(57)【要約】  焼結時の雰囲気圧力をより低くできた上で、高い熱伝導率と優れた機械的特性を併せ持つ板状の窒化ケイ素質焼結体を提供することを目的とする。  焼結助剤として、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦２．０を満足するような配合比で、アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物を３．２〜７．０ｗｔ％添加し、シート成形プロセスにより作製された板状の成形体を雰囲気ガス圧力３ＭＰａ以下で焼結することによって得られた板状の窒化ケイ素質焼結体であって、焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、実測酸素含有量が１．４重量％以上２．９重量％以下であり、相対密度が９８％以上であり、窒化ケイ素質焼結体のβ型窒化ケイ素粒子のうち、長軸の長さが１０μｍを超えるものが、１ｍｍ２当たりに５００個以上１００００個以下であり、Ｒａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下であることを特徴とする板状の窒化ケイ素質焼結体を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の窒化ケイ素質焼結体であって、
焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、
実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、
相対密度が９８％以上であり、
窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに５００個以上１００００個以下であり、
算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す下記の式（１）で表される配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下であることを特徴とする板状の窒化ケイ素質焼結体。
ｆａ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）  ・・・・（１）
この式（１）において、Ｐは以下の式（２）で表され、Ｉ（１１０）、Ｉ（２００）、Ｉ（２１０）、Ｉ（３１０）、Ｉ（３２０）、Ｉ（１０１）、Ｉ（２０１）、Ｉ（００２）はβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（２１０）面、（３１０）面、（３２０）面、（１０１）面、（２０１）面、（００２）面のＸ線回折ピーク強度をそれぞれ意味する。
また、Ｐ０は以下の式（３）で表され、Ｉ０（１１０）、Ｉ０（２００）、Ｉ０（１０１）、Ｉ０（２１０）、Ｉ０（２０１）、Ｉ０（３１０）、Ｉ０（３２０）、およびＩ０（００２）は、等方的なβ型窒化ケイ素粉末におけるβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度から算出される。
Ｐ＝（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０））／（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（２０１）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０）＋Ｉ（００２））  ・・・・（２）
Ｐ０＝（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０））／（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（１０１）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（２０１）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０）＋Ｉ０（００２））  ・・・・（３）
【請求項２】
板状の窒化ケイ素質焼結体が、厚さが１．５ｍｍ以下で、厚さ／面積比が０．０１５（１／ｍｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項３】
前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における内部の柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の配向度ｆａが０．０１以上０．１６未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項４】
実測酸素含有量が１．４重量％以上２．９重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項５】
アルカリ土類金属酸化物が酸化マグネシウムであり、希土類金属酸化物が酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウムおよび酸化ルテチウムから選ばれる少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項６】
焼結体としての実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量とを合計した焼結助剤由来の金属元素含有量が１．８重量％〜５．０重量％であることを特徴とする請求項５に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項７】
算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下に研磨された表面における開気孔率が１．０％以下であり、開気孔の最大開口径が１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項８】
熱伝導率が室温において９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において９００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが７．６ＭＰａ√ｍ以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項９】
焼結体としての実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦１．０５であり、前記の実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量とを合計した焼結助剤由来の金属元素含有量が２．４重量％〜４．０重量％であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項１０】
窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに１０００個以上５０００個以下であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項１１】
前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の配向度ｆａが０．１０以上０．２０以下であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項１２】
前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における前記の配向度ｆａが０．０１以上０．１３以下であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項１３】
熱伝導率が室温において１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において１０００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが９．０ＭＰａ√ｍ以上であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体。
【請求項１４】
窒化ケイ素原料として、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下、表面酸素の含有割合ＦＳＯが０．７６〜１．１０重量％であり、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満である窒化ケイ素粉末を含み、焼結助剤として、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦２．０を満足するような配合比で、アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物を、窒化ケイ素粉末と焼結助剤の合計重量を基準として３．２〜７．０ｗｔ％含む出発組成物を調整し、
出発組成物からシート成形プロセスによりグリーンシートを作製し、
グリーンシートを、窒素含有ガス圧力が０．１５〜３ＭＰａの加圧雰囲気下、最高保持温度が１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲で焼結して、板状の窒化ケイ素質焼結体を得ること、
得られる板状の窒化ケイ素質焼結体は、実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８％以上であることを特徴とする板状の窒化ケイ素質焼結体の製造方法。
【請求項１５】
窒化ケイ素質焼結体の実測酸素含有量が１．４重量％以上２．９重量％以下であることを特徴とする請求項１４に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体の製造方法。
【請求項１６】
アルカリ土類金属酸化物が酸化マグネシウムであり、希土類金属酸化物が酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウムおよび酸化ルテチウムから選ばれる少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体の製造方法。
【請求項１７】
焼結助剤として、酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦１．４を満足するような配合比で、酸化マグネシウムおよび希土類金属酸化物を窒化ケイ素粉末と焼結助剤の合計質量を基準として４．０〜６．０ｗｔ％添加すること、
シート成形プロセスにより作製されたグリーンシートを、窒素含有ガス圧力が０．１５〜０．９ＭＰａの加圧雰囲気下、最高保持温度が１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲で、当該最高保持温度にて６時間〜２０時間保持して焼結すること、
実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦１．０５であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８％以上である板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することを特徴とする請求項１６に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の板状の窒化ケイ素質焼結体を用いることを特徴とする絶縁基板または回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β型窒化ケイ素を主成分する板状の窒化ケイ素質焼結体に関し、特に高い熱伝導率と高い機械的強度および靭性を併せ持ち、絶縁基板および回路基板として用いるのに好適な板状の窒化ケイ素質焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素質焼結体は、機械的強度、靭性、耐熱衝撃性などに優れるため各種の機械部品、耐摩耗部品に用いられるほか、高い電気絶縁性と優れた熱伝導性を利用して電気絶縁材料にも適用されている。従来の電気絶縁セラミックスとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどが知られている。酸化アルミニウムは熱伝導率が低いため、パワー半導体などへの適用に対して放熱性が不足する問題がある。一方、窒化アルミニウムは熱伝導率が高く、放熱性に優れるが、機械的強度や破壊靭性が低いため、モジュールの組み立て工程で割れを生じるという問題が有る。また、半導体素子を実装した回路基板では半導体素子との熱膨張差に起因して、熱サイクルによりクラックや割れを生じ、実装信頼性が低下するという問題がある。回路基板等の用途においては、特に高いレベルで、高熱伝導性と優れた機械的特性（強度および靭性）を両立する板状の窒化ケイ素質焼結体が求められている。【０００３】
そこで、電気絶縁セラミックスとして強度および靭性に優れた窒化ケイ素を利用した種々の提案がある。例えば、特許文献１には破壊靭性が６ＭＰａ√ｍ以上、熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化ケイ素質焼結体が記載されているが、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３を０．１ｗｔ％以上添加しているためか、破壊靭性値は７．４ＭＰａ√ｍ以下、熱伝導率は７８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。【０００４】
例えば特許文献２には、Ｄ１０、Ｄ５０およびＤ９０が、それぞれ０．５〜０．８μｍ、２．５〜４．５μｍおよび７．５〜１０．０μｍの粒度分布を有し、含有酸素量が０．０１〜０．５ｗｔ％であり、平均粒子径（Ｄ５０）以上の粒子中に存在するβ型窒化ケイ素粒子の割合が１から５０％である窒化ケイ素粉末が、シート成形性に優れ、高強度・高靱性でかつ優れた放熱性を有する焼結体を提供することが記載されている。しかしながら、ＭｇＯ／Ｙ２Ｏ３重量比が３．０であるためか、曲げ強度は８５０ＭＰａ以下、破壊靭性値は７．５ＭＰａ√ｍ以下である。【０００５】
また特許文献３には、窒化ケイ素質焼結体の切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに２００００個以下であり、熱伝導率が室温において７５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、室温から２００℃までにおいて４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、３点曲げ強度が室温において８００ＭＰａ以上である窒化ケイ素質焼結体を提供することが記載されている。【０００６】
また特許文献４には、β分率が３０〜１００％であり、酸素量が０．５ｗｔ％未満であり、平均粒子径が０．２〜１０μｍであり、アスペクト比が１０以下であり、粒子の長軸方向に溝部が形成されている柱状粒子を含み、Ｆｅ含有量及びＡｌ含有量がそれぞれ１００ｐｐｍ以下である窒化ケイ素粉末が、高温・高圧焼成といったコストの高い焼成法を必要とせずに、高い熱伝導率および高い強度を有する窒化ケイ素質焼結体を提供することができることが記載されている。しかしながら、原料Ｓｉ３Ｎ４粉末の酸素含有量が著しく少なく、平均粒子径が大きく、かつ不純物Ｆｅ量が高くて、ＭｇＯ／ＲＥｘＯｙ重量比が１．５以上であるためか、曲げ強度は８５０ＭＰａ以下であり、破壊靭性値は測定されていない。【０００７】
また特許文献５には、窒化珪素粉末１００質量部に対し、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含有し、その比率が（１）ＭｇＯ／(ＭｇＯ＋ＳｉＯ２)＝３４〜５９ｍｏｌ％、並びに、（２）Ｙ２Ｏ３／（Ｙ２Ｏ３＋ＳｉＯ２）＝５０〜６６ｍｏｌ％である焼結助剤５〜１５質量部の存在下に、窒化珪素粉末を焼結して得られる窒化珪素焼結体からなる窒化珪素基板が開示されている。しかしながら、その実施例および比較例を示す表１に記載された焼結助剤組成から計算されるＭｇＯ／Ｙ２Ｏ３重量比は、０．０５５〜０．１９４（ｗｔ／ｗｔ）であり、ＭｇＯの配合割合が少ない。そのためか、得られる窒化珪素基板の電気特性は優れるものの、抗折強度は７５０ＭＰａ以下という低い値に留まっている。【０００８】
さらに特許文献６には、窒化珪素粒子の所定格子面のそれぞれのＸ線回折線強度の割合から下記式（１）により定まる、厚さ方向に垂直な面内における配向割合を示す配向度ｆａが、表面においては０．３３以下であり、表面から基板厚さの２０％以上内側まで研削して得られた面においては０．１６〜０．３３であるとともに、前記表面における配向度ｆａが前記表面から基板厚さの２０％以上内側まで研削して得られた面における配向度ｆａより大きく、反りが２．０μｍ／ｍｍ以下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。同公報によれば、配向度ｆａは以下のように定義されている。
ｆａ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０） ・・・（１）
この式（１）において、Ｐは以下の式（２）で表され、窒化珪素基板における窒化珪素粒子について（１１０）面、（２００）面、（２１０）面、（３１０）面及び（３２０）面のＸ線回折線強度Ｉの合計と、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面及び（００２）面のＸ線回折線強度Ｉの合計との比を示す。また、Ｐ０は以下の式（３’）で表され、Ｉ０（１１０）、Ｉ０（２００）、Ｉ０（１０１）、Ｉ０（２１０）、Ｉ０（２０１）、Ｉ０（３１０）、Ｉ０（３２０）、およびＩ０（００２）は、窒化珪素粉末における窒化珪素粒子について（１１０）面、（２００）面、（２１０）面、（３１０）面及び（３２０）面のＸ線回折線強度Ｉ’ の合計と、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面及び（００２）面のＸ線回折線強度Ｉ’の合計との比を示す。
Ｐ＝（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０））／（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（２０１）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０）＋Ｉ（００２））・・・（２）
Ｐ０＝（Ｉ’（１１０）＋Ｉ’（２００）＋Ｉ’（２１０）＋Ｉ’（３１０）＋Ｉ’（３２０））／（Ｉ’（１１０）＋Ｉ’（２００）＋Ｉ’（１０１）＋Ｉ’（２１０）＋Ｉ’（２０１）＋Ｉ’（３１０）＋Ｉ’（３２０）＋Ｉ’（００２））・・・（３’）【０００９】
しかしながら、焼結助剤の重量比および添加量が異なるためか、得られる窒化ケイ素質焼結体の３点曲げ強度は８６４ＭＰａ以下、破壊靭性値は６．８ＭＰａ√ｍ以下に留まっている。【００１０】
さらに特許文献７には、粒界相が非晶質相とＭｇＳｉＮ２結晶相からなり、希土類元素（ＲＥ）を含んだ結晶相を含まないことによって熱伝導率を向上させた窒化珪素基板が開示されている。しかしながら、粒界でＭｇＳｉＮ２結晶相が成長するためか、得られる窒化ケイ素質焼結体の３点曲げ強度は８６２ＭＰａ以下に留まっており、破壊靭性値は測定されていない。【００１１】
なお、特許文献８の実施例には、ロータリーキルン焼成により製造された比表面積５〜３０ｍ２／ｇの窒化ケイ素粉末を原料として用いた窒化ケイ素質焼結体の特性値が開示されている。表３および表４には、それぞれ、焼結助剤として酸化イットリウムと酸化アルミニウムを添加して、窒素ガス雰囲気下１７８０℃で２時間焼結することにより得られた窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度、および焼結助剤として酸化イットリウムと酸化マグネシウムを添加して、加圧窒素ガス下１９００℃で２２時間焼結することにより得られた窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度と熱伝導率が掲載されている。表３によれば、窒素ガス雰囲気下１７８０℃で２時間焼結することにより得られた窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度は１０２０〜１２２０ＭＰａであるが、この表に掲載された、酸化イットリウムと酸化アルミニウムを添加した窒化ケイ素質焼結体が著しく低い熱伝導率を示すことは、当業者の技術常識である。一方、表４によれば、酸化イットリウムと酸化マグネシウムを添加した窒化ケイ素質焼結体は１３０〜１４２Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率を示しているが、１９００℃−２２時間という高温長時間での焼結では、粒成長が著しく進行するために、６０５〜６６０ＭＰａという低い曲げ強度しか得られていない。即ち、高い熱伝導率と優れた機械的強度を併せ持つ窒化ケイ素質焼結体は得られておらず、高い熱伝導率と優れた機械的強度を両立することの難しさを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１００２７６号公報
【特許文献２】特開２００２−２６５２７６号公報
【特許文献３】特開２００２−２９３６４１号公報
【特許文献４】特開２００４−２６２７５６号公報
【特許文献５】国際公開第２００７／０１８０５０号
【特許文献６】特開２００９−２１８３２２号公報
【特許文献７】国際公開第２０１０／００２００１号
【特許文献８】国際公開第２０１３／１４６７１３号
【特許文献９】特開２０１５−６３４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これら、従来の窒化ケイ素質焼結体は近年益々発熱量が増大する半導体モジュールに対しては熱伝導性または機械的特性が不足しがちであり、特に動作中の高温域まで放熱性を安定に確保することがより一層望まれている現状においては、熱伝導性と機械的特性の両面で性能不足である。熱伝導率を上げるために１９００℃以上の高温で焼結すると、粒成長が進み過ぎて機械的特性が低下し、逆に、機械的特性を向上させるために１７９０℃未満の温度で焼結すると粒成長が著しく不足して熱伝導率が低下するため、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度と破壊靭性）を併せ持つ板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることは非常に難しい。また、特許文献３では、高い熱伝導率と高い機械的強度を両立するには、４０気圧（４ＭＰａ）以上の高い雰囲気圧力を必要としているため、高圧下で使用できる焼結炉が必要となる。その実施例から分かるように、９気圧（０．９ＭＰａ）では、熱伝導率と機械的強度の両面で著しく特性不足である。本発明はかかる事情に鑑み、焼結時の雰囲気圧力を特許文献３のように高くすることなく、より低い圧力で、高い熱伝導率と優れた機械的特性を併せ持つ板状の窒化ケイ素質焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度と破壊靭性）を併せ持つ板状の窒化ケイ素質焼結体を得る方法について鋭意研究を重ねた結果、特定の比表面積と酸素含有量を有する窒化ケイ素粉末を原料に用い、シート成形条件と併せて、焼結過程における粒成長を高度に制御することによって、焼結時の雰囲気圧力を大きくすることなく、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度と破壊靭性）を併せ持つ窒化ケイ素質焼結体を製造し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は以下の事項に関する。【００１５】
本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８％以上であり、窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに５００個以上１００００個以下であり、さらに、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下であることを特徴とする。ここで、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、後述の＜配向度ｆａの算出方法＞に記載された式（１）で表される配向度ｆａである。この板状の窒化ケイ素質焼結体は、シート成形プロセスにより作製された板状の成形体（グリーンシート）を雰囲気ガス圧力３ＭＰａ以下で焼結して製造することができる。【００１６】
なお、焼結体としての前記の実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量との比率を、酸化物基準で焼結体中のアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比に換算すると、０．３４≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦１．９５である。【００１７】
本発明の一態様においては、板状の窒化ケイ素質焼結体は、厚さが１．５ｍｍ以下であり、厚さ／面積比が０．０１５（１／ｍｍ）以下であることを特徴とする。この板状の窒化ケイ素質焼結体は、好ましくは、研削または研磨加工による厚み方向に垂直な板面表層部の除去量は、片面当たり０．０３ｍｍ以下のものである。【００１８】
本発明の一態様においては、前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における内部の柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の配向度ｆａが０．０１以上０．１６未満であることを特徴とする。【００１９】
なお、前記の表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた内部の面における配向度ｆａは前記の表面における配向度ｆａより小さいことが好ましく、その差異が０．０３以上０．０８以下であることが、より好ましい。【００２０】
本発明の一態様においては、焼結体としての実測酸素含有量が１．４重量％以上２．９重量％以下である前記の板状の窒化ケイ素質焼結体であることを特徴とする。【００２１】
本発明の一態様においては、アルカリ土類金属酸化物が酸化マグネシウムであり、希土類金属酸化物が酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウムおよび酸化ルテチウムから選ばれる少なくとも一種の酸化物であることを特徴とする。【００２２】
本発明の一態様においては、焼結体としての実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量とを合計した助剤由来の金属元素含有量が１．８重量％〜５．０重量％となる前記の板状の窒化ケイ素質焼結体であることを特徴とする。【００２３】
ここで、焼結体としての前記のマグネシウムと前記の希土類金属とを合計した実測含有量を、酸化物基準で焼結体中の酸化マグネシウムと希土類金属酸化物とを合計した含有量に換算すると、２．７重量％〜６．８重量％である。【００２４】
本発明の一態様においては、算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下に研磨された表面における開気孔率が１．０％以下であり、開気孔の最大開口径が１．０μｍ以下であることを特徴とする。【００２５】
本発明の一態様においては、前記の窒化ケイ素質焼結体が色調ムラの抑制された板状の窒化ケイ素質焼結体であることを特徴とする。【００２６】
本発明の一態様においては、前記の窒化ケイ素質焼結体の粒界にＭｇＳｉＮ２等からなるＭｇ化合物の結晶相が、実質的に含まれていないことを特徴とする。【００２７】
本発明の一態様においては、熱伝導率が室温において９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において９００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが７．６ＭＰａ√ｍ以上であることを特徴とする。【００２８】
本発明の一態様においては、焼結体としての実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦１．０５であり、前記の実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量とを合計した助剤由来の金属元素含有量が２．４重量％〜４．０重量％であることを特徴とする。【００２９】
焼結体中の前記の実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量とを、酸化物基準で酸化マグネシウム含有量と希土類金属酸化物含有量に換算すると、その比率は０．３４≦酸化マグネシウム含有量／希土類金属酸化物含有量≦１．３７であり、酸化マグネシウムと希土類金属酸化物とを合計した含有量は３．４重量％〜５．８重量％である。【００３０】
本発明の一態様においては、焼結体としての前記の実測酸素含有量が１．７５重量％以上２．１０重量％以下であることを特徴とする。【００３１】
本発明の一態様においては、窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに１０００個以上５０００個以下であることを特徴とする。【００３２】
本発明の一態様においては、前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の配向度ｆａが０．１０〜０．２０であることを特徴とする。【００３３】
本発明の一態様においては、前記の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における、柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の配向度ｆａが０．０１以上０．１３以下であることを特徴とする。【００３４】
なお、前記の表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた内部の面における配向度ｆａは前記の表面における配向度ｆａより小さいことが好ましく、その差異が０．０３以上０．０８以下であることが、より好ましい。【００３５】
本発明の一態様においては、熱伝導率が室温において１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において１０００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが９．０ＭＰａ√ｍ以上であることを特徴とする。【００３６】
本発明の一態様においては、窒化ケイ素原料として、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、酸素含有量が１．２ｗｔ％以上２．３ｗｔ％以下、表面酸素の含有割合ＦＳＯが０．７６〜１．１０重量％であり、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満である窒化ケイ素粉末を使用し、焼結助剤として、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦２．０を満足するような配合比で、アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物を３．２〜７．０ｗｔ％添加して、出発組成物（窒化ケイ素質焼結体製造のためのグリーンシート作製原料）を調整し、出発組成物からシート成形プロセスにより板状の成形体（グリーンシート）を作製し、板状の成形体（グリーンシート）を窒素含有ガス圧力が０．１５〜３ＭＰａの加圧雰囲気下、最高保持温度が１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲で焼結することにより、実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８％以上である板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することを特徴とする。【００３７】
本発明の一態様においては、実測酸素含有量が１．４重量％以上２．９重量％以下である前記の板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することを特徴とする。【００３８】
本発明の一態様においては、アルカリ土類金属酸化物が酸化マグネシウムであり、希土類金属酸化物が酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウムおよび酸化ルテチウムから選ばれる少なくとも一種の酸化物である前記の板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することを特徴とする。【００３９】
本発明の一態様においては、焼結助剤として、酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦１．４を満足するような配合比で、酸化マグネシウムおよび希土類金属酸化物を窒化ケイ素粉末と焼結助剤の合計質量を基準として４．０〜６．０ｗｔ％添加すること、シート成形プロセスにより作製された板状の成形体（グリーンシート）を窒素含有ガス圧力が０．１５〜０．９ＭＰａの加圧雰囲気下、最高保持温度が１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲で、当該最高保持温度にて６時間〜２０時間保持して焼結すること、実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦１．０５であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８％以上である板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することを特徴とする。【００４０】
本発明の一態様においては、上記の段落に記載された板状の窒化ケイ素質焼結体を用いる絶縁基板又は回路基板が提供される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度と破壊靭性）を併せ持つ板状の窒化ケイ素質焼結体が提供され、しかも、この板状の窒化ケイ素質焼結体は焼結時の雰囲気圧力を高くすることなく製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
窒化ケイ素質焼結体においては、格子振動（フォノン）により熱伝達される。このため、異なるイオンによるフォノン散乱は熱伝導率低下の原因となる。また、窒化ケイ素質焼結体は、窒化ケイ素粒子相とその粒界相とから構成されている。粒界相の熱伝導率が低いため、粒界相量が増えると熱伝導率が低下する。さらに、窒化ケイ素質焼結体内に残存する気孔は熱伝導率を著しく低下させるので緻密な焼結体であることが必要である。
【００４３】
このため、高熱伝導率の窒化ケイ素質焼結体を得るためには、窒化ケイ素粉末に焼結助剤として、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が０．４０≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦２．０を満足するような配合比で、アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物を、窒化ケイ素粉末と焼結助剤の合計重量を基準として３．２〜７．０ｗｔ％添加して、シート成形プロセスにより作製された板状の成形体を雰囲気ガス圧力３ＭＰａ以下で焼結し、焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であって、相対密度が９８％以上の焼結体とする。
【００４４】
ここで、焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量の比率を、酸化物基準で焼結体中のアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比に換算すると、０．３４≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦１．９５である。
【００４５】
さらに、窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに５００個以上１００００個以下であり、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における、柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下となり、さらに表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた内部の面における配向度ｆａが前記の表面における配向度ｆａより小さくなるように、窒化ケイ素原料の性状、シート成形条件および焼結条件を高度に制御することにより、所望の特性を有する板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることができる。なお、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、下記の＜配向度ｆａの算出方法＞に記載された式（１）で表される配向度ｆａである。
【００４６】
＜配向度ｆａの算出方法＞
板状の窒化ケイ素質焼結体の表面および内部における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、以下のようにして求める。
【００４７】
表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面のＸ線回折測定を行って求める。表面の算術平均粗さＲａがこの範囲内にないと、配向度ｆａの正確な測定ができない。窒化ケイ素質焼結体の表面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であるときは、焼結体のその表面でＸ線回折測定を行ってよい。窒化ケイ素質焼結体の表面の算術平均粗さＲａがこの範囲内にないときは、焼結体の表面を算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下になるように研磨して、その研磨した表面でＸ線回折測定を行う。表面の算術平均粗さＲａを０．０５μｍ以上０．５μｍ以下にするための研磨方法は特に限定されず、研磨量は上記の算術平均粗さＲａを実現するために必要な最低限でよく、一般的に、深さ方向に例えば約１０μｍ前後で十分である。Ｘ線回折測定においては、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度を測定する。内部における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、表面の配向度ｆａ測定を行った算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された前記表面から、焼結体の０．０８ｍｍ以上内側まで研削して、得られた面のＸ線回折測定を行い、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度を測定する。前記の０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られる面は、同じく測定を正確にするために、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下となるように研磨する。
【００４８】
六方晶系の柱状粒子の配向度はＦ．Ｋ．Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇによって提案された以下の式（１）で表される（Ｆ．Ｋ．Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇ，Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｎｕｃｌ．Ｃｈｅｍ．，９（１９５９）１１３〜１２３ページ参照）。そこで、表面および内部の面のＸ線回折測定の結果に基づき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａを、以下の式（１）で表される式から計算した。
ｆａ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）  ・・・・（１）
この式（１）において、Ｐは以下の式（２）で表され、Ｉ（１１０）、Ｉ（２００）、Ｉ（２１０）、Ｉ（３１０）、Ｉ（３２０）、Ｉ（１０１）、Ｉ（２０１）、Ｉ（００２）はβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（２１０）面、（３１０）面、（３２０）面、（１０１）面、（２０１）面、（００２）面のＸ線回折ピーク強度をそれぞれ意味する。
また、Ｐ０は以下の式（３）で表され、Ｉ０（１１０）、Ｉ０（２００）、Ｉ０（１０１）、Ｉ０（２１０）、Ｉ０（２０１）、Ｉ０（３１０）、Ｉ０（３２０）、およびＩ０（００２）は、等方的なβ型窒化ケイ素粉末におけるβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度から算出される。
Ｐ＝（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０））／（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（２０１）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０）＋Ｉ（００２））  ・・・・（２）
Ｐ０＝（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０））／（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（１０１）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（２０１）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０）＋Ｉ０（００２））  ・・・・（３）
【００４９】
なお、窒化ケイ素質焼結体の配向度ｆａは、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面において測定されるが、本発明の窒化ケイ素質焼結体の表面は、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である必要はなく、研磨されていても研磨されていなくてもよい。
【００５０】
配合組成におけるアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比（アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物）が０．４０未満では、希土類金属酸化物の割合が増大するために、焼結過程において粒界相の溶融温度が上昇する。このため、多量のシリカ（ＳｉＯ２）を添加しない限り、焼結体の相対密度が低下し、緻密な焼結体が得られない。また、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比を表すアルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物が０．４０未満であっても、２．０を超える値であっても機械的特性（強度および破壊靭性）が低下するので好ましくない。さらに、配合組成におけるアルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物の重量比は、０．４３以上、０．４５以上、０．５０以上、また１．４０以下、１．００以下、０．６６以下であってよい。
【００５１】
アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物の添加量が３．２ｗｔ％未満では高密度な焼結体が得られないため、熱伝導率が低下し、機械的特性（強度および破壊靭性）も低下する。アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物の添加量が７．０ｗｔ％を超えても、機械的特性（強度および破壊靭性）はほとんど低下しないが、熱伝導率が低下するので好ましくない。アルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物の添加量は４．０ｗｔ％以上６．０ｗｔ％以下であることが好ましい。なお、アルカリ土類金属酸化物の添加量は２．９ｗｔ％以下であることがより好ましい。
【００５２】
窒化ケイ素質成形体の焼結は窒素雰囲気中または窒素含有不活性雰囲気中で行われるため、焼結過程においては、焼結助剤として添加したアルカリ土類金属酸化物および希土類金属酸化物の一部が、窒化ケイ素原料中のシリカ成分と共に蒸発により揮散してしまう。このため、窒化ケイ素質焼結体の主として粒界に含まれる焼結助剤の含有量は、出発原料の配合組成と異なってくる。本発明においては、焼結体としての実測アルカリ土類金属含有量と実測希土類金属含有量との比率が０．２６≦実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量≦１．３０であり、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満である。実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量が０．２６未満では、焼結体の相対密度が低下している。また、実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量が０．２６未満であっても、１．３０を超える値であっても機械的特性（強度および破壊靭性）が低下していて、好ましくない。さらに、焼結体の実測アルカリ土類金属含有量／実測希土類金属含有量の重量比は、０．３０以上、０．３７以上、また０．８０以下、０．５５以下であってもよい。
【００５３】
窒化ケイ素質焼結体の実測酸素含有量は１．４重量％以上２．９重量％以下であり、好ましくは１．４重量％以上２．４重量％以下であり、さらに好ましくは１．７５重量％以上２．１０重量％以下である。実測酸素含有量が１．４重量％未満となるような配合組成および焼結条件では、焼結体の相対密度が９８％未満となってしまう。さらに、板状の窒化ケイ素質焼結体の粒界に結晶相が析出して、色調ムラが発生するので好ましくない。一方、実測酸素含有量が２．９重量％を超える板状の窒化ケイ素質焼結体は熱伝導率が低下しているので好ましくない。さらに、銅、アルミニウムなどの金属板と直接接合した際に、接合界面にボイドが発生して、接合強度が低下するので好ましくない。
【００５４】
アルカリ土類金属酸化物としては酸化マグネシウムが、希土類金属酸化物としては酸化イットリウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウムおよび酸化ルテチウムから選ばれる少なくとも一種の酸化物が好適に用いられる。なお、酸化マグネシウムに代えて、酸窒化マグネシウムまたは窒化マグネシウムを使用しても良い。
【００５５】
配合組成における酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比は０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦１．４であることが好ましく、さらに０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物＜１．０であることがより好ましい。さらに０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦０．６６であることが、特に好ましい。あるいは、０．４５≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦０．６６であってもよい。
【００５６】
このような酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比の設定と焼結条件の選択との両方の効果により、焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量の比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦１．０５とすることが好ましく、さらに０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦０．７５であることがより好ましい。さらに０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量≦０．４９であることが、特に好ましい。
【００５７】
前記のように窒化ケイ素質成形体の焼結過程においては、焼結助剤として添加した酸化マグネシウムや希土類金属酸化物の一部が、窒化ケイ素原料中のシリカ成分と共に蒸発により揮散してしまう。さらに、高温において溶融状態にある粒界相に窒素が溶解する。このため、焼結後の降温過程において、Ｙ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４（Ｎ−メリライト）、Ｙ１０Ｓｉ７Ｏ２３Ｎ４（Ｈ相）、Ｙ４Ｓｉ２Ｏ７Ｎ２（Ｊ相）、ＹＳｉＯ２Ｎ（Ｋ相）などの結晶相が析出して、取り出した板状の窒化ケイ素質焼結体に結晶相析出に伴う色調ムラを生じる。前記の析出結晶相は、一般に非晶質相よりも真密度が高いため、収縮により析出結晶相の周辺部にマイクロポアの密集領域を生ずる。マイクロポアの密集領域は繰り返し応力や熱サイクルによる負荷に伴うキ裂成長の起点となり、疲労破壊や熱サイクル破壊の原因となる。また、析出結晶相の成長面の配向とマイクロポア密集領域の存在とが相俟って、焼結体表面に色調ムラを発生させる。本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は色調ムラが抑制されているという特徴がある。色調ムラが抑制されてということは、応力サイクルや熱サイクルの印加による劣化が起こり難く、信頼性の高い材料であることを意味する。
【００５８】
さらに、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体の粒界にはＭｇＳｉＮ２等からなるＭｇ化合物の結晶相が、実質的に含まれていない。ここで、ＭｇＳｉＮ２からなる結晶相が、実質的に含まれていないとは、前記ＭｇＳｉＮ２結晶相の（１２１）のＸ線回折ピーク強度が窒化ケイ素質焼結体を構成するβ型窒化ケイ素の結晶粒子の（１１０）、（２００）、（１０１）、（２１０）、（２０１）、（３１０）、（３２０）及び（００２）面のＸ線回折ピーク強度の和の０．０００５倍未満であることを意味する。
【００５９】
本発明においては、窒化ケイ素質焼結体の粒界にＭｇＳｉＮ２等からなるＭｇ化合物の結晶相が生成すると、窒化ケイ素質焼結体の機械的特性（曲げ強度と破壊靭性）が低下する傾向にある。具体的には、本発明における４点曲げ強度が室温において９００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが７．６ＭＰａ√ｍ以上である板状の窒化ケイ素質焼結体が得られなくなるので、好ましくない。
【００６０】
本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体の製造においては、好ましくは焼結助剤として酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムを添加し、その添加量は４．０ｗｔ％以上６．０ｗｔ％以下、その重量比が０．４０≦酸化マグネシウム／酸化イットリウム≦１．４を満足するように添加した後、シート成形プロセスにより作製された板状の成形体（グリーンシート）を雰囲気ガス圧力３ＭＰａ以下で焼結して、相対密度が９８％以上の焼結体を得る。特に、窒素含有ガス圧力が０．１５〜０．９ＭＰａの加圧雰囲気下、最高保持温度が１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲で６〜２０時間保持することによって焼結し、相対密度が９８％以上、好ましくは９９．０％以上の焼結体を得る。焼結時には、１５２０℃から最高保持温度までの温度範囲を１５０℃／ｈｒ未満の速度で昇温することが、より好ましい。また、１５２０℃から最高保持温度までの温度範囲において、一定温度に一定時間保持することも、残留気孔を低減する上で効果がある。例えば、１５２０℃〜１６７０℃の範囲の所定の温度において１〜３時間保持する。緻密で残留気孔の少ない板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することは、本発明の必須要件の一つである。
【００６１】
シート成形法はテープ成形法とも呼ばれ、原料粉末１００質量部に対して、例えば８質量部以上の有機バインダーまたは樹脂バインダーを含むスラリーを、ドクターブレードやダイコーターなどの装置を用いて、キャリアフィルム上に所定の厚みでキャストしてグリーンシートを作製する。押出し成形法や射出成型法によるグリーンシート作製もシート成形法に含まれるが、本発明においては、ＣＩＰ成形法や金型プレス成形法はシート成形法には含まれない。特に、有機バインダーや樹脂バインダーを添加せず、厚さ３ｍｍ以上のバルクのＣＩＰ成形体を焼結した後、得られた窒化ケイ素質焼結体を切削・研磨加工することで得られる試験片の曲げ強度を、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度と比較することはできない。
【００６２】
シート成形法自体は知られており、本発明でも公知のシート成形法を用いてよい。窒化ケイ素粉末と、焼結助剤と、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの有機バインダーと、必要に応じて、アルキルポリアミン系組成物などの分散剤、ジメチルフタレ−トなどの可塑剤、トルエン−イソプロパノール−キシレン混合溶媒などの溶剤とを含むグリーンシート成形用スラリーを調整し、ドクターブレードやダイコーターなどの装置を用いて、キャリアフィルム上に所定の厚みでキャストしてグリーンシートを作製する。シート成形における塗工速度と焼結後のβ型窒化ケイ素粒子の配向との間に相関が認められる。グリーンシートの塗工速度は、スラリー組成やシート厚さなど他の製造条件とも関係するが、一般的には、例えば、０．０２〜０．５ｍ／分、さらには０．０５〜０．３ｍ／分、０．１〜０．２ｍ／分としてよい。ただし、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体を製造する際のシート成形及び焼結の条件は、β型窒化ケイ素粒子の配向度及び１０μｍ超の柱状のβ型窒化ケイ素粒子の個数が本発明の所定の範囲内になるように選択されるので、それとの関係でグリーンシートの具体的な塗工速度は選択される。グリーンシートは、焼結後の厚さを考慮して、積層グリーンシートとすることができる。シート成形法で作製したグリーンシートあるいは積層グリーンシート（以下、単にグリーンシートという。）は、通常、切断して所定の形状の成形体にされる。
【００６３】
グリーンシートの成形体を焼結するに当たって、特に１．５ｍｍ以下、さらには１．０ｍｍ以下の薄い板状の窒化ケイ素質焼結体を製造するときは、従来より、薄板の反り抑制、破損防止、ハンドリング性、生産効率等を考慮して、複数のグリーンシート成形体を、間に分離材（代表的には粒径約４〜２０μｍの窒化ホウ素粉末）を介在させて、重ねた状態で、脱脂及び焼結されている。複数のグリーンシート成形体を、重ねて、窒化ホウ素などの容器に入れ、空気中１００℃／時程度の昇温速度で４００〜６００℃まで昇温し、同温度で２〜５時間加熱することにより、予め添加した有機バインダー成分等を十分に脱脂（除去）することができる。次いで、この脱脂体を後述のように熱処理して焼結体を製造する。その後室温まで冷却し、得られる窒化ケイ素質焼結体を分離材層で剥離して、板状の窒化ケイ素質焼結体を得る。得られる板状の窒化ケイ素質焼結体は、通常、ブラスト研磨加工し、所望の表面粗さを有する基板用の窒化ケイ素質焼結体とされる。ブラスト研磨加工による除去厚みは、例えば、平均値で約２０μｍ以下でよい。ブラスト研磨後に、あるいはブラスト研磨なしで、ラップ研磨加工などをしてもよい。
【００６４】
有機バインダーや樹脂バインダーを使用した成形体（グリーンシート）においては、バインダーの凝集により成形体内に粗大な気孔を生成し易いばかりでなく、脱脂後も成形体内に微量の炭素が残存し、残存炭素が焼結過程における粒成長に影響するため、得られる窒化ケイ素質焼結体の機械的特性（曲げ強度と破壊靭性）が悪化してしまう。特に板状の窒化ケイ素質焼結体においてはその影響が顕著である。さらに、窒化ケイ素質焼結体においては、焼結体表面と内部で微細構造（粒子の大きさとアスペクト比、粒界相の組成と結晶相）が異なることが知られている。このため、気孔、キ裂などの欠陥が生成し易い表層部を０．２ｍｍ以上研削除去した試験片の曲げ強度は表層部を残した試験片の曲げ強度よりも高くなる。このように、窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度は、有機バインダーまたは樹脂バインダーの使用量や試験片作製時の切削・研磨加工によって変化することが知られており、切削・研磨加工することに得られた試験片の曲げ強度が既に開示されていたとしても、本発明における板状の窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度と同等ということは言えず、また、同等の曲げ強度の値が既に開示されていたということにはならない。
【００６５】
本発明における板状の窒化ケイ素質焼結体は、シート成形プロセスにより作製できるものであるが、厚さが１．５ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下であり、厚さ／面積比が０．０１５（１／ｍｍ）以下であるものを言う。研削または研磨加工による厚み方向に垂直な板面表層部の除去量は、好ましくは、片面当たり０．０２ｍｍ以下である。シート成形プロセスにより作製された板状の成形体を、分離材層を介して重ねて焼結した場合には、この分離材層で剥離して得られる、厚さが１．５ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下の板状の窒化ケイ素質焼結体のことであり、厚さ／面積比が０．０１５（１／ｍｍ）以下であり、研削または研磨加工による厚み方向に垂直な板面表層部の除去量が片面当たり０．０２ｍｍ以下のものであってよい。例えば、パワーモジュール用高熱伝導窒化ケイ素基板としては、厚み０．３２±０．０５ｍｍのものが求められている。
【００６６】
焼結過程において、成形体（グリーンシート）が収縮して緻密化してゆくと、成形体（グリーンシート）内の開気孔が徐々に減少し、数％の閉気孔のみが残存した状態となる。さらに緻密化が進むと、この閉気孔も消滅してゆくが、雰囲気ガス圧力が３ＭＰａより高いと、前記の閉気孔内に高圧の窒素ガスが取り込まれてしまう。いったん取り込まれた高圧の窒素ガスは焼結体の外に出ることが出来ないため、焼結後に残存する気孔周辺に残留応力を生じ、窒化ケイ素質焼結体の高温での機械的特性や熱サイクル特性に悪影響を与える。また、雰囲気ガス圧力は等方的に作用するため、本発明のような柱状のβ型窒化ケイ素粒子が配向した焼結体は得られない。具体的には、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａがゼロ近傍の小さな値となるので、熱伝導率と機械的特性のバランス上、好ましくない。さらに、雰囲気ガス圧力を３ＭＰａよりも高めるには、高圧下で使用できる特殊な焼結炉が必要となり、設備費が著しく高くなるので好ましくない。
【００６７】
特許文献３では、雰囲気ガス圧力４０、６０、１００および２０００気圧で、高い熱伝導率と高い曲げ強度を実現しているが、表１に掲載されたデータは、厚さ３ｍｍ以上のバルクのＣＩＰ成形体を焼結した後、得られた窒化ケイ素質焼結体を切削・研磨加工して得られた試験片の特性を測定したものであって、有機バインダーを多量に添加するシート成形プロセスで得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の特性値ではない。さらに、ＭｇＯ添加量が０．９〜１．０重量％、Ｙ２Ｏ３添加量が３．１〜３．０重量％（ＭｇＯ／Ｙ２Ｏ３重量比が０．２９〜０．３３）という緻密化にとって厳しい焼結条件であるため、緻密化の進行する温度が高くなり、実際に表２に記載された焼結温度も高いので、長軸の長さが１０μｍを超える柱状β型窒化ケイ素粒子の個数が、１ｍｍ２当たりに１５２２３〜１９０２２個という大きな値となっている。このように柱状β型窒化ケイ素粒子の個数が多くなると、この粗大粒子が破壊の起点として作用するために破壊靭性が低下するばかりでなく、板状の窒化ケイ素質焼結体の表面が荒れ、通常のブラスト研磨加工では算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下という表面状態を実現し難い。算術平均粗さＲａが０．４μｍを超えると、活性金属ロウ材を用いない直接接合法（ＤＢＣ法）による銅板やアルミニウム板との接合が困難となる。また、接合できたとしても、耐熱サイクル試験における繰り返し熱サイクルで剥離や基板割れが起こってしまうので、好ましくない。前記の金属との接合体は−４０℃から１８０℃までの昇温・降温サイクルを繰り返した場合に、２０００サイクル以上の耐久性を有することが好ましい。また、コストアップとなるラップ研磨等により所望の表面粗さを実現出来たとしても、算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下に研磨された表面における開気孔率が大きくて、開気孔の最大開口径が１．０μｍを超える値となるので、好ましくない。
【００６８】
一方、窒素含有ガス圧力が０．１５ＭＰａ未満では、焼結時の最高保持温度を１７９０℃以上に上げることが出来ない。最高保持温度が１７９０℃未満では、焼結の進行速度が遅く、相対密度が９８％以上となる緻密な板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることが難しい。あるいは、最高保持温度１７９０℃未満で、緻密な窒化ケイ素質焼結体が得られたとしても、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の成長が不十分であり、低い熱伝導率の窒化ケイ素質焼結体しか得られないので、板状の窒化ケイ素質焼結体の熱伝導率を９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に上げることは困難である。最高保持温度が１８８０℃を超えると、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の成長が著しく速くなり、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに１００００個を超えてしまうので、好ましくない。さらに、最高保持温度は、１８００℃以上、あるいは１８５０℃以下であってよい。
【００６９】
１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲における保持時間が６時間未満であると、所望の相対密度、所望の柱状β型窒化ケイ素粒子を有する板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることが難しい。１７９０℃以上１８８０℃以下の温度範囲における保持時間が２０時間を超えると、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の成長が進み過ぎるばかりでなく、板状の窒化ケイ素質焼結体製造に長時間を要し、コストアップに繋がるので好ましくない。特に、１８８０℃を超える最高保持温度、２０時間を超える保持時間という、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の成長が著しく速い焼結条件で得られる板状の窒化ケイ素質焼結体は、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく多くなっており、熱伝導率は高いものの機械的特性が著しく劣っている。例えば、曲げ強度が７００ＭＰａ未満に低下する。さらには、上記温度範囲における保持時間は、８時間以上や、１４時間以下であってよい。
【００７０】
上記の焼結を行った後の冷却過程においては、１５００℃までを３５０℃／ｈｒ以上の速度で降温することが好適である。逆に、粒界での前記のＭｇＳｉＮ２結晶相の生成を抑制できる範囲内において、１０００℃までを２００℃／ｈｒ以下の降温速度で徐冷するか、または、１４５０℃〜１６５０℃の範囲の温度で一定時間保持することによって熱伝導率および機械的特性の更なる改善を行うことも可能である。
【００７１】
窒化ケイ素質焼結体中のβ型窒化ケイ素粒子の性状を最適化することにより、熱伝導率および曲げ強度を高めることができる。本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体の製造においては、シート成形における塗工速度と焼結後のβ型窒化ケイ素粒子の配向との間に相関が認められた。本発明は塗工速度を調整することにより焼結後のβ型窒化ケイ素粒子の配向を制御したものである。即ち、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下、さらには０．４０μｍ以下、さらには０．３０μｍ以下に研磨された表面における、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０８以上、０．２５以下であり、さらに表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた内部の面における配向度ｆａが前記の表面における配向度ｆａより小さくなることが好ましい。なお、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、前述の＜配向度ｆａの算出方法＞に記載された式（１）で表される配向度ｆａである。本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下、さらには０．０５μｍ以上、０．４０μｍ以下、さらには０．３０μｍ以下に研磨された表面における、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが、０．０８以上０．２５以下、さらに０．１０以上０．２０以下であることができる。
【００７２】
窒化ケイ素原料は不可避的に少量の微細なβ型窒化ケイ素粒子を含んでいる。この微細β型窒化ケイ素粒子は柱状であるため、シート成形時の塗工速度を上げると基板の厚み方向に垂直な方向に傾く傾向がある。焼結過程においては、このように配向した微細β型窒化ケイ素粒子を核として柱状のβ型窒化ケイ素粒子が成長するため、塗工速度を変えることによって、焼結後に得られる柱状β型窒化ケイ素粒子の配向度を制御できるようになる。本発明は塗工速度を調整することにより焼結後のβ型窒化ケイ素粒子の配向を制御したものである。さらに、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における内部の柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０１以上０．１６未満であり、好ましくは、前記の表面における配向度ｆａより小さいことを特徴とする。特許文献６の実施例及び比較例に掲載された表面配向度ｆａはすべて０．２７〜０．４０であり、実施例に掲載された内部配向度ｆａはすべて０．１８〜０．２９である。本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体の表面配向度ｆａは特許文献６に開示された前記の値よりも小さな値である。同時に、内部配向度ｆａも特許文献６に開示された前記の値よりも小さな値であり、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、表面から内部まで全域に渡って特許文献６よりも小さな配向度ｆａを有している。なお、表面配向度ｆａと内部配向度ｆａとの差異は０．０３以上０．０８以下であることが、さらに好ましい。
【００７３】
一般に、板状の窒化ケイ素質焼結体は粗大な柱状粒子と微細な柱状粒子を主たる成分として構成されており、柱状粒子の配向度ｆａは粗大な柱状粒子の影響を大きく受ける。この配向度ｆａは−１から１までの値を取り得るが、配向度ｆａが０とは、柱状粒子が無秩序に配置されていることを表わす。配向度ｆａが０より大きい場合には、板状の窒化ケイ素質焼結体の表面に平行な方向（厚さ方向に垂直な方向）に対する柱状粒子の長軸の傾きが４５度以内である柱状粒子をより多く含んでいる。さらに、配向度ｆａの値が１に近付くと、表面に平行な方向に対する柱状粒子の長軸の傾きが０度に近くなっていることを示している。表面に平行な方向に対する柱状粒子の長軸の傾きを小さくすることは高強度の実現に有利である。
【００７４】
したがって、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、表面から内部まで、焼結体の表面に平行な方向（厚さ方向に垂直な方向）に対する柱状粒子の長軸の傾きが、特許文献６に開示された窒化ケイ素質焼結体よりも大きな値となっている。表面に対する柱状粒子の長軸の傾きが大きいと、板状焼結体の厚み方向の熱伝導率が高くなるので、絶縁基板用途に適している。特に、内部配向度ｆａを０．０１以上０．１６未満に制御することによって、柱状粒子の粗大化を抑制しても高い熱伝導率を実現できる。一方、表面配向度ｆａを０．０８以上０．２５以下に制御することによって、優れた機械的特性（高い強度と高い破壊靭性）と高い熱伝導率の両方を満足することができる。
【００７５】
特許文献９には、柱状のβ窒化ケイ素粒子のｃ軸が基板の厚み方向に配向していることを特徴とする窒化ケイ素セラミックスが開示されている。同公報には、前記β窒化ケイ素粒子のうち９０％以上の粒子が基板の厚み方向に対するｃ軸の傾きが±２０度以内であり、前記β窒化ケイ素粒子のうち５０％以上の粒子が基板の厚み方向に対するｃ軸の傾きが±５度以内である窒化ケイ素セラミックスの熱伝導率が高いことが記載されている。しかしながら、同公報の開示内容に反して、本発明においては、必ずしもβ型窒化ケイ素粒子が厚み方向と平行に整列・配向しておらず、窒化ケイ素質焼結体の表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す前記の（１）で表される表面の配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下であっても、内部の配向度ｆａを小さくすることによって、高い熱伝導率を実現できるばかりでなく、後述のごとく柱状粒子の粒成長を制御して、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が１ｍｍ２当たりに１００００個以下にすることで、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）を高めることができることを知得した。
【００７６】
これに対して、前記の表面配向度ｆａが０．０８未満の値になると、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下するので好ましくない。表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の前記の配向度ｆａのより好ましい範囲は０．１０〜０．２０である。さらに、前記の配向度ｆａは、０．１２以上、０．１４以上、０．１８以下であってよい。
【００７７】
ここで、研磨された表面とは、例えばバレル研磨、ホーニング加工、ラップ研磨、ポリッシング研磨およびバフ研磨によって得られる面である。
【００７８】
さらに、本発明の窒化ケイ素質焼結体のミクロ組織は、マトリックスに良熱伝導体である粒子の長軸長さが１０μｍ以上である柱状のβ型窒化ケイ素粒子を含んでいる。この柱状のβ型窒化ケイ素粒子の長軸の長さは、原料として使用するＳｉ３Ｎ４粉末の酸素含有量と焼結条件（昇温速度、最高保持温度および最高保持温度での保持時間）を調整することによって制御することができる。
【００７９】
走査型電子顕微鏡等で窒化ケイ素質焼結体の切断面を観察したとき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の内、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が、１ｍｍ２当たりに５００個以上１００００個以下である場合に、曲げ強度および破壊靭性値が著しく高くなる。長軸の長さが１０μｍを超える柱状β型窒化ケイ素粒子の個数が、１ｍｍ２当たりに８００個以上９０００個以下であることが好ましく、さらに、１ｍｍ２当たりに１０００個以上５０００個以下であることがより好ましい。これに対して、焼結時の最高保持温度が高過ぎて、長軸の長さが１０μｍを超える粒子が、１ｍｍ2当たりに１００００個を超えた場合には、組織中に導入されたこの粗大粒子が破壊の起点として作用するために破壊靭性が大きく低下し、室温における４点曲げ強度が９００ＭＰａ未満となるので、窒化ケイ素質焼結体を基板用途等に適用するには不十分な特性となる。従来、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が１ｍｍ２当たりに１００００個を超える値とすることで高熱伝導性を実現してきたが、粗大な柱状粒子の存在は機械的特性（強度と破壊靱性）に悪影響を及ぼす。本発明においては、表面配向度ｆａを０．０８以上０．２５以下に、内部配向度ｆａを０．０１以上０．１６未満に制御することによって、柱状粒子の粗大化を抑制しつつ、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度と破壊靱性）を両立させることができた。一方、焼結時の最高保持温度が低過ぎて、長軸の長さが１０μｍを超えるものの個数が１ｍｍ2当たりに５００個未満となると、熱伝導率が低下するばかりでなく、破壊靭性値が低下するので好ましくない。
【００８０】
本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体においては、表面は研磨されていなくてもよいが、表面が研磨されていること、表面の算術平均粗さＲａを０．０６μｍ以上０．４μｍ以下、さらには０．３０μｍ以下、０．２０μｍ以下とすることが好ましい。算術平均粗さＲａが０．０６μｍ未満では、加工時の残留応力等により板状の窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度が低下する。逆に、算術平均粗さＲａが０．４μｍを超えると、回路形成用の金属板との接合が困難となるので好ましくない。特に、活性金属ロウ材を用いない直接接合法（ＤＢＣ法）による銅板やアルミニウム板との接合が困難となる。
【００８１】
前記算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下に研磨された表面における開気孔率は１．０％以下であり、開気孔の最大開口径が１．０μｍ以下であることが好ましい。表面における開気孔の最大開口径が１．０μｍ以下であると優れた電気特性を期待できる。特に、表面における開気孔の最大開口径が０．５μｍ以下であることがより好適である。このような緻密で残留気孔の少ない板状の窒化ケイ素質焼結体は絶縁抵抗や絶縁耐圧が優れているので、絶縁基板、回路基板などの電子基板用途に適している。
【００８２】
研磨された表面における最大開口径および開気孔率は、以下のようにして算出した。まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、観察倍率２０００倍にて、窒化ケイ素質焼結体の研磨された表面から、１観察視野当たり６０μｍ×４４μｍに設定した領域の５観察視野の画像を取り込んだ。画像解析装置（（株）マウンテック製Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ）により、５観察視野・測定総面積１３２００μｍ２の中で最も大きい開気孔の径を測定することで最大開口径を求めた。次に、同画像解析装置により、画像内の１視野の測定面積を４００μｍ２，測定視野数を１２，つまり測定総面積を４８００μｍ２として、当該測定総面積における開気孔の面積を求めた。当該開気孔の面積を測定総面積で除して、測定総面積における当該開気孔の面積の割合を表面の開気孔率とした。これにより、表面における開気孔率を算出することができた。
【００８３】
窒化ケイ素原料として、酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下である窒化ケイ素粉末を使用する。比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上である窒化ケイ素粉末を使用する。好ましくは、窒化ケイ素原料として、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下であり、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満である窒化ケイ素粉末を使用する。より好ましい窒化ケイ素原料は、比表面積が１３．５ｍ２／ｇ〜２５．０ｍ２／ｇ、酸素含有量は１．２５重量％以上２．２重量％以下である。特に好ましくは、比表面積は１５．１ｍ２／ｇ〜２５．０ｍ２／ｇ、酸素含有量は１．３重量％以上２．０重量％以下である。窒化ケイ素原料に含まれる酸素は、粒子表面から粒子表面直下３ｎｍまでに存在する表面酸素と粒子表面直下３ｎｍから内側に存在する内部酸素に区分される。前記の酸素含有量は、表面酸素の含有割合と内部酸素の含有割合との和である。表面酸素の含有割合をＦＳＯ（重量％）とし、内部酸素の含有割合をＦＩＯ（重量％）としたとき、窒化ケイ素原料としては、ＦＳＯが０．７６〜１．１０重量％であることが、より好ましい。さらに、ＦＳＯが０．８０〜１．００重量％であることが特に好ましい。
【００８４】
本発明に使用される、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下であり、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満である窒化ケイ素粉末は、例えば、特許文献８に開示された方法により製造することができ、粒子表面から粒子表面直下３ｎｍまでに存在する酸素の含有割合をＦＳＯ（質量％）とし、粒子表面直下３ｎｍから内側に存在する酸素の含有割合をＦＩＯ（質量％）とし、比表面積をＦＳ（ｍ２／ｇ）とした場合に、ＦＳＯ／ＦＳが０．０４〜０．１２５（（ｇ・質量％）／ｍ２）であり、ＦＩＯ／ＦＳが０．０４５（（ｇ・質量％）／ｍ２）以下であるが、これに限定される訳ではない。ここで、質量％と重量％は同じ値である。なお、前記のＦＳＯ／ＦＳは０．４〜１．２５（ｍｇ／ｍ２）と表記することもでき、前記のＦＩＯ／ＦＳは０．４５（ｍｇ／ｍ２）以下と表記することもできる。窒化ケイ素粉末のアルミニウム含有量を５０ｐｐｍ未満に低減することは、窒化ケイ素粉末の製造原料におけるアルミニウム含有量を低減するとともに、窒化ケイ素粉末の製造過程における酸化アルミニウムの混入（例えば、粉砕媒体からの混入）を制限することで可能である。
【００８５】
また、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、かつ酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下であれば、粒度分布を制御するため、比表面積の異なる２種類の窒化ケイ素粉末を混合しても良い。例えば、比表面積が１０．０ｍ２／ｇ以下で酸素含有量が１．２重量％未満の窒化ケイ素粉末と比表面積が１３．５ｍ２／ｇ以上で酸素含有量が１．３重量％以上の窒化ケイ素粉末を混合した原料を使用したとしても、混合後の窒化ケイ素原料の比表面積が１３．０ｍ２／ｇ以上、酸素含有量が１．２重量％以上２．３重量％以下であり、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であれば、本発明の効果は得られる。
【００８６】
窒化ケイ素粉末の比表面積が１３．０ｍ２／ｇ未満になると、焼結の駆動力が低下するので、焼結助剤の添加量が７．０重量％を超える量に増やさないと高密度な板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることが難しい。同様に、酸素含有量が１．２重量％未満となっても、焼結の進行が著しく遅くなり、焼結助剤の添加量が７．０重量％を超える量に増やさないと高密度な板状の窒化ケイ素質焼結体を得ることが難しい。一方、焼結助剤の添加量が７．０ｗｔ％を超えると、熱伝導率が低下するので好ましくない。
【００８７】
さらに、酸素含有量が１．２重量％未満の場合には、算術平均粗さＲａが０．０６μｍ以上０．４μｍ以下に研磨された表面における開気孔率が１．０％を超え、開気孔の最大開口径が１．０μｍを超える大きな値になるので好ましくない。特に、比表面積が１３．０ｍ２／ｇ未満かつ酸素含有量が１．２重量％未満の場合には、開気孔の最大開口径がさらに大きな値となるので好ましくない。開気孔率が大きくなると機械的特性（強度および靭性）が悪化する。また、最大開口径が１．０μｍを超える大きな値になると、絶縁抵抗や絶縁耐圧が悪化し、絶縁基板や回路基板などの電気絶縁材料用途への適用が難しくなる。酸素含有量が２．３重量％を超えると、高密度な板状の窒化ケイ素質焼結体は得られるものの、熱伝導率および機械的特性（強度、破壊靭性）が低下するので好ましくない。特に、熱伝導率の低下が著しい。
【００８８】
アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ以上である窒化ケイ素粉末を使用すると、焼結後に、β型窒化ケイ素粒子内部に固溶するアルミニウムが増加する。固溶したアルミニウムイオンによるフォノン散乱は熱伝導率低下の原因となり、得られる板状の窒化ケイ素質焼結体の熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満に低下するので好ましくない。実測したアルミニウム含有量のより好ましい範囲は４０ｐｐｍ以下であり、本発明の実験条件の範囲内においては、アルミニウム含有量が４０ｐｐｍ以下の窒化ケイ素粉末を使用した場合には、アルミニウム含有量が板状の窒化ケイ素質焼結体の特性に及ぼす影響は目立たなかった。
【００８９】
本発明によれば、従来は熱伝導性と機械的特性の両面で性能不足であったシート成形プロセスによって、高熱伝導性と優れた機械的特性とを兼ね備えた板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することが出来るので、製造コスト面で有利である。即ち、本発明によれば、熱伝導率が室温において９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において９００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが７．６ＭＰａ√ｍ以上である、高熱伝導性と優れた機械的特性とを兼ね備えた板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することができ、熱伝導性と機械的特性とのバランスの取れた板状の窒化ケイ素質焼結体として、絶縁基板、回路基板などの電子基板用途に供することができる。
【００９０】
さらに、本発明によれば、熱伝導率が室温において１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、４点曲げ強度が室温において１０００ＭＰａ以上であり、ＩＦ法（インデンテーション法）により測定した破壊靭性値ＫＩＣが９．０ＭＰａ√ｍ以上である、高熱伝導性と優れた機械的特性とを兼ね備えた板状の窒化ケイ素質焼結体を製造することができる。
【実施例】
【００９１】
以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、それらの実施例により限定されるものではない。【００９２】
（実施例１）
焼結助剤として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末（比表面積３ｍ２／ｇ、高純度化学研究所製）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）粉末（比表面積３ｍ２／ｇ、信越化学工業製）を用意した。【００９３】
粉砕媒体である窒化ケイ素製ボールは通常、数％のＡｌ２Ｏ３を含有しており、ボールミル処理時の摩耗量も多いため、原料調整後の配合粉には２０ｐｐｍ前後のＡｌ２Ｏ３が混入している。このため、本実施例においては、Ａｌ２Ｏ３含有量が１．９ｗｔ％前後であり、特に耐摩耗性に優れた窒化ケイ素製ボールを使用して、原料調製時のＡｌ２Ｏ３混入量を最小限に抑えた。【００９４】
比表面積１８．５ｍ２／ｇ、酸素含有量１．７７ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合３．５質量％の窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末９４．５質量部に、焼結助剤として前記の酸化イットリウム３．５質量部および前記の酸化マグネシウム２質量部を配合し、ソルビタンエステル系の分散剤を粉末に対して２質量部溶解したトルエン−イソプロパノール−キシレン溶媒および粉砕媒体である窒化ケイ素製ボールと共にボールミル用樹脂製ポットに投入して、２４時間湿式混合した。得られたスラリーを目開き４４μｍの篩に通した後、前記樹脂製ポット中の混合粉末１００質量部に対しＰＶＢ系樹脂バインダー１６質量部および可塑剤（ジメチルフタレ−ト）４質量部を溶解したトルエン−イソプロパノール−キシレン溶媒を添加し、さらに２４時間湿式混合して、シート成形用スラリーを得た。この成形用スラリーの粘度が５０ポイズ程度となるよう真空脱泡して溶媒量を調整後、ドクターブレード装置を使用して、得られた混合粉末スラリーをキャリアフィルム上に所定の厚みでキャストして、シート成形されたグリーンシートを得た。【００９５】
さらに、得られたグリーンシートを温度１２０℃、所定の圧力で３枚積層圧着処理して、焼き上がり寸法が０．３５ｍｍ程度の厚みとなる積層成形体シートを作製した。作製した積層成形体シートに対して、外観検査を行い、クラックの有無を確認した。そして、この積層成形体シートを６０ｍｍ×７０ｍｍに切断し、寸法、平均厚さならびに重量を測定して成形体密度を算出した。本実施例における積層成形体シート密度は１．７６ｇ／ｃｍ３であった。また、焼結体の嵩密度測定および熱伝導率測定のために、前記のグリーンシートの積層枚数を増やし、焼き上がり寸法が直径１０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍとなるように円盤状試験片用の成形体シートを切り出した。【００９６】
次いで、この積層成形体シートを、分離材を介して、重ねて窒化ホウ素製容器に入れ、空気中４００〜６００℃で２〜５時間加熱することにより、予め添加した有機バインダー成分等を十分に脱脂（除去）した。次いで、この脱脂体を、０．８ＭＰａの窒素雰囲気下で、１５２０℃まで加熱し、１５２０℃から１８００℃までの昇温速度を１２０℃／ｈｒとして、１８００℃まで加熱し、さらに１８００℃で１０時間保持して焼結した。その後、１５００℃までの冷却速度を３５０℃／ｈｒとして、その後室温まで冷却し、得られた窒化ケイ素質焼結体を分離材層で剥離して、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体をブラスト研磨加工し、所望の表面粗さを有する基板用の窒化ケイ素質焼結体とした。ブラスト研磨加工による除去厚みは、平均値で１０μｍ以下であった。【００９７】
本発明に使用した窒化ケイ素粉末の全酸素含有量ＦＴＯと表面酸素含有量ＦＳＯは、以下の方法により測定した。まず、窒化ケイ素粉末を秤量し、窒化ケイ素粉末の表面酸素と内部酸素の合計である全酸素含有量ＦＴＯをＪＩＳ Ｒ１６０３−１０酸素の定量方法に準拠した不活性ガス融解−二酸化炭素赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ−１３６型）で測定した。次に、秤量した窒化ケイ素粉末を、窒化ケイ素粉末１質量部に対しフッ化水素が５質量部となるように、窒化ケイ素粉末とフッ酸水溶液とを混合し、室温で３時間攪拌した。これを吸引濾過し、得られた固形物を１２０℃で１時間真空乾燥した後、このフッ酸処理粉末の重量と酸素含有量を測定した。この値を補正前ＦＩＯ（フッ酸処理粉末に対する質量％）とした。内部酸素量ＦＩＯ（窒化ケイ素粉末に対する質量％）は下記の式（４）から算出し、表面酸素量ＦＳＯ（窒化ケイ素粉末に対する質量％）を下記の式（５）から算出した。このようにして求めた表面酸素量が、粒子表面から粒子表面直下３ｎｍの範囲に存在する酸素に起因することは、前記のフッ酸処理前後における窒化ケイ素粉末のＸ線光電子スペクトルのデプス・プロファイル及び処理前後の粉末重量変化より確認した。
ＦＩＯ（質量％）＝（（フッ酸処理粉末の重量）（ｇ））／（窒化ケイ素粉末重量（ｇ））×補正前ＦＩＯ（質量％）・・・・（４）
ＦＳＯ（質量％）＝ＦＴＯ（質量％）−ＦＩＯ（質量％）・・・・（５）【００９８】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の外観検査を行い、目視により色調ムラの有無を判定すると共に、ＣＣＤカメラにより色調の異なる模様の有無を確認した。【００９９】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の嵩密度は、細線に吊るした試験片の重量と浮力を測定するアルキメデス法により測定した。嵩密度から相対密度（配合組成に基づく理論密度に対する比率）を求めた。【０１００】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体のＸ線回折パターン測定には、(株)リガク製ＲＩＮＴ−ＴＴＲIII型広角Ｘ線回折装置を使用した。Ｘ線源はＣｕＫα線であり、β型窒化ケイ素の各回折ピーク（（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面）のピーク強度を調べると共に、ＭｇＳｉＮ２に起因する回折ピークの有無を調べた。さらに、β型窒化ケイ素、ＭｇＳｉＮ２以外にも焼結助剤成分に起因する結晶相が粒界に析出しているのか否かを確認した。【０１０１】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体表面の算術平均粗さＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ４２８７−１９９７）に準拠して測定した。触針式の表面粗さ計を用い、窒化ケイ素質焼結体の研磨された表面に、触針先端半径が２μｍの触針を当て、測定長さを５ｍｍ、触針の走査速度を０．５ｍｍ／秒に設定して表面粗さを測定し、この測定で得られた５箇所の平均値を算術平均粗さＲａの値とした。【０１０２】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の曲げ強度測定には、幅４．０ｍｍ×厚さ０．３５ｍｍ×長さ４０ｍｍの曲げ試験片を使用した。インストロン社製万能材料試験機を用いて、試験片の厚み（０．３５ｍｍｔ）が異なる以外は、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠した方法で、内スパン１０ｍｍ、外スパン３０ｍｍの四点曲げ試験冶具により、室温の四点曲げ強度を測定した。【０１０３】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の破壊靱性値測定は、ＪＩＳ−Ｒ１６０７：２０１５に準拠したＩＦ法で測定した。板状の窒化ケイ素質焼結体の鏡面研磨された表面にビッカース圧子を所定の圧子押込み荷重（５ｋｇｆ（４９Ｎ））で１５秒間押し込み、ビッカース圧痕の一方の対角線が板状の窒化ケイ素質焼結体の厚さ方向と垂直になるようにして、ビッカース圧痕の対角線の長さと対角線の延長上に発生する亀裂長さを測定した。得られた測定長さから破壊靱性値ＫＩＣを算出した。【０１０４】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の熱伝導率測定用に、前記の方法で、直径１０ｍｍφ×厚さ１ｍｍｔの円盤状試験片を作製した。この円盤状試験片を用いて、ＪＩＳ Ｒ１６１１に準拠したフラッシュ法により熱伝導率を室温で測定した。【０１０５】
また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、観察倍率１０００倍にて、板状の窒化ケイ素質焼結体の切断面の０．０１ｍｍ２（１ｍｍ2の１／１００）の領域を任意に３箇所観察し、その領域中に存在する長軸の長さが１０μｍを超える柱状のβ型窒化ケイ素粒子の個数を調べ、１ｍｍ2当たりの個数に換算した後、その平均値を求めた。【０１０６】
＜配向度ｆａの算出方法＞
板状の窒化ケイ素質焼結体の表面および内部における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａは、以下のようにして求めた。【０１０７】
表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａを求めるために、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面のＸ線回折測定を行った。窒化ケイ素質焼結体の表面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下でないときは、表面を研磨して算術平均粗さＲａを０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に調整した。Ｘ線回折測定は、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度を測定した。内部における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａを求めるためには、表面の配向度ｆａ測定を行った算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された前記表面から、さらに焼結体の約０．１０ｍｍ内側まで研削して、得られた面のＸ線回折測定を行い、（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度を測定した。前記の約０．１０ｍｍ内側までの研削は、粗研磨に＃１５０前後の砥粒を使用し、仕上げ研磨に＃４００前後の砥粒を使用して、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下となるように研磨した。【０１０８】
六方晶系の柱状粒子の配向度はＦ．Ｋ．Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇによって提案された以下の式（１）で表される（Ｆ．Ｋ．Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇ，Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｎｕｃｌ．Ｃｈｅｍ．，９（１９５９）１１３〜１２３ページ参照）。そこで、表面および内部の面のＸ線回折測定の結果に基づき、柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａを、以下の式（１）で表される式から計算した。
ｆａ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）  ・・・・（１）
この式（１）において、Ｐは以下の式（２）で表され、Ｉ（１１０）、Ｉ（２００）、Ｉ（２１０）、Ｉ（３１０）、Ｉ（３２０）、Ｉ（１０１）、Ｉ（２０１）、Ｉ（００２）はβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（２１０）面、（３１０）面、（３２０）面、（１０１）面、（２０１）面、（００２）面のＸ線回折ピーク強度をそれぞれ意味する。
また、Ｐ０は以下の式（３）で表され、Ｉ０（１１０）、Ｉ０（２００）、Ｉ０（１０１）、Ｉ０（２１０）、Ｉ０（２０１）、Ｉ０（３１０）、Ｉ０（３２０）、およびＩ０（００２）は、等方的なβ型窒化ケイ素粉末におけるβ型窒化ケイ素の（１１０）面、（２００）面、（１０１）面、（２１０）面、（２０１）面、（３１０）面、（３２０）面、および（００２）面のＸ線回折パターン強度から算出される。本発明においては、β型窒化ケイ素粉末のＰ０の測定値は０．６５であった。
Ｐ＝（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０））／（Ｉ（１１０）＋Ｉ（２００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（２１０）＋Ｉ（２０１）＋Ｉ（３１０）＋Ｉ（３２０）＋Ｉ（００２））  ・・・・（２）
Ｐ０＝（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０））／（Ｉ０（１１０）＋Ｉ０（２００）＋Ｉ０（１０１）＋Ｉ０（２１０）＋Ｉ０（２０１）＋Ｉ０（３１０）＋Ｉ０（３２０）＋Ｉ０（００２））  ・・・・（３）【０１０９】
研磨された表面における最大開口径および開気孔率は、以下のようにして算出した。まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、観察倍率２０００倍にて、窒化ケイ素質焼結体の研磨された表面から、１観察視野当たり６０μｍ×４４μｍに設定した領域の５観察視野の画像を取り込んだ。画像解析装置（（株）マウンテック製Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ）により、５観察視野・測定総面積１３２００μｍ２の中で最も大きい開気孔の径を測定することで最大開口径を求めた。次に、同画像解析装置により、画像内の１視野の測定面積を４００μｍ２，測定視野数を１２，つまり測定総面積を４８００μｍ２として、当該測定総面積における開気孔の面積を求めた。当該開気孔の面積を測定総面積で除して、測定総面積における当該開気孔の面積の割合を表面の開気孔率とした。これにより、表面における開気孔率を算出することができた。【０１１０】
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体を破砕・解砕し、目開き２５０μｍの篩を通した。ＪＩＳ Ｒ１６０３−１０酸素の定量方法に準拠した不活性ガス融解−二酸化炭素赤外線吸収法（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ−１３６型）により、解砕物試料の酸素含有量を測定した。【０１１１】
前記の解砕物試料０．５ｇを硝酸およびフッ化水素酸と共に分析用のテフロン（登録商標）製加圧分解容器に入れ、マイクロ波を照射して加熱分解した後、超純水で定容して検液とした。次に、島津製作所製ＩＣＰＥ−９８２０型誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）装置により検液中の各金属元素（アルミニウム、イットリウム、マグネシウム、スカンジウム、エルビウム、ルテチウム）の定量分析を行った。【０１１２】
前記の窒化ケイ素質焼結体の製造に使用した原料粉末の組成と性状、シート成形における塗工条件および窒化ケイ素質焼結体の製造条件の概略ならびに得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性に関する前記の評価項目の測定結果を表１、表２および表３に示す。表１〜表３において、実施例１〜５２は本発明例であり、比較例１〜２１は本発明に対する比較例である。室温での曲げ強度とは４点曲げ強度、粗大β粒子個数とは窒化ケイ素質焼結体の板面に垂直な切断面の１ｍｍ2の領域に観察される、β型窒化ケイ素粒子の長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数を表わす。【０１１３】
【表１−１】
2019235594.tif 000002
【表１−２】
2019235594.tif 000003
【表１−３】
2019235594.tif 000004
【０１１４】
【表２−１】
2019235594.tif 000005
【表２−２】
2019235594.tif 000006
【表２−３】
2019235594.tif 000007
【０１１５】
【表３−１】
2019235594.tif 000008
【表３−２】
2019235594.tif 000009
【表３−３】
2019235594.tif 000010
【０１１６】
（実施例２）
焼結温度を１８５０℃に上げた以外は、実施例１と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。焼結条件と得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成を表２に、得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の特性を表３に示す。焼結温度を上げることで、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が増加し、熱伝導率が上昇した。【０１１７】
（実施例３および４）
焼結時の最高温度での保持時間を変えた以外は、実施例１と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例３では、最高温度での保持時間が６時間であったためか、焼結体の酸素含有量がやや高く、粗大β粒子の個数が減少して、熱伝導率と破壊靭性値が若干低下した。【０１１８】
（実施例５）
窒化ケイ素原料（比表面積１６．９ｍ２／ｇ、酸素含有量１．５０ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合３．０質量％）と最高温度での保持時間を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末の比表面積が１６．９ｍ２／ｇ、酸素含有量が１．５０ｗｔ％の場合にも、高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１１９】
（実施例６）
ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度と最高温度での保持時間を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。最高温度での保持時間を延ばすことで粗大β粒子の個数が増加して、熱伝導率が上昇した。【０１２０】
（実施例７〜９）
窒化ケイ素原料（実施例７および８：比表面積１３．７ｍ２／ｇ、酸素含有量１．２５ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合２．２質量％、実施例９：比表面積１４．０ｍ２／ｇ、酸素含有量１．３０ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合２．３質量％）およびドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度を変え、表１および表２に記載された条件にて、実施例１と同様にして、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。窒化ケイ素原料を変えることで、実施例７および８の積層成形体シート密度は１．９７ｇ／ｃｍ３へ、実施例９の積層成形体シート密度は１．９５ｇ／ｃｍ３に上昇した。実施例７および９では、焼結体の酸素含有量がやや高くなったためか、熱伝導率と破壊靭性値が若干低下した。【０１２１】
（実施例１０〜１２）
焼結条件を変えた以外は、実施例７と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例１２では、１８５０℃で２０時間保持したことにより破壊靭性値ＫＩＣが９．５ＭＰａ√ｍに上昇した。【０１２２】
（実施例１３）
酸化マグネシウムと希土類酸化物との重量比（酸化マグネシウム／希土類酸化物）および焼結時の最高保持温度での保持時間を変えたこと以外は、実施例３と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。焼結体の酸素含有量がやや高く、粗大β粒子の個数が減少して、熱伝導率が若干低下した。【０１２３】
（実施例１４〜１６）
希土類酸化物をＳｃ２Ｏ３、またはＥｒ２Ｏ３、あるいはＬｕ３Ｏ３に変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例１６では曲げ強度が上昇した。【０１２４】
（実施例１７）
酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比、およびドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比を変えても、高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１２５】
（実施例１８）
酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比、および昇温過程において１５５０℃で２時間保持し、１５５０℃〜最高保持温度までの昇温速度を１４０℃／ｈｒに変えたこと以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。１５５０℃での２時間保持により、配合組成に比べて、焼結体の酸素含有量が減少して、高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１２６】
（実施例１９）
窒化ケイ素原料（比表面積１６．９ｍ２／ｇ、酸素含有量１．５０ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合３．０質量％）および酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。酸化マグネシウムと希土類酸化物との重量比を酸化マグネシウム／希土類酸化物＝１．４に変えたために、破壊靱性値が若干低下した。【０１２７】
（実施例２０）
酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比を変えた以外は、実施例４と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。酸化マグネシウムと希土類酸化物との重量比が酸化マグネシウム／希土類酸化物＝０．６２の場合にも、高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１２８】
（実施例２１および２２）
焼結助剤である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の添加量およびその重量比を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例２２では、焼結助剤の添加量が多いためか、焼結体の実測酸素含有量がやや高く、熱伝導率と破壊靭性値が若干低下した。【０１２９】
（実施例２３）
焼結時のガス圧力を０．４ＭＰａに下げた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。ガス圧力０．４ＭＰａでは０．８ＭＰａの場合とほぼ同等の特性を有する窒化ケイ素質焼結体が得られた。【０１３０】
（実施例２４〜２６）
焼結助剤の添加量を６．５重量％とし、酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比を０．４に、ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および焼結条件（最高温度での保持時間）を変えた。さらに、実施例２４では昇温過程において１５５０℃で２時間保持した後、１５５０℃〜最高保持温度までの昇温速度を１２０℃／ｈｒ（実施例２５および２６では、１５２０℃から１８８０℃までの昇温速度は１２０℃／ｈｒ）にし、実施例２６では窒化ケイ素原料（比表面積１３．７ｍ２／ｇ、酸素含有量１．２５ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合２．２質量％）を変えた。表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例２４では、粗大β粒子の個数が３８００であるため、高い熱伝導率と優れた機械的特性（強度および破壊靭性値）を示した。実施例２５では、粗大β粒子の個数が増加したためか、機械的特性（強度および破壊靭性値）が若干低下した。実施例２６では、焼結体としての実測マグネシウム含有量と前記の実測希土類金属含有量との比率が実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量＝０．２７に下がっており、粗大β粒子の個数がさらに増加したためか、若干ではあるが、機械的特性（強度および破壊靭性値）がさらに低下した。【０１３１】
（実施例２７）
窒化ケイ素原料（比表面積１６．４ｍ２／ｇ、酸素含有量１．４６ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合２．７質量％）を変え、アルミニウム含有量が４０ｐｐｍの窒化ケイ素粉末を使用した以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。焼結体の実測アルミニウム含有量４３ｐｐｍまでは特性低下はほとんど認められなかった。【０１３２】
（実施例２８および２９）
得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の表面研磨加工の条件を変え、実施例２９ではさらに窒化ケイ素原料（比表面積１６．９ｍ２／ｇ、酸素含有量１．５０ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合３．０質量％）を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。表３に記載された表面粗さの範囲までは特性低下はほとんど認められず、高い熱伝導率と高い曲げ強度を示した。【０１３３】
（実施例３０〜３２）
ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度を変えると共に、焼結条件（最高保持温度での保持時間）を変え、表１および表２に記載された条件にて、実施例４と同様にして、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実施例３０では、焼結体の酸素含有量がやや高いためか、実施例３１と比べて、熱伝導率が若干低下した。実施例３２では逆に、焼結体の酸素含有量がやや低いためか、実施例３１と比べて、機械的特性（強度および破壊靭性値）が若干低下した。【０１３４】
（実施例３３）
実施例３３は焼結時のガス圧力を２．０ＭＰａに上げた例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。ガス圧力２．０ＭＰａにおいても０．８ＭＰａの場合と同等の特性が得られるが、ガス圧力が高いことによって酸化マグネシウムの蒸発が抑制されたことにより、焼結体の酸素含有量がやや高くなって、ガス圧力を２．０ＭＰａに上げたことの顕著な特性向上効果は認められなかった。【０１３５】
（実施例３４および３５）
実施例３４では、ブラスト研磨の後にラップ研磨加工を行った。ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の表面研磨加工の条件を変えた以外は、実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。表３に記載された表面粗さでは、機械的特性（強度および破壊靭性値）がやや低下傾向にあることが分かった。【０１３６】
（実施例３６）
酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比を０．６０に変更した以外は、実施例６と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。酸化マグネシウムと希土類酸化物との重量比が酸化マグネシウム／希土類酸化物＝０．６０の場合にも、高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１３７】
（実施例３７および３８）
酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比、ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および焼結条件（最高保持温度と保持時間）を変更した以外は、実施例８と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。最高保持温度での保持時間の影響か、β型窒化ケイ素粒子の粒成長がやや不十分であり、熱伝導率が若干低下した。【０１３８】
（実施例３９）
窒化ケイ素原料およびドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度を変えた以外は、実施例６と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１３９】
比表面積１５．５ｍ２／ｇ、酸素含有量１．４重量％（表面酸素量０．９８重量％）、β型窒化ケイ素含有割合２．５質量％の窒化ケイ素原料に変更しても、実施例６に匹敵する高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。【０１４０】
実施例４０〜４６では、特に酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比の影響に注目して、得られる板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を詳細に調べた。【０１４１】
（実施例４０〜４２）
焼結助剤の添加量を５．９重量％とし、酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比、ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度を変え、さらに実施例４２では焼結条件（最高保持温度と同温度での保持時間）を変えた以外は、実施例２と同様にして。表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１４２】
酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝０．９７、１．１１（実施例４０および４１）では、焼結体の実測酸素含有量がやや高いためか、熱伝導率が若干低下した。一方、酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝０．４４（実施例４２）では高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示した。実施例４２における、焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測イットリウム含有量の質量比は、実測マグネシウム含有量／実測イットリウム含有量＝０．３１であった。【０１４３】
（実施例４３〜４５）
焼結助剤の添加量を５．５重量％とし、酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比、ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および焼結条件（窒素ガス圧力、最高保持温度と同温度での保持時間）を変えた。これらの変更点以外は、実施例２と同様にして。表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１４４】
酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝０．６４（実施例４３）では高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を示し、酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝０．６０、０．５７（実施例４４および４５）でも、実施例４３にほぼ匹敵する特性を示した。実施例４３〜４５における、焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測イットリウム含有量の質量比は、それぞれ、実測マグネシウム含有量／実測イットリウム含有量＝０．４６、０．４３および０．４３であった。【０１４５】
なお、酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝０．５７で高い熱伝導率と優れた機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）を実現できることは、実施例２、４〜６、８、１０、１２および１６、２８、３１および３９で検証済である。【０１４６】
（実施例４６）
焼結助剤の添加量を５．５重量％とし、酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比、および焼結条件（最高保持温度）を変えた以外は、実施例８と同様にして。表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１４７】
酸化マグネシウム／酸化イットリウム＝１．７５（焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測イットリウム含有量の質量比が実測マグネシウム含有量／実測イットリウム含有量＝１．２３）では、粗大β粒子の個数がやや多いためか、機械的特性（強度および破壊靭性値）が若干低下した。【０１４８】
実施例４０〜４６の検討結果より、配合組成における酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比を０．４０≦酸化マグネシウム／希土類金属酸化物≦０．６６とし、焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測イットリウム含有量の質量比率が０．２６≦実測マグネシウム含有量／実測イットリウム含有量≦０．４９であることがより好適であることを確認できた。【０１４９】
（実施例４７〜４９）
焼結助剤の添加量をそれぞれ４．１重量％、３．５重量％および６．５重量％とした。酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比、ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および焼結条件（最高保持温度と同温度での保持時間）を変えた。これらの変更点以外は、実施例６と同様にして。表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１５０】
実施例４７では焼結助剤の添加量がより好適な範囲内（焼結体としての実測マグネシウム含有量と実測イットリウム含有量とを合計した助剤由来の金属元素含有量は２．５２重量％）であるため、実施例６にほぼ匹敵する熱伝導率と機械的特性（強度および破壊靭性値）を示した。一方、実施例４８では、焼結助剤の添加量が４．０重量％よりもやや少ないため機械的時性（強度および破壊靭性値）が若干低下し、実施例４９では、焼結助剤の添加量が６．０重量％よりもやや多いため熱伝導率が若干低下した。また、実施例４８および４９では、最大開口径もやや大きかった。【０１５１】
（実施例５０）
窒化ケイ素原料（比表面積１５．５ｍ２／ｇ、酸素含有量１．４０ｗｔ％、β型窒化ケイ素含有割合２．５質量％）、焼結条件（最高温度での保持時間）、および得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の表面研磨加工の条件を変えた以外は、実施例３３と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。表面研磨加工におけるブラスト研磨の程度を弱くしたため、算術平均表面粗さＲａは０．４６μｍとなり、機械的時性（強度および破壊靭性値）が若干低下した。また最大開口径もやや大きかった。【０１５２】
（実施例５１および５２）
実施例５１および５２は、焼結助剤である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の添加量を変えた例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。実測酸素含有量は実施例５１では２．８２重量％、実施例５２では２．９８重量％であり、焼結助剤の添加量が多くなると、酸素含有量が増加して、熱伝導率がやや低下した。さらに実施例５２では、機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）も若干低下した。【０１５３】
比表面積が１３．７〜１４．０ｍ２／ｇの窒化ケイ素原料を使用した場合、実施例７、９、１１、２６、３７、３８および４６では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。【０１５４】
焼結助剤の添加量を３．５重量％または６．５重量％とした場合（焼結体としての助剤由来の金属元素含有量が２．０１重量％または４．０３〜４．５２重量％の場合）、実施例２２、２５、２６、４８および４９では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。配合組成における酸化マグネシウムと酸化イットリウムとの重量比を酸化マグネシウム含有量／希土類金属酸化物含有量＝１．７５（焼結体としての実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量＝１．２３）とした実施例４６では、熱伝導率および機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。【０１５５】
さらに、焼結助剤の添加量を８．０重量％または８．１重量％とした場合（焼結体としての助剤由来の金属元素含有量が５．１８重量％または５．２６重量％の場合）、実施例５１および５２では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が他の実施例よりも低下していた。【０１５６】
焼結体の実測酸素含有量が１．７５未満の場合、実施例１５、２６、３２および４８では、機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。また、焼結体の実測酸素含有量が２．１０を超える場合、実施例３、７、９、１１、１３、１４、１９、２２、２３、２５、２７、３０、３３〜３５、３７、４０、４１、４５、４６、４９および５０では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。さらに、実測酸素含有量が２．８重量％を超える実施例５１および５２では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が、他の実施例よりも低下していた。【０１５７】
算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す表面の配向度ｆａが０．１０未満または０．２０を超える実施例７、９、１１、２５，２６、３０、３２、３５、３７、３８、４４，４７、４８および５２では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。【０１５８】
粗大β型窒化ケイ素粒子の個数が８００〜９９０個／ｍｍ２である実施例３、７、９、１１、１３、３０、３３、３７、３８、４５および５２では、熱伝導率または機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。一方、粗大β型窒化ケイ素粒子の個数が５１６０〜８８００個／ｍｍ２である実施例２５、２６、３２、４６、４８および５０では、機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が若干低下していた。【０１５９】
なお、実施例１から５２までの全ての実施例において、熱伝導率測定用の円盤状試験片を除く板状の窒化ケイ素質焼結体の厚さは０．３３〜０．４８ｍｍ、厚さ／面積比は１．０ｘ１０−４〜１．９ｘ１０−４（１／ｍｍ）、厚み方向に垂直な板面表層部の除去量は片面当たり０．００８〜０．０３ｍｍであった。【０１６０】
外観検査では、全ての実施例において色調ムラは観察されなかった。窒化ケイ素質焼結体板面のＸ線回折測定では、ＭｇＳｉＮ２等のＭｇ化合物の結晶相は検出されなかった。さらに、Ｎ−メリライト、Ｈ相、Ｊ相、Ｋ相などの希土類金属化合物の結晶相も検出されなかった。【０１６１】
（比較例１および２）
比較例１および２は、窒化ケイ素原料として、比表面積が低い粉末または酸素含有量が低い粉末を使用した例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。比表面積または酸素含有量が低下することにより、得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の相対密度が低下し、その結果として、熱伝導率、曲げ強度、破壊靭性値などの特性が低下した。【０１６２】
（比較例３）
比較例３は、窒化ケイ素原料として、酸素含有量が高過ぎる粉末を使用した例である。最高温度での保持時間は８時間とし、表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。焼結体の実測酸素含有量は２．５５重量％であり、窒化ケイ素原料の酸素含有量が高過ぎたせいか、β型窒化ケイ素粒子の粒成長が不足していた（５００個／ｍｍ２未満）。酸素含有量が高過ぎることにより、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が減少し、熱伝導率が低下した。【０１６３】
（比較例４）
窒化ケイ素原料を変え、アルミニウム含有量が５０ｐｐｍの窒化ケイ素粉末を使用した例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。焼結体の実測アルミニウム含有量が５５ｐｐｍに上がると、熱伝導率が低下した。【０１６４】
（比較例５）
比較例５は、焼結助剤である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の添加量を変えた例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。焼結助剤の添加量を減らすと、得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の相対密度が低下した（比較例５の焼結体の実測酸素含有量は１．３４重量％）。【０１６５】
（比較例６および７）
比較例６および７は、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比を変えた例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比を下げると、得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の相対密度が低下した（比較例６）。また、比較例６および７で得られた窒化ケイ素質焼結体の実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との重量比（実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量）は、それぞれ０．１５、２．３３であったため、配合組成におけるアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が高過ぎても、低過ぎても、得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の特性が低下した。【０１６６】
（比較例８〜１０）
比較例８〜１０は、焼結時のガス圧力が低過ぎる、最高保持温度が低過ぎるまたは最高保持温度が高過ぎるなど、焼結条件が不適切な例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。比較例９の焼結体の実測酸素含有量は２．５０重量％であった。焼結条件が不適切であると、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下した。さらに、焼結時のガス圧力が低過ぎる場合や最高保持温度が低過ぎる場合には、焼結体の相対密度が低く、熱伝導率も低下した。【０１６７】
（比較例１１および１２）
比較例１１および１２は、焼結時の最高温度での保持時間が短過ぎる、または長過ぎる例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。比較例１１の焼結体の実測酸素含有量は２．４８重量％であり、β型窒化ケイ素粒子の粒成長が不足していた（５００個／ｍｍ２未満）。焼結条件（最高温度での保持時間が短過ぎる、または長過ぎる場合）が不適切であると、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下した。また、最高温度での保持時間が短過ぎる場合には、熱伝導率が低下した。【０１６８】
（比較例１３）
比較例１３は、シート成形条件を変えて、表面における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａがゼロ近く（若干負の値）になった例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。β型窒化ケイ素粒子が厚み方向に対して無秩序に整列・配向すると、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下した。【０１６９】
（比較例１４）
比較例１４は、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比を変えた例である。最高温度での保持時間は２５時間とし、表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が高過ぎると、表２に記載された焼結条件（最高温度と同温度での保持時間）では、得られた窒化ケイ素質焼結体の実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との重量比（実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量）は１．４０であった。粒成長が進み過ぎ、長さが１０μｍを超える粗大なβ型窒化ケイ素粒子の個数が１００００個／ｍｍ２を超えたため、熱伝導率は上がったものの、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下した。【０１７０】
（比較例１５）
比較例１５は、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が小さくて、焼結時の最高温度が高過ぎ、その保持時間が長過ぎる例である。アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との重量比が小さ過ぎると、窒素ガス圧力を上げ、最高保持温度を上げ、その保持時間を長くしないと高密度な窒化ケイ素質焼結体が得られない。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。得られた窒化ケイ素質焼結体の実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との重量比（実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量）は０．２３であった。助剤組成が不適切なため、より厳しい焼結条件を設定した場合には、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく増加し（１６０００個／ｍｍ２）、機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が著しく低下した。
また、窒素ガス圧力が高いことと最高保持温度が高いこととが相俟って、取り出した板状の窒化ケイ素質焼結体には析出結晶相の成長に伴う著しい色調ムラが発生していた。【０１７１】
（比較例１６）
比較例１６は、シート成形条件を変えて、焼結体表面および内部における柱状のβ型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａを大きくした例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。配向度は制御できたものの、１８００℃における保持時間がやや短いことおよび焼結体の実測酸素含有量がやや高いことと相俟って、粒成長が不足しており、柱状β型窒化ケイ素粒子の板面方向への配向により熱伝導率が低下した。【０１７２】
（比較例１７）
比較例１７は、焼結時の最高温度での保持時間が短過ぎる例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。１８００℃における保持時間が短過ぎると、窒化ケイ素質焼結体の相対密度が低下するばかりでなく、焼結過程における焼結助剤（酸化マグネシウムと希土類金属酸化物）や窒化ケイ素原料中のシリカ（ＳｉＯ２）成分の蒸発が抑制された。このため、焼結体の実測酸素含有量は２．４２重量％であった。保持時間が短過ぎるため、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく減少し（４６０個／ｍｍ２）、熱伝導率および機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）の両方が低下した。【０１７３】
（比較例１８）
窒化ケイ素原料として、比表面積が８．９ｍ２／ｇ、酸素含有量が０．９４重量％、体積基準の粒度分布測定により得られるメディアン径Ｄ５０が０．８７μｍであり、最小粒子径が０．１０μｍ、最大粒子径が６．５μｍであり、同粒度分布測定における頻度分布曲線が二つのピークを有し、該ピークの小粒径側のピークトップが０．４５μｍ、前記ピークトップの大粒径側のピークトップが１．５μｍであって、前記小粒径側のピークトップの頻度と前記大粒径側のピークトップ頻度との比（粒子径０．４５μｍのピークトップの頻度／粒子径１．５μmのピークトップの頻度）が０．５である窒化ケイ素粉末を用いた。ドクターブレード装置を使用したシート成形における塗工速度、および焼結条件（最高保持温度と同温度での保持時間）を変えた以外は実施例２と同様にして、表１および表２に記載された条件にて、板状の窒化ケイ素質焼結体を得た。得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。【０１７４】
比表面積が低くて、酸素含有量も少ないため、焼結時の緻密化速度が遅く、最高保持温度１９００℃、同温度での保持時間２２時間という、高温−長時間の厳しい焼結条件でないと高密度な焼結体が得られなかった。このため、得られた窒化ケイ素質焼結体の実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との重量比（実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量）は０．２５、実測酸素含有量は１．０９重量％であった。より厳しい焼結条件が設定されたため、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく増加し（２００００個／ｍｍ２）、破壊靭性値は低かった。また、研磨された表面における開気孔率は１．８％、最大開気孔径は２．５μｍであり、絶縁基板や回路基板への適用が難しいものであった。【０１７５】
（比較例１９および２０）
比較例１９および２０は、窒化ケイ素原料として、低比表面積で低酸素含有量または高比表面積で高酸素含有量の粉末を使用した例である。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。低比表面積で低酸素含有量の窒化ケイ素原料の場合には、得られる窒化ケイ素質焼結体の相対密度が低下し、その結果として、熱伝導率および機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）の両方が低下した。高比表面積で高酸素含有量の窒化ケイ素原料の場合には、得られる窒化ケイ素質焼結体の相対密度は高くなったが、焼結体の実測酸素含有量は３．０４重量％であり、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく減少し（４７５個／ｍｍ２）。その結果として熱伝導率が低下した。機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）も低目の値であった。比較例２０で得られた板状の窒化ケイ素質焼結体については、ブラスト研磨の後にラップ研磨加工を行い、算術平均表面粗さＲａを０．０４μｍに下げた。【０１７６】
（比較例２１）
比較例２１は、酸化マグネシウムと希土類金属酸化物との重量比を２．２０に変えた例であり、酸化マグネシウムの添加量が増えている。焼結時の最高温度での保持時間を極度に短くして、３時間に設定した。表１および表２に記載された条件にて得られた板状の窒化ケイ素質焼結体の化学組成と特性を表２および表３に示す。酸化マグネシウムの添加量が多いため、得られた窒化ケイ素質焼結体の実測マグネシウム含有量と実測希土類金属含有量との重量比（実測マグネシウム含有量／実測希土類金属含有量）は１．６５で、実測酸素含有量は２．６０重量％であった。焼結体の相対密度は上がったが、保持時間が短過ぎるため、長軸の長さが１０μｍを超えるβ型窒化ケイ素粒子の個数が著しく減少した（３００個／ｍｍ２）。その結果として熱伝導率が低下した。機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）も低目の値であった。【０１７７】
以上のように、比較例７、１０、１２、１５および１８以外の比較例では熱伝導率が著しく低下し、比較例４以外の比較例では機械的特性（曲げ強度と破壊靭性値）が低下した。【０１７８】
算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下に研磨された表面における柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．２８である比較例１６では、熱伝導率が著しく低下しており、表面における柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す配向度ｆａが０．０４以下である比較例１０、１３、および１５では、機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が著しく低下していた。【０１７９】
粗大β型窒化ケイ素粒子の個数が５００個／ｍｍ２未満である比較例３、１１、１７、２０および２１では、熱伝導率が著しく低下していた。一方、粗大β型窒化ケイ素粒子の個数が１００００個／ｍｍ２を超える比較例１０、１２、１４、１５および１８では、熱伝導率は高いものの、機械的特性（曲げ強度および破壊靭性値）が低下していた。【０１８０】
また、相対密度が９８％未満の比較例１、２、５、６、８、９および１９、ならびに１０μｍを超える粗大粒子の個数が１００００個を超える比較例１５および１８では、開気孔率が１．０％を超え、最大開口径も１．０μｍを超えていた。【０１８１】
表１、表２および表３の結果から明らかなように、本発明の実施例は、焼結助剤であるアルカリ土類金属酸化物（例えば酸化マグネシウム）および希土類金属酸化物（例えば酸化イットリウム）の合計添加量が３．２ｗｔ％以上、７．０ｗｔ％以下で、その重量比が、０．４０≦アルカリ土類金属酸化物／希土類金属酸化物≦２．０を満足する。さらに、実測アルミニウム含有量が５０ｐｐｍ未満であり、相対密度が９８．６％以上であり、窒化ケイ素質焼結体内の長軸の長さが１０μｍを超える柱状のβ型窒化ケイ素粒子が１ｍｍ2当たりに５００個以上１００００個以下含まれおり、さらに焼結体表面における柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す表面配向度ｆａが０．０８以上０．２５以下であって、表面から０．０８ｍｍ以上内側まで研削して得られた面における柱状β型窒化ケイ素粒子の配向割合を示す内部配向度ｆａが０．０１以上０．１６未満であるため、室温における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、４点曲げ強度が９００ＭＰａ以上、破壊靭性値ＫＩＣが７．６ＭＰａ√ｍ以上という優れた熱的・機械的特性を有しており、安定した放熱性と優れた耐久性を発揮できることが分かった。特に高い熱伝導率と高い機械的強度および靭性を併せ持っていることから、絶縁基板および回路基板として用いるのに好適である。【０１８２】
さらに、本発明の実施例では、相対密度が９９．０％以上であるため，熱伝導率が室温において１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であって、高い熱伝導率を確保しており、安定した放熱性を発揮できる。また、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は４点曲げ強度が１０００ＭＰａ以上，破壊靭性値ＫＩＣが９．０ＭＰａ√ｍ以上であり、特に高い熱伝導率と高い機械的強度および靭性を併せ持っていることから、絶縁基板および回路基板として用いるのに好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
以上に記述の通り、本発明の板状の窒化ケイ素質焼結体は、焼結体を構成する柱状のβ型窒化ケイ素粒子の長軸の長さとその配向状態が高度に制御されたミクロ組織を有しているため、窒化ケイ素質焼結体が本来有する高強度／高靱性という機械的特性に加えて、高い熱伝導率を具備している。高い熱伝導率と高い機械的強度および靭性を併せ持っているので、絶縁基板や回路基板として用いた場合に、基板の割れの発生を抑制できるばかりでなく、耐熱衝撃性ならびに耐冷熱サイクル性の著しい向上を期待できる。
【国際調査報告】
2019235594.tif 000011
2019235594.tif 000012
2019235594.tif 000013
2019235594.tif 000014