(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素結晶粒及び粒界相からなり、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含む焼結体（但し、Ｙ２Ｏ３を含まず）であって、
当該焼結体の相対密度が９７％以上、１０μｍ当たりの粒界個数が５個以上３０個以下であり、且つ、
当該焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であり、
半導体素子に使用する回路基板、高温ヒータ、或いはグロープラグの材料として用いられることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項２】
窒化珪素結晶粒及び粒界相からなり、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇ、及びＹ２Ｏ３を含む焼結体であって、
当該焼結体の相対密度が９７％以上、１０μｍ当たりの粒界個数が５個以上３０個以下であり、且つ、
当該焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であり、
半導体素子に使用する回路基板、高温ヒータ、或いはグロープラグの材料として用いられることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項３】
４００℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１１Ωｃｍ以上である請求項１又は２に記載の窒化珪素焼結体。
【請求項４】
Ａｌ単体の含有率が、０．２５重量％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化珪素焼結体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化珪素焼結体からなることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物とを含む成形原料（但し、ＭｇＯ以外の焼結助剤を含まず）を成形し、当該成形体を窒素雰囲気中において、１〜２０気圧の窒素ガス圧力下、１８００〜２０００℃で焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法であって、
前記成形原料を、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含むように調製し、かつ、１４００〜１６５０℃の温度範囲において、０．５時間以上、一定温度に保持した後、前記焼成温度まで昇温することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
【請求項７】
窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３を含む）とを含む成形原料を成形し、当該成形体を窒素雰囲気中において、１〜２０気圧の窒素ガス圧力下、１８００〜２０００℃で焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法であって、
前記成形原料を、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇを含むように調製し、かつ、１４００〜１６５０℃の温度範囲において、０．５時間以上、一定温度に保持した後、前記焼成温度まで昇温することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れた窒化珪素焼結体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化珪素焼結体は、強度、靭性等の機械的特性をはじめ、耐摩耗性、耐酸化性、電気絶縁性等、種々の特性に優れているため、例えばディーゼル、ガスタービンのような熱機関用構造材料として汎用される一方、ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＳｉＣ等の焼結体に比して熱伝導特性が劣るため、放熱性を要求される部材（例えば回路基板）には使用されていなかった。
【０００３】
しかしながら、本出願人は窒化珪素焼結体の優れた機械的特性や電気絶縁性を生かしつつ、熱伝導特性を向上させることができれば、回路基板等として好適に用いることができると考え、種々の改良を行ってきた。
例えば、窒化珪素多結晶体の結晶粒の大きさと不純物であるＡｌの含有量とを制御することにより、優れた機械的特性と良好な熱伝導特性を併有する窒化珪素焼結体が得られることを既に開示している（特開平3-218975号公報）。
【０００４】
また、最近では、窒化珪素多結晶体の結晶粒を粗粒と微粒の複合組織にし、粗粒の比率を制御することにより、良好な機械的特性を満足し、かつ、高熱伝導性を有する窒化珪素焼結体が得られることが開示されている（特開平9-30866号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような熱伝導特性に優れる窒化珪素焼結体は、素子からの発熱を速やかに放熱し、かつ、基板表裏及び基板上の配線間を確実に絶縁することが要求される回路基板として好適に用いることができる。
例えば、当該窒化珪素焼結体を基板として金属回路を設け、更に半導体素子を載置してなる半導体モジュールなどが検討されている。
【０００６】
しかしながら、上述の窒化珪素焼結体は室温条件では充分な電気絶縁性を示すものの、高温条件においては著しく電気絶縁性が低下する場合があるため、例えば１００℃以上の高温条件における電気絶縁性を必要とする車載用の回路基板としては不十分なものであった。特にサイリスタのような大電流制御用の半導体素子に使用する場合には、通常の回路基板に比して、一層高い電気絶縁性が要求されるため、上記の問題は極めて顕著なものとなる。
【０００７】
即ち、高温条件下で使用する回路基板として良好な特性を備えた窒化珪素焼結体は未だ見出されておらず、熱伝導特性と高温条件における電気絶縁性の双方を満足する窒化珪素焼結体が切望されている。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れた窒化珪素焼結体及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、窒化珪素結晶粒及び粒界相からなり、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含む焼結体（但し、Ｙ２Ｏ３を含まず）であって、当該焼結体の相対密度が９７％以上、１０μｍ当たりの粒界個数が５個以上３０個以下であり、且つ、当該焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であり、半導体素子に使用する回路基板、高温ヒータ、或いはグロープラグの材料として用いられることを特徴とする窒化珪素焼結体が提供される。
また、本発明によれば、窒化珪素結晶粒及び粒界相からなり、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇ、及びＹ２Ｏ３を含む焼結体であって、当該焼結体の相対密度が９７％以上、１０μｍ当たりの粒界個数が５個以上３０個以下であり、且つ、当該焼結体の熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であり、半導体素子に使用する回路基板、高温ヒータ、或いはグロープラグの材料として用いられることを特徴とする窒化珪素焼結体が提供される。
【０００９】
本発明の窒化珪素焼結体は、４００℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１１Ωｃｍ以上であることが好ましく、Ａｌ単体の含有率が０．２５重量％以下であることが好ましい。
また、本発明によれば、上記の窒化珪素焼結体からなることを特徴とする回路基板が提供される。
【００１０】
更に、本発明によれば、窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物とを含む成形原料（但し、ＭｇＯ以外の焼結助剤を含まず）を成形し、当該成形体を窒素雰囲気中において、１〜２０気圧の窒素ガス圧力下、１８００〜２０００℃で焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法であって、前記成形原料を、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含むように調製し、かつ、１４００〜１６５０℃の温度範囲において、０．５時間以上、一定温度に保持した後、前記焼成温度まで昇温することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法が提供される。
更にまた、本発明によれば、窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３を含む）とを含む成形原料を成形し、当該成形体を窒素雰囲気中において、１〜２０気圧の窒素ガス圧力下、１８００〜２０００℃で焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法であって、前記成形原料を、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇを含むように調製し、かつ、１４００〜１６５０℃の温度範囲において、０．５時間以上、一定温度に保持した後、前記焼成温度まで昇温することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含み（但し、Ｙ２Ｏ３を含まず）、または、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇ、及びＹ２Ｏ３を含み、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であることを特徴とする窒化珪素焼結体である。
このような窒化珪素焼結体は、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れるため、例えば車載用の回路基板、特にサイリスタのような大電流制御用の半導体素子に使用する回路基板として好適に用いることができる。
以下、本発明の窒化珪素焼結体について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の窒化珪素焼結体は、粒径０．１〜１００μｍ程度の窒化珪素の結晶粒の間隙に、酸化物、酸窒化物等からなる粒界相を有する焼結体であり、通常は、相対密度が９７〜１００％程度、１０μｍ当たりの粒界個数が５〜３０個程度であるのが通常である。
【００１３】
本発明の窒化珪素焼結体は、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含み（但し、Ｙ２Ｏ３を含まず）、または、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇ、及びＹ２Ｏ３を含むことを特徴とする。少なくとも１重量％以上のＭｇを含有せしめた焼結体は高温における電気抵抗率が高く、回路基板として必要な電気絶縁性を有するからである。但し、Ｍｇを過剰に含有する場合には焼結体が緻密化しないことに起因して、熱伝導率が低下するため、含有率は多くとも７．５重量％以下とすることが必要である。
【００１４】
また、本発明の窒化珪素焼結体は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ未満では、回路基板として用いる場合に充分な放熱性が得られず、その用途が限定されるからである。
【００１５】
更に、本発明の窒化珪素焼結体は、１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であることを特徴とする。通常の回路基板等において電気絶縁性を確保するためには、１Ｅ＋１１Ωｃｍ程度の電気抵抗率であれば充分であるが、サイリスタのような大電流制御用の半導体素子の回路基板として用いる場合には一層高い電気絶縁性が要求されるからである。
なお、電気抵抗率の測定温度を１２５℃としたのは、車載用の回路基板は１００〜１５０℃程度の高温条件下で使用されるからである。
【００１６】
本発明の窒化珪素焼結体は、少なくとも１２５℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１３Ωｃｍ以上であることが必要であるが、４００℃における電気抵抗率が１Ｅ＋１１Ωｃｍ以上であることが好ましい。
４００℃程度の高温条件においては絶縁破壊されないまでも絶縁性低下によるリーク電流が流れる場合が生じ得る。このような場合にあっても１Ｅ＋１１Ωｃｍ以上の電気抵抗率を確保することにより、後述する高温ヒータ、グロープラグ等のヒータ端子間、或いはヒータと被加熱物との間のリーク電流を抑制することが可能となる。即ち、高温ヒータ、グロープラグ等をより高温で使用することができる点において好ましい。
【００１７】
本発明の窒化珪素焼結体は、不純物として存在するＡｌ単体の含有率が０．２５重量％以下であることが好ましい。
Ａｌ単体の含有率が０．２５重量％超の場合、Ａｌが窒化珪素粒子に固溶し、焼結体の熱伝導率が低下するという不具合を生ずるからである。
【００１８】
上述した本発明の窒化珪素焼結体は、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れるため、例えば高温条件下で使用される車載用の回路基板、特にサイリスタのように高い電気絶縁性が必要とされる、大電流制御用の半導体素子に使用する回路基板として好適に用いることができる。
【００１９】
また、本発明の窒化珪素焼結体は、回路基板のみならず、半導体製造装置用ヒータ等の高温ヒータ、或いはグロープラグ等の材料としても好適に用いることができる。高温における端子間の電気絶縁性を向上させること可能となり、より高温での使用が可能となることに加え、熱伝導率が高いため均熱性にも優れるからである。窒化珪素焼結体は耐食性にも優れるため、ＣＶＤ等の腐食性雰囲気下で使用される半導体製造装置用ヒータの材料としては特に好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の窒化珪素焼結体は、従来の製造方法のように、窒化珪素粉末と、Ｙ2Ｏ3等の焼結助剤等を含む成形原料を成形し、当該成形体を窒素雰囲気或いは不活性ガス雰囲気中で焼成するのみでは得ることができないが、所定量のＭｇ化合物を成形原料に含有せしめ、かつ、焼成前の昇温過程において所定時間一定温度に保持する工程を導入することにより製造することが可能となる。
以下、本発明の製造方法について詳細に説明する。
【００２１】
本発明の製造方法では、まず、成形原料を成形して成形体を製造する。本発明で使用する成形原料は、窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物とを含む（但し、ＭｇＯ以外の焼結助剤を含まず）場合と、窒化珪素粉末と、Ｍｇ化合物と、焼結助剤（Ｙ２Ｏ３を含む）とを含む場合がある。
窒化珪素は難焼結性のセラミックであるため、成形原料を構成する窒化珪素粉末は、粒径が２μｍ以下の微粒子を用いることが好ましい。粒径を小さくすることにより、表面張力が大きくなり、焼結が容易となるからである。
【００２２】
窒化珪素は結晶構造としてα相、β相が存在するが、成形原料となる窒化珪素粉末のβ化率は特に限定されず、β化率が１％程度の低いものでも使用できる。本発明の製造方法においては１８００℃以上の高温で焼成を行うため、α相は不可逆的にβ相に相変化するためである。
窒化珪素粉末中に不純物として存在する酸素の含有量も特に限定されないが、通常は０．５〜２．０％程度のものが用いられる。
【００２３】
また、本発明の成形原料には、ＭｇＯ以外の焼結助剤を含まない場合には、酸化物換算で１〜７．５重量％のＭｇを含むようにＭｇ化合物を含有せしめ、また焼結助剤としてＹ２Ｏ３を含む場合には、酸化物換算で２〜７．５重量％のＭｇを含むようにＭｇ化合物を含有せしめることが必要である。
既述のように、この範囲でＭｇを含有することにより焼結体の電気抵抗率を向上させることが可能となり、かつ、焼結体を緻密化する効果をも得ることができるからである。Ｍｇ化合物の種類は特に限定されないが、後述する焼結助剤として添加するＭｇＯを兼用することができる。
【００２４】
更に、本発明の成形原料には、難焼結性のセラミックである窒化珪素の焼結を容易にするため、焼結助剤を含有せしめることが必要である。
焼結助剤の種類は特に限定されず、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ2等の酸化物を用いることができる。ＭｇＯは、窒化珪素の緻密化を促進する効果が高く、焼結体の電気抵抗率を向上させる効果をも有する点において、ＺｒＯ2は焼結体の機械的強度を向上させられる点において好ましい。
【００２５】
また、希土類酸化物であるＹ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3を前記焼結助剤と併用することも好ましい。
希土類酸化物は窒化珪素粒子の界面に均一に分布して不純物のＳｉＯ2や他の焼結助剤であるＭｇＯ等と結合し、高融点の液相又は結晶を形成するため、焼結体を緻密化し、高強度化する効果を有するからである。
【００２６】
成形原料全体に対する焼結助剤全体の含有率は特に限定されないが酸化物換算で１〜１０重量％であることが好ましい。
焼結助剤が少なすぎれば焼結が進行しない一方、多すぎれば窒化珪素粒子間に多量のガラス相が形成され、焼結体の熱伝導率が低下するためである。
【００２７】
なお、本発明の成形原料は、窒化珪素粉末、Ｍｇ化合物、焼結助剤を含有する限りにおいて、他の物質を添加してもよい。例えば焼結体に遮光性を付与するためにＭｏ2Ｃ，ＳｉＣを添加することも可能である。これらの物質の添加は、焼結体を回路基板とした際に、可視光近傍の波長を有する電磁波による半導体素子の誤動作を防止できる点において好ましい。
【００２８】
上記の成形原料は従来公知の成形方法により成形体とすることができる。例えば、上記成形原料に水を加え、撹拌槽型撹拌ミル（商品名：アトライタ（三井三池化工機（株））等）により混合・粉砕してスラリーを形成し、バインダを添加した後スプレードライヤにて造粒乾燥し、当該造粒粉を成形型に投入して静水圧加圧成形する方法等が挙げられる。
【００２９】
このような成形方法は、成形原料界面での凝集を防止し、均一な分散が可能となるとともに、成形原料に流動性を付与することが可能である点において好ましい。
【００３０】
また、バインダの添加は１次粒子間の摩擦抵抗を減少させ、造粒粉をつぶれ易くするため、生成される欠陥を小さくすることができる点においても好ましい。バインダの種類は特に限定されないが、例えばポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等の有機質材料が挙げられる。
【００３１】
上記成形体は、窒化珪素の分解、酸化を防止するため、窒素雰囲気中において焼成して焼結体とするが、１〜２０気圧の窒素ガス加圧下で焼成を行うことが好ましい。
焼成温度については、高密度焼結体を得るため１８００℃以上とする必要があるが、窒化珪素の分解を防止するべく２０００℃以下としなければならない。
【００３２】
また、本発明の製造方法においては、焼成前の昇温過程、即ち、１４００〜１６５０℃の温度範囲において、０．５時間以上、一定温度（例えば１５００℃）に保持した後、前記焼成温度まで昇温することを特徴とする。
このような方法によれば、焼結体の高温条件での電気抵抗率を向上させることが可能となる。
【００３３】
本発明の方法により焼結体の電気抵抗率が上昇する理由の詳細は不明であるが、焼結初期に一定温度で焼結を進行させることにより、成形原料中に添加したＭｇＯが窒化珪素結晶粒に微量固溶し、或いはＭｇＯが溶解して窒化珪素結晶粒の全体を均一に被包することにより焼結体の電気抵抗率が向上するものと推定される。
【００３４】
即ち、１４００℃未満では温度不足により、１６５０℃を超える場合には焼結初期の焼結速度が速すぎるため、いずれもＭｇＯの固溶或いは溶解がうまく進行しない。
また、ＭｇＯの固溶や溶解にはある程度の時間を必要とするため、０．５時間以上、当該温度で保持する必要がある。
【００３５】
なお、本発明の方法において「一定温度」というときは、１４００〜１７００℃の温度範囲を厳守する限りにおいて、設定温度±２０℃程度で制御されていれば許容される。
【００３６】
以上説明したように本発明の製造方法によれば、例えば車載用の半導体素子、特にサイリスタのような大電流制御用の半導体素子に使用する回路基板として好適に用いることができる、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れた窒化珪素焼結体を簡便に製造することができる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明について実施例により更に詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例、比較例で使用する窒化珪素粉末、焼結助剤、遮光性付与剤は、いずれも不純物として含まれるＡｌ単体が０．０１重量％以下のものを使用した。
【００３８】
（焼結体の評価方法）
製造された窒化珪素焼結体は以下に示す評価方法により相対密度、熱伝導率、電気抵抗率、粒界個数、β化率、室温強度、破壊靭性値を測定して評価した。
【００３９】
（１）相対密度：水溶媒のアルキメデス法により測定した。各助剤組成における理論密度は、窒化珪素及び各助剤の単独での密度の配合重量により重み付け平均により算出した。
（２）熱伝導率：直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの円筒状に加工した焼結体をサンプルとし、JIS R1611に記載の方法に準拠してレーザーフラッシュ法で測定した。
【００４０】
（３）電気抵抗率：縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板状に加工した焼結体にＡｇペーストを塗布焼き付けしたものをサンプルとし、JIS C2141に記載の方法に準拠して、真空中において３端子法により５００Ｖ／ｍｍの電界強度で測定した。
【００４１】
（４）粒界個数：走査型電子顕微鏡にて、焼結体の任意断面における微構造を窒化珪素粒子が個々に識別できる倍率で写真撮影し、写真に直線を描き、直線が横切る粒界の個数を計測した。粒界の数が１０００個を超えるまで視野を変えて直線を引き、１０００個の粒界を計測するのに要した直線の総距離Ｌ（μｍ）から（１０００／Ｌ）×１０により１０μｍ当たりの個数に換算した。
例えば１０００個の粒界を計測するのに５００μｍを要したとすれば１０μｍ当たりの粒界の個数は２０個となる。
【００４２】
（５）β化率：Ｘ線回折により、α−Ｓｉ3Ｎ4の（２１０），（２０１）面の回折強度α（２１０），α（２０１）と、β−Ｓｉ3Ｎ4の（１０１），（２１０）面の回折強度β（１０１），β（２１０）より次式により求めた。
【００４３】
【数１】
0004571728.tif 000002
【００４４】
（６）室温強度：縦４ｍｍ×横３ｍｍ×長さ４０ｍｍの棒状に加工した焼結体をサンプルとし、JIS R1601に記載の方法に準拠して、４点曲げ強度を測定した。
（７）破壊靭性値：JIS R1607に記載の方法に準拠して、ＳＥＰＢ法により測定した。
【００４５】
（実施例１）
実施例１では、定温保持工程の適正温度について検証した。
【００４６】
表１記載のβ化率、不純物酸素量であって、比表面積１１ｍ2／ｇの市販の窒化珪素粉末と、焼結助剤であるＭｇＯ，Ｙ2Ｏ3とからなる成形原料に、更に焼結助剤としてＺｒＯ2を、遮光性を付与するための添加剤としてＭｏ2Ｃを添加し、表１に記載の比率で調合した。
なお、表１においては、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3については成形原料中の含有率で、ＺｒＯ2、Ｍｏ2Ｃについては成形原料に対する添加率で表記した。
【００４７】
上記成形原料に水を加え、撹拌槽型撹拌ミル（商品名；アトライタ（三井三池化工機（株））等）により混合・粉砕してスラリーを形成し、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）及びＰＥＧ（ポリエチレングリコール）をバインダとして添加した後スプレードライヤにて造粒乾燥し、更に当該造粒粉を成形型に投入し、６９０ＭＰａで静水圧加圧成形することにより、６０×６０×６ｍｍの成形体を作製した。
【００４８】
得られた成形体はバインダを消失させた後、Ｎ2雰囲気中、図１に示す実施例１−１の昇温スケジュールに準じて焼成を行い、実施例１−１〜１−３、比較例１−１，１−２の焼結体を得た。
原料組成及び製造条件を表１に、焼結体特性を表２に示す。
【００４９】
【表１】
0004571728.tif 000003
【００５０】
【表２】
0004571728.tif 000004
【００５１】
（結果）
実施例１−１〜１−３に示すように定温保持工程の温度が本発明の範囲内である限り、熱伝導率、電気抵抗率が良好な焼結体を得ることができた。
一方、比較例１−１に示すように保持温度が１４００℃未満の場合には、１２５℃、４００℃における電気抵抗率がいずれも低く、比較例１−２に示すように保持温度を１６５０℃超とした場合には焼結が進行せず、焼結体の相対密度が９５％と低かったことに起因して、熱伝導率が低かった。
【００５２】
（参考例２）
参考例２では、定温保持後の焼成温度について検証した。表１に記載の条件で実施例１と同様に焼結体を製造し、参考例２−１〜２−３、比較例２−１，２−２の焼結体を得た。原料組成及び製造条件を表１に、焼結体特性を表２に示す。
【００５３】
（結果）
参考例２−１〜２−３に示すように定温保持が適正に行われ、かつ、焼成温度が本発明の範囲内である場合には、熱伝導率、電気抵抗率が良好な焼結体を得ることができた。一方、定温保持が適正に行われた場合であっても、比較例２−１に示すように焼成温度が１８００℃未満では焼結体の熱伝導率が低く、比較例２−２に示すように２０００℃超では電気抵抗率が低かった。
【００５４】
（実施例３）
実施例３ではＭｇ化合物添加の効果について検証した。表３に記載の条件で実施例１と同様に焼結体を製造し、実施例３−１〜３−３、比較例３−１，３−２の焼結体を得た。原料組成及び製造条件を表３に、焼結体特性を表４に示す。
なお、比較例３−１においては、Ｙ2Ｏ3以外の希土類酸化物としてＹｂ2Ｏ3を使用した。また、成形原料に対し１重量％のＳｉＣ及び２重量％のＭｏ2Ｃを遮光性付与剤として添加した。
【００５５】
【表３】
0004571728.tif 000005
【００５６】
【表４】
0004571728.tif 000006
【００５７】
（結果）
実施例３−１〜３−３に示すようにＭｇを本発明の範囲内で含む場合には、高い熱伝導率と電気抵抗率を有する焼結体を得られる一方、比較例３−１，３−２に示すように、Ｍｇが含まれていない焼結体は電気抵抗率が低かった。
【００５８】
図３は、本発明の範囲内でＭｇを含有する実施例１−３の焼結体と、Ｍｇを含有しない比較例３−１の焼結体についての、焼結体の電気抵抗率と温度との相関を示すグラフである。
図３から明らかなようにＭｇを含有する実施例１−３の焼結体は常温から４００℃程度の高温領域まで高い電気抵抗率を示した。
【００５９】
（実施例４）
実施例４では、温度保持工程導入の効果について検証した。
表３に記載の条件で実施例１と同様に焼結体を製造し、実施例４−１、参考例４−２、実施例４−３の焼結体を得た。但し、比較例４−１〜４−３は図２に示すような昇温スケジュールにより焼成を行った。
【００６０】
即ち、昇温過程において温度保持工程を入れず、１５００℃にてＮ2ガスの圧力を１．５ａｔｍから１０ａｔｍ若しくは１００ａｔｍに変更することのみを行った。原料組成及び製造条件を表３に、焼結体特性を表４に示す。
なお、Ｙ2Ｏ3以外の希土類酸化物として、実施例４−３においてはＹｂ2Ｏ3を、参考例４−２，比較例４−１〜４−３においてはＮｄ2Ｏ3を使用した。
【００６１】
（結果）
実施例４−１、参考例４−２、実施例４−３に示すように温度保持工程が適正に行われた場合には、熱伝導率、電気抵抗率が良好な焼結体を得ることができた。一方、比較例４−１〜４−３に示すように、昇温過程における温度保持を行わない場合には焼結体の電気抵抗率が低下した。
【００６２】
（実施例５）
実施例５では、原料粉末における窒化珪素粉末の種類による影響を検証した。
表３に記載の条件で実施例１と同様に焼結体を製造し、実施例５−１〜５−３の焼結体を得た。
【００６３】
但し、実施例５−１では比表面積５．５ｍ2／ｇの市販の窒化珪素粉末を、実施例５−２では比表面積３．４ｍ2／ｇの市販の窒化珪素粉末を、実施例５−３では比表面積１１．２ｍ2／ｇの市販の窒化珪素粉末を使用した。
原料組成及び製造条件を表３に、焼結体特性を表４に示す。
なお、実施例５−１，５−２においては、成形原料に対し０．１重量％のＭｏ2Ｃを遮光性付与剤として添加した。
【００６４】
（結果）
実施例５−１〜５−３に示すように、窒化珪素粉末の種類を変更した場合でも、Ｍｇ化合物の量、定温保持条件、焼成条件が本発明の範囲内である限りにおいて高い熱伝導率と電気抵抗率を達成することができた。
【００６５】
（実施例６）
実施例１−３、比較例３−１、比較例４−１と同一組成の成形用粉末を１５０ＭＰａで金型成形することにより、５０×６０×１ｍｍの成形体とし、実施例１−３、比較例３−１、比較例４−１と同一の条件にて焼成し、最後に研削加工することにより４０×５０×０．６ｍｍの平板状焼結体を得た。
【００６６】
これらの焼結体に、市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉロウを外周５ｍｍ幅を除いて両面にスクリーン印刷し、０．３ｍｍ厚の銅板を両面に張り付けた状態で、真空下８５０℃で１０分間熱処理を行うことにより窒化珪素／銅の複合接合体を得た。次いで、複合接合体の一方の面に回路形成用レジストを印刷し、硬化した後、塩化第２鉄水溶液でエッチングし、回路パターンを形成した。
【００６７】
更に、回路間のロウ材を除くため、酸性フッ化アンモニウム水溶液にて洗浄し、その後数回水洗して回路基板を作製した（各々を、実施例６−１，比較例６−１，６−２の回路基板と称する。）。
【００６８】
前記３種の回路基板について、大気中１２５℃において、表面−裏面間に６００Ｖの電圧を印加したところ、実施例６−１の回路基板の電気抵抗値は２００ＧΩで充分な電気絶縁性を確保できたのに対し、比較例６−１，６−２の回路基板の電気抵抗値はそれぞれ３０ＭΩ，１ＧΩであった。即ち、比較例６−１，６−２の回路基板は、絶縁破壊はされていないものの十分な電気絶縁性が確保できず、大電流制御素子用の回路基板としては不適であった。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の窒化珪素焼結体は、熱伝導率が高く、かつ、高温における電気絶縁性に優れるため、例えば車載用の回路基板、特にサイリスタのような大電流制御用の半導体素子に使用する回路基板として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１−１の昇温スケジュールを示すグラフである。
【図２】  比較例４−１の昇温スケジュールを示すグラフである。
【図３】  焼結体の電気抵抗率と温度との相関を示すグラフである。
【図１】
0004571728.tif 000007
【図２】
0004571728.tif 000008
【図３】
0004571728.tif 000009