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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025005873
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品
(51)【国際特許分類】
C04B 35/596 20060101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
C04B35/596
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023106282
(22)【出願日】2023-06-28
(71)【出願人】
【識別番号】000170716
【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001601
【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】俣野 泰司
(72)【発明者】
【氏名】中村 希一郎
(72)【発明者】
【氏名】小林 優太
(72)【発明者】
【氏名】大野 享
(57)【要約】
【課題】シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備すると共に高剛性をも具備することのできる窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品を提供する。
【解決手段】Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下、粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２以下、相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料、並びにこの窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、本体部に、プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備える、プローブ案内部品。
【選択図】なし
【解決手段】Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下、粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２以下、相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料、並びにこの窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、本体部に、プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備える、プローブ案内部品。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、
Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下含み、
粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２０以下であり、
相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料。
Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下含み、
粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２０以下であり、
相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料。
【請求項2】
プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品であって、
請求項１に記載の窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、
前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備える、プローブ案内部品。
請求項１に記載の窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、
前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備える、プローブ案内部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＣチップやＬＳＩチップは１枚のシリコンウエハに多数のチップを作製し、これをチップ毎に切断して使用している。そして、個々のチップが不良品であるか否かのチェックはチップ毎に切断される前にプローブカードを用いて行っている。プローブカードの構造は例えば特許文献１に開示されているように、プローブの一端が取り付けられた基板と、プローブを摺動自在に案内するガイド板（プローブ案内部品）とを備えており、ガイド板のガイド孔にプローブを挿通することで、プローブの先端がシリコンウエハに形成されているＩＣチップやＬＳＩチップのパッド（電極）に正確に当接するようにしている。そして、この当接した状態で電気的信号を印加し、チップから出力される電気信号を解析し、チップの不良の有無を判定する。このチェックは、例えば室温又は高温環境下（例えば８０～１５０℃）で行われることが多い。そのため、この種のプローブカード用ガイド板（プローブ案内部品）には、室温から２００℃程度までの温度範囲においてシリコンウエハと似た熱膨張係数を有することが求められる。
【0003】
従来のプローブ案内部品は、例えば特許文献２に開示されているように快削性のセラミックスが主流であるため、強度は高くない。一方、プローブ案内部品には、プローブ荷重に耐えられる機械的強度（曲げ強度）を有することも求められ、近年、高強度化の要求が高まっている。このような状況下、本発明者らは、特許文献３にて、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を有し、かつ高強度のセラミックスを得るために、高強度セラミックスのＳｉ３Ｎ４に、高膨張セラミックスのＺｒＯ２を複合することが有効であることを開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００３－２１５１６３号公報
【特許文献2】特開２００５－２２６０３１号公報
【特許文献3】特許第７０６８５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者らは、特許文献３の窒化珪素複合材料の改良、特に高剛性化を可能とするという観点から、新規な窒化珪素複合材料を探求することとした。プローブ案内部品が大形化するに従い、高強度のみならず高剛性が求められるからである。
【0006】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備すると共に高剛性をも具備することのできる窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために本発明者らが試験及び研究を重ねた結果、高強度のＳｉ３Ｎ４に、特許文献３で複合していたＺｒＯ２よりも大きな熱膨張率を有するＭｇ２ＳｉＯ４を複合することが有効であることを知見した。さらに本発明者らは、Ｓｉ３Ｎ４にＭｇ２ＳｉＯ４を複合した窒化珪素複合材料において、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備させると共に高剛性化をも可能とするには、Ｓｉ３Ｎ４、Ｍｇ２ＳｉＯ４といった各成分の含有率だけでなく、窒化珪素複合材料の微細構造を制御することが重要であることを見出した。そして窒化珪素複合材料の微細構造の制御にあたっては、詳細は後述するが、粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたときのピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）を所定の範囲内とすることが重要であることを見出した。
【0008】
すなわち、本発明の一観点によれば、次の窒化珪素複合材料が提供される。
Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、
Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下含み、
粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２０以下であり、
相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料。
Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、
Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下含み、
粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）が０．２０以下であり、
相対密度が９５％以上である、窒化珪素複合材料。
【0009】
また、本発明の他の観点によれば、プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品であって、前記本発明の窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備える、プローブ案内部品が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備すると共に高剛性をも具備することのできる窒化珪素複合材料及びプローブ案内部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施例（表１中実施例４）に係る窒化珪素複合材料の粉末Ｘ線回折強度データ。
【図2】本発明の一実施例（表１中実施例４）に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真。
【図3】本発明の比較例（表１中比較例４）に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真。
【図4】本発明の比較例（表１中比較例６）に係る窒化珪素複合材料の外観写真。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の窒化珪素複合材料は、高強度のＳｉ３Ｎ４に、特許文献３で複合していたＺｒＯ２よりも大きな熱膨張率を有するＭｇ２ＳｉＯ４を複合したものである。このように、Ｓｉ３Ｎ４にＭｇ２ＳｉＯ４を複合することで、ＺｒＯ２を複合する場合に比べ、以下のような利点がある。
すなわち、第１の利点は、密度が３．１～３．２ｇ／ｃｍ３と軽量なことである。これは、Ｓｉ３Ｎ４に複合させるＭｇ２ＳｉＯ４の理論密度が３．１ｇ／ｃｍ３であり、ＺｒＯ２の６ｇ／ｃｍ３に比べて低いことに起因する。
第２の利点は製造安定性である。これは、Ｓｉ３Ｎ４の理論密度が３．２ｇ／ｃｍ３であることから両者の密度がほぼ同等レベルのため原料どうしの均一混合が容易であることに起因する。
第３の利点は、高剛性のものが得られることである。所定の熱膨張を得るために、Ｍｇ２ＳｉＯ４を複合する場合の添加量はＺｒＯ２に少なくて済む。高剛性のＳｉ３Ｎ４に低剛性のＭｇ２ＳｉＯ４やＺｒＯ２を添加すると、弾性率は添加量に従い直線的に減少する。これらの理由からＭｇ２ＳｉＯ４を複合することで、高剛性を得ることが可能となる。
すなわち、第１の利点は、密度が３．１～３．２ｇ／ｃｍ３と軽量なことである。これは、Ｓｉ３Ｎ４に複合させるＭｇ２ＳｉＯ４の理論密度が３．１ｇ／ｃｍ３であり、ＺｒＯ２の６ｇ／ｃｍ３に比べて低いことに起因する。
第２の利点は製造安定性である。これは、Ｓｉ３Ｎ４の理論密度が３．２ｇ／ｃｍ３であることから両者の密度がほぼ同等レベルのため原料どうしの均一混合が容易であることに起因する。
第３の利点は、高剛性のものが得られることである。所定の熱膨張を得るために、Ｍｇ２ＳｉＯ４を複合する場合の添加量はＺｒＯ２に少なくて済む。高剛性のＳｉ３Ｎ４に低剛性のＭｇ２ＳｉＯ４やＺｒＯ２を添加すると、弾性率は添加量に従い直線的に減少する。これらの理由からＭｇ２ＳｉＯ４を複合することで、高剛性を得ることが可能となる。
【0013】
本発明の窒化珪素複合材料は、Ｓｉ３Ｎ４を５５質量％以上８５質量％以下、Ｍｇ２ＳｉＯ４を１５質量％以上４５質量％以下含む。Ｓｉ３Ｎ４の含有率が５５質量％未満であると高強度及び高剛性を得ることが困難となる。一方、Ｓｉ３Ｎ４の含有率が８５質量％超であると、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を得ることが困難となる。Ｓｉ３Ｎ４の含有率は６４質量％以上８２質量％以下であることが好ましい。
また、Ｍｇ２ＳｉＯ４が１５質量％未満であると、高い熱膨張係数を得ることができず、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を得ることが困難となる。Ｍｇ２ＳｉＯ４の含有率が４５質量％超であると、熱膨張係数が高くなりすぎてシリコンウエハと同程度の熱膨張係数を得ることが困難となる。Ｍｇ２ＳｉＯ４の含有率は１８質量％以上３６質量％以下であることが好ましい。
なお、相対密度は９５％以上であることが必須である。９５％未満であれば内部組織に気孔が残り、高強度にはならない。
また、Ｍｇ２ＳｉＯ４が１５質量％未満であると、高い熱膨張係数を得ることができず、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を得ることが困難となる。Ｍｇ２ＳｉＯ４の含有率が４５質量％超であると、熱膨張係数が高くなりすぎてシリコンウエハと同程度の熱膨張係数を得ることが困難となる。Ｍｇ２ＳｉＯ４の含有率は１８質量％以上３６質量％以下であることが好ましい。
なお、相対密度は９５％以上であることが必須である。９５％未満であれば内部組織に気孔が残り、高強度にはならない。
【0014】
本発明の窒化珪素複合材料は、粉末Ｘ線回折によるαＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩα、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度をＩβとしたとき、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）（以下、単に「ピーク強度比」という。）が０．２０以下であることを特徴の一つとする。ピーク強度比が０．２超の場合、機械的強度が低下してしまう。その理由を以下に説明する。
【0015】
窒化珪素複合材料において熱膨張特性の制御は、Ｓｉ３Ｎ４、Ｍｇ２ＳｉＯ４といった各成分の含有率だけでなく、微細構造を制御することで可能となる。また、窒化珪素に具備されている元来の高強度も同様に微細構造に依存する。本発明者らは、それを正確に制御するためには、窒化珪素の粉末Ｘ線回折によるピーク強度比が重要であることを見出した。
【0016】
特許文献３の場合、窒化珪素複合材料の出発原料として、基本的に窒化珪素はαＳｉ３Ｎ４原料、ジルコニアはＹ２Ｏ３等で安定化されたＺｒＯ２原料を用い、通常のセラミックス製造と同様に混合した成形体を焼結する。その焼結過程でセラミックスの粒子は粒成長していく。窒化珪素もジルコニアもその点では同様である。またその際、窒化珪素は結晶構造がαＳｉ３Ｎ４からβＳｉ３Ｎ４へ転移していく。そのβＳｉ３Ｎ４は、アスペクト比の高い針状の結晶となる。これが特許文献３の場合の高強度化のメカニズムである。
【0017】
しかし、Ｍｇ２ＳｉＯ４を複合させる本発明の場合、アスペクト比の高い針状のβＳｉ３Ｎ４結晶が多く生成する焼結温度では製造不可能である。これは、Ｍｇ２ＳｉＯ４の構成酸化物がＭｇＯ－ＳｉＯ２系であってその共晶温度が１５５０℃であり、この系ではアスペクト比の高い針状のβＳｉ３Ｎ４結晶が多く生成する焼結温度（例えば１６００℃以上）では、過剰の液相が出現して均一な焼結体にはならないからである。そこで本発明者らは、特許文献３とは全く異なる考え方で高強度を実現させた。
【0018】
すなわち、本発明では、βＳｉ３Ｎ４をできる限り生成させることなく高強度を具備する窒化珪素複合材料を提供する。その具体的な手段としては、αＳｉ３Ｎ４結晶粒子が最密充填している隙間に、Ｍｇ２ＳｉＯ４が埋められた構造とすることによって高強度を実現させた。さらに詳細に説明すれば、球形の粒子を最密充填したときの充填率は、体心立方格子構造の場合で計算上は６７％であり、残りの３３％は隙間（空間）となる。そこで、本発明では、最密充填されたαＳｉ３Ｎ４結晶粒子の間をほぼ完全にＭｇ２ＳｉＯ４で埋めることにより緻密なセラミックスとして高強度を実現させることとした。
以上の通り、本発明では、αＳｉ３Ｎ４結晶粒子（窒化珪素粒子）同士の焼結は起こさせず、Ｍｇ２ＳｉＯ４（フォルステライト）を窒化珪素粒子間の結合材として機能させることで、緻密質の高強度な窒化珪素複合材料（窒化珪素－フォルステライト複合材料）を提供する。
以上の通り、本発明では、αＳｉ３Ｎ４結晶粒子（窒化珪素粒子）同士の焼結は起こさせず、Ｍｇ２ＳｉＯ４（フォルステライト）を窒化珪素粒子間の結合材として機能させることで、緻密質の高強度な窒化珪素複合材料（窒化珪素－フォルステライト複合材料）を提供する。
【0019】
本発明の窒化珪素複合材料は上述の通り、出発原料として基本的に窒化珪素はαＳｉ３Ｎ４原料、フォルステライトは予め合成されたＭｇ２ＳｉＯ４原料を用いる。窒化珪素は気相合成法で生成された高純度の原料を用いるのが好ましいが、他の製法でも問題ない。この場合、Ｆｅ２Ｏ３やアルカリ、アルカリ土類等の不純物が含まれることがあるが、これらの不純物は合量で１質量％以下であれば問題ない。Ｍｇ２ＳｉＯ４原料としても、高純度な原料が好ましいが、工業的に製造される原料には、混合、粉砕メディアからの摩耗したＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の不純物が混入している場合もある。その場合、不純物の合量が５質量％以下であれば問題ない。なお、本発明の窒化珪素複合材料において上述した各成分の含有率は、基本的にＩＣＰ発光分光分析法、並びにＮ及びＯの分析により特定することができる。
【0020】
本発明の窒化珪素複合材料は、通常のセラミックス製造と同様に出発原料を混合し成形した成形体を焼結することで得られるが、相対密度を９５％以上とするため、焼結としては、ホットプレス処理又は常圧焼結した後のＨＩＰ処理を実施することが好ましい。
また、本発明の窒化珪素複合材料は上述の通り、ピーク強度比が０．２０以下であることを特徴の一つとするが、このピーク強度比は焼結温度によって制御することができる。具体的には後述する実施例に示しているように焼結温度を１５００℃以下とすることで、ピーク強度比を０．２０以下とすることができる。また、焼結温度を、ＭｇＯ－ＳｉＯ２系の共晶温度（１５５０℃）より低い１５００℃以下とすることで、焼結時に過剰の液相が出現することを抑えることができる。なお、焼結温度の下限値は特に限定されないが、後述する実施例では１４００℃が下限値である。
また、本発明の窒化珪素複合材料は上述の通り、ピーク強度比が０．２０以下であることを特徴の一つとするが、このピーク強度比は焼結温度によって制御することができる。具体的には後述する実施例に示しているように焼結温度を１５００℃以下とすることで、ピーク強度比を０．２０以下とすることができる。また、焼結温度を、ＭｇＯ－ＳｉＯ２系の共晶温度（１５５０℃）より低い１５００℃以下とすることで、焼結時に過剰の液相が出現することを抑えることができる。なお、焼結温度の下限値は特に限定されないが、後述する実施例では１４００℃が下限値である。
【0021】
以上のように各成分の含有率及びピーク強度比が所定の範囲内となるようにすることで、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備する窒化珪素複合材料を得ることができる。具体的には後述する実施例に示しているように、室温から２００℃における熱膨張係数が３×１０－６／℃以上６×１０－６／℃以下であるという熱膨張特性、及び曲げ強度が４００ＭＰａ以上という強度特性を安定して得ることができる。
【0022】
本発明の窒化珪素複合材料は、プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品の本体部として好適に用いられる。すなわち、本発明のプローブ案内部品は、本発明の窒化珪素複合材料を用いた板状の本体部と、この本体部に、プローブを挿通する複数の貫通孔及び／又はスリットとを備えるものである。
【0023】
プローブカード案内部品の形状は、一般的に□２５ｍｍからφ３００ｍｍのものまで存在するが、その形状が大きくなりプローブの数が増加するほど、その面に作用する曲げモーメントは増加する。案内部品がその曲げモーメントでの撓みを少なくして正確にプローブを案内するためには、その素材の弾性率も重要な因子となる。Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）は、もともと弾性率は３００ＧＰａ以上を有するが、熱膨張制御のためＺｒＯ２（ジルコニア）やＭｇ２ＳｉＯ４（フォルステライト）を添加すると弾性率は低下する。この点、本発明で添加するフォルステライトはジルコニアより大きな熱膨張を有するため、制御したい熱膨張率を得るためには、その添加量は少なくて済む。よって本発明においては、後述する実施例に示しているように、３００ＧＰａ以上の弾性率を有するものも得ることができる。
【0024】
なお、本発明の窒化珪素複合材料は、プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品と同様の性能が求められる用途として、パッケージ検査用ソケットなどの検査用ソケットに用いることもできる。
【実施例0025】
本発明の効果を確認するべく、配合比を変化させたα－Ｓｉ３Ｎ４粉末と、Ｍｇ２ＳｉＯ４粉末とを、水、分散剤、成形助剤及びセラミックス製のボールと共にボールミル中で混合し、得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥して顆粒状にした。顆粒は□４０×ｔ３０ｍｍの成形体に１４０ＭＰａの圧力でプレス成形後、成形助剤等を脱脂処理した。その後、同脱脂体を黒鉛製のダイス（型）にセットし、窒素雰囲気中３０ＭＰａの圧力を加えながら１４００℃～１６００℃で２時間ホットプレス焼結を行って、縦４０×横４０×厚さ１５ｍｍの試験材を得た。そして、得られた試験材から試験片を採取し、相対密度、ピーク強度比、熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価を行い、これらの評価結果より総合評価を行った。なお、α－Ｓｉ３Ｎ４粉末及びＭｇ２ＳｉＯ４粉末としては、不純物を実質的に含まない高純度のものを使用した。
表１に、本発明の実施例及び比較例に係る窒化珪素複合材料の組成と評価結果を示している。
表１に、本発明の実施例及び比較例に係る窒化珪素複合材料の組成と評価結果を示している。
【0026】
【表1】
【0027】
相対密度、ピーク強度比、熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価、並びに総合評価は以下の要領で行った。
＜相対密度＞
各例の試験片について、アルキメデス法でかさ比重を測定した。次に試験片をＷＣ製の乳鉢、乳棒で微粉砕したものをピクノメーター法で真比重を測定した。相対密度は、かさ比重÷真比重で算出した。
＜相対密度＞
各例の試験片について、アルキメデス法でかさ比重を測定した。次に試験片をＷＣ製の乳鉢、乳棒で微粉砕したものをピクノメーター法で真比重を測定した。相対密度は、かさ比重÷真比重で算出した。
【0028】
＜ピーク強度比＞
図１に、粉末Ｘ線回折の一例として、実施例４の粉末Ｘ線回折強度データを示している。このような粉末Ｘ線回折強度データに基づき、αＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度：Ｉα、及びβＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度：Ｉβを得、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）を求めた。なお、実施例４の粉末Ｘ線回折強度データ（図１）において、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度は０である。
図１に、粉末Ｘ線回折の一例として、実施例４の粉末Ｘ線回折強度データを示している。このような粉末Ｘ線回折強度データに基づき、αＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度：Ｉα、及びβＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度：Ｉβを得、ピーク強度比：Ｉβ／（Ｉα＋Ｉβ）を求めた。なお、実施例４の粉末Ｘ線回折強度データ（図１）において、βＳｉ３Ｎ４の（２１０）面ピーク強度は０である。
【0029】
＜熱膨張係数＞
各例の試験片について、室温から２００℃における熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に従って求めた。熱膨張係数（単位：１０－６／℃）の評価は、３．５以上５以下である場合を◎（優良）、３以上３．５未満又は５超６未満である場合を〇（良好）、３未満の場合を×（低）（不良）、６超の場合を×（高）（不良）とした。
各例の試験片について、室温から２００℃における熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に従って求めた。熱膨張係数（単位：１０－６／℃）の評価は、３．５以上５以下である場合を◎（優良）、３以上３．５未満又は５超６未満である場合を〇（良好）、３未満の場合を×（低）（不良）、６超の場合を×（高）（不良）とした。
【0030】
＜曲げ強度＞
各例の試験片について、四点曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に従って求めた。曲げ強度（単位：ＭＰａ）の評価は、６００以上の場合を◎（優良）、４００以上６００未満の場合を〇（良）、４００未満の場合を×（不良）とした。
各例の試験片について、四点曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に従って求めた。曲げ強度（単位：ＭＰａ）の評価は、６００以上の場合を◎（優良）、４００以上６００未満の場合を〇（良）、４００未満の場合を×（不良）とした。
【0031】
＜弾性率＞
各例の試験片について、弾性率をＪＩＳ Ｒ１６０２に従って求めた。弾性率（単位：ＧＰａ）の評価は、３００以上の場合を◎（優良）、２５０以上３００未満の場合を〇（良）、２５０未満の場合を×（不良）とした。
各例の試験片について、弾性率をＪＩＳ Ｒ１６０２に従って求めた。弾性率（単位：ＧＰａ）の評価は、３００以上の場合を◎（優良）、２５０以上３００未満の場合を〇（良）、２５０未満の場合を×（不良）とした。
【0032】
＜総合評価＞
熱膨張係数及び曲げ強度の評価が両方とも◎（優良）でかつ弾性率の評価が◎（優良）又は〇（良）の場合を◎（優良）、熱膨張係数及び曲げ強度の評価のうち少なくとも一方の評価が〇（良好）でかつ熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価に×（不良）の評価がない場合を〇（良）、熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価の少なくとも一つの評価に×（不良）の評価がある場合を×（不良）とした。
熱膨張係数及び曲げ強度の評価が両方とも◎（優良）でかつ弾性率の評価が◎（優良）又は〇（良）の場合を◎（優良）、熱膨張係数及び曲げ強度の評価のうち少なくとも一方の評価が〇（良好）でかつ熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価に×（不良）の評価がない場合を〇（良）、熱膨張係数、曲げ強度及び弾性率の評価の少なくとも一つの評価に×（不良）の評価がある場合を×（不良）とした。
【0033】
表１中、実施例１から実施例６は、組成（各成分の含有率）及びピーク強度比がいずれも本発明の範囲内にあり、総合評価は◎（優良）又は〇（良好）となり、良好な結果が得られた。なかでも組成及びピーク強度比がいずれも好ましい範囲内にある実施例２から実施例４は総合評価が◎（優良）となり、特に良好な結果が得られた。
なお、図２には実施例４に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真を示している。微細結晶のαＳｉ３Ｎ４の間をほぼ完全にＭｇ２ＳｉＯ４が埋めている形態を呈している。
なお、図２には実施例４に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真を示している。微細結晶のαＳｉ３Ｎ４の間をほぼ完全にＭｇ２ＳｉＯ４が埋めている形態を呈している。
【0034】
表１中、比較例１はＭｇ２ＳｉＯ４の含有率が低すぎる例である。焼結性が悪く相対密度が本発明の規定値（９５％）を下回った。そのため曲げ強度の評価が「×（不良）」となった。またＭｇ２ＳｉＯ４の含有率が相対的に低いこともあり、熱膨張係数の評価が「×（低）」となった。弾性率も密度に影響されるため「×（不良）」となった。
比較例２、３はＭｇ２ＳｉＯ４の含有率が高すぎる例である。熱膨張係数の評価が「×（高）」となった。なお、比較例２、３では、ピーク強度比の評価は行わなかった。
比較例４、５は、ピーク強度比が高すぎる例である。曲げ強度の評価が×（不良）となった。なお、図３には比較例５に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真を示している。βＳｉ３Ｎ４の生成により、微細な結晶粒の構造が乱れ、小さな隙間が出現して強度が低下する原因となっている。
比較例６は、ＭｇＯ－ＳｉＯ２系の共晶温度（１５５０℃）より高い１６００℃で焼結した例である。焼結時に液相が生成して不均一な焼結体になった（図４参照）。また、ピーク強度比も０．５と高くなった。なお、比較例６は不均一な焼結体になったため、ピーク強度比以外の評価は行わなかった。
比較例２、３はＭｇ２ＳｉＯ４の含有率が高すぎる例である。熱膨張係数の評価が「×（高）」となった。なお、比較例２、３では、ピーク強度比の評価は行わなかった。
比較例４、５は、ピーク強度比が高すぎる例である。曲げ強度の評価が×（不良）となった。なお、図３には比較例５に係る窒化珪素複合材料の断面ＳＥＭ写真を示している。βＳｉ３Ｎ４の生成により、微細な結晶粒の構造が乱れ、小さな隙間が出現して強度が低下する原因となっている。
比較例６は、ＭｇＯ－ＳｉＯ２系の共晶温度（１５５０℃）より高い１６００℃で焼結した例である。焼結時に液相が生成して不均一な焼結体になった（図４参照）。また、ピーク強度比も０．５と高くなった。なお、比較例６は不均一な焼結体になったため、ピーク強度比以外の評価は行わなかった。
【0035】
以上の通り本発明によれば、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備する窒化珪素複合材料を得ることができる。また、実施例２に示しているように、弾性率が３００ＧＰａ以上、具体的には３０４ＧＰａの高弾性を具備する窒化珪素複合材料を得ることもできる。一方、本発明者らが特許文献３の窒化珪素複合材料について弾性率を評価したところ２８３ＧＰａが最大値であった。すなわち、本発明によれば、シリコンウエハと同等の熱膨張係数と高強度とを安定して具備すると共に高剛性をも具備する窒化珪素複合材料を得ることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
