(57)【要約】【課題】  「色むら」や「しみ」の発生を抑制できる窒化アルミニウム基板の製造方法を提供する。【解決手段】  成形体を所定の焼結温度ＴＳで焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡでアニーリングするアニーリング工程と、を備える。アニーリング工程においては、焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡとなるまで加熱し、続いて焼結体をアニーリング温度ＴＡで所定時間維持し、その後焼結体の温度をアニーリング温度ＴＡから冷却する。アニーリング温度ＴＡはＴＡ≦ＴＳを満たすように定められ、焼結体を１２００℃からアニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度が２００℃／ｈ以下であり、焼結体をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度が２００℃／ｈ以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体を所定の焼結温度ＴＳで焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡでアニーリングするアニーリング工程と、を備え、
前記アニーリング工程では、前記焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡとなるまで加熱し、続いて前記焼結体を前記アニーリング温度ＴＡで所定時間維持し、その後前記焼結体の温度を前記アニーリング温度ＴＡから冷却し、
前記アニーリング工程におけるアニーリング温度ＴＡはＴＡ≦ＴＳを満たすように定められ、
前記アニーリング工程において、前記焼結体を１２００℃から前記アニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度が２００℃／ｈ以下であり、前記焼結体を前記アニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度が２００℃／ｈ以下である窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項２】
前記アニーリング工程において、前記焼結体を前記アニーリング温度ＴＡに維持する時間は３〜５ｈである請求項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記アニーリング工程において、前記アニーリング温度ＴＡはさらにＴＡ（℃）≧ＴＳ（℃）−２００℃を満たすように定められている請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項４】
前記アニーリング工程において、前記焼結体を１２００℃から前記アニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度がさらに５０℃／ｈ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項５】
前記アニーリング工程において、前記焼結体を前記アニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度がさらに５０℃／ｈ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項６】
前記焼結工程において、前記焼結温度ＴＳが１８００〜２１００℃である請求項１〜５のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項７】
前記焼結工程の後、前記アニーリング工程の前に前記焼結体をスライスして基板とし、前記アニーリング工程では前記基板をアニーリングする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、特許文献１及び２に記載されているように、熱伝導率及び機械的強度に優れた基板として窒化アルミニウム基板が知られている。このような、窒化アルミニウム基板は、まず、窒化アルミニウム粉末にイットリア等の焼結助剤やバインダを加えた上で板状に成形して成形体とし、この成形体を所定の焼結温度で焼結して焼結体とし、この焼結体をアニーリングすることにより得られる。
【０００３】
アニーリングは、通常、焼結体を所定のアニーリング温度まで加熱し、焼結体を当該アニーリング温度に所定時間維持し、その後焼結体を冷却することにより行われる。
【特許文献１】特開２００２−１６０９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−３７６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の製造方法ではアニーリング後の窒化アルミニウム基板の表面に、「色むら」や「しみ」が発生する場合が多い。詳しくは、特許文献１、２に記載された方法、条件に基づいて作成することにより、所定の機械的、熱的、電気的特性を有する窒化アルミニウム基板が得られるが、特に２インチ（５０．８ｍｍ）径以上の窒化アルミニウム基板を焼結体から加工・成形した場合、「色むら」や「しみ」が発生して外観不良を生じる場合が多い。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、「色むら」や「しみ」の発生を抑制できる窒化アルミニウム基板の製造方法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】
【０００６】
本発明者が鋭意検討したところ、アニーリング工程において、アニーリング温度に到達するまでの焼結体の昇温速度、及び、アニーリング温度での所定時間の維持後に焼結体の温度をアニーリング温度から降温する際の降温速度をそれぞれ所定の範囲内に制御し、かつ、アニーリング温度を焼結温度以下とすることにより、焼結時に得られた良好な機械的熱的電気的特性をあまり損なうことなく、アニーリング工程後の焼結体の表面における「色むら」や「しみ」の発生を著しく抑制できることを見出して本発明に想到するに至った。
【０００７】
本発明に係る窒化アルミニウム基板の製造方法は、成形体を所定の焼結温度ＴＳで焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡでアニーリングするアニーリング工程と、を備えている。
【０００８】
このアニーリング工程においては、焼結体を所定のアニーリング温度ＴＡとなるまで加熱し、続いて焼結体をアニーリング温度ＴＡで所定時間維持し、その後焼結体の温度をアニーリング温度ＴＡから冷却する。
【０００９】
そして、特に、アニーリング温度ＴＡはＴＡ≦ＴＳを満たすように定められ、焼結体を１２００℃からアニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度が２００℃／ｈ以下であり、焼結体をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度が２００℃／ｈ以下である。
【００１０】
本発明によれば、アニーリング後の焼結体の表面における、「しみ」や「色むら」が従来に比して低減される。したがって、窒化アルミニウム基板の製造における歩留まりが向上し、製造コストを低くすることが可能となる。
【００１１】
ここで、本発明の製造方法によって、アニーリング後の焼結体の「しみ」や「色むら」が従来に比して低減される理由は明らかではない。また、「しみ」や「色むら」の発生原因自体も同様に明らかではない。
【００１２】
アニーリング工程において、焼結体をアニーリング温度ＴＡに維持する時間は３〜５ｈであることが好ましい。これにより、アニーリング後の焼結体の表面における「しみ」や「色むら」をより低減させることができると共に、焼結体の機械的強度も十分なものとなる。
【００１３】
ここで、焼結体をアニーリング温度ＴＡに維持する時間が３時間未満であると、「しみ」や「色むら」を低減させる効果が少なくなる傾向にある。一方、焼結体をアニーリング温度ＴＡに維持する時間が５時間を超えると、焼結体において結晶粒が成長しすぎて、機械的強度が低下する傾向がある。
【００１４】
また、アニーリング工程においてアニーリング温度ＴＡがさらにＴＡ（℃）≧ＴＳ（℃）−２００℃を満たすように定められていると、アニーリング後の焼結体の表面における「しみ」や「色むら」をさらに低減させることができる。
【００１５】
さらに、焼結体を１２００℃からアニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度が５０℃／ｈ以上であることが好ましく、焼結体をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度が５０℃／ｈ以上であることも好ましい。これらによれば、アニーリングに要する時間がそれほど必要とされないので、高い生産性を実現できる。
【００１６】
また、焼結温度ＴＳが１８００〜２１００℃であることが好ましく、これにより、緻密な焼結体が得られ、機械的強度及び熱伝導率が高い基板を好適に得ることができる。
【００１７】
また、焼結工程後、アニーリング工程の前に焼結体をスライスして基板とし、アニーリング工程ではこの基板をアニーリングすることが好ましい。
【００１８】
これによれば、アニーリングに比べて時間や手間のかかる焼結工程をバルクの状態で簡易に行うことができ、量産性が高くなる。なお、あらかじめ焼結工程前に、板状の成形体を用意し、これを焼結及びアニーリングしても実施は可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、「色むら」や「しみ」の発生を抑制できる窒化アルミニウム基板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係る窒化アルミニウム基板の製造方法を図１を参照して説明する。
【００２１】
本製造方法では、まず、窒化アルミニウム粉末を含む混合粉末を得、この混合粉末を成形し、焼結し、スライスし、アニーリングすることにより窒化アルミニウム基板を製造する。
【００２２】
具体的には、まず、窒化アルミニウム粉末に対して、溶媒、バインダを添加すると共に、必要に応じて焼結助剤を添加して混合粉末を含むスラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状の造粒物にする。スラリー調整時に、非晶質や結晶質のカーボンを添加してもよい。続いて、この造粒物を金型などに入れて加圧することにより混合粉末を塊状や板状などに成形し、図１の（ａ）に示す成形体（グリーン）１０を作製する。
【００２３】
焼結助剤としては、例えば、イットリア、酸化カルシウム等の酸化物が挙げられる。また、バインダーとしては、アクリル系等の樹脂等が挙げられる。溶媒としては、アルコール、トルエン等が挙げられる。
【００２４】
成形体１０の形状は図１の（ａ）に示すように塊（バルク）形状とする。
【００２５】
ここで、成形体１０を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を用いて圧縮しておくこともでき、この場合、均等に焼結が進行し、焼結密度を向上させることができる。ＣＩＰ時の圧力としては、５０〜５００ＭＰａ（約５００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）が好ましい。
【００２６】
次に、この成形体１０をＢＮ製の容器内でＢＮ粉末に接触させた状態で均一に加熱し、所定の焼結温度ＴＳで所定時間維持して成形体１０を焼結させ、図１の（ｂ）に示す焼結体２０を製造する。焼結温度ＴＳは窒化アルミニウムを焼結可能な温度、例えば１０００〜２５００℃であればよく、特に、１８００〜２１００℃とすることが好ましい。焼結温度を１８００〜２１００℃とすることにより、緻密な焼結体が得られ、機械的強度及び熱伝導率が高くなる。また、焼結時間は、成形体１０を十分な強度まで焼結できる時間であれば良く、例えば、５〜５０時間、好ましくは、１０〜２５時間とすることができる。
【００２７】
なお、焼結の際の昇温速度及び降温速度は特に限定されないが、後述するアニーリングの際の昇温速度や降温速度と同様とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、ＨＩＰすなわち、加圧しながら成形体１０を加熱して焼結体２０を得ることもでき、この場合には特に気孔の少ない窒化アルミニウム基板を製造することが可能となる。
【００２９】
そしてこのような焼結の後、この焼結体２０を、例えば、室温程度にまで冷却する。
【００３０】
次に、図１の（ｃ）に示すように焼結体２０をスライスして板状の多数の焼結体３０を得る。アニーリング後の焼結体の表面の「しみ」や「色むら」を低減させるためには、アニーリング前の焼結体の厚みを１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
なお、焼結体３０に対して、さらに、穴の形成等の他の機械的加工が必要な場合には、これらの機械的加工が終了してから次のアニーリングを行うことが好ましい。
【００３２】
次に、焼結体３０に対して所定のアニーリング温度で所定時間アニーリングを行い、図１の（ｄ）に示すように、アニーリング後の焼結体４０を得る。
【００３３】
アニーリングは、均一に加熱するためにＢＮ製の容器内で焼結体３０の各々をＢＮ粉末に埋め込み、焼結体３０を所定のアニーリング温度ＴＡとなるまで加熱し、続いて焼結体３０をアニーリング温度ＴＡで所定時間（アニーリング時間）維持し、その後焼結体３０の温度をアニーリング温度ＴＡから冷却することにより行う。
【００３４】
アニーリング温度ＴＡは、焼結温度ＴＳ以下、すなわち、ＴＡ≦ＴＳとする。また、アニーリング温度ＴＡは、さらにＴＡ（℃）≧ＴＳ（℃）−２００℃を満たすことが好ましく、これにより「しみ」や「色むら」の発生をより抑制できる。
【００３５】
また、焼結体３０を１２００℃から前記アニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度は２００℃／ｈ以下とし、焼結体３０をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度は２００℃／ｈ以下とする。
【００３６】
なお、焼結体３０を室温から１２００℃まで昇温する際の昇温速度、及び、アニーリング温度ＴＡでの所定時間の維持後１２００℃まで冷却された焼結体３０をさらに１２００℃から室温まで降温する際の降温速度は特に限定されない。
【００３７】
ここで、焼結体３０を１２００℃からアニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度がさらに５０℃／ｈ以上であることが好ましく、また、焼結体３０をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度がさらに５０℃／ｈ以上であることが好ましい。これらによれば、アニーリングに要する時間を少なくできるので、高い生産性を実現できる。
【００３８】
焼結体３０をアニーリング温度ＴＡに維持するアニーリング時間は特に限定されないが、３〜５時間であることが好ましい。焼結体３０をアニーリング温度ＴＡに維持する時間が３時間未満であると、「しみ」や「色むら」を低減させる効果が少なくなる傾向にある。一方、焼結体３０をアニーリング温度ＴＡに維持する時間が５時間を超えると、焼結体３０において結晶粒が成長しすぎて、アニーリング後の焼結体４０の機械的強度が低下する傾向がある。
【００３９】
また、アニーリング処理を行う雰囲気は、不活性ガス雰囲気が望ましい。
【００４０】
上述のような製造方法により製造されたアニーリング後の焼結体４０は、従来に比して、「しみ」や「色むら」の少ない高品質な窒化アルミニウム基板となる。このような窒化アルミニウム基板は、各種電子デバイスの基板等として利用できる。
【００４１】
特に、本実施形態に係る製造方法では、厚さ３ｍｍ以下の基板のアニーリングに対して効果が高い。
【００４２】
また、塊状の成形体１０を焼結して塊状の焼結体２０とし、この塊状の焼結体２０をスライスして板状の焼結体３０にし、この板状の焼結体３０をアニーリングをするので、板状とした成形体を焼結し、その後この焼結体をアニーリングする場合に比して、焼結炉内で成形体を焼結する際の処理量を多くできるので好ましい。
【００４３】
なお、あらかじめ板状の成形体を製造し、これを焼結及びアニーリングしても、「しみ」や「色むら」の少ない高品質な窒化アルミニウム基板の製造は可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤としてイットリア、バインダーとしてアクリル系樹脂、溶媒としてトルエン及びアルコールを添加したスラリーを用意し、ボールミル中でこのスラリーを混合し、その後このスラリーをスプレードライ法により造粒して造粒体を形成した。続いて、この造粒体を、４インチ（１０．１６ｃｍ）×１３ｍｍの大きさの成形型内で３０ＭＰａの圧力で成形し、さらにＣＩＰ装置にて１００ＭＰａで圧縮し、その後、４５０℃で３時間脱脂して成形体を得た。そして、この成形体を、焼結温度ＴＳ＝１９７５℃、かつ、焼結時間を２０時間として、焼結し焼結体を得た。焼結体の冷却後、この焼結体を厚みが０．５ｍｍとなるようにスライスして板状の多数の焼結体を得た。
【００４５】
つづいて、焼結体のアニーリングを行った。ここでは、アニーリング温度ＴＡを１７７５℃とし、アニーリング時間を５時間とした。また、常温から１２００℃までの焼結体の昇温速度を６００℃／ｈとし、１２００℃からアニーリング温度ＴＡまでの焼結体の昇温速度を１００℃／ｈとし、アニーリング温度ＴＡから１２００℃までの降温速度を１００℃／ｈとし、１２００℃から常温までの焼結体の降温速度を６００℃／ｈとした。
【００４６】
（実施例２〜３、比較例１〜４）
実施例２では、１２００℃からアニーリング温度ＴＡまでの焼結体の昇温速度を５０℃／ｈとし、アニーリング温度ＴＡから１２００℃までの降温速度を５０℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００４７】
実施例３では、１２００℃からアニーリング温度ＴＡまでの焼結体の昇温速度を２００℃／ｈとし、アニーリング温度ＴＡから１２００℃までの降温速度を２００℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００４８】
比較例１では、アニーリング温度ＴＡから１２００℃までの降温速度を３００℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００４９】
比較例２では、アニーリング温度ＴＡから１２００℃までの降温速度を６００℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００５０】
比較例３では、１２００℃からアニーリング温度ＴＡまでの焼結体の昇温速度を３００℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００５１】
比較例４では、１２００℃からアニーリング温度ＴＡまでの焼結体の昇温速度を６００℃／ｈとする以外は実施例１と同様にした。
【００５２】
（実施例４、５、６）
実施例４では、アニーリング時間を３時間とする以外は実施例１と同様とした。実施例５では、アニーリング時間を１時間とする以外は実施例１と同様とした。実施例６では、アニーリング時間を１０時間とする以外は実施例１と同様とした。
【００５３】
（実施例７）
実施例７では、アニーリング温度ＴＡを１８７５℃にする以外は実施例１と同様にした。
【００５４】
（実施例８）
実施例８では、アニーリング時間を３時間とする以外は実施例７と同様とした。
【００５５】
（実施例９、１０）
実施例９では、アニーリング温度ＴＡを１９７５℃とする以外は実施例１と同様とした。
【００５６】
実施例１０では、アニーリング温度ＴＡを１６７５℃とする以外は実施例１と同様とした。
【００５７】
（比較例５）
比較例５では、アニーリング温度ＴＡを２０７５℃とする以外は実施例１と同様とした。
【００５８】
（実施例１１）
実施例１１では、焼結温度ＴＳを２０５０℃とし、アニーリング温度ＴＡを１８５０℃とする以外は実施例１と同様とした。
【００５９】
これらのようにして得られたアニーリング後の各焼結体の表面の「しみ」又は「色むら」の発生度合い及び焼結体の機械的強度を、各実施例及び比較例の条件と合わせて図２に示す。機械的強度は島津精密万能試験機により測定した。なお、実施例１の基板の熱伝導率は１９５Ｗ／ｍＫ、結晶粒径は平均１７．６μｍ、体積抵抗値は１０１３Ω・ｃｍ以上、絶縁破壊電圧は１４ｋＶ／ｍｍ以上、強度は４６０ＭＰａ程度であった。
【００６０】
図２から明らかなように、アニーリング温度ＴＡがＴＡ≦ＴＳを満たすように定められ、焼結体を１２００℃からアニーリング温度ＴＡまで加熱する際の昇温速度が２００℃／ｈ以下であり、焼結体をアニーリング温度ＴＡから１２００℃まで降温する際の降温速度が２００℃／ｈ以下である実施例１〜１１では、基板表面の「しみ」又は「色むら」の発生が抑制され、高品質の基板が得られた。一方、この条件を満たさない比較例１〜５においては、基板表面の「しみ」又は「色むら」が多数発生した。
【００６１】
特に、実施例１〜４、及び実施例７〜１１のように、アニーリング時間が３〜５時間であると、「しみ」又は「色むら」の発生が十分に抑制され、かつ、機械的特性に優れた基板が得られた。
【００６２】
また、アニーリング温度ＴＡがさらにＴＡ（℃）≧ＴＳ（℃）−２００℃を満たすように定められている実施例１〜６及び実施例１１では、「しみ」又は「色むら」の発生が十分に抑制された。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】窒化アルミニウム基板の製造方法を示す模式図である。
【図２】実施例１〜実施例１１及び比較例１〜比較例５の条件及び結果を示す表である。
【図１】
2006076853.tif 000002
【図２】
2006076853.tif 000003