(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素ガスを炉内に供給するための配管とアルゴンガスを炉内に供給するための配管とが別々の箇所で接続されている炉内に、マグネシウムを気化させる第１の場所と、アルミニウムを反応させる第２の場所とを独立して設け、前記マグネシウムを前記第１の場所にて当該マグネシウムの沸点以上に加熱して気化させてマグネシウム蒸気を生成し、その生成したマグネシウム蒸気を、前記炉内へと供給したアルゴンガスの流れにより前記第１の場所から前記第２の場所へと供給する過程でアルミニウムの融点以下の温度に加熱して窒素ガスと反応させることで、アルミニウムの融点よりも高い温度で当該アルミニウムと反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウムを生成し、その生成した窒化マグネシウムとアルミニウムとを当該アルミニウムの融点付近から前記窒化マグネシウムが分解しない温度の範囲に前記第２の場所にて加熱することで、当該アルミニウムを当該窒化マグネシウムにより窒化させて窒化アルミニウムを形成することを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法において、
生成したマグネシウム蒸気を、前記第２の場所の近傍にてアルミニウムの融点以下の温度に加熱して窒素ガスと反応させることを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法において、
アルゴンガスと窒素ガスとのそれぞれの供給量を制御することを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法において、
前記第１の場所を第１の炉内に設けると共に、前記第２の場所を前記第１の炉とは異なる第２の炉内に設けたことを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法において、
前記第１の炉内の前記第１の場所を前記第２の炉内の前記第２の場所に対して正圧とすることを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法において、
前記アルミニウムの一部を反応させて窒化アルミニウムを形成することを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造方法。
【請求項７】
窒素ガスを炉内に供給するための配管とアルゴンガスを炉内に供給するための配管とが別々の箇所で接続され、マグネシウムが気化される第１の場所と、アルミニウムが反応される第２の場所とが独立して設けられ、前記マグネシウムが当該マグネシウムの沸点以上に加熱されて前記第１の場所にて気化されてマグネシウム蒸気が生成され、その生成されたマグネシウム蒸気が、前記炉内へと供給されたアルゴンガスの流れにより前記第１の場所から前記第２の場所へと供給される過程でアルミニウムの融点以下の温度に加熱されて窒素ガスと反応されることで、アルミニウムの融点よりも高い温度で当該アルミニウムと反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウムが生成され、その生成された窒化マグネシウムとアルミニウムとが当該アルミニウムの融点付近から前記窒化マグネシウムが分解しない温度の範囲に前記第２の場所にて加熱されることで、当該アルミニウムが当該窒化マグネシウムにより窒化させて窒化アルミニウムが形成される炉を備えたことを特徴とする窒化アルミニウム材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムが窒化されてなる窒化アルミニウム材料の製造方法及び窒化アルミニウム材料の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインバータやコンバータ等の電力変換装置である半導体モジュールを冷却するために熱交換器が用いられている。この場合、半導体モジュールは電極板が表面（放熱面）に露出されている構造であるので、熱交換器の冷却管がアルミニウム（Ａｌ）からなる構造であれば、半導体モジュールの電極板と熱交換器の冷却管との間に電気的絶縁性を確保するための絶縁板が介在される。ここで、半導体モジュールの冷却効率を考慮すると、半導体モジュールから熱交換器への熱抵抗の増大を抑えることが望ましく、例えば特許文献１に記載されている技術では、傾斜機能材のように物質層とセラミックス層とを一体化した材料を絶縁板として半導体モジュールと熱交換器との間に介在させ、半導体モジュールと熱交換器との間で電気的絶縁性を確保しつつ半導体モジュールから熱交換器への熱抵抗の増大を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２８７９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されている傾斜機能材を用いる方法では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末（粒子）を１９００℃以上の高温度で焼結する工程を行うので、１９００℃以上に加熱する必要があるという問題があり、又、窒化アルミニウムが低密度になってしまうという問題もあった。そこで、窒化アルミニウムを低温度で且つ高密度に形成する技術として、マグネシウム（Ｍｇ）とアルミニウムとを同一の炉内に配置し、マグネシウムを当該マグネシウムの沸点以上に加熱することで、マグネシウムを気化させてマグネシウム蒸気を生成し、その生成したマグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを反応させてアルミニウムの表面に窒化アルミニウムを形成することが考えられている。
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、マグネシウムとアルミニウムとを同一の炉内に配置する構成、即ち、マグネシウムを気化させてマグネシウム蒸気を生成する工程と、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを反応させて窒化アルミニウムを形成する工程とを同一の炉内で行う構成であるので、アルミニウムと反応する窒化マグネシウムの量が一意に決定されることになる。このような事情により、窒化アルミニウムを所望のサイズ（厚さや表面積）や密度で形成することができず、例えば窒化アルミニウムの厚さが不均一になったり、アルミニウムを全て反応させて窒化アルミニウム単体材料を製造したい場合であっても未反応のアルミニウムが残ってしまったりする等の問題がある。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化アルミニウムを所望のサイズや密度で形成することができる窒化アルミニウム材料の製造方法及び窒化アルミニウム材料の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、窒素ガスを炉内に供給するための配管とアルゴンガスを炉内に供給するための配管とが別々の箇所で接続されている炉内に、マグネシウムを気化させる第１の場所と、アルミニウムを反応させる第２の場所とを独立して設け、前記マグネシウムを前記第１の場所にて当該マグネシウムの沸点以上に加熱して気化させてマグネシウム蒸気を生成し、その生成したマグネシウム蒸気を、前記炉内へと供給したアルゴンガスの流れにより前記第１の場所から前記第２の場所へと供給する過程でアルミニウムの融点以下の温度に加熱して窒素ガスと反応させることで、アルミニウムの融点よりも高い温度で当該アルミニウムと反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウムを生成し、その生成した窒化マグネシウムとアルミニウムとを当該アルミニウムの融点付近から前記窒化マグネシウムが分解しない温度の範囲に前記第２の場所にて加熱することで、当該アルミニウムを当該窒化マグネシウムにより窒化させて窒化アルミニウムを形成する。
【０００８】
これにより、マグネシウムを気化させてマグネシウム蒸気を生成する工程と、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを反応させて窒化アルミニウムを形成する工程とを別々の場所にて行うので、アルゴンガスの流れを制御することにより、第１の場所から第２の場所へと供給されるマグネシウム蒸気の供給量を制御することができる。よって、マグネシウム蒸気の供給量を制御することで、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとが反応する際の反応量や反応速度を制御することができ、窒化アルミニウムを所望のサイズ（厚さや表面積）や密度で形成することができる。
【０００９】
即ち、第１の場所から第２の場所へと供給されるマグネシウム蒸気の過不足により窒化アルミニウムの厚さが不均一になったり未反応のアルミニウムが残ってしまったり低密度になったりすることを回避することができ、窒化アルミニウムの厚さを均一にしたりアルミニウムを全て反応させて窒化アルミニウム単体材料を製造したり高密度にしたりすることができる等、窒化アルミニウム材料を製造する際の自由度を高めることができる。尚、窒化アルミニウム材料とは、未反応のアルミニウムが残らないように（アルミニウムを全て窒化させて）形成された窒化アルミニウム単体からなる窒化アルミニウム単体材料、未反応のアルミニウムが残るように（アルミニウムの一部だけを窒化させて）形成されたアルミニウムと窒化アルミニウムとが接合されてなるアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の何れの概念も含む。又、マグネシウム蒸気と窒素ガスとを反応させ、アルミニウムの融点よりも高い温度で当該アルミニウムと反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウムを生成することで、アルミニウムを当該窒化マグネシウムにより効率良く窒化させることができ、窒化アルミニウムを効率良く形成することができる。
【００１２】
請求項２に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、生成したマグネシウム蒸気を、前記第２の場所の近傍にてアルミニウムの融点以下の温度に加熱して窒素ガスと反応させる。これにより、マグネシウム蒸気と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウムを生成してからアルミニウムを当該窒化マグネシウムにより窒化させるまでの期間が長いと、アルミニウムを窒化させるのに寄与しない窒化マグネシウムが析出する虞があり、窒化アルミニウムを効率良く形成することを阻害する要因となり得てしまうが、生成したマグネシウム蒸気を第２の場所の近傍にて窒素ガスと反応させることで、マグネシウム蒸気と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウムを生成してからアルミニウムを当該窒化マグネシウムにより窒化させるまでの期間を極力短くすることができ、窒化マグネシウムの殆どがアルミニウムを窒化させるのに寄与することで窒化マグネシウムが析出することを極力抑制することができ、窒化アルミニウムを効率良く形成することができる。
【００１３】
請求項３に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、アルゴンガスと窒素ガスとのそれぞれの供給量を制御する。これにより、アルゴンガスの炉内への供給と窒素ガスの炉内への供給とを独立して制御することで、生成したマグネシウム蒸気を第２の場所の近傍にて窒素ガスと確実に反応させることができ、窒化アルミニウムを所望のサイズや密度で確実に形成することができる。
【００１４】
請求項４に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、前記第１の場所を第１の炉内に設けると共に、前記第２の場所を前記第１の炉とは異なる第２の炉内に設けた。
【００１５】
これにより、マグネシウムを気化させてマグネシウム蒸気を生成する第１の炉と、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを反応させて窒化アルミニウムを形成する第２の炉とを別々に設けることで、マグネシウムを気化させてマグネシウム蒸気を生成する工程での温度制御と、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを反応させて窒化アルミニウムを形成する工程での温度制御を確実に且つ容易に行うことができる。
【００１６】
請求項５に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、前記第１の炉内の前記第１の場所を前記第２の炉内の前記第２の場所に対して正圧とする。これにより、第１の炉内のアルゴンガスを第２の炉内へと確実に供給すると共に、第２の炉内へと供給されたアルゴンガスが第１の炉内へと供給される（逆流する）ことを防止することができ、マグネシウム蒸気をアルゴンガスの流れにより第１の炉内から第２の炉内へと確実に供給することができ、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとを第２の炉内の第２の場所にて確実に反応させて窒化アルミニウムを効率良く形成することができる。
【００１９】
請求項６に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法によれば、前記アルミニウムの一部を反応させて窒化アルミニウムを形成する。これにより、アルミニウムの一部を窒化し、即ち、その一部を除く残り部分を窒化しないことで、アルミニウムを残したまま窒化アルミニウムを形成することができ、アルミニウムと窒化アルミニウムとが接合されてなるアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を製造することができる。
【００２０】
請求項７に記載した窒化アルミニウム材料の製造装置によれば、窒素ガスを炉内に供給するための配管とアルゴンガスを炉内に供給するための配管とが別々の箇所で接続され、マグネシウムが気化される第１の場所と、アルミニウムが反応される第２の場所とが独立して設けられ、前記マグネシウムが当該マグネシウムの沸点以上に加熱されて前記第１の場所にて気化されてマグネシウム蒸気が生成され、その生成されたマグネシウム蒸気が、前記炉内へと供給されたアルゴンガスの流れにより前記第１の場所から前記第２の場所へと供給される過程でアルミニウムの融点以下の温度に加熱されて窒素ガスと反応されることで、アルミニウムの融点よりも高い温度で当該アルミニウムと反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウムが生成され、その生成された窒化マグネシウムとアルミニウムとが当該アルミニウムの融点付近から前記窒化マグネシウムが分解しない温度の範囲に前記第２の場所にて加熱されることで、当該アルミニウムが当該窒化マグネシウムにより窒化させて窒化アルミニウムが形成される炉を備えた。
【００２１】
これにより、上記した請求項１に記載した窒化アルミニウム材料の製造方法と同様に、アルゴンガスの流れを制御することにより、第１の場所から第２の場所へと供給されるマグネシウム蒸気の供給量を制御することができ、マグネシウム蒸気の供給量を制御することで、マグネシウム蒸気と窒素ガスとアルミニウムとが反応する際の反応量や反応速度を制御することができ、窒化アルミニウムを所望のサイズや密度で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、窒化アルミニウム材料の製造装置を概略的に示す図
【図２】窒化アルミニウム材料を製造する手順を示す図
【図３】図２相当図
【図４】図２相当図
【図５】図２相当図
【図６】半導体モジュール及び熱交換器の縦断側面図
【図７】窒化アルミニウム材料を製造する手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は窒化アルミニウム材料を製造する製造装置を概略的に示している。窒化アルミニウム材料を製造する製造装置１（本発明でいう窒化アルミニウム材料の製造装置に相当）は、第１の炉（加熱炉）２と、第１の炉２よりも径大な第２の炉（加熱炉）３とが組み合わされて構成されている。
【００３１】
第１の炉２には第１の炉心管４が設けられている。第１の炉心管４の一端側（図１では左端側）４ａには蓋部材５が設けられ、その蓋部材５には配管６の一端側６ａが接続されている。配管６の他端側６ｂにはアルゴン（Ａｒ）ガス（本発明でいう非酸化ガスに相当）が充填されているアルゴンガスボンベ７が接続されている。即ち、アルゴンガスボンベ７と第１の炉心管４とは配管６を介して接続されており、アルゴンガスボンベ７に充填されているアルゴンガスは配管６内を流れて第１の炉心管４内へと供給される。配管６には調整弁８が設けられており、調整弁８の開度が調整されることで、アルゴンガスボンベ７から配管６内を流れて第１の炉心管４内へと供給されるアルゴンガスの供給量が調整される。又、第１の炉心管４の他端側（図１では右端側）４ｂは開放されている。
【００３２】
第２の炉３には上記した第１の炉心管４よりも径大な第２の炉心管９が設けられている。第２の炉心管９の一端側（図１では左端側）９ａには蓋部材１０が設けられ、その蓋部材１０の中空部１０ａには上記した第１の炉心管４が挿通されている。即ち、上記した第１の炉心管４の他端側４ｂは第２の炉心管９内に位置している。第２の炉心管９にあって第１の炉心管４の他端側４ｂに近い部位には配管１１の一端側１１ａが接続されている。配管１１の他端側１１ｂには窒素（Ｎ２）ガスが充填されている窒素ガスボンベ１２が接続されている。即ち、窒素ガスボンベ１２と第２の炉心管９とは配管１１を介して接続されており、窒素ガスボンベ１２に充填されている窒素ガスは配管１１内を流れて第２の炉心管９内へと供給される。配管１１には調整弁１３が設けられており、調整弁１３の開度が調整されることで、窒素ガスボンベ１２から配管１１内を流れて第２の炉心管９内へと供給される窒素ガスの量の供給量が調整される。又、第２の炉心管９の他端側（図１では右端側）９ｂには蓋部材１４が設けられ、第２の炉心管９の他端側９ｂの近くには配管１５の一端側１５ａが接続されている。
【００３３】
上記した構成では、第１の炉心管４の他端側４ｂが第２の炉心管９内に位置して開放されており、又、第１の炉心管４内が第２の炉心管９内に対して正圧に制御されることで、アルゴンガスボンベ７から配管６内を流れて第１の炉心管４内へと供給されたアルゴンガスは、第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと供給され、その第２の炉心管９内へと供給されたアルゴンガスは、第１の炉心管４内へと供給される（逆流する）ことなく、配管１５内を流れて第２の炉心管９の外部へと供給される。即ち、アルゴンガスボンベ７から供給されたアルゴンガスは、第１の炉心管４内及び第２の炉心管９内に滞留することなく外部へと供給される。
【００３４】
次に、上記した製造装置を用いて窒化アルミニウム材料を製造する工程について、図２乃至図７も参照して説明する。
最初に、図１に示すように、マグネシウム（Ｍｇ）１６（本発明でいう物質に相当）を凹形状のケース１７に収容した状態で第１の炉心管４内にあって他端側４ｂ（開放されている側）の近くに配置すると共に、アルミニウム（Ａｌ）１８を型１９と共に凹形状のケース２０に収容した状態で第２の炉心管９内にあって第１の炉心管４の他端側４ｂの近くに配置する。マグネシウム１６は、板形状であっても良いし粒形状であっても良い。アルミニウム１８は、型１９に接する面に多数の凹部２１ａと多数の凸部２１ｂとが繰返して連なる凹凸部２１を有する形状に形成されている。凹凸部２１は、溶融アルミニウムが固化する際に型１９の形状により成形されるものであり、後述するように窒化アルミニウム材料が熱交換器の一部として用いられた場合に、熱交換の表面積を大きくする（熱交換率を高める）ために各凹部２１ａの底部及び各凸部２１ｂの頂部が鋭角となっている。
【００３５】
次いで、このようにしてマグネシウム１６を第１の炉心管４内に配置し、アルミニウム１８を第２の炉心管９内に配置した後に、第１の炉心管４内及び第２の炉心管９内を真空引きして第１の炉心管４内及び第２の炉心管９内の酸素を含む空気を排出する。次いで、図２に示すように、第１の炉２を加熱し、第１の炉２内にてマグネシウム１６を当該マグネシウム１６の沸点（１０８０℃）以上に加熱することで、マグネシウム１６を気化させてマグネシウム蒸気２２（本発明でいう蒸気に相当）を生成する（ステップＳ１）。この場合、マグネシウム１６を気化させてマグネシウム蒸気２２を生成する場所、即ち、マグネシウム１６の気化される表面に近い部分が第１の場所２３に相当する。
【００３６】
次いで、図３に示すように、配管６の調整弁８の開度を調整し、アルゴンガスボンベ７に充填されているアルゴンガスを配管６内を通じて第１の炉心管４内へと供給することで、第１の炉心管４内にアルゴンガス雰囲気を形成すると共に、配管１１の調整弁１３の開度を調整し、窒素ガスボンベ１２に充填されている窒素ガスを配管１１内を通じて第２の炉心管９内へと供給することで、第２の炉心管９内に窒素ガス雰囲気を形成する。
【００３７】
この場合、第１の炉心管４内を第２の炉心管９内に対して正圧とすることで、第１の炉心管４内のアルゴンガスを第２の炉心管９内へと確実に供給させると共に、第２の炉心管９内へと供給されたアルゴンガスが第１の炉心管４内へと供給される（逆流する）ことを防止する。又、第２の炉心管９の他端側９ｂ、即ち、アルゴンガスが供給される側とは反対側に配管１５が接続されていることで、第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと供給されたアルゴンガスは、アルミニウム１８の表面上の空間を水平方向へと流れる。又、第２の炉心管９内の窒素ガスが第１の炉心管４内へと供給される（逆流する）ことをも防止する。
【００３８】
尚、第２の炉心管９内へと供給する窒素ガスの純度は例えば５Ｎ（９９．９９９％）以上であり、このようにして第２の炉心管９内を非酸化の条件とする。非酸化とは、マグネシウム１６の窒化及びアルミニウム１８の窒化を阻害しない程度の酸素濃度である非酸素の状態であり、又、非水も含む。このようにして第１の炉心管４内のアルゴンガスが第２の炉心管９内へと供給されることで、第１の炉心管４内にて生成されたマグネシウム蒸気２２がアルゴンガスの流れにより第２の炉心管９内へと供給される。即ち、アルゴンガスは、マグネシウム蒸気２２を第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと移送するキャリアガスとして機能する。
【００３９】
次いで、図４に示すように、第２の炉３を加熱し、第２の炉３内にて窒素ガスをアルミニウムの融点（６６０℃）以下である約４８０℃から６６０℃の範囲に加熱し、第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へとアルゴンガスにより供給されたマグネシウム蒸気２２を窒化させ（マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させ）、窒化マグネシウム２４（本発明でいう反応物に相当）を生成する（ステップＳ２）。
【００４０】
この場合、第１の炉心管４の他端部４ｂ、即ち、マグネシウム蒸気２２が第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと流出する空間と、第２の炉心管９内に配置されているアルミニウム１８との間で、窒素ガスが第２の炉心管９内へと供給されるので、第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと供給されたマグネシウム蒸気２２をアルミニウム１８に近い部位で窒素ガスと反応させることができ、又、マグネシウム蒸気２２を窒化させて生成した窒化マグネシウム２４をアルミニウム１８の表面上の空間へと速やかに供給することができる。換言すれば、アルミニウム１８が後述するように窒化マグネシウム２４により窒化される直前で、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム２４を生成することができる。このようにして生成される窒化マグネシウム２４は、アルミニウム１８の融点よりも高い温度で当該アルミニウム１８と反応した場合に窒化アルミニウムとなる反応の自由エネルギー変化が負となる反応物（固体窒化物）である。窒化マグネシウム２４が形成される化学反応式は以下の通りである。
３Ｍｇ＋Ｎ２→Ｍｇ３Ｎ２
【００４１】
次いで、図５に示すように、第２の炉心管９内を真空引きして第２の炉心管９内の窒素ガスを排出し、第２の炉心管９内にアルゴンガス雰囲気を形成し、第２の炉３を加熱し、アルミニウム１８と窒化マグネシウム２４とをアルミニウム１８の融点付近である約６６０℃から窒化マグネシウム２４が分解しない１３００℃の範囲に加熱し、アルミニウム１８の一部を窒化マグネシウム２４により窒化させてアルミニウム１８の表面（図５では上面）に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）２５を形成する（ステップＳ３）。アルミニウム１８の一部を窒化マグネシウム２４により窒化させて窒化アルミニウム２５を形成する場所、即ち、アルミニウム１８の窒化される表面に近い部分が第２の場所２６に相当し、上記したようにマグネシウム蒸気２２はアルミニウム１８に近い部位（第２の場所２６の近傍）にて窒素ガスと反応される。窒化アルミニウム２５が形成される化学反応式は以下の通りである。
２Ａｌ＋Ｍｇ３Ｎ２→２ＡｌＮ＋３Ｍｇ
【００４２】
このようにしてアルミニウム１８の一部（表面）を窒化させて窒化アルミニウム２５を形成することにより、アルミニウムと窒化アルミニウムとが接合されてなるアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７（本発明でいう窒化アルミニウム材料に相当）を製造する。そして、第１の炉心管４内及び第２の炉心管９内を常温まで降温し、第１の炉心管４内及び第２の炉心管９内に残留しているアルゴンガスを排出した後に、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７を型１９から取外す。
【００４３】
尚、上記した一連の工程では、窒化マグネシウム２４により窒化されないアルミニウム１８が残るように、即ち、未反応のアルミニウム１８が残るように窒化アルミニウム２５を形成することで、アルミニウムと窒化アルミニウムとが接合されてなるアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７を製造する場合を説明したが、窒化マグネシウム２４により窒化されないアルミニウム１８が残らないように、即ち、未反応のアルミニウム１８が残らないように窒化アルミニウム２５を形成すれば、窒化アルミニウム単体からなるアルミニウム単体材料を製造することが可能である。要するに、窒化アルミニウム材料とは、アルミニウムと窒化アルミニウムとが接合されてなるアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７、窒化アルミニウム単体からなる窒化アルミニウム単体材料の何れの概念も含む。この場合、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７及び窒化アルミニウム単体材料の何れを製造するかは、窒化マグネシウム２４の量、即ち、第１の炉心管４から第２の炉心管９へと供給されるマグネシウム蒸気２２の供給量（マグネシウム蒸気２２を移送するアルゴンガスの供給量）を調節して選択することができる。
【００４４】
このようにして形成されたアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７は、後述する半導体モジュールを冷却するための熱交換器２８の一部として用いられる。図６に示すように、上記した製造方法により製造したアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７は、窒化マグネシウム２４により窒化されなかった（未反応の）アルミニウム１８の両端面部１８ａ、１８ｂ側とアルミニウムを材料として成型されている冷却管部材２９の端面部２９ａ、２９ｂとがろう付け接合され、即ち、アルミニウム１８と冷却管部材２９とがろう付け接合されていることで、冷却管部材２９と共に冷却管３０を構成している。冷却管３０の内部は冷却媒体が流通する冷媒流路３１とされている。
【００４５】
半導体モジュール３２（本発明でいう発熱体に相当）は例えばインバータやコンバータ等の電力変換装置であり、ＩＧＢＴ等の半導体素子３３を内蔵している。半導体素子３３は例えば銅を材料として成型されている一対の電極板３４、３５によりスペーサ３６、３７を介して挟持されている。電極板３４の片面３４ａ及び電極板３５の片面３５ａは半導体モジュール３２の表面に露出されており、電極板３４の片面３５ａにはグリス３８を介してアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７の窒化アルミニウム２５が密着している。
【００４６】
上記した構成によれば、半導体モジュール３２の電極板３２側から発生された熱はグリス３８を介してアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７に伝達され、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２７から冷却媒体に伝達される（熱交換される）。この場合、アルミニウム１８にあって窒化アルミニウム２５が形成されている側と反対側には上記したように凹凸部２１が形成されているので、アルミニウム１８と冷却媒体との接触面積を大きくすることができ、アルミニウム１８と冷却媒体との熱交換効率を高めることができ、半導体モジュール３２の冷却効率を高めることができる。
【００４７】
以上に説明したように本実施形態によれば、マグネシウム１６を第１の炉２に配置し、アルミニウム１８を第２の炉３に配置し、マグネシウム１６を第１の炉２内にて気化させてマグネシウム蒸気２２を生成し、その生成したマグネシウム蒸気２２をアルゴンガスの流れにより第１の炉２内から第２の炉３内へと供給し、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを第２の炉３内にて反応させて窒化マグネシウム２４を生成し、アルミニウム１８を窒化マグネシウム２４により窒化させて窒化アルミニウム２５を形成するようにしたので、マグネシウム蒸気２２を生成する工程と、窒化マグネシウム２４とアルミニウム１８とを反応させて窒化アルミニウム２５を形成する工程とを別々の炉にて行うことができる。その結果、第１の炉２内から第２の炉３内へと供給するマグネシウム蒸気２２の供給量を制御することで、窒化マグネシウム２４とアルミニウム１８とが反応する際の反応量や反応速度を制御することができ、窒化アルミニウム２５を所望のサイズ（厚さや表面積）や密度で形成することができる。
【００４８】
即ち、マグネシウム蒸気２２の過不足により窒化アルミニウム２５の厚さが不均一になったり未反応のアルミニウム１８が残ってしまったり低密度になったりすることを回避することができ、窒化アルミニウム２５の厚さを均一にしたりアルミニウム１８を全て反応させて窒化アルミニウム単体材料を製造したり高密度にしたりすることができる等、窒化アルミニウム材料２７を製造する際の自由度を高めることができる。
【００４９】
又、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させ、アルミニウム１８の融点よりも高い温度で当該アルミニウム１８と反応した場合に窒化アルミニウム２５となる反応の自由エネルギー変化が負となる窒化マグネシウム２４を生成するようにしたので、アルミニウム１８を窒化マグネシウム２４により効率良く窒化させることができ、窒化アルミニウム２５を効率良く形成することができる。
【００５０】
又、マグネシウム蒸気２２をアルミニウム１８の近傍にて窒素ガスと反応させるようにしたので、窒化アルミニウムを効率良く形成することができる。即ち、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム２４を生成してからアルミニウム１８を窒化マグネシウム２４により窒化させるまでの期間が長いと、アルミニウム１８を窒化させるのに寄与しない窒化マグネシウム２４が析出する虞があるが、マグネシウム蒸気２２をアルミニウム１８の近傍にて窒素ガスと反応させることで、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム２４を生成してからアルミニウム１８を窒化マグネシウム２４により窒化させるまでの期間を極力短くすることができ、窒化マグネシウム２４の殆どがアルミニウム１８を窒化させるのに寄与することで窒化マグネシウム２４が析出することを極力抑制することができる。
【００５１】
又、第１の炉２（第１の炉心管４）内を第２の炉３（第２の炉心管９）内に対して正圧としたので、第１の炉心管４内のアルゴンガスを第２の炉心管９内へと確実に供給させると共に、第２の炉心管９内へと供給されたアルゴンガスが第１の炉心管４内へと供給される（逆流する）ことを防止することができ、マグネシウム蒸気２２をアルゴンガスの流れにより第１の炉心管４内から第２の炉心管９内へと確実に供給することができ、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム２４を確実に生成することができる。
【００５２】
又、マグネシウム蒸気２２を窒化させて生成した窒化マグネシウム２４をアルミニウム１８の表面上の空間へと供給するようにしたので、アルミニウム１８の表面を窒化マグネシウム２４により均一に窒化させて窒化アルミニウム２５を形成することができる。
【００５３】
更に、マグネシウム蒸気２２を窒化させて窒化マグネシウム２４を生成する工程と、窒化マグネシウム２４とアルミニウム１８とを反応させて窒化アルミニウム２５を形成する工程とを同一の炉である第２の炉３内にて行うようにしたので、窒化マグネシウム２４が空気中の水分と反応して分解することを回避することができる。
【００５４】
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
マグネシウム１６を気化させてマグネシウム蒸気２２を生成する第１の炉２と、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとアルミニウム１８とを反応させて窒化アルミニウム２５を形成する第２の炉３とを別々に設ける構成に限らず、一つの炉内にて複数の場所で独立した温度制御を可能であれば、一つの炉内にて、マグネシウム１６を第１の温度制御領域にて気化させてマグネシウム蒸気２２を生成し、マグネシウム蒸気２２を第１の温度制御領域から当該第１の温度制御領域とは異なる第２の温度制御領域へと供給し、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとアルミニウム１８とを第２の温度制御領域にて反応させて窒化アルミニウム２５を形成するようにしても良い。
【００５５】
又、複数の場所で独立した温度制御を可能でなくとも、一つの炉内における温度分布を利用し、それぞれに適する温度領域を検出することで、マグネシウム１６を第１の温度領域にて気化させてマグネシウム蒸気２２を生成し、マグネシウム蒸気２２を第１の温度領域から当該第１の温度領域とは異なる第２の温度領域へと供給し、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとアルミニウム１８とを第２の温度領域にて反応させて窒化アルミニウム２５を形成するようにしても良い。
マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを約４８０から６６０℃の範囲に加熱して反応させる場合を説明したが、反応時間は極めて長くなるが熱力学的には常温であっても反応させることができる。
【００５６】
又、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウム２４を生成し、窒化マグネシウム２４とアルミニウム１８とを反応させて窒化アルミニウム２５を形成する場合を説明したが、アルミニウム１８と窒素ガスとを直接反応させて窒化アルミニウム２５を形成するようにしても良く、マグネシウム蒸気２２が触媒として作用しても良い。即ち、マグネシウム蒸気２２と窒素ガスとアルミニウム１８とを反応させて窒化アルミニウム２５を形成することとは、窒化マグネシウム２４を中間生成物として生成する場合と、窒化マグネシウム２４を中間生成物として生成することなくアルミニウム１８と窒素ガスとを直接反応させる場合との双方を含む。
【００５７】
物質としては、マグネシウム１６に限らず、窒化されたときにアルミニウム１８の融点よりも高い温度でアルミニウム１８と反応した場合に窒化アルミニウム２５となる反応の自由エネルギー変化が負となる反応物を生成する物質であれば良く、例えばガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リチウム（Ｌｉ）、バリウム（Ｂａ）、シリコン（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ）、タンタル（Ｔａ）、ランタン（Ｌａ）等を用いても良い。即ち、反応物としては、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）、窒化バリウム（Ｂａ３Ｎ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）等を用いても良い。又、これらの金属に限らず、例えば有機マグネシウム等の有機金属化合物であっても良く、常温で液体の有機金属化合物であれば、その有機金属化合物を加熱することなく低圧とすることで、その有機金属化合物を気化させて蒸気を生成するようにしても良い。即ち、物質を気化させて蒸気を生成する方法はどのような方法であっても良い。
【００５８】
非酸化ガスとしては、アルゴンガスに限らず、非酸化雰囲気を形成するガスであれば良く、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス、ラドン（Ｒｎ）ガス、水素（Ｈ２）ガス等を用いても良い。
【符号の説明】
【００５９】
図面中、１は製造装置（窒化アルミニウム材料の製造装置）、２は第１の炉、３は第２の炉、１６はマグネシウム（物質）、１８はアルミニウム、２２はマグネシウム蒸気（蒸気）、２３は第１の場所、２４は窒化マグネシウム（反応物）、２５は窒化アルミニウム、２６は第２の場所、２７はアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料（窒化アルミニウム材料）、２８は熱交換器、３０は冷却管、３１は冷媒流路、３２は半導体モジュール（発熱体）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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