【事件の表示】
　特許第２６９８７８０号「窒化けい素回路基板」の請求項１ないし１３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結論】
　訂正を認める。
　特許第２６９８７８０号の請求項１ないし８に係る特許を維持する。
【理由】
Ｉ．［手続の経緯］
　本件特許第２６９８７８０号（請求項の数１３、以下、「本件特許」という）は、平成７年３月２０日に出願された特願平７−６１２６４号及び同年６月２３日に出願された特願平７−１５８２０５号の各特許出願を先の出願として、特許法第４１条第１項に規定する優先権を主張して平成７年１２月２８日付で出願された、特願平７−３４４２３８号の特許出願に係り、平成９年９月１９日に設定登録されたものであるが、本件特許に対し、電気化学工業株式会社より、その請求項１〜７、請求項９及び請求項１１〜１３に関して、また、京セラ株式会社より、同請求項３〜１３に関して、それぞれ特許異議の申立があったので、当審において、当該申立の理由を検討の上、特許取消理由を通知したところ、その通知書で指定した期間内の平成１１年３月８日に、特許異議意見書と共に訂正請求書が提出された。
　この訂正請求について、当審より更に訂正拒絶理由を通知したのに対し、その通知書で指定した期間内の平成１１年７月１６日付で、上記訂正請求についての手続補正がされたものである。
ＩＩ．［訂正請求について］
　１．訂正請求の補正について
　上記手続補正の概要は、次の▲１▼〜▲４▼のとおりである。
　▲１▼当該手続補正前の訂正請求書に添付された全文訂正明細書における特許請求の範囲の請求項１、３及び４において、「熱伝導率が」とある記載を、「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が」と補正する。
　▲２▼同じく手続補正前の特許請求の範囲における請求項８を削除して、手続補正前の請求項９を同８に繰り上げると共に、合わせて、当該補正前の請求項９中の「窒化けい素焼結体から成ることを特徴とする請求項１記載の窒化けい素回路基板。」という記載を、「窒化けい素焼結体から成り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする窒化けい素回路基板。」と補正する。
　▲３▼当該手続補正前の全文訂正明細書中の第１０頁［００３３］段落の第３行目の「０．１〜０．３重量％」を、「０．１〜３．０重量％」と補正する。
　▲４▼上記▲１▼〜▲３▼の補正に対応して、訂正請求書の「訂正事項」及び「訂正の原因」を、当該補正の趣旨に合致するように補正する。
　上記▲１▼及び▲２▼の手続補正は、特許明細書及び訂正明細書記載の発明の目的及び構成事項内において、特許明細書を訂正して、特許発明を当該手続補正前よりも更に限定して明確にしようとするもの、あるいは請求項の削除や、請求項の記載形式を、単に引用形式から独立形式に変更するもので、前記訂正請求書の要旨を変更するものではない。また、▲３▼の補正は、特許明細書及び訂正明細書の記載事項からみて明らかな誤記を、訂正事項として付加しようとするもので、▲４▼の補正は、上記▲１▼〜▲３▼の補正内容と当該補正の原因を明示するためのものである。
　したがって、上記手続補正は、特許法１２０条の４第３項で準用する同法第１３１条第２項の規定に適合する適法なものといえる。
　２．訂正の要旨
　前述のとおり、適法な補正がされた、本件特許異議申立に係る訂正請求における訂正の要旨は、次のイ〜へのとおりである。
　イ　特許明細書の特許請求の範囲の請求項１、２、７、８、１２を削除して、請求項３〜６、９〜１１、１３を、順次訂正後の請求項１〜８に繰り上げるように訂正する。
　ロ　訂正後において、それぞれ請求項２、５、６、７に繰り上げる、訂正前における請求項４、９、１０、１１中における被引用請求項を、それぞれ訂正後の請求項に対応するように訂正する。
　ハ　訂正後において請求項１に繰り上げる、訂正前の請求項３について、「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」という記載を、「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（常温）が６５０ＭＰａ以上である」と訂正すると共に、同じく「満たすことを特徴とする」という記載を「満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする」と訂正する。
　ニ　訂正後において、それぞれ請求項３及び４に繰り上げる、訂正前の請求項５及び６について、「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」という記載を、「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下の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において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ、金属回路坂の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、上記回路基板を」と訂正する。
　ホ　訂正後において、請求項８に繰り上げる、訂正前の請求項１３において、「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」という記載を、「窒化けい素基板は、希土類元素を酸化物に換算して７．５重量％を超えて含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成る」という記載に、同じく「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。」という記載を、「窒化けい素焼結体から成り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする窒化けい素回路基板。」という記載に訂正する。
　へ　特許明細書中の第１０頁［００３３］段落の第３行目の「０．１〜０．３重量％」を、「０．１〜３．０重量％」と訂正する。
　３．訂正の適否
　（１）訂正の目的
　上記イの訂正は、請求項を削除するものであり、また、ハ、ニ、の訂正は、本件特許に係る発明の必須の構成事項を訂正前より限定するものであるから、これらはいずれも特許請求の範囲の減縮に相当するし、上記ロの訂正は、上記イの訂正に伴って生じる被引用請求項の齟齬を、訂正により解消しようとするもので、明瞭でない記載の釈明とみることができる。そして、上記ホの訂正は、特許請求の範囲の減縮と明瞭でない記載の釈明とを合わせてするものである。更に、上記への訂正は、特許明細書の他部（［００３５］及び表３の試料１７及び１８の欄）の記載からみて、誤記を訂正しようとするものとみることができる。
　（２）新規事項の有無
　本件特許に係る、願書に添付した明細書及び図面の記載からみて、上記訂正の内容は、当該明細書又は図面に記載された事項の範囲内のものである。
　（３）拡張、変更の有無
　上記訂正の内容は、訂正前の特許請求の範囲を実質的に拡張したり、変更したりするものではない。
　（４）独立特許要件の適否
　上記訂正後の特許請求の範囲に係る各請求項の発明については、後述するＩＩＩ．［特許異議申立理由の検討］の項で指摘するとおり、特許異議申立の理由を始めとして、本件特許に係る出願の際、独立して特許を受けることができないとする理由を発見しない。
　（５）訂正の適法性
　上記（１）〜（４）で検討したところによれば、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項第１〜３号に掲げる事項を目的とするものであって、同条第３項で準用される、特許法第１２６条第２〜４項の規定に適合しているといえるので、上記訂正を認め、平成１１年７月１６日付で補正された訂正明細書を本件特許明細書と認定する。
ＩＩＩ．［特許異議申立理由の検討］
　１．提出された証拠と特許異議申立人の主張
　＜提出された証拠＞
　電気化学工業株式会社が提出した証拠
甲第１号証：特開平７−１４９５８８号公報
　　（以下、「第１引用例」という）
甲第２号証：特開平６−２１６４８１号公報
　　（以下、「第２引用例」という）
甲第３号証：特開平４−１９８０７０号公報
　　（以下、「第３引用例」という）
　京セラ株式会社が提出した証拠
甲第１号証：特開平６−２１６４８１号公報
　　（上記第２引用例と同じ）
甲第２号証：特開平４−５１５８３号公報
　　（以下、「第４引用例」という）
甲第３号証：特開昭６１−２６２３１号公報
　　（以下、「第５引用例」という）
甲第４号証：特公平５−２９３１５号公報
　　（以下、「第６引用例」という）
　電気化学工業株式会社は、次の（１）及び（２）の旨の主張をしている。
　（１）発明の同一性又は容易性について
　本件特許に係る、上記訂正前の請求項１〜４、及び請求項１１〜１３に係る発明は、いずれも上記第１引用例に記載された発明であり、同じく請求項５〜７、請求項９に係る発明は、第２引用例に記載された発明であって、また、同請求項７に係る発明は第２引用例及び第３引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものである。したがって、当該請求項に係る本件特許は、特許法第２９条第１項あるいは同条第２項の規定に違反して受けたものであるから、取り消すべきである。
　　（２）明細書の記載不備について
　特許明細書中には、窒化けい素基板の厚さと金属回路板の厚さの比率と、基板の熱抵抗や放熱性との関係が明示されていないから、発明の詳細な説明に、当業者が容易に実施しうる程度に、発明の目的、構成及び効果を記載したことにならず、また、当該比率を必須要件とする請求項の記載は発明の詳細な説明中に記載されたものとはいえないから、本件特許は、特許法第３６条第４項又は第６項に規定する要件を満たしていない特許出願に対してされたもので、取り消すべきである。
　更に、特許異議申立人京セラ株式会社は、次の（３）及び（４）の旨の主張をしている。
　（３）発明の同一性又は容易性について
　本件特許に係る、上記訂正前の請求項３、４及び請求項１１〜１３に係る発明は、いずれも第２引用例及び第４引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるし、同じく請求項５、６、９に係る発明は、第２引用例に記載された発明、あるいは同引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたもので、同請求項８に係る発明は第２引用例及び第５引用例に記載された発明に基づいて、また、同請求項１０に係る発明は第２引用例及び第６引用例に記載された発明に基づいて、いずれも当業者が容易に発明をすることができたものである。したがって、当該請求項に係る本件特許は、特許法第２９条第１項あるいは同条第２項の規定に違反して受けたものであるから、取り消すべきである。
　　（４）明細書の記載不備について
　本件各特許発明においては、結晶化合物相の粒界相全体に対する割合を規定することが重要な技術要素となっているにもかかわらず、特許明細書中には、当該割合を確認する方法が明示されていないから、発明の詳細な説明に、当業者が容易に実施しうる程度に、発明の構成を記載したとはいえず、本件特許は、特許法第３６条第４項に規定する要件を満たしていない特許出願に対してされたことになるので取り消すべきである。
　２．当審の判断
　（１）発明の同一性又は容易性について
　＜本件特許発明＞
　各特許異議申立人が主張するそれぞれの特許異議理由を総合すると、本件特許に係る全請求項について特許異議申立がされたことになり、当該請求項に係る発明は、特許明細書の特許請求の範囲の請求項１〜８にそれぞれ記載された事項によって特定される、次のとおりのものと認める。
　【請求項１】「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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、上記高熱伝導性室化けい素基板の厚さをＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させた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ＤＳおよび金属回路板の厚さＤＭが関係式ＤＭ≦ＤＳ≦（５／３）ＤＭ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】「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下の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において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ、金属回路坂の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、上記回路基板を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４】「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下の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において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ、金属回路坂の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、上記回路基板を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５】「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３記載の窒化けい素回路基板。」
　【請求項６】「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成る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７】「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記載の窒化けい素回路基板。」
　【請求項８】「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７．５重量％を超えて含有し、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５０％以上である窒化けい素焼結体から成り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする窒化けい素回路基板。」
　＜優先日について＞
　上記の各請求項記載の発明において、窒化けい素基板の厚さをＤｓ、金属回路板の厚さをＤｍとしたときに、関係式「Ｄｓ≦２Ｄｍ」、あるいは「Ｄｍ≦Ｄｓ≦（５／３）Ｄｍ」を満たすことについては、本件特許の出願に関して優先権主張されている二つの特許出願のうち、特願平７−１５８２０５号（平成７年６月２３日出願）の明細書にのみ記載されているから、本件特許の全請求項に係る発明についての優先日は、平成７年６月２３日と認定し、以下、この日を「優先日」という。
　＜引用例記載事項の概要＞
　上記各引用例は、いずれも上記優先日前に頒布された刊行物であって、各引用例の記載事項の概要は、次のとおりである。
　▲１▼上記第１引用例には、高熱伝導性の「窒化けい素モジュール」に関して、次の記載がある。
「【請求項３】　希土類元素を酸化物に換算して２．０〜７．５重量％、・・・その他Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇなどの不純物陽イオン元素の含有量が０．３重量％以下であり、窒化けい素結晶および粒界相から成り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲げ強度が室温で８０ｋｇ／ｍｍ２以上である高熱伝導性窒化けい素焼結体の両面にそれぞれ金属板を接合し、・・・高熱伝導性窒化けい素モジュール。
　【請求項４】　金属板は、窒化けい素焼結体の表面に形成した酸化膜（ＳｉＯ２膜）を介して焼結体表面に一体に接合されてなる請求項３記載の高熱伝導性窒化けい素モジュール。・・・
　【請求項６】　金属板は、窒化けい素焼結体の表面に形成した活性金属層を介して焼結体表面に一体に接合されてなる請求項３記載の高熱伝導性窒化けい素モジュール。
　【請求項７】　活性金属層は、重量％でＣｕを１５〜３５％、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１〜１０％、残部が実質的にＡｇから成る組成物で構成されることを特徴とする請求項６記載の高熱伝導性窒化けい素モジュール。」（第２頁第１欄第２５行〜同頁第２欄第１行）
「本発明に係る焼結体においては粒界相の２０％以上が結晶相で占めるように設定される。」（第４頁第６欄第４９行〜第５頁第７欄第１行）
「実施例５として、図１１に示すような、Ｓｉ３Ｎ４モジュール（回路基板）１３ｄを調製した。・・・Ｓｉ３Ｎ４焼結体１ａの厚さを０．１５〜３．０ｍｍの範囲で変化させ・・・さらにその上面に厚さ０．３ｍｍの金属板（銅回路板）９を・・・一体に接合して形成されたものである。」（第８頁第１４欄第１６〜２４行）
　▲２▼第２引用例には、「セラミックス銅回路基板」に関して次の記載がある。
「【請求項１】　熱伝導率が６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋである窒化けい素基板表面に、活性金属を含有する接合材を介して、銅回路板を一体に接合したことを特徴とするセラミックス銅回路基板。
　【請求項２】接合材は、・・・・・・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・…・・から成る組成物を有機溶媒中に分散してなることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス銅回路基板。」（第２頁第１欄第２〜１０行）
　また、第６頁【表１】には、撓み量に関して、１．１（ｍｍ）、３点曲げ強度に関して、１００〜１５０（ｋｇｆ／ｍｍ）という数値が示されており、第６頁第１０欄第４８〜５０行には、「ＡｌＮ基板と同等の強度を付与するようにＳｉ３Ｎ４基板の厚さを設定すると厚さはＡｌＮ基板の１／２程度になる」という記載がある。
　▲３▼第３引用例には、セラミックス基板の素材に関して、窒化アルミや窒化珪素等を挙げると共に、セラミックス板の板厚は、一般的には０．２〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３〜０．８ｍｍである旨が記載されている。（第２頁右上欄第１８行〜左下欄第４行）
　▲４▼第４引用例には、「セラミックス基板の一方の面に電子部品搭載側金属板を、他方の面に放熱側金属板を、活性金属を含む合金のろう材によりそれぞれ接合した基板」（第１頁左下欄第５〜８行）について次の記載がある。
「本発明に使用されるセラミックス基板にはＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４等、活性金属にはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等、金属板にはＣｕ、Ｍｏ、不錆鋼等がある。」（第２頁右上欄第８〜１１行）
「５４ｍｍ×３６ｍｍ、厚さ０．６３５±０．０５ｍｍのＡｌＮ又はＳｉ３Ｎ４基板の両面にＴｉ−Ａｇ−Ｃｕろう材を介在させた後、下記の各実施例における条件下で、真空中（１０−６Ｔｏｒｒ）約８５０℃で４０分焼成して、電子部品搭載側銅板と放熱側銅板をセラミックス基板に接合後、接合体に−６５〜＋１５０℃の熱サイクル（１サイクル６０分）を与えて、目視によりＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４基板に亀裂が発生するまでの回数（耐熱サイクル回数）を測定した。」（第２頁右下欄第１３行〜第３頁左上欄第２行）
「全体的にＡｌＮ基板を用いた接合体より耐熱サイクル回数は多い。これは、Ｓｉ３Ｎ４の強度がＡｌＮの強度よりも高いためである。」（第４頁左上欄第１８〜２０行）
　また、第４頁左上欄第４表には、前記０．６３５±０．０５ｍｍの厚さの窒化けい素基板に対して、０．１０ｍｍ〜０．４０ｍｍの厚さを有する銅板を接合した回路基板が記載されている。この中で、０．４０ｍｍの厚さの銅板を接合した回路基板では、回路基板厚さＤＳ、銅板の厚さをＤＭとしたときに、関係式ＤＳ≦２ＤＭ、及びＤＭ≦ＤＳ≦（５／３）ＤＭを満たすものとなる。
　▲５▼第５引用例には、窒化物系セラミック基材上に酸化物中間層、共晶中間層を介して金属層が接合された金属−セラミック複合素子について記載され、窒化物系セラミックスとしては、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ、金属層としては銅、共晶中間層としては銅および酸化銅が、それぞれ例示されている。（第１頁左下欄第５〜１８行参照）
　また、パワー半導体等のパワーモジュールの技術では、ロウ接等による接着ではなく、いわゆる直接ボンディング法による金属とセラミックの接合が多く便用される旨も記載されている。（第２頁左上欄第１６〜２０行参照）
　▲６▼第６引用例には、窒化物系セラミックス基板上に、Ｍｏおよび／またはＷ、ＩＶａ族活性金属元素およびＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれた少なくとも１種の元素を構成元素として含有する導電性メタライズ層を形成すること、また、当該窒化物系セラミックス基板としては、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４等が使用される旨の記載がある。（第１頁第１欄第２〜７行、第３頁第５欄第３〜６行参照）
　＜発明の対比と相違点の判断＞
　▲１▼本件請求項１、２及び７に係る発明について
　第１引用例に、「実施例５」として直接明記されているのは、銅直接接合法によって、窒化けい素基板に銅板（金属回路板）を接合したものであるが、同引用例には、銅板の接合はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の活性金属を介して一体に接合してもよいことが示されており、しかも、これら二つの接合方法は、いずれも当該技術分野において周知且つ慣用の手段であって、互いに置換可能なものであるというのみならず、当該置換によって、技術上の意義に格別の差異を生じるというものでもない。
　そして、熱伝導率や強度、窒化けい素基板と金属回路板の厚さに関する数値も本件請求項１に係る発明で規定される条件を満足するものである。
　そうすると、「熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満た」すものである点に関しては、本件請求項１に係る発明と第１引用例記載の発明との間に実質的な差異はない。
　一方、本件請求項１に係る発明の窒化けい素基板が、希土類元素と共に「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種を含有」する点（以下、「相違点の構成」という）に関しては、第１引用例で言及されておらず、この点において、両発明は相違している。
　そこで、この相違点について検討すると、上記相違点の構成は、第２引用例以下のいずれの引用例にも記載されていないし、これを示唆するものもない。そして、上記相違点の構成を備えた窒化けい素基板は、明細書記載のとおり、「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」という、いずれの引用例の記載からも予測しがたい独自の作用効果を奏するものである。
　したがって、本件請求項１に係る発明は、第１引用例記載の発明と同一であるとはいえないし、第１〜第６引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものともいえない。
　また、本件請求項２及び７に係る発明は、同請求項１に係る発明を引用し、その構成に更なる限定条件を付加するものであるから、本件請求項１に係る発明と同様に、第１引用例記載の発明と同一であるとはいえないし、第１〜第６引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものともいえない。
　▲３▼本件請求項３〜６に係る発明について
　第１引用例記載の回路基板においても、回路基板のたわみ量や折損強度は、本件請求項３及び４に係る発明における、回路基板のたわみ量や折損強度に係る数値条件を満足しうるものといえるし、また、かかるたわみ量や折損強度は、ある程度大きい方が好ましいことは自明であり、第１引用例に記載された回路基板について、所定のたわみ量や折損強度を満足するものを選択することは、格別困難とはいえない。しかし、本件請求項３及び４に係る発明も、上記相違点の構成を備えるものであるから、やはり、第１引用例記載の発明と同一であるとはいえないし、第１〜第６引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものともいえない。
　また、本件請求項５及び６に係る発明は、同請求項３に係る発明を引用し、その構成に更なる限定条件を付加するものであるから、その判断は上記と同様である。
　▲４▼本件請求項８に係る発明について
　本件請求項８に係る発明は、上記相違点の構成を備えるものではないが、同発明に係る「高熱伝導性窒化けい素基板」は、焼結助剤である希土類元素を「酸化物に換算して７．５重量％を超えて含有」することを必須の構成事項とするものである。この焼結助剤について、従来は、７．５重量％を超えると、過量の粒界相が生成して、熱伝導率や強度が低下するとされており（第１引用例の【００１７】の記載参照）、本件請求項８に係る発明の上記必須の構成は、いずれの引用例にも記載されていないし、他に示唆するものもない以上、当業者にとって容易に想到できたものとはいえない。
　そして、当該必須の構成により、本件特許明細書の【００１７】に記載のとおり、「焼結体の高熱伝導化がさらに進み、焼結性も良好で」あり、「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、「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」という、独自の作用効果を奏しうる。
　したがって、本件請求項８に係る発明も、上記第１引用例記載の発明と同一であるとはいえないし、第１〜第６引用例に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものともいえない。
　（２）明細書の記載不備について
　電気化学工業株式会社が指摘するように、本件特許明細書中には、窒化けい素基板及び金属回路板の厚さの比率と、基板の熱抵抗や放熱性との関係が、逐一明示されているとはいえないが、そうであるからといって、発明の目的、構成及び効果が、当業者が容易に実施しうる程度に記載されていないとはいえないし、また、当該比率が発明の詳細な説明中に明記されている以上、各請求項に記載された発明が、発明の詳細な説明中に記載されていないともいえない。
　一方、京セラ株式会社は、結晶化合物相の粒界相全体に対する割合を確認する方法が明示されていない旨を主張しているが、かかる方法については、本件特許に係る出願前に頒布された各種の雑誌等に、電子線やＸ線を利用する分析手法をはじめ、諸々の手法や機器類が紹介されており、本件特許に係る各発明は当業者が容易に実施しうるものではないとする上記異議申立人の主張は妥当なものではない。
ＩＶ．［むすび］
　以上のとおりであるから、特許異議申立に係る本件特許は、当該申立の理由および証拠によっては、取り消すことはできないし、また、他に取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１１年８月３日（１９９９．８．３）
【訂正の要旨】
　訂正の要旨は、次のイ〜へのとおりである。
　イ　特許明細書の特許請求の範囲の請求項１、２、７、８、１２を削除して、請求項３〜６、９〜１１、１３を、順次訂正後の請求項１〜８に繰り上げるように訂正する。
　ロ　訂正後において、それぞれ請求項２、５、６、７に繰り上げる、訂正前における請求項４、９、１０、１１中における被引用請求項を、それぞれ訂正後の請求項に対応するように訂正する。
　ハ　訂正後において請求項１に繰り上げる、訂正前の請求項３について、「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」という記載を、「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（常温）が６５０ＭＰａ以上である」と訂正すると共に、同じく「満たすことを特徴とする」という記載を「満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする」と訂正する。
　ニ　訂正後において、それぞれ請求項３及び４に繰り上げる、訂正前の請求項５及び６について、「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」という記載を、「希土類元素と共に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種を含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下の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において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ、金属回路坂の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、上記回路基板を」と訂正する。
　ホ　訂正後において、請求項８に繰り上げる、訂正前の請求項１３において、「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」という記載を、「窒化けい素基板は、希土類元素を酸化物に換算して７．５重量％を超えて含有し、窒化けい素結晶および粒界相から成る」という記載に、同じく「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。」という記載を、「窒化けい素焼結体から成り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ、金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする窒化けい素回路基板。」という記載に訂正する。
　へ　特許明細書中の第１０頁［００３３］段落の第３行目の「０．１〜０．３重量％」を、「０．１〜３．０重量％」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
窒化けい素回路基板
（５７）【特許請求の範囲】
　　【請求項１】　
希土類元素と共に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種を含有し、
、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ
し、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させた
　　【請求項２】　高熱伝導性窒化けい素基板の厚さＤＳおよび金属回路板の厚さＤＭが関係式ＤＭ≦ＤＳ≦（５／３）ＤＭ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】　
希土類元素と共に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種を含有し、
、厚さが０．８ｍｍ以下の
において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ，金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、上記
　　【請求項４】　
希土類元素と共に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種を含有し、
、厚さが０．８ｍｍ以下の高
において、上記回路層が金属回路板であって、上記高熱伝導性窒化けい素基板の厚さをＤＳ，金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭ今満たし、上記
　　【請求項５】　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
３
　　【請求項６】　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成ることを特徴とする請求項
３
　　【請求項７】　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
　　【請求項８】　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７．５重量％を超えて含有し、
り、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、厚さが０．８ｍｍ以下、かつ三点曲げ強度（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ＤＳ，金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭを満たし、窒化けい素回路基板全体の熱抵抗を低減させたことを特徴とする
【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（Ｙ２Ｏ３），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６５０ＭＰａ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２０体積％以上（粒界相全体に対し）、より好ましくは５０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１００℃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ＤＳ，金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭ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ＤＳ，金属回路板の厚さをＤＭとしたときに関係式ＤＳ≦２ＤＭ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ＤＳおよび金属回路板の厚さＤＭが関係式ＤＭ≦ＤＳ≦（５／３）ＤＭ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１００〜１０００ｐｐｍ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〜
３．０
　　【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Ｌｉ，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２．０〜１７．５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，Ｚｒ，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，Ｍｎ，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，Ｃａ，Ｍｇが比較的に多く含有されているため、Ｆｅ，Ｃａ，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（Ｈｏ２Ｏ３），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、焼倦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，Ｔａ，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１８００〜２１００℃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１６００〜１５００℃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１００℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは２５℃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１８００〜２１００℃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ＳｉＣ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ＤＳ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ＤＭとしたときに、関係式ＤＳ≦２ＤＭ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ＤＳ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ＤＳが金属回路板の厚さＤＭ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ＤＳおよび金属回路板の厚さＤＭが、関係式ＤＭ≦ＤＳ≦（５／３）ＤＭ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ＤＳは金属回路板の厚さＤＭ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１００ｐｐｍ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Ｙ２Ｏ３を使用した場合には加熱接合操作後の酸化層は、Ｙ２Ｏ３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：Ｄｉｒｅｃｔ　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Ｓｉ３Ｎ４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ぺ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（Ｍｏ）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０．６ｍｍ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５００ＭＰａ以上に規定される。この抗折強度が５００ＭＰａ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５００ＭＰａ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Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍ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０．３ｍｍ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０．２５ｍｍの銅回路板に代えて孝側に厚さ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占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、１０９０００Ｗ／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＝３００Ｋ）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Ｓｉ３Ｎ４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０．５ｍｍ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６〜１０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Ｓｉ３Ｎ４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Ａｌ２Ｏ３（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１１〜１３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０．４ｍｍ，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。
　　【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、さらに裏面側の銅回路板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。
　　【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Ｓｉ３Ｎ４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，ＡｌＮ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０．１３〜０．１６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１１〜１３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１４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（Ｓｉ３Ｎ４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