JP2007131491A

JP2007131491A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2007131491A
Application number: JP2005326541A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ikeda; 奨池田; Osamu Umeda; 修梅田
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を製造するに際し、焼成容器内の位置の違い、およびロット間における製品の熱伝導率にバラツキがなく、安定して高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を製造できる方法を提供する。
【解決手段】焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成するに際し、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、該脱脂体または焼結体の上下に積層させて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である。
【選択図】なし

Description

本発明は、窒化アルミニウム焼結体の新規な製造方法に関する。更に、詳しくは、還元雰囲気で焼成するに際し、特定量の窒化ホウ素粉末を敷粉として使用する窒化アルミニウム焼結体の製造方法である。

窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導性、絶縁性、高強度、耐食性に優れるため、様々な分野で使用されている。特に、窒化アルミニウム焼結体は、高熱伝導性を有するため、半導体装置等の放熱部材、回路基板用等の絶縁部材として使用されている。

このような窒化アルミニウム焼結体は、粉体を成形し、焼結することにより製造されている。一般的に、熱伝導性の高い窒化アルミニウム焼結体を製造する場合には、希土類金属化合物やアルカリ土類金属化合物等のような焼結助剤を添加して、窒化アルミニウム粉体に含まれる不純物酸素を粒界相に固定する方法が用いられている。

近年、半導体装置等の放熱部材、回路基板用等の絶縁部材においては、より高熱伝導化された窒化アルミニウム焼結体の使用が望まれており、様々な検討が行なわれている。例えば、窒化アルミニウムの成形体または焼結体を、還元雰囲気下で焼成することにより、従来の焼結助剤を添加しただけのものよりも、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。より具体的な方法を示せば、焼結助剤を含む脱脂体または焼結体を、得られる焼結体同士および焼結体と容器が付着することを防止するため、窒化ホウ素の粉末を敷粉として塗布した窒化アルミニウム板を底板としたカーボン製容器（焼成用容器）の中で焼成するものである。この方法においては、焼結助剤を含む脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成することにより、粒界相の存在量を低減させて、実質的に窒化アルミニウム単相とし、高い熱伝導性の焼結体を製造するものである。

しかしながら、上記方法においては、確かに高熱伝導性を有する窒化アルミニウム焼結体が得られるが、生産性を高めるため、複数枚の脱脂体または焼結体を、敷粉を介在させて同じ焼成用容器内で焼成する場合や、焼成ロット毎において、得られる焼結体の熱伝導率にバラツキが生じる場合があり、改善の余地があった。

特開平７−１４９５６８号公報

従って、本発明の目的は、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を製造するに際し、製品の熱伝導率にバラツキが少なく、安定して高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を製造できる方法を提供することにある。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を続けてきた。その結果、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成するに際し、該脱脂体または焼結体が、焼成容器内および／または焼成のロット毎において、全て同じ条件下（還元雰囲気下）で焼成されておらず、焼成にムラが生じているのが原因ではないかと考えた。特に、還元雰囲気下においては、焼結体に含まれる不純物酸素を低減させることを目的としているため、このムラが製品の熱伝導率のバラツキに大きな影響を与えるのではないかと推定した。そして、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体が、焼成容器内でより同じ条件下で焼成されるように検討したところ、還元雰囲気下で焼成するに際し、該脱脂体または焼結体の表面状態を改善することにより、即ち、該脱脂体または焼結体と接触する敷粉の状態を特定の状態とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成するに際し、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、該脱脂体または焼結体の上下に積層させて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である。

本発明によれば、同一の焼成容器内および／または焼成ロット毎で得られる窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率のバラツキが少なく、かつ高熱伝導性の焼結体を得ることができ、製品の歩留を向上することができる。更に、押板を用いて、押板に敷粉を塗布して使用する場合には、押板と窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の間に、特定量の窒化ホウ素粉末を敷粉として介在させて還元雰囲気下で焼成するため、得られる焼結体が押板との付着や敷粉の付着がなく、反りの少ない高品質な焼結体を得ることができる。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成するに際し、敷粉として、特定量の窒化ホウ素粉末を該脱脂体または焼結体の上下に積層させるものである。

本発明において、還元雰囲気下で焼成する、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体は、公知の方法により得ることができる。先ず、還元雰囲気下で焼成する前の前記焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の製造について説明する。

本発明において、原料となる窒化アルミニウム粉末は、公知の純度、粒径のものを使用することができ、具体的には、酸素含有量が３質量％以下、平均粒径０．０５〜５μｍのものを使用することができる。

本発明において、前記焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体は、前記窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加して製造される。使用する焼結助剤は、特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。具体的には、希土類金属化合物及び／又はアルカリ土類金属化合物であって、平均粒径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、使用する量も特に制限されるものではないが、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、０．１〜１０質量部使用することが好ましく、１〜７質量部使用することが更に好ましい。前記範囲で焼結助剤を使用することにより、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。

本発明において、前記焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体は、前記窒化アルミニウム粉末と焼結助剤粉末に、公知の結合剤、分散剤、可塑剤、溶媒等を混合して、プレス成形、ドクターブレード法等により成形体を作成し、該成形体を３００〜９００℃、１〜１０時間、脱脂して得ることができる。この時、脱脂する際の雰囲気は、特に制限されるものではなく、空気中、窒素中、水素中等の任意の雰囲気下にて脱脂することができる。

尚、前記焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体は、上記の方法で脱脂した際、最終的に得られる焼結体を高熱伝導性のものとするためには、焼結助剤が１０〜１０００００ｐｐｍ残存しているものが好ましい。

また、還元雰囲気下で焼成する前の焼結助剤を含む窒化アルミニウム焼結体は、前記方法により得られた窒化アルミニウム脱脂体を１５５０〜１９００℃、１〜５０時間、焼成して得ることができる。この時、焼成する際の雰囲気も、特に制限されるものではなく、窒素、アルゴン等の不活性ガスの雰囲気下、カーボンガスが存在する還元雰囲気下等で焼成を行うことができる。これら雰囲気下で焼成を行い、得られた窒化アルミニウム焼結体に焼結助剤を残存させるようにすればよい。

尚、還元雰囲気下で焼成する前の焼結助剤を含む窒化アルミニウム焼結体は、最終的に得られる焼結体を高熱伝導性のものとするためには、焼結助剤が１０〜５００００ｐｐｍ残存しているものが好ましい。

本発明においては、前記方法により製造された窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を、更に還元雰囲気下で焼成する。還元雰囲気下で焼成する条件は、残存する焼結助剤量に応じて適宜決定してやればよいが、１５００〜１９００℃、５〜１００時間、還元雰囲気となる条件で焼成してやればよい。

本発明において、焼成時に還元雰囲気下とするためには、焼成中にカーボンガス等の還元性のガスが存在する状態とすればよい。より具体的に還元雰囲気にする条件を説明すると、焼成する際に使用する焼成用容器をカーボン製の容器を使用する方法、窒化アルミニウム製、または窒化ホウ素製等のセラミックス製の焼成用容器にカーボンを共存させる方法等を採用することができる。本発明によれば、還元雰囲気下における焼成ムラを少なくできるものと考えられ、カーボン製の焼成用容器を使用しても優れた効果を発揮することができるが、最終的に得られる製品の熱伝導率のバラツキ、反り等を考慮すると、カーボンガス量を調整しやすい、前記セラミックス製の焼成用容器にカーボンを共存させる方法を採用することが好ましい。

また、セラミックス製の焼成用容器にカーボンを共存させる場合には、カーボンは窒化アルミニウム脱脂体または焼結体と接触させて該容器に収容することもできるし、該脱脂体または焼結体と非接触の状態で収容することもできる。最終的に得られる焼結体の熱伝導率のバラツキ、反り等を考慮すると、カーボンと窒化アルミニウム脱脂体または焼結体は、非接触の状態で焼成用容器に収容することが好ましい。

また、前記カーボンガスを発生させるカーボン源は、特に制限されるものではなく、無定形炭素、黒鉛等の固形状の炭素を使用することが好ましい。尚、セラミックス製の焼成用容器にカーボンを共存させる場合には、カーボン源の形状も特に制限されるものではなく、粉状、繊維状、フェルト状、シート状、板状のいずれであっても良く、これらを組み合わせたものであってもよい。中でも、板状の無定形炭素、黒鉛が好適に使用される。

更に、セラミックス製の焼成用容器にカーボンを共存させる場合には、前記カーボン源の比表面積、および量は、焼成する窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の形状、大きさ焼結助剤量の含有量等により適宜決定してやればよいが、通常は、比表面積が、０．０１〜１００ｍ^２／ｇ、使用量が、前記脱脂体または焼結体１００質量部に対して、１〜１０００質量部である。

本発明においては、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を、前記のような還元雰囲気下で焼成するため、後記に詳述する敷粉が重要となる。

本発明は、前記に示した還元雰囲気下において、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を焼成するに際し、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにした敷粉の層を、該脱脂体または焼結体の上下に積層させて焼成することである。

本発明の具体的な態様を、図を用いて説明する。図１は、本発明の態様を示す一例であり、複数枚の板状の窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を焼成する際の態様である。先ず、底部に支持板１があり、この上に窒化ホウ素粉末よりなる敷粉２を配置し、更に、この敷粉２の上に窒化アルミニウム脱脂体または焼結体３を積層させる。次いで、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体３の上に敷粉２を積層し、更にその上に押板４を配置する。当然のことながら、一枚の脱脂体または焼結体を焼成する場合には、ここまでの形態でもよいが、複数枚の板状の脱脂体または焼結体３を重ねて焼成する場合には、図１に示すように、更に、押板４の上に敷粉２を配置し、その上に脱脂体または焼結体３を積層させる。次いで、その上に敷粉２を積層し、更に、その上に押板４を配置する。尚、本発明において、押板４は必須のものではないが、最終的に得られる焼結体の反りを小さくするだけでなく、後記に詳述するが、敷粉を積層する際に、操作性を向上させるためには、還元雰囲気で焼成する脱脂体または焼結体３、１枚につき、１枚の押板４を使用することが好ましい。

本発明は、前記敷粉２が窒化ホウ素粉末よりなる。前記敷粉２が、窒化ホウ素粉末であることにより、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体３に敷粉２が付着することが少なくなる。また、前記窒化ホウ素粉末は、通常の敷粉に使用されるものを制限無く使用することができ、平均粒径が２００μｍ以下のものを使用するのが好ましい。

尚、前記敷粉は、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の上下に、窒化ホウ素粉末よりなる層として積層される。即ち、粉末から形成される層を敷粉とするものであり、敷粉の層には、空隙を有するものである。窒化ホウ素粉末により形成された空隙を有する敷粉の層を、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の上下に積層させることにより、本発明の目的を達成することができる。

本発明においては、敷粉として、窒化ホウ素粉末よりなる層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３になるように、該脱脂体または焼結体の上下に積層させることにより、優れた効果を発揮できる。この理由は明らかではないが、以下の通り推定される。敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３になるように、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の間に介在させることにより、敷粉の層が適度な空隙を有するため、該脱脂体または焼結体の表面が均一に還元雰囲気に曝されやすくなるものと考えられる。その結果、該脱脂体または焼結体を均一に還元できるものと考えられ、焼成用容器内において焼結される位置、ロットに関係なく、得られる焼結体が高熱伝導性のものとなり、しかもその熱伝導率にバラツキが少なくなるものと推定される。

本発明の最大の特徴は、前記敷粉２として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにしたことである。敷粉２を前記範囲の窒化ホウ素粉末層としたことにより、最終的に得られる焼結体の熱伝導率のバラツキを低減できる。この窒化ホウ素粉末層が、０．２ｇ／ｃｍ^３未満の場合は、積層した脱脂体または焼結体が押板や敷粉等に張り付き易くなるため好ましくない。得られる焼結体が、押板や敷粉等に張り付いた場合には、均一な焼結を阻害するものと考えられるが、高熱伝導性の焼結体が得られにくくなるため好ましくない。更に、０．２ｇ／ｃｍ^３未満の場合は、得られる焼結体の熱伝導率にバラツキが生じるため好ましくない。一方、窒化ホウ素粉末層が、１．５ｇ／ｃｍ^３を超える場合は、この場合も、均一な焼結を阻害するものと考えられるが、高熱伝導性の焼結体が得られにくく、更に、得られる焼結体の熱伝導率にバラツキが生じるため好ましくない。また、窒化ホウ素粉末層が、１．５ｇ／ｃｍ^３を超える場合は、敷粉を、平滑性を保ちながら脱脂体または焼結体の上下に積層させることが困難となるため好ましくない。以上のことを考慮すると窒化ホウ素粉末層は、好ましくは０．３〜１．２ｇ／ｃｍ^３、更に、０．６〜１．２ｇ／ｃｍ^３となるようにすることが好ましい。

尚、本発明において、例えば、図１に示す窒化ホウ素粉末よりなる敷粉２の層は、少なくとも焼結体３と接触する部分において、前記の通り、該窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにする。このように配置した際、窒化ホウ素粉末よりなる敷粉２の層の厚みは、より本発明の効果をより効率良く発揮するためには、１０μｍ以上が好ましく、更に、３０μｍ〜５００μｍであることが好ましい。敷粉２の層の厚みが薄すぎる場合には、得られる焼結体に敷粉等が付着する確率が高くなったり、本発明の効果が十分に発揮されない傾向にある。また、敷粉２の層の厚みが厚くなりすぎると、敷粉２の層の平滑性を保つのが難しくなる。更に、ただ単に敷粉２の層の厚みが厚くても、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３を満足しなければ、焼結が阻害され、高熱伝導性の焼結体が得られない場合があるため好ましくない。また、ただ単に敷粉の目付け（単位面積あたりの質量：ｇ／ｃｍ^２）が多くても、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３を満足しなければ、前記と同様に、焼結が阻害され、高熱伝導性の焼結体が得られない場合があるため好ましくない。

本発明において、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにした前記敷粉の層は、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の上下に積層される。前記敷粉の層が、該脱脂体または焼結体の上下に積層されることにより、上面、下面部の状態が同じ雰囲気下に置かれる確率が高くなる。その結果、該脱脂体または焼結体から不純物酸素の除去が均一に行なわれやすくなるものと考えられ、熱伝導率のバラツキが少ない焼結体を得ることができる。

本発明において、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の上下に積層させて焼成する場合、少なくとも還元雰囲気下で焼成中に、該窒化ホウ素粉末層が前記範囲を満足する敷粉の層となればよい。そのため、図１において、還元雰囲気下で焼成する前の敷粉２の層には、窒化ホウ素粉末以外の成分、例えば、溶媒、結合剤、および分散剤等が含まれていてもよい。窒化ホウ素粉末を溶媒、結合剤、および分散剤等に混合したスラリーを使用して敷粉を準備することにより、操作性を向上させることができる。このような溶媒、結合剤、および分散剤は、前記還元雰囲気下での焼成条件において、焼成中に分解して、除去することができる。本発明においては、その結果、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、前記脱脂体または焼結体に積層してやればよい。尚、スラリーを使用して、窒化ホウ素粉末層を前記範囲に調整するには、濃度の違うスラリー等で予め実験を行い、焼成後の窒化ホウ素粉末（敷粉）の層の厚み、重量、および面積から窒化ホウ素粉末層の密度を求めておけばよい。

本発明において、前記窒化ホウ素粉末を含むスラリーを用いて敷粉を準備する場合には、前記の通り、溶媒、結合剤、分散剤等と窒化ホウ素粉末を混合したものを使用することができる。溶媒、結合剤、および分散剤を含むスラリーを使用することで、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにした敷粉を準備しやすくなり、操作性が向上する。特に、結合剤を使用することにより、上記範囲の敷粉を容易に準備できるようになる。具体的な溶媒を例示すると、アルコール類、炭化水素類が挙げられ、また、結合剤は、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、ポリビニルピロリドン等が挙げられ、分散剤としては、グリセリン化合物類、トリエタノールアミン等のアミン類などを挙げることができる。

従来、敷粉を使用する場合には、単に溶媒に分散させて、スプレー等で塗布する方法が多用されていたが、このような方法で、敷粉を窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにするためには、塗布と乾燥を何回も繰返す必要がある。そこで、溶媒、結合剤および分散剤を窒化ホウ素粉末と混合したスラリーを使用することにより、前記範囲の窒化ホウ素粉末層でも、容易に準備することが可能となる。

また、前記に示した通り、窒化ホウ素粉末を含むスラリーを用いて敷粉を準備する場合、溶媒の量、結合剤の量、および分散剤の量は、特に制限されるものではないが、窒化ホウ素粉末１００質量部に対して、溶媒２００〜６００質量部、結合剤０．０１〜１０質量部、分散剤０．０１〜１０質量部であることが好ましい。このような混合液のスラリーを使用することで、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるような敷粉を簡単に準備することができる。

本発明において、例えば、図１において、窒化ホウ素粉末層が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるようにした敷粉２の層を、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体３の上下に積層させる方法は、該脱脂体または焼結体３に、窒化ホウ素粉末を含むスラリーを塗布、または該スラリーに接触させる方法が挙げられる。また、図１に示すように押板４を、該脱脂体または焼結体３、１枚につき１枚使用する場合には、この押板４の上下の面に窒化ホウ素粉末を含むスラリーを塗布、または該スラリーに押板４を接触させ、脱脂体または焼結体３の上に積層させる方法を採用することができる。中でも、押板４に該スラリーを塗布、または接触させる方法が、最終的に得られる焼結体に敷粉が付着しにくくなるため好ましい。また、この場合、押板全体を、窒化ホウ素粉末を含むスラリーに浸けるだけで、押板の上下の面に敷粉を塗布することができるため、そのまま押板を、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体３の上に載せるだけで本発明の構成を形成することもできる。

本発明おいて、押板４を使用する場合、この押板は、特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。具体的には、窒化アルミニウム焼結体よりなる押板、窒化ホウ素焼結体よりなる押板、窒化ホウ素を蒸着したもの等を使用することができる。中でも、取り扱いの容易さや耐久性を考慮すると、窒化ホウ素焼結体よりなる押板を使用することが好ましい。

本発明において、押板に窒化ホウ素粉末を含むスラリーを塗布、接触させる場合、溶媒を乾燥させた後、焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の上に配置することが好ましい。溶媒が残存した状態で配置することも可能であるが、最終的に得られる焼結体に、敷粉が付着する割合が高くなるため好ましくない。乾燥においては、溶媒だけでなく、分散剤、結合剤が分解してなくなる温度で行ってもよいが、還元雰囲気下で焼成するに際し、分散剤、結合剤も除去されるため、この乾燥時には、溶媒が乾燥される温度、具体的には、１５〜１００℃で乾燥することが好ましい。

本発明において、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、該脱脂体または焼結体の上下に積層させて焼成することにより、得られる焼結体が高熱伝導性を有し、かつ、その熱伝導率のバラツキが少なくなる理由は、前記に記載した通り、敷粉の層が適度な空隙を有するからであると推定される。

即ち、還元雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体からより不純物酸素を低減しようとした場合、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体が該雰囲気と接触する少しの状態の違いが、不純物酸素の低減に影響を与え、更に、得られる焼結体の熱伝導性に大きな影響を与えるものと考えられる。そのため、敷粉の量が少ない、または多すぎる場合には、焼成ロット毎、または同じロットでもその焼成される位置によって、焼成ムラが生じやすく、得られる焼結体の熱伝導性に影響を与えるものと考えられる。

そこで、窒化ホウ素粉末層の量を本発明の範囲にしたところ、特に、溶媒、分散剤、および結合剤等を含むスラリーを使用して敷粉を本発明の範囲にしたところ、溶媒を乾燥させて使用するため、および還元雰囲気中に結合剤等が揮発するため、敷粉の層中に空隙が多く生じ、窒化アルミニウム脱脂体または焼結体の表面が還元雰囲気下により曝されやすくなるものと考えられる。そのため、焼成ロット毎、または同じロットでもその焼成される位置による焼成ムラの発生を抑えることができ、不純物酸素を低減できるものと考えられる。そして、焼結体から不純物酸素を十分に低減することが可能となるため、得られる焼結体の熱伝導率のバラツキを少なくすることができるものと考えられる。

以下、本発明を更に具体的に説明するため実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
平均粒子径１．５μｍの窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、焼結助剤として酸化イットリウム粉末を５質量部、分散剤としてソルビタントリオレエートを０．６５質量部、結合剤としてポリビニルブチラールを８質量部、可塑剤としてジブチルフタレートを４．７２質量部、溶媒としてトルエンを６２．４質量部、エタノールを３６．４質量部、ブタノールを５．２質量部加えた混合物をボールミルで混合し、脱溶媒した後、ドクターブレード法によりシート成形を行った。得られたシートより７０ｍｍ角、厚さ０．７５ｍｍの成形体を作成した。この成形体を乾燥空気中、５５０℃で４時間脱脂した。この脱脂体に含まれる焼結助剤は、５００００ｐｐｍであった。

次に、窒化ホウ素粉末（以下、ＢＮ粉末とする）１００質量部に対して、エタノールを５００質量部、結合剤としてポリビニルピロリドンを０．０２質量部、分散剤としてトリエタノールアミンを０．０２質量部加えた混合物をボールミルで混合し、得られたスラリーを支持板および押板に塗布した後、室温中でエタノールを乾燥させた。（尚、エタノール乾燥後、１７８０℃の温度で３０時間配置した後、支持板および押板のＢＮ粉末層の密度を確認したところ、０．７ｇ／ｃｍ^３であった。厚みは２００μｍであった。）。

エタノールを乾燥させた前記支持板および押板により、前記脱脂体を挟み込み、脱脂体の上下にＢＮ粉末層を積層させた。下から、図１に示すように、支持板／ＢＮ粉末（敷粉）層／脱脂体／ＢＮ粉末（敷粉）層／押板／ＢＮ粉末（敷粉）層／脱脂体／ＢＮ粉末（敷粉）層／押板とし、脱脂体が５枚となるように、押板、敷粉、脱脂体を積層した。この時、押板には、敷粉として、ＢＮ粉末層を前記方法と同じ条件で該押板の上下の面に塗布し、エタノールを乾燥させたものを使用した。この構成からなるものを、カーボン板（比表面積０．３６５ｍ^２／ｇ、重量１８．５ｇ）と一緒に窒素置換した窒化アルミニウム製の焼成容器内に入れ、還元雰囲気中、１７８０℃で３０時間焼成した。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性を表１に示す。尚、この還元雰囲気で焼成した後、支持板、押板上のＢＮ粉末層の密度を確認したところ、０．７ｇ／ｃｍ^３であった。

実施例２
実施例１で作成した脱脂体を用いて、ＢＮスラリーに結合剤を投入しなかった以外は実施例１と同様に焼成を行った。敷粉として、ＢＮ粉末層は、０.６０ｇ／ｃｍ^３であった。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性は表１に示す。

実施例３
実施例１で作成した脱脂体を、窒素雰囲気中、１７８０℃で５時間焼成し、焼結助剤が３００００ｐｐｍ残存する焼結体を、実施例１の脱脂体に代えて、還元雰囲気下で焼成した以外は実施例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性は表１に示す。

実施例４
実施例１で作成した脱脂体を用いて、窒化アルミニウム製の焼成容器をカーボン製の焼成容器とした以外は実施例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性は表１に示す。

実施例５
実施例３において、窒化アルミニウム製焼成容器をカーボン製の焼成容器とした以外は実施例３と同様に焼成を行った。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性は表１に示す。

実施例６
実施例１において、支持板および押板にＢＮ粉末層の密度が１．２ｇ／ｃｍ^３となるように塗布した以外は実施例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体は全て、押板、敷粉等に付着していなかった。得られた焼結体の物性は表１に示す。

比較例１
ＢＮ粉末１００質量部に対して、エタノールを１５００質量部、結合剤としてポリビニルピロリドンを０．０２質量部、分散剤としてトリエタノールアミンを０．０２質量部加えた混合物をボールミルで混合し、得られたスラリーを支持板および押板に塗布した後、室温中で乾燥させた。（尚、エタノール乾燥後、１７８０℃の温度で３０時間配置した後、支持板および押板のＢＮ粉末層の密度を確認したところ、０．１ｇ／ｃｍ^３であった。）この支持板、押板を使用した以外は実施例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体の物性は表１に示す。

比較例２
比較例１において、実施例３の焼結助剤が３００００ｐｐｍ残存する焼結体を用いて、比較例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体の物性は表１に示す。

比較例３
ＢＮ粉末１００質量部に対して、エタノールを１００質量部、結合剤としてポリビニルピロリドンを０．０２質量部、分散剤としてトリエタノールアミンを０．０２質量部加えた混合物をボールミルで混合し、得られたスラリーを支持板および押板に塗布した後、室温中で乾燥させた。（尚、エタノール乾燥後、１７８０℃の温度で３０時間配置した後、支持板および押板のＢＮ粉末層の密度を確認したところ、１．８ｇ／ｃｍ^３であった。）この支持板、押板を使用した以外は実施例１と同様に焼成を行った。得られた焼結体の物性は表１に示す。

比較例４
比較例３において、実施例３の焼結助剤が３００００ｐｐｍ残存する焼結体を用いて、比較例３と同様に焼成を行った。得られた焼結体の物性は表１に示す。

実施例においては、全ての焼結体のサンプルにおいて、２３５Ｗ／ｍ・Ｋを超える高熱伝導率の焼結体が得られた。更に、熱伝導率の最大値と最小値との差であるバラツキも１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、比較例と比較して、そのバラツキが小さいことが明らかである。

本発明の製造方法における構成の一例を示す概略図

符号の説明

１支持板
２敷粉（窒化ホウ素粉末）
３窒化アルミニウム脱脂体または焼結体
４押板

Claims

焼結助剤を含む窒化アルミニウム脱脂体または焼結体を還元雰囲気下で焼成するに際し、敷粉として、窒化ホウ素粉末層を０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３となるように、該脱脂体または焼結体の上下に積層させて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。