JP2021172556A - Aluminum nitride sintered compact and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide an aluminum nitride sintered compact having high thermal conductivity and excellent mechanical strength.SOLUTION: An aluminum nitride sintered compact includes aluminum nitride crystal grains and compound oxide crystal grains containing a rare earth element and aluminum. In the aluminum nitride sintered compact, the median diameter of the aluminum nitride crystal grains is 3.0 μm or less. A value obtained by dividing the difference between the cumulative value 90% particle diameter of the particle size distribution based on the number of the aluminum nitride crystal grains and the cumulative value 10% particle diameter of the particle size distribution based on the number of the aluminum nitride crystal grains by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains is 0.80-1.00. A value obtained by dividing the median diameter of the compound oxide crystal grains by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains is 0.50 or more and less than 1.00.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum nitride sintered body and a method for producing the same.

従来から、回路基板の小型化、パワーモジュールの高出力化が進んでいる。パワーモジュール等に使用される回路基板として、セラミックス焼結体表面に金属回路層がろう材で接合され、金属回路層の所定位置に半導体素子が搭載されたものが広く用いられている。 Conventionally, the miniaturization of circuit boards and the increase in output of power modules have been progressing. As a circuit board used for a power module or the like, a circuit board in which a metal circuit layer is bonded to the surface of a ceramic sintered body with a brazing material and a semiconductor element is mounted at a predetermined position of the metal circuit layer is widely used.

パワーモジュールが高い信頼性で動作するために、放熱性(熱伝導率)と機械的強度に優れた回路基板が求められる。放熱性(熱伝導率)が良好であれば、回路が発生する熱を効率よく放出して、半導体素子の過熱が抑制される。機械的強度が優れていれば、回路基板は、金属回路層との熱膨張係数差に起因する熱応力にも耐えることができる。このような要求に応える回路基板として、高い電気絶縁性と高い熱伝導性とを有する窒化アルミニウム焼結体を用いたセラミックス絶縁基板が適用されている。 In order for a power module to operate with high reliability, a circuit board with excellent heat dissipation (thermal conductivity) and mechanical strength is required. If the heat dissipation (thermal conductivity) is good, the heat generated by the circuit is efficiently released, and overheating of the semiconductor element is suppressed. If the mechanical strength is excellent, the circuit board can withstand the thermal stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion from the metal circuit layer. As a circuit board that meets such demands, a ceramics insulating substrate using an aluminum nitride sintered body having high electrical insulation and high thermal conductivity has been applied.

近年ではパワーモジュールの高性能化に伴い半導体素子の発生する熱量も多くなり、半導体素子の作動に伴う熱サイクルを受けて回路基板材料にクラックが発生しやすくなる。そこで、近年の熱量増大にも対応可能な、機械的強度がさらに優れた窒化ケイ素基板の適用が検討されている。しかしながら、窒化ケイ素基板は、熱伝導率が低く、最大でも100W/mK程度のものしか得られていない(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, the amount of heat generated by a semiconductor element has increased as the performance of the power module has improved, and cracks are likely to occur in the circuit board material due to the heat cycle associated with the operation of the semiconductor element. Therefore, the application of a silicon nitride substrate having further excellent mechanical strength, which can cope with an increase in the amount of heat in recent years, is being studied. However, the silicon nitride substrate has a low thermal conductivity, and only a silicon nitride substrate having a maximum thermal conductivity of about 100 W / mK has been obtained (see, for example, Patent Document 1).

さらに、焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒子の粒度分布を制御した窒化アルミニウム基板(例えば、特許文献2参照)や、焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒子の粒径及び焼結助剤に由来する複合酸化物結晶粒の粒径を制御した窒化アルミニウム基板(例えば、特許文献3参照)についても検討されている。 Further, it is derived from the aluminum nitride substrate in which the particle size distribution of the aluminum nitride crystal particles in the sintered body is controlled (see, for example, Patent Document 2), the particle size of the aluminum nitride crystal particles in the sintered body, and the sintering aid. An aluminum nitride substrate having a controlled particle size of composite oxide crystal grains (see, for example, Patent Document 3) has also been studied.

特開2002−029849号公報JP-A-2002-029849 特開2005−200287号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-200287 特開2010−215465号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-215465

しかしながら、特許文献2には、焼結体中の窒化アルミニウム結晶粒子の粒度分布の範囲が広すぎて、機械的強度の向上の程度が乏しいという問題がある。また、特許文献3には、焼結体中における、窒化アルミニウム結晶粒子及び複合酸化物結晶粒の粒子径を小さくすることによって機械的強度が向上されているものの、機械的強度が600MPaを超える窒化アルミニウム基板は得られていない。 However, Patent Document 2 has a problem that the range of the particle size distribution of the aluminum nitride crystal particles in the sintered body is too wide and the degree of improvement in mechanical strength is poor. Further, in Patent Document 3, although the mechanical strength is improved by reducing the particle size of the aluminum nitride crystal grains and the composite oxide crystal grains in the sintered body, the mechanical strength exceeds 600 MPa. No aluminum substrate has been obtained.

以上より、高い熱伝導性及び優れた機械的強度を有する窒化アルミニウム焼結体を得ることが強く望まれていた。 From the above, it has been strongly desired to obtain an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and excellent mechanical strength.

本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたものであり、高い熱伝導性及び優れた機械的強度を有する窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and excellent mechanical strength and a method for producing the same. ..

本発明は、(i)窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径、(ii)窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値90%粒子径と窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値10%粒子径との差を、窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値、並びに、(iii)複合酸化物結晶粒のメジアン径を窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値を、それぞれ、特定の範囲内とすることにより、高い熱伝導性を維持しながら、従来よりも優れた機械的強度を有する窒化アルミニウム焼結体が得られることを見出したことに基づくものである。
さらに、本発明は、上記(i)(ii)(iii)は、窒化アルミニウム焼結体の製造方法における、(iv)一次混合工程での窒化アルミニウム粉末及び焼結助剤粉末の体積平均粒径、(v)一次混合工程での焼結助剤粉末の含有量、及び(vi)焼結工程における焼成条件、などを調整することにより、調整可能であることを見出したことに基づくものである。
In the present invention, (i) the median diameter of the aluminum nitride crystal grains, (ii) the cumulative value of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains 90%, and the cumulative value of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains 10 The value obtained by dividing the difference from the% particle size by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains and the value obtained by dividing the median diameter of the (iii) composite oxide crystal grains by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains are specified. This is based on the finding that an aluminum nitride sintered body having better mechanical strength than the conventional one can be obtained while maintaining high thermal conductivity.
Further, in the present invention, the above (i), (ii) and (iii) are the volume average particle diameters of the aluminum nitride powder and the sintering aid powder in the (iv) primary mixing step in the method for producing an aluminum nitride sintered body. , (V) The content of the sintering aid powder in the primary mixing step, and (vi) the firing conditions in the sintering step, etc., are found to be adjustable. ..

すなわち、本発明は、以下の[1]〜[6]を提供するものである。
[1]窒化アルミニウム結晶粒と、希土類元素及びアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒とを含む窒化アルミニウム焼結体であって、前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が3.0μm以下であり、前記窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値90%粒子径と前記窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値10%粒子径との差を、前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値が、0.80〜1.00であり、前記複合酸化物結晶粒のメジアン径を前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値が0.50以上1.00未満である、窒化アルミニウム焼結体。
[2]前記希土類元素が、イットリウム元素及びランタノイド系希土類元素からなる群より選択される少なくとも1種を含む、上記[1]に記載の窒化アルミニウム焼結体。
[3]熱伝導率が130W/m・K以上であり、且つ、曲げ強度が700MPa以上である、上記[1]又は[2]に記載の窒化アルミニウム焼結体。
[4]前記複合酸化物結晶粒のX線回折測定の質量換算による合計含有量が、前記窒化アルミニウム焼結体100質量%中、8〜16質量%である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法であって、窒化アルミニウム粉末、及び、希土類元素を含有する焼結助剤粉末を含む原料粉末と、有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程と、前記原料スラリーを用いて窒化アルミニウム成形体を成形する成形工程と、前記窒化アルミニウム成形体を、酸化性ガスを用いて脱脂して、窒化アルミニウム脱脂体を得る脱脂工程と、前記窒化アルミニウム脱脂体を、不活性ガス雰囲気下、焼成温度1800℃以下、及び焼成時間24時間以下の条件で焼成して、前記窒化アルミニウム焼結体を得る焼結工程と、を含み、前記一次混合工程において、前記窒化アルミニウム粉末の体積平均粒径が0.50〜0.85μmであり、前記焼結助剤粉末の体積平均粒径が0.40〜0.90μmであり、前記焼結助剤粉末の含有量が、前記原料粉末100質量%中、5〜14質量%である、窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
[6]前記不活性ガスが窒素ガスである、上記[5]に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [6].
[1] An aluminum nitride sintered body containing aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains containing rare earth elements and aluminum elements, wherein the aluminum nitride crystal grains have a median diameter of 3.0 μm or less, and the above. The difference between the cumulative value of 90% particle size of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains and the cumulative value of 10% particle size of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains is determined by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains. The value obtained by dividing is 0.80 to 1.00, and the value obtained by dividing the median diameter of the composite oxide crystal grain by the median diameter of the aluminum nitride crystal grain is 0.50 or more and less than 1.00. Aluminum sintered body.
[2] The aluminum nitride sintered body according to the above [1], wherein the rare earth element contains at least one selected from the group consisting of yttrium elements and lanthanoid-based rare earth elements.
[3] The aluminum nitride sintered body according to the above [1] or [2], which has a thermal conductivity of 130 W / m · K or more and a bending strength of 700 MPa or more.
[4] The above [1] to [3], wherein the total content of the composite oxide crystal grains in X-ray diffraction measurement in terms of mass is 8 to 16% by mass in 100% by mass of the aluminum nitride sintered body. The aluminum nitride sintered body according to any one of.
[5] The method for producing an aluminum nitride sintered body according to any one of the above [1] to [4], which comprises an aluminum nitride powder and a raw material powder containing a sintering aid powder containing a rare earth element. , A primary mixing step of mixing with an organic solvent to obtain a raw material slurry, a molding step of molding an aluminum nitride molded body using the raw material slurry, and degreasing the aluminum nitride molded body with an oxidizing gas. The aluminum nitride sintered body is obtained by firing the aluminum nitride degreased body in an inert gas atmosphere under the conditions of a firing temperature of 1800 ° C. or lower and a firing time of 24 hours or less. In the primary mixing step, the volume average particle size of the aluminum nitride powder is 0.50 to 0.85 μm, and the volume average particle size of the sintering aid powder is 0.40. A method for producing an aluminum nitride sintered body, which is ~ 0.90 μm and the content of the sintering aid powder is 5 to 14% by mass in 100% by mass of the raw material powder.
[6] The method for producing an aluminum nitride sintered body according to the above [5], wherein the inert gas is nitrogen gas.

本発明によれば、高い熱伝導性及び優れた機械的強度を有する窒化アルミニウム焼結体を提供することができる。
また、本発明の製造方法によれば、高い熱伝導性及び優れた機械的強度を有する窒化アルミニウム焼結体を好適に得ることができる。
According to the present invention, it is possible to provide an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and excellent mechanical strength.
Further, according to the production method of the present invention, an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and excellent mechanical strength can be preferably obtained.

実施例2の窒化アルミニウム焼結体の断面の走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」と略称する。)観察像(倍率1000倍)である。なお、図1において、暗部が窒化アルミニウム結晶粒であり、明部が複合酸化物結晶粒である。It is a scanning electron microscope (hereinafter, abbreviated as "SEM") observation image (magnification 1000 times) of the cross section of the aluminum nitride sintered body of Example 2. In FIG. 1, the dark part is the aluminum nitride crystal grain and the bright part is the composite oxide crystal grain. 実施例2の窒化アルミニウム焼結体の断面のSEM観察像(倍率5000倍)である。なお、図2において、矢印の一方(暗部)の長さAが窒化アルミニウム結晶粒の最長径であり、矢印の他方(明部)の長さBが複合酸化物結晶粒径の最長径である。It is an SEM observation image (magnification 5000 times) of the cross section of the aluminum nitride sintered body of Example 2. In FIG. 2, the length A of one of the arrows (dark part) is the longest diameter of the aluminum nitride crystal grains, and the length B of the other (bright part) of the arrow is the longest diameter of the composite oxide crystal grain size. .. 比較例1の窒化アルミニウム焼結体の断面のSEM観察像(倍率1000倍)である。It is an SEM observation image (magnification 1000 times) of the cross section of the aluminum nitride sintered body of Comparative Example 1. 比較例1の窒化アルミニウム焼結体の断面のSEM観察像(倍率5000倍)である。It is an SEM observation image (magnification 5000 times) of the cross section of the aluminum nitride sintered body of Comparative Example 1.

以下、本実施形態の窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法を詳細に説明する。
本明細書において、好ましいとする規定は任意に選択でき、好ましいとする規定同士の組み合わせはより好ましいといえる。
本明細書において、「XX〜YY」との記載は、「XX以上YY以下」を意味する。
本明細書において、好ましい数値範囲(例えば、含有量等の範囲)について、段階的に記載された下限値及び上限値は、それぞれ独立して組み合わせることができる。例えば、「好ましくは10〜90、より好ましくは30〜60」という記載から、「好ましい下限値(10)」と「より好ましい上限値(60)」とを組み合わせて、「10〜60」とすることもできる。
Hereinafter, the aluminum nitride sintered body of the present embodiment and a method for producing the same will be described in detail.
In the present specification, the preferred provisions can be arbitrarily selected, and it can be said that the combination of the preferred provisions is more preferable.
In the present specification, the description of "XX to YY" means "XX or more and YY or less".
In the present specification, the lower limit value and the upper limit value described stepwise for a preferable numerical range (for example, a range such as content) can be independently combined. For example, from the description of "preferably 10 to 90, more preferably 30 to 60", the "preferable lower limit value (10)" and the "more preferable upper limit value (60)" are combined to obtain "10 to 60". You can also do it.

〔窒化アルミニウム焼結体〕
本実施形態の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム(以下、「AlN」とも記す)結晶粒と、希土類元素及びアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒(単に、「複合酸化物結晶粒」ということもある)とを含むものである。
ここで、AlN焼結体は、主成分がAlN結晶粒を含む多結晶体であることが好ましく、また、副成分が複合酸化物結晶粒であることが好ましい。
また、本明細書において、「主成分」とは、その含有量が50質量%を超える成分を意味する。
AlN焼結体におけるAlN結晶粒の含有量としては、特に制限はないが、AlN焼結体の機械的強度および放熱性(熱伝導率)の観点から、窒化アルミニウム焼結体100質量%中、好ましくは84〜92質量%、より好ましくは85〜89質量%、更に好ましくは86〜88質量%である。
AlN焼結体における複合酸化物結晶粒の合計含有量としては、特に制限はないが、AlN焼結体製造における焼結性、AlN焼結体の機械的強度、及び放熱性(熱伝導率)の観点から、窒化アルミニウム焼結体100質量%中、好ましくは8〜16質量%、より好ましくは11〜15質量%、更に好ましくは12〜14質量%、特に好ましくは11〜14質量%である。
なお、上記AlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒の含有量は、実施例における「X線回折測定(XRD測定)によるAlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒の含有率測定」の欄に示す方法により測定された質量換算による含有率である。
また、AlN焼結体は、AlN結晶粒と複合酸化物結晶粒以外の結晶粒とを含むと、AlN焼結体の熱伝導性を低下させる可能性が高いことから、AlN焼結体が含む結晶粒は、AlN結晶粒と複合酸化物結晶粒とのみからなることが好ましい。
AlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒の結晶相は、X線回折測定(XRD測定)により同定でき、これらの同定は、X線回折測定(XRD測定)において、解析ソフトHighScore Plus(スペクトリス(株)製)を用いて、行うことができる。
なお、例えば、図1に示すようにAlN焼結体の断面のSEM像においてAlN結晶粒と複合酸化物結晶粒とが観察されるとき、比較的暗く見える粒子(暗部)(例えば、後述する図2におけるP)がAlN結晶粒であり、比較的明るく見える粒子(明部)(例えば、後述する図2におけるX)が後述する複合酸化物結晶粒である。
AlN結晶粒と複合酸化物結晶粒との区別は、SEM装置に付属するエネルギー分散型X線分光(EDS)分析装置を用いて、結晶粒が含有する元素の違いから確認することもできる(この方法を、以下、「SEM−EDS分析」と記すこともある)。
[Aluminum nitride sintered body]
The aluminum nitride sintered body of the present embodiment is defined as aluminum nitride (hereinafter, also referred to as “AlN”) crystal grains and composite oxide crystal grains containing rare earth elements and aluminum elements (simply referred to as “composite oxide crystal grains”). There is also) and.
Here, the AlN sintered body is preferably a polycrystalline body containing AlN crystal grains as a main component, and preferably a composite oxide crystal grain as a sub component.
Further, in the present specification, the "main component" means a component whose content exceeds 50% by mass.
The content of AlN crystal grains in the AlN sintered body is not particularly limited, but from the viewpoint of mechanical strength and heat dissipation (thermal conductivity) of the AlN sintered body, in 100% by mass of the aluminum nitride sintered body, It is preferably 84 to 92% by mass, more preferably 85 to 89% by mass, and even more preferably 86 to 88% by mass.
The total content of the composite oxide crystal grains in the AlN sintered body is not particularly limited, but the sinterability in the production of the AlN sintered body, the mechanical strength of the AlN sintered body, and the heat dissipation (thermal conductivity). From this point of view, it is preferably 8 to 16% by mass, more preferably 11 to 15% by mass, still more preferably 12 to 14% by mass, and particularly preferably 11 to 14% by mass in 100% by mass of the aluminum nitride sintered body. ..
The contents of the AlN crystal grains and the composite oxide crystal grains are determined by the method shown in the column of "Measurement of the content of AlN crystal grains and the composite oxide crystal grains by X-ray diffraction measurement (XRD measurement)" in the example. It is the content rate in terms of measured mass.
Further, the AlN sintered body includes the AlN sintered body because there is a high possibility that the thermal conductivity of the AlN sintered body is lowered when the AlN sintered body contains the AlN crystal grains and the crystal grains other than the composite oxide crystal grains. The crystal grains preferably consist only of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains.
The crystal phases of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains can be identified by X-ray diffraction measurement (XRD measurement), and these identifications can be made by analysis software HighScore Plus (Spectris Co., Ltd.) in X-ray diffraction measurement (XRD measurement). It can be done by using (manufactured by).
For example, as shown in FIG. 1, when the AlN crystal grains and the composite oxide crystal grains are observed in the SEM image of the cross section of the AlN sintered body, the particles (dark portion) appear relatively dark (for example, the figure described later). P) in 2 is an AlN crystal grain, and a particle (bright part) that looks relatively bright (for example, X in FIG. 2 described later) is a composite oxide crystal grain described later.
The distinction between AlN crystal grains and composite oxide crystal grains can also be confirmed by the difference in the elements contained in the crystal grains using the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyzer attached to the SEM device (this). The method may be hereinafter referred to as "SEM-EDS analysis").

(AlN結晶粒)
AlN結晶粒は、AlNを含み、主成分としてAlNを含むことが好ましく、AlNのみからなる純物質であることがより好ましい。
AlN結晶粒におけるAlNの含有量としては、特に制限はないが、好ましくは95質量%以上、より好ましくは99質量%以上、更に好ましくは100質量%である。
(AlN crystal grains)
The AlN crystal grains preferably contain AlN and contain AlN as a main component, and more preferably a pure substance consisting only of AlN.
The content of AlN in the AlN crystal grains is not particularly limited, but is preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and further preferably 100% by mass.

<AlN結晶粒のメジアン径>
本明細書では、AlN結晶粒の大きさをメジアン径で定義する。本明細書では、「メジアン径」とは、走査型顕微鏡(SEM)で測定した個数基準の粒度分布の累積値50%粒子径に相当する値である。
AlN結晶粒のメジアン径としては、3.0μm以下である限り、特に制限はないが、AlN焼結体の機械的強度の観点から、好ましくは2.5μm以下、より好ましくは2.0μm以下であり、AlN焼結体の緻密化の観点から、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは1.5μm以上である。
AlN結晶粒のメジアン径が、3.0μm以下であることにより、機械的強度を発揮することができ、また、上記好ましい範囲内であれば、機械的強度を十分に発揮することができる。
なお、AlN結晶粒のメジアン径の詳細な測定方法については、以下で説明する。
AlN結晶粒のメジアン径は、ダイヤペン(アズワン製Dポイントペン)を用いてAlN焼結体を破断させて、AlN焼結体の断面を作製し、該断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1000倍以上(例えば、1000倍、3000倍、5000倍、など)の倍率で観察する。任意の100μm四方の領域において少なくとも500個のAlN結晶粒の粒径を、ノギスを用いて計測して求める。より具体的には、後述する実施例に記載の方法により求める。AlN結晶粒は完全な球形ではないので、最長径をAlN結晶粒の粒径とする。なお、前述したように、例えば、図2に示すSEM像において、比較的暗く見える粒子(暗部)PがAlN結晶粒である。
<Median diameter of AlN crystal grains>
In this specification, the size of AlN crystal grains is defined by the median diameter. In the present specification, the "median diameter" is a value corresponding to a cumulative value of 50% particle size of a number-based particle size distribution measured by a scanning electron microscope (SEM).
The median diameter of the AlN crystal grains is not particularly limited as long as it is 3.0 μm or less, but from the viewpoint of the mechanical strength of the AlN sintered body, it is preferably 2.5 μm or less, more preferably 2.0 μm or less. From the viewpoint of densification of the AlN sintered body, it is preferably 1.0 μm or more, more preferably 1.5 μm or more.
When the median diameter of the AlN crystal grains is 3.0 μm or less, the mechanical strength can be exhibited, and when it is within the above preferable range, the mechanical strength can be sufficiently exhibited.
The detailed measurement method of the median diameter of AlN crystal grains will be described below.
For the median diameter of AlN crystal grains, a diamond pen (D point pen manufactured by AS ONE) was used to break the AlN sintered body to prepare a cross section of the AlN sintered body, and the cross section was subjected to a scanning electron microscope (SEM). Observe at a magnification of 1000 times or more (for example, 1000 times, 3000 times, 5000 times, etc.). The particle size of at least 500 AlN crystal grains in an arbitrary 100 μm square region is measured and determined using a caliper. More specifically, it is obtained by the method described in Examples described later. Since the AlN crystal grains are not completely spherical, the longest diameter is defined as the particle size of the AlN crystal grains. As described above, for example, in the SEM image shown in FIG. 2, the particles (dark portion) P that appear to be relatively dark are AlN crystal grains.

<AlN結晶粒の粒度分布>
AlN結晶粒の粒度分布は、前述のメジアン径の測定と同様の手法で得られた累積値90%粒子径と累積値10%粒子径との差を、メジアン径で除した値で定義する。
AlN結晶粒の粒度分布としては、0.80〜1.00である限り、特に制限はないが、好ましくは0.85〜1.00、より好ましくは0.90〜1.00である。
AlN結晶粒の粒度分布が、0.80以上であることにより、機械的強度を発揮することができ、0.85以上であれば、機械的強度をより十分発揮することができる。
<Particle size distribution of AlN crystal grains>
The particle size distribution of AlN crystal grains is defined by the difference between the cumulative 90% particle diameter and the cumulative 10% particle diameter obtained by the same method as the above-mentioned measurement of the median diameter, divided by the median diameter.
The particle size distribution of the AlN crystal grains is not particularly limited as long as it is 0.80 to 1.00, but is preferably 0.85 to 1.00, and more preferably 0.99 to 1.00.
When the particle size distribution of the AlN crystal grains is 0.80 or more, the mechanical strength can be exhibited, and when it is 0.85 or more, the mechanical strength can be more sufficiently exhibited.

(複合酸化物結晶粒)
複合酸化物結晶粒は、希土類元素及びアルミニウム元素を含む複合酸化物の結晶粒であって、希土類元素及びアルミニウム元素を含み、希土類元素及びアルミニウム元素のみを含むことが好ましい。複合酸化物結晶粒は、通常、AlN結晶粒の粒界に存在する。
複合酸化物結晶粒における希土類元素の含有量としては、特に制限はないが、放熱性(熱伝導率)の観点から、好ましくは45質量%以上、より好ましくは54質量%以上、更に好ましくは60質量%以上である。
複合酸化物結晶粒におけるアルミニウム元素の含有量としては、特に制限はないが、放熱性(熱伝導率)の観点から、好ましくは23質量%以下、より好ましくは16質量%以下、更に好ましくは13質量%以下である。
複合酸化物結晶粒の結晶相としては、単斜晶系構造(REAl)の結晶相、斜方晶系ペロブスカイト構造(REAlO)の結晶相、立方晶系ガーネット構造(REAl12)の結晶相、などが挙げられる。なおここで、「RE(「RE元素」ということもある)」は、イットリウム元素及びランタノイド系希土類元素からなる群より選択される少なくとも1種を表す。
そして、複合酸化物結晶粒は、RE元素及びアルミニウム元素を含むことが好ましく(即ち、希土類元素が、イットリウム元素及びランタノイド系希土類元素からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく)、REAl、REAlO、及びREAl12からなる群より選択される少なくとも1種の結晶相を含むことがより好ましい。但し、REAl12単独の結晶相からなるものは含まないことが好ましい。
なお、ランタノイド系希土類元素としては、サマリウム(Sm)が好ましい。
(Composite oxide crystal grains)
The composite oxide crystal grain is a crystal grain of a composite oxide containing a rare earth element and an aluminum element, and preferably contains a rare earth element and an aluminum element, and preferably contains only a rare earth element and an aluminum element. The composite oxide crystal grains are usually present at the grain boundaries of AlN crystal grains.
The content of the rare earth element in the composite oxide crystal grains is not particularly limited, but from the viewpoint of heat dissipation (thermal conductivity), it is preferably 45% by mass or more, more preferably 54% by mass or more, still more preferably 60. It is mass% or more.
The content of the aluminum element in the composite oxide crystal grains is not particularly limited, but from the viewpoint of heat dissipation (thermal conductivity), it is preferably 23% by mass or less, more preferably 16% by mass or less, still more preferably 13. It is less than mass%.
The crystal phase of the composite oxide crystal grains includes a monoclinic structure (RE 4 Al 2 O 9 ) crystal phase, an oblique perovskite structure (REALO 3 ) crystal phase, and a cubic garnet structure (RE 3). Examples include the crystal phase of Al 5 O 12). Here, "RE (sometimes referred to as" RE element ")" represents at least one selected from the group consisting of yttrium element and lanthanoid rare earth element.
The composite oxide crystal grains preferably contain an RE element and an aluminum element (that is, the rare earth element preferably contains at least one selected from the group consisting of the yttrium element and the lanthanoid-based rare earth element). It is more preferable to include at least one crystal phase selected from the group consisting of RE 4 Al 2 O 9 , REAlO 3 , and RE 3 Al 5 O 12. However, it is preferable not to include the one consisting of the crystal phase of RE 3 Al 5 O 12 alone.
As the lanthanoid rare earth element, samarium (Sm) is preferable.

<複合酸化物結晶粒のメジアン径>
複合酸化物結晶粒のメジアン径としては、特に制限はないが、AlN焼結体の機械的強度の観点から、好ましくは2.5μm以下、より好ましくは2.0μm以下であり、AlN焼結体の緻密化の観点から、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは1.2μm以上である。
本明細書では、複合酸化物結晶粒の大きさを、前述のAlN結晶粒の場合と同様に、メジアン径で定義する。複合酸化物結晶粒のメジアン径は、ダイヤペン(アズワン製Dポイントペン)を用いてAlN焼結体を破断させて、AlN焼結体の断面を作製し、該断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1000倍以上(例えば、1000倍、3000倍、5000倍、など)の倍率で観察する。任意の100μm四方の領域において少なくとも200個の複合酸化物結晶粒の粒径を、ノギスを用いて計測して求める。より具体的には、後述する実施例に記載の方法により求める。複合酸化物結晶粒は完全な球形ではないので、最長径を複合酸化物結晶粒の粒径とする。なお、前述したように、例えば、図2に示すSEM像において、比較的明るく見える粒子(明部)Xが複合酸化物結晶粒である。
<Median diameter of composite oxide crystal grains>
The median diameter of the composite oxide crystal grains is not particularly limited, but from the viewpoint of the mechanical strength of the AlN sintered body, it is preferably 2.5 μm or less, more preferably 2.0 μm or less, and the AlN sintered body. From the viewpoint of densification, the thickness is preferably 1.0 μm or more, more preferably 1.2 μm or more.
In the present specification, the size of the composite oxide crystal grains is defined by the median diameter as in the case of the AlN crystal grains described above. The median diameter of the composite oxide crystal grains is determined by breaking the AlN sintered body with a diamond pen (D point pen manufactured by AS ONE) to prepare a cross section of the AlN sintered body, and scanning the cross section with a scanning electron microscope (SEM). For observation at a magnification of 1000 times or more (for example, 1000 times, 3000 times, 5000 times, etc.). The particle size of at least 200 composite oxide crystal grains in an arbitrary 100 μm square region is measured and determined using a caliper. More specifically, it is obtained by the method described in Examples described later. Since the composite oxide crystal grains are not completely spherical, the longest diameter is defined as the particle size of the composite oxide crystal grains. As described above, for example, in the SEM image shown in FIG. 2, the particles (bright portions) X that appear relatively bright are composite oxide crystal grains.

<「AlN結晶粒のメジアン径」と「複合酸化物結晶粒のメジアン径」との比>
一般的には、複合酸化物結晶粒のメジアン径が小さいほど、AlN焼結体の機械的強度が高くなるが、本実施形態のAlN焼結体では、AlN焼結体が含むAlN結晶粒のメジアン径と複合酸化物結晶粒のメジアン径とが特定の比率となるように調整される。
複合酸化物結晶粒のメジアン径をAlN結晶粒のメジアン径で除した値としては、0.50以上1.00未満である限り、特に制限はないが、好ましくは0.60以上0.99以下であり、より好ましくは0.70以上0.97以下、更に好ましくは0.70以上0.95以下である。
本実施形態のAlN焼結体では、複合酸化物結晶粒のメジアン径をAlN結晶粒のメジアン径で除した値が、0.50以上であることにより、応力の分散を均一にして、機械的強度を向上させることができ、一方、1.00未満であることにより、複合酸化物結晶粒自体が破壊の起点となるのを抑制して、機械的強度を向上させることができる。
<Ratio of "Median diameter of AlN crystal grains" and "Median diameter of composite oxide crystal grains">
Generally, the smaller the median diameter of the composite oxide crystal grains, the higher the mechanical strength of the AlN sintered body. However, in the AlN sintered body of the present embodiment, the AlN crystal grains contained in the AlN sintered body The median diameter and the median diameter of the composite oxide crystal grains are adjusted to have a specific ratio.
The value obtained by dividing the median diameter of the composite oxide crystal grains by the median diameter of the AlN crystal grains is not particularly limited as long as it is 0.50 or more and less than 1.00, but is preferably 0.60 or more and 0.99 or less. It is more preferably 0.70 or more and 0.97 or less, and further preferably 0.70 or more and 0.95 or less.
In the AlN sintered body of the present embodiment, the value obtained by dividing the median diameter of the composite oxide crystal grains by the median diameter of the AlN crystal grains is 0.50 or more, so that the stress dispersion is made uniform and mechanical. On the other hand, when the strength is less than 1.00, the composite oxide crystal grains themselves can be suppressed from becoming the starting point of fracture, and the mechanical strength can be improved.

上述したように、AlN結晶粒と複合酸化物結晶粒とを含み、且つ、AlN結晶粒のメジアン径、AlN結晶粒の粒度分布、及び複合酸化物結晶粒のメジアン径を、それぞれ調整したAlN焼結体は、熱伝導性及び機械的強度に優れている。
したがって、本実施形態のAlN焼結体は、特に、パワーモジュールの回路基板に代表される高い放熱性、熱伝導性及び機械的強度が要求される用途への活用が大いに期待される。
As described above, AlN firing containing AlN crystal grains and composite oxide crystal grains, and adjusting the median diameter of the AlN crystal grains, the particle size distribution of the AlN crystal grains, and the median diameter of the composite oxide crystal grains, respectively. The body is excellent in thermal conductivity and mechanical strength.
Therefore, the AlN sintered body of the present embodiment is highly expected to be used for applications that require high heat dissipation, thermal conductivity, and mechanical strength, as typified by circuit boards of power modules.

(AlN焼結体の熱伝導率)
AlN焼結体の熱伝導率としては、特に制限はないが、好ましくは130W/m・K以上、より好ましくは140W/m・K以上、更に好ましくは150W/m・K以上である。
なお、「熱伝導率」は、実施例に記載の方法で測定する。
(Thermal conductivity of AlN sintered body)
The thermal conductivity of the AlN sintered body is not particularly limited, but is preferably 130 W / m · K or more, more preferably 140 W / m · K or more, and further preferably 150 W / m · K or more.
The "thermal conductivity" is measured by the method described in Examples.

(AlN焼結体の曲げ強度)
AlN焼結体の曲げ強度としては、特に制限はないが、好ましくは700MPa以上、より好ましくは730MPa以上、更に好ましくは750MPa以上である。
なお、「曲げ強度(3点曲げ強度)」は、実施例に記載の方法で測定する。
(Bending strength of AlN sintered body)
The bending strength of the AlN sintered body is not particularly limited, but is preferably 700 MPa or more, more preferably 730 MPa or more, and further preferably 750 MPa or more.
The "bending strength (three-point bending strength)" is measured by the method described in the examples.

(AlN焼結体の密度及び相対密度)
AlN焼結体の密度の絶対値は、イットリウムの含有比率(Yの仕込量、焼結助剤粉末の添加量)、AlN焼結体における酸化物の種類、などに応じて、変動するので、通常、一概には定義できないが、本明細書においては、AlN焼結体の密度を、後述する実施例に記載の方法により求める。
AlN焼結体の相対密度としては、AlN及びYの合計仕込量(合計含有比率)を100質量%と定義して、相対評価のために用いるものであり、特に制限はないが、AlN焼結体の機械的強度および放熱性(熱伝導率)の観点から、好ましくは98.0〜99.9質量%、より好ましくは99.0〜99.9質量%、更に好ましくは99.5〜99.9質量%である。なお、AlN焼結体の相対密度は、後述する実施例に記載の方法により求められる。
(Density and relative density of AlN sintered body)
The absolute value of the density of the AlN sintered body, the content ratio of yttrium (charged amount of Y 2 O 3, the addition amount of the sintering aid powder), the type of oxide in the AlN sintered body, depending on the variation Therefore, although it cannot be defined unconditionally, in the present specification, the density of the AlN sintered body is determined by the method described in Examples described later.
The relative density of the AlN sintered body, the total charge amount of AlN and Y 2 O 3 (total content ratio) was defined as 100% by mass, which is used for relative evaluation is not particularly limited, From the viewpoint of mechanical strength and heat dissipation (thermal conductivity) of the AlN sintered body, it is preferably 98.0 to 99.9% by mass, more preferably 99.0 to 99.9% by mass, and further preferably 99. It is 5 to 99.9% by mass. The relative density of the AlN sintered body is determined by the method described in Examples described later.

〔AlN焼結体の製造方法〕
本実施形態のAlN焼結体の製造方法は、(1)AlN粉末及び焼結助剤粉末を含む原料粉末と、有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程と、(2)バインダーを有機溶剤に溶解させてバインダー溶液を得るバインダー溶液調製工程と、(3)原料スラリーとバインダー溶液とを混合して混合スラリーを得る二次混合工程と、(4)混合スラリーを成形してAlN成形体を得る成形工程と、(5)AlN成形体を、酸化性ガスを用いて脱脂して、AlN脱脂体を得る脱脂工程と、(6)AlN脱脂体を、不活性ガス雰囲気下、所定条件で焼成して、AlN焼結体を得る焼結工程と、を含むことが好ましい。これらの工程のうち、(1)及び(4)〜(6)は必須の工程である。(2)及び(3)の工程を省略して(1)の工程でバインダーを直接溶解した混合スラリーとしてもよい。
各工程について、以下詳細に説明する。
[Manufacturing method of AlN sintered body]
The method for producing the AlN sintered body of the present embodiment includes (1) a primary mixing step of mixing a raw material powder containing AlN powder and a sintering aid powder with an organic solvent to obtain a raw material slurry, and (2) a binder. A binder solution preparation step of obtaining a binder solution by dissolving the above in an organic solvent, (3) a secondary mixing step of mixing a raw material slurry and a binder solution to obtain a mixed slurry, and (4) molding a mixed slurry to form AlN. A molding step of obtaining a molded body, (5) a degreasing step of degreasing an AlN molded body with an oxidizing gas to obtain an AlN degreased body, and (6) a predetermined AlN degreased body in an inert gas atmosphere. It is preferable to include a sintering step of firing under the conditions to obtain an AlN sintered body. Of these steps, (1) and (4) to (6) are essential steps. The steps (2) and (3) may be omitted to obtain a mixed slurry in which the binder is directly dissolved in the step (1).
Each step will be described in detail below.

((1)一次混合工程)
一次混合工程は、AlN粉末及び焼結助剤粉末を含む原料粉末と、有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る工程である。ここで、原料粉末は、AlN粉末及び焼結助剤粉末のみからなることが好ましい。
一次混合工程における混合方法としては、特に制限はなく、例えば、各成分(原料粉末、有機溶剤)を通常の攪拌機を用いて混合すること、などが挙げられる。AlN粉末及び焼結助剤粉末は、それぞれの原料を粉砕(一次粉砕)して所定の粒径に調整しておくことが好ましい。上記一次混合工程における混合は、通常、AlN粉末粒子の粒径は変化しない条件で行う。また、一次混合工程後の工程(二次混合工程)では、AlN粉末粒子及び焼結助剤粉末の粒径が変化しないような条件で、攪拌や濾過等を行う。よって、AlN粉末及び焼結助剤粉末は、それぞれの原料を粉砕(一次粉砕)して調整された粒径が、通常、後述する成形工程や脱脂工程における粒径となる。
((1) Primary mixing step)
The primary mixing step is a step of mixing a raw material powder containing AlN powder and a sintering aid powder with an organic solvent to obtain a raw material slurry. Here, the raw material powder preferably consists of only AlN powder and sintering aid powder.
The mixing method in the primary mixing step is not particularly limited, and examples thereof include mixing each component (raw material powder, organic solvent) using a normal stirrer. For the AlN powder and the sintering aid powder, it is preferable that the respective raw materials are pulverized (primary pulverization) to adjust the particle size to a predetermined value. The mixing in the primary mixing step is usually carried out under the condition that the particle size of the AlN powder particles does not change. Further, in the step after the primary mixing step (secondary mixing step), stirring, filtration, etc. are performed under the condition that the particle sizes of the AlN powder particles and the sintering aid powder do not change. Therefore, in the AlN powder and the sintering aid powder, the particle size adjusted by crushing (primary pulverizing) each raw material is usually the particle size in the molding step and the degreasing step described later.

<AlN粉末>
AlN粉末は、体積平均径が所定の範囲内となるように、AlN原料を粉砕(一次粉砕)することが好ましい。
ここで、AlN原料の一次粉砕としては、例えば、ボールミル、振動ミル、アトライター等の粉砕機能を備えた混合容器を用いて行うことができる。これらの中でも、生産性の観点で、ボールミルが好ましい。
一次粉砕に用いられる混合容器の材質としては、特に制限はないが、遷移金属元素等の不純物混入を抑制する観点から、樹脂、高純度アルミナが好ましい。
ボールミルに用いられる粉砕ボールの材質としては、特に制限はないが、高純度アルミナが好ましく、純度99.9質量%以上の高純度アルミナがより好ましい。
<AlN powder>
For the AlN powder, it is preferable to pulverize (primary pulverize) the AlN raw material so that the volume average diameter is within a predetermined range.
Here, as the primary pulverization of the AlN raw material, for example, a mixing container having a pulverizing function such as a ball mill, a vibration mill, or an attritor can be used. Among these, a ball mill is preferable from the viewpoint of productivity.
The material of the mixing container used for the primary pulverization is not particularly limited, but a resin or high-purity alumina is preferable from the viewpoint of suppressing contamination of impurities such as transition metal elements.
The material of the crushed balls used in the ball mill is not particularly limited, but high-purity alumina is preferable, and high-purity alumina having a purity of 99.9% by mass or more is more preferable.

AlN粉末を得るために粉砕(一次粉砕)されるAlN原料としては、市販の粒径1μm前後のものを用いることができる。AlN原料は、直接窒化法及び還元窒化法のいずれかで製造されたものでもよい。また、AlN原料における酸素原子含有量としては、特に制限はないが、後述する脱脂工程で得られるAlN脱脂体における酸素原子含有量を好適な範囲とする観点から、好ましくは0.5〜3質量%、より好ましくは0.7〜2質量%、更に好ましくは0.8〜1質量%である。なお、酸素原子含有量は、後述する実施例に記載の方法により求められる。 As the AlN raw material to be pulverized (primary pulverized) to obtain the AlN powder, a commercially available material having a particle size of about 1 μm can be used. The AlN raw material may be produced by either a direct nitriding method or a reduction nitriding method. The oxygen atom content in the AlN raw material is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 3 mass from the viewpoint of setting the oxygen atom content in the AlN degreased body obtained in the degreasing step described later in a suitable range. %, More preferably 0.7 to 2% by mass, still more preferably 0.8 to 1% by mass. The oxygen atom content is determined by the method described in Examples described later.

一次混合工程に用いるAlN粉末の体積平均径(例えば、後述する表1及び表2における「一次粉砕後の体積平均径(AlN粉末)」)としては、0.50〜0.85μmである限り、特に制限はないが、好ましくは0.50〜0.80μm、より好ましくは0.60〜0.78μm、更に好ましくは0.70〜0.75μmである。AlN粉末の体積平均径が0.50μm以上であることにより、原料スラリーの粘度が著しく増加するのを抑制し、ハンドリング性を向上させて、生産性を向上させることができる。一方、AlN粉末の体積平均径が0.85μm以下であることにより、AlN焼結体におけるAlN結晶粒が粗大となるのを抑制して、機械的強度を向上させることができる。なお、一次混合工程後の工程(二次混合工程)では、AlN粉末粒子の粒径が変化しないような条件で、攪拌や濾過等を行う。
ここで、AlN粉末の体積平均径は、一次粉砕後のスラリーを乾燥させた後に水に分散させて、ヘキサメタリン酸ナトリウム0.2質量%溶液を加えて、粒子径分布測定装置「MICROTRAC MT3000II」を用いて、レーザー回折法により求める。
The volume average diameter of the AlN powder used in the primary mixing step (for example, "volume average diameter after primary pulverization (AlN powder)" in Tables 1 and 2 described later) is as long as 0.50 to 0.85 μm. Although there is no particular limitation, it is preferably 0.50 to 0.80 μm, more preferably 0.60 to 0.78 μm, and further preferably 0.70 to 0.75 μm. When the volume average diameter of the AlN powder is 0.50 μm or more, it is possible to suppress a significant increase in the viscosity of the raw material slurry, improve the handleability, and improve the productivity. On the other hand, when the volume average diameter of the AlN powder is 0.85 μm or less, it is possible to suppress the coarseness of the AlN crystal grains in the AlN sintered body and improve the mechanical strength. In the step after the primary mixing step (secondary mixing step), stirring, filtration, etc. are performed under the condition that the particle size of the AlN powder particles does not change.
Here, the volume average diameter of the AlN powder is determined by drying the slurry after the primary pulverization, dispersing it in water, adding a 0.2% by mass solution of sodium hexametaphosphate, and using the particle size distribution measuring device “MICROTRAC MT3000II”. It is determined by laser diffraction method.

AlN粉末の含有量としては、特に制限はないが、AlN粉末と焼結助剤粉末とを含む原料粉末100質量%中、好ましくは86〜95質量%、より好ましくは88〜94質量%、更に好ましくは90〜92質量%である。AlN粉末の含有量が95質量%以下であれば、後述する焼結工程においてAlN焼結体が効果的に緻密化され、AlN結晶粒子中の不純物酸素が効率的に除去されるとともに、得られるAlN焼結体の熱伝導率を向上させることができ、また、86質量%以上であれば、得られるAlN焼結体の機械的強度を向上させることができる。 The content of the AlN powder is not particularly limited, but is preferably 86 to 95% by mass, more preferably 88 to 94% by mass, and further, in 100% by mass of the raw material powder containing the AlN powder and the sintering aid powder. It is preferably 90 to 92% by mass. When the content of the AlN powder is 95% by mass or less, the AlN sintered body is effectively densified in the sintering step described later, and the impurity oxygen in the AlN crystal particles is efficiently removed and obtained. The thermal conductivity of the AlN sintered body can be improved, and if it is 86% by mass or more, the mechanical strength of the obtained AlN sintered body can be improved.

<焼結助剤粉末>
焼結助剤粉末は、体積平均径が所定の範囲内となるように、焼結助剤原料を粉砕(一次粉砕)することが好ましい。
ここで、焼結助剤原料の一次粉砕としては、例えば、ボールミル、振動ミル、アトライター等の粉砕機能を備えた混合容器を用いて行うことができる。これらの中でも、生産性の観点で、ボールミルが好ましい。
一次粉砕に用いられる混合容器の材質としては、特に制限はないが、遷移金属元素等の不純物混入を抑制する観点から、樹脂、高純度アルミナが好ましい。
ボールミルに用いられる粉砕ボールの材質としては、特に制限はないが、高純度アルミナが好ましく、純度99.9質量%以上の高純度アルミナがより好ましい。
<Sintering aid powder>
The sintering aid powder is preferably pulverized (primary pulverization) of the sintering aid raw material so that the volume average diameter is within a predetermined range.
Here, as the primary pulverization of the sintering aid raw material, for example, a mixing container having a pulverizing function such as a ball mill, a vibration mill, or an attritor can be used. Among these, a ball mill is preferable from the viewpoint of productivity.
The material of the mixing container used for the primary pulverization is not particularly limited, but a resin or high-purity alumina is preferable from the viewpoint of suppressing contamination of impurities such as transition metal elements.
The material of the crushed balls used in the ball mill is not particularly limited, but high-purity alumina is preferable, and high-purity alumina having a purity of 99.9% by mass or more is more preferable.

焼結助剤粉末を得るために粉砕(一次粉砕)される焼結助剤原料としては、市販の粒径1μm前後のものを用いることができる。
焼結助剤原料(焼結助剤粉末)としては、希土類元素を含有し、複合酸化物結晶粒の原料となり得るものであれば、特に制限はなく、例えば、酸化アルミニウム(Al)等のアルミニウム元素酸化物;イットリウム元素酸化物、ランタノイド系希土類元素酸化物等の希土類元素酸化物;などを挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、酸化イットリウム(Y)が好ましい。
なお、焼結助剤原料(焼結助剤粉末)は、前駆体を加熱して得たものであってもよい。
As the raw material for the sintering aid that is pulverized (primarily pulverized) to obtain the sintering aid powder, a commercially available material having a particle size of about 1 μm can be used.
The sintering aid raw material (sintering aid powder) is not particularly limited as long as it contains a rare earth element and can be used as a raw material for composite oxide crystal grains. For example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Aluminum element oxides such as yttrium element oxides, rare earth element oxides such as lanthanoid-based rare earth element oxides; and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
Among these, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is preferable.
The sintering aid raw material (sintering aid powder) may be obtained by heating the precursor.

一次混合工程に用いる焼結助剤粉末の体積平均径(例えば、後述する表1及び表2における「一次粉砕後の体積平均径(Y粉末)」)としては、0.40〜0.90μmである限り、特に制限はないが、好ましくは0.40〜0.60μm、より好ましくは0.45〜0.58μm、更に好ましくは0.50〜0.56μmである。上記焼結助剤粉末の体積平均径が一次混合工程において上記範囲内となるように、焼結助剤原料を粉砕混合して焼結助剤粉末を得る。焼結助剤粉末の体積平均径が0.40μm以上であることにより、原料スラリーの粘度が著しく増加するのを抑制し、ハンドリング性を向上させて、生産性を向上させることができる。一方、焼結助剤粉末の体積平均径が0.90μm以下であることにより、AlN焼結体における複合酸化物結晶粒が粗大となるのを抑制して、機械的強度を向上させることができる。なお、一次混合工程後の工程(二次混合工程)では、焼結助剤粉末の粒径が変化しないような条件で、攪拌や濾過等を行う。
焼結助剤粉末の体積平均径は、一次粉砕後後のスラリーを乾燥させた後に水に分散させて、ヘキサメタリン酸ナトリウム0.2質量%溶液を加えて、粒子径分布測定装置「MICROTRAC MT3000II」を用いて、レーザー回折法により求める。
The volume average diameter of the sintering aid powder used in the primary mixing step (for example, "volume average diameter after primary pulverization (Y 2 O 3 powder)" in Tables 1 and 2 described later) is 0.40 to 0. As long as it is .90 μm, there is no particular limitation, but it is preferably 0.40 to 0.60 μm, more preferably 0.45 to 0.58 μm, and further preferably 0.50 to 0.56 μm. The sintering aid raw materials are pulverized and mixed to obtain a sintering aid powder so that the volume average diameter of the sintering aid powder is within the above range in the primary mixing step. When the volume average diameter of the sintering aid powder is 0.40 μm or more, it is possible to suppress a significant increase in the viscosity of the raw material slurry, improve the handleability, and improve the productivity. On the other hand, when the volume average diameter of the sintering aid powder is 0.90 μm or less, it is possible to suppress the coarseness of the composite oxide crystal grains in the AlN sintered body and improve the mechanical strength. .. In the step after the primary mixing step (secondary mixing step), stirring, filtration, etc. are performed under the condition that the particle size of the sintering aid powder does not change.
The volume average diameter of the sintering aid powder is determined by drying the slurry after the primary pulverization, dispersing it in water, adding a 0.2% by mass solution of sodium hexametaphosphate, and adding a particle size distribution measuring device "MICROTRAC MT3000II". Is obtained by the laser diffraction method.

AlN粉末と焼結助剤粉末とを含む原料粉末100質量%に対する焼結助剤粉末の含有量としては、5〜14質量%である限り、特に制限はないが、好ましくは6〜12質量%、より好ましくは8〜10質量%である。焼結助剤粉末の含有量が5質量%以上であれば、後述する焼結工程においてAlN焼結体が効果的に緻密化され、AlN結晶粒子中の不純物酸素が効率的に除去されるとともに複合酸化物結晶粒が適度な量となり、得られるAlN焼結体の熱伝導率を向上させることができ、また、14質量%以下であれば、複合酸化物結晶粒が球状の形態を維持することができ、得られるAlN焼結体の機械的強度を向上させることができる。 The content of the sintering aid powder with respect to 100% by mass of the raw material powder containing the AlN powder and the sintering aid powder is not particularly limited as long as it is 5 to 14% by mass, but is preferably 6 to 12% by mass. , More preferably 8 to 10% by mass. When the content of the sintering aid powder is 5% by mass or more, the AlN sintered body is effectively densified in the sintering step described later, and the impurity oxygen in the AlN crystal grains is efficiently removed. The amount of the composite oxide crystal grains is appropriate, the thermal conductivity of the obtained AlN sintered body can be improved, and if it is 14% by mass or less, the composite oxide crystal grains maintain a spherical morphology. It is possible to improve the mechanical strength of the obtained AlN sintered body.

<有機溶剤>
有機溶剤としては、特に制限はなく、例えば、メタノール、1−ブタノール、2−ブタノン、メチルエチルケトン(MEK)、キシレン、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、1−ブタノール、2−ブタノンが好ましく、1−ブタノール及び2−ブタノンを混合して用いることがより好ましい。
原料スラリーにおける有機溶剤の含有量としては、特に制限はないが、生産性の観点から、好ましくは10〜50質量%、より好ましくは15〜40質量%、更に好ましくは20〜35質量%である。
<Organic solvent>
The organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include methanol, 1-butanol, 2-butanone, methyl ethyl ketone (MEK), xylene, and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
Among these, 1-butanol and 2-butanol are preferable, and 1-butanol and 2-butanol are more preferably mixed and used.
The content of the organic solvent in the raw material slurry is not particularly limited, but is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 15 to 40% by mass, and further preferably 20 to 35% by mass from the viewpoint of productivity. ..

<その他の成分>
また、原料スラリーは、原料粉末及び有機溶剤以外のその他の成分として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリエチレングリコール系のノニオン系分散剤;ジブチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤;などをさらに含有してもよい。
<Other ingredients>
In addition, the raw material slurry contains polyethylene glycol-based nonionic dispersants such as polyoxyethylene lauryl ether; plasticizers such as dibutyl phthalate and butyl phthalyl butyl glycolate; and the like as other components other than the raw material powder and the organic solvent. It may be further contained.

本実施形態のAlN焼結体の製造方法は、(2)バインダー溶液調製工程、(3)二次混合工程をさらに含んでもよい。 The method for producing the AlN sintered body of the present embodiment may further include (2) a binder solution preparation step and (3) a secondary mixing step.

((2)バインダー溶液調製工程)
バインダー溶液調製工程は、バインダーを有機溶剤に溶解させてバインダー溶液を得る任意の工程である。
((2) Binder solution preparation step)
The binder solution preparation step is an arbitrary step of dissolving the binder in an organic solvent to obtain a binder solution.

<バインダー溶液>
バインダー溶液は、バインダーを有機溶剤に溶解して得ることができる。
バインダーとしては、特に制限はないが、例えば、ポリビニルブチラール、パラフィンワックス、エチルセルロース、アクリル系樹脂等の有機化合物が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリビニルブチラールが好ましい。
有機溶剤としては、前述の一次混合工程における原料スラリーの作製に用いた有機溶剤と同様のものが挙げられ、好ましいものも同様である。複数種の有機溶剤を混合して用いる場合には、混合比率を溶質であるバインダーの特性に合わせて適宜変更することができる。
上記バインダー溶液を得る方法は、後述の二次混合工程において混合スラリーを得る方法と同じ方法で行うことができる。例えば、濾過により、不溶なバインダー成分の塊を取り除くことができる。バインダー溶液調製工程において用いる濾材の保持粒子径は、特に制限はないが、粗大な不溶バインダー成分の塊を除去して、成形工程におけるシートの密度が高くなり、焼結体が緻密化できる観点で、二次混合工程において用いる濾材の保持粒子径以上であって、該保持粒子径の2倍以下であることが好ましい。
<Binder solution>
The binder solution can be obtained by dissolving the binder in an organic solvent.
The binder is not particularly limited, and examples thereof include organic compounds such as polyvinyl butyral, paraffin wax, ethyl cellulose, and acrylic resin. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Among these, polyvinyl butyral is preferable.
Examples of the organic solvent include the same ones as those used for producing the raw material slurry in the above-mentioned primary mixing step, and the same ones are preferable. When a plurality of types of organic solvents are mixed and used, the mixing ratio can be appropriately changed according to the characteristics of the binder as a solute.
The method for obtaining the binder solution can be carried out in the same manner as the method for obtaining the mixed slurry in the secondary mixing step described later. For example, filtration can remove lumps of insoluble binder components. The holding particle size of the filter medium used in the binder solution preparation step is not particularly limited, but from the viewpoint of removing coarse insoluble binder component lumps, increasing the density of the sheet in the molding step, and densifying the sintered body. , It is preferable that the diameter of the filter medium used in the secondary mixing step is at least twice the retained particle size and not more than twice the retained particle size.

((3)二次混合工程)
二次混合工程は、一次混合工程で得た原料スラリーと、バインダー溶液とを混合して混合スラリーを得る任意の工程である。このように、原料スラリー中にバインダー添加するのではなく、原料スラリーとバインダー溶液とを混合することにより、バインダーの不溶の塊の発生を抑制することができる。
二次混合工程では粒径の変化のない混合方式を用いる。混合は、例えば、粉砕能がない通常の攪拌機で行うことができる。即ち、二次混合工程では、AlN粉末粒子及び焼結助剤粉末の粒径が変化しないような条件で、攪拌を行う。
二次混合工程における混合時間(二次混合時間)としては、特に制限はないが、材料の均一化の観点から、好ましくは1〜50時間、より好ましくは4〜40時間、更に好ましくは6〜30時間である。
((3) Secondary mixing step)
The secondary mixing step is an arbitrary step of mixing the raw material slurry obtained in the primary mixing step with the binder solution to obtain a mixed slurry. As described above, by mixing the raw material slurry and the binder solution instead of adding the binder to the raw material slurry, it is possible to suppress the generation of insoluble lumps of the binder.
In the secondary mixing step, a mixing method in which the particle size does not change is used. Mixing can be performed, for example, with a normal stirrer having no pulverizing ability. That is, in the secondary mixing step, stirring is performed under the condition that the particle sizes of the AlN powder particles and the sintering aid powder do not change.
The mixing time (secondary mixing time) in the secondary mixing step is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 hours, more preferably 4 to 40 hours, and further preferably 6 to 6 to 50 hours from the viewpoint of material homogenization. 30 hours.

また、二次混合工程で得られる混合スラリーは、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリエチレングリコール系のノニオン系分散剤;ジブチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート等の可塑剤;などをさらに含有してもよい。 Further, the mixed slurry obtained in the secondary mixing step may further contain a polyethylene glycol-based nonionic dispersant such as polyoxyethylene lauryl ether; a plasticizer such as dibutyl phthalate or butyl phthalyl butyl glycolate; good.

二次混合工程で得られる混合スラリーにおけるバインダーの含有量としては、特に制限はないが、原料粉末100質量部に対して、好ましくは3〜15質量部、より好ましくは4〜13質量部、更に好ましくは、4〜10質量部である。 The content of the binder in the mixed slurry obtained in the secondary mixing step is not particularly limited, but is preferably 3 to 15 parts by mass, more preferably 4 to 13 parts by mass, and further, with respect to 100 parts by mass of the raw material powder. It is preferably 4 to 10 parts by mass.

混合スラリーは異物や凝集物を除去しておくことが望ましい。斯かる除去方法としては、例えば、濾過、デカンテーション、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、濾過が好ましい。
濾過としては、自然濾過、加圧濾過、減圧濾過、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、混合スラリー中の成分が沈降等して偏重するのを抑制し、時間を短縮することができる観点から、加圧濾過が好ましい。ここで、加圧濾過で行う場合、加圧ガスとして圧縮した空気を用いることもできるが、混合スラリー中のAlN粉末の不要な酸化を抑える観点から、窒素ガス等の不活性ガスで加圧することが好ましい。加圧における圧力としては、特に制限はなく、混合スラリーの量及び粘性、並びに、用いる加圧濾過装置(例えば、多用途型ディスクフィルターホルダー:ADVANTEC株式会社製、型番:KST−142−UH))の特性に応じて適宜調製される。
It is desirable to remove foreign substances and agglomerates from the mixed slurry. Examples of such a removal method include filtration, decantation, and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Of these, filtration is preferred.
Examples of the filtration include natural filtration, pressure filtration, vacuum filtration, and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
Among these, pressure filtration is preferable from the viewpoint of suppressing the components in the mixed slurry from settling and becoming unbalanced and shortening the time. Here, when the pressure filtration is performed, compressed air can be used as the pressure gas, but from the viewpoint of suppressing unnecessary oxidation of the AlN powder in the mixed slurry, the pressure is applied with an inert gas such as nitrogen gas. Is preferable. The pressure in pressurization is not particularly limited, and the amount and viscosity of the mixed slurry and the pressurization filter device to be used (for example, versatile disc filter holder: manufactured by ADVANTEC Co., Ltd., model number: KST-142-UH)). It is appropriately prepared according to the characteristics of.

濾過に用いられる濾材は、濾過する混合スラリーが含む粉末の粒子径に合わせて選択され、例えば、濾材の保持粒子径で選択される。
濾材の保持粒子径としては、特に制限はないが、好ましくは1.0〜10.0μm、より好ましくは2.0〜8.0μm、更に好ましくは、2.0〜6.0μmである。
濾材の種類としては、特に制限はなく、例えば、PTFE樹脂製のろ紙、などが挙げられる。このような濾材を用いて濾過することにより、一次混合工程及び二次混合工程中に生じた不溶の塊(濾材の保持粒子径よりも大きな塊)を除くことができる。
また、得られた混合スラリーに対して、必要に応じて、脱泡処理を行うことが好ましい。混合スラリーの脱泡処理には、例えば、市販の真空ポンプを用いることができる。
なお、上述の二次混合工程では、AlN粉末粒子及び焼結助剤粉末の粒径が変化しないような条件で、濾過を行う。
The filter medium used for filtration is selected according to the particle size of the powder contained in the mixed slurry to be filtered, and is selected, for example, by the holding particle size of the filter medium.
The holding particle size of the filter medium is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 10.0 μm, more preferably 2.0 to 8.0 μm, and even more preferably 2.0 to 6.0 μm.
The type of the filter medium is not particularly limited, and examples thereof include a filter paper made of PTFE resin. By filtering using such a filter medium, insoluble lumps (lumps larger than the holding particle size of the filter medium) generated during the primary mixing step and the secondary mixing step can be removed.
Further, it is preferable to perform a defoaming treatment on the obtained mixed slurry, if necessary. For the defoaming treatment of the mixed slurry, for example, a commercially available vacuum pump can be used.
In the above-mentioned secondary mixing step, filtration is performed under the condition that the particle sizes of the AlN powder particles and the sintering aid powder do not change.

((4)成形工程)
成形工程は、二次混合工程で得られた混合スラリーを成形してAlN成形体を得る工程である。例えば、シート状のAlN成形体は、混合スラリーを所定の型枠に流し込んだり、基材シートの上に流延した後、風乾等により溶媒を除去して、作製することができる。シート状ではないAlN成形体は、混合スラリーを所望の枠に流し込んだ後、溶媒プレス、濾過、乾燥等してケーキ状にして得ることができる。得られたAlN成形体は、必要に応じて、適切な大きさと形状にカットすることができる。
成形方法としては、例えば、乾式プレス機を用いる方法;ラバープレス機を用いる方法;押出法;射出法;ドクターブレード法;などを挙げることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
AlN成形体としてのAlN焼結基板の作製方法としては、例えば、ドクターブレード法;混合スラリーを乾燥造粒して、金型成形法で成形する方法;などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
((4) Molding process)
The molding step is a step of molding the mixed slurry obtained in the secondary mixing step to obtain an AlN molded product. For example, a sheet-shaped AlN molded product can be produced by pouring the mixed slurry into a predetermined mold, casting it on a base sheet, and then removing the solvent by air drying or the like. The AlN molded product which is not in the form of a sheet can be obtained in the form of a cake by pouring the mixed slurry into a desired frame and then subjecting it to solvent pressing, filtration, drying or the like. The obtained AlN molded product can be cut into an appropriate size and shape, if necessary.
Examples of the molding method include a method using a dry press machine; a method using a rubber press machine; an extrusion method; an injection method; a doctor blade method; and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
Examples of the method for producing an AlN sintered substrate as an AlN molded product include a doctor blade method; a method of drying and granulating a mixed slurry and molding it by a mold molding method. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

((5)脱脂工程)
脱脂工程は、AlN成形体を、酸化性ガスを用いて脱脂して、AlN脱脂体を得る工程である。例えば、酸化性ガス雰囲気下、600℃以下に加熱して、AlN脱脂体を得る工程である。脱脂工程では、AlN成形体に含まれるバインダー成分や残留する溶媒等の有機物成分が、酸化、分解し、ガス化して除去される。
酸化性ガスとしては、例えば、酸素、二酸化炭素、水蒸気、等の有機物を酸化するガスが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、酸素が混合された酸素混合ガスが好ましく、大気ガス(空気)がより好ましい。
酸化性ガスが含有する酸素含有量としては、特に制限はないが、反応性の観点から、好ましくは5〜20体積%、より好ましくは10〜20体積%、更に好ましくは15〜20体積%である。
脱脂における加熱温度(即ち、「脱脂温度」)としては、特に制限はないが、原料AlN粉末の酸化抑制の観点から、好ましくは600℃以下、より好ましくは400〜600℃、更に好ましくは450〜550℃である。
脱脂における加熱時間(即ち、「脱脂時間」)としては、特に制限はないが、バインダー成分の分解性、及び原料AlN粉末の酸化抑制の観点から、好ましくは1〜24時間、より好ましくは1〜5時間、更に好ましくは1〜3時間である。
脱脂に用いる脱脂炉としては、市販のものを用いることができ、AlN成形体から除去された除去成分ガスをトラップするワックストラップ機構を備えていることが好ましい。
脱脂工程で得られるAlN脱脂体における不純物炭素原子の含有量としては、特に制限はないが、回路基板特性の安定化の観点から、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以下である。なお、不純物炭素原子の含有量は、炭素硫黄分析装置(HORIBA EMIA−920V)により求められる。
また、脱脂工程で得られるAlN脱脂体における酸素原子含有量としては、特に制限はないが、放熱性(熱伝導率)の観点から、好ましくは3〜10質量%であり、より好ましくは4〜8質量%であり、更に好ましくは5〜7質量%である。なお、酸素原子含有量は、後述する実施例に記載の方法により求められる。
((5) Solventing process)
The degreasing step is a step of degreasing the AlN molded body with an oxidizing gas to obtain an AlN degreased body. For example, it is a step of obtaining an AlN degreased body by heating to 600 ° C. or lower in an oxidizing gas atmosphere. In the degreasing step, organic components such as a binder component and a residual solvent contained in the AlN molded product are oxidized, decomposed, gasified and removed.
Examples of the oxidizing gas include gases that oxidize organic substances such as oxygen, carbon dioxide, and water vapor. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Among these, an oxygen mixed gas mixed with oxygen is preferable, and atmospheric gas (air) is more preferable.
The oxygen content of the oxidizing gas is not particularly limited, but from the viewpoint of reactivity, it is preferably 5 to 20% by volume, more preferably 10 to 20% by volume, and further preferably 15 to 20% by volume. be.
The heating temperature in degreasing (that is, "defatting temperature") is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing oxidation of the raw material AlN powder, it is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 400 to 600 ° C., still more preferably 450 to. It is 550 ° C.
The heating time in degreasing (that is, "defatting time") is not particularly limited, but is preferably 1 to 24 hours, more preferably 1 to 1 from the viewpoint of degradability of the binder component and suppression of oxidation of the raw material AlN powder. It is 5 hours, more preferably 1 to 3 hours.
As the degreasing furnace used for degreasing, a commercially available one can be used, and it is preferable that the degreasing furnace is provided with a wax trap mechanism for trapping the removal component gas removed from the AlN molded product.
The content of the impurity carbon atom in the AlN degreased body obtained in the degreasing step is not particularly limited, but from the viewpoint of stabilizing the circuit board characteristics, it is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass. % Or less, more preferably 0.03% by mass or less. The content of the impurity carbon atom is determined by a carbon sulfur analyzer (HORIBA EMIA-920V).
The oxygen atom content in the AlN degreased body obtained in the degreasing step is not particularly limited, but is preferably 3 to 10% by mass, more preferably 4 to 4 to 10% by mass from the viewpoint of heat dissipation (thermal conductivity). It is 8% by mass, more preferably 5 to 7% by mass. The oxygen atom content is determined by the method described in Examples described later.

((6)焼結工程)
焼結工程は、AlN脱脂体を、不活性ガス雰囲気下、所定条件で焼成して、AlN焼結体を得る工程である。
焼成温度としては、1800℃以下である限り、特に制限はないが、好ましくは1400〜1800℃、より好ましくは1600〜1800℃、更に好ましくは1700〜1800℃である。
焼成温度が、1800℃以下であることにより、複合酸化物結晶粒が略球状の形態を維持することができ、十分な機械的強度が得ることができる。一方、焼成温度を、1400℃以上とすれば、十分に緻密化することができる。
焼成時間としては、焼成温度に合わせて調節され、24時間以下であれば、特に制限はないが、好ましくは20分間〜18時間、より好ましくは30分間〜12時間、更に好ましくは30分間〜6時間である。
焼成時間を20分間以上とすれば、十分に緻密化することができる。さらに、焼成時間を18時間以下とすれば、AlN結晶粒のメジアン径を3.0μm以下に調整し易くなり、十分な機械的強度のAlN焼結体が得られる。
不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、経済性の観点で、窒素ガスが好ましい。
((6) Sintering process)
The sintering step is a step of calcining the AlN degreased body under predetermined conditions in an inert gas atmosphere to obtain an AlN sintered body.
The firing temperature is not particularly limited as long as it is 1800 ° C. or lower, but is preferably 1400 to 1800 ° C., more preferably 1600 to 1800 ° C., and even more preferably 1700 to 1800 ° C.
When the firing temperature is 1800 ° C. or lower, the composite oxide crystal grains can maintain a substantially spherical shape, and sufficient mechanical strength can be obtained. On the other hand, if the firing temperature is 1400 ° C. or higher, it can be sufficiently densified.
The firing time is adjusted according to the firing temperature and is not particularly limited as long as it is 24 hours or less, but is preferably 20 minutes to 18 hours, more preferably 30 minutes to 12 hours, and further preferably 30 minutes to 6 hours. It's time.
If the firing time is 20 minutes or more, it can be sufficiently densified. Further, when the firing time is 18 hours or less, the median diameter of the AlN crystal grains can be easily adjusted to 3.0 μm or less, and an AlN sintered body having sufficient mechanical strength can be obtained.
Examples of the inert gas include nitrogen gas and argon gas. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
Among these, nitrogen gas is preferable from the viewpoint of economy.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

〔評価測定〕
AlN焼結体の密度及び相対密度、AlN粉末及び焼結助剤粉末の体積平均径、AlN結晶粒のメジアン径と累積値10%粒子径及び累積値90%粒子径、複合酸化物結晶粒のメジアン径、X線回折測定(XRD測定)によるAlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒の含有率測定、3点曲げ強度、及び熱伝導率を、それぞれ、以下に記載の方法で測定した。
[Evaluation measurement]
AlN sintered body density and relative density, volume average diameter of AlN powder and sintering aid powder, median diameter and cumulative value of 10% grain size and cumulative value of 90% grain size of AlN crystal grains, composite oxide crystal grains The median diameter, the content of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains by X-ray diffraction measurement (XRD measurement), the three-point bending strength, and the thermal conductivity were measured by the methods described below, respectively.

(AlN焼結体の密度及び相対密度)
アズワン製「比重測定キッドAD−1653」を使用して、アルキメデス法によりAlN焼結体の密度を求め、理論焼結体密度との相対値を相対密度とした。密度及び相対密度の結果を表1及び表2に示す。なお、AlNの密度を3.26g/cm、Yの密度を5.03g/cmとし、AlN及びYの合計仕込量(合計含有比率)を100質量%と定義して、理論焼結体密度を算出した。なお、理論焼結体密度は、例えば、AlNの仕込量(含有比率):92質量%,Yの仕込量(含有比率):8質量%であれば、「3.26×0.92+5.03×0.08」である。
(Density and relative density of AlN sintered body)
The density of the AlN sintered body was determined by the Archimedes method using "Specific gravity measurement kid AD-1653" manufactured by AS ONE, and the relative value with the theoretical sintered body density was taken as the relative density. The results of density and relative density are shown in Tables 1 and 2. Incidentally, the density of the AlN density of 3.26 g / cm 3, Y 2 O 3 and 5.03 g / cm 3, the total charge amount of AlN and Y 2 O 3 (the total content ratio) was defined as 100 mass% The theoretical sintered body density was calculated. The theoretical sintered density, for example, charge amount of AlN (content ratio): 92 wt%, the charged amount of Y 2 O 3 (content ratio): 8 If mass%, "3.26 × 0. 92 + 5.03 x 0.08 ".

(AlN粉末及び焼結助剤粉末の体積平均径)
AlN粉末の体積平均径は、一次粉砕後の原料スラリーを乾燥させた後に水に分散させて、ヘキサメタリン酸ナトリウム0.2質量%溶液を加えて、粒子径分布測定装置「MICROTRAC MT3000II」を用いて、レーザー回折法により体積基準の平均径を求めた。さらに、焼結助剤粉末の体積平均径についても、上記AlN粉末の体積平均径と同様に求めた。結果を表1及び表2に示す。
(Volume average diameter of AlN powder and sintering aid powder)
The volume average diameter of the AlN powder is determined by drying the raw material slurry after the primary pulverization, dispersing it in water, adding a 0.2% by mass solution of sodium hexametaphosphate, and using the particle size distribution measuring device "MICROTRAC MT3000II". , The average diameter on a volume basis was determined by the laser diffraction method. Further, the volume average diameter of the sintering aid powder was also determined in the same manner as the volume average diameter of the AlN powder. The results are shown in Tables 1 and 2.

(AlN結晶粒のメジアン径と累積値10%粒子径及び累積値90%粒子径)
ダイヤペン(アズワン製Dポイントペン)を用いてAlN焼結体を破断させて、AlN焼結体の断面を作製し、該断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(JSM−7900(日本電子株式会社製)、加速電圧15.0kV)を用いて1000倍の倍率で観察し、AlN結晶粒の最長径を計測してAlN結晶粒の粒径とした。任意の100μm四方の領域において500個のAlN結晶粒の粒径をノギスを用いて計測して、AlN結晶粒のメジアン径、累積値10%粒子径、及び累積値90%粒子径を求めた。測定結果及び測定結果を用いた算出結果(AlN結晶粒の個数基準の粒度分布とAlN結晶粒のメジアン径との比)を表1及び表2に示す。
(Median diameter and cumulative value of 10% particle size and cumulative value of 90% particle size of AlN crystal grains)
A diamond pen (D point pen manufactured by AS ONE) is used to break the AlN sintered body to prepare a cross section of the AlN sintered body, and the cross section is subjected to a scanning electron microscope (SEM) (JSM-7900 (manufactured by JEOL Ltd.)). ), Acceleration voltage 15.0 kV) was observed at a magnification of 1000 times, and the longest diameter of the AlN crystal grains was measured to obtain the particle size of the AlN crystal grains. The particle size of 500 AlN crystal grains in an arbitrary 100 μm square region was measured using a caliper to determine the median diameter, cumulative value of 10% particle size, and cumulative value of 90% particle size of the AlN crystal grains. Tables 1 and 2 show the measurement results and the calculation results using the measurement results (ratio of the particle size distribution based on the number of AlN crystal grains to the median diameter of the AlN crystal grains).

(複合酸化物結晶粒のメジアン径)
ダイヤペン(アズワン製Dポイントペン)を用いてAlN焼結体を破断させて、AlN焼結体の断面を作製し、該断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(JSM−7900(日本電子株式会社製)、加速電圧15.0kV)を用いて1000倍の倍率で観察し、複合酸化物結晶粒の最長径を計測して複合酸化物結晶粒の粒径とした。任意の100μm四方の領域において200個の複合酸化物結晶粒の粒径をノギスを用いて計測して、複合酸化物結晶粒のメジアン径を求めた。測定結果及び測定結果を用いた算出結果(AlN結晶粒のメジアン径と複合酸化物結晶粒のメジアン径との比)を表1及び表2に示す。
(Median diameter of composite oxide crystal grains)
A diamond pen (D point pen manufactured by AS ONE) is used to break the AlN sintered body to prepare a cross section of the AlN sintered body, and the cross section is subjected to a scanning electron microscope (SEM) (JSM-7900 (manufactured by JEOL Ltd.)). ), Acceleration voltage 15.0 kV) was observed at a magnification of 1000 times, and the longest diameter of the composite oxide crystal grains was measured to obtain the particle size of the composite oxide crystal grains. The particle size of 200 composite oxide crystal grains was measured using a caliper in an arbitrary 100 μm square region, and the median diameter of the composite oxide crystal grains was determined. Tables 1 and 2 show the measurement results and the calculation results using the measurement results (ratio of the median diameter of the AlN crystal grains to the median diameter of the composite oxide crystal grains).

(X線回折測定(XRD測定)によるAlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒の含有率測定)
粉末X線回折測定装置パナリティカルMPD(スペクトリス(株)製)を用いて、AlN焼結体のX線回折測定(XRD測定)を行った。測定条件としては、Cu−Kα線(出力45kV、40mA)を用いて、走査軸:θ/2θ、測定範囲(2θ):10〜120°、測定モード:Continuous、読込幅:0.006565°、サンプリング時間:37.995秒、DS、SS、RS:2°、2°、5mm、入射側および受光側のそれぞれ0.04°のソーラースリットを入れた。得られたX線回折図形について、解析ソフトHighScore Plus(スペクトリス(株)製)を用いて、AlN結晶粒および複合酸化物結晶粒の結晶相を同定し、RIR法により定量した。
また、上記X線回折測定(XRD測定)により得られた、AlN結晶粒及び複合酸化物結晶粒(YAl12、YAlO、YAl)の質量換算による含有率(窒化アルミニウム焼結体100質量%中の含有量(質量%))を表1及び表2に示す。
(Measurement of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains by X-ray diffraction measurement (XRD measurement))
The X-ray diffraction measurement (XRD measurement) of the AlN sintered body was performed using the powder X-ray diffraction measuring device PANalytical MPD (manufactured by Spectris Co., Ltd.). As the measurement conditions, Cu-Kα ray (output 45 kV, 40 mA) is used, scanning axis: θ / 2θ, measurement range (2θ): 10 to 120 °, measurement mode: Continuous, reading width: 0.006565 °, Sampling time: 37.995 seconds, DS, SS, RS: 2 °, 2 °, 5 mm, 0.04 ° solar slits on the incident side and 0.04 ° on the light receiving side, respectively. With respect to the obtained X-ray diffraction pattern, the crystal phases of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains were identified using analysis software HighScore Plus (manufactured by Spectris Co., Ltd.) and quantified by the RIR method.
Further, the content of AlN crystal grains and composite oxide crystal grains (Y 3 Al 5 O 12 , YAlO 3 , Y 4 Al 2 O 9 ) obtained by the above X-ray diffraction measurement (XRD measurement) in terms of mass ( The content (% by mass) in 100% by mass of the aluminum nitride sintered body is shown in Tables 1 and 2.

(3点曲げ強度)
AlN焼結体シート10枚から、40mm×4mm×厚さ0.82mmの大きさの矩形状にダイヤモンドカッターを用いて切出した。さらに、表面粗さRa0.5μm以下に表面を研磨加工して、40mm×4mm×厚さ0.635mmの試験片を100本作製した。得られた試験片について、JIS規格の常温3点曲げ強度測定方法(JIS−R−1601:2008)に準じて、精密万能試験機(株式会社島津製作所製、型番:AG−X)及び市販の3点曲げ試験冶具を用いて、外部支点間距離30mm、クロスヘッド速度0.5mm/minの条件で室温(23℃)で3点曲げ強度を測定した。得られた3点曲げ強度100点の算術平均値を算出した。結果を表1及び表2に示す。
(3-point bending strength)
From 10 AlN sintered sheets, a rectangular shape having a size of 40 mm × 4 mm × thickness 0.82 mm was cut out using a diamond cutter. Further, the surface was polished to a surface roughness Ra of 0.5 μm or less to prepare 100 test pieces having a surface roughness of 40 mm × 4 mm × thickness of 0.635 mm. The obtained test piece is subjected to a precision universal testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: AG-X) and a commercially available test piece according to the JIS standard room temperature 3-point bending strength measurement method (JIS-R-1601: 2008). Using a 3-point bending test tool, the 3-point bending strength was measured at room temperature (23 ° C.) under the conditions of a distance between external fulcrums of 30 mm and a crosshead speed of 0.5 mm / min. The arithmetic mean value of the obtained 3-point bending strength of 100 points was calculated. The results are shown in Tables 1 and 2.

(熱伝導率)
AlN焼結体シート10枚から、40mm×40mm×厚さ0.82mmの試験片を10枚切り出し、得られた試験片について、AlN焼結体の熱拡散率を株式会社ベテルハドソン研究所製の測定装置(型番:サーモウェーブアナライザTA35)を用いて周期加熱放射測温法にて測定し、焼結体密度及び比熱から熱伝導率の平均値を算出した。なお、比熱は710J/Kとした。結果を表1及び表2に示す。
(Thermal conductivity)
Ten test pieces of 40 mm × 40 mm × 0.82 mm in thickness were cut out from 10 sheets of AlN sintered body, and the thermal conductivity of the AlN sintered body was determined by Bethel Hudson Laboratory Co., Ltd. for the obtained test pieces. It was measured by the periodic heating radiation temperature measurement method using a measuring device (model number: Thermowave Analyzer TA35), and the average value of thermal conductivity was calculated from the sintered body density and the specific heat. The specific heat was 710 J / K. The results are shown in Tables 1 and 2.

(実施例1)
<一次混合工程>
Al直接窒化法により製造された市販のAlN原料(東洋アルミニウム株式会社製、型番:JC、体積平均径:1.20μm)100質量部に、分散剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル10質量部、溶剤として1−ブタノール30質量部及び2−ブタノン28質量部を加え、直径5mmの高純度アルミナボールを用いてナイロン製ボールミルポットで110時間の一次粉砕(AlN原料)を行い、AlN原料スラリーを得た。一次粉砕後のAlN原料スラリーにおけるAlN粉末の体積平均径は0.73μmであった。
焼結助剤としての酸化イットリウム(Y)原料(信越化学工業株式会社製、型番:RU−P(体積平均径1.00μm))100質量部に、分散剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテル20質量部、溶剤としての1−ブタノール52質量部及び2−ブタノン48質量部を加え、直径5mmの高純度アルミナボールを用いてナイロン製ボールミルポットで46時間の一次粉砕(Y原料)を行い、Y原料スラリーを得た。一次粉砕後のY原料スラリーにおけるY粉末の体積平均径は0.53μmであった。
これらのスラリーをAlN粉末92質量%及びY粉末8質量%となるようにスラリーを混合(一次混合)して原料スラリーを得た。なお、AlN粉末とY粉末は合わせて100質量%となるように混合した。
(Example 1)
<Primary mixing process>
100 parts by mass of a commercially available AlN raw material (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., model number: JC, volume average diameter: 1.20 μm) manufactured by the Al direct nitride method, 10 parts by mass of polyoxyethylene lauryl ether as a dispersant, as a solvent. 30 parts by mass of 1-butanol and 28 parts by mass of 2-butanone were added, and primary pulverization (AlN raw material) was carried out for 110 hours in a nylon ball mill pot using high-purity alumina balls having a diameter of 5 mm to obtain an AlN raw material slurry. The volume average diameter of the AlN powder in the AlN raw material slurry after the primary pulverization was 0.73 μm.
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) raw material as a sintering aid (manufactured by Shinetsu Chemical Industry Co., Ltd., model number: RU-P (volume average diameter 1.00 μm)) 100 parts by mass, polyoxyethylene lauryl as a dispersant ether 20 parts by weight, as the 1-butanol 52 parts by mass 2-butanone 48 weight parts were added solvent, primary crushing of 46 hours a nylon ball mill pot using high purity alumina balls having a diameter of 5mm (Y 2 O 3 raw material ) to obtain a Y 2 O 3 slurry. The volume average diameter of the Y 2 O 3 powder in the Y 2 O 3 raw material slurry after the primary grinding was 0.53 μm.
These slurries to obtain a mixed slurry (primary mixing) to the raw material slurry so that 92 wt% AlN powder and Y 2 O 3 powder 8% by weight. Incidentally, AlN powder and Y 2 O 3 powder were mixed so that 100% by weight in total.

<バインダー溶液調製工程>
バインダー成分としてポリビニルブチラール(株式会社クラレ製、MowitalB60H)5質量部、可塑剤としてジブチルフタレート5質量部、ならびに溶剤として1−ブタノール27質量部及び2−ブタノン23質量部を混合して、保持粒子径1μmの濾紙(ADVANTEC株式会社製、型番:No.5C)をセットした多用途型ディスクフィルターホルダー(ADVANTEC株式会社製、型番:KST−142−UH)を用いて窒素ガス0.3MPaの加圧条件で濾過してバインダー溶液を得た。
<Binder solution preparation process>
5 parts by mass of polyvinyl butyral (manufactured by Kuraray Co., Ltd., Mobile B60H) as a binder component, 5 parts by mass of dibutylphthalate as a plasticizer, and 27 parts by mass of 1-butanol and 23 parts by mass of 2-butanone as a solvent are mixed to retain particle diameter. Pressurization condition of nitrogen gas 0.3 MPa using a versatile disc filter holder (manufactured by ADVANTEC Co., Ltd., model number: KST-142-UH) set with 1 μm filter paper (manufactured by ADVANTEC Co., Ltd., model number: No. 5C). The mixture was filtered with a binder solution.

<二次混合工程>
一次混合工程で得たAlN原料スラリーとY原料スラリーとを合わせた原料スラリーに、バインダー溶液調製工程で得たバインダー溶液を、AlN粉末及びY粉末との合計100質量部に対して、ポリビニルブチラールが5質量部となるように添加した。その後、攪拌機((株)井上製作所製、商品名「プラネタリーミキサー」)で24時間混合して、保持粒子径5μmの濾紙(ADVANTEC株式会社製、PF050)をセットした多用途型ディスクフィルターホルダー(ADVANTEC株式会社製、型番:KST−142−UH)を用いて、窒素ガス0.3MPaの加圧条件で濾過して混合スラリーを得た。さらに、混合スラリーを撹拌しながら真空ポンプで引いて脱泡処理した。
二次混合工程で得た混合スラリーにおけるAlN粉末及びY粉末の含有量を表1に示す。また、二次混合工程で得た混合スラリーにおける上記以外の成分の含有量は、AlN粉末及びY粉末合計100質量部に対して、それぞれ、ポリオキシエチレンラウリルエーテル11質量部、ポリビニルブチラール5質量部、ジブチルフタレート5質量部、1−ブタノール59質量部、2−ブタノン53質量部であった。
<Secondary mixing process>
The AlN raw material slurry obtained in the primary mixing step and the Y 2 O 3 raw material slurry are combined, and the binder solution obtained in the binder solution preparation step is added to a total of 100 parts by mass of the AlN powder and the Y 2 O 3 powder. On the other hand, polyvinyl butyral was added so as to be 5 parts by mass. After that, it was mixed for 24 hours with a stirrer (manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd., trade name "Planetary Mixer"), and a versatile disc filter holder (PF050 manufactured by ADVANTEC Co., Ltd.) set with a filter paper having a holding particle diameter of 5 μm ( Using ADVANTEC Co., Ltd., model number: KST-142-UH), a mixed slurry was obtained by filtering under a pressurized condition of nitrogen gas of 0.3 MPa. Further, the mixed slurry was defoamed by pulling it with a vacuum pump while stirring.
Table 1 shows the content of AlN powder and Y 2 O 3 powder in the mixed slurry obtained in the second mixing step. The content of components other than the above in the mixed slurry obtained in the secondary mixing step, to the AlN powder and Y 2 O 3 powder per 100 parts by weight, respectively, 11 parts by weight of polyoxyethylene lauryl ether, polyvinyl butyral It was 5 parts by mass, 5 parts by mass of dibutyl phthalate, 59 parts by mass of 1-butanol, and 53 parts by mass of 2-butanone.

<成形工程>
二次混合工程で得た混合スラリーをドクターブレード法によりシート成形し、8時間風乾して溶媒を除去して、AlN成形体からなる厚さ1mmのシートを得た。さらに、このシートを70mm×70mmの大きさの正方形の形状に打ち抜き、AlN成形体を得た。
<Molding process>
The mixed slurry obtained in the secondary mixing step was sheet-molded by the doctor blade method and air-dried for 8 hours to remove the solvent to obtain a 1 mm-thick sheet made of an AlN molded product. Further, this sheet was punched into a square shape having a size of 70 mm × 70 mm to obtain an AlN molded product.

<脱脂工程>
成形工程で得たAlN成形体のシートに、付着防止用の敷粉として窒化ホウ素微粉末(昭和電工株式会社製、型番:UHP−1K)を両面に塗布した。このシートを10枚積み重ねて窒化ホウ素製容器に収納し、大気圧空気気流中500℃の条件に2時間保持して脱脂し、AlN脱脂体を得た。脱脂炉としては、ワックストラップ機構を具備したステンレス製炉心管と、カンタル線を用いた発熱体を有する外熱式の管状炉を使用した。ここで、AlN脱脂体に含まれる酸素原子含有量は6質量%であった。なお、酸素原子含有量は、試料をニッケルカプセルに封入し、不活性ガス融解−赤外線吸収法(酸素窒素分析装置LECO TC−600)により測定した。
<Solvent degreasing process>
Boron nitride fine powder (manufactured by Showa Denko KK, model number: UHP-1K) was applied to both sides of the sheet of the AlN molded product obtained in the molding step as a spreading powder for preventing adhesion. Ten of these sheets were stacked and stored in a boron nitride container, and the sheet was held in an atmospheric pressure air stream at 500 ° C. for 2 hours for degreasing to obtain an AlN degreased body. As the degreasing furnace, a stainless steel core tube equipped with a wax trap mechanism and an externally heated tubular furnace having a heating element using a cantal wire were used. Here, the oxygen atom content contained in the AlN degreased body was 6% by mass. The oxygen atom content was measured by encapsulating the sample in a nickel capsule and using the Infrared gas melting-infrared absorption method (oxygen nitrogen analyzer LECO TC-600).

<焼結工程>
脱脂工程で得たAlN脱脂体を窒化ホウ素製容器に入れ、黒鉛性の発熱体を有する内熱式焼結炉(富士電波工業株式会社製、ハイマルチ5000)を用いて、大気圧窒素ガス気流下、焼成温度1780℃、焼成時間0.5時間の条件で焼成して、AlN焼結体(AlN焼結体シートを10枚重ねたもの、57mm×57mm×厚さ0.82mm)を得た。
<Sintering process>
The AlN degreased material obtained in the degreasing step is placed in a boron nitride container, and an internal heating type sintering furnace (manufactured by Fuji Denpa Kogyo Co., Ltd., Hi-Multi 5000) having a graphite heating element is used to create an atmospheric nitrogen gas stream. Under the conditions of a firing temperature of 1780 ° C. and a firing time of 0.5 hours, an AlN sintered body (10 sheets of AlN sintered body sheets stacked, 57 mm × 57 mm × thickness 0.82 mm) was obtained. ..

(実施例2〜5)
AlN粉末量、焼結助剤粉末(Y粉末)量、焼成時間、焼成温度を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、それぞれ、AlN焼結体を作製した。実施例1と同様にして求めた評価結果を表1に示す。
(Examples 2 to 5)
AlN powder content, sintering aid powder (Y 2 O 3 powder) weight, baking time, except that the firing temperature was changed as shown in Table 1, in the same manner as in Example 1, respectively, AlN sintered body Was produced. Table 1 shows the evaluation results obtained in the same manner as in Example 1.

表1に示すように、実施例1〜5のいずれにおいても、3点曲げ強度の算術平均値は700MPa以上であり、熱伝導率は130W/mK以上であった。 As shown in Table 1, in each of Examples 1 to 5, the arithmetic mean value of the three-point bending strength was 700 MPa or more, and the thermal conductivity was 130 W / mK or more.

(比較例1〜7)
AlN粉末量、焼結助剤粉末(Y粉末)量、AlN粉末の一次粉砕時間、焼結助剤粉末(Y粉末)の一次粉砕時間、焼成時間、焼成温度、脱脂条件を表2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、それぞれ、AlN焼結体を作製した。実施例1と同様にして求めた評価結果を表2に示す。なお、比較例4においては、焼結助剤粉末を酸化イットリウム(Y)粉末(信越化学工業株式会社製、型番:RU−P(体積平均径1.00μm))に変更し、比較例6においては、脱脂工程で、空気を用いる代わりに、窒素を用いた。
(Comparative Examples 1 to 7)
AlN powder amount, sintering aid powder (Y 2 O 3 powder) amount, AlN powder primary grinding time, sintering aid powder (Y 2 O 3 powder) primary grinding time, firing time, firing temperature, degreasing conditions Each AlN sintered body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above was changed as shown in Table 2. Table 2 shows the evaluation results obtained in the same manner as in Example 1. Incidentally, in Comparative Example 4, yttrium oxide and sintering aid powder (Y 2 O 3) powder: Change in (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., model number RU-P (volume-average diameter 1.00 .mu.m)), compare In Example 6, nitrogen was used instead of air in the degreasing step.

表2に示すように、比較例1及び3〜7のいずれにおいても、3点曲げ強度の算術平均値は700MPa未満であった。また、比較例6及び7において、熱伝導率は130W/mK未満であった。
なお、比較例2において、二次混合工程で得られた混合スラリーが高粘度化し、シート作製に至らなかった。また、比較例7において、複合酸化物は、AlN結晶粒の粒界に非球状で存在した。
As shown in Table 2, in each of Comparative Examples 1 and 3 to 7, the arithmetic mean value of the three-point bending strength was less than 700 MPa. Further, in Comparative Examples 6 and 7, the thermal conductivity was less than 130 W / mK.
In Comparative Example 2, the mixed slurry obtained in the secondary mixing step became highly viscous, and a sheet could not be produced. Further, in Comparative Example 7, the composite oxide was present at the grain boundaries of the AlN crystal grains in a non-spherical shape.

Figure 2021172556
Figure 2021172556

Figure 2021172556
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本発明の窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導性及び優れた機械的強度を有するため、回路基板、例えば、パワーモジュール用の回路基板に好適に用いることができる。 Since the aluminum nitride sintered body of the present invention has high thermal conductivity and excellent mechanical strength, it can be suitably used for a circuit board, for example, a circuit board for a power module.

P;比較的暗く見える粒子(暗部)
X:比較的明るく見える粒子(明部)
P; Particles that look relatively dark (dark areas)
X: Particles that look relatively bright (bright part)

Claims (6)

窒化アルミニウム結晶粒と、希土類元素及びアルミニウム元素を含む複合酸化物結晶粒とを含む窒化アルミニウム焼結体であって、
前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径が3.0μm以下であり、
前記窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値90%粒子径と前記窒化アルミニウム結晶粒の個数基準の粒度分布の累積値10%粒子径との差を、前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値が、0.80〜1.00であり、
前記複合酸化物結晶粒のメジアン径を前記窒化アルミニウム結晶粒のメジアン径で除した値が0.50以上1.00未満である、窒化アルミニウム焼結体。
An aluminum nitride sintered body containing aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains containing rare earth elements and aluminum elements.
The median diameter of the aluminum nitride crystal grains is 3.0 μm or less, and the aluminum nitride crystal grains have a median diameter of 3.0 μm or less.
The difference between the cumulative value of 90% particle size of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains and the cumulative value of 10% particle size of the particle size distribution based on the number of aluminum nitride crystal grains is the median diameter of the aluminum nitride crystal grains. The value divided by is 0.80 to 1.00.
An aluminum nitride sintered body in which the value obtained by dividing the median diameter of the composite oxide crystal grains by the median diameter of the aluminum nitride crystal grains is 0.50 or more and less than 1.00.
前記希土類元素が、イットリウム元素及びランタノイド系希土類元素からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1に記載の窒化アルミニウム焼結体。 The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the rare earth element contains at least one selected from the group consisting of yttrium elements and lanthanoid-based rare earth elements. 熱伝導率が130W/m・K以上であり、且つ、曲げ強度が700MPa以上である、請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム焼結体。 The aluminum nitride sintered body according to claim 1 or 2, wherein the thermal conductivity is 130 W / m · K or more and the bending strength is 700 MPa or more. 前記複合酸化物結晶粒のX線回折測定の質量換算による合計含有量が、前記窒化アルミニウム焼結体100質量%中、8〜16質量%である、請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム焼結体。 According to any one of claims 1 to 3, the total content of the composite oxide crystal grains in X-ray diffraction measurement in terms of mass is 8 to 16% by mass in 100% by mass of the aluminum nitride sintered body. The aluminum nitride sintered body according to the description. 請求項1から4のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法であって、
窒化アルミニウム粉末、及び、希土類元素を含有する焼結助剤粉末を含む原料粉末と、有機溶剤とを混合して原料スラリーを得る一次混合工程と、
前記原料スラリーを用いて窒化アルミニウム成形体を成形する成形工程と、
前記窒化アルミニウム成形体を、酸化性ガスを用いて脱脂して、窒化アルミニウム脱脂体を得る脱脂工程と、
前記窒化アルミニウム脱脂体を、不活性ガス雰囲気下、焼成温度1800℃以下、及び焼成時間24時間以下の条件で焼成して、前記窒化アルミニウム焼結体を得る焼結工程と、を含み、
前記一次混合工程において、前記窒化アルミニウム粉末の体積平均粒径が0.50〜0.85μmであり、前記焼結助剤粉末の体積平均粒径が0.40〜0.90μmであり、
前記焼結助剤粉末の含有量が、前記原料粉末100質量%中、5〜14質量%である、窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
The method for producing an aluminum nitride sintered body according to any one of claims 1 to 4.
A primary mixing step of mixing a raw material powder containing aluminum nitride powder and a sintering aid powder containing a rare earth element with an organic solvent to obtain a raw material slurry.
A molding step of molding an aluminum nitride molded product using the raw material slurry, and
A degreasing step of degreasing the aluminum nitride molded body with an oxidizing gas to obtain an aluminum nitride degreased body,
A sintering step of obtaining the aluminum nitride sintered body by firing the aluminum nitride degreased body under the conditions of a firing temperature of 1800 ° C. or lower and a firing time of 24 hours or less in an inert gas atmosphere.
In the primary mixing step, the volume average particle size of the aluminum nitride powder is 0.50 to 0.85 μm, and the volume average particle size of the sintering aid powder is 0.40 to 0.90 μm.
A method for producing an aluminum nitride sintered body, wherein the content of the sintering aid powder is 5 to 14% by mass in 100% by mass of the raw material powder.
前記不活性ガスが窒素ガスである、請求項5に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 5, wherein the inert gas is nitrogen gas.
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