JP2006076853A - Method of manufacturing aluminum nitride substrate - Google Patents

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Tsutomu Mochizuki
強 望月
Atsushi Hitomi
篤志 人見
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行雄 川口
Minoru Iino
実 飯野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an aluminum nitride substrate by which the occurrence of color shading or stain is suppressed. <P>SOLUTION: The method of manufacturing an aluminum nitride substrate is provided with a sintering process for sintering a formed body at a prescribed sintering temperature TS to obtain a sintered compact and an annealing process for annealing the sintered compact at a prescribed annealing temperature TA. In the annealing process, the sintered compact is heated to a prescribed annealing temperature TA, kept at the annealing temperature TA for a prescribed time and cooled from the annealing temperature TA. The annealing temperature is fixed to satisfy the relation of TA≤TS and a temperature rising rate in the heating of the sintered compact from 1,200°C to the annealing temperature TA is ≤200°C/hr and a temperature dropping rate in the cooling of the sintered compact from the annealing temperature TA to 1,200°C is ≤200°C/hr. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、窒化アルミニウム基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride substrate.

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。   Conventionally, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, an aluminum nitride substrate is known as a substrate excellent in thermal conductivity and mechanical strength. Such an aluminum nitride substrate is first formed into a plate shape by adding a sintering aid such as yttria or a binder to aluminum nitride powder, and the formed body is sintered at a predetermined sintering temperature. It is obtained by sintering to a sintered body and annealing the sintered body.

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。
特開2002−160974号公報 特開2002−37670号公報
Annealing is usually performed by heating the sintered body to a predetermined annealing temperature, maintaining the sintered body at the annealing temperature for a predetermined time, and then cooling the sintered body.
JP 2002-160974 A JP 2002-37670 A

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。   However, in the conventional manufacturing method, “color unevenness” and “stain” often occur on the surface of the annealed aluminum nitride substrate. Specifically, an aluminum nitride substrate having predetermined mechanical, thermal, and electrical characteristics can be obtained by making the method based on the methods and conditions described in Patent Documents 1 and 2, and in particular, 2 inches (50. When an aluminum nitride substrate having a diameter of 8 mm) or more is processed and molded from a sintered body, “color unevenness” and “stain” are often generated, resulting in poor appearance.

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。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an aluminum nitride substrate capable of suppressing the occurrence of “color unevenness” and “stains”.

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。   As a result of intensive studies by the inventor, in the annealing step, the temperature of the sintered body is lowered from the annealing temperature after maintaining the heating rate of the sintered body until the annealing temperature is reached and the predetermined time at the annealing temperature. By controlling the temperature drop rate within the specified range and keeping the annealing temperature below the sintering temperature, annealing can be performed without significantly damaging the good mechanical, thermal and electrical properties obtained during sintering. The inventors have found that it is possible to remarkably suppress the occurrence of “color unevenness” and “stains” on the surface of the sintered body after the process, and arrived at the present invention.

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。   The method for producing an aluminum nitride substrate according to the present invention includes a sintering process for obtaining a sintered body by sintering a molded body at a predetermined sintering temperature TS, and an annealing process for annealing the sintered body at a predetermined annealing temperature TA. And.

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。   In this annealing step, the sintered body is heated until it reaches a predetermined annealing temperature TA, then the sintered body is maintained at the annealing temperature TA for a predetermined time, and then the temperature of the sintered body is cooled from the annealing temperature TA.

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。   In particular, the annealing temperature TA is determined so as to satisfy TA ≦ TS, the heating rate when the sintered body is heated from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 200 ° C./h or less, and the sintered body is annealed. The temperature lowering rate when the temperature is decreased from the temperature TA to 1200 ° C. is 200 ° C./h or less.

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。   According to the present invention, “stain” and “color unevenness” on the surface of the sintered body after annealing are reduced as compared with the conventional case. Therefore, the yield in manufacturing the aluminum nitride substrate is improved, and the manufacturing cost can be reduced.

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。   Here, the reason why the “stain” and “color unevenness” of the sintered body after annealing is reduced as compared with the prior art by the manufacturing method of the present invention is not clear. Similarly, the cause of occurrence of “stain” and “color unevenness” is not clear as well.

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。   In the annealing step, the time for maintaining the sintered body at the annealing temperature TA is preferably 3 to 5 hours. As a result, “stains” and “color unevenness” on the surface of the sintered body after annealing can be further reduced, and the mechanical strength of the sintered body is also sufficient.

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。   Here, if the time for maintaining the sintered body at the annealing temperature TA is less than 3 hours, the effect of reducing “stain” and “color unevenness” tends to be reduced. On the other hand, if the time for maintaining the sintered body at the annealing temperature TA exceeds 5 hours, the crystal grains grow too much in the sintered body, and the mechanical strength tends to decrease.

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。   Further, if the annealing temperature TA is further determined to satisfy TA (° C.) ≧ TS (° C.) − 200 ° C. in the annealing step, “stains” and “color unevenness” on the surface of the sintered body after annealing are obtained. Further reduction can be achieved.

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。   Furthermore, it is preferable that the rate of temperature increase when heating the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 50 ° C./h or more, and the rate of temperature decrease when the sintered body is decreased from the annealing temperature TA to 1200 ° C. It is also preferably 50 ° C./h or more. According to these, since the time required for annealing is not so required, high productivity can be realized.

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。   Moreover, it is preferable that sintering temperature TS is 1800-2100 degreeC, and by this, a precise | minute sintered compact is obtained and the board | substrate with high mechanical strength and heat conductivity can be obtained suitably.

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。   Further, it is preferable that the sintered body is sliced into a substrate after the sintering step and before the annealing step, and this substrate is annealed in the annealing step.

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。   According to this, compared with annealing, the time-consuming and laborious sintering process can be easily performed in a bulk state, and mass productivity becomes high. It is also possible to prepare a plate-shaped molded body in advance before the sintering step, and sinter and anneal it.


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。

ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the aluminum nitride board | substrate which can suppress generation | occurrence | production of "color unevenness" and "stain" is provided.

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。   A method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

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。   In this production method, first, a mixed powder containing aluminum nitride powder is obtained, and this mixed powder is molded, sintered, sliced, and annealed to produce an aluminum nitride substrate.

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。   Specifically, first, a solvent and a binder are added to the aluminum nitride powder, and a slurry containing mixed powder is prepared by adding a sintering aid as necessary, and then the slurry is spray-dried or the like. To form a granulated granule. At the time of slurry preparation, amorphous or crystalline carbon may be added. Subsequently, the granulated product is put into a mold or the like and pressed to form the mixed powder into a lump shape or a plate shape, and a molded body (green) 10 shown in FIG.

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。   Examples of the sintering aid include oxides such as yttria and calcium oxide. Examples of the binder include acrylic resins. Examples of the solvent include alcohol and toluene.

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。   The shape of the molded body 10 is a lump (bulk) shape as shown in FIG.

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。 Here, the molded body 10 can also be compressed using a cold isostatic press (CIP), and in this case, the sintering proceeds uniformly and the sintering density can be improved. The pressure during CIP is preferably 50 to 500 MPa (about 500 to 5000 kgf / cm 2 ).

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。   Next, the compact 10 is heated uniformly in a state where it is in contact with the BN powder in a container made of BN, and the compact 10 is sintered at a predetermined sintering temperature TS for a predetermined period of time. The sintered body 20 shown in (b) is manufactured. Sintering temperature TS should just be the temperature which can sinter aluminum nitride, for example, 1000-2500 degreeC, and it is especially preferable to set it as 1800-2100 degreeC. By setting the sintering temperature to 1800 to 2100 ° C., a dense sintered body is obtained, and the mechanical strength and thermal conductivity are increased. Moreover, the sintering time should just be time which can sinter the molded object 10 to sufficient intensity | strength, for example, can be 5 to 50 hours, Preferably, it can be 10 to 25 hours.

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。   In addition, although the temperature increase rate and temperature decrease rate in sintering are not specifically limited, It is preferable to make it the same as the temperature increase rate and temperature decrease rate in annealing mentioned later.

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。   Here, HIP, that is, the molded body 10 can be heated while being pressed to obtain the sintered body 20. In this case, an aluminum nitride substrate having particularly few pores can be produced.

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。   And after such sintering, this sintered compact 20 is cooled to about room temperature, for example.

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。   Next, as shown in FIG. 1C, the sintered body 20 is sliced to obtain a large number of plate-like sintered bodies 30. In order to reduce “stains” and “color unevenness” on the surface of the sintered body after annealing, the thickness of the sintered body before annealing is preferably 1 mm or less.

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。   In addition, when other mechanical processings, such as formation of a hole, are further required with respect to the sintered compact 30, it is preferable to perform the next annealing after these mechanical processings are complete | finished.

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。   Next, the sintered body 30 is annealed at a predetermined annealing temperature for a predetermined time to obtain a sintered body 40 after annealing as shown in FIG.

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。   In the annealing, each sintered body 30 is embedded in BN powder in a BN container in order to heat uniformly, and the sintered body 30 is heated to a predetermined annealing temperature TA. This is performed by maintaining the annealing temperature TA for a predetermined time (annealing time) and then cooling the temperature of the sintered body 30 from the annealing temperature TA.

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。   The annealing temperature TA is equal to or lower than the sintering temperature TS, that is, TA ≦ TS. Moreover, it is preferable that the annealing temperature TA further satisfies TA (° C.) ≧ TS (° C.) − 200 ° C. This can further suppress occurrence of “stain” and “color unevenness”.

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。   Further, the rate of temperature increase when heating the sintered body 30 from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 200 ° C./h or less, and the rate of temperature decrease when the sintered body 30 is decreased from the annealing temperature TA to 1200 ° C. is 200. It shall be below ℃ / h.

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。   The temperature of the sintered body 30 is raised from room temperature to 1200 ° C., and after maintaining the annealing temperature TA for a predetermined time, the sintered body 30 cooled to 1200 ° C. is further heated from 1200 ° C. to room temperature. The temperature lowering speed at the time of temperature lowering is not particularly limited.

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。   Here, it is preferable that the rate of temperature increase when the sintered body 30 is heated from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 50 ° C./h or more, and the temperature of the sintered body 30 is decreased from the annealing temperature TA to 1200 ° C. It is preferable that the temperature lowering rate at the time of further is 50 ° C./h or more. According to these, since the time required for annealing can be reduced, high productivity can be realized.

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。   The annealing time for maintaining the sintered body 30 at the annealing temperature TA is not particularly limited, but is preferably 3 to 5 hours. When the time for maintaining the sintered body 30 at the annealing temperature TA is less than 3 hours, the effect of reducing “stain” and “color unevenness” tends to decrease. On the other hand, if the time for maintaining the sintered body 30 at the annealing temperature TA exceeds 5 hours, crystal grains grow too much in the sintered body 30 and the mechanical strength of the sintered body 40 after annealing tends to decrease. is there.

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。   Further, the atmosphere in which the annealing process is performed is preferably an inert gas atmosphere.

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。   The annealed sintered body 40 manufactured by the manufacturing method as described above becomes a high-quality aluminum nitride substrate with less “stains” and “color unevenness” compared to the prior art. Such an aluminum nitride substrate can be used as a substrate for various electronic devices.

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。   In particular, the manufacturing method according to the present embodiment is highly effective for annealing a substrate having a thickness of 3 mm or less.

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。   Further, the massive shaped body 10 is sintered to obtain a massive sintered body 20, the massive sintered body 20 is sliced into a plate-like sintered body 30, and the plate-like sintered body 30 is annealed. Therefore, as compared with the case where a plate-shaped molded body is sintered and then the sintered body is annealed, the amount of processing when the molded body is sintered in the sintering furnace can be increased, which is preferable.

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。   Needless to say, it is possible to manufacture a high-quality aluminum nitride substrate with less “stains” and “color unevenness” even if a plate-shaped molded body is manufactured in advance and sintered and annealed. .

(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。
Example 1
Prepare a slurry of aluminum nitride powder with yttria as sintering aid, acrylic resin as binder, toluene and alcohol as solvent, mix this slurry in a ball mill, and then granulate this slurry by spray drying method To form a granulated body. Subsequently, this granulated body was molded at a pressure of 30 MPa in a 4 inch (10.16 cm) × 13 mm size mold, further compressed at 100 MPa with a CIP apparatus, and then at 450 ° C. for 3 hours. The molded body was obtained by degreasing. The compact was sintered at a sintering temperature TS = 1975 ° C. and a sintering time of 20 hours to obtain a sintered body. After cooling the sintered body, the sintered body was sliced to a thickness of 0.5 mm to obtain a large number of plate-like sintered bodies.

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。   Subsequently, the sintered body was annealed. Here, the annealing temperature TA was 1775 ° C., and the annealing time was 5 hours. Further, the temperature increase rate of the sintered body from room temperature to 1200 ° C. is 600 ° C./h, the temperature increase rate of the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 100 ° C./h, and the annealing temperature TA is 1200 ° C. The temperature lowering rate up to 100 ° C./h was set to 600 ° C./h.

(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。
(Examples 2-3, Comparative Examples 1-4)
In Example 2, the temperature increase rate of the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 50 ° C./h, and the temperature decrease rate from the annealing temperature TA to 1200 ° C. is 50 ° C./h. The same was done.

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。   In Example 3, the temperature increase rate of the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA was set to 200 ° C./h, and the temperature decrease rate from the annealing temperature TA to 1200 ° C. was set to 200 ° C./h. The same was done.

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。   Comparative Example 1 was the same as Example 1 except that the rate of temperature decrease from the annealing temperature TA to 1200 ° C. was 300 ° C./h.

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。   Comparative Example 2 was the same as Example 1 except that the rate of temperature decrease from the annealing temperature TA to 1200 ° C. was 600 ° C./h.

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。   Comparative Example 3 was the same as Example 1 except that the temperature increase rate of the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA was set to 300 ° C./h.

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。   Comparative Example 4 was the same as Example 1 except that the temperature increase rate of the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA was 600 ° C./h.

(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。
(Examples 4, 5, and 6)
Example 4 was the same as Example 1 except that the annealing time was 3 hours. Example 5 was the same as Example 1 except that the annealing time was 1 hour. Example 6 was the same as Example 1 except that the annealing time was 10 hours.

(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。
(Example 7)
Example 7 was the same as Example 1 except that the annealing temperature TA was 1875 ° C.

(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。
(Example 8)
Example 8 was the same as Example 7 except that the annealing time was 3 hours.

(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。
(Examples 9 and 10)
Example 9 was the same as Example 1 except that the annealing temperature TA was 1975 ° C.

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。   Example 10 was the same as Example 1 except that the annealing temperature TA was 1675 ° C.

(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。
(Comparative Example 5)
Comparative Example 5 was the same as Example 1 except that the annealing temperature TA was 2075 ° C.

(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。
(Example 11)
Example 11 was the same as Example 1 except that the sintering temperature TS was 2050 ° C. and the annealing temperature TA was 1850 ° C.

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。 The degree of occurrence of “stains” or “color unevenness” on the surface of each sintered body obtained as described above and the mechanical strength of the sintered body are combined with the conditions of the examples and comparative examples. As shown in FIG. The mechanical strength was measured with a Shimadzu precision universal testing machine. The substrate of Example 1 has a thermal conductivity of 195 W / mK, an average crystal grain size of 17.6 μm, a volume resistance of 10 13 Ω · cm or more, a dielectric breakdown voltage of 14 kV / mm or more, and a strength of about 460 MPa. there were.

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。   As is apparent from FIG. 2, the annealing temperature TA is determined so as to satisfy TA ≦ TS, and the heating rate when heating the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 200 ° C./h or less. In Examples 1 to 11 where the temperature lowering rate when the temperature of the bonded body is lowered from the annealing temperature TA to 1200 ° C. is 200 ° C./h or less, the occurrence of “stains” or “color unevenness” on the substrate surface is suppressed, and the high quality Substrate was obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 5 that did not satisfy this condition, a large number of “stains” or “color unevenness” occurred on the substrate surface.

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。   In particular, as in Examples 1 to 4 and Examples 7 to 11, when the annealing time is 3 to 5 hours, the occurrence of “stains” or “color unevenness” is sufficiently suppressed, and mechanical properties are exhibited. An excellent substrate was obtained.

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。   Further, in Examples 1 to 6 and Example 11 in which the annealing temperature TA is further determined to satisfy TA (° C.) ≧ TS (° C.) − 200 ° C., “stain” or “color unevenness” is sufficiently generated. Was suppressed.

窒化アルミニウム基板の製造方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of an aluminum nitride board | substrate. 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。It is a table | surface which shows the conditions and results of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 5.

Claims (7)

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。
A sintering step of obtaining a sintered body by sintering the molded body at a predetermined sintering temperature TS;
Annealing the sintered body at a predetermined annealing temperature TA, and
In the annealing step, the sintered body is heated until a predetermined annealing temperature TA is reached, and then the sintered body is maintained at the annealing temperature TA for a predetermined time, and then the temperature of the sintered body is set to the annealing temperature TA. Cooled from
An annealing temperature TA in the annealing step is determined to satisfy TA ≦ TS,
In the annealing step, the heating rate when heating the sintered body from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 200 ° C./h or less, and the temperature of the sintered body is decreased from the annealing temperature TA to 1200 ° C. The manufacturing method of the aluminum nitride board | substrate whose temperature-fall rate is 200 degrees C / h or less.
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。   2. The method of manufacturing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein in the annealing step, the time for maintaining the sintered body at the annealing temperature TA is 3 to 5 h. 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。   3. The method of manufacturing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein in the annealing step, the annealing temperature TA is further determined to satisfy TA (° C.) ≧ TS (° C.) − 200 ° C. 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。   4. The production of an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein, in the annealing step, a heating rate when the sintered body is heated from 1200 ° C. to the annealing temperature TA is 50 ° C./h or more. Method. 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。   5. The method for producing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein in the annealing step, a rate of temperature drop when the sintered body is cooled from the annealing temperature TA to 1200 ° C. is 50 ° C./h or more. . 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。   The method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein, in the sintering step, the sintering temperature TS is 1800 to 2100 ° C. 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。   The method for producing an aluminum nitride substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the sintered body is sliced to form a substrate after the sintering step and before the annealing step, and the substrate is annealed in the annealing step. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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