
所望の温度で脱脂処理を行った後、還元雰囲気下で１６
５０〜１８５０℃の温度で焼成することが重要である。
焼成は、窒素や不活性ガス等の非酸化性ガスとＣ又はＨ
2等の還元性ガスとを混合した雰囲気下で行うことが好
ましい。このような雰囲気下で焼成することにより、表
面に存在するＳｉＯ2が還元されやすくなり、Ｓｉ3Ｎ4
−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相の析出を抑制する。
所望の温度で脱脂処理を行った後、還元雰囲気下で１６
５０〜１８５０℃の温度で焼成することが重要である。
焼成は、窒素や不活性ガス等の非酸化性ガスとＣ又はＨ
2等の還元性ガスとを混合した雰囲気下で行うことが好
ましい。このような雰囲気下で焼成することにより、表
面に存在するＳｉＯ2が還元されやすくなり、Ｓｉ3Ｎ4
−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相の析出を抑制する。
【００４６】また、焼結温度が１６５０℃よりも低くな
ると、ＳｉＯ2の還元性ガスによる分解が進行せず表面
にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が出現し、１
８５０℃よりも高くなると、ＳｉＯ2の分解以外に、窒
化珪素の分解反応、ＭｇＯの揮散が進行し、表面にＳｉ
3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が出現する。結晶相
の析出をより安定化させるため、特に１７００〜１８０
０℃が好ましい。
ると、ＳｉＯ2の還元性ガスによる分解が進行せず表面
にＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が出現し、１
８５０℃よりも高くなると、ＳｉＯ2の分解以外に、窒
化珪素の分解反応、ＭｇＯの揮散が進行し、表面にＳｉ
3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相が出現する。結晶相
の析出をより安定化させるため、特に１７００〜１８０
０℃が好ましい。
【００４７】このようにして焼成を行い、相対密度が９
５％以上、特に９８％以上、更には９９％になるまで焼
成することが好ましい。緻密な焼結体を得ることによっ
て、強度を高めることができる。
５％以上、特に９８％以上、更には９９％になるまで焼
成することが好ましい。緻密な焼結体を得ることによっ
て、強度を高めることができる。
【００４８】このようにして、焼結体内部の粒界相が少
なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相を含
み、該焼結体の表面の粒界相が実質的にメリライト相か
らなる窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線基板を作
製することができる。
なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−ＳｉＯ2系結晶相を含
み、該焼結体の表面の粒界相が実質的にメリライト相か
らなる窒化珪素質焼結体を絶縁基板とする配線基板を作
製することができる。
【００４９】次に、上記の配線基板の表面にＣｕ板を接
合する方法について説明する。まず、活性金属を含むロ
ウ材を準備する。ロウ材としては、周知の材料を用いる
ことができるが、特に高い密着性を得るためにＣｕ−Ａ
ｇ−Ｔｉが好ましい。
合する方法について説明する。まず、活性金属を含むロ
ウ材を準備する。ロウ材としては、周知の材料を用いる
ことができるが、特に高い密着性を得るためにＣｕ−Ａ
ｇ−Ｔｉが好ましい。
【００５０】このロウ材を接合するＣｕ板と回路パター
ン状又は平面パターン状等の所望の形状に塗布する。塗
布方法は、スクリーン印刷等の公知の手法を用いること
ができる。そして、塗布されたロウ材上にＣｕ板を載置
した後、加熱して絶縁基板とＣｕ板とを接合することが
好ましい。
ン状又は平面パターン状等の所望の形状に塗布する。塗
布方法は、スクリーン印刷等の公知の手法を用いること
ができる。そして、塗布されたロウ材上にＣｕ板を載置
した後、加熱して絶縁基板とＣｕ板とを接合することが
好ましい。
【００５１】例えば、ロウ材としてＣｕ−Ａｇ−Ｔｉを
用いた場合、Ｃｕ−Ａｇの共晶温度である７８０℃以上
に加熱する必要があり、安定した接合強度を得るために
は８００℃以上の温度が望ましい。また、接合温度が１
０００℃を超えると、接合界面に形成される反応層が厚
くなる結果、接合強度が低下する傾向にあるため、８０
０〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃の温度が好まし
い。
用いた場合、Ｃｕ−Ａｇの共晶温度である７８０℃以上
に加熱する必要があり、安定した接合強度を得るために
は８００℃以上の温度が望ましい。また、接合温度が１
０００℃を超えると、接合界面に形成される反応層が厚
くなる結果、接合強度が低下する傾向にあるため、８０
０〜１０００℃、特に８５０〜９５０℃の温度が好まし
い。
【００５２】接合時の雰囲気としては活性金属が酸化し
ない雰囲気が必要であり、真空、不活性雰囲気、還元雰
囲気のうちいずれかの雰囲気にて接合を行うことが望ま
しい。
ない雰囲気が必要であり、真空、不活性雰囲気、還元雰
囲気のうちいずれかの雰囲気にて接合を行うことが望ま
しい。
【００５３】なお、Ｃｕ板を回路パターン状に形成する
場合、回路パターン状に形成されたＣｕ板を直接ロウ材
上に載置して接合してもよいが、複雑な回路パターンで
は位置合わせが難しいため、まず絶縁基板の一主面とほ
ぼ同じ大きさのＣｕ板を回路パターン状に塗布されたロ
ウ材上に載置して接合した後、Ｃｕ板表面に回路パター
ン状にレジストを塗布し、レジストのない部位をエッチ
ング液により除去して回路パターン状のＣｕ板を絶縁基
板表面上に形成してもよい。
場合、回路パターン状に形成されたＣｕ板を直接ロウ材
上に載置して接合してもよいが、複雑な回路パターンで
は位置合わせが難しいため、まず絶縁基板の一主面とほ
ぼ同じ大きさのＣｕ板を回路パターン状に塗布されたロ
ウ材上に載置して接合した後、Ｃｕ板表面に回路パター
ン状にレジストを塗布し、レジストのない部位をエッチ
ング液により除去して回路パターン状のＣｕ板を絶縁基
板表面上に形成してもよい。
【００５４】このようにして得られた窒化珪素質焼結体
の絶縁基板からなる配線基板は、常温における３点曲げ
強度が８００ＭＰａ以上、熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上で
あり、この焼結体表面には粒界相としてメリライト相し
か存在しないため、活性金属を含むロウ材を用いてＣｕ
板を接合すると、絶縁基板とＣｕ板を安定して接合で
き、絶縁劣化の発生を抑制することができる。
の絶縁基板からなる配線基板は、常温における３点曲げ
強度が８００ＭＰａ以上、熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上で
あり、この焼結体表面には粒界相としてメリライト相し
か存在しないため、活性金属を含むロウ材を用いてＣｕ
板を接合すると、絶縁基板とＣｕ板を安定して接合で
き、絶縁劣化の発生を抑制することができる。
【００５５】
【実施例】平均粒子径が１．２μｍ、酸素量が１重量
％、α率９０％の直接窒化法により製造された窒化珪素
粉末と、純度が９９．９％、平均粒子径が１．２μｍの
各種希土類元素酸化物粉末と、純度が９９％、平均粒子
径が４μｍのＭｇＣＯ3粉末と、純度が９９．９％、平
均粒子径が１．６μｍのＳｉＯ2粉末と、また、所望に
より純度が９９．９％、平均粒子径が１．８μｍのＡｌ
2Ｏ3粉末とを準備した。
％、α率９０％の直接窒化法により製造された窒化珪素
粉末と、純度が９９．９％、平均粒子径が１．２μｍの
各種希土類元素酸化物粉末と、純度が９９％、平均粒子
径が４μｍのＭｇＣＯ3粉末と、純度が９９．９％、平
均粒子径が１．６μｍのＳｉＯ2粉末と、また、所望に
より純度が９９．９％、平均粒子径が１．８μｍのＡｌ
2Ｏ3粉末とを準備した。
【００５６】上記の粉末を表１に示すように混合し、ア
クリル樹脂バインダと、トルエンを加え、混練してスラ
リーを作製した。そのスラリーを用いて、ドクターブレ
ード法により厚さ０．３ｍｍのグリーンシートを得た。
かくして得られたグリーンシートを適宜積層し、直径１
２ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状及び強度測定用に６０×６
×４ｍｍの角柱に成形した。
クリル樹脂バインダと、トルエンを加え、混練してスラ
リーを作製した。そのスラリーを用いて、ドクターブレ
ード法により厚さ０．３ｍｍのグリーンシートを得た。
かくして得られたグリーンシートを適宜積層し、直径１
２ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状及び強度測定用に６０×６
×４ｍｍの角柱に成形した。
【００５７】上記の成形体を大気中、８００℃で脱バイ
ンダ（脱脂）した後、表１に示す焼成条件で３時間焼成
して窒化珪素質焼結体からなる絶縁基板を作製した。
ンダ（脱脂）した後、表１に示す焼成条件で３時間焼成
して窒化珪素質焼結体からなる絶縁基板を作製した。
【００５８】得られた絶縁基板の評価用試料を用いて、
アルキメデス法により窒化珪素質焼結体の嵩比重を測定
し、理論密度から相対密度を算出した。次いで、熱伝導
率をレーザーフラッシュ法により室温で測定した。さら
に、強度は厚み０．３ｍｍの試料を用いて、ＪＩＳＲ１
６０１に基づく３点曲げ試験により、室温で測定した。
また、表面の結晶相は焼結体表面を、内部の結晶相は焼
結体を粉砕し、Ｘ線回折により結晶相を同定した。
アルキメデス法により窒化珪素質焼結体の嵩比重を測定
し、理論密度から相対密度を算出した。次いで、熱伝導
率をレーザーフラッシュ法により室温で測定した。さら
に、強度は厚み０．３ｍｍの試料を用いて、ＪＩＳＲ１
６０１に基づく３点曲げ試験により、室温で測定した。
また、表面の結晶相は焼結体表面を、内部の結晶相は焼
結体を粉砕し、Ｘ線回折により結晶相を同定した。
【００５９】接合評価用基板として６０×９０×０．６
ｍｍの焼結体からなる絶縁基板を作製し、その基板表面
にＣｕ−Ａｇ−Ｔｉの活性金属ロウ材を回路パターン状
に印刷塗布し、その上に回路パターンと同形状のＣｕ板
（厚み０．５ｍｍ）を貼り付けた。また、裏面も同様に
して平面パターン形状のＣｕ板（厚み０．５ｍｍ）を、
ロウ材を介して貼り付け、還元雰囲気中９００℃で熱処
理してＣｕ板を接合した。得られた接合体にエッチング
処理を施してＣｕ板からなる回路パターンを形成した。
ｍｍの焼結体からなる絶縁基板を作製し、その基板表面
にＣｕ−Ａｇ−Ｔｉの活性金属ロウ材を回路パターン状
に印刷塗布し、その上に回路パターンと同形状のＣｕ板
（厚み０．５ｍｍ）を貼り付けた。また、裏面も同様に
して平面パターン形状のＣｕ板（厚み０．５ｍｍ）を、
ロウ材を介して貼り付け、還元雰囲気中９００℃で熱処
理してＣｕ板を接合した。得られた接合体にエッチング
処理を施してＣｕ板からなる回路パターンを形成した。
【００６０】接合した基板のロウ材のはみ出した部位に
関して、金属顕微鏡にて観察し、ロウ材の広がりを測定
し、回路の各配線に対して１００μｍ以上のはみ出しが
ある場合に不良と判定した。また、Ｃｕ板の接合強度
は、１ｃｍ幅のＣｕ板を用いた垂直引張り試験により、
最低強度を接合強度として評価した。
関して、金属顕微鏡にて観察し、ロウ材の広がりを測定
し、回路の各配線に対して１００μｍ以上のはみ出しが
ある場合に不良と判定した。また、Ｃｕ板の接合強度
は、１ｃｍ幅のＣｕ板を用いた垂直引張り試験により、
最低強度を接合強度として評価した。
【００６１】
【表１】
【００６２】本発明の試料Ｎｏ．１〜１１、１３〜２
１、２４〜２７及び２９は、Ｃｕ板からなる回路の配線
からのロウ材広がりが小さく、接合強度が２００ＭＰａ
以上と高い接合強度が得られた。また、３点曲げ強度が
８００ＭＰａ以上、熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上であっ
た。
１、２４〜２７及び２９は、Ｃｕ板からなる回路の配線
からのロウ材広がりが小さく、接合強度が２００ＭＰａ
以上と高い接合強度が得られた。また、３点曲げ強度が
８００ＭＰａ以上、熱伝導率６０Ｗ／ｍＫ以上であっ
た。
【００６３】一方、焼結体の表面と内部とがワラストナ
イト相及びアパタイト相である本発明の範囲外の試料Ｎ
ｏ．２２は、接合強度が７０ＭＰａと小さく、配線から
のロウ材広がりが大きかった。
イト相及びアパタイト相である本発明の範囲外の試料Ｎ
ｏ．２２は、接合強度が７０ＭＰａと小さく、配線から
のロウ材広がりが大きかった。
【００６４】また、焼結体表面にメリライト相の他にＹ
ＡＭ相が存在する本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２３は、
接合強度が８０ＭＰａと小さく、配線からのロウ材広が
りが大きかった。
ＡＭ相が存在する本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２３は、
接合強度が８０ＭＰａと小さく、配線からのロウ材広が
りが大きかった。
【００６５】さらに、焼結体の表面がＹＡＭ相である本
発明の範囲外の試料Ｎｏ．２８は、接合強度が６０ＭＰ
ａと小さく、配線からのロウ材広がりが大きかった。
発明の範囲外の試料Ｎｏ．２８は、接合強度が６０ＭＰ
ａと小さく、配線からのロウ材広がりが大きかった。
【００６６】さらにまた、粒界相が結晶化されておら
ず、主結晶相として窒化珪素以外にサイアロンの相が見
られた本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１２は、熱伝導率が
５７Ｗ／ｍＫと小さく、配線からのロウ材広がりが大き
かった。
ず、主結晶相として窒化珪素以外にサイアロンの相が見
られた本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１２は、熱伝導率が
５７Ｗ／ｍＫと小さく、配線からのロウ材広がりが大き
かった。
【００６７】
【発明の効果】本発明の配線基板は、窒化珪素質焼結体
内部の粒界相に熱伝導率の高いＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2系結晶相を含み、表面の粒界相が実質的にメリラ
イト相からなることにより、高熱伝導率を有し、ロウ材
との濡れ性が向上して安定した接合強度が得られ、配線
形状の凹凸による絶縁劣化が抑制され、信頼性の高い配
線基板が得られる。
内部の粒界相に熱伝導率の高いＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3−Ｓ
ｉＯ2系結晶相を含み、表面の粒界相が実質的にメリラ
イト相からなることにより、高熱伝導率を有し、ロウ材
との濡れ性が向上して安定した接合強度が得られ、配線
形状の凹凸による絶縁劣化が抑制され、信頼性の高い配
線基板が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０ Ｈ０５Ｋ 3/38 Ｄ 3/38 Ｂ２３Ｋ 101:42 // Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｄ Ｆターム(参考） 4G001 BA04 BA06 BA08 BA12 BA32 BA71 BA73 BB04 BB06 BB08 BB12 BB32 BB71 BC12 BC13 BC17 BC22 BC34 BD03 BD13 BD23 BE26 BE32 4G026 BA17 BB22 BF16 BF24 BF44 BG02 BG28 BH07 5E343 AA24 BB24 BB67 DD52 ER32 ER37 ER38 GG14
Claims (9)
- 【請求項１】絶縁基板の表面に導体回路が形成してな
り、該絶縁基板が窒化珪素を主結晶相とし、該主結晶相
の粒界相に、希土類元素（ＲＥ）、Ｍｇ及びＳｉを含
み、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上の焼結体からなり、該
焼結体の内部の粒界相が少なくともＳｉ3Ｎ4−ＲＥ2Ｏ3
−ＳｉＯ2系結晶相を含むとともに、該焼結体の表面の
粒界相が実質的にメリライト相からなることを特徴とす
る配線基板。 - 【請求項２】前記焼結体が、窒化珪素を７５〜９５モル
％、希土類元素、Ｍｇ及びＳｉが酸化物換算の合量で５
〜２５モル％、ＭｇＯに対するＲＥ2Ｏ3のモル比ＲＥ2
Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０の割合で含むことを特徴と
する請求項１記載の配線基板。 - 【請求項３】前記焼結体に含まれるＡｌが酸化物換算で
全量中１モル％以下であることを特徴とする請求項１又
は２記載の配線基板。 - 【請求項４】前記焼結体の０．３ｍｍ厚みにおける強度
が８００ＭＰａ以上、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の配線基板。 - 【請求項５】前記絶縁基板の表面に、活性金属を含むロ
ウ材を介してＣｕ板が設けられていることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載の配線基板。 - 【請求項６】前記絶縁基板の一主面に回路パターン形状
のＣｕ板が設けられ、且つ該一主面の反対側の面に平面
パターン形状のＣｕ板が設けられてなることを特徴とす
る請求項５記載の配線基板。 - 【請求項７】窒化珪素粉末を７５〜９５モル％と、ＲＥ
2Ｏ3粉末、ＳｉＯ2及びＭｇＯ粉末を合量で５〜２５モ
ル％、ＭｇＯ粉末に対するＲＥ2Ｏ3粉末のモル比ＲＥ2
Ｏ3／ＭｇＯが０．３〜１０、ＳｉＯ2を１〜４重量％と
した成形体を、還元雰囲気下１６５０〜１８５０℃にて
焼成して絶縁基板を作製することを特徴とする配線基板
の製造方法。 - 【請求項８】前記ＭｇＯ粉末の少なくとも一部を、Ｍｇ
ＯＨ粉末及び／又はＭｇＣＯ3粉末で添加することを特
徴とする請求項７記載の配線基板の製造方法。 - 【請求項９】前記焼成によって得られた絶縁基板の表面
に活性金属を含むロウ材を回路パターン状又は平面パタ
ーン状に印刷塗布し、該ロウ材上にＣｕ板を載置した
後、真空、不活性雰囲気あるいは還元雰囲気のいずれか
の雰囲気において、８００〜１０００℃の温度に加熱し
て前記焼結体とＣｕ板とを接合することを特徴とする請
求項７又は８記載の配線基板の製造方法。
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