WO2007018050A1

WO2007018050A1 - 窒化珪素基板、それを用いた窒化珪素回路基板及びその用途

Info

Publication number: WO2007018050A1
Application number: PCT/JP2006/314922
Authority: WO
Inventors: Takeshi Gotoh; Motoharu Fukazawa; Tetsumi Ohtsuka
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2007-02-15
Also published as: EP1914213B1; US20090283307A1; JP5142198B2; EP1914213A4; US8029903B2; JPWO2007018050A1; EP1914213A1

Abstract

　電気特性に優れた窒化珪素基板及び窒化硅素回路基板、並びに、それを用いた電力制御部品を提供する。　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％である焼結助剤の存在下に、窒化硅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、それを用いた窒化硅素回路基板。

Description

明細書

窒化珪素基板、それを用いた窒化珪素回路基板及びその用途技術分野

[0001] 本発明は、窒化珪素基板、およびそれを用いた窒化珪素回路基板及びその用途に関する。

背景技術

[0002] 従来、回路基板として、半導体搭載用セラミック基板の主面に導電性を有する金属回路をロウ材で接合し、金属回路の所定位置に半導体素子を搭載したものが用いられている。回路基板の高信頼性を保つには、半導体素子が発生する熱を放熱し、半導体素子の温度が過度に上昇しないようにすることが必要であり、セラミック基板には、電気絶縁性に加えて、優れた放熱特性が要求される。

近年、回路基板の小型化、パワーモジュールの高出力化が進む中、小型軽量化モジュール、更には従来の鉛入り半田に比べ、セラミック焼結体への応力負荷が大きくなる鉛フリー半田への対応に関して、電気絶縁性が高ぐ高熱伝導性を有し、機械的特性に優れた窒化珪素（以下、窒化珪素を SNともいう）焼結体を用いる SN基板、及び SN基板の主面に金属回路を形成した SN回路基板が注目されている。

[0003] 回路基板に係る電気特性としては、電気絶縁性に関する絶縁抵抗、耐電圧が挙げられ、また、高電圧を負荷した場合に発生する部分放電特性が挙げられる。これまで、電気絶縁性に関しては、基板の厚みを厚くすることや、金属回路形状を工夫することによって対応可能であった。部分放電特性に関しては、高電圧を印可することにより生じる放電電荷量の増加や金属回路表面部分からの放電を解決するため、接合層のはみ出し部を比較的長くしたり（特許文献 1)、金属回路のコーナー部の曲率半径を特定する提案がなされてヽる (特許文献 2)。

し力しながら、これらの提案は、回路形成に関するものであり、基板自体の電気特性の向上につ!、ては、これまで十分に検討されて、な、のが現状である。

特許文献 1 :特開平 10— 190176号公報

特許文献 2 :特開平 10— 214915号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明の目的は、上記課題に鑑み、電気特性に優れた SN基板、及びそれを用いた回路基板を提供することである。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明者は、電気特性に優れた SN基板を製造するため、鋭意研究をおこなった。

その結果、本発明者は、 SN焼結体の製造過程で使用される焼結助剤の組成を特定することにより、回路パターン形成の際に行うエッチング処理及びメツキ処理時の、 S N基板粒界相の浸食量を低減することが可能であることを見出した。更に、 SN基板粒界相の浸食量が低減することにより、回路沿面の表面の凹凸が低減し、さらに SN 基板の実効厚みが厚くなり、回路基板の絶縁抵抗、部分放電開始電圧、耐電圧等の電気特性が向上することを見出した。

[0006] 本発明は、上記の新規な知見に基づくものであり、下記の要旨を有する。

1. MgO、 Y O及び SiOを含有し、その比率が（l) MgOZ(MgO + SiO ) = 34

2 3 2 2

〜59mol%、並びに、（2)Y O O +SiO ) = 50

2 3 Z(Y 〜66mol%である焼結助剤

2 3 2

の存在下に、窒化硅素粉末を焼結して得られる窒化珪素焼結体からなることを特徴とする窒化珪素基板。

2. 窒化硅素粉末の平均粒子径（D50)が 0. 6〜0. 8 mである、上記 1に記載の窒化珪素基板。

3. 窒化硅素粉末に含有される酸素量が 2質量％以下である、上記 1又は 2に記載の窒化珪素基板。

4. 焼結助剤が、窒化硅素粉末 100質量部に対して 5〜15質量部存在する、上記 1 〜3の、ずれか 1項に記載の窒化珪素基板。

5. 焼結助剤とともに有機ノインダ一の存在下に窒化硅素粉末を焼結して得られる窒化珪素焼結体力もなる、上記 1〜4のいずれか 1項に記載の窒化珪素基板。

6. 上記 1〜5のいずれか 1項に記載の窒化珪素基板の少なくとも一主面に金属板を接合した後、回路パターンが形成されたことを特徴とする窒化珪素回路基板。

7. エッチング処理、及び、必要に応じて施されるメツキ処理後における、窒化珪素基板粒界相の浸食量が 5 m以下である、上記 6に記載の窒化珪素基板。

8. 窒化珪素基板の厚みが 0. 32mmのときの部分放電開始電圧力 6. 5kv以上である、上記 6又は 7に記載の窒化珪素回路基板。

9. 窒化珪素基板の厚みが 0. 32mmのときの絶縁破壊電圧力 7. 5kv以上である、上記 6〜8のいずれか 1項に記載の窒化珪素回路基板。

10. 上記 6〜9に記載の窒化珪素回路基板を用いたモジュール。

発明の効果

[0007] 本発明により、エッチング処理、及び、必要に応じて施されるメツキ処理後における窒化珪素基板粒界相の浸食量が顕著に小さい窒化珪素基板、延いては、部分放電開始電圧や絶縁破壊電圧が高!、電気特性に優れた窒化珪素回路基板、該回路基板を用いたモジュールが提供される。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 本発明に係る窒化珪素基板の主原料である SN粉末は、直接窒化法、シリカ還元法、イミド熱分解法等の公知の方法で製造されたものが使用できる。 SN粉末中の酸素量は 2質量％以下が好ましぐ 1. 5質量％以下がより好ましい。 SN粉末の粒度は、例えば、マイクロトラック SPA(Leeds&Northrup社製）にて計測される、平均粒子径（D50値）力好ましく ίま 0. 6〜0. であり、特に好ましく ίま 0. 65〜0. 75 m である。また、 SN粉末の D90値力 Si. 5〜3. O ^ m, D100値力 8. O /z m以下であることが好ましい。 SN粉末の比表面積は、好ましくは 10〜15m²/g、特に好ましくは 12 〜13m²/gである。 SN粉末の平均粒子径ゃ比表面積が、前記範囲をはずれた場合、 SN焼結体が緻密化しない場合や、 SN焼結体の機械的強度が低下する場合がある。

[0009] 本発明に係る SN粉末中の主な不純物としては、 Fe、 Al、 Ca、 C及び酸素等を挙げることができる。工業原料に由来する不可避的不純物量は、 SN粉末 lgあたり、 Fe 力 ^600 μ g、 A1力 700 μ g、 Ca力 200 μ g、 C力 3000 μ g程度である。 SN粉末に含まれる酸素は、 SiO、並びに、酸素を含む不可避的不純物に由来するものであり、そ

2

の含有量は上記したような範囲にあることが好ましい。

[0010] SN粉末は、焼結助剤の存在下に焼成されるが、焼結助剤は、 MgO、 Y O及び Si Oであり、その比率は、（l) MgOZ(MgO + SiO ) = 34〜59mol%、及び、（2)Y

2 2 2

Ο / (Υ Ο +SiO ) = 50〜66mol%の範囲にあることが必要である。焼結助剤の

3 2 3 2

比率が、 MgO/(MgO + SiO )が 34mol%未満である場合、 SN焼結体の緻密化が

2

不足し、熱伝導率ゃ抗折強度が低下する場合がある。一方、 MgOZ(MgO + SiO )

2 が 59mol%を越えた場合、 MgO-SiO共晶の生成量が多くなり、エッチング処理及

2

びメツキ処理による SN基板の浸食量が大きくなる場合がある。また、 Y O / (Y O

2 3 2 3

+ SiO )が 50mol%未満であると、 SiOが共晶を作る Y Oが不足し、過剰の SiO

2 2 2 3 2 が分離するため、エッチング処理、メツキ処理により溶出し易くなり、 SN基板の焼結助剤の浸食量が多くなる場合がある。一方、 Y O / (Y O +SiO )

2 3 2 3 2が 66mol%を越えた場合、 SN基板中に Y Oが過剰に存在するため、熱伝導率ゃ抗折強度が低下

2 3

する場合がある。

なかでも、 (l) MgO/(MgO + SiO ) = 38〜55mol%が好ましぐまた、（2)Y Ο

2 2 3

/ (Y O +SiO ) = 54〜62mol%が好ましい。

2 3 2

[0011] 焼結助剤の使用量は、 SN粉末 100質量部に対して、好ましくは 5〜15質量％、特に好ましくは、 7〜13質量％が好適である。使用量が 5質量部未満であると緻密な S N焼結体が得られない場合があり、一方、 15質量部を超えると、焼結体中の粒界相の占める割合が多くなり、 SN基板の熱伝導率が低下する場合がある。

[0012] 本発明の SN基板を製造するためには、 SN粉末と焼結助剤を混合し、焼成される。

この場合、必要に応じて、本発明の SN基板の特性に影響を与えない範囲において、有機ノインダー、溶媒並びに可塑剤等を適宜使用することができる。

SN粉末、焼結助剤、及び、必要に応じて使用される、有機バインダー、可塑剤、溶媒の混合方法は特に限定されず、万能混合機、らいかい機、ミキサー、振動篩、ボールミル、ロッドミル等公知の方法を使用できる。全ての原料を一度に混合してもよぐまた、一部の原料、例えば有機バインダー、可塑剤、溶媒等を先に混合後、 SN粉末と焼結助剤を後から添加して混合してもカゝまわない。さらに、混合した原料粉末をそのまま成型しても、成型密度を上げるため一且造粒を行ってカゝら成型してもカゝまわない。本発明においては、成型方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し成型法、乾式プレス法、射出成型法、スリップキャスト法等の公知の成型方法を用いることが可能である。

[0013] 本発明において、上記有機バインダーは特に限定されず公知の物を用いることができる。有機バインダーの種類を例示すると、メチルセルロース系、アクリル系等の有機バインダーを単独あるヽは複数併用しても力まわな、。有機バインダーの使用量は、 SN粉末 100質量部に対して、好ましくは 0. 1〜15質量部、特に好ましくは、 5〜 10質量部である。液体で使用する場合は、有機バインダーの固形分量が前記の範囲となるよう調整する。有機バインダーの使用量が 0. 1質量部より少ないと、十分な成型体の強度が得られず割れを生じる場合があり、一方、 15質量部を超えると、脱脂時のバインダー除去の際に成型体密度が低下するため、焼成時の収縮率が大きくなり、寸法不良や変形を生じる場合がある。

[0014] 本発明における可塑剤は特に限定されず、公知の可塑剤を用いることができる。可塑剤の一例としては、精製グリセリン、グリセリントリオレート並びにジエチレングリコール等が挙げられる。可塑剤の使用量は、 SN粉末 100質量部に対して、好ましくは 0. 1〜5質量部、特に好ましくは、 1〜3質量部である。使用量が 0. 1質量部未満であると、成型シートの柔軟性が不十分となってプレス成型時に成型体が脆くなり、シートへ亀裂が入りやすくなる傾向がある。一方、 5質量部を超えるとシート形状の保持が困難になるため、シート幅方向の厚みムラを生じる場合がある。

[0015] さらに、本発明において溶媒を用いる場合、溶媒の種類としてはエタノールやトルェン等が挙げられるが、地球環境への配慮及び防爆設備対応を勘案して、イオン交換水又は純水の使用も可能である。溶媒の使用量は、 SN粉末 100質量部に対して、好ましくは 15〜20質量部、特に好ましくは、 16〜19質量部である。使用量が 15質量部未満だとシート成型に支障をきたす場合があり、一方、 20質量部を超えると、シート形状の保持が困難になるため、シート幅方向の厚みムラが生じる場合がある。

[0016] 成型体の脱脂は、窒素ガスや空気等の気流中、好ましくは 350〜450°Cで、好ましくは 3〜 15時間加熱して有機バインダーを除去することが好ましい。成型体中の加熱脱脂処理後の残留炭素分は、 2. 0質量％以下が好ましい。残留炭素分が 2. 0質量 %を超えると、焼結を阻害して緻密な焼結体が得られない場合がある。

[0017] 脱脂した成型体は、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸ィ匕性雰囲気にて、 0. 6MPa 以上で加圧し、 1600〜1900°Cの温度で焼成することが好ましい。加圧が 0. 6MPa 未満の場合、焼成時に SNが分解し、焼結体を得られない場合がある。焼成温度が 1 600°C未満であると、焼成不足となり、焼結体の密度が上がらないため、熱伝導率、抗折強度が不足する場合がある。一方、焼成温度が 1900°Cを超えると、焼成炉内で焼結助剤の飛散を生じ、本発明の範囲の助剤成分から逸脱し、緻密化が困難となる場合がある。焼成時間は、可能な限り短時間であることが好ましい。すなわち、焼結体密度が 98%以上となる温度領域での焼成時間は 10時間以内、より好ましくは 5時間以内である。

[0018] 本発明の SN基板の厚みは使用目的により異なる力好ましくは 0. 2〜： Lmm程度の厚みが一般的である。

[0019] 本発明で SN基板と接合される金属板としては、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン又はこれらを含む合金が使用されるが、銅、アルミニウム又はそれらの合金が一般的である。金属板の厚みは特に限定されず、流れる電流に応じて適宜決められる。一般に、厚みが 0. l〜lmmのものが用いられることが多い。

[0020] SN基板と金属板の接合方法としては、 DBC法、活性金属ろう付け法の!/ヽずれをも採用することができる。活性金属ろう付け法で用いられるろう材は、銀と銅を主成分とし、活性金属を副成分としたものである。活性金属の具体例をあげれば、チタン、ジルコ-ゥム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウムやこれらの化合物である。これらろう材における金属成分の割合の一例を挙げると、銀 80〜97質量部と銅 20〜3質量部の合計 100質量部あたり活性金属 1〜10質量部である。

[0021] ろう材は、箔、粉末で用いてもよいが、ペーストで用いることが好ましい。ペーストは、ろう材の金属成分に有機溶剤及び必要に応じて有機結合剤を加え、ロール、ニーダー、万能混合機、らいかい機等の公知の混合機で混合することによって調製することができる。有機溶剤としては、メチルセルソルブ、テルビネオール、イソホロン、トルェン等、また有機結合剤としては、ェチルセルロース、メチルセルロース、ポリメタクリレート等が使用される。

[0022] ろう材の塗布量は、乾燥基準で、好ましくは 4〜20mgZcm²、特に好ましくは、 5〜

15mgZcm²である。塗布量が 4mgZcm²未満では未反応の部分が生じる場合があり、一方、 20mgZcm²を超えると、接合時にろう材がしみ出し、金属板を浸食するために品質に悪影響を及ぼす場合がある。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ロールコーター法等の公知の塗布方法を採用できる。

[0023] 活性金属ろう付け法の場合、 SN基板と金属板との間にろう材を介在させ、真空中で、加熱、冷却することによって接合体が製造される。ろう材は、 SN基板、又は、金属板どちらに塗布、或いは配置してもよい。合金箔を用いる場合は、予め金属板と合金箔をクラッドィ匕しておくことも可能である。加熱条件は使用するろう材に応じて適宜決められる。例えば、ろう材の組成が銀 90質量部、銅 10質量部の合計 100質量部あたり、ジルコニウム 5質量部の場合、温度が好ましくは 830〜860°C、時間が好ましくは 30〜60分、真空度が好ましくは 1 X 10^{_ 1} 〜5 X 10^_5Paの条件にて接合を行う。

[0024] SN基板と金属板の接合体に金属回路を形成するには、金属面にエッチングレジストを塗布しエッチングする。金属板に回路パターン形状にエッチングを施す方法は特に限定されるものではなぐ金属板にエッチングレジストにて回路パターンを描いた後、エッチングする方法が一般的である。エッチングレジストの除去は、公知の方法を用いることができる。エッチングレジストとしては、公知の紫外線硬化型や熱硬化型のものを用いることができる。また、エッチング液は、用いる金属板の種類に応じて好適なエッチング液を選択して用いる。例えば、金属板が銅であるときには、塩化第 2 鉄溶液、塩化第 2銅溶液、硫酸、過酸化水素水等の溶液が使用され、好ましいものとして、塩化第 2鉄溶液、塩ィ匕第 2銅溶液が挙げられる。

[0025] エッチングによって不要な金属部分が除去された回路基板の金属回路間には、塗布したろう材やその合金層、窒化物層、さらには金属回路パターン外にはみ出した回路形成に不要なろう材が残存しているため、第 1処理として NH F等のハロゲン化

4

アンモ-ゥム水溶液、第 2処理として硫酸、硝酸等の無機酸と過酸化水素水を含む溶液を用いて、不要なろう材を除去することが好ましい。無機酸の濃度は 2〜4質量 %、過酸化水素の濃度は 0. 5〜1質量％が一般的である。その後、全てのエツチングレジストをアルカリ溶液によって除去する。

[0026] 本発明においては、必要に応じて、ニッケルめっき等のめっき処理を回路に施すことが可能である。その場合めつきレジストは特に限定されず、溶剤乾燥タイプインク、 uv硬化タイプインク等が使用できる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ロールコーター法等の公知の塗布方法を採用できる。塗布厚は、乾燥後で好ましくは 0. 005〜0. 07mmの厚みとなるように塗布される。厚みが 0. 005mmより薄いと、部分的に金属が表出してしまう場合があり、一方、 0. 07mmより厚いと、めっきレジストの除去に時間がかかり、生産性が低下する場合がある。

[0027] めっき処理は、特に限定されないが、作業性、コスト等の面から、無電解ニッケルめつき、無電解ニッケル金めつき、はんだめつきが好ましい。めっき層の厚みは特に限定されないが、 2〜8 /ζ πιが好ましい。めっき厚力 2 m未満であると、はんだ濡れ性、ワイヤーボンディング特性等の実装特性に悪影響を与える場合がある。一方、めつき厚みが 8 mを超えると、めっき被膜の剥がれ等により基板特性に悪影響を及ぼす場合がある。

[0028] めっきレジストの除去方法は特に限定されず、例えば、エタノールやトルエンのような有機溶剤を用いて除去する方法や、アルカリ水溶液により除去する方法等が挙げられる。

[0029] 前記のようにして作製された回路基板は、はんだによりベース板や半導体素子等の電子部品と接合される。はんだの種類は特に限定されず、通常用いられるスズー鉛系共晶はんだの他に鉛フリーはんだを用いることができる。鉛フリーはんだの種類も特に限定されず、 Sn— Ag— Cu系、 Sn— Cu系、 Sn— Zn系、 Sn— Bi系、 Sn— Ag 系、 Sn—Ag— Cu—Bi系、 Sn—Ag—In—Bi系、 Sn—Sb系等、公知の糸且成のものが使用できる。はんだ付け方法は特に限定されないが、例えば、はんだペーストをスクリーン印刷法等で所定の部分に塗布し、部品等を搭載し、はんだが溶融する所定の温度の炉内にヽれることではんだ付けされる。はんだが金属板側面に接触しなヽ方が、回路基板の信頼性の点で好ましい。

[0030] 本発明に係わる SN回路基板の電気特性を向上させるためには、エッチング処理、及び、必要に応じて行われるメツキ処理を施したときに SN基板粒界相への浸食が進行しないようにすることが必要である。これは、エッチング処理及びメツキ処理を施した際にエッチング液あるいはメツキ処理液により、焼結助剤を主成分とする SN基板の粒界相が除去されやすくなるためである。このように粒界相が浸食されると、基板の実効厚みが薄くなり、回路沿面の表面の凹凸が増大するため、 SN回路基板の電気的特性が大幅に低下する。

[0031] SN基板粒界相の浸食量は、 SN基板を厚み方向に垂直に切断した後、その断面を平滑に研磨し、

電界放射型走査電子顕微鏡による反射電子像 (以下 COMPO像）によって測定する。観察する部位は、研磨面の中でも常時エッチング液あるいはメツキ処理液に曝される、金属板と接合していない SN回路基板端部で評価を行う。 COMPO像で観察すると、粒界相は白色部分として観察されるが、侵食された部分は粒界相が観察されない。 SN基板粒界相の侵食量は、 SN基板最表面から粒界相が浸食された垂直方向の最深部までの距離を測定する。本発明では、力かる粒界相の浸食量を好ましくは 5 μ m以下、特に好ましくは 2. 5 μ m以下を達成することできる。

本発明においては、上記のようにして、基板の実効厚みが十分に確保され、回路沿面の表面の凹凸が低減して、絶縁抵抗、部分放電開始電圧、耐電圧等の電気特性に優れた SN回路基板が得られる。

例えば、 SN基板の厚みが 0. 32mmである場合、部分放電開始電圧は、好ましくは 6. 5kv以上、特に好ましくは 7. Okv以上を達成することでき、また、耐電圧は、好ましくは 7. 5kv以上、特に好ましくは 8. Okv以上を達成することできる。

[0032] 以下、本発明を実施例を用いて更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定して解釈されるものではない。

実施例

[0033] (実施例 1)

SN粉末 100質量部に対して、 SN粒子の加水分解を防ぐために表面処理剤としてォレイン酸を 3質量部添加し、ミキサー混合により、 2分間混合して SN粉末の表面処理を予めおこなった。表面処理後、 SN粉末 100質量部に対し、有機バインダー 10 質量部、並びに、焼結助剤の総使用量が 10質量部 (Y O、 MgO、及び SiOの比

2 3 2 率は表 1に示す）、ボールトン混合機により混合した。

混合粉末をミキサーに投入し、撹拌しながら、 SN粉末 100質量部に対して可塑剤力 S3質量部とイオン交換水が 18質量部とからなる混合溶液を均一に分散 Z噴霧させるための圧縮空気 (0. 2MPa)とともに噴霧し、顆粒状の湿粉原料を作製した。

〈使用原料〉

•SN粉末:電気化学工業社製、商品名「デンカ窒化けい素」グレード名 ΓΝΡ - 200 」ィ匕率 91 %、 D50値 0. 7 /a m、 D90値 2. O /z nu D lOO値 4. 6 /z m、比表面積 12 m g,酸素量 1. 5質量％)。

•Y O：信越化学工業株式会社製、商品名「Yttrium Oxide」、 D50粉末粒子径 1. 0

2 3

μ m

•MgO :岩谷化学株式会社製、商品名「MTK—30」、 D50粉末粒子径 0. 2 μ τη^比表面積 160m²Zg

•SiO：電気化学工業社製、デンカ溶融シリカ「SFP— 30M」、D50粉末粒子径 0. 7

2

2 m、比表面積 6. 2m Vg

•有機バインダー：ヒドロキシプロピルメチルセルロース。信越化学工業株式会社製、商品名「メトローズ 65SHJ

'可塑剤:花王社製、商品名「ェキセパール」、主成分グリセリン

[0034] (SN基板の作製）

次に、混練押出し成型機にて、縦 60mm X横 50mm X厚み 0. 4mmの寸法のシートを作製した。 100°Cに保持したベルト式乾燥機にてシートの含水率が 2質量％となるまで乾燥した後、窒化ホウ素製の容器に充填して、常圧下、大気中にて 400°C で 4時間保持して脱脂した。次いで、カーボンヒーター電気炉を用いて、 0. 8MPaの窒素加圧雰囲気下で 1800°C、 4時間焼結して、厚み 0. 32mmの SN基板を作製した。

[0035] く SN回路基板の作製〉

回路基板としての性能を評価するため、金属回路と金属放熱板に銅板を用い、次の方法で接合及び回路パターンの形成を行った。

[0036] Ag85質量％、 CulO質量％、 Zr2質量％、 ΉΗ3質量％からなる混合粉末 100質量部に対して、 30質量部のテルビネオールを添加してペースト状混合液を作製し、 SN 焼結体の両面に乾燥基準で塗布量 5mgZcm²となるようにスクリーン印刷機にて塗布した。次に、両面に 2. 5インチ X 2インチ X 0. 01インチ厚の無酸素銅板を貼付けた。 SN焼結体の両面に無酸素銅板を貼付けたものを 14枚積層し、カーボン治具にカーボンネジ締めにより設置し、 850°Cで 45分保持させて、 SN焼結体と銅板の接合体を作製した。

上記接合体の一主面には所定の形状の回路パターンを、もう一方の主面には放熱板パターンを形成させるベぐ UV硬化型レジストインクをスクリーン印刷した後、 UVランプを照射させてレジスト膜を硬化させた。次いで、スクリーン印刷した部分以外を塩化第二銅溶液でエッチングした後、フッ化アンモ-ゥム水溶液にてレジスト剥離し、銅回路 SN基板を作製した。作製した SN回路基板について部分放電開始電圧、絶縁破壊並びに浸食量の測定をおこなった。結果を表 1に示す。

〈使用材料〉

•無酸素銅板:住友金属鉱山伸銅株式会社製無酸素銅板 (JIS H 3100)

• UV硬化型レジストインク：互応化学工業株式会社製「PER— 27B 6」

[0037] 〈測定方法〉

•部分放電開始電圧：

作製した回路基板を絶縁油 (住友 3M社製「フロリナート FC— 77」）に浸漬して、 1 kVZ分のスピードで電圧を印可したとき、部分放電電荷量が 10pCを超した時の電圧を、部分放電開始電圧とした (n=5平均値)。

'絶縁破壊試験：

回路側と放熱板側に、最高 DClOkVまで電圧を印加し絶縁破壊電圧を調べた。

• SN基板粒界相の浸食量の測定：

SN回路基板を厚み方向に垂直に切断した後、 # 2000の耐水性サンドペーパーで切断面を平滑に研磨し、金属板と接合して!/ヽなヽ SN回路基板端部を電界放射型走査電子顕微鏡で観察した。得られた COMPO像より、エッチング液あるいはメツキ処理液により浸食された粒界相の侵食量について基板最表面力垂直方向の最深部までの距離を測定した (n= 10平均値)。

[0038] [表 1] 表 1

* SN粉末 100質量部に対する添加量。

[0039] (実施例 2〜6、比較例 1〜4)

Y Ο、 MgO、並びに SiOの比率を表 1に示すように変更したこと以外は、実施例 1

2 3 2

と同様に行った。結果を表 1に示す。

[0040] (実施例 7〜： L0)

Y O、 MgO、並びに SiOの総使用量を表 1に示す割合に変更したこと以外は、実

2 3 2

施例 1と同様に行った。結果を表 1に示す。

[0041] 本発明の実施例から、 SN焼結体への浸食量が低減することにより絶縁破壊電圧及び部分放電開始電圧が改善されて、高信頼性の SN回路基板が得られることが判る。

産業上の利用可能性

[0042] 本発明にかかる SN基板及び SN回路基板は、電気絶縁性が高ぐ高熱伝導性を有し、機械的特性に優れるため、小型軽量ィ匕モジュール、高出力パワーモジュールなどの広範囲に利用される。なお、 2005年 8月 11曰に出願された曰本特許出願 2005— 23272号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書として、取り入れるものである。

Claims

請求の範囲

[1] MgO、 Υ Ο及び SiOを含有し、その比率が（l) MgOZ(MgO + SiO ) = 34〜5

2 3 2 2

9mol%、並びに、（2)Y O Z(Y O +SiO ) = 50〜66mol%である焼結助剤の存

2 3 2 3 2

在下に、窒化硅素粉末を焼結して得られる窒化珪素焼結体からなることを特徴とする窒化珪素基板。

[2] 窒化硅素粉末の平均粒子径 (D50)が 0. 6〜0. 8 μ mである、請求項 1に記載の窒化珪素基板。

[3] 窒化硅素粉末に含有される酸素量が 2質量％以下である、請求項 1又は 2に記載の窒化珪素基板。

[4] 焼結助剤が、窒化硅素粉末 100質量部に対して 5〜15質量部使用された、請求項

1〜3のいずれか 1項に記載の窒化珪素基板。

[5] 焼結助剤とともに有機バインダーの存在下に窒化硅素粉末を焼結して得られる窒化珪素焼結体力もなる、請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の窒化珪素基板。

[6] 請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の窒化珪素基板の少なくとも一主面に金属板を接合した後、回路パターンが形成されたことを特徴とする窒化珪素回路基板。

[7] エッチング処理、及び、必要に応じて施されるメツキ処理後における窒化珪素基板粒界相の浸食量が 5 m以下である、請求項 6に記載の窒化珪素回路基板。

[8] 窒化珪素基板の厚みが 0. 32mmのときの部分放電開始電圧力 6. 5kv以上である、請求項 6又は 7に記載の窒化珪素回路基板。

[9] 窒化珪素基板の厚みが 0. 32mmのときの絶縁破壊電圧力 7. 5kv以上である、請求項 6〜8のいずれか 1項に記載の窒化珪素回路基板。

[10] 請求項 6〜9のいずれか 1項に記載の窒化珪素回路基板を用いたモジュール。