JPH0969672A

JPH0969672A - 窒化けい素回路基板

Info

Publication number: JPH0969672A
Application number: JP7344238A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ikeda; 和男池田; Michiyasu Komatsu; 通泰小松; Nobuyuki Mizunoya; 信幸水野谷; Yutaka Komorida; 裕小森田; Yoshitoshi Satou; 孔俊佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-03-11
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JP2698780B2

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化けい素焼結体が本来備える高強度高靭性特
性を利用し、さらに熱伝導率が高く放熱性に優れるとと
もに耐熱サイクル特性を大幅に改善した窒化けい素回路
基板を提供する。【解決手段】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、常
温における三点曲げ強度が６５０ＭＰａ以上である高熱
伝導性窒化けい素基板２に金属回路板４を一体に接合し
た回路基板１であり、上記高熱伝導性窒化けい素基板２
の厚さをＤ_S，金属回路板４の厚さをＤ_Mとしたときに
関係式Ｄ_S≦２Ｄ_Mを満たすことを特徴とする。また回
路基板１を５０mmの支持間隔で保持した状態で中央部に
荷重を付加したときに窒化けい素基板２が破断に至るま
での最大たわみ量が０．６mm以上であることを特徴とす
る。また回路基板を５０mmの支持間隔で保持した状態で
抗折試験を実施したときに抗折強度が５００ＭＰａ以上
であることを特徴とする。上記金属回路板４や回路層
は、直接接合法，活性金属法またはメタライズ法によっ
て窒化けい素基板２上に一体に接合形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等に使用
されるセラミックス回路基板に係り、特に放熱特性およ
び機械的強度を同時に改善し耐熱サイクル特性を向上さ
せた窒化けい素回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体
などのように絶縁性に優れたセラミックス基板の表面
に、導電性を有する金属回路層をろう材で一体に接合
し、さらに金属回路層の所定位置に半導体素子を搭載し
た回路基板が広く普及している。

【０００３】一方、窒化けい素を主成分とするセラミッ
クス焼結体は、一般に１０００℃以上の高温度環境下で
も優れた耐熱性を有し、かつ耐熱衝撃性にも優れている
ことから、従来の耐熱性超合金に代わる高温構造材料と
してガスタービン用部品、エンジン用部品、製鋼用機械
部品等の各種高強度耐熱部品への応用が試みられてい
る。また、金属に対する耐食性が優れていることから溶
融金属の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩
耗性も優れていることから、軸受等の摺動部材，切削工
具への実用化も図られている。

【０００４】従来より窒化けい素セラミックス焼結体の
組成として、窒化けい素に酸化イットリウム（Ｙ
₂Ｏ₃），酸化セリウム（ＣｅＯ），酸化カルシウム
（ＣａＯ）などの希土類元素あるいはアルカリ土類元素
の酸化物を焼結助剤として添加されたものが知られてお
り、これら焼結助剤により焼結性を高めて緻密化・高強
度化が図られている。

【０００５】従来の窒化けい素焼結体は、窒化けい素原
料粉末に上記のような焼結助剤を添加し成形し、得られ
た成形体を１６００〜２０００℃程度の温度で焼成炉で
所定時間焼成した後に炉冷し、得られた焼結体を研削研
摩加工する製法で製造されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素焼結体では、靭性
値などの機械的強度は優れているものの、熱伝導特性の
点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、酸化
ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化けい素(SiC)焼結体
などと比較して著しく低いため、特に放熱性を要求され
る半導体用回路基板などの電子用材料としては実用化さ
れておらず、用途範囲が狭い難点があった。

【０００７】一方窒化アルミニウム焼結体は他のセラミ
ックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係数の
特長を有するため、高速化、高出力化、多機能化、大型
化が進展する半導体素子（チップ）を搭載するための回
路基板部品やパッケージ材料として広く使用されてい
る。しかしながら、機械的強度の点で充分に満足できる
ものは得られていないため、回路基板の実装工程におい
て破損を生じたり、実装工程が煩雑になって半導体装置
の製造効率が低下する問題点があった。

【０００８】すなわち、上記窒化アルミニウム焼結体基
板や酸化アルミニウム焼結体基板などのセラミックス基
板を主たる構成材とする回路基板を、アッセンブリ工程
にて実装ボートにねじ止め等により固定しようとする
と、ねじの押圧力による僅かな変形やハンドリング時の
衝撃によって回路基板が破損し、半導体装置の製造歩留
りを大幅に低減させる場合がある。したがって、回路基
板においても、外力に耐える高強度特性と、高靭性特性
と、高出力化，高発熱量化に対応できる優れた放熱特性
とを兼ね備えたものが要請されている。

【０００９】また上記のような窒化アルミニウム基板表
面に金属回路層および半導体素子を一体に接合して形成
した回路基板においては、窒化アルミニウム基板自体の
機械的強度および靭性が不充分であったため、半導体素
子の作動に伴う繰り返しの熱サイクルを受けて、金属回
路層の接合部付近の窒化アルミニウム基板にクラックが
発生し易く、耐熱サイクル特性および信頼性が低いとい
う問題点があった。

【００１０】さらに窒化アルミニウムのように熱伝導率
が大きいセラミックス基板を使用して回路基板を製造し
た場合においても、ある程度の強度値および絶縁耐性を
確保するために、厚さが大きい窒化アルミニウム基板を
用いる必要があった。そのため、ＡｌＮ基板の高い熱伝
導率にも拘らず、回路基板全体としての熱抵抗値が増加
することになり、熱伝導率に比例した放熱性が得られな
いという問題点があった。

【００１１】本発明は上記のような課題要請に対処する
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度高靭性特性を利用し、さらに熱伝導率が高く
放熱性に優れるとともに耐熱サイクル特性を大幅に改善
した窒化けい素回路基板を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するために、回路基板の放熱性（熱伝導率）を劣化さ
せず、強度および靭性値を共に満足するような基板材料
を研究するとともに、回路基板のアッセンブリ工程にお
いて発生する締め付け割れや熱サイクル付加時に発生す
るクラックを防止する対策について鋭意研究を重ねた。
その結果、基板材料については、組成および製造条件を
適正に制御することにより、高い熱伝導率を有する窒化
けい素焼結体が得られたこと、この窒化けい素焼結体を
基板材料として使用し、基板表面に金属回路板などの回
路層を一体に形成するとともに、基板の厚さおよび金属
回路板の厚さを所定比率に設定して回路基板とした場
合、または回路基板のたわみ量や抗折強度値を所定値以
上に設定した場合に、アッセンブリ工程における回路基
板の締め付け割れ等を効果的に低減できること、耐熱サ
イクル特性を大幅に改善できること、特に基板の厚さを
低減できるために回路基板の放熱性を大幅に改善できる
こと、などを見出し本発明を完成するに至った。

【００１３】すなわち、基板材料自体に関して、本発明
者らは、従来使用されていた窒化けい素粉末の種類、焼
結助剤や添加物の種類および添加量、焼結条件に検討を
加え、従来の窒化けい素焼結体の有する熱伝導率の２倍
以上の高い熱伝導性を有する窒化けい素焼結体を開発し
た。さらに、この窒化けい素焼結体を基板材料として使
用し、その表面に、導電性を有する金属回路板を一体に
接合して回路基板を製造したときに、機械的強度、靭性
値、耐熱サイクル特性および放熱性を全て満足する窒化
けい素回路基板が得られることを実験により確認した。

【００１４】具体的には、微細で高純度を有する窒化け
い素粉末に希土類元素酸化物等を所定量ずつ添加した原
料混合体を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で一
定時間加熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定以下
の冷却速度で徐冷し、得られた焼結体を研削研摩加工し
て製造したときに熱伝導率が従来の窒化けい素焼結体の
２倍以上、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と大きく向上
し、かつ常温（２５℃）における三点曲げ強度が６５０
ＭＰａ以上となるような高強度高靭性を有する窒化けい
素焼結体が得られることが判明し、放熱特性および強度
特性を共に満足する新規な窒化けい素材料を開発した。
そして、この窒化けい素材料を、回路基板の基板材料に
適用したときに、優れた放熱特性と耐久性と耐熱サイク
ル特性とを同時に改善できることが判明した。

【００１５】また、酸素や高熱伝導化を阻害するＬｉ，
Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂと
いう特定の不純物陽イオン元素含有量を低減した高純度
の窒化けい素原料粉末を使用し、上記条件にて焼結する
ことにより、粒界相におけるガラス相（非晶質相）の生
成を効果的に抑制でき、粒界相における結晶化合物を２
０体積％以上（粒界相全体に対し）、より好ましくは５
０体積％以上とすることにより、希土類元素酸化物のみ
を原料粉末に添加した場合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、さらに好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率
を有する窒化けい素焼結体基板が得られるという知見を
得た。

【００１６】また、従来、焼結操作終了後に焼成炉の加
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは毎時５０℃以下に緩速に制御する
ことにより、窒化けい素焼結体組織の粒界相が非結晶質
状態から結晶相を含む相に変化し、高強度特性と高伝熱
特性とが同時に達成されることが判明した。

【００１７】このような熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の高熱伝導性窒化けい素焼結体自体は、その一部が既に
本発明者により特許出願されており、さらに特開平６−
１３５７７１号公報および特開平７−４８１７４号公報
によって出願公開されている。そして、これらの特許出
願において記載されている窒化けい素焼結体は、希土類
元素を酸化物に換算して２．０〜７．５重量％含有する
ものである。しかしながら、本発明者はさらに改良研究
を進めた結果、含有される希土類元素は酸化物に換算し
て７．５重量％を超えた場合の方が焼結体の高熱伝導化
がさらに進み、焼結性も良好であるため、７．５重量％
を超えたものを用いることが好ましい。特に希土類元素
がランタノイド系列の元素である場合に、その効果は顕
著である。ちなみに粒界相中における結晶化合物相の粒
界相全体に対する割合が６０〜７０％である場合におい
ても、焼結体は１１０〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝
導率を達成することができる。

【００１８】このように高強度特性および高伝熱特性を
共に満足する窒化けい素焼結体を基板材料とし、金属回
路板を基板材料表面に一体に接合して回路基板を形成す
ることにより、回路基板全体の靭性強度および熱伝導性
を改善することができ、特に回路基板のアッセンブリ工
程における締め付け割れや熱サイクルの付加によるクラ
ックの発生を効果的に防止できることが判明した。

【００１９】特に上記窒化けい素焼結体は、高強度特性
と高熱伝導性とに加えて、優れた絶縁耐性を有している
ため、回路基板の基板材料とした場合に、基板厚さを従
来と比較して薄く形成することが可能となる。そして基
板厚さの減少により回路基板全体の熱抵抗を低減でき、
基板材料自体の高熱伝導性にも起因して回路基板の放熱
性を相乗的に改善できることが判明した。

【００２０】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本願の第１の発明に係る窒化けい素
回路基板は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で三点曲げ
強度（常温）が６５０ＭＰａ以上である高熱伝導性窒化
けい素基板上に酸化層を介して金属回路板を接合してな
る窒化けい素回路基板において、上記高熱伝導性窒化け
い素基板の厚さをＤ_S，金属回路板の厚さをＤ_Mとした
ときに関係式Ｄ_S≦２Ｄ_Mを満たすことを特徴とする。

【００２１】また本願の第２の発明に係る窒化けい素回
路基板は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で三点曲げ強
度（常温）が６５０ＭＰａ以上である高熱伝導性窒化け
い素基板上にＴｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択され
る少なくとも１種の活性金属を含有する金属接合層を介
して金属回路板を接合してなる窒化けい素回路基板にお
いて、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤ_S，金
属回路板の厚さをＤ_Mとしたときに関係式Ｄ_S≦２Ｄ_M
を満たすことを特徴とする。

【００２２】なお上記第１および第２の発明に係る窒化
けい素回路基板において、高熱伝導性窒化けい素基板の
厚さＤ_Sおよび金属回路板の厚さＤ_Mが関係式Ｄ_M≦Ｄ
_S≦（５／３）Ｄ_Mを満たすと更に好ましい。

【００２３】また本願の第３の発明に係る窒化けい素回
路基板は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝
導性窒化けい素基板に回路層を一体に接合した回路基板
であり、回路基板を５０mmの支持間隔で保持した状態で
中央部に荷重を付加したときに窒化けい素基板が破断に
至るまでの最大たわみ量が０．６mm以上であることを特
徴とする。

【００２４】また他の態様として、熱伝導率が６０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性窒化けい素基板に回路層を
一体に接合した回路基板であり、回路基板を５０mmの支
持間隔で保持した状態で抗折試験を実施したときに抗折
強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする。

【００２５】さらに高熱伝導性窒化けい素基板の厚さは
０．８mm以下に設定するとよい。また回路層が銅回路板
であり、この銅回路板がＣｕ−Ｏ共晶化合物によって窒
化けい素基板に直接接合されていることを特徴とする。
さらに回路層が銅回路板であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆおよ
びＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有
する活性金属ろう材層を介して上記銅回路板が窒化けい
素基板に接合されるように構成してもよい。また回路層
はＷあるいはＭｏにＴｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選
択される少なくとも１種の活性金属を含有する高融点金
属メタライズ層から構成してもよい。

【００２６】また高熱伝導性窒化けい素基板は、希土類
元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５重量％、不純
物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，
Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３重量％以下
含有する窒化けい素焼結体から成ることを特徴とする。

【００２７】さらに高熱伝導性窒化けい素基板は、希土
類元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５重量％含有
し、窒化けい素結晶および粒界相から成るとともに粒界
相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が
２０％以上である窒化けい素焼結体から構成してもよ
い。

【００２８】さらに高熱伝導性窒化けい素基板は、窒化
けい素結晶および粒界相から成るとともに粒界相中にお
ける結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が５０％以
上である窒化けい素焼結体から構成することがさらに好
ましい。

【００２９】上記第１の発明に係る窒化けい素回路基板
においては、ろう材などの接合剤を使用せず、窒化けい
素基板表面に酸化層を形成後、金属回路板と直接接合さ
れる例えば金属回路板が銅回路板の場合には、酸素を１
００〜１０００ｐｐｍ程度含有するタフピッチ電解銅が
使用され、銅と酸化銅との共晶化合物により接合界面に
おいて両部材が直接的に接合される（ＤＢＣ法）。即
ち、ＤＢＣ法においては、共晶化合物を形成するために
必要な酸素を含有したタフピッチ電解銅が使用される。

【００３０】一方、第２の発明に係る窒化けい素回路基
板おいては、窒化けい素基板の表面に酸化層を形成せ
ず、活性金属を含有する金属接合層を接合剤として使用
して窒化けい素基板と金属回路板とを接合している。こ
の場合の金属回路板は酸素を含む必要がなく、無酸素銅
やリン酸銅や無電解銅で形成したものが使用される。

【００３１】なお、上記希土類元素としてランタノイド
系列の元素を使用することが、窒化けい素基板の熱伝導
率を向上させるために特に好ましい。

【００３２】また、高熱伝導性窒化けい素基板が窒化ア
ルミニウムおよびアルミナの少なくとも一方を１．０重
量％以下含有するように構成してもよい。さらにアルミ
ナを１．０重量％以下と窒化アルミニウムを１．０重量
％以下とを併用してもよい。

【００３３】また本発明で使用する高熱伝導性窒化けい
素基板は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗからなる群より選択される少なくとも１種を酸
化物に換算して０．１〜０．３重量％含有することが好
ましい。このＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗから成る群より選択される少なくとも１種
は、酸化物、炭化物、窒化物、けい化物，硼化物として
窒化けい素粉末に添加することにより含有させることが
できる。

【００３４】本発明で使用する高熱伝導性窒化けい素基
板は、例えば以下の方法で製造される。すなわち、酸素
を１．７重量％以下、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを合計で０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０
重量％以上含有し、平均粒径１．０μｍ以下の窒化けい
素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜１
７．５重量％と、必要に応じてアルミナおよび窒化アル
ミニウムの少なくとも一方を１．０重量％以下添加した
原料混合体を成形して成形体を調製し、得られた成形体
を脱脂後、温度１８００〜２１００℃で雰囲気加圧焼結
し、上記焼結温度から、上記希土類元素により焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時１００℃以下にして徐冷する。

【００３５】さらに窒化けい素粉末に、さらにＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物、
炭化物、窒化物、けい化物、硼化物からなる群より選択
される少なくとも１種を０．１〜３．０重量％添加する
とよい。

【００３６】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
２．５％以下、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で６５０ＭＰａ以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素焼結体が得られる。

【００３７】本発明において使用される高熱伝導性窒化
けい素基板の主成分となる窒化けい素粉末としては、焼
結性、強度および熱伝導率を考慮して、酸素含有量が
１．７重量％以下、好ましくは０．５〜１．５重量％、
Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍ
ｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素含有量が合計で０．３
重量％以下、好ましくは０．２重量％以下に抑制された
α相型窒化けい素を９０重量％以上、好ましくは９３重
量％以上含有し、平均粒径が１．０μｍ以下、好ましく
は０．４〜０．８μｍ程度の微細な窒化けい素粉末を使
用することができる。

【００３８】平均粒径が１．０μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が２．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。

【００３９】またＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，
Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂの不純物陽イオン元素は熱伝導性
を阻害する物質となるため、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝
導率を確保するためには、上記不純物陽イオン元素の含
有量は合計で０．３重量％以下とすることにより達成可
能である。特に同様の理由により、上記不純物陽イオン
元素の含有量は合計で０．２重量％以下とすることが、
さらに好ましい。ここで通常の窒化けい素焼結体を得る
ために使用される窒化けい素粉末には、特にＦｅ，Ｃ
ａ，Ｍｇが比較的に多く含有されているため、Ｆｅ，Ｃ
ａ，Ｍｇの合計量が上記不純物陽イオン元素の合計含有
量の目安となる。

【００４０】さらに、β相型と比較して焼結性に優れた
α相型窒化けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素
原料粉末を使用することにより、高密度の焼結体を製造
することができる。

【００４１】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としては、Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｙ，
Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｓｍ，Ｇｄなど
の酸化物もしくは焼結操作により、これらの酸化物とな
る物質が単独で、または２種以上の酸化物を組み合せた
ものを含んでもよいが、特に酸化ホルミウム（Ｈｏ₂Ｏ
₃），酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）が好ましい。

【００４２】特に希土類元素としてランタノイド系列の
元素であるＨｏ，Ｅｒ，Ｙｂを使用することにより、焼
結性あるいは高熱伝導化が良好になり、１８５０℃程度
の低温度領域においても十分に緻密な焼結体が得られ
る。したがって焼成装置の設備費およびランニングコス
トを低減できる効果も得られる。これらの焼結助剤は、
窒化けい素原料粉末と反応して液相を生成し、焼結促進
剤として機能する。

【００４３】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して２．０〜１７．５重量％の範囲とする。
この添加量が２．０重量％未満の場合は、焼結体の緻密
化が不十分であり、特に希土類元素がランタノイド系元
素のように原子量が大きい元素の場合には、低強度で低
熱伝導率の焼結体が形成される。一方、添加量が１７．
５重量％を超える過量となると、過量の粒界相が生成
し、熱伝導率の低下や強度が低下し始めるので上記範囲
とする。特に同様の理由により４〜１５重量％とするこ
とが望ましい。

【００４４】また上記製造方法において他の選択的な添
加成分として使用するＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化
物、硼化物は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能を促
進すると共に、結晶組織において分散強化の機能を果し
Ｓｉ₃Ｎ₄焼結体の機械的強度を向上させるものであ
り、特に、Ｈｆ，Ｔｉの化合物が好ましい。これらの化
合物の添加量が０．１重量％未満の場合においては添加
効果が不充分である一方、３．０重量％を超える過量と
なる場合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊
強度の低下が起こるため、添加量は０．１〜３．０重量
％の範囲とする。特に０．２〜２重量％とすることが望
ましい。

【００４５】また上記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物は窒
化けい素焼結体を黒色系に着色し不透明性を付与する遮
光剤としても機能する。そのため、特に光によって誤動
作を生じ易い集積回路等を搭載する回路基板を製造する
場合には、上記Ｔｉ等の化合物を適正に添加し、遮光性
に優れた窒化けい素基板とすることが望ましい。

【００４６】さらに上記製造方法において、他の選択的
な添加成分としてのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は、前記希
土類元素の焼結促進剤の機能を助長する役目を果すもの
であり、特に加圧焼結を行なう場合に著しい効果を発揮
するものである。このＡｌ₂Ｏ₃の添加量が０．１重量
％未満の場合においては、より高温度での焼結が必要に
なる一方、１．０重量％を超える過量となる場合には過
量の粒界相を生成したり、または窒化けい素に固溶し始
め、熱伝導の低下が起こるため、添加量は１重量％以
下、好ましくは０．１〜０．７５重量％の範囲とする。
特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するためには
添加量を０．１〜０．５重量％の範囲とすることが望ま
しい。

【００４７】また、後述するＡｌＮと併用する場合に
は、その合計添加量は１．０重量％以下にすることが望
ましい。

【００４８】さらに他の添加成分としての窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。

【００４９】ＡｌＮの添加量が０．１重量％未満（アル
ミナと併用する場合では０．０５重量％未満）の場合に
おいては、より高温度での焼結が必要になる一方、１．
０重量％を超える過量となる場合には過量の粒界相を生
成したり、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導率の
低下が起こるため、添加量は０．１〜１．０重量％の範
囲とする。特に焼結性，強度，熱伝導率共に良好な性能
を確保するためには添加量を０．１〜０．５重量％の範
囲とすることが望ましい。なお前記Ａｌ₂Ｏ₃と併用す
る場合には、ＡｌＮの添加量は０．０５〜０．５重量％
の範囲が好ましい。

【００５０】また焼結体の気孔率は熱伝導率および強度
に大きく影響するため２．５％以下となるように製造す
る。気孔率が２．５％を超えると熱伝導の妨げとなり、
焼結体の熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低
下が起こる。

【００５１】また、窒化けい素焼結体は組織的に窒化け
い素結晶と粒界相とから構成されるが、粒界相中の結晶
化合物相の割合は焼結体の熱伝導率に大きく影響し、本
発明において使用される高熱伝導性窒化けい素焼結体に
おいては粒界相の２０％以上とすることが必要であり、
より好ましくは５０％以上が結晶相で占めることが望ま
しい。結晶相が２０％未満では熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上となるような放熱特性に優れ、かつ高温強度に優
れた焼結体が得られないからである。

【００５２】さらに上記のように窒化けい素焼結体の気
孔率を２．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に形
成される粒界相の２０％以上が結晶相で占めるようにす
るためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜２１０
０℃で２〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ焼結操作完
了直後における焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に
して徐冷することが重要である。

【００５３】焼結温度を１８００℃未満とした場合に
は、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が２．５vol%以上
になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してしま
う。一方焼結温度が２１００℃を超えると窒化けい素成
分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではなく、
常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より窒化
けい素の分解蒸発が始まる。

【００５４】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める割合が２０％未満となり、強度およ
び熱伝導性が共に低下してしまう。

【００５５】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２１００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２
５℃以下に制御することにより、粒界相の２０％以上、
特に好ましくは５０％以上が結晶相になり、熱伝導率お
よび機械的強度が共に優れた窒化けい素焼結体が得られ
る。

【００５６】本発明において使用する高熱伝導性窒化け
い素基板は、例えば以下のようなプロセスを経て製造さ
れる。すなわち前記所定の微細粒径を有し、また不純物
含有量が少ない微細な窒化けい素粉末に対して所定量の
焼結助剤、有機バインダ等の必要な添加剤および必要に
応じてＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ，Ｔｉ化合物等を加えて原料
混合体を調整し、次に得られた原料混合体を成形して所
定形状の成形体を得る。原料混合体の成形法としては、
汎用の金型プレス法、ドクターブレード法のようなシー
ト成形法などが適用できる。

【００５７】上記成形操作に引き続いて、成形体を非酸
化性雰囲気中で温度６００〜８００℃、または空気中で
温度４００〜５００℃で１〜２時間加熱して、予め添加
していた有機バインダ成分を充分に除去し、脱脂する。
次に脱脂処理された成形体を窒素ガス、水素ガスやアル
ゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で１８００〜２１０
０℃の温度で所定時間雰囲気加圧焼結を行う。

【００５８】上記製法によって製造された高熱伝導性窒
化けい素基板は気孔率が２．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ
（２５℃）以上、さらには１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝
導率を有し、また三点曲げ強度が常温で６５０ＭＰａ以
上、さらには８００ＭＰａ以上と機械的特性にも優れて
いる。

【００５９】なお、低熱伝導性の窒化けい素に高熱伝導
性のＳｉＣ等を添加して焼結体全体としての熱伝導率を
６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上にした窒化けい素焼結体は本発明の
範囲には含まれない。しかしながら、熱伝導率が６０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上である窒化けい素焼結体に高熱伝導性のＳ
ｉＣ等を複合させた窒化けい素系焼結体の場合には、窒
化けい素焼結体自体の熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
ある限り、本発明の範囲に含まれることは言うまでもな
い。

【００６０】また上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さ
Ｄ_Sは、回路基板として使用した場合の要求特性に応じ
て種々の厚さに設定されるが、本発明では金属回路板の
厚さをＤ_Mとしたときに、関係式Ｄ_S≦２Ｄ_Mを満たす
ものとする。すなわち、高熱伝導性窒化けい素基板の厚
さＤ_Sは金属回路板の厚さの２倍以下とする。窒化けい
素基板の厚さＤ_Sが金属回路板の厚さＤ_Mの２倍以下と
することにより、特定の熱伝導率を有する窒化けい素基
板の熱抵抗を小さくし、ひいては回路基板全体の熱抵抗
を小さくすることができる。なお高熱伝導性窒化けい素
基板の厚さＤ_Sおよび金属回路板の厚さＤ_Mが、関係式
Ｄ_M≦Ｄ_S≦（５／３）Ｄ_Mを満たすようにすることに
より、セラミックス回路基板としての強度特性および放
熱性を同時に満足することができるので、さらに好まし
い。

【００６１】この場合の高熱伝導性窒化けい素基板の具
体的な厚さは、０．２５〜０．８mmの範囲である。特
に、この窒化けい素基板の厚さを０．５mm以下、好まし
くは０．４mm以下に設定することにより、回路基板全体
の厚さを低減することができ、回路基板の上下面間の熱
抵抗差を、より効果的に減少させることが可能になり、
回路基板全体の放熱性を、より改善することができる。
但し、基板としての強度特性を確保するため、高熱伝導
性窒化けい素基板についても、厚さＤ_Sは金属回路板の
厚さＤ_M以上であることが望ましい。

【００６２】本発明に係る窒化けい素回路基板は、上記
のように製造した高熱伝導性窒化けい素基板の表面に、
導電性を有する金属回路板などの回路層を一体に接合形
成し、さらにこの金属回路板上に半導体素子を搭載して
製造される。

【００６３】上記金属回路板などの回路層の形成方法ま
たは接合方法は、特に限定されず、以下に説明する直接
接合法，活性金属法またはメタライズ法などを適用する
ことができる。

【００６４】直接接合法は、高熱伝導性窒化けい素基板
の表面に、厚さが０．５〜１０μｍ程度の酸化層を形成
し、この酸化層を介して、回路層となる金属回路板を上
記窒化けい素基板に直接接合する方法である。ここで上
記金属回路板は、ろう材などの接合剤を使用せずに窒化
けい素基板表面に直接的に一体に接合される。すなわ
ち、例えば金属回路板が銅回路板の場合、酸素を数１０
０ｐｐｍ含有する銅材が使用され、銅と酸化銅との共晶
化合物により、両部材が直接的に接合される。

【００６５】なお、この直接接合法はＡｌ₂Ｏ₃などの
酸化物系セラミックスについてのみ適用可能であり、窒
化けい素基板にそのまま適用しても基板に対する濡れ性
が低いため、金属回路板の充分な接合強度が得られな
い。

【００６６】そこで窒化けい素基板の表面に予め酸化層
を形成し、基板に対する濡れ性を高める必要がある。こ
の酸化層は上記高熱伝導性窒化けい素基板を、空気中な
どの酸化雰囲気中で温度１０００〜１４００℃程度で２
〜１５時間加熱して形成される。この酸化層の厚さが
０．５μｍ未満の場合には、上記濡れ性の改善効果が少
ない一方、１０μｍを超えるように厚く形成しても改善
効果が飽和するとともに、却って熱伝導率が低下し易く
なるため、酸化層の厚さは０．５〜１０μｍの範囲、よ
り好ましくは１〜５μｍの範囲に設定される。

【００６７】上記酸化層は、当初Ｓｉ₃Ｎ₄基板成分の
酸化物であるＳｉＯ₂のみから構成されているが、加熱
による金属回路板の接合操作時において、Ｓｉ₃Ｎ₄基
板に焼結助剤として添加されていた希土類元素酸化物が
酸化層方向に拡散移動する結果、希土類酸化物が酸化層
中に濃縮された構成となる。例えば焼結助剤としてＹ₂
Ｏ₃を使用した場合には加熱接合操作後の酸化層は、Ｙ
₂Ｏ₃を１〜２０重量％程度含有するイットリアシリケ
ートなどのＳｉＯ₂−Ｙ₂Ｏ₃化合物から構成されるよ
うになる。

【００６８】また上記金属回路板を構成する金属として
は、銅，アルミニウム，鉄，ニッケル，クロム，銀，モ
リブデン，コバルトの単体またはその合金など、基板成
分との共晶化合物を生成し、直接接合法を適用できる金
属であれば特に限定されないが、特に導電性および価格
の観点から銅，アルミニウムまたはその合金が好まし
い。

【００６９】金属回路板の厚さは、通電容量等を勘案し
て決定されるが、窒化けい素基板の厚さを０．２５〜
１．２mmの範囲とする一方、金属回路板の厚さを０．１
〜０．５mmの範囲に設定して両者を組み合せると熱膨張
差による変形などの影響を受けにくくなる。

【００７０】そして、金属回路板が銅回路板である場合
には、以下のように接合操作が実施される。すなわち酸
化層を形成した高熱伝導性窒化けい素基板の表面の所定
位置に、銅回路板を接触配置して基板方向に押圧した状
態で、銅の融点（１０８３℃）未満の温度で、かつ銅−
酸化銅の共晶温度（１０６５℃）以上に加熱し、生成し
たＣｕ−Ｏ共晶化合物液相を接合剤として銅回路板が高
熱伝導性窒化けい素基板表面に直接的に接合される。こ
の直接接合法は、いわゆる銅直接接合法（ＤＢＣ：Dire
ct Bonding Copper 法）である。さらに直接接合した銅
回路板の所定位置に半導体素子（Ｓｉチップ）を半田接
合して搭載することにより、本発明に係るＳｉ₃Ｎ₄回
路基板が製造される。

【００７１】一方、金属回路板がアルミニウム回路板で
ある場合には、Ｓｉ₃Ｎ₄基板表面にＡｌ回路板を押圧
した状態でアルミニウム−けい素の共晶温度以上に加熱
し、生成したＡｌ−Ｓｉ共晶化合物を接合剤としてＡｌ
回路板がＳｉ₃Ｎ₄基板表面に直接的に接合される。そ
して直接接合したＡｌ回路板の所定位置に半導体素子を
半田接合して搭載することにより、本発明のＳｉ₃Ｎ₄
回路基板が製造される。

【００７２】このように直接接合法を使用して金属回路
板をＳｉ₃Ｎ₄基板表面に直接接合し、さらに半導体素
子を金属回路板上に搭載して形成した本発明に係るＳｉ
₃Ｎ₄回路基板によれば、金属回路板とＳｉ₃Ｎ₄基板
との間に、接着剤やろう材のような介在物が存在しない
ため、両者間の熱抵抗が小さく、金属回路板上に設けら
れた半導体素子の発熱を系外に迅速に放散させることが
可能である。

【００７３】次に活性金属法による金属回路板の接合方
法を説明する。

【００７４】活性金属法では、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆおよび
Ｎｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有し
適切な組成比を有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材等で窒
化けい素基板表面に、厚さ２０μｍ前後の活性金属ろう
材層（金属接合層）を形成し、この金属接合層を介し
て、銅回路板などの金属回路板が接合される。活性金属
は、基板に対するろう材の濡れ性を改善し、接合強度を
高める作用を有する。活性金属ろう材の具体例として
は、重量％で上記活性金属を１〜１０％，Ｃｕを１５〜
３５％，残部が実質的にＡｇから成るろう材組成物が好
適である。上記金属接合層は、このろう材組成物を有機
溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペーストを窒化
けい素基板表面にスクリーン印刷する等の方法で形成さ
れる。

【００７５】そしてスクリーン印刷した金属接合層上
に、回路層となる金属回路板を接触配置した状態で、真
空中または不活性ガス雰囲気中で、例えばＡｇ−Ｃｕ共
晶温度（７８０℃）以上で、かつ金属回路板の融点（銅
の場合は１０８３℃）以下の温度に加熱することによ
り、金属回路板が金属接合層を介して窒化けい素基板に
一体に接合される。

【００７６】次に、メタライズ法による回路層の形成法
を説明する。メタライズ法では、例えばモリブデン（Ｍ
ｏ）やタングステン（Ｗ）などの高融点金属とＴｉやそ
の化合物とを主成分とするメタライズ組成物を窒化けい
素基板表面に焼き付けて、厚さ１５μｍ程度の回路層と
しての高融点金属メタライズ層を形成する方法である。

【００７７】このメタライズ法により、回路層を形成す
る場合には、メタライズ層表面にさらにＮｉやＡｕから
成る厚さ３〜５μｍ程度の金属めっき層を形成すること
が好ましい。この金属めっき層を形成することにより、
メタライズ層の表面平滑性が改善され、半導体素子との
密着性がより改善されるとともに、半田濡れ性が向上す
るため、半田を使用した半導体素子の接合強度をより高
めることができる。

【００７８】上記のようにして製造した窒化けい素回路
基板の最大たわみ量は、回路基板のアッセンブリ工程に
おける締め付け割れの発生割合に大きな影響を及ぼす因
子であり、本発明では０．６mm以上、より好ましくは
０．８mm以上に設定される。上記最大たわみ量が０．６
mm未満では、アッセンブリ工程における回路基板の締め
付け割れが急増し、回路基板を使用した半導体装置の製
造歩留りが急減してしまう。

【００７９】また回路基板の抗折強度も上記締め付け割
れの発生割合に影響を及ぼすとともに、窒化けい素基板
の薄型化の可否を支配する因子であり、本発明では５０
０ＭＰａ以上に規定される。この抗折強度が５００ＭＰ
ａ未満の場合では回路基板の締め付け割れが増加する。
また、従来の他のセラミックス基板よりも厚さを薄くす
ることが困難となり、薄型化に伴う回路基板全体の熱抵
抗値を相乗的に低減することが困難となる。したがって
回路基板の抗折強度は５００ＭＰａ以上に設定される
が、６００ＭＰａ以上に設定することが、より好まし
い。

【００８０】上記構成に係る窒化けい素回路基板によれ
ば、窒化けい素焼結体が本来的に有する高強度高靭性特
性に加えて特に熱伝導率を大幅に改善した高熱伝導性窒
化けい素基板表面に金属回路板を一体に接合して形成さ
れている。したがって、回路基板の靭性値が高いため、
最大たわみ量を０．６mm以上と大きく確保することがで
きる。また窒化けい素基板を従来より薄くすることが可
能であり、その場合でも回路基板の抗折強度が５００Ｍ
Ｐａ以上となる。そのため、アッセンブリ工程において
回路基板の締め付け割れが発生せず、回路基板を用いた
半導体装置を高い製造歩留りで量産することが可能にな
る。

【００８１】また窒化けい素基板の靭性値が高いため、
熱サイクルによって基板に割れが発生することが少な
く、耐熱サイクル特性が著しく向上し、耐久性および信
頼性に優れた半導体装置を提供することができる。

【００８２】さらに従来では達成されていない高い熱伝
導率を有する窒化けい素基板を使用しているため、高出
力化および高集積化を指向する半導体素子を搭載した場
合においても、熱抵抗特性の劣化が少なく、優れた放熱
性を発揮する。

【００８３】特に窒化けい素基板自体の機械的強度が優
れているため、要求される機械的強度特性を一定とした
場合に、他のセラミックス基板を使用した場合と比較し
て基板厚さをより低減することが可能となる。この基板
厚さを低減できることから熱抵抗値を相乗的に小さくで
き、放熱特性をさらに改善することができる。また要求
される機械的特性に対して、従来より薄い基板でも充分
に対応可能となるため、回路基板の高密度実装も可能と
なり、半導体装置をより小型化することが可能となる。

【００８４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下に示す実施例を参照して具体的に説明する。

【００８５】実施例１〜３酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素としてＬｉ，
Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを
合計で０．１５重量％含有し、α相型窒化けい素９７％
を含む平均粒径０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対
して、焼結助剤として平均粒径０．７μｍのＹ₂Ｏ
₃（酸化イットリウム）粉末５重量％、平均粒径０．５
μｍのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）粉末１．０重量％を添加
し、エチルアルコール中で２４時間湿式混合した後に乾
燥して原料粉末混合体を調整した。

【００８６】次に得られた原料粉末混合体に有機バイン
ダを所定量添加して均一に混合した後に、１０００kg／
cm²の成形圧力でプレス成形し、成形体を多数製作し
た。次に得られた成形体を７００℃の雰囲気ガス中にお
いて２時間脱脂した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気
中９気圧にて１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を
実施した後に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を
制御して焼結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの
間における焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hrと
なるように調整して焼結体を冷却し、さらに得られた各
焼結体を研摩加工して熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋであ
り、厚さがそれぞれ０．２５mm，０．４mm，０．６mmで
あり、縦２９mm×横６３mmである実施例１〜３用の窒化
けい素基板を調製した。上記窒化けい素基板の粒界相に
おいて結晶相が占める体積割合は３０％であり、基板の
気孔率は０．２％であった。

【００８７】次に図１に示すように各窒化けい素基板２
表面の回路層を形成する部位および裏面の銅板を接合す
る部位に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉろう
材をスクリーン印刷し乾燥して厚さ２０μｍの活性金属
ろう材層７ａ，７ｂを形成した。この活性金属ろう材層
７ａ，７ｂの所定位置に、無酸素銅から成る厚さ０．３
mmの銅回路板４と厚さ０．２５mmの裏銅板５とを接触配
置した状態で、真空中で温度８５０℃で１０分間保持し
て接合体とした。次に各接合体をエッチング処理するこ
とにより、所定回路パターン（回路層）を形成した。さ
らに銅回路板４の中央部に、１６mm角×厚さ０．５mmの
半導体素子（出力：３００Ｗ）６を半田接合して実施例
１〜３に係る窒化けい素回路基板１を多数製造した。

【００８８】実施例４実施例３において使用した厚さ０．３mmおよび０．２５
mmの銅回路板に代えて表側に厚さ０．５mmの銅回路板お
よび裏側に厚さ０．３mmの裏銅板を使用した点以外は、
実施例３と同様に処理して実施例４に係るＳｉ₃Ｎ₄回
路基板を調製した。

【００８９】実施例５実施例２において使用した熱伝導率７０Ｗ／ｍ・Ｋの高
熱伝導性窒化けい素基板に代えて、焼結完了後における
冷却速度を調整して熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋの窒化け
い素基板を使用した以外は実施例２と同様に処理して実
施例５に係るＳｉ₃Ｎ₄回路基板を調製した。

【００９０】比較例１実施例３で使用した厚さ０．６mmの窒化けい素基板に代
えて、熱伝導率ｋが１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり厚さが０．
８mmの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を使用した以外
は実施例３と同様に活性金属法によって基板表面に銅回
路板および裏銅板を一体に接合して比較例１に係る回路
基板を製造した。

【００９１】比較例２実施例３で使用した厚さ０．６mmの窒化けい素基板に代
えて、厚さが０．８mmの窒化けい素基板を使用した以外
は実施例３と同様に活性金属法によって基板表面に銅回
路板および裏銅板を一体に接合して比較例２に係る回路
基板を製造した。

【００９２】このようにして調製した実施例１〜５およ
び比較例１〜２に係る回路基板の最大たわみ量および抗
折強度を測定したところ、実施例１〜５に係る窒化けい
素回路基板１は、従来の窒化アルミニウム基板を使用し
た比較例１の回路基板と比較して２倍以上の最大たわみ
量と抗折強度とを有することが判明した。また窒化けい
素基板の厚さを低減するに伴って、さらにたわみ量およ
び抗折強度が改善されることも確認できた。

【００９３】さらに各回路基板について放熱性評価試験
を実施した。放熱性評価試験は図３に示すように、出力
３００Ｗの半導体素子６を搭載した回路基板１を、１０
９０００Ｗ／ｍ²・Ｋの放熱容量を有する銅製ヒートシ
ンク８に接合した状態で半導体素子６に通電しながら半
導体素子６の表面温度Ｔｉを測定した。そして表面温度
Ｔｉが定常状態になった時点における外気温（Ｔ＝３０
０Ｋ）との差（ΔＴｉ＝Ｔｉ−Ｔ）を算出し、この半導
体素子６の温度上昇幅（ΔＴｉ）の大小によって放熱性
の良否を評価した。温度上昇幅（ΔＴｉ）の測定値を表
１に示す。

【００９４】表１に示す結果から明らかなように、各実
施例の回路基板によれば、従来のＡｌＮ基板（比較例
１）よりも熱伝導率が小さいＳｉ₃Ｎ₄基板を使用して
いるにも拘らず、Ｓｉ₃Ｎ₄基板の厚さを薄く形成でき
るため、回路基板全体の熱抵抗を低減することができ
る。したがって、半導体素子の温度上昇幅ΔＴｉは従来
のＡｌＮ回路基板とほぼ同等になり、優れた放熱性を示
すことが判明した。さらにＳｉ₃Ｎ₄基板厚さの低減化
により、熱抵抗が減少するため、回路基板全体としての
放熱特性をさらに改善できることも確認できた。

【００９５】一方、金属回路板の厚さの２倍を超える
０．８mm厚のＳｉ₃Ｎ₄基板を使用した比較例２におい
ては、半導体素子の温度上昇ΔＴｉが大きく、放熱特性
が相対的に低いことが判明した。

【００９６】上記各実施例の回路基板をアッセンブリ工
程においてボードに実装したところ、締め付け割れが発
生せず、回路基板を用いた半導体装置を高い製造歩留り
で量産することができた。

【００９７】また各回路基板について−４５℃から室温
（ＲＴ）まで加熱し、引き続き室温から＋１２５℃まで
加熱した後に、室温を経て再び−４５℃に冷却するまで
を１サイクルとする昇温−降温サイクルを繰り返して付
加し、基板部にクラック等が発生するまでのサイクル数
を測定する耐熱サイクル試験を実施したところ、実施例
１〜５の回路基板では１０００サイクル経過後において
も、Ｓｉ₃Ｎ₄基板の割れや金属回路板（Ｃｕ回路板）
の剥離が皆無であり、優れた耐熱サイクル特性を示すこ
とが判明した。一方、比較例１のＡｌＮ回路基板におい
ては、１００サイクルでクラックが発生し、耐久性が低
いことが確認された。

【００９８】実施例６〜１０活性金属法に代えて銅直接接合法（ＤＢＣ法）によって
金属回路板をＳｉ₃Ｎ₄基板に一体に接合し、実施例１
〜５に対応する同一寸法の実施例６〜１０に係るＳｉ₃
Ｎ₄基板を下記要領で製造した。

【００９９】すなわち、実施例１〜５において調製した
Ｓｉ₃Ｎ₄基板であり熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋまた
は１００Ｗ／ｍ・Ｋであり厚さがそれぞれ０．２５mm，
０．４mm，０．６mm，０．８mmである各Ｓｉ₃Ｎ₄基板
を酸化炉中で温度１３００℃で１２時間加熱することに
より、基板の全表面を酸化し、厚さ２μｍの酸化層を形
成した。酸化層はＳｉＯ₂皮膜で形成される。

【０１００】次に酸化層を形成した各Ｓｉ₃Ｎ₄基板表
面側に、表１に示すように、厚さ０．３mmまたは０．５
mmのタフピッチ電解銅から成る銅回路板を接触配置する
一方、背面側に厚さ０．２５mmまたは０．３mmのタフピ
ッチ電解銅から成る銅回路板を裏当て材として接触配置
させて積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整
した温度１０７５℃の加熱炉に挿入して１分間加熱する
ことにより、各Ｓｉ₃Ｎ₄基板の両面に銅回路板を直接
接合し、さらに半導体素子を半田接合して実施例６〜１
０に係るＳｉ₃Ｎ₄回路基板をそれぞれ調製した。

【０１０１】各Ｓｉ₃Ｎ₄回路基板１ａは、図２に示す
ようにＳｉ₃Ｎ₄基板２の全表面にＳｉＯ₂から成る酸
化層３が形成されており、Ｓｉ₃Ｎ₄基板２の表面側に
金属回路板としての銅回路板４が直接接合される一方、
背面側に裏銅板としての銅回路板５が同様に直接接合さ
れ、さらに表面側の銅回路板４の所定位置に図示しない
半田層を介して半導体素子６がそれぞれ一体に接合され
た構造を有する。なおＳｉ₃Ｎ₄基板２の両面に銅回路
板４，５を接合した場合、裏銅板としての銅回路板５は
放熱促進および反り防止に寄与するので有効である。

【０１０２】上記のように直接接合法によって回路層を
形成した実施例６〜１０に係るＳｉ₃Ｎ₄回路基板の最
大たわみ量は０．８〜１．６mmの範囲であり、また抗折
強度は５５０〜９００ＭＰａの範囲であり、実施例１〜
５のように活性金属法で回路層を形成した場合と同等の
特性値が得られた。また耐熱サイクル試験において１０
００サイクル経過後においてもＳｉ₃Ｎ₄基板の割れや
金属回路板の剥離が皆無であり、優れた耐熱サイクル特
性を示した。

【０１０３】比較例３実施例８で使用した窒化けい素基板に代えて、熱伝導率
ｋが１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり厚さが０．８mmの窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）基板を使用した以外は実施例８と同
様に銅直接接合法によって基板表面に銅回路板および裏
銅板を一体に接合して比較例３に係る回路基板を製造し
た。

【０１０４】比較例４実施例８で使用した厚さ０．６mmの窒化けい素基板に代
えて、厚さが０．８mmの窒化けい素基板を使用した以外
は実施例８と同様に銅直接接合法によって基板表面に銅
回路板および裏銅板を一体に接合して比較例４に係る回
路基板を製造した。

【０１０５】上記のように製造した実施例６〜１０およ
び比較例３〜４に係る回路基板について、実施例１〜５
および比較例１〜２と同様に図３に示す放熱性評価試験
を実施し、出力３００Ｗの半導体素子の発熱に伴う温度
上昇幅ΔＴｉを測定して下記表１に示す結果を得た。ま
た窒化けい素基板等のセラミックス基板の厚さと半導体
素子の温度上昇ΔＴｉとの関係をグラフ化して図４に示
す。

【０１０６】

【表１】

【０１０７】上記表１および図４に示す結果から明らか
なように、窒化けい素基板の厚さを減少させるにつれ
て、回路基板全体の熱抵抗が減少し、半導体素子の温度
上昇ΔＴｉが一次的に減少して放熱性が改善されること
が確認できた。特に実施例６（◎印）と実施例１０（▽
印）と比較例３（●印）との比較から明らかなように、
熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが０．２５mmのＳｉ₃
Ｎ₄基板または熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが
０．４mmのＳｉ₃Ｎ₄基板を使用して回路基板を形成す
ることにより、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋで厚さが
０．８mmのＡｌＮ基板を使用して形成した回路基板と同
等の放熱性を確保することができた。そして基板厚さを
従来と比較して１／２以下に低減することが可能とな
り、基板の製造コストを低減することも可能となる。

【０１０８】なお各Ｓｉ₃Ｎ₄基板は薄く形成した場合
においても絶縁耐性が良好であり、従来と同等以上の絶
縁破壊耐性を保持できることも判明した。一方、金属回
路板の厚さの２倍を超える０．８mm厚のＳｉ₃Ｎ₄基板
を使用した比較例４においては、半導体素子の温度上昇
ΔＴｉが大きく、放熱特性が相対的に低いことが判明し
た。

【０１０９】次に本発明で使用する窒化けい素基板の厚
さの大小が回路基板のたわみ量や抗折る強度に及ぼす影
響について、以下に示す実施例を参照して説明する。

【０１１０】実施例１１〜１３酸素を１．３重量％、前記不純物陽イオン元素を合計で
０．１５重量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む
平均粒径０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、
焼結助剤として平均粒径０．７μｍのＹ₂Ｏ₃（酸化イ
ットリウム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ
₂Ｏ₃（アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エチル
アルコール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料
粉末混合体を調整した。

【０１１１】次に得られた原料粉末混合体に有機バイン
ダを所定量添加して均一に混合した後に、１０００kg／
cm²の成形圧力でプレス成形し、長さ８０mm×幅５０mm
×厚さ１〜５mmの成形体を多数製作した。次に得られた
成形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂し
た後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中９気圧にて１９
００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後に、焼
結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉内
温度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結体
の冷却速度がそれぞれ１００℃／hrとなるように調整し
て焼結体を冷却し、さらに得られた各焼結体を研摩加工
してそれぞれ熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚さ
が０．４mm，０．６mm，０．８mmである実施例１１〜１
３用の窒化けい素基板を調製した。

【０１１２】次に図５に示すように各窒化けい素基板２
表面の回路層を形成する部位および裏面の銅板を接合す
る部位に、３０ｗｔ％Ａｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉろう
材をスクリーン印刷し乾燥して厚さ２０μｍの活性金属
ろう材層７ａ，７ｂを形成した。この活性金属ろう材層
７ａ，７ｂの所定位置に、タフピッチ電解銅から成る厚
さ０．３mmの銅回路板４と厚さ０．２５mm値の裏銅板５
とを接触配置した状態で、真空中で温度８５０℃で１０
分間保持して接合体とした。次に各接合体をエッチング
処理することにより、所定回路パターンを形成した。さ
らに銅回路板４の中央部に半導体素子６を半田接合して
実施例１１〜１３に係る窒化けい素回路基板１ｂを多数
製造した。

【０１１３】比較例５実施例１１〜１３で使用した窒化けい素基板に代えて、
熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋであり厚さが０．８mmの窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を使用した以外は実施例
１１〜１３と同様に活性金属法によって基板表面に銅回
路板および裏銅板を一体に接合して比較例５に係る回路
基板を製造した。

【０１１４】このようにして調製した実施例１１〜１３
および比較例５に係る回路基板の最大たわみ量および抗
折強度を測定して図６および図７に示す結果を得た。こ
こで最大たわみ量は、支持スパン５０mmで各回路基板を
支持した状態で中央部に荷重を付加し、Ｓｉ₃Ｎ₄基板
またはＡｌＮ基板が破断に至るまでの最大たわみ高さと
して測定した。また抗折強度は、破断時の荷重と基板断
面積とから算出した。

【０１１５】図６および図７に示す結果から明らかなよ
うに、実施例１１〜１３に係る窒化けい素回路基板１ｂ
は、従来の窒化アルミニウム基板を使用した比較例５の
回路基板と比較して２倍以上の最大たわみ量と抗折強度
とを有することが判明した。また窒化けい素基板の厚さ
を低減するに伴って、さらにたわみ量および抗折強度が
改善されることも確認できた。さらに基板厚さの低減化
により、熱抵抗が減少するため、回路基板全体としての
放熱特性をさらに改善できることも確認できた。

【０１１６】上記回路基板をアッセンブリ工程において
ボードに実装したところ、締め付け割れが発生せず、回
路基板を用いた半導体装置を高い製造歩留りで量産する
ことができた。

【０１１７】また各回路基板について−４５℃から室温
（ＲＴ）まで加熱し、引き続き室温から＋１２５℃まで
加熱した後に、室温を経て再び−４５℃に冷却するまで
を１サイクルとする昇温−降温サイクルを繰り返して付
加し、基板部にクラック等が発生するまでのサイクル数
を測定する耐熱サイクル試験を実施したところ、実施例
１１〜１３の回路基板では１０００サイクル経過後にお
いても、Ｓｉ₃Ｎ₄基板の割れや金属回路板（Ｃｕ回路
板）の剥離が皆無であり、優れた耐熱サイクル特性を示
すことが判明した。一方、比較例５の回路基板において
は、１００サイクルでクラックが発生し、耐久性が低い
ことが確認された。

【０１１８】実施例１４実施例１１〜１３において調製したＳｉ₃Ｎ₄基板であ
り熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さがそれぞれ０．４
mm，０．６mm，０．８mmである各Ｓｉ₃Ｎ₄基板を酸化
炉中で温度１３００℃で１２時間加熱することにより、
基板の全表面を酸化し、厚さ２μｍの酸化層を形成し
た。

【０１１９】次に酸化層を形成した各Ｓｉ₃Ｎ₄基板表
面側に、厚さ０．３mmのタフピッチ電解銅から成る銅回
路板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５mmのタ
フピッチ銅から成る銅回路板を裏当て材として接触配置
させて積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整
した温度１０７５℃の加熱炉に挿入して１分間加熱する
ことにより、図８に示すように各Ｓｉ₃Ｎ₄基板２の両
面に銅回路板を直接接合したＳｉ₃Ｎ₄回路基板をそれ
ぞれ調製した。

【０１２０】各Ｓｉ₃Ｎ₄回路基板１ｃは、図８に示す
ようにＳｉ₃Ｎ₄基板２の全表面に酸化層３が形成され
ており、Ｓｉ₃Ｎ₄基板２の表面側に金属回路板として
の銅回路板４が直接接合される一方、背面側に裏銅板と
しての銅回路板５が同様に直接接合され、さらに表面側
の銅回路板４の所定位置に図示しない半田層を介して半
導体素子６が一体に接合された構造を有する。なおＳｉ
₃Ｎ₄基板２の両面に銅回路板４，５を接合した場合、
裏銅板としての銅回路板５は放熱促進および反り防止に
寄与するので有効である。

【０１２１】上記のように直接接合法によって回路層を
形成した実施例４に係るＳｉ₃Ｎ₄回路基板の最大たわ
み量は０．８〜１．６mmの範囲であり、また抗折強度は
５５０〜９００ＭＰａの範囲であり、実施例１１〜１３
のように活性金属法で回路層を形成した場合と同等の特
性値が得られた。また耐熱サイクル試験において１００
０サイクル経過後においてもＳｉ₃Ｎ₄基板の割れや金
属回路板の剥離が皆無であり、優れた耐熱サイクル特性
を示した。

【０１２２】実施例１５図９に示すように、実施例１１〜１３において調製した
Ｓｉ₃Ｎ₄基板であり熱伝導率ｋが７０Ｗ／ｍ・Ｋで、
厚さがそれぞれ０．４mm，０．６mm，０．８mmであるＳ
ｉ₃Ｎ₄基板２の表面に、モリブデン（Ｍｏ）と酸化チ
タン（ＴｉＯ₂）との混合粉末に適量のバインダと溶剤
とを加えてペースト状にしたものをスクリーン印刷し、
加熱焼成して厚さ１５μｍの高融点金属メイタライズ層
１０を形成した。さらにメタライズ層１０の上に無電解
めっき法により厚さ３μｍのＮｉめっき層９を形成し、
所定パターンを有する回路層とした。次に回路層上に半
導体素子６を半田付けにより接合して実施例１５に係る
窒化けい素回路基板１ｄを多数製造した。

【０１２３】上記のようにメタライズ法によって回路層
を形成した実施例１５に係るＳｉ₃Ｎ₄回路基板の最大
たわみ量は１．０〜１．８mmの範囲であり、また抗折強
度は６５０〜９５０ＭＰａの範囲であり、実施例１１〜
１３のように活性金属法で回路層を形成した場合と同等
の特性値が得られた。また耐熱サイクル試験において１
０００サイクル経過後においてもＳｉ₃Ｎ₄基板の割れ
や金属回路板の剥離が皆無であり、めっき処理を施した
回路基板においても優れた耐熱サイクル特性を示した。

【０１２４】次に種々の組成および特性値を有する他の
窒化けい素基板を使用した回路基板の実施形態について
以下に示す実施例１６を参照して具体的に説明する。

【０１２５】実施例１６まず回路基板の構成材となる各種窒化けい素基板を以下
の手順で製造した。

【０１２６】すなわち酸素を１．３重量％、前記不純物
陽イオン元素を合計で０．１５重量％含有し、α相型窒
化けい素９７％を含む平均粒径０．５５μｍの窒化けい
素原料粉末に対して、表２〜４に示すように、焼結助剤
としてのＹ₂Ｏ₃，Ｈｏ₂Ｏ₃などの希土類酸化物と、
必要に応じてＴｉ，Ｈｆ化合物，Ａｌ₂Ｏ₃粉末，Ａｌ
Ｎ粉末とを添加し、エチルアルコール中で窒化けい素製
ボールを用いて７２時間湿式混合した後に乾燥して原料
粉末混合体をそれぞれ調整した。次に得られた各原料粉
末混合体に有機バインダを所定量添加して均一に混合し
た後に、１０００kg／cm²の成形圧力でプレス成形し、
各種組成を有する成形体を多数製作した。

【０１２７】次に得られた各成形体を７００℃の雰囲気
ガス中において２時間脱脂した後に、この脱脂体を表２
〜４に示す焼結条件で緻密化焼結を実施した後に、焼結
炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉内温
度が１５００℃まで降下するまでの間における焼結体の
冷却速度がそれぞれ表２〜４に示す値となるように調整
して焼結体を冷却し、それぞれ試料１〜５１に係る窒化
けい素焼結体を調製した。

【０１２８】こうして得た試料１〜５１に係る各窒化け
い素焼結体について気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温
での三点曲げ強度の平均値を測定した。さらに、各焼結
体についてＸ線回折法によって粒界相に占める結晶相の
割合（面積比）を測定し、下記表２〜４に示す結果を得
た。

【０１２９】

【表２】

【０１３０】

【表３】

【０１３１】

【表４】

【０１３２】表２〜４に示す結果から明らかなように試
料１〜５１に係る窒化けい素焼結体においては、原料組
成を適正に制御し、従来例と比較して緻密化焼結完了直
後における焼結体の冷却速度を従来より低く設定してい
るため、粒界相に結晶相を含み、結晶相の占める割合が
高い程、高熱伝導率を有する放熱性の高い高強度窒化け
い素焼結体が得られた。

【０１３３】これに対して酸素を１．３〜１．５重量
％，前記不純物陽イオン元素を合計で０．１３〜０．１
６重量％含有し、α相型窒化けい素を９３％含む平均粒
径０．６０μｍの窒化けい素原料粉末を用い、この窒化
けい素粉末に対してＹ₂Ｏ₃（酸化イットリウム）粉末
を３〜６重量と、アルミナ粉末を１．３〜１．６重量％
添加した原料粉末を成形，脱脂後、１９００℃で６時間
焼結し、炉冷（冷却速度：毎時４００℃）して得た焼結
体の熱伝導率は２５〜２８Ｗ／ｍ・Ｋと低く、従来の一
般的な製法によって製造された窒化けい素焼結体の熱伝
導率に近い値になった。

【０１３４】次に得られた試料１〜５１に係る各窒化け
い素焼結体を研磨加工することにより、実施例１１〜１
３と同様に、厚さ０．４mm，０．６mm，０．８mmの窒化
けい素基板をそれぞれ調製した。次に調製した各窒化け
い素基板の表面に、実施例１１〜１３と同様に活性金属
法を使用して銅回路板等を一体に接合することにより図
５に示すような実施例１６に係る窒化けい素回路基板を
それぞれ調製した。

【０１３５】また各窒化けい素基板の表面に、実施例１
４と同様にＤＢＣ法を使用して銅回路板等を直接接合す
ることにより、図８に示すような実施例１６に係る窒化
けい素回路基板をそれぞれ調製した。

【０１３６】さらに各窒化けい素基板の表面に、実施例
１５と同様にメタライズ法を使用して回路層を形成する
ことにより、図９に示すような実施例１６に係る窒化け
い素回路基板をそれぞれ調製した。

【０１３７】上記のように活性金属法，ＤＢＣ法，メタ
ライズ法によって回路層を形成した実施例１６に係る各
Ｓｉ₃Ｎ₄回路基板の最大たわみ量，抗折強度は実施例
１１〜１５と同等以上であり、また耐熱サイクル試験に
おいて１０００サイクル経過後においてもＳｉ₃Ｎ₄基
板の割れや回路層の剥離は皆無であり、優れた耐熱サイ
クル特性が得られた。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る窒化けい
素回路基板によれば、窒化けい素焼結体が本来的に有す
る高強度高靭性特性に加えて特に熱伝導率を大幅に改善
した高熱伝導性窒化けい素基板表面に金属回路板を一体
に接合して形成されている。したがって、回路基板の靭
性値が高いため最大たわみ量および抗折強度を大きく確
保することができる。そのため、アッセンブリ工程にお
いて回路基板の締め付け割れが発生せず、回路基板を用
いた半導体装置を高い製造歩留りで量産することが可能
になる。

【０１３９】また窒化けい素基板の靭性値が高いため、
熱サイクルによって基板に割れが発生することが少な
く、耐熱サイクル特性が著しく向上し、耐久性および信
頼性に優れた半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る窒化けい素回路基板の一実施例を
示す断面図。

【図２】本発明に係る窒化けい素回路基板の他の実施例
を示す断面図。

【図３】回路基板の放熱性評価試験要領を示す断面図。

【図４】放熱性評価試験におけるセラミックス基板厚さ
と半導体素子の温度上昇との関係を示すグラフ。

【図５】本発明に係る窒化けい素回路基板の構成例を示
す断面図。

【図６】基板厚さと最大たわみ量との関係を示すグラ
フ。

【図７】基板厚さと抗折強度との関係を示すグラフ。

【図８】銅直接接合法によって回路層を形成した回路基
板の断面図。

【図９】メタライズ法によって回路層を形成した回路基
板の断面図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ窒化けい素回路基板（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄回路基板）２窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）基板３酸化層（ＳｉＯ₂皮膜）４金属回路板（Ｃｕ回路板），回路層５金属回路板（裏銅板）６半導体素子（チップ）７ａ，７ｂ活性金属層（金属接合層）８ヒートシンク９金属めっき層（Ｎｉめっき層）１０高融点金属メタライズ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ０４Ｂ 35/584 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｃ１０２Ｋ１０２Ｔ (72)発明者小森田裕神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者佐藤孔俊神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で三点曲
げ強度（常温）が６５０ＭＰａ以上である高熱伝導性窒
化けい素基板上に酸化層を介して金属回路板を接合して
なる窒化けい素回路基板において、上記高熱伝導性窒化
けい素基板の厚さをＤ_S，金属回路板の厚さをＤ_Mとし
たときに関係式Ｄ_S≦２Ｄ_Mを満たすことを特徴とする
窒化けい素回路基板。
【請求項２】高熱伝導性窒化けい素基板の厚さＤ_Sお
よび金属回路板の厚さＤ_Mが関係式Ｄ_M≦Ｄ_S≦（５／
３）Ｄ_Mを満たすことを特徴とする請求項１記載の窒化
けい素回路基板。
【請求項３】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で三点曲
げ強度（常温）が６５０ＭＰａ以上である高熱伝導性窒
化けい素基板上にＴｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択
される少なくとも１種の活性金属を含有する金属接合層
を介して金属回路板を接合してなる窒化けい素回路基板
において、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さを
Ｄ_S，金属回路板の厚さをＤ_Mとしたときに関係式Ｄ_S
≦２Ｄ_Mを満たすことを特徴とする窒化けい素回路基
板。
【請求項４】高熱伝導性窒化けい素基板の厚さＤ_Sお
よび金属回路板の厚さＤ_Mが関係式Ｄ_M≦Ｄ_S≦（５／
３）Ｄ_Mを満たすことを特徴とする請求項３記載の窒化
けい素回路基板。
【請求項５】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高
熱伝導性窒化けい素基板に回路層を一体に接合した回路
基板であり、回路基板を５０mmの支持間隔で保持した状
態で中央部に荷重を付加したときに窒化けい素基板が破
断に至るまでの最大たわみ量が０．６mm以上であること
を特徴とする窒化けい素回路基板。
【請求項６】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高
熱伝導性窒化けい素基板に回路層を一体に接合した回路
基板であり、回路基板を５０mmの支持間隔で保持した状
態で抗折試験を実施したときに抗折強度が５００ＭＰａ
以上であることを特徴とする窒化けい素回路基板。
【請求項７】高熱伝導性窒化けい素基板の厚さが０．
８mm以下であることを特徴とする請求項５または６記載
の窒化けい素回路基板。
【請求項８】回路層が銅回路板であり、この銅回路板
がＣｕ−Ｏ共晶化合物によって窒化けい素基板に直接接
合されていることを特徴とする請求項５記載の窒化けい
素回路基板。
【請求項９】回路層が銅回路板であり、Ｔｉ，Ｚｒ，
ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金
属を含有する活性金属層を介して上記銅回路板が窒化け
い素基板に接合されていることを特徴とする請求項５記
載の窒化けい素回路基板。
【請求項１０】回路層はＷあるいはＭｏにＴｉ，Ｚ
ｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活
性金属を含有する高融点金属メタライズ層から成ること
を特徴とする請求項５記載の窒化けい素回路基板。
【請求項１１】高熱伝導性窒化けい素基板は、希土類
元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５重量％、不純
物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，
Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３重量％以下
含有する窒化けい素焼結体から成ることを特徴とする請
求項１または３記載の窒化けい素回路基板。
【請求項１２】高熱伝導性窒化けい素基板は、希土類
元素を酸化物に換算して２．０〜１７．５重量％含有
し、窒化けい素結晶および粒界相から成るとともに粒界
相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が
２０％以上である窒化けい素焼結体から成ることを特徴
とする請求項１または３記載の窒化けい素回路基板。
【請求項１３】高熱伝導性窒化けい素基板は、窒化け
い素結晶および粒界相から成るとともに粒界相中におけ
る結晶化合物相の粒界相全体に対する割合が５０％以上
である窒化けい素焼結体から成ることを特徴とする請求
項１または３記載の窒化けい素回路基板。