(57)【要約】      （修正有）【課題】高い熱伝導率を有し、しかもチッピング幅の分布が小さい窒化アルミニウム焼結体を提供する。【解決手段】下記条件（１）および（２）を充足する窒化アルミニウム粒子からなることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。  （１）Ｄ90−Ｄ10＝３．０〜６．０μｍ〔Ｄ90は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ10は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕  （２）平均粒子径（Ｄav）＝３．０〜７．０μｍ【選択図】図４
2008074642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記条件（１）および（２）を充足する窒化アルミニウム粒子からなることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
（１）Ｄ90−Ｄ10＝３．０〜６．０μｍ
〔Ｄ90は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ10は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕
（２）平均粒子径（Ｄav）＝３．０〜７．０μｍ
【請求項２】
下記条件（３）および（４）を充足する窒化アルミニウム粉末を、中性雰囲気中で、１５００〜１７００℃で３０〜２００時間焼成することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
（３）Ｄ′90−Ｄ′10＝０．３〜１．０μｍ
〔Ｄ′90は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ′10は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕
（４）平均粒子径（Ｄ′av）＝０．５〜１．５μｍ
【請求項３】
窒化アルミニウム粉末を解砕して上記条件（３）および（４）を充足する窒化アルミニウム粉末を調製する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【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焼結体およびその製造方法に関し、より詳細には、加工の際に高い寸法精度が求められる用途における窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導率を有していることから、光通信、ＤＶＤ等のメディア分野において、レーザーダイオードや発光ダイオードのヒートシンクなどに適用されている。
【０００３】
ヒートシンクのような小型の基板は、該基板よりも大型の窒化アルミニウム基板を切断することによって製造されるが、この切断の際に、基板にチッピングが生じる場合がある。
【０００４】
このような問題に対して、特開２００１−２６１４４４号公報（特許文献１）には、ビッカース硬度および破壊靭性値が所定の範囲にある窒化アルミニウム基板が開示され、この基板には欠けやチッピングがないと記載されている。しかしながら、この発明においては、実際に製造された基板の熱伝導率は低く、７０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋであった（段落［００４３］）。
【特許文献１】特開２００１−２６１４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、窒化アルミニウム焼結体を構成する結晶粒の粒子径が大きくなると熱伝導率は高くなるが、その反面、チッピング幅の分布も大きくなるという問題がある。
本発明は、上述したような問題点を解決し、高い熱伝導率（たとえば１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有し、しかもチッピング幅の分布が小さい窒化アルミニウム焼結体を提供することを目的としている。
【０００６】
また本発明、高い熱伝導率（たとえば１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有し、しかもチッピング幅の分布が小さい窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意研究した結果、粒度分布の狭い窒化アルミニウム粉末を低温で焼成すると、熱伝導率が高くしかもチッピング幅の分布が狭い窒化アルミニウム焼結体を製造できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、下記条件（１）および（２）を充足する窒化アルミニウム粒子からなることを特徴としている。
（１）Ｄ90−Ｄ10＝３．０〜６．０μｍ
〔Ｄ90は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ10は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕
（２）平均粒子径（Ｄav）＝３．０〜７．０μｍ
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、下記条件（３）および（４）を充足する窒化アルミニウム粉末を、中性雰囲気中で、１５００〜１７００℃で３０〜２００時間
焼成することを特徴としている。
【０００９】
（３）Ｄ′90−Ｄ′10＝０．３〜１．０μｍ
〔Ｄ′90は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ′10は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕、
（４）平均粒子径（Ｄ′av）＝０．５〜１．５μｍ
前記窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化アルミニウム粉末を解砕して上記条件（３）および（４）を充足する窒化アルミニウム粉末を調製する工程をさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、同程度の高熱伝導率（たとえば１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有する従来の窒化アルミニウム焼結体よりもチッピング幅の分布が狭いという特徴を備えている。
【００１１】
また本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、同程度の高熱伝導率（たとえば１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有する従来の窒化アルミニウム焼結体よりもチッピング幅の分布が狭い窒化アルミニウム焼結体を製造することができる。
【００１２】
したがって、本発明の窒化アルミニウム焼結体および本発明の製造方法によって製造された窒化アルミニウム焼結体は、高い寸法精度で切断することができ、ヒートシンクなどの基板として好的に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の窒化アルミニウム焼結体および窒化アルミニウム焼結体の製造方法をより詳細に説明する。
［窒化アルミニウム焼結体］
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、下記条件（１）および（２）を充足する窒化アルミニウム粒子からなることを特徴としている。
【００１４】
（１）Ｄ90−Ｄ10＝３．０〜６．０μｍ、好ましくは４．０〜６．０μｍ
〔Ｄ90は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ10は、窒化アルミニウム粒子の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕
（２）平均粒子径（Ｄav）＝３．０〜７．０μｍ、好ましくは４．０〜６．０μｍ。
【００１５】
この窒化アルミニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子の粒度分布及び粒子径は、窒化アルミニウム焼結体表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（倍率；１０００〜５０００倍）を撮影し、画像解析システム（ＩＰ−１０００ＰＣ；旭化成工業製）を用いてこの写真の解析を行うことで求められる。得られた粒度分布のデータから、Ｄ90−Ｄ10の値を求める。
【００１６】
Ｄ90−Ｄ10の値が上記範囲外であると、チッピング幅の分布が大きくなる傾向にある。
また、平均粒子径（Ｄav）が上記範囲よりも大きすぎると、チッピング幅が大きくなり、上記範囲よりも小さすぎると、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が低くなってしまう。
【００１７】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は熱伝導率が高く、その値はたとえば１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、好ましくは２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。ただし、上限値はたとえば２３
０Ｗ／ｍ・Ｋであり、さらに熱伝導率の高い窒化アルミニウム焼結体を得ようとすると、チッピング幅の分布も大きくなる傾向にある。
【００１８】
このような、特定の粒度分布および平均粒子径を有する窒化アルミニウム粒子から構成される本発明の窒化アルミニウム焼結体は、同程度の高熱伝導率を有する従来の窒化アルミニウム焼結体よりもチッピング幅の分布が小さい。なお、本発明において「チッピング幅の分布（の値）」とは、以下の（i）〜（iii）の手順により求められた値である。
（i）窒化アルミニウム焼結体を、５箇所で平面状に切断する。切断条件としては、後述
する実施例における条件を採用することができる。なお上記の５箇所での切断に先立って、ブレードを安定させるために窒化アルミニウム焼結体を１箇所以上で切断してもよい。（ii）１つの切断面（図１に示される切断面（１））において、その端部の測定領域（縦１．０ｍｍ×横５．０ｍｍの矩形の領域）の中で、深さ方向（切断方向と垂直な方向）における、最も高い位置の深さ（ｄhigh）と、最も低い位置の深さ（ｄlow）との差（△ｄ
）を求める（図２参照）。ここで、ｄhighおよびｄlowはメジャースコープにより測定す
ることができる。
（iii）図１に示される切断面（１）の中央部の測定領域（縦１．０ｍｍ×横１５．０ｍ
ｍの矩形の領域）、ならびに他の４つの切断面（図１に示される切断面（２）〜（５））のそれぞれ端部および中央部の測定領域（縦１．０ｍｍ×横１５．０ｍｍの矩形の領域）についても、（ii）に記載の手順で△ｄを求める。求められた１０個の△ｄのうち、最大の△ｄ（△ｄmax）と最小の△ｄ（△ｄmin）との差を「チッピング幅の分布（の値）」とする。
【００１９】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、チッピング幅の分布が小さく、その値はたとえば２．０〜６．０μｍである。
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、チッピング幅の分布が小さいため、寸法の公差が小さい用途に好適に適用することができる。
【００２０】
［窒化アルミニウム焼結体の製造方法］
上述した本発明の窒化アルミニウム焼結体は、特定の粒度分布を有する窒化アルミニウム粉末を、特定の条件下で焼成することにより製造できる。
【００２１】
＜原料＞
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法においては、原料の窒化アルミニウム粉末として、下記条件（３）および（４）を充足する窒化アルミニウム粉末が用いられる。
【００２２】
（３）Ｄ′90−Ｄ′10＝０．３〜１．０μｍ、好ましくは０．４〜０．８μｍ
〔Ｄ′90は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が９０％のときの粒子径であり、Ｄ′10は、窒化アルミニウム粉末の粒度分布における累積個数％が１０％のときの粒子径である。〕
（４）平均粒子径（Ｄ′av）＝０．５〜１．５μｍ、好ましくは０．６〜０．９μｍ
この窒化アルミニウム粉末の粒子径の値は、以下の方法によって測定される値である；
窒化アルミニウム粉末をホモジナイザーにてピロリン酸ソーダ中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置（日機装株式会社製ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ  ＨＲＡ）にて測定する。
【００２３】
原料の窒化アルミニウム粉末の粒度分布が広い、すなわちＤ′90−Ｄ′10が上記範囲外であると、製造される窒化アルミニウム焼結体のチッピング幅の分布が大きくなる傾向にある。
【００２４】
また、平均粒子径（Ｄ′av）が上記範囲よりも大きすぎると焼結体の粒子が大きくなるためチッピング幅が大きくなり、上記範囲よりも小さすぎると、表面積が大きくなるため
、酸素濃度が高くなり熱伝導率が向上しない。
【００２５】
このような粒度分布の狭い窒化アルミニウム粉末は、上記式（３）および（４）の両方を充足しない窒化アルミニウム粉末（たとえば市販の窒化アルミニウム粉末）を解砕することにより調製できる。窒化アルミニウム粉末の解砕には、ジェットミル、ボールミルなどを用いることができる。
【００２６】
前記窒化アルミニウム粉末には、さらに焼結助剤等が配合されてもよい。
前記焼結助剤としては、公知のものが特に制限無く使用されるが、一般的には、希土類金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物が使用される。
【００２７】
前記アルカリ土類金属化合物としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の金属の酸化物、リン酸塩等が挙げられ、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率の向上を勘案すると、これらの中でも酸化カルシウム、アルミン酸カルシウム、リン酸三カルシウム、ピロリン酸カルシウム等の、カルシウムの酸化物、アルミン酸塩およびリン酸塩が好適である。
【００２８】
また、前記希土類金属化合物としてはイットリウム、ランタン、セリウム等の金属の酸化物等が挙げられ、熱伝導率の向上を勘案すると、これらの中でも酸化イットリウムおよび酸化ランタンが好適である。
【００２９】
前記した焼結助剤の中でも、アルカリ土類金属化合物、特にカルシウム化合物が好適であり、その中でもリン酸三カルシウム等のリン酸カルシウム類が最も好適である。
また、前記希土類金属化合物と前記アルカリ土類金属化合物とは併用しても良く、さらに、それぞれ数種類を用いても良い。
【００３０】
焼結助剤粉末の粒径は、特に制限されないが、一般に小さい程、活性が高くなるため、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。
前記焼結助剤粉末の添加量は、何ら制限されないが、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、好ましくは０．１〜１０質量部、さらに好ましくは１〜７質量部である。焼結助剤粉末の添加量がこの範囲にあると、焼結体を十分緻密化して得られる焼結体の熱伝導率を向上せしめると共に、後述の焼成により焼結助剤を速やかに除去できる点で好ましい。
【００３１】
前記窒化アルミニウム粉末および必要に応じて用いられる焼結助剤は、焼成に先だってあらかじめ成形体としてもよい。このような成形体としては、焼結助剤と窒化アルミニウム粉末とを有機バインダーによって板状に成形してなるグリーン体から、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気下にて有機バインダーを分解除去（脱脂）して得られた脱脂体（仮焼結体）；焼結助剤と窒化アルミニウム粉末との混合粉を加熱プレス成形して得られた焼結体；前記脱脂体（脱脂後の仮焼結体）を中性雰囲気下で焼成して、焼結を進行せしめた焼結体などが挙げられる。
【００３２】
前記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。
前記有機バインダーは、窒化アルミニウム粉末１００重量部に対して、０．１〜３０重量部、好ましくは、１〜１５重量部の割合で配合することが好ましい。
【００３３】
また、前記組成物中には、必要に応じて、グリセリン化合物類などの分散剤およびフタル酸エステル類などの可塑剤も添加してよい。
前記脱脂体（仮焼結体）を得るための脱脂条件は、公知の条件が特に制限なく採用され
る。たとえば、酸化性雰囲気下或いは非酸化性雰囲気下で、温度３００〜１２００℃で１〜１０時間処理する方法が一般的である。
【００３４】
＜焼成＞
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法においては、前記窒化アルミニウム粉末および必要に応じて用いられる焼結助剤を、特定の条件下で焼成する。
【００３５】
焼成条件の中でも、特に焼成温度が低いことが重要である。従来の一般的な窒化アルミニウム焼結体の製造においては焼成温度が１８００〜２０００℃程度であるのに対して、本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造においては、焼結温度は１５００〜１７００℃、好ましくは１６００〜１７００℃である。焼成温度が高すぎると、均一に粒子を成長させることが困難になり、窒化アルミニウム焼結体を切断する際に、チッピング幅の分布が大きくなる。一方、焼成温度が低すぎると、粒成長が困難となるため、熱伝導率の高い窒化アルミニウム焼結体を製造することが困難となる。
【００３６】
本発明においては、粒度分布が狭く平均粒子径が特定範囲にある窒化アルミニウム粉末を低温で焼成するため、熱伝導率が高く、しかもチッピング幅の分布が小さい窒化アルミニウム焼結体を製造することができる。
【００３７】
焼成時間は、比較的長く、好ましくは３０時間以上であり、さらに好ましくは５０時間以上である。またその上限はたとえば２００時間である。
焼成の際の雰囲気は中性雰囲気であり、たとえばアルゴン、ヘリウム、窒素などの１種または２種以上のガスからなる雰囲気である。
【００３８】
また、焼結は常圧焼成、ホットプレス（ＨＰ）、および熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等によって行われる。
常圧焼成は、通常、前記グリーン体や脱脂体を焼成容器に収容して行われる。焼成容器としては窒化アルミニウムの焼成に使われる公知の容器、たとえば窒化アルミニウム製もしくは窒化ホウ素製の箱型の密閉容器が挙げられる。
【００３９】
また、前記グリーン体や脱脂体と焼成容器との間には、焼成による融着を防ぐため一般的に使用されている敷粉を介在させても良い。敷粉としては、窒化ホウ素などが挙げられる。
【００４０】
ホットプレス（ＨＰ）は、公知の方法が挙げられる。通常、カーボン製の治具が用いられ、前記混合粉末、グリーン体又は脱脂体が前記治具に収容される。被焼成物と接触する治具の表面には、窒化ホウ素を塗布したり、カーボンシートや粉末などを配置すると、前記治具と被焼成物との融着防止に効果的である。ＨＰの圧力の大きさは公知の圧力の範囲であり、例えば、５〜５０ＭＰａで行われる。
【００４１】
［実施例］
以下、本発明を好ましい態様である実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例により何等限定されるものではない。
【００４２】
＜測定方法等＞
窒化アルミニウム粉末の粒子径：
上述した方法により窒化アルミニウム粉末の粒子径を測定した。
【００４３】
窒化アルミニウム焼結体中の窒化アルミニウム粒子の粒子径：
上述した方法により窒化アルミニウム焼結体中の窒化アルミニウム粒子の粒子径を測定
した。
【００４４】
窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率：
理学電気（株）製「ＬＦ／ＴＣＭ−ＦＡ８５１０Ｂ」を使用して、レーザーフラッシュ法により、２次元法で測定した。
【００４５】
チッピング幅の分布：
窒化アルミニウム焼結体を、ブレードを安定させるために５箇所で切断した後、チッピング幅の分布の測定に供する面（図３に示される（１）〜（５）の各面）を出すために５箇所で切断した。測定面（図３に示される（１）〜（５）の各面）上の端部および中央部について上述した方法で△ｄを求め、チッピング幅の分布を測定した。
【００４６】
なお、窒化アルミニウム焼結体を切断した際の条件は以下のとおりである。
ブレード：株式会社ディスコ製ＳＤ６００Ｎ５０Ｍ５１
ブレード形状：５２×４０×ｔ０．１
回転数：３００００ｒｐｍ
切断スピード：６ｍｍ／ｓｅｃ
切断本数：１０本
［実施例１］
窒化アルミニウム粉末（株式会社トクヤマ製Ｆグレード粉末；Ｄ′90−Ｄ′10＝１．２μｍ、平均粒子径（Ｄ′av）＝１．１μｍ）をジェットミルで解砕した。解砕後の窒化アルミニウム粉末のＤ′90−Ｄ′10は０．５μｍ、平均粒子径（Ｄ′av）は０．８μｍであった。
【００４７】
この解砕された窒化アルミニウム粉末１００質量部と、焼結助剤として酸化イットリウム粉末５質量部およびリン酸三カルシウム粉末０．５質量部と、分散剤としてソルビタントリオレエートを０．６５質量部と、結合剤としてポリビニルブチラールを８質量部と、可塑剤としてジブチルフタレートを４．７２質量部と、溶媒としてトルエン６２．４質量部、エタノール３６．４質量部およびブタノール５．２質量部の混合物とを、ボールミルで混合し、脱溶媒した後、ドクタ−ブレード法によりシート成形した。
【００４８】
この成形体を、脱脂炉内で、乾燥空気中、５５０℃で４時間加熱することにより脱脂した。
次いで、得られた窒化アルミニウム脱脂体を、中性雰囲気中で、１６２５℃で１００時間焼成した。
【００４９】
得られた窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は２０８Ｗ／ｍ・Ｋであった。また窒化アルミニウム焼結体中の窒化アルミニウム粒子の平均粒子径（Ｄav）は５．１μｍ、Ｄ90−Ｄ10は５．５μｍ、チッピング幅の分布は５．０μｍであった。
【００５０】
ＳＥＭ写真を図４に示す。
［比較例１］
窒化アルミニウム粉末（株式会社トクヤマ製Ｆグレード粉末；Ｄ′90−Ｄ′10＝１．２μｍ、平均粒子径（Ｄ′av）＝１．１μｍ）１００質量部を粉砕せずに使用した以外は実施例１と同様の方法で窒化アルミニウム焼結体を製造した。
【００５１】
得られた窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は実施例１と同様に２０８Ｗ／ｍ・Ｋであった。また窒化アルミニウム焼結体中の窒化アルミニウム粒子の平均粒子径（Ｄav）は４．９２μｍ、Ｄ90−Ｄ10は７．１μｍであった。しかし、チッピング幅の分布は７．０μｍであり、実施例１の窒化アルミニウム焼結体よりも大きかった。
【００５２】
ＳＥＭ写真を図５に示す。
【００５３】
【表１】
2008074642.tif 000003
【００５４】
【表２】
2008074642.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、チッピング幅の分布の測定方法の説明を補助するための、切断前後での窒化アルミニウム焼結体の断面模式図である。
【図２】図２は、チッピング幅の分布の測定方法の説明を補助するための、窒化アルミニウム焼結体の切断面付近の断面模式図である。
【図３】図３は、実施例におけるチッピング幅の分布の測定方法の説明を補助するための、切断前後での窒化アルミニウム焼結体の断面模式図である。
【図４】図４は、実施例１で得られた窒化アルミニウム焼結体のＳＥＭ写真である。
【図５】図５は、比較例１で得られた窒化アルミニウム焼結体のＳＥＭ写真である。
【図１】
2008074642.tif 000005
【図２】
2008074642.tif 000006
【図３】
2008074642.tif 000007
【図４】
2008074642.tif 000008
【図５】
2008074642.tif 000009