(57)【要約】【課題】窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の高温下で処理する場合において、該窒化アルミニウム焼結体の熱変形が極めて小さく抑制され、外観、寸法精度が共に良好な窒化アルミニウム焼結体加工物を製造する方法を提供する。【解決手段】焼結助剤として酸化イットリウムを使用して窒化アルミニウム粉末を焼成することにより得られた窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の温度下で処理する工程、例えば、メタライズ処理工程等を含む窒化アルミニウム焼結体加工物の製造において、該窒化アルミニウム焼結体として、粒界相におけるＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下である窒化アルミニウム焼結体を使用する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結助剤として酸化イットリウムを使用して窒化アルミニウム粉末を焼成することにより得られた窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の温度下で処理する工程を含む該窒化アルミニウム焼結体の加工物の製造において、上記処理に供する窒化アルミニウム焼結体として、粒界相におけるＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下である窒化アルミニウム焼結体を使用することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体加工物の製造方法。
【請求項２】
粒界相におけるＹＡＭ（２Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）結晶相、ＹＡＰ（Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）結晶相、及び／又は、Ｙ２Ｏ３結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＰ（２２０）面、ＹＡＭ（２１０）面、及び／又は、Ｙ２Ｏ３（４００）面のそれぞれのＸ線回折パターンの強度比の合計で０．０３〜０．１である、請求項１記載の窒化アルミニウム焼結体加工物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化イットリウムを焼結助剤として使用して得られた窒化アルミニウム焼結体を高温度下で処理してその加工物を製造するための新規な製造方法に関する。詳しくは、上記窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の高温下で処理する場合において、該窒化アルミニウム焼結体の熱変形を極めて小さく抑制し、外観、寸法精度が共に良好な窒化アルミニウム焼結体加工物を製造する方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導性、絶縁性、耐ハロゲンプラズマ性が高く、また、Ｓｉに近い熱膨張係数を有する、などの優れた性質を利用して、半導体、ＬＥＤなどの回路基板として、あるいは半導体製造工程における成膜装置やエッチング装置などに用いる構造体として利用されている。
【０００３】
上記窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム焼結体を得る技術として、酸化イットリウムを焼結助剤として使用して焼成する方法が主流となりつつある。
【０００４】
一方、前記窒化アルミニウム焼結体の用途において、焼成により得られた窒化アルミニウム焼結体を高温度下で処理して加工物を製造する場合がある。例えば、予め焼成した窒化アルミニウム焼結体からなる基体を用意し、この基体の接合面に、窒化アルミニウム粉末を含むペーストを塗布したあと、別に用意した窒化アルミニウム焼結体からなる基体を密着させ、圧力を加えた状態で１７００℃以上の温度にて焼成し接合する方法が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、窒化アルミニウム焼結体基板上に高融点金属からなる導電ペースト層を形成しこれを１６００℃以上の温度にて焼成する方法は、ポストファイア法と呼ばれ、特許文献２に開示されている。上記ポストファイア法は、未焼成の窒化アルミニウムグリーンシートと導電ペースト層を同時に焼成する、コファイア法と呼ばれる方法に比べ、窒化アルミニウムグリーンシートの不均一な収縮が起こらないため、導電ペースト層の平面方向におけるパターン寸法が不均一になり難いという利点を有している。
【０００６】
しかしながら、前記ポストファイア法によって高融点金属からなる導電ペースト層を焼き付ける等の熱処理は、酸化イットリウムを焼結助剤として使用した焼成により得られた窒化アルミニウム焼結体において、反り等の変形を起こすという問題を有する。そして、かかる変形は、高度な平坦性が要求される近年の電子部品搭載用基板に適用する場合に問題となる場合が多い。そのため、窒化アルミニウム焼結体の熱処理後の加工物において、歩留りの低下や、後工程で変形を補正するための手間が増大し、生産性の低下に繋がるという問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３８９４８４号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、焼結助剤として酸化イットリウムを使用した窒化アルミニウム焼結体であって、その一部が欠損した前記セラミックス焼結体の欠損箇所の補修処理、前記窒化アルミニウム焼結体同士を接合する処理、前記窒化アルミニウム焼結体を使用したメタライズ処理等、焼結助剤として酸化イットリウムを使用した窒化アルミニウム焼結体を用いて、高温度下の処理を行って加工物を製造する場合において、窒化アルミニウム焼結体の変形を防止し、高い歩留りで、生産性良く目的とする加工物を製造することが可能な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、焼結助剤として酸化イットリウムを使用して得られる窒化アルミニウム焼結体の高温熱変形性は、１７５０℃以下の高温域においては、粒界相におけるＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）の結晶相の存在量が増大することによって起こるという知見を得た。そして、かかる知見に基づき、粒界相に存在するＹＡＧの存在量を低く制限した窒化アルミニウム焼結体を使用することにより、前記高温度下の処理における焼結体の変形を効果的に防止し、上記処理後に変形のない窒化アルミニウム焼結体加工物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、焼結助剤として酸化イットリウムを使用して窒化アルミニウム粉末を焼成することにより得られた窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の温度下で処理する工程を含む該窒化アルミニウム焼結体の加工物の製造において、上記処理に供する窒化アルミニウム焼結体として、粒界相におけるＹＡＧ結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下である窒化アルミニウム焼結体を使用することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体加工物の製造方法である。
【００１１】
また、本発明において、粒界相におけるＹＡＰ（Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）結晶相、ＹＡＭ（２Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３）結晶相、及び／又は、Ｙ２Ｏ３結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＰ（２２０）面、ＹＡＭ（２１０）面、及び／又は、Ｙ２Ｏ３（４００）面のそれぞれのＸ線回折パターンの強度比の合計で０．０３〜０．１であることが、得られる窒化アルミニウム焼結体の高い熱伝導性を達成し、また、焼結体の高温下の処理における熱変形をより抑制するために特に好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の製造方法によれば、焼結助剤として酸化イットリウムを使用して得られた窒化アルミニウム焼結体に対して、１６００〜１７５０℃の高温度下の処理を行う場合において、粒界相におけるＹＡＧ結晶相の存在量を前記範囲に制限することによって、該熱による窒化アルミニウム焼結体の変形を効果的に抑えることができる。
【００１３】
そして、上記高温処理を伴う加工物の製造方法において、加工に供する窒化アルミニウム焼結体の粒界相におけるＹＡＧ結晶相の存在量を前記範囲に管理すれば、高い歩留りで、生産性良く目的とする加工物を製造することが可能となる。
【００１４】
本発明の窒化アルミニウム焼結体加工物の製造方法は、特に、前記１６００〜１７５０℃の温度下で処理する工程を含む加工物の製造において有用であり、かかる対象として、窒化アルミニウム焼結体の補修および接合、また該温度範囲における窒化アルミニウムのメタライズ処理等が挙げられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（窒化アルミニウム焼結体）
本発明の方法において、使用される窒化アルミニウム焼結体は、焼結助剤として酸化イットリウムを使用して窒化アルミニウム粉末を焼成することにより得られ、且つ、結晶粒界に存在する助剤相におけるＹＡＧ結晶相の存在量を特定量以下、具体的には、粒界相におけるＹＡＧの存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下となるように制限したことが最大の特徴である。即ち、上記ＹＡＧの存在量が、上記Ｘ線回折パターンの強度比で０．００１よりも多い場合、１６００〜１７５０℃の高温下での処理の際、熱変形量が大きくなり、本発明の目的を達成することができない。
【００１６】
このように、窒化アルミニウム焼結体の結晶粒界におけるＹＡＧの存在量を制限することによって該焼結体の高温下での熱変形が抑えられる理由は、明らかではないが、本発明者らは次のように推定している。即ち、ＹＡＧ結晶相はＹＡＭ結晶相やＹＡＰ結晶相よりも融点が低く、一度固化したＹＡＧ結晶相が、１６００℃以上の高温下での処理の際に液相となり、かかる相変化が熱処理時の熱変形を引き起こすものと考えられ、上記ＹＡＧの存在量を制限することにより、かかる高温下での相変化を防止し、熱変形を抑制することができたものと推定している。
【００１７】
尚、１７５０℃を超える高温下での処理においては、結晶粒界に存在する他のイットリア化合物、例えば、ＹＡＭ結晶相、ＹＡＰ結晶相等の影響を受け易くなり、本発明の効果を十分発揮することができない。
【００１８】
また、本発明に使用される窒化アルミニウム焼結体の粒界相を形成する助剤相は、焼結助剤として酸化イットリウムを使用することによって、前記のＹＡＧ結晶相以外に、ＹＡＭ結晶相、ＹＡＰ結晶相、及び／又は、Ｙ２Ｏ３結晶相が存在する。そのうち、粒界相におけるＹＡＭ結晶相、ＹＡＰ結晶相、及び／又は、Ｙ２Ｏ３結晶相の存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＰ（２２０）面、ＹＡＭ（２１０）面、及び／又は、Ｙ２Ｏ３（４００）面のそれぞれのＸ線回折パターンの強度比の合計で０．０３〜０．１、好ましくは、０．０４〜０．０８であることが好ましい。
【００１９】
即ち、上記粒界相における上記結晶相の合計量が上記範囲よりも少ないと、得られた焼結体の熱伝導性が低くなる。また、該結晶相の合計量は、上記範囲より多くしても熱伝導性向上の効果は頭打ちとなるばかりでなく、窒化アルミニウム焼結体の強度が低下する虞がある。
【００２０】
尚、上記ＹＡＧ結晶相、ＹＡＭ結晶相、ＹＡＰ結晶相、及び、Ｙ２Ｏ３結晶相の存在量を特定するための、窒化アルミニウム（１００）面に対するＸ線回折パターンの強度比の測定方法は、後述する実施例に示す方法に従って測定されたものである。
【００２１】
本発明に使用される窒化アルミニウム焼結体の他の特性は特に制限されないが、代表的な物性を例示すれば以下の通りである。
【００２２】
例えば、上記窒化アルミニウム焼結体の窒化アルミニウム結晶粒径の大きさは、平均粒径で２〜１５μｍ程度が好適である。
【００２３】
本発明に使用される窒化アルミニウム焼結体の形状は、目的とする加工物の形状に合わせて適宜決定される。一般には、板状体であるが、その他の構造体としての任意の形状を取り得る。
【００２４】
（窒化アルミニウム焼結体の製造方法）
本発明において使用される窒化アルミニウム焼結体は、基本的には、酸化イットリウムを焼結助剤として窒化アルミニウム粉末を焼成するという、従来から公知の窒化アルミニウム焼結体の製造方法により得ることができる。
【００２５】
但し、その際、焼成後に粒界相に存在するＹＡＧ結晶相が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下となるような条件、即ち、ＹＡＧ結晶相が生成し難い条件で焼成を行う方法を採用することが必要である。上記方法を具体的に示せば、例えば、上記窒化アルミニウム焼結体の製造方法において、ＹＡＧ結晶相は、焼結助剤としての酸化イットリウムの添加量を多くすることによって生成量を抑えることができるので、焼結体の原料となる窒化アルミニウム粉末中に不可避的に含有される不純物酸素量に応じて、酸化イットリウムの使用量を制限する方法が好ましい。また、焼成条件として、還元焼成を行い、その際の還元雰囲気の還元性を高めに制御することは、ＹＡＧ結晶相の生成を抑えるために効果的である。
【００２６】
前記した酸化イットリウムを焼結助剤として窒化アルミニウム粉末を焼成する方法を具体的に示せば、窒化アルミニウム粉末と、該窒化アルミニウム粉末中に不可避的に含有される不純物酸素量に応じて制御された配合量の酸化イットリウム、及び、有機バインダーからなる組成物を所定のグリーン体形状に成形後、グリーン体を脱脂し、窒素雰囲気中、温度１７００〜２０００℃にて焼成する方法が挙げられる。
【００２７】
上記原料として用いる窒化アルミニウム粉末は、特に限定はされないが、十分な強度の焼結体を得るために、焼成によって２〜１５μｍの結晶粒径が達成可能な粒子径を有するものが好ましく使用される。一般には、焼成に際しての粒成長を考慮して、前記結晶粒径より若干小さい平均粒子径を有するものが好適に使用され、例えば、平均粒子径が０．５〜１．５μｍのものが好適である。
【００２８】
尚、前記窒化アルミニウム粉末中の酸素原子の含有量は、得られる焼結体の熱伝導率を勘案すると、１質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることが更に好ましい。
【００２９】
本発明において、焼結助剤としては酸化イットリウムが使用される。この酸化イットリウムの粒径は特に制限されないが、一般に小さい程、活性が高くなり好ましい。例えば、平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることが更に好ましい。また、平均粒径の下限は、製造上１μｍ程度である。
【００３０】
上記酸化イットリウムは、前記窒化アルミニウム粉末中の酸素含有量がＸ質量％である場合には、グリーン体の製造時、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して酸化イットリウムを３．１Ｘ〜１２．５Ｘ質量部、好ましくは、４．７Ｘ〜９．４Ｘ質量部となるように配合することが好ましい。
【００３１】
上記のような焼結助剤の配合にすることによって、得られた焼結体に存在する粒界相がＹＡＭ、ＹＡＰ或いはＹ２Ｏ３から構成され、ＹＡＧが抑制された窒化アルミニウム焼結体の製造が可能となる。
【００３２】
即ち、酸化イットリウムの配合量が上記範囲よりも少ないと、得られた焼結体に存在する粒界相にＹＡＧ結晶相が前記範囲を超えて多く含まれるため、１６００〜１７５０℃の高温下での処理の際、熱変形量が増大する傾向にある。また、酸化イットリウムの配合量が上記範囲よりも多いと、熱伝導率向上の効果が得られない。
【００３３】
窒化アルミニウム粉末と焼結助剤とは、公知の方法で混合することができる。例えば、ボールミル等の混合機によって、乾式または湿式により混合する方法が好適で採用できる。上記方法の中で、湿式で混合する場合は、水、アルコール類、炭化水素類等の分散媒を使用するが、分散性の点でアルコール類、炭化水素類を用いることが好ましい。
【００３４】
また、グリーン体を製造するために使用される有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂、ポリメタクリルブチル等のアクリル樹脂等、公知のものが挙げられる。
上記有機バインダーは、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、０．１〜３０質量部、好ましくは、１〜１５質量部の割合で配合することが好ましい。
【００３５】
また、グリーン体を製造するための組成物中には、必要に応じて、グリセリン化合物類などの分散剤及びフタル酸エステル類などの可塑剤も添加してよい。
【００３６】
上記した窒化アルミニウム粉末、焼結助剤粉末、及び有機バインダーよりなる組成物は、例えば、ドクターブレード法等によりシート状のグリーン体に成形される。得られたグリーン体は、脱脂（脱バインダー）した後、焼成に付される。
【００３７】
上記脱脂は、空気中、窒素中、水素中等の任意の雰囲気で加熱することにより行われ、脱脂における温度は、有機バインダーの種類によっても異なるが、３００〜９００℃が好ましく、３００〜７００℃が特に好ましい。 
上記脱脂体中の残存炭素量及びその調整方法は特に制限されないが、前記のように、還元雰囲気を高く調整するためには、例えば、脱脂体中の残存炭素量は、２５０ｐｐｍ以上、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、３００ｐｐｍ以上、５００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。かかる残存炭素量は、グリーン体の脱脂時間や脱脂温度を調整する方法、グリーン体の製造に使用する有機バインダーの使用量を調整する方法、該有機バインダーの種類を選択する方法等を単独で、或いは組み合わせて採用することができる。
【００３８】
尚、圧縮成形法のように、有機バインダーを用いずに成形を行った場合には、上記の脱脂工程は不要である。
【００３９】
次いで、上記成形体を焼成し、窒化アルミニウム焼結体が得られる。焼成はアルゴン、窒素などの不活性ガスを使用して、還元性雰囲気中で行われる。また、焼成用の容器として、非カーボン製、例えば、窒化アルミニウム焼結体、窒化ホウ素成形体等の容器を使用し、該容器中に前記成形体を収納して焼成を行ってもよい。
【００４０】
また、得られる窒化アルミニウム焼結体の粒界相に存在するＹＡＧ結晶相の生成量を抑制するために、上記焼成は比較的強い還元性雰囲気中で行うことが好ましい。上記還元性雰囲気での焼成を実現する方法としては、焼成用の容器内に、成形体とともにカーボン発生源を共存させる方法、焼成用の容器としてカーボン製のものを用いる方法等が挙げられるが、その中でも、成形体とカーボン発生源とを焼成用の容器内に共存させる方法が好適であり、特に、ＹＡＧ結晶相の生成を抑制するためには、焼成用の容器を密閉容器とし、この密閉容器内に成形体とカーボン発生源とを収容する方法が最も好適である。
【００４１】
また、上記カーボンの発生源は特に制限されず、無定形炭素や黒鉛等の公知の形態のカーボンを用いることができ、固体状のカーボンが好適である。上記カーボンの形状としては、特に制限されず、粉末状、繊維状、フェルト状、シート状、板状のいずれもよく、またそれらを組み合わせてもよい。その中でも、より高い熱伝導率を得ることを勘案すると、板状の無定形炭素や黒鉛が好適である。
【００４２】
更に、成形体とカーボンとを容器内に収容する方法は、特に制限されず、また、カーボンと成形体とを非接触、接触のいずれの形態で収容してもよい。その中でも、非接触の形態の方が、得られる焼結体の熱伝導率の制御の容易さの点で好ましい。また、上記非接触の形態は、公知の形態を採用すればよく、たとえば、単にカーボンと成形体との間に間隔を設ける方法、カーボンと成形体との間に窒化ホウ素等の粉末を介在させることにより非接触にする方法、カーボンと成形体との間に窒化アルミニウム、窒化ホウ素等のセラミックス製の板等を設置して非接触にする方法等が挙げられるが、熱伝導率の向上を勘案すると、カーボンと成形体との間に板等を設置して非接触にする方法が好適であり、特に密閉容器内においてカーボンを収容した空間と、成形体を収容した空間をできるだけ遮断するように板を設置する方法が、ＹＡＧ結晶相の生成を抑制するために好ましい。
【００４３】
焼成は、温度１７００〜２０００℃、好ましくは１７００〜１９００℃、さらに好ましくは１７００〜１８５０℃で、少なくとも３時間、特に５時間以上実施することにより、窒化アルミニウム焼結体を得ることが好ましい。
【００４４】
尚、焼成後に得られた窒化アルミニウム焼結体は、そのまま次工程の処理を実施しても良いし、必要に応じて研磨等の処理を行っても良い。
【００４５】
（窒化アルミニウム焼結体の加工物の製造方法）
本発明の加工物の製造方法は、前記特定の窒化アルミニウム焼結体を使用して、該窒化アルミニウム焼結体を１６００〜１７５０℃の温度下で処理する工程（以下、高温処理工程ともいう）を含む。
【００４６】
上記高温処理工程は、上記処理温度で行う公知の処理が全て含まれる。代表的な工程としては、窒化アルミニウム焼結体の補修処理、窒化アルミニウム焼結体同士を接合する接合処理、メタライズ処理が挙げられる。
【００４７】
（窒化アルミニウムの補修処理）
上記窒化アルミニウム焼結体の補修処理について以下に詳しく説明する。
まず、一部が欠損した窒化アルミニウム焼結体の欠損部に焼結助剤とセラミックス粉末を含有するペーストを充填し、該ペーストを１６００〜１７５０℃で加熱することによって、該セラミックス粉末を焼結させる処理が挙げられる。
【００４８】
このセラミックス粉末としては、補修される窒化アルミニウム焼結体と異なる成分のセラミックス粉末を用いることもできるが、同じ成分である窒化アルミニウム粉末を用いることが好ましい。
【００４９】
該ペーストを充填した部分の加熱方法は特に限定されないが、焼結炉を用いる方法、電磁波を照射する方法が一般的である。
【００５０】
ここで、前記ペーストは、さらに焼結助剤を含有していてもよく、焼結助剤を含有することによりペースト中のセラミックス粉末の焼結温度を降下させることができる。特に、前記電磁波を照射する加熱方法において、セラミックス粉末が、窒化アルミニウムのような誘電損率の小さな物質であって、室温付近では電磁波の照射による自己発熱が困難な場合には、焼結助剤を用いることで、電磁波照射により焼結助剤を自己発熱させ、この発熱によって誘電損率が小さい前記セラミックス粉末の温度を自己発熱可能な温度まで上昇させ、その後は前記セラミックス粉末を電磁波照射によって焼結させることができる。
【００５１】
上記焼結助剤としては、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）およびストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する化合物が好ましく、この化合物の形態としては、好ましくは酸化物、窒化物、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、フッ化物挙げられる。より具体的には、たとえばセラミックス粉末が窒化アルミニウムである場合には、Ｙ２Ｏ３およびＣａＯが好ましい。
【００５２】
焼結助剤を用いる場合には、前記ペースト中には、前記セラミックス粉末と前記焼結助剤とが、質量比で、セラミックス粉末：焼結助剤＝１００：０．５〜１０、好ましくは１００：２〜７の割合で含まれることが望ましい。
【００５３】
また、ペーストに焼結助剤が含まれる場合、このペーストにはさらにカーボン粉末が含まれていてもよい。カーボン粉末が含まれていると、電磁波照射による加熱時に焼結助剤の飛散を促進できる点で好ましい。前記カーボン粉末は、質量比で、セラミックス粉末：カーボン粉末＝１００：０．５〜３０、好ましくは１００：１〜１０の割合で含まれることが望ましい。カーボン粉末の割合が上記範囲内にあると、焼結時に焼結助剤の飛散を促進することができる。
【００５４】
前記ペーストが含有する溶剤としては、たとえばエチルセルロース、ターピネオールが挙げられる。この溶剤の含量は、ペースト中に、室温（２５℃）で１０〜５０質量％とすればよい。また前記ペーストは、粘度調整剤や分散剤等を含んでいてもよい。
【００５５】
上記方法によりセラミックス焼結体を補修する際には、セラミックス焼結体の欠損部に、焼結後に余剰部が形成される程度にペーストを過剰に充填し、セラミックス粉末の焼結後にその余剰部を研磨して補修部の形状を整えることが好ましい。充填したペーストを焼結して、所望の形状を直接得ることは困難であるが、このような方法を採ることにより、補修部を容易に所望の形状とすることができる。
【００５６】
（窒化アルミニウム焼結体の接合処理）
次に、窒化アルミニウム焼結体同士の接合処理について説明する。一方の窒化アルミニウム焼結体の接合面と他方の窒化アルミニウム焼結体の接合面との間に、焼結助剤を含有する介在物を配置し該介在物を１６００〜１７５０℃に加熱して該窒化アルミニウム焼結体同士を接合させる窒化アルミニウム焼結体の接合を行なう方法が挙げられる。
【００５７】
接合される窒化アルミニウム焼結体の形状は特に制限がなく、たとえば角柱状、円柱状、塊状の形状であってもよいが、より信頼性の高い接合強度を有する窒化アルミニウム接合体を得るためには、窒化アルミニウム焼結体の接合面を研磨仕上げ等により平坦にして、窒化アルミニウム焼結体同士を突き合わせた際に間隙が生じないようにするとよい。
窒化アルミニウム焼結体の接合面間には、焼結助剤を含有する介在物を、該接合面に接触するように配置する。
【００５８】
窒化アルミニウム焼結体の接合面間に配置する介在物としては、前記焼結助剤を含有するペースト、前記焼結助剤を含有する窒化アルミニウムのグリーン体、前記焼結助剤を含有する窒化アルミニウムの脱脂体などが挙げられ、これらの中でも、塗布が容易であり複雑形状の接合面に対しても適用可能であるという点で、前記ペーストが好ましい。
【００５９】
上記焼結助剤としては、前記補修処理において使用される焼結助剤を使用することができる。また、上記ペーストの調製も、前記補修処理で記載した方法と同様に行なうことができる。
【００６０】
（メタライズ処理）
最後にメタライズ処理について説明する。ポストファイア法による高融点金属からなる導電層の形成は、メタライズ処理と呼ばれ、窒化アルミニウム焼結体に導電性ペーストを積層し、１６００〜２０００℃の温度下で焼成することによって行われるものであるが、特に、１６００〜１７５０℃の温度下で上記メタライズ処理を行う場合に、本発明が好適に適用される。
【００６１】
導電ペーストとしては、金属粉末、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる公知の導電ペーストが特に制限なく使用可能である。また、導電ペーストには、窒化アルミニウム粉末が含有されていることが焼成後の窒化アルミニウム焼結体との密着性を向上できるため好ましい。
【００６２】
導電ペーストに含まれる金属粉末としては、たとえばタングステン、モリブデン、金、銀、銅などの金属粉末が挙げられ、中でも焼成の際の高温に対する耐熱性があるタングステンおよびモリブデンなど、１７５０℃以下で焼結が可能な高融点金属の粉末が特に好ましい。
【００６３】
また、導電ペーストに含まれる有機バインダーとしては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサイド等の含酸素樹脂などを一種または二種以上混合して使用することができる。
【００６４】
更に、導電ペーストに含まれる有機溶媒としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノールなどを使用することができ、導電性ペーストの樹脂を溶解しやすい溶媒を選択することがより好ましい。
【００６５】
更にまた、導電ペーストに含まれる分散剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などの分散剤を使用することができる。また、導電ペーストに含まれる可塑剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えばフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチルなどを使用することができる。
【００６６】
上記導電ペーストの窒化アルミニウム焼結体への塗布は、たとえばスクリーン印刷やカレンダー印刷、パッド印刷などの公知の手法により行うことができる。また、形成される導電ペースト層の厚さは、特に限定されないが、一般的には１〜１００μｍ、好ましくは５〜３０μｍ程度である。
この製造方法では、上記のように窒化アルミニウム焼結体基板表面に積層された導電性ペースト層を高温度下で焼成させることによって、焼結体加工物が得られる。なお必要に応じて、導電性ペースト層の焼成の前には脱脂を行っても何ら差し支えはない。
【００６７】
上記脱脂は、酸素や空気などの酸化性ガス、あるいは水素などの還元性ガス、アルゴンや窒素などの不活性ガス、二酸化炭素およびこれらの混合ガスあるいは水蒸気を混合した加湿ガス雰囲気中で上記ペースト層が積層された窒化アルミニウム焼結体基板を熱処理することにより行われる。また、熱処理条件は、上記ペースト層に含まれる有機成分の種類や量に応じて温度：３００℃〜９００℃、保持時間：１分〜１０００分の範囲から適宜選択すればよい。
【００６８】
上記脱脂処理に引き続き行なわれる焼成は、１６００〜１７５０℃、好ましくは、１７００〜１７５０℃の温度で、３時間以上、好ましくは、５時間以上焼成すればよい。この焼成の際の雰囲気としては、窒素ガス等の非酸化性ガスの雰囲気下で、常圧で行えばよい。
【００６９】
上記方法はメタライズ処理について示したが、本発明における高温処理工程として、窒化アルミニウム焼結体に、導電性金属を含まない窒化アルミニウム、その他のセラミック層を形成する処理を行う方法も含まれる。この場合は、前記導電性ペーストから導電性金属成分を除いた組成のペーストを使用して同様の処理を行うことによって実施することができる。
【００７０】
本発明における高温処理は特に限定されるものではなく、窒化アルミニウムを用いた１６００〜１７５０℃の温度下で行われる処理であれば、本発明の方法を、好適に適用することができる。
【００７１】
本発明にかかる窒化アルミニウム焼結体加工物の製造方法の活用として、前記高温処理工程に供給される窒化アルミニウム焼結体を、粒界相におけるＹＡＧ（３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３）結晶相の存在量を測定し、該ＹＡＧの存在量が、窒化アルミニウム（１００）面に対するＹＡＧ（２１１）面のＸ線回折パターンの強度比で０．００１以下となるように管理するように工程管理する方法が挙げられ、かかる方法を採用することにより、得られる加工物の歩留りを飛躍的に向上させることが可能となる。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明を更に具体的に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７３】
尚、実施例及び比較例における各種測定は、以下の方法によって行った。
【００７４】
（１）窒化アルミニウム焼結体の密度
焼結体の密度はアルキメデス法を用いて測定した。
【００７５】
（２）窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率
京都電子工業（株）製「ＬＦＡ−５０２」（商品名）を使用して、レーザーフラッシュ法により、１次元法で測定した。
【００７６】
（３）窒化アルミニウム焼結体中に含まれる焼結助剤含有相とピーク強度比
理学電気（株）製「ＲＩＮＴ−１４００」（商品名）を用いてＸ線回折測定を行なった。試料の測定面は、試料厚みの約半分の厚みまで研削した面とした。
【００７７】
Ｘ線源：Ｃｕ−Ｋα  ４０ｋＶ−２００ｍＡ
２θ走査範囲：１０°〜７０°
２θ走査速度：５°／分
２θ走査ステップ幅：０．０２°
測定回数：１回／試料
得られた回折ピークは窒化アルミニウムに同定されるピークと焼結助剤から生成した１種あるいは数種類の粒界相に同定されるピークである。窒化アルミニウム相のＸＲＤ強度は（ｈｋｌ）＝（１００）面のピーク強度とし、また、各粒界相のＸＲＤ強度は、各粒界相間の相対強度が比較的同程度のピークを選択した。例えば、ＹＡＧ結晶相では（ｈｋｌ）＝（２１１）面のピーク強度（相対強度２７）、ＹＡＰ結晶相では（ｈｋｌ）＝（２２０）面のピーク強度（相対強度２３）、ＹＡＭ結晶相では（ｈｋｌ）＝（２１０）面のピーク強度（相対強度２３）、Ｙ２Ｏ３結晶相では（ｈｋｌ）＝（４００）面のピーク強度（相対強度２４）を選択した。よって、窒化アルミニウム相のＸＲＤ強度をＩ（窒化アルミニウム）、ＹＡＧ結晶相のＸＲＤ強度をＩ（ＹＡＧ）、ＹＡＰ結晶相のＸＲＤ強度をＩ（ＹＡＰ）、ＹＡＭ結晶相のＸＲＤ強度をＩ（ＹＡＭ）、Ｙ２Ｏ３結晶相のＸＲＤ強度をＩ（Ｙ２Ｏ３）とした場合、各粒界相のＸＲＤ強度は以下で表される。
【００７８】
ＹＡＧ結晶相：Ｉ（ＹＡＧ）／Ｉ（窒化アルミニウム）
ＹＡＰ結晶相：Ｉ（ＹＡＰ）／Ｉ（窒化アルミニウム）
ＹＡＭ結晶相：Ｉ（ＹＡＭ）／Ｉ（窒化アルミニウム）
Ｙ２Ｏ３結晶相：Ｉ（Ｙ２Ｏ３）／Ｉ（窒化アルミニウム）
また、上記ＹＡＧ結晶相を除いた各粒界相のＸＲＤ強度の合計を、窒化アルミニウム焼結体中に残存した助剤相の量と定義した。すなわち、窒化アルミニウム相のＸＲＤ強度をＩ（窒化アルミニウム）、ＹＡＧ結晶相を除いた粒界相のＸＲＤ強度をＩ（粒界）とした場合、残存した助剤相の量はＩ（粒界）／Ｉ（窒化アルミニウム）で表わされる。
【００７９】
（４）熱変形量
得られた窒化アルミニウム焼結体の、高温処理後の変形量を定量的に測る指標として、以下の試験を実施した。
【００８０】
試験片を長さ６５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍとなるように研磨、切削加工し、これを間隔が５０ｍｍとなるように置かれた窒化アルミニウム製ブロック上に橋渡しするように置いた。次いで上記試験片上に幅４０ｍｍのタングステン重石を置くことによって、試験片の厚み方向に対して試験時にかかる負荷荷重が１６２ｇｆとなるようにした。これら窒化アルミニウム焼結体試験片、及び、窒化アルミニウム製ブロック、タングステン重石を窒化ホウ素成形体容器に収納し、窒素雰囲気下において１７００℃で５時間保持した。上記試験後に試験片の変形量を計測することによって、高温処理後の変形量を測る指標とした。
【００８１】
上記試験片の熱変形量（Ｗ）は、試験片厚み方向の断面において、タングステン重石を置いた面とは反対面の両端点を結ぶ直線と、該直線を結んだ両端点を有する面における最大距離Ｒ（μｍ）を測定し、この最大距離Ｒと端点間の長さＬ（ｍｍ）とから、下記式によって算出される。
Ｗ（μｍ／ｍｍ）＝（Ｒ／Ｌ）
上記熱変形量が１２０μｍ／ｍｍ以下の場合、ポストファイア法によるペースト層焼き付け後の窒化アルミニウム焼結体変形量が小さくなり、電子部品搭載部の平坦性が良好となることが確認された。
【００８２】
（実施例１）
内容積が１０（リットル：ｌ）のナイロン製ポットにビッカース硬さ１２００でボール径１０ｍｍのアルミナ製ボールを見掛け充填率で４０％入れ、次いで、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、酸化イットリウムを５質量部、表面活性剤としてソルビタントリオレート２質量部、溶媒としてトルエン２１質量部、エタノール１２．２５質量部、ブタノール１．７５質量部を添加して、一回目のボールミル混合を１６時間行なった後、この混合物に結合剤としてポリビニルブチラール８質量部、可塑剤としてジブチルフタレート３．５部、溶媒としてトルエン２７質量部、エタノール１５．７５質量部、ブタノール２．２５質量部を入れて二回目のボールミル混合を１８時間行ない、白色の泥しょう（以下スラリーという）を得た。得られたスラリーは、目開き１０μｍのフィルターでろ過した後、脱溶媒し、粘度を２００００〜３００００ｃｐｓに調整した。その後、ドクターブレード法によりシート成形を行ない、室温で１時間、６０℃で２時間、１００℃で１時間乾燥して幅２００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのグリーンシートを作製した。さらに、打ち抜きプレス加工機により、１４０×１２０ｍｍのグリーン体に加工した。
【００８３】
このようにして得られたグリーン体を、空気中で５３０℃の温度で４時間脱脂処理し、残炭率が４００ｐｐｍの脱脂体を得た。その後、上記脱脂体を窒化硼素製の焼成容器にいれて、窒素雰囲気中で１７４０℃、５時間焼成した。
【００８４】
得られた焼結体の諸物性と熱変形量を表１に示す。
【００８５】
（高温加工処理）
上記方法によって得られた窒化アルミニウム焼結体基板に対して、高温加工処理として、ポストファイア法によるペースト層焼き付けを行った。
【００８６】
平均粒径３．０μｍのタングステン粉末１００質量部と平均粒径１．５μｍの窒化アルミニウム粉末５質量部とエチルセルロース２質量部とテルピネオール１０質量部を混練してタングステンペーストを調整した。窒化アルミニウム焼結体基板上に上記タングステンペーストをスクリーン印刷した。このとき、パターンユニットが該窒化アルミニウム焼結体基板上に縦横夫々１０個ずつ、格子状に配置されるようにパターン形成を行った。
【００８７】
上記方法によってパターンが形成された窒化アルミニウム焼結体基板を空気中で２００℃、２時間で脱脂処理を行った後、窒素雰囲気下で１７００℃、８時間の焼成を行った。得られたメタライズド基板を切断し、１００個のパターンユニットを得た。上記高温処理工程によって得られたパターンユニットの反り検査を行い、反りが３μｍ／ｍｍ以下のユニットを合格としたところ、１００％の歩留で加工物が得られることを確認した。以下の実施例、比較例において、歩留については上記方法と同様にして検査した。
（実施例２）
実施例１において、酸化イットリウムの添加量を７質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得、評価を行なった。得られた焼結体の諸物性と熱変形量を表１に示す。上記窒化アルミニウム焼結体を使用して、実施例１と同様に加工物を製造したところ、１００％の歩留で加工物が得られることを確認した。
（実施例３）
実施例１において、酸化イットリウムの添加量を９質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得、評価を行なった。得られた焼結体の諸物性と熱変形量を表１に示す。上記窒化アルミニウム焼結体を使用して、実施例１と同様に加工物を製造したところ、１００％の歩留で加工物が得られることを確認した。
（実施例４）
実施例１において、焼成時間を１５時間に変更したこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得、評価を行なった。得られた焼結体の諸物性と熱変形量を表１に示す。上記窒化アルミニウム焼結体を使用して、実施例１と同様に加工物を製造したところ、１００％の歩留で加工物が得られることを確認した。
（比較例１）
実施例１において、酸化イットリウムの添加量を２質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得、評価を行なった。得られた焼結体の物性を表１に示す。上記窒化アルミニウム焼結体を使用して、実施例１と同様に加工物を製造したところ、９３．４％に、歩留りが低下することを確認した。
（比較例２）
比較例１において、焼成時間を１５時間に変更したこと以外は比較例１と同様にして焼結体を得、評価を行なった。得られた焼結体の物性を表１に示す。上記窒化アルミニウム焼結体を使用して、実施例１と同様に加工物を製造したところ、９７．５％に、歩留りが低下することを確認した。
【００８８】
上記実施例において、得られた加工物の歩留まりが、いずれも１００％であったのに対して、比較例における加工物の歩留まりは、９３〜９８％であった。実施例のように、加工物の歩留まりを１００％で製造する工程を管理することができれば、従来全品検査を行っていたところを抜き取り検査にすることが可能となるため、検査にかかる手間とコストを大幅に抑えることができるという意味で、上記比較例との差は非常に大きい。
【００８９】
【表１】
2011190163.tif 000002