JP2009234803A - Method of manufacturing aluminum nitride-based material - Google Patents

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順二 今井
Masahiro Sato
正博 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming an aluminum oxide layer having high adhesive strength at high oxidation rate on the surface of an aluminum nitride-based sintered compact. <P>SOLUTION: The manufacturing method is provided with a heat treatment process for forming an aluminum oxide layer by heating aluminum nitride-based sintered compact at 1,000-1,500°C under a condition adjusted to an atmosphere of 0.0001-0.01 MPa oxygen partial pressure and ≥0.001 MPa water vapor partial pressure to oxidize the surface layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面に酸化膜が形成された窒化アルミニウム系基材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride-based substrate having an oxide film formed on the surface.

高い放熱性と高い低熱抵抗性とを備えている窒化アルミニウム系基材は、発光ダイオード(LED)を実装するための回路基板や車載向け電子デバイス基板等の半導体デバイスの放熱基板として利用できる。   An aluminum nitride-based substrate having high heat dissipation and high low thermal resistance can be used as a heat dissipation substrate for a semiconductor device such as a circuit board for mounting a light emitting diode (LED) or an in-vehicle electronic device substrate.

このような窒化アルミニウム系基材をそのまま用いた場合には、窒化アルミニウムが空気中の水分と反応することによりアンモニアを発生するとともに、水酸化アルミニウムを形成する。このような水酸化アルミニウムの存在は、回路基板に形成される回路の密着強度(ピール強度)を低下させたり、電気絶縁性や熱伝導率を低下させたりする原因になる。   When such an aluminum nitride-based substrate is used as it is, the aluminum nitride reacts with moisture in the air to generate ammonia and form aluminum hydroxide. The presence of such aluminum hydroxide causes the adhesion strength (peel strength) of the circuit formed on the circuit board to decrease, and causes electrical insulation and thermal conductivity to decrease.

窒化アルミニウム系基材と水分との接触を抑制するために、窒化アルミニウム系基材の表層に酸化膜を形成させる方法が知られている。   In order to suppress the contact between the aluminum nitride base material and moisture, a method of forming an oxide film on the surface layer of the aluminum nitride base material is known.

具体的には、下記特許文献1には、窒化アルミニウム焼結体を酸化雰囲気中で熱処理することにより0.5μm以上2μm以下の酸化アルミニウム層が形成された窒化アルミニウム基材が記載されている。また、その実施例には、焼結助剤として酸化イットリウム5質量%を含有する窒化アルミニウムを非酸化性雰囲気で1800℃で4時間保持することにより得られる焼結体を形成し、得られた焼結体を所定の時間、酸化雰囲気で熱処理することにより表面に0.5〜2μmの酸化アルミニウム層を形成することが記載されている。
特開2000−119080号公報
Specifically, Patent Document 1 below describes an aluminum nitride base material in which an aluminum oxide layer of 0.5 μm or more and 2 μm or less is formed by heat-treating an aluminum nitride sintered body in an oxidizing atmosphere. Further, in the examples, a sintered body obtained by holding aluminum nitride containing 5% by mass of yttrium oxide as a sintering aid in a non-oxidizing atmosphere at 1800 ° C. for 4 hours was obtained. It describes that a 0.5 to 2 μm aluminum oxide layer is formed on the surface by heat-treating the sintered body in an oxidizing atmosphere for a predetermined time.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-11190

特許文献1に記載されたような窒化アルミニウム基材においては、酸化アルミニウム層の膜厚が比較的薄いために窒化アルミニウム焼結体と酸化アルミニウム層との密着強度の弱さはそれほど問題にはならなかった。   In the aluminum nitride base material as described in Patent Document 1, the weakness of the adhesion strength between the aluminum nitride sintered body and the aluminum oxide layer is not so problematic because the aluminum oxide layer is relatively thin. There wasn't.

近年、窒化アルミニウム基材の表面に形成される回路形成には、レーザ加工が多用される。この場合にレーザ照射によっても貫通しないような比較的厚い酸化アルミニウム層を形成した場合には、密着性の弱さがしばしば問題になる。これは、酸化アルミニウム層の膜厚が厚くなればなるほど、窒化アルミニウム焼結体と、形成された酸化アルミニウム層との熱膨張率の差や、格子定数の不整合等による密着性に対する影響が顕著になるためである。そして、密着強度が弱くなると、耐水性や耐湿性が弱くなり、季節の変動や湿気等により焼結体そのものの劣化を招きやすくなる。   In recent years, laser processing is frequently used for circuit formation formed on the surface of an aluminum nitride substrate. In this case, when a relatively thick aluminum oxide layer that does not penetrate even by laser irradiation is formed, weak adhesion often becomes a problem. This is because as the film thickness of the aluminum oxide layer increases, the influence on the adhesion due to the difference in the thermal expansion coefficient between the aluminum nitride sintered body and the formed aluminum oxide layer, the mismatch of the lattice constant, etc. becomes more prominent. Because it becomes. And if adhesion strength becomes weak, water resistance and moisture resistance will become weak, and it will become easy to invite degradation of a sintered compact itself by seasonal change, moisture, etc.

本発明は、上記のような問題点を解決する、窒化アルミニウム系焼結体の表面に、より高い密着性を有する酸化アルミニウム層を形成するための方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the method for forming the aluminum oxide layer which has higher adhesiveness on the surface of the aluminum nitride-type sintered compact which solves the above problems.

窒化アルミニウム系焼結体の表層に酸化膜を形成する方法としては、従来、一般的には大気中で加熱することにより行われていた。本発明者らは、窒化アルミニウム系焼結体の表層部に密着強度の高い酸化アルミニウム層を形成することを目的として、種々の条件で得られた窒化アルミニウム系焼結体に対して酸化アルミニウム層の形成を試みたところ、酸化アルミニウム層が形成された一群のグループの窒化アルミニウム系基材において、密着強度が高い酸化アルミニウム層が形成されることを見出した。そして、そのときの製造条件を検討したところ、何れの条件においても、酸素分圧が大気下における約0.02MPaよりも低いことに気付いた。しかしながら、酸素分圧が低い場合には、酸化膜の成長速度が低下するために、実用的な方法ではなかった。そこで、本発明者らは、酸素分圧が低い場合においても酸化膜の成長速度を高める方法を鋭意検討した結果、以下のような本発明に想到するに至った。   As a method of forming an oxide film on the surface layer of an aluminum nitride sintered body, conventionally, it has been generally performed by heating in the air. In order to form an aluminum oxide layer having high adhesion strength on the surface layer portion of an aluminum nitride-based sintered body, the present inventors have applied an aluminum oxide layer to an aluminum nitride-based sintered body obtained under various conditions. As a result, it was found that an aluminum oxide layer having high adhesion strength was formed on a group of aluminum nitride-based substrates on which an aluminum oxide layer was formed. And when manufacturing conditions at that time were examined, it was found that the oxygen partial pressure was lower than about 0.02 MPa in the air under any conditions. However, when the oxygen partial pressure is low, the growth rate of the oxide film is lowered, so that this is not a practical method. Therefore, the present inventors have intensively studied a method for increasing the growth rate of the oxide film even when the oxygen partial pressure is low, and as a result, have arrived at the present invention as follows.

すなわち、本発明の窒化アルミニウム系基材の製造方法は、酸素分圧が0.0001〜0.01MPa及び水蒸気分圧が0.001MPa以上の雰囲気に調整された条件下において、窒化アルミニウム系焼結体を1000〜1500℃の温度範囲で熱処理することにより、その表層を酸化させて酸化アルミニウム層を形成させるための熱処理工程を備えるものである。本発明者らは、厚膜の酸化アルミニウム層を形成しても、高い密着性を維持しうる窒化アルミニウム系焼結体の熱処理条件を検討した結果、上記のように、酸素分圧を低くすることによりそれが実現できることを見出した。しかしながら、このような方法は、酸素濃度が低下するために、酸化膜の成長速度が低いという問題が生じた。さらに、検討を進めた結果、酸化剤として水を用いることにより酸化膜の成長速度が著しく高くなることを見出した。すなわち、酸素濃度が低い酸化雰囲気において、比較的高い水蒸気分圧で水分を含有させることにより、高い密着強度を有する酸化アルミニウム層が比較的短時間で形成される。この効果は、水蒸気によって酸化することで、酸化膜内に非常に微細な気孔が生成する。そして、酸素や水分がその気孔を通過して酸化を進行させ、それにより、酸化膜厚に関わらず、酸化膜の成長速度がほぼ一定になるために、成長速度が維持されると考えられる。一方、水蒸気が希薄になると微細な気孔を有しない酸化膜が成長するために、酸化膜の成長速度は酸化膜内の酸素の拡散速度に支配されるために、酸化膜厚が例えば、1μmを超えるような厚膜になると成長速度が大幅に低下すると考えられる。   That is, the method for producing an aluminum nitride-based substrate of the present invention is an aluminum nitride-based sintering under the conditions in which the oxygen partial pressure is adjusted to 0.0001 to 0.01 MPa and the water vapor partial pressure is adjusted to 0.001 MPa or more. The body is heat-treated in a temperature range of 1000 to 1500 ° C. to oxidize the surface layer to form an aluminum oxide layer. As a result of studying heat treatment conditions for an aluminum nitride-based sintered body that can maintain high adhesion even when a thick aluminum oxide layer is formed, the inventors have reduced the oxygen partial pressure as described above. I found out that it can be realized. However, such a method has a problem that the growth rate of the oxide film is low because the oxygen concentration is lowered. Furthermore, as a result of investigation, it was found that the growth rate of the oxide film is remarkably increased by using water as the oxidizing agent. That is, in an oxidizing atmosphere with a low oxygen concentration, an aluminum oxide layer having a high adhesion strength is formed in a relatively short time by containing moisture at a relatively high water vapor partial pressure. This effect is caused by oxidation with water vapor, and very fine pores are generated in the oxide film. Then, oxygen and moisture pass through the pores and oxidize, so that the growth rate of the oxide film becomes almost constant regardless of the oxide film thickness, so that the growth rate is considered to be maintained. On the other hand, since the oxide film without fine pores grows when the water vapor becomes dilute, the growth rate of the oxide film is governed by the diffusion rate of oxygen in the oxide film. It is considered that the growth rate is greatly reduced when the thickness exceeds the above value.

また、前記熱処理工程は、密閉炉内において行われ、該密閉炉内の全圧が100Pa以下になるように減圧した後に、該密閉炉内の酸素分圧が0.0001〜0.001MPa、水蒸気分圧が0.001MPa以上になるように該密閉炉内に気体を供給することにより密閉炉内の雰囲気を調整しながら行われることが、酸化雰囲気の精密な制御が可能である点から好ましい。   The heat treatment step is performed in a closed furnace. After reducing the total pressure in the closed furnace to 100 Pa or less, the oxygen partial pressure in the closed furnace is 0.0001 to 0.001 MPa, water vapor It is preferable from the point that precise control of the oxidizing atmosphere is possible by adjusting the atmosphere in the closed furnace by supplying gas into the closed furnace so that the partial pressure becomes 0.001 MPa or more.

また、前記密閉炉内に供給される気体が、分圧比(酸素/窒素)が1/9以下になるように調整された酸素と窒素とを含有する混合ガスを、水中でバブリングさせることにより得られる、水分を含んだ気体であることが、酸化雰囲気中の水蒸気分圧を制御しやすい点から好ましい。   The gas supplied into the closed furnace is obtained by bubbling in water a mixed gas containing oxygen and nitrogen adjusted so that the partial pressure ratio (oxygen / nitrogen) is 1/9 or less. It is preferable that the gas contains moisture because it is easy to control the partial pressure of water vapor in the oxidizing atmosphere.

また、前記熱処理工程が、所定量の有機物が収納された炉内で行われることが好ましい。炉内に有機物を含有させることにより、熱処理時に有機物が燃焼する際に酸素を消費し、また、燃焼により水を生成する。このために、有機物の種類や量を調整するだけで、厳密な雰囲気条件を制御しなくとも容易に酸素分圧及び水蒸気分圧を調整することができる。   Moreover, it is preferable that the said heat processing process is performed within the furnace in which the predetermined amount of organic substance was accommodated. By containing an organic substance in the furnace, oxygen is consumed when the organic substance burns during heat treatment, and water is generated by the combustion. For this reason, the oxygen partial pressure and the water vapor partial pressure can be easily adjusted only by adjusting the kind and amount of the organic substance, without controlling strict atmospheric conditions.

また、前記窒化アルミニウム系焼結体の表面粗さ(Ra)が0.3〜4μmの範囲である場合には、より密着性を高めることができる点から好ましい。   Moreover, when the surface roughness (Ra) of the aluminum nitride-based sintered body is in the range of 0.3 to 4 μm, it is preferable because adhesion can be further improved.

また、前記熱処理工程により形成される酸化アルミニウム層は、厚みが1μm以上であっても、極めて高い密着性を有する酸化アルミニウム層になる。   Further, the aluminum oxide layer formed by the heat treatment step becomes an aluminum oxide layer having extremely high adhesion even if the thickness is 1 μm or more.

本発明の窒化アルミニウム系基材の製造方法によれば、高い密着強度を有する酸化アルミニウム層を高い成長速度で形成することができる。   According to the method for producing an aluminum nitride-based substrate of the present invention, an aluminum oxide layer having high adhesion strength can be formed at a high growth rate.

本発明の一実施形態に係る窒化アルミニウム系基材の製造方法を説明する。   The manufacturing method of the aluminum nitride-type base material which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated.

本実施形態の窒化アルミニウム系基材の製造方法は、窒化アルミニウム系焼結体を、酸素分圧が0.0001〜0.01MPa及び水蒸気分圧が0.001MPa以上の雰囲気に調整された条件下において、1000〜1500℃の温度範囲で熱処理することにより、該窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化させて酸化アルミニウム層を形成させる熱処理工程を備えるものである。   The method for producing an aluminum nitride-based substrate of the present embodiment is performed under the condition that the aluminum nitride-based sintered body is adjusted to an atmosphere in which an oxygen partial pressure is 0.0001 to 0.01 MPa and a water vapor partial pressure is 0.001 MPa or more. In this embodiment, a heat treatment step is performed in which a surface layer of the aluminum nitride-based sintered body is oxidized to form an aluminum oxide layer by heat treatment in a temperature range of 1000 to 1500 ° C.

本実施形態で用いられる窒化アルミニウム系焼結体は、窒化アルミニウム粉末に、必要により焼結助剤を少量配合して得られる窒化アルミニウム系粉末を焼結させて得られる、従来から知られた窒化アルミニウム系焼結体であれば、特に限定なく用いられうる。   The aluminum nitride-based sintered body used in the present embodiment is a conventionally known nitride obtained by sintering an aluminum nitride-based powder obtained by mixing a small amount of a sintering aid if necessary with an aluminum nitride powder. Any aluminum-based sintered body can be used without particular limitation.

窒化アルミニウム粉末としては、例えば、窒素又はアンモニアをアルミニウムに直接反応させる直接窒化法や、アルミナと炭素との混合物に窒素又はアンモニアを反応させる還元窒化法等によって得られるものが特に限定なく用いられうる。   As the aluminum nitride powder, for example, a powder obtained by a direct nitridation method in which nitrogen or ammonia is directly reacted with aluminum or a reduction nitridation method in which nitrogen or ammonia is reacted with a mixture of alumina and carbon can be used without particular limitation. .

焼結助剤は、窒化アルミニウム焼結体の焼結助剤として用いられているものであれば特に限定なく用いられうる。その具体例としては、例えば、イットリウム、エルビウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、又はそれらの酸化物である、酸化イットリウム(Y)、酸化エルビウム(Er)、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、及び酸化ストロンチウム(SrO)等が挙げられる。 The sintering aid can be used without particular limitation as long as it is used as a sintering aid for the aluminum nitride sintered body. Specific examples thereof include, for example, yttrium, erbium, calcium, barium, strontium, or oxides thereof, such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), Examples include barium oxide (BaO) and strontium oxide (SrO).

焼結助剤の配合割合は特に限定されないが、高い熱伝導性や絶縁性を維持する観点から、例えば、酸化イットリウム(Y)や酸化エルビウム(Er)のような希土類酸化物を用いる場合には、0.5〜3モル%、さらには0.6〜1.5モル%の範囲、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)のようなアルカリ土類金属を用いる場合には、0.1モル%以下、さらには0.03モル%以下の範囲であることが好ましい。 The blending ratio of the sintering aid is not particularly limited, but from the viewpoint of maintaining high thermal conductivity and insulating properties, for example, rare earth oxidation such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) or erbium oxide (Er 2 O 3 ). In the case of using a product, an alkali such as calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO) in the range of 0.5 to 3 mol%, further 0.6 to 1.5 mol% When an earth metal is used, it is preferably 0.1 mol% or less, more preferably 0.03 mol% or less.

窒化アルミニウム系粉末は、窒化アルミニウム粉末と必要に応じて配合される焼結助剤とを混合することによって得られる。混合方法は、特に限定されないが、例えば、上記各成分を有機溶剤とともにボールミルを用いて混合し、その後、有機溶剤を揮発させる方法等が挙げられる。   The aluminum nitride-based powder can be obtained by mixing aluminum nitride powder and a sintering aid blended as necessary. The mixing method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which the above components are mixed with an organic solvent using a ball mill, and then the organic solvent is volatilized.

窒化アルミニウム系粉末は、バインダとともに混練され、所定の形状の予備成形体に成形される。混練には、ニーダー、単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサ、ロール等が用いられる。バインダとしては、MIM(Metal Injection Molding)やCIM(Ceramic Injection Molding)等の分野で従来から用いられているバインダ、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン、パラフィンワックス、ステアリン酸、ポリエチレン、及びポリプロピレン等の有機バインダ等が用いられうる。   The aluminum nitride powder is kneaded with a binder and formed into a preform with a predetermined shape. For kneading, a kneader, a single screw extruder, a twin screw extruder, a Banbury mixer, a roll or the like is used. As the binder, binders conventionally used in fields such as MIM (Metal Injection Molding) and CIM (Ceramic Injection Molding), specifically, for example, polyvinyl alcohol resin, acrylic resin, polystyrene, paraffin wax, Organic binders such as stearic acid, polyethylene, and polypropylene can be used.

成形方法は、特に限定されず、例えば、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形等の各種プレス成形法が用いられる。   The molding method is not particularly limited, and various press molding methods such as compression molding, injection molding, transfer molding and the like are used.

得られた予備成形体は、大気中で400〜450℃で、24〜72時間、加熱されることにより予め脱脂(脱バインダ)されることが好ましい。   The obtained preform is preferably degreased (debindered) in advance by heating in the atmosphere at 400 to 450 ° C. for 24 to 72 hours.

また、成形方法としては、バインダを添加せずに、窒化アルミニウム系混合粉末を冷間等方圧加圧法(CIP)を用いて、押し固める方法を用いてもよい。CIPによれば、バインダを用いないで成形することができる。したがって、通常1〜3日間程度要する脱脂工程を省略できる。なお、CIPとは、水等の液体を圧力媒体とし、粉体(前記混合物)に高圧の等方圧力を加えることにより成形する方法であって、粉体(前記混合物)を様々な形状に成形することができる。   Further, as a forming method, a method of pressing and solidifying the aluminum nitride mixed powder by using a cold isostatic pressing method (CIP) without adding a binder may be used. According to CIP, molding can be performed without using a binder. Therefore, the degreasing process which usually requires about 1 to 3 days can be omitted. CIP is a method of forming a powder (the mixture) into various shapes by using a liquid such as water as a pressure medium and applying high pressure isotropic pressure to the powder (the mixture). can do.

このようにして得られた予備成形体を非酸化雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム系焼結体が得られる。   An aluminum nitride-based sintered body is obtained by firing the preform thus obtained in a non-oxidizing atmosphere.

焼成方法としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、窒化ホウ素製のセッター上に脱脂された予備成形体を載置して、予備成形体を覆うように窒化ホウ素製のこう鉢を載置する。そして、セッターとこう鉢とで囲まれた空間を非酸化雰囲気下にして加熱する方法等が挙げられる。   The firing method is not particularly limited. Specifically, for example, a denitrated preform is placed on a boron nitride setter, and a boron nitride mortar is placed so as to cover the preform. Place. And the method etc. which heat the space enclosed by the setter and the mortar in non-oxidizing atmosphere are mentioned.

焼成は、焼成助剤の種類や配合量にもよるが、1750〜1900℃程度の温度範囲で所定の時間行われる。   Firing is performed in a temperature range of about 1750 to 1900 ° C. for a predetermined time, although it depends on the kind and blending amount of the firing aid.

このようにして窒化アルミニウム系焼結体が得られる。得られた窒化アルミニウム系焼結体は、さらに、熱間等方圧加圧法(HIP)により、押し固められて強度を高めてもよい。なお、HIPとは、アルゴン等の気体を圧力媒体とし、成形体全面に高圧の等方圧力を高温で加える方法である。   In this way, an aluminum nitride sintered body is obtained. The obtained aluminum nitride-based sintered body may be further consolidated by hot isostatic pressing (HIP) to increase the strength. HIP is a method in which a gas such as argon is used as a pressure medium and a high pressure isotropic pressure is applied to the entire surface of the molded body at a high temperature.

また、窒化アルミニウム系焼結体の表面粗さ(算術平均粗さRa)としては、0.3μm以上、さらには0.6μm以上であって、4μm以下、さらには3μm以下であることが好ましい。窒化アルミニウム系焼結体の表面粗さが上記のような範囲であることにより、形成される酸化アルミニウム層の密着性をさらに高くすることができる。これは、表面を適度に粗にして表面に微細な凹凸形状を形成することにより、焼結体の表層から酸化を凹凸形状に沿って進行させることができる。そして、これにより、焼結体と酸化アルミニウム層の界面が波打ったような状態になって界面の面積が大きくなることにより、密着力が高くなる。Raが大きすぎる場合には、得られる窒化アルミニウム基材の表面に回路を形成する場合に、回路の密着性が低下したり、表面に実装される素子等との密着性が低下する傾向がある。表面粗さは、得られた焼結体表面を、ブラスト処理すること等により適宜調整することができる。   Further, the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the aluminum nitride sintered body is 0.3 μm or more, more preferably 0.6 μm or more, and preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm or less. When the surface roughness of the aluminum nitride-based sintered body is in the above range, the adhesion of the formed aluminum oxide layer can be further increased. This is because the surface can be appropriately roughened to form a fine uneven shape on the surface, thereby allowing oxidation to proceed along the uneven shape from the surface layer of the sintered body. As a result, the interface between the sintered body and the aluminum oxide layer becomes wavy and the area of the interface increases, thereby increasing the adhesion. When Ra is too large, when a circuit is formed on the surface of the obtained aluminum nitride base material, the adhesion of the circuit tends to decrease or the adhesion to an element mounted on the surface tends to decrease. . The surface roughness can be appropriately adjusted by blasting the surface of the obtained sintered body.

次に、窒化アルミニウム系焼結体を、酸素分圧が0.0001〜0.01MPa、水蒸気分圧が0.001MPa以上の雰囲気に調整された酸化雰囲気条件において、1000〜1500℃の温度範囲で熱処理する。   Next, the aluminum nitride-based sintered body is subjected to a temperature range of 1000 to 1500 ° C. in an oxidizing atmosphere condition in which an oxygen partial pressure is 0.0001 to 0.01 MPa and a water vapor partial pressure is adjusted to 0.001 MPa or more. Heat treatment.

上記酸化雰囲気条件において、酸素分圧は0.0001〜0.01MPaであり、好ましくは、0.005〜0.001MPaである。前記酸素分圧が0.0001MPa未満の場合には、酸化アルミニウム層の成長速度が低くなる。一方、前記酸素分圧が0.01MPaを超える場合には、酸化アルミニウム層の密着性が低くなる。   In the above oxidizing atmosphere conditions, the oxygen partial pressure is 0.0001 to 0.01 MPa, preferably 0.005 to 0.001 MPa. When the oxygen partial pressure is less than 0.0001 MPa, the growth rate of the aluminum oxide layer becomes low. On the other hand, when the oxygen partial pressure exceeds 0.01 MPa, the adhesion of the aluminum oxide layer is lowered.

また、上記酸化雰囲気条件において、水蒸気分圧は0.001MPa以上であり、好ましくは、0.001〜0.0025MPaである。前記水蒸気分圧が0.001MPa未満の場合には、酸化アルミニウム層の成長速度が低くなる。一方、前記水蒸気分圧が高すぎる場合には、水による酸化作用が高くなりすぎて、酸化アルミニウム層の成長速度が高くなりすぎることがあり、この場合には膜厚制御が困難になる。   Moreover, in the said oxidation atmosphere conditions, water vapor partial pressure is 0.001 MPa or more, Preferably, it is 0.001-0.0025 MPa. When the water vapor partial pressure is less than 0.001 MPa, the growth rate of the aluminum oxide layer becomes low. On the other hand, when the water vapor partial pressure is too high, the oxidizing action by water becomes too high, and the growth rate of the aluminum oxide layer may become too high. In this case, the film thickness control becomes difficult.

酸化雰囲気条件の調整は、例えば、窒化アルミニウム系焼結体を熱処理するための密閉炉内において、該密閉炉内の全圧が100Pa以下になるように減圧した後に、該密閉炉内の酸素分圧が0.0001〜0.001MPa、水蒸気分圧が0.001MPa以上になるように外部から気体を供給することにより行われる。   The adjustment of the oxidizing atmosphere condition is performed, for example, in a closed furnace for heat-treating an aluminum nitride-based sintered body, after reducing the total pressure in the closed furnace to 100 Pa or less, and then adjusting the oxygen content in the closed furnace. It is performed by supplying a gas from the outside so that the pressure is 0.0001 to 0.001 MPa and the water vapor partial pressure is 0.001 MPa or more.

より具体的には、ガス供給路及びガス排出炉を備えた密閉炉内に窒化アルミニウム系焼結体を収納した後、密閉炉を密閉する。そして、真空ポンプ等を用いて密閉炉内の全圧が100Pa以下になる程度にまで減圧して、密閉炉内の空気を排出する。そして、密閉炉に備えられたガス供給路から、酸素分圧及び水蒸気分圧が上記範囲になるように調整されたガスを供給する。そして、酸化雰囲気が調整された後、炉内の温度を昇温させることにより熱処理を行う。なお、熱処理が進行するにつれて、酸素及び水が酸化反応により消費される。このため、熱処理中は、炉内に調整されたガスを所定の流量でフローすることにより、上記酸化雰囲気条件に維持することが好ましい。   More specifically, after the aluminum nitride-based sintered body is stored in a closed furnace provided with a gas supply path and a gas discharge furnace, the closed furnace is sealed. Then, using a vacuum pump or the like, the pressure in the sealed furnace is reduced to a level of 100 Pa or less, and the air in the sealed furnace is discharged. And the gas adjusted so that oxygen partial pressure and water vapor partial pressure may become the said range is supplied from the gas supply path with which the closed furnace was equipped. After the oxidizing atmosphere is adjusted, heat treatment is performed by raising the temperature in the furnace. As the heat treatment proceeds, oxygen and water are consumed by the oxidation reaction. For this reason, during the heat treatment, it is preferable to maintain the oxidizing atmosphere condition by flowing a gas adjusted in the furnace at a predetermined flow rate.

密閉炉内の全圧は、0.08〜0.12MPa、さらには、0.09〜0.11MPa、特には大気圧付近であることが、安全性や密閉炉の耐久性の点から好ましい。   The total pressure in the closed furnace is preferably 0.08 to 0.12 MPa, more preferably 0.09 to 0.11 MPa, and particularly preferably near atmospheric pressure from the viewpoint of safety and durability of the closed furnace.

なお、供給される気体としては、例えば、酸素/窒素の分圧比が1/9以下で酸素と窒素を含有する混合ガスを水中でバブリングさせることにより水分を含ませた気体等が好ましく用いられる。この際、水温を5〜20℃の温度範囲に調整することにより、適度な水蒸気圧になるように調製された、水分を含有するガスが得られる。水温が低すぎる場合には充分な水蒸気分圧が得られにくくなり、高すぎる場合には、水蒸気分圧が高くなりすぎて、酸化膜の成長速度が高くなりすぎて、膜厚の制御が困難になる傾向がある。   As the gas to be supplied, for example, a gas containing moisture by bubbling a mixed gas containing oxygen and nitrogen in water with an oxygen / nitrogen partial pressure ratio of 1/9 or less is preferably used. At this time, by adjusting the water temperature to a temperature range of 5 to 20 ° C., a water-containing gas prepared to have an appropriate water vapor pressure is obtained. If the water temperature is too low, it becomes difficult to obtain a sufficient water vapor partial pressure, and if it is too high, the water vapor partial pressure becomes too high and the growth rate of the oxide film becomes too high, making it difficult to control the film thickness. Tend to be.

また、酸化雰囲気条件を調整する他の方法としては、窒化アルミニウム系焼結体を熱処理するための炉内に、処理される窒化アルミニウム系焼結体とともに、所定量の有機物を収納する方法が挙げられる。炉内に有機物を含有させておくことにより、熱処理の際に有機物が燃焼する。このときに有機物の燃焼により、炉内の酸素が炭化水素中の炭素と結合して二酸化炭素になるとともに、炭化水素中の水素と結合して水を生成する。すなわち、有機物の燃焼により酸素が消費されるために炉内の酸素分圧が低下するとともに、水蒸気分圧が高くなる。このような方法によれば、有機物の種類や量を調整することにより、熱処理中に厳密な雰囲気条件を制御しなくとも、大気開放された燃焼炉を用いて上記のような酸化雰囲気を実現できる。   In addition, as another method for adjusting the oxidizing atmosphere condition, there is a method of storing a predetermined amount of an organic substance together with an aluminum nitride sintered body to be processed in a furnace for heat treating the aluminum nitride sintered body. It is done. By containing an organic substance in the furnace, the organic substance burns during the heat treatment. At this time, due to the combustion of the organic matter, oxygen in the furnace combines with carbon in the hydrocarbon to become carbon dioxide, and combines with hydrogen in the hydrocarbon to generate water. That is, since oxygen is consumed by the combustion of organic matter, the oxygen partial pressure in the furnace decreases and the water vapor partial pressure increases. According to such a method, an oxidizing atmosphere as described above can be realized using a combustion furnace opened to the atmosphere without adjusting strict atmospheric conditions during heat treatment by adjusting the type and amount of organic matter. .

上記方法に用いられる有機物としては、常温で液体又は固体である、炭素数5以上の有機物であれば、特に限定なく用いられる。具体的には、例えば、炭素数5以上の飽和又は不飽和炭化水素や、炭素数5以上の飽和又は不飽和脂肪酸、脂環式化合物、芳香族系化合物、アルコール等が用いられる。これらの中でも、炭素数10以上の各種高級脂肪酸(ワックス)、具体的には、パラフィン類等が好ましく用いられる。   The organic material used in the above method is not particularly limited as long as it is an organic material having 5 or more carbon atoms that is liquid or solid at room temperature. Specifically, for example, saturated or unsaturated hydrocarbons having 5 or more carbon atoms, saturated or unsaturated fatty acids having 5 or more carbon atoms, alicyclic compounds, aromatic compounds, alcohols, and the like are used. Among these, various higher fatty acids (waxes) having 10 or more carbon atoms, specifically, paraffins are preferably used.

炉内に収納される有機物の種類及び量は、炉の空間体積や、処理される窒化アルミニウム系焼結体の量、熱処理時間に応じて適宜調整されるために、厳密に規定することは出来ない。しかしながら、その目安としては、例えば、有機物としてパラフィンを用いる場合には、炉内の空間体積1Lに対して0.01〜0.1g、さらには0.05〜0.1g程度を収納することが、上記酸素分圧及び水蒸気分圧に調整することが容易である点から好ましい。   The type and amount of organic matter stored in the furnace are appropriately adjusted according to the space volume of the furnace, the amount of the aluminum nitride-based sintered body to be processed, and the heat treatment time. Absent. However, as a guideline, for example, when paraffin is used as the organic substance, 0.01 to 0.1 g, further about 0.05 to 0.1 g can be stored with respect to 1 L of the space volume in the furnace. From the viewpoint of easy adjustment to the oxygen partial pressure and water vapor partial pressure.

そして、このように調整された酸化雰囲気条件で熱処理が行われる。   And heat processing is performed on the oxidizing atmosphere conditions adjusted in this way.

熱処理温度としては、1000〜1500℃、さらには、1050〜1450℃、とくには、1100〜1250℃であることが好ましい。なお、酸化アルミニウム層の成長速度は、温度に大きく影響を受けるために、温度をわずかに上げるだけで成長速度は著しく高くなる。しかしながら、高すぎる温度で熱処理した場合には、酸化アルミニウム層内に大きなクラック等が生じたりして粗な膜が形成される傾向がある。本方法によれば、比較的低い温度で熱処理した場合でも、比較的速い成長速度で密着性に優れた酸化アルミニウム層が形成される。なお、熱処理温度が1000℃未満の場合には、酸化アルミニウム層の成長速度が著しく低下する。また、熱処理温度が1400℃を超える場合には、酸化アルミニウム層の成長速度が速くなりすぎて、膜厚の制御が困難になるとともに、粗な酸化アルミニウム層が形成される傾向がある。   The heat treatment temperature is preferably 1000 to 1500 ° C, more preferably 1050 to 1450 ° C, and particularly preferably 1100 to 1250 ° C. Note that the growth rate of the aluminum oxide layer is greatly influenced by the temperature, so that the growth rate is remarkably increased only by slightly raising the temperature. However, when heat treatment is performed at a temperature that is too high, large cracks or the like are generated in the aluminum oxide layer, and a rough film tends to be formed. According to this method, even when heat-treated at a relatively low temperature, an aluminum oxide layer having excellent adhesion can be formed at a relatively high growth rate. When the heat treatment temperature is lower than 1000 ° C., the growth rate of the aluminum oxide layer is significantly reduced. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 1400 ° C., the growth rate of the aluminum oxide layer becomes too fast, making it difficult to control the film thickness and forming a rough aluminum oxide layer.

このようにして形成される酸化アルミニウム層の厚みとしては、1〜20μm、さらには2〜5μmであることが好ましい。形成される酸化アルミニウム層の厚みが薄すぎる場合には、酸化アルミニウム層表面に導電層を形成し、レーザ加工により回路を形成する場合に、レーザが酸化アルミニウム層を貫通してしまい、回路の短絡を引き起こす原因になり、また、厚すぎる場合には、熱伝導性が低下したり、密着性が低下する傾向がある。   The thickness of the aluminum oxide layer thus formed is preferably 1 to 20 μm, more preferably 2 to 5 μm. When the thickness of the formed aluminum oxide layer is too thin, when a conductive layer is formed on the surface of the aluminum oxide layer and a circuit is formed by laser processing, the laser penetrates the aluminum oxide layer, resulting in a short circuit. In addition, when it is too thick, there is a tendency that thermal conductivity is lowered or adhesion is lowered.

以上説明した、窒化アルミニウム系基材の製造方法によれば、窒化アルミニウム系焼結体の表層に密着性が高い酸化アルミニウム層が比較的短時間で形成される。このような製造方法により得られる窒化アルミニウム系基材の表面に電気回路を形成した場合には、酸化アルミニウム層と窒化アルミニウム系焼結体との界面における剥離の発生が抑制されるために、高い密着性を有する回路パターンが形成できる。このような窒化アルミニウム系基材は、窒化アルミニウム系基材内部に空気中の水が浸入しにくく、放熱性及び電気絶縁性に優れたものであるために、発光ダイオード(LED)を実装する立体回路基板のような放熱性と絶縁性が要求される立体回路基板等に好ましく用いられる。   According to the method for producing an aluminum nitride base material described above, an aluminum oxide layer having high adhesion is formed in a relatively short time on the surface layer of the aluminum nitride sintered body. When an electric circuit is formed on the surface of an aluminum nitride-based substrate obtained by such a manufacturing method, the occurrence of delamination at the interface between the aluminum oxide layer and the aluminum nitride-based sintered body is suppressed. A circuit pattern having adhesion can be formed. Since such an aluminum nitride-based substrate is difficult for water in the air to enter the aluminum nitride-based substrate and has excellent heat dissipation and electrical insulation properties, a three-dimensional structure in which a light emitting diode (LED) is mounted. It is preferably used for a three-dimensional circuit board that requires heat dissipation and insulation, such as a circuit board.

本発明の窒化アルミニウム系基材に電気回路を形成する方法としては、スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て電気回路が形成される方法が挙げられる。   Examples of the method for forming an electric circuit on the aluminum nitride-based substrate of the present invention include a method in which an electric circuit is formed through sputtering, laser etching, and a plating process.

このような電気回路形成方法は、例えば、三次元形状を有するような窒化アルミニウム系基材の、回路を形成する表面に、スパッタリングにより金属膜を形成する。スパッタリング源(ターゲット)としては、第1段階では、クロム及びチタンからなる群から選択された1種の金属を用い、第2段階では、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金及び金−錫合金等からなる群から選択された1種の金属を用いる。そして、形成された金属膜から電気回路となる回路形成部分をレーザによりパターニングする。そして、電気めっき等の手法により、前記回路形成部分に銅めっきを施す。そして、銅めっきが形成されていない部分をエッチング加工することにより、電気回路が形成され、立体回路基板が得られる。ここで、第1段階で形成されるクロム膜やチタン膜は、窒化アルミニウム系基材と電気回路(銅箔回路)との密着性を高めるために形成されるものである。また、レーザによるパターニングとしては、例えば、THG−YAGレーザやSHG−YAGレーザ等の高エネルギービーム照射によって、回路形成部分の輪郭部分の金属膜を除去することによって行う。   In such an electric circuit forming method, for example, a metal film is formed by sputtering on the surface of the aluminum nitride base material having a three-dimensional shape on which a circuit is formed. As the sputtering source (target), in the first stage, one kind of metal selected from the group consisting of chromium and titanium is used, and in the second stage, from copper, aluminum, aluminum alloy, gold and gold-tin alloy, etc. One metal selected from the group is used. And the circuit formation part used as an electric circuit is patterned with a laser from the formed metal film. And copper plating is given to the said circuit formation part by methods, such as electroplating. Then, by etching the portion where the copper plating is not formed, an electric circuit is formed and a three-dimensional circuit board is obtained. Here, the chromium film or the titanium film formed in the first stage is formed in order to improve the adhesion between the aluminum nitride base material and the electric circuit (copper foil circuit). Further, the patterning by laser is performed by removing the metal film at the contour portion of the circuit formation portion by high energy beam irradiation such as THG-YAG laser or SHG-YAG laser.

このようにして形成された立体回路基板は、放熱性と絶縁性とが要求される、発光ダイオード(LED)、ペルチェ素子その他各種半導体素子を実装する立体回路基板として好ましく用いられる。   The three-dimensional circuit board thus formed is preferably used as a three-dimensional circuit board on which light emitting diodes (LEDs), Peltier elements, and other various semiconductor elements are mounted, which require heat dissipation and insulation.

実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲は実施例により何ら限定されることはない。   The present invention will be described more specifically with reference to examples. The scope of the present invention is not limited by the examples.

[実施例1]
直接窒化法により作製した窒化アルミニウム粉末に対して、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合し、ボールミルによって、有機溶剤中で6時間混合した。その後、ドラフトチャンバ内で有機溶剤を充分に揮発させることにより、窒化アルミニウム系粉末を得た。得られた混合粉末にポリビニルアルコール(PVA)系の有機バインダを配合し、充分に混練した。得られた混練物を、プレス成形法により30×20×2mmの立体形状に成形し、さらに、大気中450℃で1時間プレスしたまま保持した。そして、450℃で72時間熱処理することにより脱脂することにより、予備成形体が得られた。次に、予備成形体をセッターに載置し、窒素雰囲気下において、1825℃で3時間焼成することによって、窒化アルミニウム系焼結体が得られた。この焼結体表面のRaは1.2μmであった。
[Example 1]
5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide were blended with the aluminum nitride powder produced by the direct nitriding method, and mixed in an organic solvent by a ball mill for 6 hours. Thereafter, the organic solvent was sufficiently volatilized in the draft chamber to obtain an aluminum nitride-based powder. A polyvinyl alcohol (PVA) organic binder was blended into the obtained mixed powder and sufficiently kneaded. The obtained kneaded material was molded into a three-dimensional shape of 30 × 20 × 2 mm by a press molding method, and further kept pressed at 450 ° C. for 1 hour in the atmosphere. And the preformed body was obtained by degreasing by heat-processing at 450 degreeC for 72 hours. Next, the preform was placed on a setter and fired at 1825 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain an aluminum nitride sintered body. Ra on the surface of this sintered body was 1.2 μm.

次に、空間容積60Lの密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率10%,窒素分率90%の混合ガスを水温5℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1100℃で24時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、大気圧(0.1013MPa)であり、酸素分圧は0.01MPa、水蒸気分圧は0.0010MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約3μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace having a space volume of 60 L and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 10% and a nitrogen fraction of 90% was bubbled in a water bath having a water temperature of 5 ° C., so that moisture was contained, and the moisture-containing gas was introduced at a flow rate of 10 L / min. For 24 hours. The total pressure in the furnace at this time was atmospheric pressure (0.1013 MPa), the oxygen partial pressure was 0.01 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0010 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 3 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、得られた窒化アルミニウム系基材の表面にスパッタ法によりクロム被膜を形成し、さらに、スパッタ法により銅被膜を形成することによって、金属膜を形成した。スパッタ法により金属膜を形成した後、レーザーパターニングにより、金属膜を2mm幅の矩形に成形し、ピール強度測定用部位を作製した。その後、電解銅めっきを施すことによって、ピール強度測定用部位を15μmの厚さに厚膜化した。そして、JIS C5016の導体の引き剥がし強さ、方法Aに準じた以下の方法により、ピール強度を測定した。   Then, a chromium film was formed on the surface of the obtained aluminum nitride-based substrate by a sputtering method, and further a copper film was formed by a sputtering method, thereby forming a metal film. After forming a metal film by sputtering, the metal film was shaped into a 2 mm wide rectangle by laser patterning to produce a peel strength measurement site. Thereafter, electrolytic copper plating was performed to thicken the peel strength measurement site to a thickness of 15 μm. And peel strength of the conductor of JIS C5016 and the peel strength were measured by the following method according to Method A.

得られた2mm幅のピール強度測定用部位の端部をデザインカッターで剥離し、チャッキング部分を作製した。この窒化アルミニウム系基材をピール強度測定用部位の幅方向に自由移動可能なステージに固定し、チャッキング部分をチャッキングし、引っ張り上げる際の荷重を島津製作所製小型卓上試験機EZGraphのピール(引き剥がし)試験で4mmの測定平均値で算出し、この測定のN=6の平均値として算出した。得られたピール強度は1.8N/mmであった。このとき、酸化アルミニウム層と金属膜との界面で剥離していた。これは、窒化アルミニウム焼結体と酸化アルミニウム層との界面のピール強度が1.8N/mm以上であることを示す。   The end part of the obtained site for measuring peel strength with a width of 2 mm was peeled off with a design cutter to produce a chucking part. This aluminum nitride-based substrate is fixed to a stage that can move freely in the width direction of the peel strength measurement part, the chucking part is chucked, and the load when pulling up is peeled off by the small desktop testing machine EZGraph (manufactured by Shimadzu Corporation) It was calculated with a measurement average value of 4 mm in the peeling test, and was calculated as an average value of N = 6 in this measurement. The peel strength obtained was 1.8 N / mm. At this time, peeling occurred at the interface between the aluminum oxide layer and the metal film. This indicates that the peel strength at the interface between the aluminum nitride sintered body and the aluminum oxide layer is 1.8 N / mm or more.

[実施例2]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化エルビウム(Er)粉末7質量%、酸化カルシウム0.001質量%を配合した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは1.5μmであった。
[Example 2]
Instead of blending 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide, 7% by mass of erbium oxide (Er 2 O 3 ) powder and 0.001% by mass of calcium oxide were blended. Obtained a sintered body in the same manner as in Example 1. Ra on the surface of this sintered body was 1.5 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率0.1%,窒素分率99.9%の混合ガスを水温10℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを15L/分の流量で導入しながら、1300℃で15時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.0001MPa、水蒸気分圧は0.0013MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 0.1% and a nitrogen fraction of 99.9% was bubbled in a water bath having a water temperature of 10 ° C., and the moisture-containing gas was introduced at a flow rate of 15 L / min. However, heat treatment was performed at 1300 ° C. for 15 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.0001 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0013 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.8N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.8 N / mm.

[実施例3]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.018質量%を配合し、1825℃で焼成する代わりに1835℃で焼成した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは2μmであった。
[Example 3]
Instead of blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by weight of calcium oxide, blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.018% by weight of calcium oxide, A sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that firing was performed at 1835 ° C. instead of firing at 1825 ° C. Ra on the surface of this sintered body was 2 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率1%,窒素分率99%の混合ガスを水温5℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1450℃で15分間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.001MPa、水蒸気分圧は0.0010MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約8μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 1% and a nitrogen fraction of 99% was bubbled in a water bath having a water temperature of 5 ° C., so that moisture was contained, and while introducing the moisture-containing gas at a flow rate of 10 L / min, 1450 ° C. For 15 minutes. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.001 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0010 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 8 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.2N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.2 N / mm.

[実施例4]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.022質量%を配合し、1825℃で焼成する代わりに1815℃で焼成した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは1μmであった。
[Example 4]
Instead of blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by weight of calcium oxide, blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.022% by weight of calcium oxide, A sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that firing was performed at 1815 ° C. instead of firing at 1825 ° C. Ra on the surface of the sintered body was 1 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率10%,窒素分率90%の混合ガスを水温20℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1050℃で24時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.01MPa、水蒸気分圧は0.023MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 10% and a nitrogen fraction of 90% was bubbled in a water bath having a water temperature of 20 ° C., so that moisture was contained, and the gas containing moisture was introduced at a flow rate of 10 L / min. For 24 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.01 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.023 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.5N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.5 N / mm.

[実施例5]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.015質量%を配合し、また、1825℃で焼成する代わりに1800℃で焼成した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは0.6μmであった。
[Example 5]
Instead of blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by weight of calcium oxide, blending 5% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.015% by weight of calcium oxide, Further, a sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that firing was performed at 1800 ° C. instead of firing at 1825 ° C. Ra on the surface of the sintered body was 0.6 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率5%,窒素分率95%の混合ガスを水温10℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1200℃で10時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.005MPa、水蒸気分圧は0.013MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約4μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 5% and a nitrogen fraction of 95% was bubbled in a water bath having a water temperature of 10 ° C. so as to contain moisture, and while introducing the moisture-containing gas at a flow rate of 10 L / min, 1200 ° C. For 10 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.005 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.013 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 4 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.3N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.3 N / mm.

[実施例6]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.001質量%を配合した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。そして、この焼結体の表面を平均粒子径250μmのアルミナ砥粒でブラスト加工した。ブラスト加工された焼結体表面のRaは4μmであった。
[Example 6]
Instead of blending 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide, 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.001% by mass of calcium oxide were blended. Obtained a sintered body in the same manner as in Example 1. The surface of this sintered body was blasted with alumina abrasive grains having an average particle diameter of 250 μm. The Ra of the surface of the blasted sintered body was 4 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率5%,窒素分率95%の混合ガスを水温10℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1200℃で5時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.005MPa、水蒸気分圧は0.0013MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 5% and a nitrogen fraction of 95% was bubbled in a water bath having a water temperature of 10 ° C. so as to contain moisture, and while introducing the moisture-containing gas at a flow rate of 10 L / min, 1200 ° C. For 5 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.005 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0013 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は2.0N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 2.0 N / mm.

[実施例7]
実施例1と同様にして得られた焼結体の表面を平均粒子径10μmのアルミナ砥粒でブラスト加工した。ブラスト加工された焼結体表面のRaは0.3μmであった。
[Example 7]
The surface of the sintered body obtained in the same manner as in Example 1 was blasted with alumina abrasive grains having an average particle diameter of 10 μm. Ra of the surface of the blasted sintered body was 0.3 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率1%,窒素分率99%の混合ガスを水温5℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1200℃で24時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.001MPa、水蒸気分圧は0.0010MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約4μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 1% and a nitrogen fraction of 99% was bubbled in a water bath having a water temperature of 5 ° C., so that water was included, and while introducing the gas containing moisture at a flow rate of 10 L / min, 1200 ° C. For 24 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.001 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0010 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 4 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.1N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.1 N / mm.

[実施例8]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化エルビウム(Er)粉末7質量%、酸化カルシウム0.001質量%を配合した以外は、実施例1と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。そして、得られた窒化アルミニウム系粉末をCIM成形することにより30×40×1mmで、所定の位置に複数の突起形状を有する立体形状の予備成形体を得た。そして、予備成形体をセッターに載置し、窒素雰囲気下において、1825℃で3時間焼成することによって、窒化アルミニウム系焼結体が得られた。この焼結体表面のRaは1.5μmであった。
[Example 8]
Instead of blending 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide, 7% by mass of erbium oxide (Er 2 O 3 ) powder and 0.001% by mass of calcium oxide were blended. Obtained an aluminum nitride-based powder in the same manner as in Example 1. The obtained aluminum nitride-based powder was CIM-molded to obtain a three-dimensional preform having a plurality of projection shapes at predetermined positions at 30 × 40 × 1 mm. Then, the preform was placed on a setter and fired at 1825 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain an aluminum nitride-based sintered body. Ra on the surface of this sintered body was 1.5 μm.

次に、密閉炉に、窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率5%,窒素分率95%の混合ガスを水温10℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを15L/分の流量で導入しながら、1200℃で10時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.005MPa、水蒸気分圧は0.0013MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約3μmの酸化アルミニウム層が形成された。   Next, the aluminum nitride sintered body was accommodated in a sealed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 5% and a nitrogen fraction of 95% was bubbled in a water bath having a water temperature of 10 ° C. so as to contain moisture, and while introducing the moisture-containing gas at a flow rate of 15 L / min, 1200 ° C. For 10 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.005 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0013 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 3 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は2.0N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 2.0 N / mm.

[実施例9]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.001質量%を配合した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは1.8μmであった。
[Example 9]
Instead of blending 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide, 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.001% by mass of calcium oxide were blended. Obtained a sintered body in the same manner as in Example 1. Ra on the surface of the sintered body was 1.8 μm.

次に、空間容積125Lの開放型加熱炉に、窒化アルミニウム系焼結体と有機物としてパラフィンを5.0g収納した。なお、このとき、窒化アルミニウム系焼結体と窒化アルミニウム系焼結体を載置したセッターの総容積が15Lであったので、炉内の空間は約110Lであった。   Next, 5.0 g of paraffin as an organic substance was stored in an open-type heating furnace having a space volume of 125 L. At this time, the total volume of the setter on which the aluminum nitride-based sintered body and the aluminum nitride-based sintered body were placed was 15 L, so the space in the furnace was about 110 L.

そして、1100℃で15時間熱処理した。気温25℃、湿度50%の環境下で、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は約0.0090〜0.0095MPa、水蒸気分圧は0.0016MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に約3μmの酸化アルミニウム層が形成された。   And it heat-processed at 1100 degreeC for 15 hours. Under an environment where the temperature is 25 ° C. and the humidity is 50%, the total pressure in the furnace at this time is 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure is about 0.0090 to 0.0095 MPa, and the water vapor partial pressure is 0.0016 MPa. It was. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 3 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.8N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.8 N / mm.

[実施例10]
酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.02質量%を配合する代わりに、酸化イットリウム(Y)粉末5質量%、酸化カルシウム0.022質量%を配合した以外は、実施例1と同様にして焼結体を得た。この焼結体表面のRaは1.8μmであった。
[Example 10]
Instead of blending 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.02% by mass of calcium oxide, 5% by mass of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and 0.022% by mass of calcium oxide were blended. Obtained a sintered body in the same manner as in Example 1. Ra on the surface of the sintered body was 1.8 μm.

次に、空間容積125Lの開放型加熱炉に、窒化アルミニウム系焼結体と有機物としてパラフィンを8.5g収納した。なお、このとき、窒化アルミニウム系焼結体と窒化アルミニウム系焼結体を載置したセッターの総容積が25Lであったので、炉内の空間は約100Lであった。   Next, 8.5 g of paraffin as an organic nitride was stored in an open-type heating furnace having a space volume of 125 L. At this time, since the total volume of the setter on which the aluminum nitride-based sintered body and the aluminum nitride-based sintered body were placed was 25 L, the space in the furnace was about 100 L.

そして、1350℃で10時間熱処理した。気温25℃、湿度50%の環境下で、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は約0.0015〜0.0020MPa、水蒸気分圧は0.0015MPaの範囲であった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。   And it heat-processed at 1350 degreeC for 10 hours. In an environment where the temperature is 25 ° C. and the humidity is 50%, the total pressure in the furnace at this time is 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure is about 0.0015 to 0.0020 MPa, and the water vapor partial pressure is in the range of 0.0015 MPa. Met. As a result, an aluminum oxide layer of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は2.2N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 2.2 N / mm.

[比較例1]
密閉炉に、実施例1と同様にして窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、空気(酸素分率約21%)を水温5℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだ空気を10L/分の流量で導入しながら、1100℃で15時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.021MPa、水蒸気分圧は0.0010MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, the aluminum nitride sintered body was housed in a closed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, air (oxygen fraction of about 21%) was bubbled in a water bath with a water temperature of 5 ° C. so as to contain moisture, and heat-treated at 1100 ° C. for 15 hours while introducing air containing moisture at a flow rate of 10 L / min. . At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.021 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0010 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は0.5N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 0.5 N / mm.

[比較例2]
密閉炉に、実施例1と同様にして窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率0.05%,窒素分率99.95%の混合ガスを水温5℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1100℃で144時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.00005MPa、水蒸気分圧は0.0010MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約2μmの酸化アルミニウム層が形成された。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 1, the aluminum nitride sintered body was housed in a closed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 0.05% and a nitrogen fraction of 99.95% was bubbled in a water bath having a water temperature of 5 ° C., so that the moisture-containing gas was introduced at a flow rate of 10 L / min. However, heat treatment was performed at 1100 ° C. for 144 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.00005 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0010 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.5N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.5 N / mm.

[比較例3]
密閉炉に、実施例1と同様にして窒化アルミニウム系焼結体を収納して密閉した。そして密閉炉に備えられたガス排気口を通じて、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプを用いて50Paまで減圧脱気した。そして、酸素分率10%,窒素分率90%の混合ガスを水温3℃の水槽でバブリングすることにより水分を含ませ、水分を含んだガスを10L/分の流量で導入しながら、1100℃で120時間熱処理した。なお、このときの炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は0.01MPa、水蒸気分圧は0.0008MPaであった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に厚み約3μmの酸化アルミニウム層が形成された。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, the aluminum nitride sintered body was housed in a closed furnace and sealed. And it degassed under reduced pressure to 50 Pa using the rotary pump and the mechanical booster pump through the gas exhaust port provided in the closed furnace. Then, a mixed gas having an oxygen fraction of 10% and a nitrogen fraction of 90% was bubbled in a water bath having a water temperature of 3 ° C. so as to contain moisture, and while introducing the moisture-containing gas at a flow rate of 10 L / min, 1100 ° C. For 120 hours. At this time, the total pressure in the furnace was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was 0.01 MPa, and the water vapor partial pressure was 0.0008 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 3 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body.

そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は1.3N/mmであった。   Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 1.3 N / mm.

[比較例4]
窒化アルミニウム系焼結体の熱処理の際に有機物としてパラフィンを収納しなかった以外は実施例9と同様にして酸化アルミニウム層が形成された窒化アルミニウム系基材を得た。なお、このときの熱処理は、1100℃で10時間行った。また熱処理時の炉内の全圧は、0.1013MPaであり、酸素分圧は約0.02〜0.021MPa、水蒸気分圧は0.0016MPaの範囲であった。その結果、窒化アルミニウム系焼結体表面に約3μmの酸化アルミニウム層が形成された。そして、実施例1と同様にしてピール強度を測定した。得られたピール強度は0.5N/mmであった。
[Comparative Example 4]
An aluminum nitride base material on which an aluminum oxide layer was formed was obtained in the same manner as in Example 9 except that paraffin was not stored as an organic substance during the heat treatment of the aluminum nitride sintered body. In addition, the heat processing at this time was performed at 1100 degreeC for 10 hours. The total pressure in the furnace during the heat treatment was 0.1013 MPa, the oxygen partial pressure was in the range of about 0.02 to 0.021 MPa, and the water vapor partial pressure was in the range of 0.0016 MPa. As a result, an aluminum oxide layer having a thickness of about 3 μm was formed on the surface of the aluminum nitride sintered body. Then, the peel strength was measured in the same manner as in Example 1. The peel strength obtained was 0.5 N / mm.

以上の結果を表1にまとめて示す。   The above results are summarized in Table 1.

Figure 2009234803
Figure 2009234803

表1の結果から、本発明に係る実施例1〜10の窒化アルミニウム系基材は剥離強度が1.1〜2.2N/mmであり、何れも酸化アルミニウム層の密着性が高いものであった。また、1100℃で熱処理した実施例1においては、酸化レートが0.125μm/時間と高かった。   From the results of Table 1, the aluminum nitride-based substrates of Examples 1 to 10 according to the present invention have a peel strength of 1.1 to 2.2 N / mm, and all have high adhesion of the aluminum oxide layer. It was. Moreover, in Example 1 heat-processed at 1100 degreeC, the oxidation rate was as high as 0.125 micrometer / hour.

一方、酸素分圧が大気と同様の分圧である比較例1においては、ピール強度が低かった。また、酸素分圧が本発明における範囲よりも低い比較例2においては、酸素分圧が低すぎて酸化レートが1100℃で熱処理した場合に0.014μm/時間と著しく低かった。   On the other hand, in Comparative Example 1 where the oxygen partial pressure was the same partial pressure as the atmosphere, the peel strength was low. Further, in Comparative Example 2 in which the oxygen partial pressure was lower than the range in the present invention, the oxygen partial pressure was too low, and when the heat treatment was performed at 1100 ° C., the oxygen partial pressure was extremely low, 0.014 μm / hour.

さらに、水蒸気分圧が本発明における範囲よりも低い比較例3においても、1100℃で熱処理した場合の酸化レートが0.025μm/時間と著しく低かった。   Furthermore, also in Comparative Example 3 where the water vapor partial pressure was lower than the range in the present invention, the oxidation rate when heat-treated at 1100 ° C. was remarkably low at 0.025 μm / hour.

また、比較例4は、酸化アルミニウム系焼結体の熱処理時に、炉内に有機物が収納しなかった以外は実施例9と同様にして行った例である。この結果から、炉内に有機物を収納した実施例9においては、有機物の燃焼により酸素分圧及び水蒸気分圧が本発明の範囲に維持され、それにより、ピール強度が1.8N/mmと高かったが、有機物を収納しなかった比較例4の場合には、同じ温度条件では、ピール強度が0.5N/mmと低かったことが分かる。   Further, Comparative Example 4 is an example performed in the same manner as Example 9 except that the organic substance was not stored in the furnace during the heat treatment of the aluminum oxide sintered body. From this result, in Example 9 in which the organic matter was stored in the furnace, the partial pressure of oxygen and the partial pressure of water vapor were maintained within the scope of the present invention by the combustion of the organic matter, whereby the peel strength was as high as 1.8 N / mm. However, in the case of the comparative example 4 which did not store organic substance, it turns out that peel strength was as low as 0.5 N / mm on the same temperature conditions.

Claims (6)

窒化アルミニウム系焼結体を、酸素分圧が0.0001〜0.01MPa及び水蒸気分圧が0.001MPa以上の雰囲気に調整された条件下において、1000〜1500℃の温度範囲で熱処理することにより、該窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化させて酸化アルミニウム層を形成させる熱処理工程を備えることを特徴とする窒化アルミニウム系基材の製造方法。   By heat-treating the aluminum nitride-based sintered body in a temperature range of 1000 to 1500 ° C. under conditions adjusted to an oxygen partial pressure of 0.0001 to 0.01 MPa and a water vapor partial pressure of 0.001 MPa or more. A method for producing an aluminum nitride base material, comprising a heat treatment step of oxidizing a surface layer of the aluminum nitride based sintered body to form an aluminum oxide layer. 前記熱処理工程が、密閉炉内において行われ、該密閉炉内の全圧が100Pa以下になるように減圧した後に、酸素分圧が0.0001〜0.01MPa及び水蒸気分圧が0.001MPa以上になるように該密閉炉内に気体を供給することにより密閉炉内の雰囲気を調整しながら行われる請求項1に記載の窒化アルミニウム系基材の製造方法。   The heat treatment step is performed in a closed furnace, and after reducing the total pressure in the closed furnace to 100 Pa or less, the oxygen partial pressure is 0.0001 to 0.01 MPa and the water vapor partial pressure is 0.001 MPa or more. The method for producing an aluminum nitride-based substrate according to claim 1, wherein the method is carried out while adjusting the atmosphere in the closed furnace by supplying a gas into the closed furnace. 前記密閉炉内に供給される気体が、分圧比(酸素/窒素)が1/9以下になるように調整された酸素と窒素とを含有する混合ガスを、水中でバブリングさせることにより得られる水分を含んだ気体である請求項2に記載の窒化アルミニウム系基材の製造方法。   Moisture obtained by bubbling in water a mixed gas containing oxygen and nitrogen adjusted so that the partial pressure ratio (oxygen / nitrogen) is 1/9 or less as the gas supplied into the closed furnace The method for producing an aluminum nitride-based substrate according to claim 2, wherein the gas contains gas. 前記熱処理工程が、所定量の有機物が収納された炉内で行われる請求項1に記載の窒化アルミニウム系基材の製造方法。   The manufacturing method of the aluminum nitride-type base material of Claim 1 with which the said heat processing process is performed within the furnace in which the predetermined amount of organic substance was accommodated. 前記窒化アルミニウム系焼結体の表面粗さ(Ra)が0.3〜4μmの範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム系基材の製造方法。   The method for producing an aluminum nitride-based substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a surface roughness (Ra) of the aluminum nitride-based sintered body is in a range of 0.3 to 4 µm. 前記熱処理工程により形成される酸化アルミニウム層の厚みが、1μm以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム系基材の製造方法。   The method for producing an aluminum nitride-based substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein a thickness of the aluminum oxide layer formed by the heat treatment step is 1 µm or more.
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