(57)【要約】  窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む窒化珪素基板の製造方法であって、窒化ホウ素粉末・有機バインダおよび有機溶剤を含む窒化ホウ素ペーストにより窒化珪素粉末・焼結助剤粉末および有機バインダを含む板状の成形体の表面に分離層を形成し、この分離層及び成形体を加熱し、分離層及び成形体から有機バインダを除去し、その後、分離層を介し複数枚積層された成形体を焼結する。上記窒化ホウ素ペーストは、酸素（Ｏ）を０．０１〜０．５０質量％および炭素（Ｃ）を０．００１〜０．５質量％含み、前記窒化ホウ素ペーストの窒化ホウ素粉末中に含まれる酸素の含有率（質量％）をｃ、前記脱脂工程後の分離層に含まれる炭素分の含有率（質量％）をａとした場合に、ｃ／ａが０．０２〜１０．００の範囲であり、さらに前記分離層形成工程において成形体に形成された分離層は０．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ２の六方晶窒化ホウ素粉末を含むよう構成される。
2013054852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍの窒化珪素基板の製造方法であって、
窒化ホウ素粉末・有機バインダおよび有機溶剤を含む窒化ホウ素ペーストを使用し、窒化珪素粉末・焼結助剤粉末および有機バインダを含む板状の成形体の表面に、分離層を形成する分離層形成工程と、
前記分離層形成工程の後に、成形体の有機バインダの発熱ピーク温度に加えて１５〜４５０℃高い温度で前記分離層及び成形体を加熱し、前記分離層及び成形体から有機バインダを除去する脱脂工程と、
前記脱脂工程の後に、分離層を介し複数枚積層された成形体を焼結する焼結工程と、を含み、
前記窒化ホウ素ペーストは、その窒化ホウ素粉末中に酸素（Ｏ）を０．０１〜０．５質量％および炭素（Ｃ）を０．００１〜０．５質量％含み、前記脱脂工程後の分離層に炭素分（Ｃ）が残存するよう構成されており、さらに前記窒化ホウ素ペーストの窒化ホウ素粉末中に含まれる酸素の含有率（質量％）をｃ、前記脱脂工程後の分離層に含まれる炭素分の含有率（質量％）をａとした場合に、ｃ／ａが０．０２〜１０．００の範囲であり、さらに前記分離層形成工程において成形体に形成された分離層は０．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ２の六方晶窒化ホウ素粉末を含むことを特徴とする窒化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記焼結工程が完了した後に、窒化珪素基板の表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００となるよう構成されている請求項１に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記窒化ホウ素ペーストは、平均粒径ｄ５０が４．０〜２０．０μｍ、ｄ１０が０．５〜７．０μｍ、ｄ９０が８〜４０μｍの窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、前記有機バインダを８．７５〜４４質量部含む請求項１または請求項２に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記窒化ホウ素ペーストは、２５〜２７℃における粘度が１０００〜５００００ｃＰ、チキソ性が１．０２〜４．００であり、前記分離層形成工程が、スクリーン印刷で分離層を形成する請求項３に記載の窒化珪素基板の製造方法。
但し、チキソ性は、回転粘度計で測定した１０ｒｐｍと１００ｒｐｍの粘度の比（１０ｒｐｍの粘度）／（１００ｒｐｍの粘度）で定義される値である。
【請求項５】
前記窒化ホウ素ペーストは六方晶窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、前記有機バインダを８．７５〜４４質量部含み、さらに有機溶剤を８０〜７５０質量部含む請求項４に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項６】
前記脱脂工程後の成形体の表面の任意の箇所における測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による線分析で得られた、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の特性Ｘ線の強度の比（Ｂ／Ｓｉ）のうち、任意の１０．０ｍｍの区間の平均値をｆ、その１０．０ｍｍの区間に含まれる０．２ｍｍの区間の平均値をｇとしたとき、ｇ／ｆが０．２〜７．０である請求項４または請求項５のいずれか一項に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
示差熱分析で計測された前記窒化ホウ素ペーストに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度は、前記成形体の有機バインダの発熱ピーク温度よりも５℃以上高い請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記窒化ホウ素ペーストは、窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、有機バインダを８．７５〜４４質量部、有機溶剤を８０〜７５０質量部配合し、０．２〜１０時間攪拌することにより作製する、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の窒化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む焼結体である窒化珪素基板であって、
前記主相は、基板表面において、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下であり、かつ長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子と、前記第１の窒化珪素粒子に対し長軸長およびアスペクト比がともに超える第２の窒化珪素粒子とを含み、
前記第１の窒化珪素粒子は、基板表面の任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、４０個以下存在し、
基板表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００であり、
更に、表面のうねりが１．００μｍ以下であり、
加えて厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍである、
ことを特徴とする窒化珪素基板。
但し、基板表面のうねりは、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して、その算術平均うねりＷａ、すなわち、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとする。
【請求項１０】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を４０個以下含み、表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を３０個以下含む、請求項９に記載の窒化珪素基板。
【請求項１１】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、アスペクト比が５．０〜２０．０であり、長軸長が６．０〜３０．０μｍの第２の窒化珪素粒子を、面積比で１．０〜３０．０％含む請求項９または請求項１０のいずれか一項に記載の窒化珪素基板。
【請求項１２】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、前記第１の窒化珪素粒子が凝集して形成された最大径が２５μｍ以下である凝集部を含む請求項１１に記載の窒化珪素基板。
【請求項１３】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含む請求項１２に記載の窒化珪素基板。
【請求項１４】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含み、基板表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２０個以下含む、請求項１３に記載の窒化珪素基板。
【請求項１５】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、前記第１の窒化珪素粒子の周囲の粒界相に形成された気孔の最大径は、１０μｍ以下である請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の窒化珪素基板。
【請求項１６】
基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記気孔を２０個以下含む請求項１５に記載の窒化珪素基板。
【請求項１７】
下記の条件にて電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で測定した基板表面におけるホウ素（Ｂ）の特性Ｘ線強度の変動係数が１．０以下である請求項９乃至請求項１６のいずれか一項に記載の窒化珪素基板。
但し、電子線マイクロアナライザーの測定条件は、ビーム径１μｍで１ｍｍの範囲を走査し、２μｍ間隔で測定したホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線強度の値から、その標準偏差をその平均値で割ることによって求めた値である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化珪素基板および窒化珪素基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板を構成する部材である絶縁基板として、セラミックス焼結体であるセラミックス基板が広く用いられている。例えば、大電力で発熱量の大きな半導体素子を実装する半導体モジュール用の回路基板には、高い機械的強度、熱伝導率および電気的絶縁性が要求されるため、窒化アルミニウムや窒化珪素等の焼結体であるセラミックス基板が広く用いられている。【０００３】
ここで、回路基板は、半導体が実装される回路板としての金属基板がセラミックス基板の一方の面に接合され、放熱部材等と接続される放熱板としての金属基板が他方の面に接合された構成となっており、セラミックス基板と金属基板とは、直接接合法（ＤＢＣ）またはろう材接合法（ＡＭＢ）により接合されるのが通例である。そして、いずれの接合方法においても、セラミックス基板の表面の過大なうねりは、セラミックス基板と金属基板との接合界面における空隙の発生や接合界面の強度低下その他接合品質の低下を招来し、引いては回路基板の機械的特性・熱的特性・電気的特性を低下させる。そこで、優れた特性を有する長寿命の回路基板を実現するため、セラミックス基板の表面うねりの低減が要請されている。特に、近年、回路基板の全体としての熱抵抗を低減するためセラミックス基板の厚みを１．０ｍｍ以下と薄くする傾向にあり、薄いセラミックス基板では焼結時の変形に伴い表面のうねりが生じやすいことから、その低減の要請が高まっていた。【０００４】
かかる要請に対応する技術の一例が、下記特許文献１・２に開示されている。すなわち、特許文献１には、「セラミックスのグリーンシートを成形し、その表面に、酸素量が３重量％以下で、平均粒径が２０μｍ以下のＢＮ粉を含む離型剤をロールコーターによりＢＮ粉として０．３〜３ｍｇ／ｃｍ２を塗布した後、その複数枚を積層し、脱脂後、その積層体の上下面をＢＮ製セッターで押さえ、そのままセッターと同一材質で製作された密閉容器内に収納し、焼結することを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法」、およびその製造方法で形成された平面度が１００μｍ以下の板状の窒化アルミニウム焼結体が開示されている。【０００５】
また、本願出願人の出願に係わる特許文献２には、「分離材を介して複数枚のグリーンシートを積層して焼結した後に分離することによって複数枚の窒化珪素焼結体を得て、該窒化珪素焼結体から窒化珪素基板を得る、窒化珪素基板の製造方法であって、前記分離材が酸素量０．０１〜０．５重量％、平均粒子径４〜２０μｍ、比表面積２０ｍ２／ｇ以下の窒化ホウ素（ＢＮ）粉であり、前記ＢＮ粉を０．０５〜１．４ｍｇ／ｃｍ２の塗布量でグリーンシート表面に塗布することを特徴とする窒化珪素基板の製造方法」、および、「Ｓｉ３Ｎ４を主成分とする窒化珪素基板において、前記窒化珪素基板の表面に残留したＢＮに由来するＢ量の分布を示す変動係数Ｃｖが１．０以下であり、前記窒化珪素基板表面のうねりＷａが１．５μｍ以下であり（但し、うねりは、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して、その算術平均うねりＷａ、すなわち、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとする）、相対密度が９８％以上であることを特徴とする窒化珪素基板」、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３３６９８１９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７８５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１・２に開示されたセラミックス焼結体の製造方法または窒化珪素基板によれば、いずれも板状のセラミックス成形体であるグリーンシートを積層し、その後焼結するに当たり、積層されるグリーンシートの間に介在させた分離層を構成する窒化ホウ素粒子の平均粒径・酸素量・塗布量その他各種条件を調整することにより、焼結後のセラミックス基板同士の固着を抑制するとともに、セラミックス基板の表面のうねりを抑制することができる。しかしながら、従来技術においては、セラミックス基板が、窒化珪素粒子からなる主相と、焼結助剤からなる粒界相とで構成された焼結体である窒化珪素基板であり、厚みが０．２０〜０．８０ｍｍと薄い窒化珪素基板では、表面うねりが１．００μｍ以下で、所定の曲げ強度、熱伝導率および金属板との接合性を有する窒化珪素基板を安定した歩留まりで得ることが、依然として困難であった。なお、表面うねりとは、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して得られた算術平均うねりＷａを指す。具体的には、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとする。加えて、上記従来技術においては、焼結時に複数枚積層された状態のセラミックス基板同士の固着が発生する場合があり、焼結後に個々のセラミックス基板を分離するに際し破損せずに剥離できるという分離性の点で未だ不十分であった。【０００８】
本発明は、かかる従来技術を鑑みてなされたものであり、厚みが０．２０〜０．８０ｍｍと薄い、窒化珪素粒子からなる主相と、焼結助剤からなる粒界相とで構成された焼結体である窒化珪素基板において、表面のうねりが１μｍ以下であり、所望の曲げ強度、熱伝導率および金属板との接合性を有する窒化珪素基板および焼結後、複数枚積層された状態のセラミックス基板から個々のセラミックス基板を分離するに際し、セラミックス基板が破損等することなく高い分離性で窒化珪素基板を形成可能な製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍの窒化珪素基板の製造方法であって、前記窒化珪素基板は窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含んでおり、窒化ホウ素粉末・有機バインダおよび有機溶剤を含む窒化ホウ素ペーストを使用し、窒化珪素粉末・焼結助剤粉末および有機バインダを含む板状の成形体の表面に、分離層を形成する分離層形成工程と、前記分離層形成工程の後に、成形体の有機バインダの発熱ピーク温度に加えて１５〜４５０℃高い温度で前記分離層及び成形体を加熱し、前記分離層及び成形体から有機バインダを除去する脱脂工程と、前記脱脂工程の後に、分離層を介し複数枚積層された成形体を焼結する焼結工程と、を含み、前記窒化ホウ素ペーストは、その窒化ホウ素粉末中に酸素（Ｏ）を０．０１〜０．５質量％および炭素（Ｃ）を０．００１〜０．５質量％含み、さらに前記脱脂工程後の分離層に炭素分（Ｃ）が残存するよう構成され、前記窒化ホウ素ペーストの窒化ホウ素粉末中に含まれる酸素の含有率（質量％）をｃ、前記脱脂工程後の分離層に含まれる炭素分（Ｃ）の含有率（質量％）をａとした場合に、ｃ／ａが０．０２〜１０．００の範囲であり、加えて前記分離層形成工程において成形体に形成された分離層は０．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ２の六方晶窒化ホウ素粉末を含むように構成されていることを特徴とする。【００１０】
また、前記焼結工程が完了した後に、窒化珪素基板の表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００となるよう構成されているのが好適である。【００１１】
また、前記窒化ホウ素ペーストは、平均粒径ｄ５０が４．０〜２０．０μｍ、ｄ１０が０．５〜７．０μｍ、ｄ９０が８〜４０μｍの窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、前記有機バインダを８．７５〜４４質量部含むのが好適である。【００１２】
また、前記窒化ホウ素ペーストは、２５〜２７℃における粘度が１０００〜５００００ｃＰ、チキソ性が１．０２〜４．００であり、前記分離層形成工程が、スクリーン印刷で分離層を形成するのが好適である。
但し、チキソ性は、回転粘度計で測定した１０ｒｐｍと１００ｒｐｍの粘度の比（１０ｒｐｍの粘度）／（１００ｒｐｍの粘度）で定義される値である。
また、前記窒化ホウ素ペーストは六方晶窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、前記有機バインダを８．７５〜４４質量部含み、さらに有機溶剤を８０〜７５０質量部含むのが好適である。【００１３】
また、前記分離層形成工程において成形体に形成された分離層は０．５〜１．４ｍｇ／ｃｍ２の六方晶窒化ホウ素粉末を含み、前記脱脂工程後の成形体の表面の任意の箇所における測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による線分析で得られた、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の特性Ｘ線の強度の比（Ｂ／Ｓｉ）のうち、任意の１０．０ｍｍの区間の平均値をｆ、その１０．０ｍｍの区間に含まれる０．２ｍｍの区間の平均値をｇとしたとき、ｇ／ｆが０．２〜７．０であるのが好適である。【００１４】
また、示差熱分析で計測された前記窒化ホウ素ペーストに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度は、前記成形体の有機バインダの発熱ピーク温度よりも５℃以上高いのが好適である。【００１５】
また、前記窒化ホウ素ペーストは、窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、有機バインダを８．７５〜４４質量部、有機溶剤を８０〜７５０質量部配合し、０．２〜１０時間攪拌することにより作製するのが好適である。【００１６】
また、本発明の他の態様は、窒化珪素基板であって、前記窒化珪素基板は窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む焼結体であり、前記主相は、基板表面において、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下であり、かつ長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子と、前記第１の窒化珪素粒子に対し長軸長およびアスペクト比がともに超える第２の窒化珪素粒子とを含み、前記第１の窒化珪素粒子は、基板表面の任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、４０個以下存在し、基板表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００であり、更に、表面のうねりが１．００μｍ以下であり、加えて厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍであることを特徴とする。
但し、基板表面のうねりは、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して、その算術平均うねりＷａ、すなわち、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとする。【００１７】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を４０個以下含み、表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を３０個以下含むのが好適である。【００１８】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、アスペクト比が５．０〜２０．０であり、長軸長が６．０〜３０．０μｍの第２の窒化珪素粒子を、面積比で１．０〜３０．０％含むのが好適である。【００１９】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、前記第１の窒化珪素粒子が凝集して形成された最大径が２５μｍ以下である凝集部を含むのが好適である。【００２０】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含むのが好適である。【００２１】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含み、基板表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２０個以下含むのが好適である。【００２２】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、前記第１の窒化珪素粒子の周囲の粒界相に形成された気孔の最大径は、１０μｍ以下であるのが好適である。【００２３】
また、前記窒化珪素基板は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記気孔を２０個以下含むのが好適である。【００２４】
また、前記窒化珪素基板は、下記の条件にて電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で測定した基板表面におけるホウ素（Ｂ）の特性Ｘ線強度の変動係数が１．０以下であるのが好適である。
但し、電子線マイクロアナライザーの測定条件は、ビーム径１μｍで１ｍｍの範囲を走査し、２μｍ間隔で測定したホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線強度の値から、その標準偏差をその平均値で割ることによって求めた値である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、下記詳細に述べるように、本発明の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＥＰＭＡで求めた指標ｇ／ｆについて説明する図である。
【図２】本発明の一態様の窒化珪素基板が組み込まれた回路基板の概略構成図を説明する図である。
【図３】ピール試験に用いる試験片の概略構成を示す側面図である。
【図４】窒化珪素基板の表面の組織を示す図である。
【図５】凝集部および気孔の最大径の定義を説明する図である。
【図６】本発明に係る窒化珪素基板の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る窒化珪素基板の製造方法を説明する別の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２８】
本願発明者らは、窒化珪素基板のうねりを改善するために、まず従来技術に検討を加えた。その結果、従来技術により形成された窒化珪素基板においては、表面のうねりの問題が解消されないことを知見した。この表面のうねりの問題が解消されない原因は明確ではないが、下記の現象が一つの要因ではないかと推定した。
【００２９】
すなわち、グリーンシートの表面に形成された分離層に含まれる窒化ホウ素（以下、ＢＮと言う場合がある。）粒子の表面には、酸素を含むホウ素の化合物（以下、Ｂ化合物と言う場合がある。）が形成されている可能性がある。このＢ化合物としては、例えば三酸化二ホウ素（Ｂ２Ｏ３）等が含まれる。
【００３０】
また、グリーンシートに形成された分離層のＢＮ粒子の分布には疎密があり、ＢＮ粒子が密に配置された部分のＢ化合物は、焼結工程においてグリーンシートを加熱していくと、グリーンシートの表層に含まれる、窒化珪素粒子の間の粒界に存在する焼結助剤に作用し、当該焼結助剤の融点を降下させ、結果的に当該焼結助剤が形成する正常なガラスよりも融点の低いホウ素を含むガラス（以下、理解のため便宜的にホウ素ガラスと言う場合がある。）からなる粒界相（以下、理解のため便宜的に、この粒界相を異常相と言う場合がある。）を有する異常領域を形成する可能性がある。なお、ホウ素（Ｂ）はイオン半径が比較的小さいため拡散しやすく、異常領域の辺縁は正常領域と区分できないため、明確な境界線を引くことはできないが、ホウ素（Ｂ）の濃度が正常領域より明確に高い部分が異常領域となっていると推定される。
【００３１】
そして、グリーンシートの表層の異常領域に含まれる異常相は融点が低いため、他の正常な粒界相よりも早期に溶融し、異常領域に含まれるα型である粒状の窒化珪素粒子９ｃは再配列を開始する。窒化珪素粒子は、溶融して液相となった異常領域に含まれる気孔が消滅するように再配列するため、当該異常領域は収縮する。分離層に含まれるＢＮ粒子は、上記の通り、その分布に疎密があるため、グリーンシートを平面的に見たときに、面積の異なる異常領域が複数点在する状態となっていると推定される。
【００３２】
その後、グリーンシートの加熱温度を上げていくと、Ｂ化合物の作用しない焼結助剤で形成された正常なガラスからなる粒界相（以下、理解のため便宜的に、この粒界相を正常相と言う場合がある。）を有する正常領域も溶融し、正常領域に含まれるα型である粒状の窒化珪素粒子も再配列を開始し、収縮する。しかしながら、異常領域と正常領域とでは、両者に含まれる粒界相の融点の差により、窒化珪素粒子の再配列に時間差が生じ、両者の収縮の時期にも時間差が生じることとなる。すなわち、Ｂ化合物の作用したホウ素ガラスを含む異常領域の収縮の開始後に、Ｂ化合物の作用しない正常領域の収縮が開始するという現象が生じていると考えられる。
【００３３】
ここで、窒化珪素粒子は、焼結助剤であるＹ２Ｏ３などの希土類酸化物の共存によって、長軸長の長い粒子に成長することが知られている。しかし、グリーンシートの表層に存在していた異常領域では、溶融温度の低いホウ素ガラスが主に存在するため、上記窒化珪素粒子が成長する前にホウ素ガラスが溶解して、窒化珪素粒子が成長するための空間が液体で充填されてしまう（緻密化という）。この結果、異常領域に含まれていた粒状の窒化珪素粒子は粒成長が進み難く、アスペクト比が低く長軸長が短い窒化珪素粒子となる可能性がある。一方で、正常領域に含まれていた粒状の窒化珪素粒子は、上記成長の阻害要因が無いので粒成長し、アスペクト比が大きく長軸長の長い柱状の窒化珪素粒子となる。そして、異常領域は、その後に収縮する柱状の窒化珪素粒子を含む正常領域により押し出され、正常領域の表面に対し突出するように変形すると考えられる。
【００３４】
本願発明者らは、上記のように想定したメカニズムにより微小な領域において生じる変形が、窒化珪素基板ＷＢの表面全体として見た場合には過大なうねりとなり、厚みが０．２０〜０．８０ｍｍと薄い窒化珪素基板では、表面うねり（Ｗａ）を１μｍ以下にすることが極めて困難であると推察し、これに基づき本発明を完成させたものである。すなわち、基板表面におけるＢ化合物の分布を均一化するとともに、Ｂ化合物の濃度を低減して窒化珪素基板を製造することにより、表面のうねりが低減された窒化珪素基板を得ることができた。
【００３５】
本発明の一実施形態は、窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む焼結体である窒化珪素基板であって、前記主相は、基板表面において、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下であり、かつ長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子と、前記第１の窒化珪素粒子に対し長軸長およびアスペクト比がともに超える第２の窒化珪素粒子とを含み、前記第１の窒化珪素粒子は、基板表面の任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、４０個以下存在し、基板表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００であり、更に、表面のうねりが１．００μｍ以下であり、加えて厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍであることを特徴とする窒化珪素基板である。
【００３６】
本実施形態の窒化珪素基板は、その表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）が、上述した通り７．０×１０−５〜２５０×１０−５である。このＢ／Ｓｉという値は、窒化珪素基板の表面に存在する分離層を構成するＢＮと上記のように窒化珪素基板の表層の異常領域に存在するホウ素ガラスの各々に含まれるホウ素（Ｂ）の量を和した値を反映しているが、異常領域に含まれるホウ素（Ｂ）の量を間接的に示している。すなわち、Ｂ／Ｓｉが大きければ、窒化珪素基板の表面にホウ素ガラスを含む異常相が多く含まれていると推察され、引いてはグリーンシートの一面に形成された分離層を構成するＢＮ粉末の中には多くのＢ化合物が含まれていたと考えられる。ここで、Ｂ／Ｓｉの範囲を７．０×１０−５〜２５０×１０−５としたのは、次の理由による。すなわち、Ｂ／Ｓｉが７．０×１０−５未満の場合には、そもそも分離層を構成していたＢＮ粉末の量が少なく、焼結後、複数枚積層された状態の窒化珪素基板を一枚ずつに剥離する際に分離性が悪く、歩留まりが低下するためであり、Ｂ／Ｓｉが２５０×１０−５を超える場合には、窒化珪素基板に金属基板を接合する際の接合性が過度なホウ素（Ｂ）により阻害されるためである。
【００３７】
さらに、上記窒化珪素基板は、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比であるＢ／Ｃが、上述した通り０．０８０〜３．０００となっている。すなわち、本実施形態の窒化珪素基板は、その表面に適量の炭素（Ｃ）が存在している。この炭素（Ｃ）は、上記のように分離層中に含まれるＢ化合物の酸素（Ｏ）を還元して無害なホウ素（Ｂ）とした炭素（Ｃ）の残分である。ここで、Ｂ／Ｃが０．０８０未満の場合には、表面に残存する炭素（Ｃ）の量が過多となり、窒化珪素基板の強度を低下させるとともに金属基板と窒化珪素基板の接合性を劣化させる。一方で、Ｂ／Ｃが３．０００を超える場合には、分離層中に含まれていた炭素（Ｃ）の量が少なかったため、Ｂ化合物の還元作用が不十分であり、残存したＢ化合物の作用により窒化珪素基板の表面にホウ素ガラスを含む異常相が形成され、窒化珪素基板の表面のうねりが改善されないと考えられる。
【００３８】
また、上述した通り上記窒化珪素基板において、その主相は、基板表面において、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下であり、かつ長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子と、前記第１の窒化珪素粒子に対し長軸長およびアスペクト比がともに超える第２の窒化珪素粒子とを含んでいる。上記窒化珪素基板の表面におけるＢ／Ｓｉという値、およびＢ／Ｃという値から、分離層に含まれるＢ化合物をＣで還元して無害化した可能性がある。このように、本実施形態の窒化珪素基板は、分離層に含まれるＢ化合物中の酸素が炭素（Ｃ）で還元され、Ｂ化合物が減少することにより、Ｂ化合物が作用して形成されたホウ素ガラスを含む異常相が少なくなり、その結果、粒成長が進んでおらず、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下であり、かつ長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子が少なくなると推察される。具体的には、第１の窒化珪素粒子は、表面の任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、４０個以下存在する。
【００３９】
このように、本実施形態に係る窒化珪素基板によれば、その表面における、Ｂ／Ｓｉを７．０×１０−５〜２５０×１０−５、Ｂ／Ｃを０．０８０〜３．０００、および所定の正方領域における第１の窒化珪素粒子を４０個以下とすることにより、その厚みが０．２０〜０．８０ｍｍである場合に、基板表面のうねりを１μｍ以下とすることができる。なお、この基板表面のうねりとしては、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して、その算術平均うねりＷａ、すなわち、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとする。
【００４０】
なお、上記実施形態の窒化珪素基板において、表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を４０個以下含み、表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において、任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を３０個以下含むことが好ましい。
【００４１】
すなわち、窒化珪素基板において、第１の窒化珪素粒子が多数存在すると、第１の窒化珪素粒子の周囲には多数の異常相が存在することとなると推察される。この異常相に含まれるホウ素ガラスは、正常相を構成するガラスに比べて強度が低く、窒化珪素基板に応力が作用するとクラックが生じやすい。加えて、第１の窒化珪素粒子は、柱状の第２の窒化珪素粒子に対し、アスペクト比が３．０以下と粒状の形態をなしているので、破壊靭性が低く、クラックが進展し易い。ここで、上記好ましい態様の窒化珪素基板によれば、その表面からの深さが２０μｍの範囲である表層おいて任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を４０個以下含むよう構成されているので、強度の低い異常相が少なく、応力が作用した場合でも窒化珪素基板の表層におけるクラックの発生が抑制される。加えて、窒化珪素基板の表面からの深さが上記表層以外の範囲である内層おいて、任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、前記第１の窒化珪素粒子を３０個以下含むよう構成されているので、内層は表層に比べ高い破壊靭性を有し、表層にクラックが生じた場合でも、当該クラックの進展が抑制され、窒化珪素基板の破壊を防止することができる。
【００４２】
以上のように、窒化珪素基板中に含まれる第１の窒化珪素粒子およびその周囲に存在すると考えられる異常相は、窒化珪素基板の強度・破壊靭性・熱伝導率・絶縁耐圧等の特性に対して負の影響を与える。しかしながら、第１の窒化珪素粒子が上記条件を満たすことを前提とし、アスペクト比が小さく長軸長が短い粒状の第１の窒化珪素粒子が、柱状の第２の窒化珪素粒子の相互間に形成される領域の中に適切に存在する場合には、窒化珪素基板において窒化珪素粒子の高い充填をもたらし、窒化珪素基板の密度が向上し、その強度や熱伝導率をより向上することができる。その条件は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、アスペクト比が５．０〜２０．０であり、長軸長が６．０〜３０．０μｍの第２の窒化珪素粒子を、断面積比で１．０〜３０．０％含むことである。第２の窒化珪素粒子のアスペクト比が５．０未満または長軸長が６．０未満の場合には、第２の窒化珪素粒子の間に適切な大きさの領域が形成されず、第１の窒化珪素粉末が当該領域に配置される余地がなく、効果が無い。一方で、アスペクト比が２０．０または長軸長が３０．０μｍを超える場合には、粗大な窒化珪素粒子の存在することにより、第１の窒化珪素粒子が存在していても粗大な欠陥が生じやすく強度が低下する。さらに、第２の窒化珪素粒子の断面積比が１．０％未満の場合には、第２の窒化珪素粒子の相互間の領域に配置される第１の窒化珪素粒子の量が多すぎることになり、粗大な凝集部が形成されるため、窒化珪素基板の諸特性を実現することができない。一方で、第２の窒化珪素粒子の断面積比が３０．０％を超える場合には、第１の窒化珪素粒子が配置される余地がなく、窒化珪素基板の密度は向上しない。
【００４３】
上記態様の窒化珪素基板において、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、前記第１の窒化珪素粒子が凝集して形成された最大径が２５μｍ以下である凝集部を含むことが望ましい。第１の窒化珪素粒子が凝集して形成された凝集部が大きいと、必然的にその周囲に存在する強度の低い異常相の集まりである異常領域の大きさも大きくなり、窒化珪素基板の強度および破壊靭性を低下せしめることとなる。したがって、凝集部の最大径は２５μｍ以下であることが望ましい。
【００４４】
さらに、上記好ましい態様の窒化珪素基板において、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含むよう構成することが望ましい。前述したように、凝集部の最大径を２５μｍ以下とすることにより所望の強度と破壊靭性を有する窒化珪素基板を構成することができるが、窒化珪素基板が凝集部を多く含む場合には、その熱伝導率が低下する虞がある。すなわち、窒化珪素粒子からなる主相と、焼結助剤からなる粒界相で構成された焼結体である窒化珪素基板の場合、熱の伝導はフォノンにより行われる。当該焼結体の熱伝導率は主相を構成している窒化珪素粒子の熱伝導率、及び、粒界相の熱伝導性、つまり粒界相固有の熱伝導率や粒界相の体積・厚みなどで律束される。
【００４５】
ここで、第２の窒化珪素粒子が粒成長過程で粒内の不純物を放出し、不純物の少ない粒子となるのに対して、第１の窒化珪素粒子は粒成長が進んでおらず、粒内に多くの不純物を含む。その結果、フォノンの散乱により熱伝導率が低下することとなる。さらには第１の窒化珪素粒子は、アスペクト比が３．０以下と粒状の形態であり、その長軸長が５．０μｍ以下と小さい。そのため、同一体積で比較した場合に、第１の窒化珪素粒子の表面積は第２の窒化珪素粒子に比べ大きく、その周囲には多くの異常相が存在することとなり、熱を伝達するフォノンの流通が異常相において阻害される。加えて、異常相は熱伝導率の低いホウ素ガラスを含んでおり、窒化珪素基板に凝集部が多数存在する場合には、その熱伝導率が低下することとなる。したがって、高い熱伝導率を有する、好ましくは熱伝導率が８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の窒化珪素基板を構成するためには、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含むように構成することが好ましい。
【００４６】
さらに、上記好ましい態様の窒化珪素基板において、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含み、表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２０個以下含むよう構成することが望ましい。
【００４７】
すなわち、窒化珪素基板において、所定の面積の中に含まれる凝集部が多数存在すると、その凝集部を含む異常相の集まりである異常領域も多数存在することとなると推察される。この異常領域に含まれる異常相は、正常相に比べて強度が低く、窒化珪素基板に応力が作用するとクラックが生じやすい。加えて、凝集部を形成している第１の窒化珪素粒子は、アスペクト比が３．０以下と粒状の形態をなしているので、破壊靭性が低く、クラックが進展し易い。ここで、上記好ましい態様の窒化珪素基板によれば、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２５個以下含むよう構成されているので、強度の低い異常領域が少なく、窒化珪素基板に応力が作用した場合でも窒化珪素基板の表層におけるクラックの発生が抑制される。加えて、窒化珪素基板の表面からの深さが上記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、前記凝集部を２０個以下含むよう構成されているので、内層は表層に比べ高い破壊靭性を有し、表層にクラックが生じた場合でも、当該クラックの進展が抑制され、窒化珪素基板の破壊を防止することができる。
【００４８】
さらに加えて、上記態様の窒化珪素基板において、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、第１の窒化珪素粒子の周囲の粒界相に形成された気孔の最大径は、１０μｍ以下であることが望ましい。上記のように異常相および正常相は、両者の融点の相違に起因する収縮開始時期の時間差があるため、両者の境界付近には気孔が生じ易い。そして、窒化珪素基板に含まれる気孔は、応力が作用した場合にクラックの起点となり窒化珪素基板の破壊を招来するとともに、熱伝導率および絶縁耐圧を低下させる。一方で、上記態様の窒化珪素基板では、気孔の最大径を、１０μｍ以下とすることにより、更に、窒化珪素基板の強度および熱伝導率を高めるとともに、その絶縁耐圧を向上することが可能となる。なお、同様な理由により、上記気孔は、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に２０個以下存在していることがより望ましい。
【００４９】
さらに加えて、上記態様の窒化珪素基板において、下記の条件にて電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で測定したホウ素（Ｂ）の特性Ｘ線強度の変動係数が１．０以下であることが望ましい。なお、電子線マイクロアナライザーの測定条件は、ビーム径１μｍで１ｍｍの範囲を走査した。また、上記変動係数は、上記測定条件により２μｍ間隔で測定したホウ素（Ｂ）の特性Ｘ線強度の値から、その標準偏差をその平均値で割ることによって求めた値である。上記変動係数と窒化珪素基板の表面のうねりとの関係については以下のように推察した。ＥＰＭＡで測定されたホウ素（Ｂ）の値は、上記したように窒化珪素基板の表面に存在するＢＮと窒化珪素基板の表層の異常領域に存在するホウ素ガラスの各々に含まれるホウ素（Ｂ）の量を和した値と考えられるが、異常領域に含まれるホウ素（Ｂ）の量を示していると推測される。すなわち、ＥＰＭＡにより窒化珪素基板の表面の複数点を測定して得られたＢの特性Ｘ線強度の標準偏差を、その平均値で除した値である変動係数が小さい場合には、分離層を構成していたＢＮが窒化珪素基板の表面に一様に均一に残存しているとともに、異常領域も窒化珪素基板の表層に一様に均一に存在していると予想した。ここで、窒化珪素基板の表面に残存したＢＮの分布に疎密があると、窒化珪素基板と金属基板とを接合し回路基板を構成した際にＢＮの偏在部において両者の接合性が阻害され、接合界面に空隙（ボイド）が生じ易い。しかしながら、本態様の窒化珪素基板では、ホウ素（Ｂ）の変動係数が１．０以下であるので、ＢＮの分布の疎密が抑制されその偏在部が少ないので、窒化珪素基板と金属基板との接合性を高めることができる。さらに、窒化珪素基板の表層において異常領域の分布に疎密があると、窒化珪素基板の表面のうねりが拡大する傾向にあるが、本態様の窒化珪素基板では、ホウ素（Ｂ）の変動係数が１．０以下であるので、異常領域の分布の疎密が抑制されその偏在部が少なく、窒化珪素基板の表面のうねりをより低減することができる。
【００５０】
本実施形態の窒化珪素基板は、上記のように構成されているので、その曲げ強度が６００（ＭＰａ）以上の窒化珪素基板を提供でき、さらに、熱伝導率が８０（Ｗ／ｍ・ｋ）以上である窒化珪素基板を提供することができる。
【００５１】
さらに、本実施形態の窒化珪素基板によれば、上記のように構成されているので、その窒化珪素基板に金属基板を接合して形成された接合体を耐熱サイクル試験に付したときに、高い合格率を有する窒化珪素基板を提供することができる。具体的には、厚みが０．２０〜０．８０ｍｍ、長さ４０ｍｍ・幅３０ｍｍの前記窒化珪素基板の表面に、厚み０．５ｍｍ・長さ３７ｍｍ・幅２６ｍｍの銅板を、当該窒化珪素基板の裏面に、厚み０．５ｍｍ・長さ３７ｍｍ・幅２７ｍｍの銅板を、ろう材で形成された各々厚み２０μｍのろう材層を介し接合した複数の接合体を作成する。この複数の接合体を耐熱サイクル試験に付した時に、サイクル数３０００回以上で破壊しない接合体を９０％以上含む窒化珪素基板を提供することができる。ここで、ろう材は、Ａｇ：７０質量％、Ｉｎ：５質量％、酸素含有量０．１質量％以下、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる平均粒子径２０μｍの合金粉末１００質量部に対し、さらに平均粒子径１０μｍのＡｇ粉末粒子を１０質量部および４５μｍ以下の粒子サイズが８５％以上の水素化チタンを１質量部添加し、前記合金粉末粒子間の間隙を埋めるようにＡｇ粉末粒子および活性金属水素化物を混合してなる融点が７７０℃のろう材を、全ペーストに占める割合でバインダとしてアクリル系樹脂を５質量％、溶剤としてα-テルピネオール１０質量％、分散剤として低分子アニオン系化合物であるアルキルベンゼンスルホンサン塩０．１質量％と配合したのちプラネタリーミキサーを用いて混合を行い、粘度を５５Ｐａ・ｓとしたものを用い、さらに、耐熱サイクル試験は、−４０℃での冷却を２０分、室温での保持を１０分および１２５℃での加熱を２０分とする昇温／降温サイクルを１サイクルとし、これを繰り返して回路基板に付与するものとする。
【００５２】
加えて、本実施形態の窒化珪素基板によれば、上記のように構成されているので、その窒化珪素基板に金属基板を接合して形成された接合体を絶縁試験に付したときに、高い合格率を有する窒化珪素基板を提供することができる。具体的には、上記の耐熱サイクル試験に付したものと同様な複数の接合体を、絶縁試験に付した時に、絶縁破壊しない接合体を９０％以上含む窒化珪素基板を提供することができる。なお、絶縁試験は、５ｋＶの電圧を回路基板に１分間印加するものとする。
【００５３】
本発明の他の実施形態は、窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍの窒化珪素基板の製造方法であって、窒化ホウ素粉末・有機バインダおよび有機溶媒を含む窒化ホウ素ペーストを使用し、窒化珪素粉末・焼結助剤粉末および有機バインダを含む板状の成形体の表面に、分離層を形成する分離層形成工程と、前記分離層形成工程の後に、成形体の有機バインダの発熱ピーク温度に加えて１５〜４５０℃高い温度で前記分離層及び成形体を加熱し、前記分離層及び成形体から有機バインダを除去する脱脂工程と、前記脱脂工程の後に、分離層を介し複数枚積層された成形体を焼結する焼結工程とを含み、前記窒化ホウ素ペーストは、その窒化ホウ素粉末中に酸素（Ｏ）を０．０１〜０．５質量％および炭素（Ｃ）を０．００１〜０．５質量％含み、さらに前記脱脂工程後の分離層に炭素分（Ｃ）が残存するよう構成されており、前記窒化ホウ素ペーストの窒化ホウ素粉末中に含まれる酸素の含有率（質量％）をｃ、前記脱脂工程後の分離層に含まれる炭素分（Ｃ）の含有率（質量％）をａとした場合に、ｃ／ａが０．０２〜１０．００の範囲であり、加えて前記分離層形成工程において成形体に形成された分離層は０．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ２の六方晶窒化ホウ素粉末を含むことを特徴とする窒化珪素基板の製造方法である。
【００５４】
なお、上記窒化珪素粉末と混合する有機バインダとしては、例えばポリビニルブチラール、メタクリル酸メチル樹脂等が挙げられ、上記窒化ホウ素ペーストに使用される有機バインダとしては、例えばポリビニルブチラール、エチルセルロース等が挙げられる。また、上記窒化ホウ素ペーストに使用される有機溶剤としては、例えばエタノール、ブタノール、α―テルピネオール等が挙げられる。また、上記焼結助剤としては、例えばＹ２Ｏ３、ＭｇＯ等が挙げられる。
【００５５】
上記他の実施形態にかかる窒化珪素基板の製造方法によれば、分離層形成工程において、ドクターブレード法その他周知の成形方法を利用して形成された、窒化珪素粉末・焼結助剤粉末および有機バインダを含む板状の成形体（グリーンシート）の表面に、窒化ホウ素（ＢＮ）粉末・有機バインダおよび有機溶剤を含む窒化ホウ素（ＢＮ）ペーストを使用して分離層が形成される。表面に分離層が形成されたグリーンシートは、脱脂工程において加熱され、グリーンシートに含まれる有機バインダが除去（脱脂）されるとともに、ＢＮペーストに含まれる有機バインダおよび有機溶剤も除去される。このため、脱脂工程を経たグリーンシートの表面には、ＢＮペーストが脱脂され、有機バインダおよび有機溶剤が除去されたＢＮ粉末および後述するように有機バインダの残渣である炭素分（Ｃ）が残存した層（以下、この脱脂工程後の分離層のことをＢＮ層と便宜的に言う場合がある。）が形成される。このＢＮ層が形成されたグリーンシートは、ＢＮ層を介して複数枚積層され、焼結工程において焼結され、窒化珪素粒子を主体とした主相と、主に焼結助剤から形成された粒界相とを含む窒化珪素基板が形成される。
【００５６】
さらに、本実施形態の厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍの窒化珪素基板の製造方法においては、上記分離層形成工程で使用されるＢＮペーストは、そのＢＮ粉末中に酸素（Ｏ）を０．０１〜０．５質量％および炭素（Ｃ）を０．００１〜０．５質量％含み、ＢＮペーストのＢＮ粉末中に含まれる酸素の含有率（質量％）をｃ、グリーンシートの有機バインダの発熱ピーク温度に加えて１５〜４５０℃高い温度でグリーンシートを脱脂する脱脂工程後のＢＮ層に残存する炭素分（ｃ）の含有量をａ（質量％）とした場合に、ｃ／ａが０．０２〜１０．００となるよう構成されている。このように、ＢＮ粉末中の酸素（Ｏ）の割合、脱脂工程における脱脂温度、ＢＮ粉末中に含まれる酸素（Ｏ）の割合に対し脱脂工程が完了した後における炭素分（Ｃ）の割合を規定した理由について、以下説明する。
【００５７】
まず、ＢＮ粉末中の酸素（Ｏ）の割合を規定した理由を説明する。ＢＮ粉末の酸素（Ｏ）の割合は、焼結工程における、ＢＮ粉末を構成するＢＮ粒子とグリーンシートとの固着力、およびグリーンシートに含まれる焼結助剤が溶融し形成されるガラスの融点、この双方の観点から定められている。すなわち、ＢＮ粉末に含まれる酸素（Ｏ）の割合が０．０１質量％未満の場合には、ＢＮ粒子とそれが接触しているグリーンシートの表面との間に反応が生じ難く、グリーンシートの表面に対するＢＮ粒子の固着力が低下する。そのため、焼結工程におけるグリーンシートの収縮に伴いその表面を移動するＢＮ粒子が生じ、焼結工程においてＢＮ粉末の分布に疎密が発生するため、焼結後の窒化珪素基板の分離性が低下するとともに、その表面のうねりが増大する可能性がある。一方で、ＢＮ粉末に含まれる酸素（Ｏ）の割合が０．５質量％を超え多い場合には、過分な酸素（Ｏ）が焼結助剤に作用しその融点を降下させるため、焼結工程においてグリーンシートが充分に収縮せず、その結果、窒化珪素基板の密度が上がらず、高い強度および熱伝送率を有する窒化珪素基板を得ることができない。
【００５８】
次に、脱脂工程における脱脂温度を規定した理由を説明する。脱脂温度は、脱脂工程後にグリーンシートに含まれる有機バインダの残渣である炭素分（Ｃ）の量、およびグリーンシートに含まれる窒化珪素粒子が変質しないこと、この双方の観点から定められている。すなわち、示差熱分析で計測されたグリーンシートの有機バインダの発熱ピーク温度に加えて１５℃未満の温度でグリーンシートを脱脂した場合には、脱脂後のグリーンシートの中に残存する炭素分（Ｃ）が多く、焼結工程において、残存した炭素分（Ｃ）が窒化珪素粒子を還元するため、窒化珪素粒子の粒成長が阻害され、窒化珪素基板の破壊靭性を低下させる。一方で、示差熱分析で計測されたグリーンシートの有機バインダの発熱ピーク温度に加えて４５０℃を超える温度でグリーンシートを脱脂した場合には、グリーンシートに含まれる窒化珪素粒子が酸化し、その結果、窒化珪素基板の密度が上がらず、高い強度および熱伝送率を有する窒化珪素基板を得ることができない。なお、示差熱分析で計測された発熱ピーク温度に、複数のピークがある場合には、最も高温側に現れたピークに対応する温度を、発熱ピーク温度とすればよい。
【００５９】
さらに、ＢＮ粉末中に含まれる酸素（Ｏ）の割合に対し脱脂工程が完了した後における炭素分（Ｃ）の割合を規定した理由を説明する。ＢＮ粉末中の酸素（Ｏ）の割合を規定した理由を説明した項で述べたように、ＢＮ粉末中の酸素（Ｏ）の割合は、焼結工程における、ＢＮ層を構成するＢＮ粒子とグリーンシートとの固着力、およびグリーンシートに含まれる焼結助剤が溶融し形成されるガラスの融点、この双方の観点から定められている。一方で、ＢＮ粉末中に含まれる酸素（Ｏ）の割合を示す値は、ＢＮ粉末を構成するＢＮ粒子の表面に形成されたＢ化合物の酸素（Ｏ）の値である。
【００６０】
ここで、本実施形態の窒化珪素基板の製造方法において使用するＢＮペーストは、上記説明したようにホウ素ガラスを含む異常相を形成するＢ化合物、つまり脱脂工程を経た分離層であるＢＮ層に含まれるＢ化合物を、焼結工程において炭素分（Ｃ）で還元し無害化するよう構成されている。すなわち、本実施形態のＢＮペーストは、上記脱脂温度の範囲で脱脂した後に、その有機バインダの残渣である炭素分（Ｃ）が適量だけＢＮ層に残存することより、脱脂工程後のＢＮ層に含まれる炭素分（Ｃ）が、ＢＮペースト中に含まれるＢＮ粒子自身が含む炭素（Ｃ）の量よりも増加するよう、構成されている。なお、ＢＮ粉末中に含まれる酸素（Ｏ）の含有率（質量％）をｃ、脱脂工程後のＢＮ層における炭素分（Ｃ）の含有率をａとした場合に、ｃ／ａが１０．００を超える場合には、Ｂ化合物を充分に還元することができず、許容できる以上の異常相が形成され、その結果、窒化珪素基板に存在する第１の窒化珪素粒子の密度が高くなる。一方で、ｃ／ａが０．０２未満の場合には、過度な炭素分（Ｃ）により窒化珪素基板の強度が低下するとともに、窒化珪素基板の表面に存在する炭素分（Ｃ）のために金属基板との接合性が阻害される。
【００６１】
なお、明確ではないが、ＢＮ粉末にそもそも含まれる炭素（Ｃ）は、ＢＮ粉末中において化合物を形成しており、脱脂工程後にＢＮ粉末中に残留したＣに比べ、Ｂの酸化物の還元に有効に働きにくいと推定される。このため、上述したように、脱脂工程後にＢＮ粉末中に炭素分（Ｃ）が適度な範囲で残留するのが好適である。
【００６２】
さらに、本実施形態の窒化珪素基板の製造方法における分離層形成工程において成形体に形成された分離層は、０．２〜３．５ｍｇ／ｃｍ２の六方晶ＢＮ粉末を含みよう構成した理由は下記のとおりである。すなわち、六方晶ＢＮ粉末の量が３．５ｍｇ／ｃｍ２を超え多い場合、過量な六方晶ＢＮ粉末が、グリーンシートの焼成の過程で粒成長し、その表面に露出した柱状の窒化珪素粒で形成される凹凸の凹部にＢＮ粉末が入り込み、グリーンシートの均一な収縮を阻害し、その結果、得られた窒化珪素基板の表面のうねりが大きくなりやすいからである。一方、六方晶ＢＮ粉末の量が０．２ｍｇ／ｃｍ２未満と少ない場合、六方晶ＢＮ粉末の少ない部分が形成され、焼結工程において積層された窒化珪素基板が付着し、分離性が低下するからである。なお、同様な観点から、分離層の含む六方晶ＢＮ粉末の量は、０．４〜２．２ｍｇ／ｃｍ２であることが望ましい。
【００６３】
また、本実施形態の窒化珪素基板の製造方法において、前記焼結工程が完了した後に、窒化珪素基板の表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００となるよう構成されている。これらの理由については、上述した通りである。
【００６４】
なお、上記ＢＮペーストは、具体的には、平均粒径ｄ５０が４．０〜２０．０μｍ、ｄ１０が０．５〜７．０μｍ、ｄ９０が８〜４０μｍの窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、前記有機バインダを８．７５〜４４質量部含むように調整することにより、形成することができる。なお、ＢＮ粉末の凝集を防止するため、必要に応じ、分散剤を添加してもよい。ここで、ＢＮ粉末の平均粒子径ｄ５０を４．０〜２０．０μｍとしたのは、平均粒径ｄ５０が４．０μｍ未満と小さい場合、グリーンシートの焼成の過程で粒成長し、その表面に露出した柱状の窒化珪素粒で形成される凹凸の凹部にＢＮ粉末が入り込み、グリーンシートの均一な収縮を阻害し、その結果、得られた窒化珪素基板の表面のうねりが大きくなりやすいからである。一方で、平均粒径ｄ５０が２０．０μｍを超え大きい場合には、ＢＮ粉末のグリーンシート表面への密着性が低下し、積層した後のハンドリングの際にグリーンシートが剥離しやすくなるからである。また、平均粒子径ｄ１０を０．５〜７．０μｍとしたのは、平均粒径ｄ１０が０．５μｍ未満と小さい場合、上記ＢＮ層に含まれるＢ化合物の割合が多くなりすぎるからである。一方で、平均粒径ｄ１０が７．０μｍを超え大きい場合には、上記ＢＮ層に含まれるＢ化合物の割合が少なくなりすぎるからである。ＢＮ粒子表面に形成されているＢ化合物の割合が少ないとＢＮ粒子とそれが接触しているグリーンシートの表面との間に反応が生じ難く、グリーンシートの表面に対するＢＮ粒子の固着力が低下する。そのため、焼結工程におけるグリーンシートの収縮に伴いその表面を移動するＢＮ粒子が生じ、焼結工程においてＢＮ粉末の分布に疎密が発生するため、焼結後の窒化珪素基板の分離性が低下するとともに、その表面のうねりが増大する可能性がある。さらに、平均粒子径ｄ９０を８〜４０μｍとしたのは、平均粒径ｄ９０が８μｍ未満と小さい場合、上記ＢＮ層に含まれるＢ化合物の割合が多くなりすぎるからである。一方で、平均粒径ｄ９０が４０μｍを超え大きい場合には、上記ＢＮ層中のＢＮ粒子の粒径が大きくなりすぎるため、粗大なＢＮ粒子の形状に起因するうねりが窒化珪素基板の表面に生成するからである。
【００６５】
さらに、本実施形態の窒化珪素基板の製造方法において、上記ＢＮペーストは、２５〜２７℃における粘度が１０００〜５００００ｃＰ、チキソ性が１．０２〜４．００であり、前記分離層形成工程が、スクリーン印刷で分離層を形成するよう構成することが望ましい。ここで、上記チキソ性は、回転粘度計で測定した１０ｒｐｍと１００ｒｐｍの粘度の比（１０ｒｐｍの粘度）／（１００ｒｐｍの粘度）で定義される値である。なお、このようなＢＮペーストは、具体的には、六方晶ＢＮ粉末１００質量部に対し、有機バインダを８．７５〜４４質量部含み、さらに有機溶剤を８０〜７５０質量部含むよう調整し、形成することができる。
【００６６】
本実施形態の窒化珪素基板の製造方法において使用するＢＮペーストに含まれるＢＮ粉末は六方晶ＢＮ粉末を使用することができる。このように略板状の六方晶ＢＮ粒子を含み、粘度が１０００〜５００００ｃＰ、チキソ性が１．０２〜４．００に調整されたＢＮペーストを使用し、分離層形成工程においてスクリーン印刷で分離層を形成することにより、六方晶ＢＮ粒子の平坦面がグリーンシートの表面とほぼ平行、つまり六方晶ＢＮ粒子のｃ軸がグリーンシートの表面に対してほぼ垂直な姿勢となるよう配置された分離層を形成することができる。このような分離層および当該分離層が形成されたグリーンシートは、脱脂工程において共に脱脂され、その後、焼結工程において分離層を介して複数枚積層された状態で焼結される。ここで、積層されたグリーンシートを離隔している分離層には、上記の姿勢で六方晶ＢＮ粒子が均一に配置されているので、焼結工程において収縮するグリーンシート相互間の摩擦抵抗が低減され、グリーンシートが全体的に均一に収縮するので、より表面のうねりが低減された窒化珪素基板を形成できる。
【００６７】
上記ＢＮペーストにおいて、その粘度が１０００ｃＰ未満と低い場合には、スクリーン印刷で形成された印刷パターンである分離層の形状保持性が悪く、分離層の厚みの分布にバラツキが生じることとなり、分離層に含まれる六方晶ＢＮ粉末の分布に疎密が生じることとなる。一方で、５００００ｃＰを超え高い場合には、印刷された分離層にかすれ等の欠陥部が生じ、同様に六方晶ＢＮ粉末の分布に疎密が生じる。このように六方晶ＢＮ粉末の分布に疎密が生じた分離層を介して積層されたグリーンシートでは、六方晶ＢＮ粉末が密に配置された部分に接触している部位と、疎に配置された部分に接触している部位が存在する。その結果、この積層されたグリーンシートを焼結すると、分離層における六方晶ＢＮ粉末の疎密に起因する摩擦抵抗の違いにより、グリーンシートの各部位の収縮量が各々相違することとなり、グリーンシートが全体として均一に収縮しないために、窒化珪素基板の表面のうねりを低減することができない可能性がある。
【００６８】
さらに、ＢＮペーストのチキソ性が１．０２未満と低い場合には、スクリーン印刷においてスキージで押し広げられる際のＢＮペーストの粘度が高いために、上記姿勢で六方晶ＢＮ粒子を配置することが困難となり、窒化珪素基板の表面のうねりを低減することができない可能性がある。一方で、チキソ性が４．００を超え高い場合には、スクリーン印刷においてスキージで押し広げられる際のＢＮペーストの粘度が低く、印刷後の分離層の形状保持性が悪く、分離層の厚みの分布にバラツキが生じることとなり、分離層に含まれる六方晶ＢＮ粉末の分布に疎密が生じるため、同様に窒化珪素基板の表面のうねりを低減することができない可能性がある。
【００６９】
さらに、前記脱脂工程後の成形体の表面の任意の箇所における測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による線分析で得られた、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の特性Ｘ線の強度の比（Ｂ／Ｓｉ）のうち、任意の１０．０ｍｍの区間の平均値をｆ、その１０．０ｍｍの区間に含まれる０．２ｍｍの区間の平均値をｇとしたとき、ｇ／ｆが０．２〜７．０であるであることが望ましい。
【００７０】
このように、脱脂工程後の成形体の表面の任意の箇所における測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による線分析で得られた、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の特性Ｘ線の強度の比（Ｂ／Ｓｉ）のうち、任意の１０．０ｍｍの区間の平均値をｆ、その１０．０ｍｍの区間に含まれる０．２ｍｍの区間の平均値をｇとしたとき、ｇ／ｆが０．２〜０．７としたのは、次の理由による。
【００７１】
すなわち、上記ｇ／ｆという指標は、窒化珪素基板の表面のうねりに影響を及ぼす、成形体の表面に形成された分離層に含まれる六方晶ＢＮ粉末の粗密の状態を巨視的に定義するものである。ここで、脱脂工程後の成形体の表面の任意の箇所において、測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による線分析で得られた、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の特性Ｘ線の強度の比（Ｂ／Ｓｉ）を、図１（ａ）に示す。図１（ａ）において実線Ｌ１で示すように、測定長２０ｍｍにおける各測定位置のＢ／Ｓｉの比の値は、大きな山Ｍ１や小さな山Ｍ２などを含み一定のバラツキの中で変動している。ここで、変動するＢ／Ｓｉの値の分散を求めることにより、六方晶ＢＮ粉末の疎密の状態を定義することもできるが、その分散の値には、窒化珪素基板の表面にうねりには直接的には関係しない小さな山Ｍ２の値も含まれてしまい、適切ではない。そこで、本願発明者らは、窒化珪素基板の表面にうねりに直接的に関係する、実線Ｌ１の大きな山Ｍ１について、適切に評価できるよう上記定義を想到したものである。
【００７２】
つまり、図１（ａ）に示すように、上記のように測定長２０ｍｍの電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で得られたＢ／Ｓｉの値のうち、任意の１０．０ｍｍの区間Ｎ１のＢ／Ｓｉの値の平均値ｆを求める。この１０．０ｍｍの区間Ｎ１の平均値ｆを求める理由については、後述する。次いで、この１０．０ｍｍの区間Ｎ１に含まれる０．２ｍｍの区間Ｎ２のＢ／Ｓｉの値に平均値ｇを求める。この０．２ｍｍの区間Ｎ２のＢ／Ｓｉの値を平均化することにより、その平均値ｇにおける実線Ｌ１の小さな山Ｍ２の寄与は低くなり、窒化珪素基板の表面のうねりに影響する大きな山Ｍ１の適切な評価が可能となる。なお、０．２ｍｍの区間Ｎ２は、１０．０ｍｍの区間Ｎ１のうち大きな山Ｍ１の存在する適宜な部分に設定すればよいが、例えば、１０．０ｍｍの区間Ｎ１において任意に選択された複数の箇所で０．２ｍｍの区間の平均値ｇを求め、その複数の平均値ｇから更に求めた平均値やその最大値を指標ｇ／ｆの値「ｇ」として採用してもよい。
【００７３】
一方で、０．２ｍｍの区間Ｎ２の平均値ｇのみで六方晶ＢＮ粉末の疎密を評価する場合には、図１（ｂ）において実線Ｌ２で示すように、１０．０ｍｍの区間Ｎ１のＢ／Ｓｉの平均値ｆが高く、そのバラツキは少ない場合でも、０．２ｍｍの区間Ｎ２の平均値ｇは、図１（ａ）の場合と同一となり、０．２ｍｍの区間Ｎ２の平均値ｇのみの評価では妥当ではない。そこで、０．２ｍｍの区間Ｎ２の平均値ｇを１０．０ｍｍの区間Ｎ１の平均値ｆで除し、無次元化された指標ｇ／ｆで、分離層に含まれる六方晶ＢＮ粉末の分布の疎密を評価するものである。
【００７４】
なお、この六方晶ＢＮ粉末の疎密の指標であるｇ／ｆが、０．２未満と低い場合には、０．２ｍｍの区間のＢ／Ｓｉの平均値ｇが相対的に低く、相対的に六方晶ＢＮ粉末が疎に配置された部分がグリーンシートの表面に存在することとなる。一方で、ｇ／ｆが、０．７を超え高い場合には、０．２ｍｍの区間のＢ／Ｓｉの平均値ｇが相対的に高く、相対的に六方晶ＢＮ粉末が密に配置された部分がグリーンシートの表面に存在することとなる。ここで、１０．０ｍｍの区間における平均値ｆが高い場合であっても、相対的に六方晶ＢＮ粉末の分布に疎密が生じた分離層を介して積層されたグリーンシートでは、六方晶ＢＮ粉末が密に配置された部分に接触している部位と、疎に配置された部分に接触している部位が存在する。その結果、この積層されたグリーンシートを焼結すると、分離層における六方晶ＢＮ粉末の相対的な疎密に起因する摩擦抵抗の違いにより、グリーンシートの各部位の収縮量が各々相違することとなり、グリーンシートが全体として均一に収縮しないために、窒化珪素基板の表面のうねりを低減することができない可能性がある。
【００７５】
さらに、本実施形態の窒化珪素基板の製造方法において、示差熱分析で計測した場合に、ＢＮペーストに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度は、グリーンシートに含まれる有機バインダよりも５℃以上高いことが望ましい。ここで、ＢＮペーストに含まれる有機バインダよりも後に成形体に含まれる有機バインダが脱脂される場合には、ＢＮペーストの脱脂後に成形体の表面に配置されたＢＮ粉末が、成形体の脱脂により生じるガスにより移動し、ＢＮ粉末の分布に疎密が形成される可能性がある。この現象を抑制するため、成形体に含まれる有機バインダに対しＢＮペーストに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度を５℃以上高め、脱脂工程において、成形体に含まれる有機バインダが先に脱脂され、その後ＢＮペーストに含まれる有機バインダが脱脂されるよう構成することが好ましい。
【００７６】
また、本実施形態のＢＮペーストは、窒化ホウ素粉末１００質量部に対し、有機バインダを８．７５〜４４質量部、有機溶剤を８０〜７５０質量部配合し、０．２〜１０時間攪拌することにより作製するのが好適である。有機バインダが８．７５質量部未満の場合または有機溶剤が７５０質量部を超える場合には、ＢＮペーストの粘度が１０００ｃＰ、チキソ性が１．０２より低くなる可能性がある。また、有機バインダが４４質量部を超える場合または有機溶剤が８０質量部未満の場合には、ＢＮペーストの粘度が５００００ｃＰ、チキソ性が４．００を超える可能性がある。さらに、攪拌時間が、０．２時間未満の場合にはＢＮペーストの粘度が５００００ｃＰ、チキソ性が４．００を超える可能性があり、１０時間を超える場合にはＢＮペーストの粘度が１０００ｃＰ、チキソ性が１．０２より低くなる可能性がある。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。【００７８】
また、以下に述べる各実施例および比較例では、製造された窒化珪素基板が絶縁基板として組み込まれた回路基板の構成について説明する。【００７９】
［回路基板］
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、回路基板Ｗは、窒化珪素基板ＷＢの上面（一面）に、ろう材層Ｍ１を介して接合された金属基板ＷＡと、窒化珪素基板ＷＢの下面（他面）にろう材層Ｍ３を介し接合された平板状の金属基板ＷＣとを有している。ここで、窒化珪素基板ＷＢの上面に接合された金属基板ＷＡは、半導体素子などが搭載される回路板として機能し、窒化珪素基板ＷＢの下面に接合された金属基板ＷＣは、放熱板として機能する。なお、下記の各実施例および比較例で形成される回路基板Ｗの、窒化珪素基板ＷＢの長さ（図２（ａ）において水平方向の大きさ）は４０ｍｍ、幅（図２（ａ）において上下方向の大きさ）は３０ｍｍであり、金属基板ＷＡの寸法は、厚み０．５ｍｍ・長さ３６ｍｍ・幅２６ｍｍであり、金属基板ＷＡの寸法は、厚み０．５ｍｍ・長さ３７ｍｍ・幅２７ｍｍである。また、金属基板ＷＡおよびＷＣとほぼ同じ長さおよび幅を有するろう材層Ｍ１およびＭ２の厚みは２０μｍである。【００８０】
上記金属基板ＷＡ・ＷＣとしては、ろう材で接合でき、その融点がろう材よりも高ければ特に制約はなく、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、ニッケルメッキを施したモリブデン、ニッケルメッキを施したタングステン、ニッケルメッキを施した鉄合金等を用いることが可能である。この中でも銅を金属部材として用いることが、電気的抵抗及び延伸性、高熱伝導性（低熱抵抗性）、マイグレーションが少ない等の点から最も好ましい。また、アルミニウムを金属部材として用いることは、電気的抵抗、高熱伝導性（低熱抵抗性）は、銅に劣るものの、アルミニウムが持つ塑性変形性を利用して、冷熱サイクルに対する実装信頼性を有する点で好ましい。その他にも電気的抵抗を重視すれば銀を用いることも好ましく、また電気的特性よりも接合後の信頼性を考慮する場合にはモリブデンやタングステンを用いれば、それらの熱膨張率が窒化珪素基板ＷＢに近いことから接合時の熱応力を小さくすることができるので好ましい。【００８１】
なお、回路基板Ｗは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように個々の回路基板Ｗごとに形成してもよい。しかしながら、通例、工業生産において低コストで効率的に回路基板Ｗを製造するため、図７（ｃ）に示すように、回路基板Ｗは、大判の窒化珪素基板ＷＢに縦横に並列するように複数個形成し、図中に示す破線ＣＢに沿い個片に分離して形成される。以下、一枚当たり回路基板Ｗを１２個形成するための大判の窒化珪素基板ＷＢを製造する場合を例として、各実施例および比較例を説明する。また、各実施例および比較例で作成された窒化珪素基板ＷＢは、金属基板ＷＡ・ＷＣを両面に接合し回路基板Ｗを形成し、耐熱サイクル試験および耐絶縁試験に付しているため、窒化珪素基板ＷＢの製造工程の後に行われる回路基板Ｗの製造工程についても併せて説明する。【００８２】
以下、実施例１〜４３および比較例１〜７について説明する。【００８３】
［原料配合工程］
実施例１〜４３および比較例１〜７の窒化珪素基板は、以下の方法で形成した。表１に示す割合となるよう配合した窒化珪素粉末ならびに焼結助剤であるＭｇＯおよびＹ２Ｏ３の混合粉末を準備した。なお、窒化珪素粉末ならびにＭｇＯおよびＹ２Ｏ３の粉末の平均粒径（ｄ５０）は、各々０．１〜２μｍ、０．１〜２μｍ、０．１〜２μｍとした。そして、エタノール・ブタノール溶液（有機溶剤）を満たしたボールミルの樹脂製ポット中に、上記混合粉末および粉砕媒体の窒化珪素製ボールを投入し、４時間、湿式混合した。次に、前記ポット中の混合粉末に対し、表１に示す種類および割合の有機バインダを添加し、１２時間、湿式混合し、シート成形用スラリーを得た。なお、有機バインダとしては、表１に示す各種発熱ピーク温度（Ａ１）を有するポリビニルブチラール、メタクリル酸メチル樹脂を使用した。シート成形用スラリーに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度（Ａ１）は、各々、示差熱分析で計測し、最も高温側に現れるピークに対応する温度である。【００８４】
【表１】
2013054852.tif 000003
【００８５】
［グリーンシート形成工程］
上記成形用スラリーを脱泡、溶媒除去により粘度を調整し、ドクターブレード法によりグリーンシートを成形した。次に、成形したグリーンシートを空気中で加熱し、有機溶剤を除去し、寸法が、縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍである、表１に示す組成のグリーンシートを得た。なお、実施例２５は厚みを１．３ｍｍ、実施例３８は厚みを０．３２ｍｍ、比較例１は１．６ｍｍ、比較例２は０．３ｍｍ、比較例７は０．４８ｍｍの厚みのグリーンシートを形成した。【００８６】
［分離層形成工程］
上記グリーンシートの上面（一面）に分離層を形成するため、ＢＮ粉末を含むＢＮペーストを準備した。各実施例および比較例ごとに、表２に示す組成でＢＮ粉末・有機バインダ・有機溶剤を配合し、プラネタリーミキサーを用いて混合を行い、ＢＮペーストを作成した。なお、有機バインダとしては、表２に示す各種発熱ピーク温度（Ａ５）を有するポリビニルブチラール、エチルセルロースを使用した。各実施例および比較例における、ＢＮ粉末の種類・粒度分布（ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０）・組成（Ａ２）・酸素量（ｃ）、ＢＮ粉末中の炭素量（ｂ）、有機バインダの種類・組成（Ａ４）、ＢＮペーストに含まれる有機バインダと成形体に含まれる有機バインダの発熱ピーク温度の差（Ａ５−Ａ１）、有機溶媒の組成は、表２に示すとおりである。また、実施例１〜４１および比較例１〜６のＢＮペーストの混合時間は４０分とし、形成されたＢＮペーストの粘度およびチキソ性ならびに当該ＢＮペーストによる分離層の形成方法は、表３に示すとおりである。なお、チキソ性は、回転粘度計で測定した１０ｒｐｍと１００ｒｐｍの粘度の比（１０ｒｐｍの粘度）／（１００ｒｐｍの粘度）で定義される値である。さらに、ＢＮペーストに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度（Ａ５）も、上記と同様に、示差熱分析で計測し、最も高温側に現れるピークに対応する温度である。【００８７】
【表２】
2013054852.tif 000004
【００８８】
【表３】
2013054852.tif 000005
【００８９】
上記ＢＮペーストを使用し、図６（ａ）に示すようにグリーンシートＷｂの上面に分離層１を形成した。表４に、各実施例および比較例の分離層の厚み、分離層に含まれるＢＮ粉末の単位面積当たりの重量、上記説明したＥＰＭＡによる０．２ｍｍ区間の平均値ｇ、１０．０ｍｍ区間の平均値ｆおよびそれらの比ｇ／ｆを示す。なお、表４における分離層の厚みは、分離層が形成されたグリーンシートを１２０℃で加熱し、分離層に含まれる有機溶媒を除去した後の値である。【００９０】
【表４】
2013054852.tif 000006
【００９１】
［脱脂工程］
上記分離層１が形成されたグリーンシートＷｂを、大気（酸素雰囲気）中で加熱することにより有機バインダを脱脂（除去）した。各実施例における、脱脂温度（Ａ６）、脱脂工程完了後のＢＮ層中の炭素分（Ｃ）の割合（ａ）、ＢＮペーストのＢＮ粉末中における炭素割合（ｂ）と脱脂工程後のＢＮ層に含まれる炭素分（Ｃ）の割合（ａ）との差ａ−ｂ、ＢＮペーストのＢＮ粉末中における酸素割合（ｃ）と脱脂工程後のＢＮ層に含まれる炭素分（Ｃ）の割合（ａ）との比ｃ／ａ、グリーンシートに含まれる有機バインダの発熱ピーク温度（Ａ１）と脱脂温度（Ａ６）との差（Ａ６−Ａ１）は、表５に示すとおりである。【００９２】
【表５】
2013054852.tif 000007
【００９３】
［焼成工程］
脱脂工程が完了したグリーンシートＷｂを、分離層１を介して２０枚積層し、図６（ｂ）に示すように焼成炉Ｆ中に配置し、実施例・比較例ごとに表５に示す焼成温度で、５時間、加熱し、平板状の焼結体である窒化珪素基板を得た。その後、図６（ｃ）に示すように、焼結体ＷＢの表面に残存する分離層１をホーニング処理し除去した。ホーニング処理は、メディアＧとして平均粒径（ｄ５０）が１０〜１００μｍのアルミナ砥粒を焼結体表面に１〜３６０秒吹き付けて行った。【００９４】
［金属基板接合工程］
図６（ｄ）に示すように、窒化珪素基板ＷＢの両面に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系活性ろう材を含むろう材ペーストｍ１・ｍ３をスクリーン印刷で５０μｍの厚みで矩形領域に塗布し、その後、１２０℃の乾燥炉で３０分間乾燥し、ろう材ペースト中の溶媒を除去した。各実施例および比較例で使用したろう材ペーストｍ１・ｍ３は、Ａｇ：７０質量％、Ｉｎ：５質量％、酸素含有量０．１質量％以下、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる平均粒子径２０μｍの合金粉末１００質量部に対し、さらに平均粒子径１０μｍのＡｇ粉末粒子を１０質量部および４５μｍ以下の粒子サイズが８５％以上の水素化チタンを１質量部添加し、前記合金粉末粒子間の間隙を埋めるようにＡｇ粉末粒子および活性金属水素化物を混合してなる融点が７７０℃のろう材を、全ペーストに占める割合でバインダとしてアクリル系樹脂を５質量％、溶剤としてα-テルピネオール１０質量％、分散剤０．１質量％と配合したのちプラネタリーミキサーを用いて混合を行い、粘度を５５Ｐａ・ｓとしたものである。【００９５】
次いで、図７（ａ）に示すように、窒化珪素基板ＷＢよりも縦横寸法がやや小さく厚みが０．５ｍｍの金属基板である銅基板Ｗａ・Ｗｃを、窒化珪素基板ＷＢに塗布されたろう材を介し当該窒化珪素基板ＷＢの両面に配置し、真空度が１Ｐａ以下の非酸化雰囲気中において８２０℃で１時間、加熱した後、炉冷により冷却することにより、窒化珪素基板ＷＢに銅基板Ｗａ・Ｗｂを接合し、接合体を得た。なお、図７（ａ）では、図６（ｄ）に示されたろう材ペーストｍ１・ｍ３が破線で示されている。【００９６】
［エッチング工程］
上記接合体にエッチング処理を施し、図７（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示す個々の回路基板Ｗの銅基板ＷＡおよびＷＣに対応した寸法・形状となるよう、平面方向に間隙Ｓをエッチングで形成し、窒化珪素基板ＷＢに接合された銅基板ＷａおよびＷｃ（銅基板Ｗｃは不図示）を分離した。具体的には、銅基板Ｗａの表面に、ＵＶ硬化型のエッチングレジストをスクリーン印刷法で所定のパターンで塗布し、その後、エッチング液である液温を５０℃に設定した塩化第２鉄（ＦｅＣｌ３）溶液（４６．５Ｂｅ）に接合体を浸漬し、銅基板Ｗａ・Ｗｃを分離した。【００９７】
［ろう材除去工程］
上記エッチングレジストを除去した後、銅基板ＷＡ・ＷＣの周囲に残存する不要なろう材を、過酸化水素および酸性フッ化アンモニウムを含むろう材除去液で除去した。【００９８】
［分離工程］
その後、図７（ｃ）に示す破線ＣＢに沿い窒化珪素基板ＷＢを切断し、一枚の窒化珪素基板ＷＢあたり１２個の、図２（ａ）に示す回路基板Ｗを得た。【００９９】
［窒化珪素基板の特性］
表６に、上記分離層形成工程〜焼成工程を経て形成された実施例１〜４３および比較例１〜７の窒化珪素基板における、表面および表層の第１の窒化珪素粒子の密度、内層の第１の窒化珪素粒子の密度、第１の窒化珪素粒子が凝集した凝集部の最大径、表面および表層の凝集部の密度、内層の凝集部の密度、を示す。これらの値は、例えば図４に示すように、いずれも窒化珪素基板ＷＢの基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層および基板表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層における任意の断面の組織写真に基づき測定したものである。図４において、符号９ｊが第１の窒化珪素粒子、符号９ｋが第２の窒化珪素粒子であり、符号９Ｌは、第１の窒化珪素粒子９ｊが凝集した凝集部である。ここで、第１の窒化珪素粒子９ｊとは、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下である長軸長が５．０μｍ以下の窒化珪素粒子であり、第２の窒化珪素粒子９ｋとは、第１の窒化珪素粒子９ｊに対し長軸長およびアスペクト比がともに超える窒化珪素粒子である。【０１００】
【表６】
2013054852.tif 000008
【０１０１】
第１の窒化珪素粒子の密度とは、上記表面または断面において任意の位置に設定された１０μｍ四方の正方領域における第１の窒化珪素粒子の個数のことであり、凝集部の密度とは、上記表面または断面において任意の位置に設定された１００μｍ四方の正方領域における第１の窒化珪素粒子の凝集部の個数のことである。さらに、窒化珪素基板の表層とは、表面からの深さが２０μｍの範囲を言い、内相とは表層以外の内部の範囲を言う。加えて、凝集部９Ｌの最大径とは、図５（ａ）に示す凝集部９Ｌの概念図において符号９ｍで示すように、凝集部９Ｌを含む最小円Ｌ３の直径のことである。【０１０２】
表７に、実施例１〜４３および比較例１〜７で形成された窒化珪素基板の、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層における、アスペクト比が５．０〜２０．０であり長軸長が６〜３０μｍの第２の窒化珪素粒子の面積比、気孔の最大径・密度および窒化珪素基板の厚み、を示す。なお、上記所定のアスペクト比および長軸長を有する第２の窒化珪素粒子の面積比は、上記表層において、任意の位置に設定された１０μｍ四方の正方領域における面積比として求めた。また、気孔の最大径とは、図５（ｂ）に示す気孔９ｎの概念図において符号９ｏで示すように、気孔９ｎを含む最小円Ｌ４の直径のことである。また、気孔の密度とは、上記表層において任意の位置に設定された１０μｍ四方の正方領域における気孔の個数のことである。【０１０３】
【表７】
2013054852.tif 000009
【０１０４】
表８に、実施例１〜４３および比較例１〜７で形成された窒化珪素基板の表面のうねり、表面の任意の箇所におけるホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）の値および炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｃ／Ｓｉ）ならびに両者の比Ｂ／Ｃ、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で測定した基板表面におけるホウ素（Ｂ）の変動係数、を示す。なお、ホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）について、その蛍光Ｘ線強度をシリコン（Ｓｉ）の蛍光Ｘ線強度との比として表したのは、蛍光Ｘ線強度測定装置の機差を考慮したからである。【０１０５】
【表８】
2013054852.tif 000010
【０１０６】
上記電子線マイクロアナライザーにより得たホウ素（Ｂ）の変動係数は、加速電圧１０ｋＶ、ビーム径１μｍで１ｍｍの範囲を走査し、２μｍ間隔で測定したホウ素（Ｂ）の蛍光Ｘ線強度の値から、その標準偏差をその平均値で割ることによって求めた値である。また、窒化珪素基板の表面のうねりは、表面粗さ計を用いて、ろ波中心線うねりを測定して、その算術平均うねりＷａ、すなわち、表面高さの平均値からの偏差の絶対値の算術平均である量を用いるものとし、測定条件は評価長さ３０ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値（λｃ）０．２５ｍｍ、カットオフ値（λｆ）８．０ｍｍとした。さらに、実施例２５および比較例１・２においては、各々厚みが０．８、１．０、０．１８ｍｍの窒化珪素基板を得るため、厚みが１．０、１．２５、０．２３ｍｍのグリーンシートを使用した。【０１０７】
表９に、実施例１〜４３および比較例１〜７の窒化珪素基板の、分離性、曲げ強度、熱伝導率を示す。なお、窒化珪素基板の分離性の欄に記載された数値は、焼成工程において、一組当たり２０枚積層して焼結された窒化珪素基板１０組、つまり２００枚の窒化珪素基板を剥離した場合に、窒化珪素基板が破損せず正常に剥離できた合格率である。また、曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に準拠し、得られた窒化珪素基板を幅４ｍｍに加工し、支持ロール間距離７ｍｍである３点曲げ治具にセットし、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分で加重を印加して、破断時に印加された加重から算出した。さらに、熱伝導率は、上記の窒化珪素基板を５ｍｍ角に加工し、カーボンスプレーで表裏面を黒化処理後、ＪＩＳＲ１６１１に準拠したレーザーフラッシュ法により求めた。【０１０８】
【表９】
2013054852.tif 000011
【０１０９】
［回路基板の特性］
表９に、金属基板接合工程〜分離工程を経て形成された、実施例１〜４３および比較例１〜７の回路基板の、ピール強度試験、冷熱サイクル試験、絶縁試験を行った結果を示す。なお、ピール強度試験結果の欄に示された数値は、下記説明する試験片１００個をピール強度試験付した場合の合格率である。また、冷熱サイクル試験結果および絶縁試験結果の欄に示された数値は、１００個の回路基板を両試験に付した場合の合格率である。【０１１０】
ピール強度試験は、図３に示すように、窒化珪素基板ＷＢの側面に対し一端部が５ｍｍ突出するように銅基板ＷＡを配置し、回路基板と同一の接合条件で接合した試験片Ｔを準備し、突出した部分を９０度上方に引っ張りあげるのに要する単位長さ当りの力で評価し、その力が２０ｋＮ／ｍ以上の場合には合格とした。また、冷熱サイクル試験は、−４０℃での冷却を２０分、室温での保持を１０分および１２５℃での加熱を２０分とする昇温／降温サイクルを１サイクルとし、これを３０００回繰り返して回路基板に熱ストレスを付与し、窒化珪素基板にクラックが発生しない場合には合格とした。さらに、絶縁試験は、５ｋＶの電圧を回路基板に１分間印加し、窒化珪素基板にクラックが生じない場合には合格とした。【０１１１】
表１〜９に示す各実施例１〜４３によれば、以下の知見が得られた。上記本発明に係る製造方法により得られた厚みｔが０．２０〜０．８０ｍｍの窒化珪素基板の表面の任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域において、長軸長を短軸長で除したアスペクト比が３．０以下である長軸長が５．０μｍ以下の第１の窒化珪素粒子表面が４０個以下存在であり、基板表面の任意の箇所における、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｂ／Ｓｉ）をａとしたときその範囲が７．０×１０−５〜２５０×１０−５であり、炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の各々の蛍光Ｘ線強度の比（Ｃ／Ｓｉ）をｂとしたときホウ素（Ｂ）と炭素（Ｃ）の比であるＢ／Ｃが０．０８０〜３．０００である窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の表面のうねりが１．００μｍ以下であることが確認された。また、各窒化珪素基板ともにその分離性は９０％以上であり、当該窒化珪素基板を使用した試験片によるピール試験の結果は、合格率が９０％以上と高い値を示した。なお、窒化珪素基板の厚みが０．８ｍｍの場合（実施例２５）、分離層の形成方法がスプレー塗布の場合（実施例４１）の場合でも、同様であった。【０１１２】
さらに、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、第１の窒化珪素粒子を４０個以下含み、基板表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１０μｍの正方領域に、第１の窒化珪素粒子を３０個以下含む窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の曲げ強度は６００（ＭＰａ）を上回り、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験の結果は、合格率が９０％以上と高い値を示した。【０１１３】
加えて、基板表面および基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の位置に設定された一辺が１０μｍの正方領域における、アスペクト比が５．０〜２０．０であり長軸長が６．０〜３０．０μｍの第２の窒化珪素粒子を、面積比で１．０〜３０．０％含む窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の曲げ強度は６００（ＭＰａ）以上、熱伝導率は８０（Ｗ・ｍｋ）以上であり、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験および耐絶縁試験の結果は、いずれも合格率が９０％以上と高い値を示した。【０１１４】
また、基板表面および基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、第１の窒化珪素粒子が凝集して形成された最大径が２５μｍ以下の窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の曲げ強度は６００（ＭＰａ）を上回り、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験の結果は、合格率が９０％以上と高い値を示した。特に、第２の窒化珪素粒子の面積比が４〜２３％で、凝集部の最大径が２０μｍ以下（実施例３７以外）の場合、その効果は顕著であった。【０１１５】
さらに、基板表面および基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、上記凝集部を２５個以下含む窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の熱伝導率はいずれも８０（Ｗ・ｍｋ）を上回り、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験の結果は、合格率が９０％以上と高い値を示した。特に、第２の窒化珪素粒子の面積比が４〜２３％で、凝集部の最大径が２０μｍ以下の場合、その効果は顕著であった。【０１１６】
さらに、基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、上記凝集部を２５個以下含み、基板表面からの深さが前記表層以外の範囲である内層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、上記凝集部を２０個以下含む窒化珪素基板の場合には、その窒化珪素基板の曲げ強度は６００（ＭＰａ）以上、熱伝導率は８０（Ｗ・ｍｋ）以上となり、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験の結果は、合格率が９０％以上と高い値を示した。特に、第２の窒化珪素粒子の面積比が４〜２３％で、凝集部の最大径が２０μｍ以下の場合、その効果は顕著であった。【０１１７】
加えて、基板表面および基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において、上記第１の窒化珪素粒子の周囲の粒界相に形成された気孔の最大径が１０μｍ以下、好ましくは基板表面および基板表面からの深さが２０μｍの範囲である表層において任意の箇所に設定した一辺が１００μｍの正方領域に、気孔を２０個以下含む窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の曲げ強度は６００（ＭＰａ）以上、熱伝導率は８０（Ｗ・ｍｋ）以上であり、当該窒化珪素基板を使用した回路基板による耐熱サイクル試験および耐絶縁試験の結果は、いずれも合格率が９０％以上と高い値を示した。特に、第２の窒化珪素粒子の面積比が４〜２３％で、凝集部の最大径が２０μｍ以下の場合、その効果は顕著であった。【０１１８】
加えて、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で測定した基板表面におけるホウ素（Ｂ）の特性Ｘ線強度の変動係数が１．０以下である窒化珪素基板の場合、その窒化珪素基板の表面のうねりは小さく、好ましくは０．５以下であることも確認された。【０１１９】
一方で、窒化珪素基板の厚みが１．０ｍｍと厚い比較例１よれば、上記Ｂ／Ｃが０．０５と低い、つまり残留炭素の量が少ない場合でも、その表面のうねりは小さく、厚みの厚い窒化珪素基板においては、本発明は、その作用効果を奏さないことが確認された。【０１２０】
窒化珪素基板の厚みが０．１８ｍｍと薄い比較例２よれば、その表面のうねりは改善されず、本発明は、その作用効果を奏し得ないことが確認された。【０１２１】
また、ＢＮペースト中のＢＮ粉末の酸素分の割合（ｃ）とＢＮ層中の炭素分の割合（ａ）との比ｃ／ａが１３と上限外である比較例３によれば、Ｂ／Ｃが３．３と上限外となり、Ｂ／Ｃ以外は比較例３とほぼ同一条件である実施例１〜８と対比すると、窒化珪素基板の表面のうねりは改善されないことが確認された。一方で、上記ｃ／ａが０．０１と下限外である比較例４によれば、Ｂ／Ｃが０．０７となり、Ｂ／Ｃ以外は比較例４とほぼ同一条件である実施例１〜８と対比すると、窒化珪素基板の表面のうねりは改善されるもののその曲げ強度および熱伝導率が著しく低いことが確認され、耐熱サイクル試験の合格率も低下した。【０１２２】
さらに、ＢＮ層中のＢＮ粉末含有量が０．１５ｍｇ／ｃｍ２と下限外である比較例５によれば、Ｂ／Ｓｉが６と下限外となり、Ｂ／Ｓｉ以外は比較例５とほぼ同一条件である実施例１・１０・１３〜１８と対比すると、分離層に含まれていたＢＮ粉末の量が少ないため、窒化珪素基板の分離性が極めて低くなることが確認された。一方で、ＢＮ層中のＢＮ粉末含有量が３．７ｍｇ／ｃｍ２と上限外である比較例６によれば、Ｂ／Ｓｉが２６０と上限外となり、Ｂ／Ｓｉ以外は比較例６とほぼ同一条件である実施例１・１０・１３〜１８と対比すると、窒化珪素基板のうねりが大きくなるとともに、窒化珪素基板の表面に残存したＢＮ粉末により銅基板との接合性が阻害され、ピール強度試験結果が低下した。加えて、比較例７によれば、ＢＮペーストのＢＮ粉末中における炭素割合（ｂ）と脱脂工程後のＢＮ層に含まれる炭素分（Ｃ）の割合（ａ）との差ａ−ｂが０、すなわち脱脂工程において有機バインダがほぼ完全に除去され、ｃ／ａも１３．３と上限外となり、その結果、窒化珪素基板の表面のうねりが改善されないことが確認された。【０１２３】
次に、ＢＮペーストの混合時間の水準を変更した結果について、実施例４４〜４７に基づき説明する。実施例４４は実施例９、実施例４５は実施例６、実施例４６は実施例７、実施例４７は実施例８にそれぞれ対応し、表１０および１１に示すように、基本的に混合時間のみを変更した製造条件で窒化珪素基板および回路基板を形成した。また、窒化珪素基板の特性および回路基板の特性については、実施例１〜４３と同様にして確認した。【０１２４】
【表１０】
2013054852.tif 000012
【０１２５】
【表１１】
2013054852.tif 000013
【０１２６】
実施例４４〜４７によれば、混合時間を適正化（０．２〜１０時間）することにより、表１０に示されるように、ＢＮペーストの粘度・チキソ性が対応する実施例に比べてより適正な範囲の値となっている（実施例９の粘度１０００ｃＰ、チキソ性１．０２が実施例４４では粘度３０００ｃＰ、チキソ性１．１となり、実施例６の粘度４７０００ｃＰ、チキソ性３が実施例４５では粘度３６０００ｃＰ、チキソ性２．１となり、実施例７の粘度４８０００ｃＰ、チキソ性３．２が実施例４６では粘度３５０００ｃＰ、チキソ性２．１となり、実施例８の粘度５００００ｃＰ、チキソ性４が実施例４７では粘度３４０００ｃＰ、チキソ性２となっている）。【０１２７】
以上のようにチキソ性および粘度が最適化されることにより、ＢＮペーストをグリーンシートの表面に塗布、印刷して分離層を形成する際に、分離層のうねりを小さくでき、その結果窒化珪素基板のうねりも小さくすることができる。表１４に示すように、実施例４４のうねりが０．４０μｍ、実施例４５のうねりが０．３２μｍ、実施例４６のうねりが０．３２μｍ、実施例４７のうねりが０．３５μｍであって、いずれも対応する実施例９、６〜８よりうねりが小さくなっている。【０１２８】
なお、表１２〜表１５に示すように、窒化珪素基板のうねり以外の特性についても、ＢＮペースト、分離層、窒化珪素基板のいずれも要求範囲に入っている。【０１２９】
【表１２】
2013054852.tif 000014
【０１３０】
【表１３】
2013054852.tif 000015
【０１３１】
【表１４】
2013054852.tif 000016
【０１３２】
【表１５】
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【符号の説明】
【０１３３】
１  分離層、９ｊ  第１の窒化珪素粒子、９ｋ  第２の窒化珪素粒子、９Ｌ  凝集部、Ｗｂ  成形体（グリーンシート）、ＷＢ  窒化珪素基板  Ｗ  回路基板。
【図１】
2013054852.tif 000018
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2013054852.tif 000025
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