JP6284609B2 - Aluminum nitride sintered body - Google Patents

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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.

窒化アルミニウム焼結体の製品は、優れた熱伝導性及び高い電気絶縁性を有しており、高熱伝導基板用材料として注目されている。該窒化アルミニウム焼結体は、その優れた熱伝導特性により、高熱で動作が不安定となる半導体や電子機器において、例えば、パワートランジスタモジュール基板、発光ダイオード用マウント基板、ICパッケージなどの電子部品の放熱基板として広く利用されている。   The aluminum nitride sintered product has excellent thermal conductivity and high electrical insulation, and has attracted attention as a material for high thermal conductivity substrates. The aluminum nitride sintered body is used for semiconductors and electronic devices whose operations are unstable due to high heat due to their excellent heat conduction characteristics. For example, power transistor module substrates, light-emitting diode mount substrates, IC packages, and other electronic components. Widely used as a heat dissipation board.

例えば、特許文献1は、窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法を開示する。特許文献1によれば、原料窒化アルミニウム粉末に添加する焼結助剤や添加剤の種類や添加量を種々変えることにより、放熱特性を損なうことなく機械的強度を高めることができることが知られている。例えば、焼結助剤は、焼結体の緻密化及び窒化アルミニウム(AlN)原料粉末中の不純物酸素がAlN結晶粒子内へ固溶することを防止する。この焼結剤の具体例として、希土類元素(Y,Sc,Ce,Dyなど)の酸化物、窒化物、アルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)の酸化物等が挙げられ、特に、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(CeO)、酸化カルシウム(CaO)が好ましいことが知られている。また、添加剤としてのSi成分は、焼結性を向上させるとともに焼結温度を低下させる効果を有する。そして、該Si成分は、焼結助剤と複合添加することにより、焼結体の粒成長を抑止することができ、微細なAlN結晶組織を形成し、焼結体の構造強度を高めるために添加されることが知られている。さらに、Hf化合物及びZr化合物は、焼結性をさらに向上させるとともに焼結体表面に発生し易い液相の凝集偏析を抑制し、適正に焼結できる温度範囲を拡大する効果を有することが知られている。 For example, Patent Document 1 discloses an aluminum nitride sintered body and a manufacturing method thereof. According to Patent Document 1, it is known that mechanical strength can be increased without impairing heat dissipation characteristics by variously changing the type and amount of the sintering aid and additive added to the raw aluminum nitride powder. Yes. For example, the sintering aid prevents densification of the sintered body and impurity oxygen in the aluminum nitride (AlN) raw material powder from forming a solid solution in the AlN crystal particles. Specific examples of the sintering agent include oxides of rare earth elements (Y, Sc, Ce, Dy, etc.), nitrides, oxides of alkaline earth metals (Ca, Sr, Ba), and the like. It is known that yttrium (Y 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), and calcium oxide (CaO) are preferable. Further, the Si component as an additive has the effect of improving the sinterability and lowering the sintering temperature. The Si component can be added in combination with a sintering aid to suppress the grain growth of the sintered body, to form a fine AlN crystal structure, and to increase the structural strength of the sintered body. It is known to be added. Further, it is known that the Hf compound and the Zr compound have the effect of further improving the sinterability and suppressing the aggregation and segregation of the liquid phase that is likely to occur on the surface of the sintered body and expanding the temperature range in which the sintering can be properly performed. It has been.

特開2003−201179号公報JP 2003-201179 A

窒化アルミニウム焼結体基板は、パワーモジュール等に利用される半導体の回路基板に多く用いられている。近年、モジュールの高出力化、小型化により、単位面積当たりの発熱量は大きくなる傾向にある。このため、セラミック絶縁基板には高い放熱性とともにより高い強度が求められている。例えば、特許文献1の窒化アルミニウム焼結体(例えば、特許文献1の実施例15)では、高い熱伝導率を有しているが、この熱伝導性を維持したまま、さらなる強度を改善することが望ましい。そして、特許文献1のような組成的アプローチは、過去、多くの実験、研究がなされているが、製造工程を見直すことによって窒化アルミニウム焼結体の特性を改善することはあまり着目されていない。例えば、特許文献1のような従来の製造工程では、窒化アルミニウム原料粉末と、粉末状のケイ素化合物、焼結助剤及び添加剤とが一度にボールミルに投入され、ボールミルで粉砕及び混合される。本発明は、窒化アルミニウム焼結体の原料混合工程に着目し、その特性を改善するものである。   Aluminum nitride sintered substrates are often used for semiconductor circuit boards used in power modules and the like. In recent years, the amount of heat generated per unit area tends to increase due to higher output and smaller size of modules. For this reason, the ceramic insulating substrate is required to have higher strength as well as high heat dissipation. For example, the aluminum nitride sintered body of Patent Document 1 (for example, Example 15 of Patent Document 1) has high thermal conductivity, but further improves the strength while maintaining this thermal conductivity. Is desirable. And although the compositional approach like patent document 1 has done many experiment and research in the past, improving the characteristic of an aluminum nitride sintered compact by reviewing a manufacturing process is not paid much attention. For example, in a conventional manufacturing process such as Patent Document 1, an aluminum nitride raw material powder, a powdered silicon compound, a sintering aid, and an additive are charged into a ball mill at a time, and pulverized and mixed in the ball mill. This invention pays attention to the raw material mixing process of the aluminum nitride sintered compact, and improves the characteristic.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、少なくとも熱伝導性を維持しつつ、より高い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にある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an aluminum nitride sintered body having higher strength while maintaining at least thermal conductivity, and a method for producing the same. .

本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、
ケイ素化合物、焼結助剤、添加剤のうちの少なくとも2つを混合して一次混合物を作製する一次混合工程と、
前記一次混合物を前記窒化アルミニウム原料粉末に混合して原料混合物を作製する二次混合工程と、
前記原料混合物を成形して所定の温度域で焼成する工程と、
を含むことを特徴とする。
The method for producing the aluminum nitride sintered body of the present invention is as follows.
A primary mixing step of mixing at least two of a silicon compound, a sintering aid, and an additive to produce a primary mixture;
A secondary mixing step of preparing the raw material mixture by mixing the primary mixture with the aluminum nitride raw material powder;
Forming the raw material mixture and firing in a predetermined temperature range;
It is characterized by including.

本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.15重量部のSiOと、酸化物換算で1〜10重量部のYと、酸化物換算で1〜10重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体を焼成してなる。 The aluminum nitride sintered body of the present invention is 0.025 to 0.15 parts by weight of SiO 2 in terms of Si element and 1 to 10 parts by weight of Y in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. A molded body of a raw material mixture containing 2 O 3 and 1 to 10 parts by weight of partially stabilized zirconia in terms of oxide is fired.

本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.15重量部のSiOと、酸化物換算で1〜10重量部のYと、酸化物換算で0.5〜5重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体を焼成してなる窒化アルミニウム焼結体であって、ZrN粒子が0.4〜4.2wt%析出していることを特徴とする。 The aluminum nitride sintered body of the present invention is 0.025 to 0.15 parts by weight of SiO 2 in terms of Si element and 1 to 10 parts by weight of Y in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. 2 O 3 and an aluminum nitride sintered body obtained by firing a molded body of a raw material mixture containing 0.5 to 5 parts by weight of partially stabilized zirconia in terms of oxide, wherein the ZrN particles are in the range of 0. 4 to 4.2 wt% is precipitated.

本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、従来の原料混合工程と比べて、ケイ素化合物と焼結助剤と添加剤とを混合して一次混合物を作製する一次混合工程を導入したことを特徴とする。そして、上記工程を導入したことにより、従来のように窒化アルミニウム原料粉末、粉末状のケイ素化合物、焼結助剤及び添加剤を一度に投入して混合した窒化アルミニウム焼結体と比べて、少なくとも熱伝導率を維持しつつ、その強度(3点曲げ強度)が改善するという知見が得られた。すなわち、一次混合工程によって、相対的に高重量部の窒化アルミニウム原料粉末に配合する前に、ケイ素化合物と焼結助剤と添加剤とを予め混合することにより、各原料が互いに分散した一次混合物が形成される。そして、ケイ素化合物、焼結助剤及び添加剤が十分に分散した一次混合物を窒化アルミニウム原料粉末に混合させることにより、各原料の分散性を相対的に高めることができる。これにより、窒化アルミニウム原料粉末中に各原料の粒子をより均一に分散させた原料混合物を作製することが可能となる。その結果、窒化アルミニウム焼結体において、材料組成を変更することなく、その強度を相対的に改善することが可能である。   The method for producing an aluminum nitride sintered body of the present invention introduces a primary mixing step in which a silicon compound, a sintering aid, and an additive are mixed to produce a primary mixture, compared to the conventional raw material mixing step. Features. And by introducing the above-mentioned process, at least as compared with the conventional aluminum nitride sintered body in which the aluminum nitride raw material powder, the powdered silicon compound, the sintering aid and the additive are added at once and mixed. The knowledge that the strength (three-point bending strength) was improved while maintaining the thermal conductivity was obtained. That is, a primary mixture in which the raw materials are dispersed with each other by mixing the silicon compound, the sintering aid, and the additive in advance before blending into the relatively high weight aluminum nitride raw material powder in the primary mixing step. Is formed. And the dispersibility of each raw material can be relatively improved by mixing the aluminum nitride raw material powder with the primary mixture in which the silicon compound, the sintering aid and the additive are sufficiently dispersed. This makes it possible to produce a raw material mixture in which the particles of each raw material are more uniformly dispersed in the aluminum nitride raw material powder. As a result, the strength of the aluminum nitride sintered body can be relatively improved without changing the material composition.

従来例(比較例)の窒化アルミニウム焼結体の結晶組織を示す走査型電子顕微鏡(SEM)画像。The scanning electron microscope (SEM) image which shows the crystal structure of the aluminum nitride sintered compact of a prior art example (comparative example). 従来例(比較例)の窒化アルミニウム焼結体におけるZr元素分布を示すEDX分析画像。The EDX analysis image which shows Zr element distribution in the aluminum nitride sintered compact of a prior art example (comparative example). 本発明の一実施形態(実施例4)の窒化アルミニウム焼結体の結晶組織を示す走査型電子顕微鏡(SEM)画像。The scanning electron microscope (SEM) image which shows the crystal structure of the aluminum nitride sintered compact of one Embodiment (Example 4) of this invention. 本発明の一実施形態(実施例4)の窒化アルミニウム焼結体におけるZr元素分布を示すEDX分析画像。The EDX analysis image which shows Zr element distribution in the aluminum nitride sintered compact of one Embodiment (Example 4) of this invention.

本実施形態の窒化アルミニウム焼結体基板は、窒化アルミニウム原料粉末、ケイ素化合物、焼結助剤及び添加剤を準備する第1工程と、所定量のケイ素化合物、焼結助剤及び添加剤を窒化アルミニウム原料粉末に混合して原料混合物を作製する第2工程と、原料混合物を成形して所定の温度域で焼成する第3工程とを経て製造される。   The aluminum nitride sintered body substrate of the present embodiment includes a first step of preparing an aluminum nitride raw material powder, a silicon compound, a sintering aid and an additive, and nitriding a predetermined amount of the silicon compound, the sintering aid and the additive. It is manufactured through a second step in which a raw material mixture is prepared by mixing with aluminum raw material powder and a third step in which the raw material mixture is formed and fired in a predetermined temperature range.

本実施形態では、ケイ素化合物は、粒径10〜15nmのSiOの微粒子である。しかしながら、ケイ素化合物の粒径は、溶媒に分散可能であれば任意に変更可能である。そして、該SiOの微粒子は、安定的に溶媒に分散可能な範囲として、10nm〜100nmの粒径を有することが好ましい。そして、本実施形態のシリカゾルのシリカ固形分の濃度は30%である。しかしながら、添加時に凝集、沈降することがなければ、その濃度を任意に変更可能である。 In this embodiment, the silicon compound is SiO 2 fine particles having a particle diameter of 10 to 15 nm. However, the particle size of the silicon compound can be arbitrarily changed as long as it can be dispersed in a solvent. The fine particles of SiO 2 preferably have a particle diameter of 10 nm to 100 nm as a range that can be stably dispersed in a solvent. And the density | concentration of the silica solid content of the silica sol of this embodiment is 30%. However, the concentration can be arbitrarily changed if it does not aggregate or settle upon addition.

該ケイ素化合物の分散溶媒は、好適には、エタノール、イソプロピルアルコール又はトルエンから選択される1種又はこれらの混合物である。しかしながら、本発明は上記溶媒に限定されず、例えば、メタノール、ジメチルアセトアミド、エチレングリコール、エチレングリコールモノn―プロピルエーテル(NPG)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)、酢酸エチル(EAC)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PMA)、メチルエチルケトン(MEK)及びメチルイソブチルケトンからなる群から選択される少なくとも1種であってもよい。   The dispersion solvent of the silicon compound is preferably one kind selected from ethanol, isopropyl alcohol or toluene or a mixture thereof. However, the present invention is not limited to the above solvents, and examples thereof include methanol, dimethylacetamide, ethylene glycol, ethylene glycol mono n-propyl ether (NPG), propylene glycol monomethyl ether (PGM), ethyl acetate (EAC), and propylene glycol monomethyl. It may be at least one selected from the group consisting of ether acetate (PMA), methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone.

また、ケイ素化合物は、SiO、アモルファスSiO、シリコンアルコキシドの加水分解物からなる群から選択される少なくとも1種であってもよい。 Further, the silicon compound may be at least one selected from the group consisting of SiO 2 , amorphous SiO 2 , and a hydrolyzate of silicon alkoxide.

すなわち、上記コロイド状ケイ素化合物において、粒子径や粒子形状、液性、粘度、分散溶媒の種類は任意に選択可能である。   That is, in the colloidal silicon compound, the particle diameter, particle shape, liquidity, viscosity, and type of dispersion solvent can be arbitrarily selected.

次に、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部としてSi換算で添加するSiの重量部を決定し、当該重量部に基づいてSi源としてのコロイド状ケイ素化合物の添加量を算定する。   Next, 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder is determined, the weight part of Si to be added in terms of Si is determined, and the amount of colloidal silicon compound added as the Si source is calculated based on the weight part.

そして、適量の窒化アルミニウム原料粉末とともに、適量の焼結助剤の粉末と、適量の添加剤の粉末とを準備する。窒化アルミニウム原料粉末は、金属不純物が少なく、酸素含有量が低い高純度微粉末であることが好ましい。焼結助剤は、Y、Yb、CaOからなる群から選択される少なくとも1種である。また、添加剤は、ZrO又は部分安定化ジルコニアを用いる。該添加剤は、好ましくは部分安定化ジルコニア(PSZ)である。部分安定化ジルコニアを添加することにより、通常のZrOの添加と比べて、強度が向上するという知見が得られている。これら焼結助剤及び添加剤は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として、酸化物換算で添加量が定められる。なお、上記酸化物は、窒化物等の形態で添加されてもよい。 Then, an appropriate amount of sintering aid powder and an appropriate amount of additive powder are prepared together with an appropriate amount of aluminum nitride raw material powder. The aluminum nitride raw material powder is preferably a high-purity fine powder with few metal impurities and low oxygen content. The sintering aid is at least one selected from the group consisting of Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and CaO. As the additive, ZrO 2 or partially stabilized zirconia is used. The additive is preferably partially stabilized zirconia (PSZ). It has been found that the addition of partially stabilized zirconia improves the strength compared to the usual addition of ZrO 2 . These sintering aids and additives are added in terms of oxides with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. The oxide may be added in the form of nitride or the like.

続いて、第2工程において、ケイ素化合物と焼結助剤及び添加剤とを窒化アルミニウム原料粉末に混合して原料混合物を作製する。該第2工程は、ケイ素化合物(好ましくはシリカゾル)と焼結助剤と添加剤とを混合して一次混合物を作製する一次混合工程と、該一次混合物を窒化アルミニウム原料粉末に混合(又は粉砕混合)して原料混合物を作製する二次混合工程とから構成される。この混合工程(一次及び二次混合工程)では、例えばボールミル等の粉砕混合機に各材料が投入され、有機溶剤、分散剤及び/又は有機バインダー等が任意に加えられ、所定の時間をかけて混合材料が粉砕及び混合される。   Subsequently, in the second step, a silicon compound, a sintering aid and an additive are mixed with the aluminum nitride raw material powder to produce a raw material mixture. The second step includes a primary mixing step of preparing a primary mixture by mixing a silicon compound (preferably silica sol), a sintering aid, and an additive, and mixing (or grinding and mixing) the primary mixture with the aluminum nitride raw material powder. ) To prepare a raw material mixture. In this mixing step (primary and secondary mixing step), for example, each material is put into a pulverizing mixer such as a ball mill, and an organic solvent, a dispersant and / or an organic binder are arbitrarily added, and a predetermined time is taken. The mixed material is ground and mixed.

一次混合工程では、ケイ素化合物(シリカゾル)、焼結助剤及び添加剤の混合材料に所定量の有機溶剤及び分散剤を添加し、該混合材料を第1混合時間かけて粉砕及び混合する。有機溶剤は、例えばトルエン、エタノール、ブタノールを所定の割合で調合した溶剤である。その有機溶剤の分量は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として10〜20重量部程度である。また、分散剤は、例えば、微量のリン系界面活性剤である。しかし、これら有機溶剤及び分散剤は任意に選択可能である。   In the primary mixing step, a predetermined amount of an organic solvent and a dispersant are added to the mixed material of the silicon compound (silica sol), the sintering aid, and the additive, and the mixed material is pulverized and mixed for the first mixing time. The organic solvent is, for example, a solvent prepared by mixing toluene, ethanol, and butanol at a predetermined ratio. The amount of the organic solvent is about 10 to 20 parts by weight with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. Moreover, a dispersing agent is a trace amount phosphorus type surfactant, for example. However, these organic solvents and dispersants can be arbitrarily selected.

この第1混合時間は、使用する混合機の能力によって適正な混合時間が変化するが、おおむね0.5〜3時間であることが好ましい。第1混合時間が0.5時間未満であると、一次混合物における各原料の分散及び混合が不十分であり、所望の特性を有する窒化アルミニウム焼結体を得られない。他方、一次混合時間が3時間より長くなると、各原料の粒子が粉砕されすぎて、同様に所望の特性を有する窒化アルミニウム焼結体を得られない。   Although this 1st mixing time changes with the capability of the mixer to be used, suitable mixing time changes, It is preferable that it is about 0.5 to 3 hours. When the first mixing time is less than 0.5 hours, the dispersion and mixing of each raw material in the primary mixture is insufficient, and an aluminum nitride sintered body having desired characteristics cannot be obtained. On the other hand, if the primary mixing time is longer than 3 hours, the particles of each raw material are excessively pulverized, and similarly, an aluminum nitride sintered body having desired characteristics cannot be obtained.

そして、一次混合物が得られた後、ボールミルに所定量の窒化アルミニウム原料粉末を投入して二次混合工程を行う。該二次混合工程は、所定量の有機溶剤を加えて一次混合物と窒化アルミニウム原料粉末とを第2混合時間かけて混合する第1段階と、該第1段階で混合された所定量の混合材料にバインダー及び可塑剤を加えて、一次混合物と窒化アルミニウム原料粉末とを第3混合時間かけて混合する第2段階とを含み得る。   And after a primary mixture is obtained, a predetermined amount of aluminum nitride raw material powder is thrown into a ball mill, and a secondary mixing process is performed. The secondary mixing step includes a first stage in which a predetermined amount of an organic solvent is added and the primary mixture and the aluminum nitride raw material powder are mixed over a second mixing time, and a predetermined amount of the mixed material mixed in the first stage. And adding a binder and a plasticizer, and mixing the primary mixture and the aluminum nitride raw material powder over a third mixing time.

第1段階において、有機溶剤は、例えばトルエン、エタノールを所定の割合で調合した溶剤である。その有機溶剤の分量は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として10〜20重量部程度である。そして、第2混合時間は、12〜24時間であることが好ましい。   In the first stage, the organic solvent is a solvent prepared by mixing, for example, toluene and ethanol at a predetermined ratio. The amount of the organic solvent is about 10 to 20 parts by weight with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. The second mixing time is preferably 12 to 24 hours.

第2段階において、有機溶剤は、例えばトルエン、エタノールを所定割合で追加した溶剤である。その有機溶剤の追加分量は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として10〜15重量部程度である。また、バインダーは、例えばポリビニルブチラール樹脂(積水化学工業(株)製 BM−S)を用いる。その添加量は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として5〜10重量部程度である。可塑剤は、例えばフタル酸ジブチル(DBP)を用いる。その添加量は、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として1〜5重量部程度である。そして、第3混合時間は、12〜24時間であることが好ましい。なお、これらバインダー及び可塑剤は、同様の作用又は性質を有するものであれば、任意に選択可能である。   In the second stage, the organic solvent is a solvent in which, for example, toluene and ethanol are added at a predetermined ratio. The additional amount of the organic solvent is about 10 to 15 parts by weight with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. In addition, for example, polyvinyl butyral resin (BM-S manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) is used as the binder. The amount added is about 5 to 10 parts by weight with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. For example, dibutyl phthalate (DBP) is used as the plasticizer. The addition amount is about 1 to 5 parts by weight with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. And it is preferable that 3rd mixing time is 12 to 24 hours. These binders and plasticizers can be arbitrarily selected as long as they have similar actions or properties.

上述のような第2工程によって、各原料が十分に分散及び混合したスラリー状の原料混合物が得られる。そして、第3工程において、得られた原料混合物を、押出成形法、鋳込成形法、ドクターブレード成形法等の手段により所定の形状に成形する。   By the second step as described above, a slurry-like raw material mixture in which the raw materials are sufficiently dispersed and mixed is obtained. Then, in the third step, the obtained raw material mixture is formed into a predetermined shape by means of an extrusion molding method, a casting molding method, a doctor blade molding method, or the like.

上記成形した成形体は、真空中又は非酸化性雰囲気(例えば窒素ガス)中で400〜800℃に加熱され、5〜10時間かけて添加したバインダーが脱脂除去される。そして、脱脂処理された成形体は、窒素ガス雰囲気中で1700〜1800℃で3〜10時間かけて焼成される。このとき、Si成分が添加されていることにより、1700℃程度の比較的低い温度で焼結することが可能となる。このようにして、窒化アルミニウム焼結体の基板が得られる。   The molded body thus molded is heated to 400 to 800 ° C. in vacuum or in a non-oxidizing atmosphere (for example, nitrogen gas), and the binder added over 5 to 10 hours is degreased and removed. The degreased compact is fired at 1700 to 1800 ° C. for 3 to 10 hours in a nitrogen gas atmosphere. At this time, since the Si component is added, sintering can be performed at a relatively low temperature of about 1700 ° C. In this way, a substrate of aluminum nitride sintered body is obtained.

そして、窒化アルミニウム焼結体を熱伝導率測定、曲げ強度測定、X線回折による結晶相同定及び微構造観察することにより、窒化アルミニウム焼結体の特性の評価を行った。   Then, the characteristics of the aluminum nitride sintered body were evaluated by measuring the thermal conductivity, bending strength, crystal phase identification by X-ray diffraction, and microstructure observation of the aluminum nitride sintered body.

以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて、さらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例によって限定解釈されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limitedly interpreted by the following Example.

実施例1〜24に係る窒化アルミニウム焼結体は以下の手順の一部又は全部を実施することによって生成された。   The aluminum nitride sintered bodies according to Examples 1 to 24 were produced by performing part or all of the following procedures.

(1)所定量の窒化アルミニウム原料粉末を準備した。該窒化アルミニウム原料粉末は、平均粒径約1.1μm、比表面積2.6m/gのものを採用した。(実施例1〜24) (1) A predetermined amount of aluminum nitride raw material powder was prepared. The aluminum nitride raw material powder having an average particle size of about 1.1 μm and a specific surface area of 2.6 m 2 / g was employed. (Examples 1 to 24)

(2)コロイド状ケイ素化合物として所定量のシリカゾルを準備した。適量のシリカゾルは、窒化アルミニウム原料粉末を100重量部としたSi元素換算の添加量に基づいて準備された。該シリカゾルは、粒径10〜15nmのSiOの微粒子であり、分散溶媒がIPAであり、且つ、シリカ固形分濃度が30%の分散液(日産化学工業(株)製のオルガノシリカゾル)を採用した。(実施例8〜22)
他方、実施例23では、Si源として純度99.8%、粒径1.2μmのシリカ粉末を準備した。
(2) A predetermined amount of silica sol was prepared as a colloidal silicon compound. An appropriate amount of silica sol was prepared based on an addition amount in terms of Si element with 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. The silica sol is a fine particle of SiO 2 having a particle diameter of 10 to 15 nm, a dispersion solvent is IPA, and a dispersion having a silica solid content concentration of 30% (organosilica sol manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) is used. did. (Examples 8 to 22)
On the other hand, in Example 23, silica powder having a purity of 99.8% and a particle size of 1.2 μm was prepared as a Si source.

(3)焼結助剤として、高純度の酸化イットリウム(Y)の粉末を準備した。焼結助剤の添加量は、1〜10重量部とするのが好適である。本実施例では、添加剤の効果をより正確に理解するため、すべて5重量部で一定とした。(実施例1〜24) (3) A high purity yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder was prepared as a sintering aid. The addition amount of the sintering aid is preferably 1 to 10 parts by weight. In this example, in order to understand the effect of the additive more accurately, all of them were set to 5 parts by weight. (Examples 1 to 24)

(4)任意の添加剤として、ZrO粉末と部分安定化ジルコニア(PSZ)粉末を準備した。該部分安定化ジルコニアは、ZrOにYを2〜4mol%固溶させたものが好適に用いられるが、本実施例では3mol%固溶させた原料を用いた。PSZ中のYはAlNの重量と比べて極めて微量であるので無視することができる。(実施例1〜7,13〜22,24) (4) As optional additives, ZrO 2 powder and partially stabilized zirconia (PSZ) powder were prepared. As the partially stabilized zirconia, a material in which 2 to 4 mol% of Y 2 O 3 is dissolved in ZrO 2 is preferably used. In this example, a raw material in which 3 mol% is dissolved is used. Since Y 2 O 3 in PSZ is extremely small compared to the weight of AlN, it can be ignored. (Examples 1-7, 13-22, 24)

(5)上記原料を窒化アルミニウム原料粉末を100重量部として、適量の各原料を添加して原料組成物を調製した。(実施例1〜24) (5) A raw material composition was prepared by adding an appropriate amount of each raw material to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. (Examples 1 to 24)

(6)ボールミルに各原料を段階的に投入し、表1の条件で一次混合工程、二次混合工程(第1段階、第2段階)を行った。(実施例1〜24) (6) Each raw material was charged stepwise into the ball mill, and the primary mixing step and the secondary mixing step (first step and second step) were performed under the conditions shown in Table 1. (Examples 1 to 24)

(7)原料混合物をドクターブレード法によってシート状に成形し、金型(パンチング)によって所望の形状に形成した。(実施例1〜24) (7) The raw material mixture was formed into a sheet by the doctor blade method and formed into a desired shape by a mold (punching). (Examples 1 to 24)

(8)原料混合物のシート成形体を敷粉塗布し、積層して、真空中で7時間、550℃で加熱して脱脂処理し、続けて、窒素ガス雰囲気中で5時間、1700〜1800℃で加熱して焼成した。(実施例1〜24) (8) A sheet molded body of the raw material mixture is coated with powder, laminated, degreased by heating at 550 ° C. for 7 hours in a vacuum, and subsequently, 1700 to 1800 ° C. for 5 hours in a nitrogen gas atmosphere. And then baked. (Examples 1 to 24)

比較例1に係る窒化アルミニウム焼結体は、表1の一次混合工程を省略し、二次混合工程(第1段階、第2段階)のみを実施したものである。これ以外の工程は、実施例4に係る窒化アルミニウム焼結体の製法と同様である。   The aluminum nitride sintered body according to Comparative Example 1 is obtained by omitting the primary mixing step of Table 1 and performing only the secondary mixing step (first stage, second stage). The other steps are the same as in the method for manufacturing the aluminum nitride sintered body according to Example 4.

実施例1〜24及び比較例1の窒化アルミニウム焼結体に関し、以下の方法で特性A〜Cの評価がなされた。   Regarding the aluminum nitride sintered bodies of Examples 1 to 24 and Comparative Example 1, characteristics A to C were evaluated by the following method.

A.曲げ強度
曲げ強度測定の測定方法には、3点曲げ試験が採用された。評価用の窒化アルミニウム焼結体は、63mm×20mm×0.32mmtの試験片を用いた。測定装置は、(株)島津製作所製の型式AG−ISであり、その測定条件を測定数20pcs、クロスヘッドスピード0.5mm/分、支点間距離30mmとし、その平均値を求めた。
A. Bending strength A three-point bending test was adopted as a measuring method for measuring bending strength. As the aluminum nitride sintered body for evaluation, a test piece of 63 mm × 20 mm × 0.32 mmt was used. The measuring device was model AG-IS manufactured by Shimadzu Corporation, and the measurement conditions were set to 20 pcs, the crosshead speed was 0.5 mm / min, and the distance between fulcrums was 30 mm, and the average value was obtained.

B.熱伝導率
熱伝導率の測定方法には、レーザーフラッシュ法が採用された。窒化アルミニウム焼結体の試験片は、25mm×25mmの大きさの試験片を用いた。測定装置は、アルバック理工(株)製の型式TC−7000であり、その測定条件を測定数2pcsとし、その平均値を求めた。
B. Thermal conductivity The laser flash method was adopted as a method for measuring thermal conductivity. As the test piece of the aluminum nitride sintered body, a test piece having a size of 25 mm × 25 mm was used. The measuring device was model TC-7000 manufactured by ULVAC-RIKO, and the measurement condition was set to 2 pcs and the average value was obtained.

C.結晶相同定(ZrN生成量)
結晶相同定には、Cu−Kα線を用いたX線回折法が採用された。窒化アルミニウム焼結体を乳鉢で粉砕し、10mm×10mmの大きさのホルダーに埋設し測定した。そして、ZrN生成量は、測定したX線回折で検出されたピーク強度(面積)に基づいてWPPF法で算定された。測定装置は、(株)リガク製の型式UltimaIVを用い、測定数1pcsとした。
C. Crystal phase identification (ZrN production)
An X-ray diffraction method using Cu-Kα rays was employed for crystal phase identification. The aluminum nitride sintered body was pulverized with a mortar, embedded in a holder having a size of 10 mm × 10 mm, and measured. The amount of ZrN produced was calculated by the WPPF method based on the peak intensity (area) detected by the measured X-ray diffraction. The measuring device was a model Ultima IV manufactured by Rigaku Corporation, and the number of measurements was 1 pcs.

各実施例の窒化アルミニウム焼結体の特性A〜C(測定結果)を以下の表2に示した。なお、原料混合物の配合量は、窒化アルミニウム原料粉末(AlN)を100重量部に対して、酸化物換算したYの重量部、酸化物換算したZrOの重量部、及び、Si元素換算したケイ素化合物の重量部として示した。 The characteristics A to C (measurement results) of the aluminum nitride sintered body of each example are shown in Table 2 below. The blending amount of the raw material mixture is 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder (AlN), the weight part of Y 2 O 3 converted to oxide, the weight part of ZrO 2 converted to oxide, and the Si element It was shown as parts by weight of the converted silicon compound.

実施例4は、100重量部のAlNに対して、5重量部のYと、2重量部のZrOを添加したものである。そして、実施例4(一次混合工程有り)と比較例1(一次混合工程無し)とは、配合量の点では同じであるが、一次混合工程の有無の点で相違する。そして、実施例4では、強度が580MPaであり、且つ、熱伝導率が149W/mKであるのに対し、比較例では、強度が493MPaであり、且つ、熱伝導率が150W/mKである。すなわち、実施例4では、比較例と比較して、熱伝導率を維持しつつ、約90MPa(約18%)の強度が向上している。したがって、一次混合工程を導入することにより、熱伝導率が低下することなく強度が改善することが確認された。 In Example 4, 5 parts by weight of Y 2 O 3 and 2 parts by weight of ZrO 2 were added to 100 parts by weight of AlN. And Example 4 (with a primary mixing process) and Comparative Example 1 (without a primary mixing process) are the same in terms of the blending amount, but differ in the presence or absence of a primary mixing process. In Example 4, the strength is 580 MPa and the thermal conductivity is 149 W / mK, whereas in the comparative example, the strength is 493 MPa and the thermal conductivity is 150 W / mK. That is, in Example 4, compared with the comparative example, the strength of about 90 MPa (about 18%) is improved while maintaining the thermal conductivity. Therefore, it was confirmed that the strength was improved without lowering the thermal conductivity by introducing the primary mixing step.

また、実施例4(添加剤としてPSZ)と実施例24(添加剤としてZrO)とは、配合量の点では同じであるが、添加剤として用いたZrOに固溶しているYの有無の点で相違する。実施例4では、強度が580MPaであり、且つ、熱伝導率が149W/mKであるのに対し、実施例24では、強度が507MPaであり、且つ、熱伝導率が148W/mKである。すなわち、実施例4では、実施例24と比較して、熱伝導率を維持しつつ、約73MPa(約14%)の強度が向上している。したがって、添加剤として部分安定化ジルコニア(PSZ)を採用することにより、熱伝導率が低下することなく強度が改善することが確認された。 Further, Example 4 (PSZ as an additive) and Example 24 (ZrO 2 as an additive) are the same in terms of blending amount, but Y 2 dissolved in ZrO 2 used as an additive. The difference is in the presence or absence of O 3 . In Example 4, the strength is 580 MPa and the thermal conductivity is 149 W / mK, whereas in Example 24, the strength is 507 MPa and the thermal conductivity is 148 W / mK. That is, in Example 4, compared with Example 24, the strength of about 73 MPa (about 14%) is improved while maintaining the thermal conductivity. Therefore, it was confirmed that the use of partially stabilized zirconia (PSZ) as an additive improves the strength without lowering the thermal conductivity.

図1は、比較例1に係る窒化アルミニウム焼結体のSEMによる表面観察(倍率8000)の結果を示し、図2はそのEDX(エネルギー分散型X線分光法)における分析結果(輝点がZr元素)を示している。なお、表面解析及びEDX分析は(株)日立ハイテクノロジーズ製の型式S−3400Nで行われた。図3は、実施例4に係る窒化アルミニウム焼結体のSEMによる表面観察(倍率8000)の結果を示している。図4はそのEDX(エネルギー分散型X線分光法)における分析結果(輝点がZr元素)を示している。なお、図1及び図3のSEM画像において、矢印で指した粒子又は塊がZrNであることがX線回折による結晶相同定及びEDX分析により判明している。   FIG. 1 shows the result of surface observation (magnification 8000) by SEM of the aluminum nitride sintered body according to Comparative Example 1, and FIG. 2 shows the analysis result in EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) (the bright spot is Zr). Element). The surface analysis and EDX analysis were performed with model S-3400N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. FIG. 3 shows the result of surface observation (magnification 8000) by SEM of the aluminum nitride sintered body according to Example 4. FIG. 4 shows an analysis result (bright spot is Zr element) in EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). In the SEM images of FIGS. 1 and 3, it is found by crystal phase identification by X-ray diffraction and EDX analysis that the particles or lumps indicated by arrows are ZrN.

図1及び図2によれば、従来製法による比較例の窒化アルミニウム焼結体では、ZrNが均一に分散せずに1.5μm以上の大きな塊となって存在していることが分かる。他方、図3及び図4によれば、一次混合工程を導入した窒化アルミニウム焼結体(実施例4)では、比較例と比べて、ZrNが微小粒子として均一に分散しており、その粒径は0.1〜0.8μm程度であることが分かる。また、SEM画像によれば、図1の比較例では、ZrNの塊の存在により、AlNの粒子同士が部分的に離隔し(粒界のばらつき)、AlN結晶粒子が全体として乱雑としている。他方、図3の実施例4では、ZrNの微小粒子が均一に分散しているため、AlN粒子間の結晶粒界が狭く、その粒界の幅がほぼ一様であり、AlNの結晶粒子が全体として規則的に並んでいる。すなわち、図1乃至図4に示すように、一次混合工程を導入することにより、結果物(窒化アルミニウム焼結体)において視認可能な顕著な構造的変化を生じる。その結果、窒化アルミニウム焼結体の強度が大幅に改善することが分かった。   1 and 2, it can be seen that in the comparative aluminum nitride sintered body produced by the conventional manufacturing method, ZrN does not uniformly disperse and exists as a large lump of 1.5 μm or more. On the other hand, according to FIG. 3 and FIG. 4, in the aluminum nitride sintered body (Example 4) into which the primary mixing step was introduced, ZrN was uniformly dispersed as fine particles as compared with the comparative example, and the particle size Is found to be about 0.1 to 0.8 μm. Further, according to the SEM image, in the comparative example of FIG. 1, due to the presence of the ZrN lump, the AlN particles are partially separated (variation in grain boundaries), and the AlN crystal particles are messy as a whole. On the other hand, in Example 4 of FIG. 3, since the ZrN fine particles are uniformly dispersed, the grain boundaries between the AlN grains are narrow, the widths of the grain boundaries are almost uniform, and the AlN crystal grains are They are regularly arranged as a whole. That is, as shown in FIGS. 1 to 4, the introduction of the primary mixing step causes a noticeable structural change in the resultant product (aluminum nitride sintered body). As a result, it was found that the strength of the aluminum nitride sintered body was greatly improved.

しかしながら、このZrNの分散が窒化アルミニウム焼結体の強度改善に寄与する現象について、その原理が未だ解明されていない。 However, the principle of the phenomenon that the dispersion of ZrN contributes to the improvement of the strength of the aluminum nitride sintered body has not yet been elucidated.

実施例1〜7は、Siを添加せずに、ZrO(PSZ)配合量を変化させたものである。表2に示すとおり、100重量部のAlNに対して、ZrO配合量が0.5〜5重量部(実施例4、5)のとき、3点曲げ強度が550MPa以上であり、且つ、熱伝導率が130W/mK以上である。そして、実施例6、7のように、ZrO配合量が5重量部を越えると、強度が上昇するが熱伝導率の低下が顕著となる。すなわち、表2によれば、Zrの配合量は、酸化物換算で0.5〜5重量部であることが好ましい。 Examples 1 to 7, without the addition of Si, is obtained by changing the ZrO 2 (PSZ) amount. As shown in Table 2, with respect to 100 parts by weight of AlN, when the ZrO 2 content is 0.5 to 5 parts by weight (Examples 4 and 5), the three-point bending strength is 550 MPa or more, and heat Conductivity is 130 W / mK or more. And, as in Examples 6 and 7, when the amount of ZrO 2 exceeds 5 parts by weight, the strength increases, but the thermal conductivity decreases remarkably. That is, according to Table 2, it is preferable that the compounding quantity of Zr is 0.5-5 weight part in conversion of an oxide.

実施例8〜12は、ZrOを添加せずに、Si(シリカゾル)配合量を変化させたものである。表2に示すとおり、100重量部のAlNに対して、Si配合量がSi元素換算で0.025〜0.2重量部(実施例8〜11)のとき、3点曲げ強度が540MPa以上であり、且つ、熱伝導率が140MPa以上である。そして、実施例12のように、Si配合量が0.5重量部となると、強度の低下が顕著となる。すなわち、表2によれば、Si配合量は、0.025〜0.2重量部であることが好ましい。 In Examples 8 to 12, the compounding amount of Si (silica sol) was changed without adding ZrO 2 . As shown in Table 2, with respect to 100 parts by weight of AlN, when the Si compounding amount is 0.025 to 0.2 parts by weight (Examples 8 to 11) in terms of Si element, the three-point bending strength is 540 MPa or more. And the thermal conductivity is 140 MPa or more. And like Example 12, when Si compounding quantity will be 0.5 weight part, the fall of intensity | strength will become remarkable. That is, according to Table 2, the Si compounding amount is preferably 0.025 to 0.2 parts by weight.

実施例10は、100重量部のAlNに対して、5重量部のYと、Si元素換算で0.1重量部のシリカゾル(コロイド状ケイ素化合物)を添加したものである。これに対し、実施例23は、100重量部のAlNに対して、5重量部のYと、Si元素換算で0.1重量部のシリカ粉末を添加したものである。つまり、実施例12と実施例23とでは、添加(配合)するSiの状態が異なる。そして、実施例10では、強度が600MPaであり、且つ、熱伝導率が143W/mKであるのに対し、実施例23では、強度が520MPaであり、且つ、熱伝導率が127W/mKである。すなわち、実施例10では、実施例22と比較して、約80Mpa(約15%)の強度が向上し、且つ、約16W/mK(約13%)の熱伝導率が向上している。したがって、シリカ粉末に代えてシリカゾルを採用することにより、強度及び熱伝導率が改善することが確認された。 In Example 10, 5 parts by weight of Y 2 O 3 and 0.1 part by weight of silica sol (colloidal silicon compound) in terms of Si element are added to 100 parts by weight of AlN. In contrast, in Example 23, 5 parts by weight of Y 2 O 3 and 0.1 parts by weight of silica powder in terms of Si element are added to 100 parts by weight of AlN. That is, Example 12 and Example 23 differ in the state of Si to be added (mixed). In Example 10, the strength is 600 MPa and the thermal conductivity is 143 W / mK, whereas in Example 23, the strength is 520 MPa and the thermal conductivity is 127 W / mK. . That is, in Example 10, compared with Example 22, the strength of about 80 Mpa (about 15%) is improved, and the thermal conductivity of about 16 W / mK (about 13%) is improved. Therefore, it was confirmed that the strength and thermal conductivity were improved by employing silica sol instead of silica powder.

実施例13〜22は、部分安定化ジルコニア及び/又はSi(シリカゾル)配合量を変化させたものである。特に、実施例13〜22に係る窒化アルミニウム焼結体は、650MPa以上の3点曲げ強度及び130W/m・K以上の熱伝導率を示し、極めて良好な特性を有している。すなわち、窒化アルミニウム焼結体の原料混合物において、AlN100重量部に対して、5重量部のY、0.5〜5重量部のZrO、及び、0.025〜0.15重量部のSiの配合量が特性の上で好適である。 In Examples 13 to 22, the amount of partially stabilized zirconia and / or Si (silica sol) is changed. In particular, the aluminum nitride sintered bodies according to Examples 13 to 22 have a three-point bending strength of 650 MPa or more and a thermal conductivity of 130 W / m · K or more, and have extremely good characteristics. That is, in the raw material mixture of the aluminum nitride sintered body, 5 parts by weight of Y 2 O 3 , 0.5 to 5 parts by weight of ZrO 2 , and 0.025 to 0.15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of AlN. The amount of Si is suitable in view of characteristics.

実施例2〜7、13〜22及び24は、ZrNを析出させたものである。特に、実施例13〜22に係る窒化アルミニウム焼結体は、650MPa以上の3点曲げ強度及び130W/m・K以上の熱伝導率を示し、良好な特性を有している。すなわち、窒化アルミニウム焼結体においてZrNを0.4%〜4.2wt%析出させたことにより、好適な強度及び熱伝導率が得られることが確認された。   Examples 2-7, 13-22, and 24 deposit ZrN. In particular, the aluminum nitride sintered bodies according to Examples 13 to 22 have a three-point bending strength of 650 MPa or more and a thermal conductivity of 130 W / m · K or more, and have good characteristics. That is, it was confirmed that suitable strength and thermal conductivity can be obtained by depositing 0.4% to 4.2 wt% of ZrN in the aluminum nitride sintered body.

さらに、その中でも特に、実施例15、17、19、20に係る窒化アルミニウム焼結体は、660MPa以上の3点曲げ強度及び140W/m・K以上の熱伝導率を示し、極めて良好な特性を有している。すなわち、窒化アルミニウム焼結体の原料混合物において、窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、1〜10重量部のY、2〜3重量部の部分安定化ジルコニア、及び、0.05〜0.1重量部のSiの配合量であり、かつ、窒化アルミニウム焼結体においてZrN粒子を1.4〜2.5wt%析出させたことにより、特性の上で最も好適な強度及び熱伝導率が得られることが確認された。 Further, among these, the aluminum nitride sintered bodies according to Examples 15, 17, 19, and 20 exhibit a three-point bending strength of 660 MPa or more and a thermal conductivity of 140 W / m · K or more, and have extremely good characteristics. Have. That is, in the raw material mixture of the aluminum nitride sintered body, 1 to 10 parts by weight of Y 2 O 3 , 2 to 3 parts by weight of partially stabilized zirconia, and 0.05 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder It is the compounding amount of Si of ~ 0.1 part by weight, and 1.4 to 2.5 wt% of ZrN particles are precipitated in the aluminum nitride sintered body, so that the most suitable strength and heat conduction in terms of properties. It was confirmed that the rate was obtained.

本実施形態(実施例1〜24)の窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法によれば、一次混合工程を導入したことにより、上記工程を導入しない窒化アルミニウム焼結体と比べて、同組成で相対的な強度の改善を実現したものである。   According to the aluminum nitride sintered body and its manufacturing method of the present embodiment (Examples 1 to 24), the introduction of the primary mixing step has the same composition as that of the aluminum nitride sintered body that does not introduce the above steps. The improvement of relative strength is realized.

なお、上記実施例に含まれない元素や成分に関しても、焼結助剤、添加剤として同様の性質を有していれば、本発明の製造方法による恩恵を受けることが可能であり、本発明の技術範囲内であれば、任意に置換、省略及び/又は追加可能である。   In addition, regarding elements and components not included in the above-described examples, if the same properties as sintering aids and additives are obtained, it is possible to benefit from the production method of the present invention. Any substitution, omission and / or addition can be made within the technical scope of (1).

本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限りにおいて種々の態様で実施しうるものである。
(付記)本明細書は、以下の構成を開示するものである。
構成1.窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.15重量部のSiO2と、酸化物換算で1〜10重量部のY2O3と、酸化物換算で1〜5重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体の焼結体である窒化アルミニウム焼結体。
構成2.窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.15重量部のSiO2と、酸化物換算で1〜10重量部のY2O3と、酸化物換算で1〜5重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体の焼結体であり、ZrN粒子が0.7〜4.2wt%析出していることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
構成3.前記ZrN粒子が均一に分散して析出していることを特徴とする構成2に記載の窒化アルミニウム焼結体。
構成4.前記ZrN粒子の平均粒径が、0.1〜0.8μmであることを特徴とする構成2又は3に記載の窒化アルミニウム焼結体。
構成5.熱伝導率が130W/m・K以上であり、且つ、3点曲げ強度が650MPa以上であることを特徴とする構成1から4のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
構成6.窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.05〜0.1重量部のSiO2と、酸化物換算で1〜10重量部のY2O3と、酸化物換算で2〜3重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体の焼結体であり、ZrN粒子が1.4〜2.5wt%析出しているとともに、熱伝導率が140W/m・K以上であり、且つ、3点曲げ強度が660MPa以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
構成7.ケイ素化合物及び焼結助剤を混合して一次混合物を作製する一次混合工程と、
前記一次混合物を前記窒化アルミニウム原料粉末に混合して原料混合物を作製する二次混合工程と、
前記原料混合物を成形して所定の温度域で焼成する工程と、
を含み、
前記原料混合物は、窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.2重量部のSiO2と、酸化物換算で1〜10重量部のY2O3とを含有することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes as long as they belong to the technical scope of the present invention.
(Additional remark) This specification discloses the following structures.
Configuration 1. 0.025 to 0.15 parts by weight of SiO2 in terms of Si, 1 to 10 parts by weight of Y2O3 in terms of oxide, and 1 to 5 parts by weight in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder An aluminum nitride sintered body that is a sintered body of a molded body of a raw material mixture containing partially stabilized zirconia.
Configuration 2. 0.025 to 0.15 parts by weight of SiO2 in terms of Si, 1 to 10 parts by weight of Y2O3 in terms of oxide, and 1 to 5 parts by weight in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder An aluminum nitride sintered body characterized in that 0.7 to 4.2 wt% of ZrN particles are precipitated.
Configuration 3. The aluminum nitride sintered body according to Configuration 2, wherein the ZrN particles are uniformly dispersed and precipitated.
Configuration 4. 4. The aluminum nitride sintered body according to Structure 2 or 3, wherein the ZrN particles have an average particle diameter of 0.1 to 0.8 μm.
Configuration 5. The aluminum nitride sintered body according to any one of configurations 1 to 4, wherein the thermal conductivity is 130 W / m · K or more and the three-point bending strength is 650 MPa or more.
Configuration 6. With respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder, 0.05 to 0.1 parts by weight of SiO 2 in terms of Si element, 1 to 10 parts by weight of Y 2 O 3 in terms of oxide, and 2 to 3 parts by weight in terms of oxide A sintered body of a molded body of a raw material mixture containing ZrN particles of 1.4 to 2.5 wt% and a thermal conductivity of 140 W / m · K or more. An aluminum nitride sintered body having a three-point bending strength of 660 MPa or more.
Configuration 7. A primary mixing step of mixing a silicon compound and a sintering aid to produce a primary mixture;
A secondary mixing step of preparing the raw material mixture by mixing the primary mixture with the aluminum nitride raw material powder;
Forming the raw material mixture and firing in a predetermined temperature range;
Including
The raw material mixture contains 0.025 to 0.2 parts by weight of SiO2 in terms of Si element and 1 to 10 parts by weight of Y2O3 in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. A manufacturing method of a featured aluminum nitride sintered body.

Claims (5)

窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.025〜0.15重量部のSiOと、酸化物換算で1〜10重量部のYと、酸化物換算で1〜5重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体の焼結体であり、ZrN粒子が0.7〜4.2wt%析出し、熱伝導率が130W/m・K以上であり、且つ、3点曲げ強度が650MPa以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。 0.025 to 0.15 parts by weight of SiO 2 in terms of Si element, 1 to 10 parts by weight of Y 2 O 3 in terms of oxide, and 1 in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder. A sintered body of a compact of a raw material mixture containing ˜5 parts by weight of partially stabilized zirconia, wherein ZrN particles are precipitated in an amount of 0.7 to 4.2 wt%, and the thermal conductivity is 130 W / m · K or more. And a three-point bending strength of 650 MPa or more . 前記ZrN粒子が均一に分散して析出していることを特徴とする請求項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 ZrN particles are uniformly dispersed and precipitated. 前記ZrN粒子の平均粒径が、0.1〜0.8μmであることを特徴とする請求項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 an average particle diameter of the ZrN particles is 0.1 to 0.8 µm. 窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対して、Si元素換算で0.05〜0.1重量部のSiOと、酸化物換算で1〜10重量部のYと、酸化物換算で2〜3重量部の部分安定化ジルコニアと、を含有する原料混合物の成形体の焼結体であり、ZrN粒子が1.4〜2.5wt%析出しているとともに、熱伝導率が140W/m・K以上であり、且つ、3点曲げ強度が660MPa以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。 With respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride raw material powder, 0.05 to 0.1 parts by weight of SiO 2 in terms of Si element, 1 to 10 parts by weight of Y 2 O 3 in terms of oxide, and 2 in terms of oxide. A sintered compact of a molded body of a raw material mixture containing ~ 3 parts by weight of partially stabilized zirconia, with 1.4 to 2.5 wt% of ZrN particles precipitated and a thermal conductivity of 140 W / m An aluminum nitride sintered body characterized by being K or higher and having a three-point bending strength of 660 MPa or higher. 前記SiOSiO 2 は、シリカゾルとして原料混合物に含有されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の窒化アルミニウム焼結体。Is contained in the raw material mixture as a silica sol, The aluminum nitride sintered body according to any one of claims 1 to 4.
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