(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム結晶粒と希土類元素およびアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒とを含む窒化アルミニウム焼結体であって、
前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が２μｍ以下であり、
前記窒化アルミニウム焼結体中に、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が断面１００μｍ四方の領域に１０〜２００個分散し、
ならびに炭素原子含有量が０．１０質量％未満であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】
前記複合酸化物結晶粒のメジアン径が前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】
前記複合酸化物結晶粒のメジアン径が１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項４】
前記希土類元素が、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法であって、
窒化アルミニウム粉末および焼結助剤を含む原料粉末と有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程、
前記原料スラリーとバインダー溶液とを混合して得た混合液を濾過して混合スラリーを得る二次混合工程、
前記混合スラリーを成形して窒化アルミニウム成形体を得る成形工程、
前記窒化アルミニウム成形体を酸化性ガス雰囲気下６００℃未満に加熱して窒化アルミニウム脱脂体を得る脱脂工程、および
前記窒化アルミニウム脱脂体を焼結して窒化アルミニウム焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記焼結助剤が、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素を有する化合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記焼結助剤が、さらにアルミニウム元素を有する化合物を含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項８】
バインダー成分を有機溶剤に溶解して得た溶液を濾過して前記バインダー溶液を得るバインダー溶液調製工程を、前記二次混合工程前にさらに含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記脱脂工程において用いる前記酸化性ガスが、酸素ガスを含む混合ガスであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記窒化アルミニウム脱脂体の炭素原子含有量が、０．１０質量％以下であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記焼結工程が、１４００℃以上１８００℃以下の不活性ガス雰囲気下、２４時間以下加熱することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記焼結工程において用いる前記不活性ガスが、窒素ガスであることを特徴とする請求項１１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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路基板の小型化、パワーモジュールの高出力化が進んでいる。パワーモジュール等に使用される回路基板として、セラミックス焼結体表面に金属回路層がろう材で接合され、金属回路層の所定位置に半導体素子が搭載されたものが広く用いられている。【０００３】
パワーモジュールが高い信頼性で動作するために、放熱性と機械的強度に優れた回路基板が求められる。放熱性が良好であれば、回路が発生する熱を効率よく放出して、半導体素子の過熱が抑制される。機械的強度が優れていれば、回路基板は、金属回路層との熱膨張係数差に起因する熱応力にも耐えることができる。このような要求に応える回路基板として、高い電気絶縁性と高い熱伝導性とを有する窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮと記載することがある。）焼結体を用いたセラミックス絶縁基板が注目されている。【０００４】
ＡｌＮは、共有結合性が強く難焼結性物質であるため、緻密なＡｌＮ焼結体を得るには酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤の添加が必要である。焼結助剤としての酸化イットリウムは、焼結時にＡｌＮ結晶粒の表面や内部に固溶している不純物酸素と反応してＹ−Ａｌ−Ｏ系の液相を生成し、不純物酸素を粒界にトラップすると共に結晶の緻密化を促進する（非特許文献１）。【０００５】
一方で、得られたＡｌＮ焼結体中のＡｌＮ結晶粒中に不純物酸素が固溶していると、ＡｌＮ結晶粒中に格子欠陥が生じ、フォノン散乱中心となり、劇的に熱伝導率を低下させる（非特許文献２）。【０００６】
また、ＡｌＮ結晶粒中の格子欠陥は、機械的強度の低下や誘電損失の増大をもたらすおそれがあり、ＡｌＮ結晶粒中の不純物酸素の低減は重要な技術課題である。【０００７】
ＡｌＮ結晶粒中の不純物酸素を低減する手段として、例えば、不純物酸素の少ないＡｌＮ粉を原料として用いることが考えられる。しかし、一般に不純物の少ない原料はコスト上昇の大きな要因となる。また、非特許文献３に開示されているように、還元性雰囲気下、高温で長時間焼結することによりＡｌＮ焼結体から不純物酸素を除去する方法もあるが、この方法は、焼結にかかる時間が長いため、生産性の低下が懸念される。【０００８】
セラミックスの機械的強度は結晶粒径に依存し、粒径の増大とともに機械的強度は低下する（非特許文献４）。前述の高温で長時間焼結する方法では必然的にＡｌＮ焼結体中の結晶粒が粗大化して強度が低下してしまうため、高い熱伝導率と高い機械的強度とを共に満たすＡｌＮ焼結体の作製は困難であった。【０００９】
上記課題に対して、特許文献１には気相化学合成法で得られた窒化アルミニウムを添加することで、高熱伝導であると同時に、高い強度を有する窒化アルミニウム焼結体が得られることが開示されている。また、特許文献２には不純物含有量を低減することで、優れたワイブル係数を有する窒化アルミニウム焼結体が得られることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−８８１３号公報
【特許文献２】特開平１−１０３９６１号公報
【００１１】
【非特許文献１】篠崎和夫、柘植章彦、セラミックス、２１，  ｐ１１３０−１１３５  （１９８６）．
【非特許文献２】Ｇ．  Ａ．  Ｓｌａｃｋ，  Ｒ．  Ａ．  Ｔａｎｚｉｌｌｉ，  Ｒ．  Ｏ．  Ｐｏｈｌ，  Ｊ．  Ｗ．  Ｖａｎｄｅｒｓａｎｄｅ，  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｌｉｄｓ，  ｖｏｌ．４８，  ｐ６４１−６４７  （１９８７）．
【非特許文献３】岡本正英、荒川英夫、土橋正文、萩原覚、日本セラミックス協会学術論文誌、ｖｏｌ．９７，  ｐ１４７８−１４８５  （１９８９）．
【非特許文献４】Ｈ．  Ｐ．  Ｋｉｒｃｈｎｅｒ  ａｎｄ  Ｒ．  Ｍ．  Ｇｒｕｖｅｒ，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｅｒａｍ．  Ｓｏｃ．，  ｖｏｌ．５３，  ｐ２３２−２３６  （１９７０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に開示された窒化アルミニウム焼結体は、高コストである他にも、粒子径の大きく異なる窒化アルミニウム粉末を複数混合していることから、窒化アルミニウム焼結体内における粒度分布が不均一になり、窒化アルミニウム焼結体内の強度のばらつきが大きくなる。また、特許文献２に開示された窒化アルミニウム焼結体は、ワイブル係数は優れているものの、その強度は６００ＭＰａを超えるものは得られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は以下に示す構成を備える。【００１４】
［１］窒化アルミニウム結晶粒と希土類元素およびアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒とを含む窒化アルミニウム焼結体であって、
前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が２μｍ以下であり、前記窒化アルミニウム焼結体中に、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が断面１００μｍ四方の領域に１０〜２００個分散し、ならびに炭素原子含有量が０．１０質量％未満であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
［２］前記複合酸化物結晶粒のメジアン径が前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径よりも小さいことを特徴とする前項１に記載の窒化アルミニウム焼結体。
［３］前記複合酸化物結晶粒のメジアン径が１．５μｍ以下であることを特徴とする前項１または２に記載の窒化アルミニウム焼結体。
［４］前記希土類元素が、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素であることを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
［５］前項１〜４のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法であって、
窒化アルミニウム粉末および焼結助剤を含む原料粉末と有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程、前記原料スラリーとバインダー溶液とを混合して得た混合液を濾過して混合スラリーを得る二次混合工程、前記混合スラリーを成形して窒化アルミニウム成形体を得る成形工程、前記窒化アルミニウム成形体を酸化性ガス雰囲気下６００℃未満に加熱して窒化アルミニウム脱脂体を得る脱脂工程、および
前記窒化アルミニウム脱脂体を焼結して窒化アルミニウム焼結体を得る焼結工程を含むことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［６］前記焼結助剤が、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素を有する化合物を含むことを特徴とする前項５に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［７］前記焼結助剤が、さらにアルミニウム元素を有する化合物を含むことを特徴とする前項６に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［８］バインダー成分を有機溶剤に溶解して得た溶液を濾過して前記バインダー溶液を得るバインダー溶液調製工程を、前記二次混合工程前にさらに含むことを特徴とする前項５〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［９］前記脱脂工程において用いる前記酸化性ガスが、酸素ガスを含む混合ガスであることを特徴とする前項５〜８のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［１０］前記窒化アルミニウム脱脂体の炭素原子含有量が、０．１０質量％以下であることを特徴とする前項５〜９のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［１１］前記焼結工程が、１４００℃以上１８００℃以下の不活性ガス雰囲気下、２４時間以下加熱することを特徴とする前項５〜１０のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
［１２］前記焼結工程において用いる前記不活性ガスが、窒素ガスであることを特徴とする前項１１に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム結晶粒の成長が抑制されるとともに、窒化アルミニウム結晶粒間に均一に分散した粒子間空隙を有することにより、従来の窒化アルミニウム焼結体よりも高強度かつ、窒化アルミニウム焼結体内の強度ばらつきが小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例１で作製した窒化アルミニウム焼結体の破断面の１０,０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。該ＳＥＭ像において、黒色部分が粒子間空隙である。比較的暗くみえる部分が窒化アルミニウム結晶粒であり、比較的明るくみえる部分が複合酸化物結晶粒である。
【図２】図２は、実施例１で作製した窒化アルミニウム焼結体の破断面の１,０００倍のＳＥＭ像である。
【図３】図３は、比較例１で作製した窒化アルミニウム焼結体の破断面の１,０００倍のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法について詳細に説明する。
【００１８】
（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、窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮとも記す。）結晶粒と希土類元素およびアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒とを含み、前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が２μｍ以下であり、前記窒化アルミニウム焼結体中に、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が断面１００μｍ四方の領域に１０〜２００個分散し、ならびに炭素原子含有量が０．１０質量％未満であることを特徴とする。ＡｌＮ焼結体は、ＡｌＮ結晶粒を主成分とする多結晶体であり、副成分として複合酸化物結晶粒を含み、粒子間空隙はＡｌＮ焼結体中に隣接することなく均一に分散して存在する。
【００１９】
（ＡｌＮ結晶粒）
本明細書においてＡｌＮ結晶粒の大きさは、メジアン径で定義する。メジアン径とは、個数基準の粒度累積分布の累積５０％に相当する値である。本発明のＡｌＮ焼結体が含むＡｌＮ結晶粒のメジアン径は、２μｍ以下である。ＡｌＮ結晶粒のメジアン径は小さいほどＡｌＮ焼結体の強度が高く、好ましくは１．７μｍ以下であり、さらに好ましくは１．５μｍ以下である。ＡｌＮ結晶粒のメジアン径がこれらの範囲内であると機械的強度が十分高いＡｌＮ焼結体となる。
【００２０】
（ＡｌＮ結晶粒のメジアン径）
本発明のＡｌＮ焼結体が含むＡｌＮ結晶粒のメジアン径は、ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍以上の倍率で観察し、任意の１００μｍ四方の領域において少なくとも５００個のＡｌＮ結晶粒の粒径を計測して求める。ＡｌＮ結晶粒は完全な球形ではないので、最長径をＡｌＮ結晶粒の粒径とする。本明細書においては、結晶粒の最長径とは、以下のようにして求められる結晶粒の輪郭を構成する多角形が有する最長の対角線の長さを意味する。
【００２１】
多結晶体からなるＡｌＮ焼結体の破断面をＳＥＭ観察したとき、ＡｌＮ結晶粒の輪郭は視野平面において凸多角形として観測される。凸多角形が有する複数の長さの対角線のうち最長の対角線の長さを結晶粒の最長径とする。なお、ＳＥＭ像の視野においてＡｌＮ結晶粒として観測されるものの、他のＡｌＮ結晶粒等が重なり、結晶粒の輪郭を構成する多角形の最長の対角線の長さを明確に計測できないＡｌＮ結晶粒については、粒径の計測の対象に含めない。
【００２２】
なお、例えば図１に示すようにＡｌＮ焼結体の破断面のＳＥＭ像においてＡｌＮ結晶粒と複合酸化物結晶粒とが観察されるとき、比較的暗くみえる粒子がＡｌＮ結晶粒であり、比較的明るくみえる粒子が後述する複合酸化物結晶粒である。ＡｌＮ結晶粒と複合酸化物結晶粒との区別は、ＳＥＭ装置に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）分析装置を用いて、結晶粒が含有する元素の違いから確認することもできる。この方法を、以下ＳＥＭ−ＥＤＳ分析と記すこともある。
【００２３】
（複合酸化物結晶粒）
本発明のＡｌＮ焼結体が含む複合酸化物結晶粒は、希土類元素（以下、ＲＥとも記す。）およびアルミニウム元素を含む複合酸化物の結晶粒である。本発明のＡｌＮ焼結体は、副成分として複合酸化物結晶粒を含む。
【００２４】
複合酸化物の結晶相としては、単斜晶系構造（ＲＥ４Ａｌ２Ｏ９）、斜方晶系ペロブスカイト構造（ＲＥＡｌＯ３）または立方晶系ガーネット構造（ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２）の結晶相が挙げられ、ここでＲＥは、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素を表す。そして、複合酸化物結晶粒は、ＲＥ４Ａｌ２Ｏ９、ＲＥＡｌＯ３およびＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２の少なくともいずれか一種または二種以上の結晶相を含むことが好ましく、ＲＥＡｌＯ３およびＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２の二種の結晶相を含むことが好ましい。ただし、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２単独の結晶相からなるものは含まない。また、ＡｌＮ焼結体は、ＡｌＮ結晶粒と希土類元素およびアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒以外の結晶粒を含むとＡｌＮ焼結体の熱伝導性を低下させる可能性が高いことから、ＡｌＮ焼結体が含む結晶粒は、ＡｌＮ結晶粒と希土類元素およびアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒のみからなることが好ましい。なお、複合酸化物の結晶相はＸ線回折法により同定できる。希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕが挙げられ、中でもイオン半径が小さい方が熱伝導率を高めやすいことからＹ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、ＥｒおよびＨｏが好ましい。
【００２５】
複合酸化物結晶粒が含む結晶相が、ＹＡｌＯ３（以下、ＹＡＰと記すこともある。）およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、ＹＡＧと記すこともある。）である場合には、複合酸化物結晶粒が含むＹＡｌＯ３およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２の量の比は、Ｘ線回折図形においてＹ３Ａｌ５Ｏ１２の面指数（５３２）に由来する回折角２θ＝４６．６°の回折ピーク高さＩＹＡＧと、ＹＡｌＯ３の面指数（１２１）に由来する回折角２θ＝３４．３°の回折ピーク高さＩＹＡＰの比ＩＹＡＧ／ＩＹＡＰで表したとき、ＩＹＡＧ／ＩＹＡＰは、好ましくは０．１〜１０であり、より好ましくは０．１〜７であり、さらに好ましくは０．２〜０．５である。ＩＹＡＧ／ＩＹＡＰがこの範囲であると、複合酸化物の結晶相が粒となって存在し、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を高くでき好ましい。
【００２６】
Ｘ線回折測定装置としては、例えばスペクトリス株式会社製パナリティカルＭＰＤを用いることができる。測定条件としては、例えば、Ｘ線出力（Ｃｕ−Ｋα）：４５ｋＶ、４０ｍＡ、走査軸：θ／２θ、測定範囲（２θ）：１０° 〜９０°で行う。
【００２７】
（複合酸化物結晶粒のメジアン径）
本発明のＡｌＮ焼結体が含む複合酸化物結晶粒の大きさは、前述のＡｌＮ結晶粒の場合と同様に、個数基準のメジアン径で定義する。ＡｌＮ焼結体中の複合酸化物結晶粒のメジアン径は、小さいほどＡｌＮ焼結体の機械的強度が高くなる。また、ＡｌＮ結晶粒よりも複合酸化物結晶粒が大きい場合は、複合酸化物結晶粒自体が破壊の起点となることから、複合酸化物結晶粒のメジアン径はＡｌＮ結晶粒のメジアン径より小さいことが好ましい。複合酸化物結晶粒のメジアン径は好ましくは１．５μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以下である。
【００２８】
複合酸化物結晶粒のメジアン径は、ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡により１０００倍以上の倍率で観察し、任意の１００μｍ四方の領域において少なくとも２００個の複合酸化物結晶粒の粒径を計測して求めることができる。複合酸化物結晶粒は完全な球形ではないので、前述のＡｌＮ結晶粒の場合と同様に、最長径を複合酸化物結晶粒の粒径とする。前述したように例えば図１に示すＳＥＭ像において、比較的明るくみえる粒子が複合酸化物結晶粒である。
【００２９】
（粒子間空隙）
本発明のＡｌＮ焼結体中には粒子間空隙が分散しており、ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡により観察したとき、ＡｌＮ焼結体の断面１００μｍ四方の視野領域に、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が１０〜２００個、好ましくは２０〜１７０個、より好ましくは５０〜１３０個分散して存在する。粒子間空隙は、ＳＥＭ像において基本的に黒くみえ、コントラストを変えても明るく観測されることはない。粒子間空隙が分散しているとは、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が連なって１μｍを超える最長径を有する粒子間空隙とはならないことをいう。また、別の見方では、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙は、それぞれがＡｌＮ結晶粒または複合酸化物結晶粒に囲まれて孤立しており、互いに隔てられている。本発明のＡｌＮ焼結体中に、上記の態様で粒子間空隙が分散していることにより、機械的強度が高くＡｌＮ焼結体内の強度ばらつきが小さい。
【００３０】
本明細書において、粒子間空隙の大きさは、ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡により１０００倍の倍率で観察し、最長径を計測する。粒子間空隙が球形に近ければ直径を、凸多角形に近ければ最長対角線の長さを、これら以外の不定形であれば、粒子間空隙の周囲長の半分を、粒子間空隙の最長径とする。粒子間空隙の数は、任意の１００μｍ四方の視野において少なくともＳＥＭ像２視野の計測値の算術平均とする。
【００３１】
ＡｌＮ焼結体の破断面作製の際に結晶粒が脱落することも考えられる。そのとき、破断面の面内方向に結晶粒１個分の大きさで、かつ深さ方向に２個以上の結晶粒が連なって脱落することは考えにくい。そこで、ＳＥＭ像において黒くみえるものの、粒子間空隙であるか脱落部であるか判断しづらい箇所があった場合には、次のように判断する。すなわち、ＡｌＮ焼結体の破断面の倍率１０００倍のＳＥＭ像において黒く空間にみえる箇所があった場合に、倍率を３０００倍に拡大して観察したとき、破断面の内部方向ＡｌＮ結晶粒１個分の大きさの深さより浅く、空間の底としてＡｌＮ結晶粒または複合酸化物結晶粒が観察された場合には、ＡｌＮ結晶粒または複合酸化物結晶粒が脱落した脱落部と判断する。逆に、倍率を３０００倍に拡大して観察しても、破断面の内部方向ＡｌＮ結晶粒１個分の大きさの深さまでＡｌＮ結晶粒または複合酸化物結晶粒が観察されない場合に、その空間を粒子間空隙と判断する。本明細書では、黒く見える箇所について粒子間空隙と判断しづらい場合に、以上のように空間に底の観測される箇所を脱落部とし、空間に底の観測されない箇所を粒子間空隙と判断する。
【００３２】
また、最長径が０．２μｍより小さい空隙は、本明細書では、粒子間空隙として計上しない。仮に、最長径が０．２μｍより小さい空隙がＡｌＮ焼結体内にさらに微分散していたとしても、実施例に示すように機械的強度が得られている場合には問題にならないと考えられる。一方で、最長径が１μｍを超える大きな粒子間空隙があった場合には、応力があった場合の破壊起点となるおそれがあり、例えば最長径が１０μｍを超える粒子間空隙は存在しないことが好ましく、更に最長径が１μｍを超える大きな粒子間空隙も存在しないことがより好ましい。
【００３３】
（炭素原子含有量）
本発明のＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量は０．１０質量％未満であり、好ましくは０．０９質量％以下である。ＡｌＮ焼結体が含む炭素原子含有量がこの範囲であると、ＡｌＮ焼結体の機械的強度を高くすることができる。ＡｌＮ焼結体が含む炭素原子含有量は、実施例に記載する方法で求める。
【００３４】
（常温３点曲げ強度）
ＡｌＮ焼結体の機械的強度は、ＪＩＳ規格の常温３点曲げ強度測定方法（ＪＩＳ−Ｒ−１６０１：２００８）に従って測定して得る。具体的には実施例に記載するとおりに行うが、シート状のＡｌＮ焼結体１０枚から作製した試験片１００点について所定の条件で３点曲げ強度を測定して、その算術平均を求める。
なお、本発明のＡｌＮ焼結体は、上記の方法で求めた３点曲げ強度の算術平均値が、６００ＭＰａ以上であることが好ましく、６５０ＭＰａ以上であることがより好しい。
【００３５】
（ワイブル係数）
ＡｌＮ焼結体内の強度のばらつきは、ワイブル係数で表すことができ、ワイブル係数が大きいほどＡｌＮ焼結体内の強度のばらつきは小さくなる。一般にＡｌＮ焼結体のワイブル係数は１０程度といわれている（「セラミックス材料技術集成」１９７９年４月株式会社産業技術センター発行）。機械的強度の不足による不良品の発生確率を低く抑えるためには、ワイブル係数は１０より大きいことが求められる。
【００３６】
本明細書におけるワイブル係数は、前述の常温３点曲げ強度の測定値１００個を用いて、実施例に記載する後述の式に従って求める。
なお、本発明のＡｌＮ焼結体は、ワイブル係数が、１０超であることが好ましく、１５以上であることがより好しい。
【００３７】
本発明のＡｌＮ焼結体は、ＡｌＮ結晶粒のメジアン径が２μｍ以下であることにより、３点曲げ強度が６００ＭＰａより大きく、かつＡｌＮ焼結体中に、最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙が断面１００μｍ四方の領域に１０〜２００個均一に分散し、並びに炭素原子含有量が０．１０質量％未満であることによりワイブル係数が１０より大きい。
【００３８】
（窒化アルミニウム焼結体の製造方法）
本発明の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および焼結助剤を含む原料粉末と有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程、前記原料スラリーとバインダー溶液とを混合して得た混合液を濾過して混合スラリーを得る二次混合工程、前記混合スラリーを成形して窒化アルミニウム成形体を得る成形工程、前記窒化アルミニウム成形体を酸化性雰囲気下６００℃未満に加熱して窒化アルミニウム脱脂体を得る脱脂工程、および前記窒化アルミニウム脱脂体を焼結して窒化アルミニウム焼結体を得る焼結工程とを含む。各工程について、以下詳細に説明する。
【００３９】
（一次混合工程）
一次混合工程では、ＡｌＮ粉末および焼結助剤を含む原料粉末と有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る。
【００４０】
用いるＡｌＮ粉末の大きさは、前述したＡｌＮ結晶粒の場合と同じく、ＳＥＭ像上で計測したメジアン径で表したとき、２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。また、ＡｌＮ粉末の酸素原子含有量は、後述する脱脂工程で得られるＡｌＮ脱脂体に含まれる酸素原子含有量を好適な範囲とする観点から０．５〜３質量％が好ましく、１〜２質量％が好ましい。
【００４１】
焼結助剤は、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素を有する化合物を含むことが好ましい。該化合物としては、具体的には、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素の酸化物を用いることができ、好ましくは酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）であり、酸化イットリウムには市販の粒径１μｍ前後のものを用いることができ、好ましい。また、焼結助剤には、後述するＡｌＮ脱脂体中のＡｌＮ脱脂体に含まれる酸素原子含有量を調整する観点から、さらにアルミニウム元素を有する化合物を含んでもよい。具体的には、焼結助剤には、アルミニウム元素を有する化合物としてアルミニウム元素の酸化物を加えてもよく、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）には市販の粒径１μｍ前後のものを用いることができ、好ましい。また、焼結助剤としては、加熱により、アルミニウム元素、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素の酸化物を生成する前駆体を用いることもできる。
【００４２】
焼結助剤の添加量は、ＡｌＮ粉末と焼結助剤の合計に対して焼結助剤が０．０１〜１５質量％であることが好ましい。焼結助剤の添加量がこの範囲であると、後述する焼結工程においてＡｌＮ焼結体が効果的に緻密化する。焼結助剤の添加量は、０．１〜１５質量％であることがより好ましく、０．５〜１０質量％であることがさらに好ましい。焼結助剤の添加量がこの範囲内であると、ＡｌＮ結晶粒子中の不純物酸素が効率的に除去されるとともに複合酸化物結晶粒が適度な量となり、得られるＡｌＮ焼結体の熱伝導率は高いものとなる。焼結助剤が酸化アルミニウムを含む場合には、イットリウムおよびランタニド系希土類元素からなる群より選ばれる一種または二種以上の元素の酸化物の量に対する、酸化アルミニウムの量は、前述した複合酸化物結晶粒中の結晶相が含むＲＥＡｌＯ３およびＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２の量の比になるよう計算して混合することができる。例えば、ＩＹＡＧ／ＩＹＡＰ＝０．３程度を目標としたとき、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）１質量部に対し、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）０．３４質量部を混合する。実際には、用いるＡｌＮ粉末が不純物酸素を含み、また、製造する際の混合工程等において空気中から酸素が混入するため、複合酸化物結晶粒がトラップする酸素原子量に合わせて、実験を繰り返して調整する。
【００４３】
有機溶剤としては、メタノール、１−ブタノール、２−ブタノン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、キシレン等を挙げることができ、１−ブタノールおよび２−ブタノンが好ましく、１−ブタノールおよび２−ブタノンを混合して用いることがより好ましい。
また、一次混合工程では、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリエチレングリコール系のノニオン系分散剤や、ジブチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤をさらに添加してもよい。
【００４４】
一次混合工程の混合は、ボールミル、振動ミル、アトライター等を用いて行うことができる。なお、遷移金属元素等の不純物混入を抑制するために、混合容器の材質は樹脂もしくは高純度アルミナであることが好ましく、粉砕ボールの材質は高純度アルミナであることが好ましい。特に、粉砕ボールは純度９９．９質量％以上の高純度アルミナが好適である。
【００４５】
一次混合工程において、ＡｌＮ粉末は細かく粉砕される。この後の工程では、ＡｌＮ粉末粒子の粒径は大きく変化しないと考えられる。そのため、この段階でＡｌＮ粉末粒子の平均粒径が、後述する脱脂工程で得られるＡｌＮ脱脂体が含むＡｌＮ粉末粒子の粒径を目標値として一次混合工程において粉砕することが好ましい。ＡｌＮ脱脂体が含むＡｌＮ粉末粒子の粒径は、ＳＥＭ像から計測するメジアン径で確認することができる。
【００４６】
（二次混合工程）
二次混合工程では、一次混合工程で得た原料スラリーと、別に調製したバインダー溶液とを混合して混合液とし、混合液を濾過して混合スラリーを得る。バインダー溶液は、バインダー成分を有機溶剤に溶解して得る。
【００４７】
バインダーとしては、ポリビニルブチラール、パラフィンワックス、エチルセルロース、アクリル系樹脂等の有機化合物が好ましく、ポリビニルブチラールがより好ましい。
バインダー溶液の調製に用いる有機溶剤には、前述の原料スラリーの作製に用いたものと同種の有機溶剤を用いることが好ましい。複数種の有機溶剤を混合して用いる場合には、混合比率を溶質の特性に合わせて適宜変更することができる。
バインダー溶液の原料スラリーに対する混合量は、原料スラリーが含むＡｌＮ粉末と焼結助剤の合計１００質量部に対して、バインダーが３〜１５質量部添加されるようバインダー溶液を混合することが好ましく、３〜１０質量部添加されるよう混合することがより好ましい。
【００４８】
また、二次混合工程では、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリエチレングリコール系のノニオン系分散剤や、ジブチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤をさらに添加してもよい。
二次混合工程の混合は、前述の一次混合工程で用いる方法と同じ方法を用いることができる。
【００４９】
混合液を濾過して混合スラリーを得る際の濾過は、自然濾過、加圧濾過、減圧濾過等の方法を用いることができ、混合液中の成分が沈降等して偏重しないよう時間をかけずに済む点から加圧濾過で行うことが好ましい。また加圧濾過で行う場合には、加圧ガスとして圧縮した空気を用いることもできるが、混合液中のＡｌＮ粉末の不要な酸化を抑える観点から、窒素ガス等の不活性ガスで加圧することが好ましい。加圧する圧力は、混合液の量や粘性ならびに用いる加圧濾過装置の特性に合わせて適宜調製される。
濾材は、濾過する混合液が含む粉末の粒子径に合わせて選択され、例えば濾材の保持粒子径で選択する。濾材の保持粒子径は、０．８〜４μｍが好ましく、０．８〜２μｍがより好ましく、０．８〜１μｍが更に好ましい。濾材の種類としては、例えばセルロース性のろ紙を用いることができる。このような濾材を用いて濾過することにより、一次混合工程および二次混合工程中に生じた不溶の塊がある場合にこれを除くことができる。
【００５０】
また、得られた混合スラリーに対して、必要に応じて脱泡処理を行うことが好ましい。混合スラリーの脱泡処理には、市販の真空ポンプを用いることができる。
【００５１】
（バインダー溶液調製工程）
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、バインダー成分を有機溶剤に溶解してバインダー溶液を得るバインダー溶液調製工程を、二次混合工程前にさらに含んでもよい。バインダー溶液は濾過されたものが好ましい。バインダー成分を有機溶剤に溶解して得た溶液を濾過する方法は、前述の二次混合工程において混合液を濾過する方法と同じ方法で行うことができる。バインダー成分を有機溶剤に溶解して得た溶液を濾過してバインダー溶液を得ることにより、塊になって不溶なバインダー成分がある場合にこれを取り除くことができる。バインダー溶液調製工程において用いる濾過材の保持粒子径は、二次混合工程において用いる濾過材の保持粒子径の同一以上２倍以下であることが好ましい。
【００５２】
（成形工程）
成形工程では、二次混合工程で得られた混合スラリーをシート状に成形し、必要なら風乾等により溶媒を除去して、ＡｌＮ成形体を得る。シート状のＡｌＮ成形体の厚さは０．５〜２ｍｍが好ましい。成形手段として、乾式プレス機、ラバープレス機を用いる方法や、押出法、射出法、ドクターブレード法等の方法を挙げることができる。ＡｌＮ焼結基板の作製は、通常ドクターブレード法で成形される。また、混合スラリーを乾燥造粒して、金型成形法で成形することもできる。なお、得られたＡｌＮ成形体は、必要に応じて適切な大きさと形状にカットすることができる。
【００５３】
（脱脂工程）
脱脂工程では、ＡｌＮ成形体を酸化性ガス雰囲気下６００℃未満に加熱してＡｌＮ脱脂体を得る。脱脂を行うことによりＡｌＮ成形体が含むバインダー成分を分解する。酸化性ガスとしては、酸素ガスが混合された混合ガスを用いることが好ましい。前記混合ガスが含有する酸素ガス含有量は、５〜２５体積％が好ましく、５〜２０体積％がより好ましく、また例えば空気を好ましく用いることができる。また、脱脂は、バインダー成分が分解する温度以上６００℃未満に加熱して行い、４００℃以上６００℃未満に加熱して行うことが好ましく、０．１〜２４時間行うことが好ましく、１時間〜８時間行うことがより好ましい。脱脂を６００℃未満で行うことにより、ＡｌＮ成形体中のＡｌＮ結晶粒の酸化を抑えることができる。
脱脂する脱脂炉としては、市販のものを用いることができ、ＡｌＮ成形体から除去されたバインダー成分由来の除去成分をトラップするワックストラップ機構を備えていることが好ましい。
【００５４】
ＡｌＮ脱脂体が含むＡｌＮ粉末粒子の大きさは、前述したＡｌＮ結晶粒の最長径の求め方と同様に、ＡｌＮ脱脂体の表面を倍率１０００倍のＳＥＭ画像で観察して、１００μｍ四方の領域から少なくとも５００個の任意のＡｌＮ粉末粒子の最長径を計測して得たメジアン径とすることができる。ＡｌＮ脱脂体が含むＡｌＮ粉末粒子は、焼結助剤として添加した酸化アルミニウム粉末等の粒子とは元素組成が異なるので、ＳＥＭ像において区別でき、必要なら前述したＳＥＭ−ＥＤＳ分析を用いて元素組成から確認することもできる。ＡｌＮ粉末粒子が十分に小さいと適切なバインダー量でＡｌＮ粉末粒子内部の不純物酸素を効率的に除去することができる。ＡｌＮ脱脂体が含むＡｌＮ粉末の平均粒径は、好ましくは０．８μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以下であり、さらに好ましくは０．４μｍ以下である。
以上の条件で脱脂工程を行うことによりＡｌＮ脱脂体が含む炭素原子含有量は、好ましくは０．１０質量％以下となり、より好ましくは０．０９質量％以下となる。ＡｌＮ脱脂体が含む炭素原子含有量がこの範囲であると、ＡｌＮ粉末が含む不純物酸素を十分に除去できるとともに、焼結工程後に得られる窒化アルミニウム焼結体中の粒子間空隙の分散態様を前述の範囲とすることができる。ＡｌＮ脱脂体が含む炭素原子含有量は、実施例に記載する方法で求めることができる。
【００５５】
（焼結工程）
焼結工程では、ＡｌＮ脱脂体を焼結してＡｌＮ焼結体を得る。焼結は、１４００℃以上１８００℃以下の不活性ガス雰囲気下で、２４時間以下加熱して行うことが好ましく、大気圧不活性ガス雰囲気下、１４００〜１８００℃で２０分間〜２４時間行うことがより好ましい。焼結温度は、１５００〜１８００℃がより好ましく、１６５０〜１８００℃がさらに好ましい。焼結時間は焼結温度に合わせて調節されるが、２０分間〜１８時間行うことがより好ましく、３０分間〜１２時間行うことがさらに好ましく、３０分間〜６時間がより更に好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガスを好ましく用いることができる。
これらの範囲の条件でＡｌＮ脱脂体を焼結することにより、ＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量は０．１０質量％未満となり、好ましくは０．０９質量％以下となる。ＡｌＮ焼結体が含む炭素原子含有量は、実施例に記載する方法で求める。
【００５６】
以上の条件で焼結工程を行うことにより、得られるＡｌＮ焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が２μｍ以下となり、好ましくは１．７μｍ以下となり、さらに好ましくは１．５μｍ以下となる。ＡｌＮ結晶粒が粗大化しないことによりＡｌＮ焼結体は高い機械的強度を有する。
【００５７】
また、上記の条件で焼結工程を行うことにより、得られるＡｌＮ焼結体中に分散して存在する最長径が０．２〜１μｍの粒子間空隙は、ＡｌＮ焼結体の断面１００μｍ四方の領域に１０〜２００個、好ましくは２０〜１７０個、より好ましくは５０〜１３０個となる。上記所定の大きさの粒子間空隙の個数が上記範囲であると、ＡｌＮ焼結体は高い機械的強度を有する。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。【００６０】
炭素原子含有量の測定、結晶粒等のメジアン径の求め方、粒子間空隙の個数の測定、炭素含有物の個数の測定、結晶相の同定方法、常温３点曲げ強度の測定およびワイブル係数の求め方は、以下に記載の方法でそれぞれ行った。【００６１】
（ＡｌＮ脱脂体およびＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量）
ＡｌＮ脱脂体またはＡｌＮ焼結体を適量を乳鉢を用いて粉砕し、セラミックスルツボに０．２ｇ秤量し、助燃剤として金属タングステン粉末を同質量加え、炭素硫黄分析装置ＥＭＩＡ−９２０Ｖ（株式会社堀場製作所製）を用いて赤外線吸収法で測定し、試料２点の測定値の算術平均値を求めた。【００６２】
（ＡｌＮ結晶粒のメジアン径）
ＡｌＮ焼結体の破断面を作製し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）ＪＳＭ−７５００ＦＡ（日本電子株式会社製、加速電圧５．０ｋＶ）により１０００倍の倍率で断面観察し、ＡｌＮ結晶粒の最長径を計測してＡｌＮ結晶粒の粒径とした。任意の１００μｍ四方の領域において５００個のＡｌＮ結晶粒の粒径を計測して、ＡｌＮ結晶粒の個数基準のメジアン径を求めた。【００６３】
（複合酸化物結晶粒のメジアン径）
ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍の倍率で観察し、複合酸化物結晶粒の最長径を計測して複合酸化物結晶粒の粒径とした。任意の１００μｍ四方の領域において２００個の複合酸化物結晶粒の粒径を計測して、複合酸化物結晶粒の個数基準のメジアン径を求めた。【００６４】
（粒子間空隙の個数）
ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍の倍率で観察し、粒子間空隙のＳＥＭ像の面内方向での最長径を計測し、最長径が０．２〜１μｍの大きさの粒子間空隙及び最長径が１μｍ超の大きさの粒子間空隙の個数をそれぞれ得た。粒子間空隙の数は、任意の１００μｍ四方のＳＥＭ像２視野について計測し、算術平均した値とした。整数になるよう必要な場合には四捨五入した。【００６５】
（炭素含有物の個数）
ＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析により炭素含有物を特定し、ＳＥＭ像の面内方向での最長径を計測し、最長径が１μｍ超の大きさの炭素含有物の個数を得た。炭素含有物の数は、任意の１００μｍ四方のＳＥＭ像２視野について計測し、算術平均した値とした。なお、求めた平均値は、整数になるよう必要な場合には四捨五入した。【００６６】
（Ｘ線回折測定）
粉末Ｘ線回折測定装置パナリティカルＭＰＤ（スペクトリス株式会社製）を用いて、ＡｌＮ焼結体のＸ線回折測定を行った。測定条件としては、Ｃｕ−Ｋα線（出力４５ｋＶ、４０ｍＡ）を用いて、走査軸 ：θ／２θ、測定範囲（２θ）：１０° 〜９０° 、測定モード：ＦＴ、読込幅 ：０．０２°、サンプリング時間：０．７０秒、ＤＳ、ＳＳ、ＲＳ：０．５°、０．５°、０．１５ｍｍの条件で行い、得られたＸ線回折図形においてＡｌＮ結晶粒および複合酸化物結晶粒の結晶相を同定した。【００６７】
（常温３点曲げ強度）
ＡｌＮ焼結体シート１０枚から、４０ｍｍ×４ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの試験片を１００本作製し、得られた試験片について、ＪＩＳ規格の常温３点曲げ強度測定方法（ＪＩＳ−Ｒ−１６０１：２００８）に準じて、外部支点間距離３０ｍｍ、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で室温（２０〜２５℃）で３点曲げ強度を測定した。得られた３点曲げ強度１００点の算術平均値を算出した。【００６８】
（ワイブル係数）
セラミックス材料の強度を統計的に記述する確率分布として、最弱リンクモデルに基づくワイブル統計表示で記述することができる。
前述の３点曲げ強度測定によって得た試験片１００個の３点曲げ強度から以下のようにしてワイブル係数を算出した。
【数１】
0006721793.tif 000002
【００６９】
実施例１：
（一次混合工程）
ＡｌＮ粉末（東洋アルミニウム株式会社製、型番：ＪＣ（粒度Ｄ５０：１．２μｍ、酸素原子含有量０．９質量％、メジアン径０．９μｍ、Ｆｅ原子含有量：１５質量ｐｐｍ、Ｓｉ原子含有量：４０質量ｐｐｍ）９２．７質量部に焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末（信越化学工業株式会社製、型番：ＲＵ−Ｐ（平均粒径１μｍ））６質量部、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末（住友化学株式会社製、型番：ＡＫＰ−５０（中心粒径（ＭＴ３３００：０．２０μｍ）））１．３質量部と、分散剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル３質量部と、有機溶剤（１）として１−ブタノール３０質量部および２−ブタノン２４質量部を加え、直径５ｍｍの高純度アルミナボールを用いてナイロン製ボールミルポットで２４時間の粉砕混合を行い、原料スラリーを得た。【００７０】
（バインダー溶液調製工程）
バインダー成分としてポリビニルブチラール５質量部、可塑剤としてジブチルフタレート５質量部、ならびに有機溶剤（２）として１−ブタノール８質量部および２−ブタノン７質量部を混合して溶液を得て、この溶液を保持粒子径１μｍの濾紙（アドバンテック東洋株式会社製、型番：Ｎｏ．５Ｃ）をセットした多用途型ディスクフィルターホルダ―（アドバンテック東洋株式会社製、型番：ＫＳＴ−１４２−ＵＨ）を用いて窒素ガス０．３ＭＰａの加圧条件で濾過してバインダー溶液を得た。【００７１】
（二次混合工程）
一次混合工程で得た原料スラリーに、該原料スラリー中のＡｌＮ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末との合計１００質量部に対して、ポリビニルブチラールが５質量部の添加量となる量のバインダー溶液を加え、直径５ｍｍの高純度アルミナボールを用いてナイロン製ボールミルポットで２４時間混合した。得られた混合液を保持粒子径１μｍの濾紙（アドバンテック東洋株式会社製、Ｎｏ．５Ｃ）をセットした多用途型ディスクフィルターホルダ―（アドバンテック東洋株式会社製、型番：ＫＳＴ−１４２−ＵＨ）を用いて窒素ガス０．３ＭＰａの加圧条件で濾過して混合スラリーを得た。さらに、混合スラリーを撹拌しながら真空ポンプで引いて脱泡処理した。【００７２】
（成形工程）
混合スラリーをドクターブレード法によりシート成形し、８時間風乾して溶媒を除去して、ＡｌＮ成形体からなる厚さ１ｍｍのシートを得た。さらに、このシートを７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさの正方形の形状に打ち抜いた。【００７３】
（脱脂工程）
成形工程で得たＡｌＮ成形体からなる正方形の形状のシートに、付着防止用の敷粉として窒化ホウ素微粉末（昭和電工株式会社製、型番：ＵＨＰ−１Ｋ）を塗布した。このシートを１０枚積み重ねて窒化ホウ素製容器に収納し、大気圧空気気流中５００℃の条件に２時間保持して脱脂した。脱脂炉としては、ワックストラップ機構を具備したステンレス製炉心管と、カンタル線を用いた発熱体を有する外熱式の管状炉を使用した。得られたＡｌＮ脱脂体の炭素原子含有量は０．０９質量％であった。ＡｌＮ脱脂体の炭素原子含有量を表２に示す。【００７４】
（焼結工程）
脱脂工程で得たＡｌＮ脱脂体を窒化ホウ素製容器に入れ、黒鉛性の発熱体を有する内熱式焼結炉を用いて、大気圧窒素ガス気流下１７８０℃の条件で１時間焼結してＡｌＮ焼結体を得た。得られたＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量は０．０７質量％であった。ＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量を表２に示す。【００７５】
（ＡｌＮ焼結体中の結晶相の同定）
得られたＡｌＮ焼結体のＸ線回折測定を行った。ＡｌＮ結晶粒として、六方晶系のウルツ鉱構造と立方晶系の閃亜鉛鉱構造を有することが確認された。複合酸化物結晶粒が含むイットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶相として、斜方晶系ペロブスカイト構造（ＹＡｌＯ３）および立方晶系ガーネット構造（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を有することが確認された。回折ピーク高さから求めたＩＹＡＧ／ＩＹＡＰは、０．３２であった。ＩＹＡＧ／ＩＹＡＰを表２に示す。【００７６】
(ＡｌＮ焼結体の破断面観察)
破断して得たＡｌＮ焼結体の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（ＪＳＭ−７５００ＦＡ（日本電子株式会社製）、加速電圧５．０ｋＶ）を用いて１０００倍の倍率で断面観察した。最長径を計測した５００個のＡｌＮ結晶粒のメジアン径は１．７μｍであり、最長径を計測した２００個の複合酸化物結晶粒のメジアン径は１．１μｍであった。最長径が０．２μｍ〜１μｍの粒子間空隙は、１００μｍ四方の視野を観察し、２視野の観察の平均値として２４個均一に分散して存在していた。なお、最長径が１μｍより大きい粒子間空隙及び最長径が１μｍより大きいの炭素含有物は観測されなかった。各結晶粒のメジアン径、粒子間空隙の個数及び炭素含有物の個数を表２に併せて示す。【００７７】
（３点曲げ強度およびワイブル係数）
作製したＡｌＮ焼結体シート１０枚から、４０ｍｍ×４ｍｍの大きさの矩形状にダイヤモンドカッターを用いて切出した。さらに表面粗さＲａ０．５μｍ以下に表面を研磨加工して、４０ｍｍ×４ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの大きさの試験片１００本を作製した。ＪＩＳ規格の常温３点曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ−１６０１：２００８）に従って、精密万能試験機（株式会社島津製作所製、型番：ＡＧ−Ｘ）および市販の３点曲げ試験冶具を用いて、外部支点間距離３０ｍｍ、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で室温（２０〜２５℃）にて３点曲げ強度を測定した。試験片１００点の３点曲げ強度の算術平均値は６５３ＭＰａであり、１００点の３点曲げ強度から前述の方法で算出したワイブル係数は１５であった。３点曲げ強度の平均値、ワイブル係数を表２に併せて示す。【００７８】
実施例２〜４：
ＡｌＮ焼結体の作製条件を表１記載のとおりに変更した以外は実施例１と同様にしてＡｌＮ焼結体を作製した。
ＡｌＮ脱脂体およびＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量、ＡｌＮ結晶粒および複合酸化物結晶粒のメジアン径、最長径が０．２〜１μｍ及び１μｍ超の粒子間空隙の個数、並びに最長径が１μｍ超の炭素含有物の個数を実施例１と同様にして求めた。得られた結果を表２に併せて示す。いずれの例においても、粒子間空隙が均一に分散しているとともに最長径が１μｍを超える粒子間空隙は観測されなかった。
ＡｌＮ焼結体中の結晶相についても実施例１と同様にして同定を行った。いずれの例においても、複合酸化物結晶粒が含むイットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶相は斜方晶系ペロブスカイト構造（ＹＡｌＯ３）および立方晶系ガーネット構造（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を有することが確認された。実施例１と同様にして求めたＩＹＡＧ／ＩＹＡＰを表２に示す。
また、ＡｌＮ焼結体の常温３点曲げ強度についても実施例１と同様にして測定し、３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を求めた。また、実施例１と同様にして求めた３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を表２に併せて示す。【００７９】
比較例１〜２：
ＡｌＮ焼結体の作製条件を表１記載のとおりに変更した以外は実施例１と同様にしてＡｌＮ焼結体を作製した。
ＡｌＮ脱脂体およびＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量、ＡｌＮ結晶粒および複合酸化物結晶粒のメジアン径、最長径が０．２〜１μｍ及び１μｍ超の粒子間空隙の個数、並びに最長径が１μｍ超の炭素含有物の個数を実施例１と同様にして求めた。得られた結果を表２に併せて示す。いずれの例においても、粒子間空隙が均一に分散しているとともに最長径が１μｍを超える粒子間空隙は観測されなかった。
ＡｌＮ焼結体中の結晶相についても実施例１と同様にして同定を行った。いずれの例においても、複合酸化物結晶粒が含むイットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶相は斜方晶系ペロブスカイト構造（ＹＡｌＯ３）および立方晶系ガーネット構造（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を有することが確認された。実施例１と同様にして求めたＩＹＡＧ／ＩＹＡＰを表２に示す。
また、ＡｌＮ焼結体の常温３点曲げ強度についても実施例１と同様にして測定し、３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を求めた。また、実施例１と同様にして求めた３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を表２に併せて示す。【００８０】
比較例３：
脱脂工程において、雰囲気を、空気気流中から窒素ガス気流中としたこと以外は実施例１と同様にしてＡｌＮ焼結体を作製した。
ＡｌＮ脱脂体およびＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量、ＡｌＮ結晶粒および複合酸化物結晶粒のメジアン径、最長径が０．２〜１μｍ及び１μｍ超の粒子間空隙の個数、並びに最長径が１μｍ超の炭素含有物の個数を実施例１と同様にして求めた。得られた結果を表２に併せて示す。ＡｌＮ焼結体の破断面のＳＥＭ観察において、粒子間空隙が均一に３２個分散して存在しているとともに、最長径が１μｍを超える粒子間空隙は観測されなかった。また、最長径が１μｍを超える炭素含有物として、最長径が１０μｍの不定形の炭素含有物がＳＥＭ像２視野の観察において平均２個存在した。なお、炭素含有物が炭素原子を含有することは、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析により確認した。
ＡｌＮ焼結体中の結晶相についても実施例１と同様にして同定を行った。比較例３では、複合酸化物結晶粒が含むイットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶相は斜方晶系ペロブスカイト構造（ＹＡｌＯ３）および立方晶系ガーネット構造（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を有することが確認された。実施例１と同様にして求めたＩＹＡＧ／ＩＹＡＰを表２に示す。
また、ＡｌＮ焼結体の常温３点曲げ強度についても実施例１と同様にして測定し、３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を求めた。また、実施例１と同様にして求めた３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を表２に併せて示す。【００８１】
比較例４：
バインダー溶液調製工程においてバインダー成分を有機溶剤（２）に溶解して得た溶液を濾過しなかったこと、および二次混合工程において混合スラリーの濾過を行わなかったこと以外は、実施例２と同様にしてＡｌＮ焼結体を作製した。
ＡｌＮ脱脂体およびＡｌＮ焼結体の炭素原子含有量、ＡｌＮ結晶粒および複合酸化物結晶粒のメジアン径、最長径が０．２〜１μｍ及び１μｍ超の粒子間空隙の個数、並びに最長径が１μｍ超の炭素含有物の個数を実施例１と同様にして求めた。得られた結果を表２に併せて示す。粒子間空隙が均一に分散しているが、最長径が１μｍを超える粒子間空隙として、最長径が１０μｍ以上の不定形の粒子間空隙がＳＥＭ像２視野の観察において平均２個存在した。
ＡｌＮ焼結体中の結晶相についても実施例１と同様にして同定を行った。比較例４では、複合酸化物結晶粒が含むイットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶相は斜方晶系ペロブスカイト構造（ＹＡｌＯ３）および立方晶系ガーネット構造（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を有することが確認された。実施例１と同様にして求めたＩＹＡＧ／ＩＹＡＰを表２に示す。
また、ＡｌＮ焼結体の常温３点曲げ強度についても実施例１と同様にして測定し、３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を求めた。また、実施例１と同様にして求めた３点曲げ強度の平均値及びワイブル係数を表２に併せて示す。【００８２】
【表１】
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【００８３】
【表２】
0006721793.tif 000004
【００８４】
（熱伝導率測定）
実施例２で作製したＡｌＮ焼結体の熱伝導率をアドバンス理工株式会社製の測定装置（型式：ＴＣ−１２００ＲＨ）を用いてＮｄガラスレーザーの励起電圧２．０ｋＶの条件でレーザーフラッシュ法（二次元法）により測定して求めたところ、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、放熱性が高く高強度（例えば、常温３点曲げ強度が６００ＭＰａ以上）であって、窒化アルミニウム焼結体内の強度ばらつきが小さい（例えば、ワイブル係数１０超である）ので、高い信頼性が要求される回路基板、例えば、パワーモジュール用の回路基板に好適に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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