JP7282279B1 - 窒化ホウ素焼結体の製造方法及び窒化ホウ素焼結体 - Google Patents

Abstract

本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法は、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体２を作製する工程及びセッター３の上に配置したシート状成形体２を焼成する工程を含み、シート状成形体２を焼成する工程は、シート状成形体２及びセッター３の間に第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１を配置する。本発明の窒化ホウ素焼結体は、反り量が０．６０ｍｍ以下であり、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法により製造されたものである。本発明によれば、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を用いて、熱伝導率が高く、反りが小さいシート状の窒化ホウ素焼結体を製造することができる窒化ホウ素焼結体の製造方法及びその製造方法により得られた窒化ホウ素焼結体を提供することができる。

Description

本発明は窒化ホウ素焼結体の製造方法及び窒化ホウ素焼結体に関する。

近年、携帯電話、ＬＥＤ照明装置、車載用パワーモジュール等に代表される電子機器の高性能化及び小型化に伴い、半導体デバイス実装、プリント配線板実装、及び装置実装の各階層において実装技術が急激に進歩している。そのため、電子機器内部の発熱密度は年々増加しており、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題である。そして、電子部材を固定するための熱伝導性絶縁接着シートには、絶縁性や接着性に加えて、従来にない高い熱伝導率が要求されている。

上記の熱伝導性絶縁接着シートには、従来から、未硬化の状態（Ａステージ）の熱硬化性樹脂に酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の熱伝導率の高いセラミックス粉末を分散させた後、各種コーターによる塗工等でシート状に成型し、加熱により熱硬化性樹脂を半硬化状態（Ｂステージ）とした熱硬化性樹脂組成物が用いられてきた。

上記の熱伝導性絶縁接着シートは、金属回路や金属板等の電子部材に密着させた後、加熱することにより半硬化状態（Ｂステージ）の熱硬化性樹脂を溶融させ、電子部材表面の凹凸に侵入させることで熱伝導性絶縁接着シートの電子部材に対する接着性を発現させ、さらに加熱することにより熱硬化性樹脂を完全に硬化した状態（Ｃステージ）とし、電子部材との間の接着を強固にしている。

上記の熱伝導性絶縁接着シートは、金属回路や金属板等の電子部材との間に接着層（未硬化の状態（Ａステージ）の熱硬化性樹脂又は未硬化の状態（Ａステージ）の熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させたもの）を形成する必要がないことから、塗工作業や精密な塗布装置の導入が不要であり、ユーザーによる作業が非常に簡便になることから、広く利用されている。

特許文献１では、金属ベース回路基板において、半硬化状態（Ｂステージ）の熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させた熱伝導性絶縁接着シート上に金属箔を配置した状態で、熱伝導性絶縁接着シートに含有される熱硬化性樹脂を硬化してＣステージにすることによって、放熱性に優れた金属ベース回路基板を簡便な方法で得ることを可能にしている。

しかしながら、上記の特許文献１の発明においては、セラミックス粉末の各粒子間に熱伝導率の低い熱硬化性樹脂層が存在することから、回路基板において高い熱伝導率を得ることには限界があった。そのため、近年ますます困難になる電子機器の熱設計要求において、放熱性の面で課題があった。

特許文献１に記載のメタルベース基板の熱伝導性を改善する方法として、例えば、非酸化物セラミックス一次粒子が３次元的に連続する一体構造をなしている焼結体に、熱硬化性樹脂組成物を含浸しているセラミックス樹脂複合体を用いた熱伝導性絶縁接着シート（例えば、特許文献２参照）を使用して、メタルベース板の片面に金属箔を貼り合わせることが考えられる。この熱伝導性絶縁接着シートは、非酸化物セラミックスが連続したネットワークを構成するので、熱伝導率をさらに高くすることができる。

特開２００９－４９０６２号公報 国際公開２０１７／１５５１１０号パンフレット

特許文献２に記載のセラミックス樹脂複合体に用いられる焼結体は、非酸化物セラミックス粉末と焼結助剤を混合して得られた混合粉末を、金型を用いてブロック状にプレス成形してブロック成形体を作製し、得られたブロック成形体をＣＩＰ（冷間等方圧加圧法）装置により処理を行った後、焼結させることで作製される。このため、シート状のセラミックス樹脂複合体を得るためには、焼結体に樹脂を含浸させた後、焼結体を、ワイヤーソーなどを使用してシート状に加工する必要があった。その結果、シート状のセラミックス樹脂複合体の製造コストが高くなっていた。

焼結体をシート状に加工しなくてもシート状の焼結体を得る方法としては、例えば、セラミックス焼結体の原料をシート状に成形して得られたシート状成形体を焼成する方法がある。しかし、この方法で得られたシート状焼結体の熱伝導率が低くかったり、シート状焼結体に大きな反りが発生したりする場合があった。

そこで、本発明は、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を用いて、熱伝導率が高く、反りが小さいシート状の窒化ホウ素焼結体を製造することができる窒化ホウ素焼結体の製造方法及びその製造方法により得られた窒化ホウ素焼結体を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を進めたところ、メッシュ状窒化ホウ素シートを用いてシート状成形体を焼成することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。本発明は、以下を要旨とする。
［１］窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を作製する工程及びセッターの上に配置した前記シート状成形体を焼成する工程を含み、前記シート状成形体を焼成する工程は、前記シート状成形体及び前記セッターの間に第１のメッシュ状窒化ホウ素シートを配置する窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［２］前記シート状成形体を焼成する工程は、前記セッターの上に配置した前記シート状成形体の上に、前記シート状成形体の上面を覆うセラミックス板を配置し、前記シート状成形体及び前記セラミックス板の間に第２のメッシュ状窒化ホウ素シートをさらに配置する上記［１］に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［３］前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの形状が格子状である上記［１］又は［２］に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［４］前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの目開きが２００～３０００μｍである上記［３］に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［５］前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの線径が５００～１６００μｍである上記［３］又は［４］に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［６］前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートは、矩形形状のメッシュ状窒化ホウ素シートの四隅を切り欠くことにより矩形形状に形作られたメッシュ状窒化ホウ素シートである上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［７］前記シート状成形体を焼成する工程で得られた焼結体が多孔体である上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
［８］反り量が０．６０ｍｍ以下であり、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である、上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法により製造された窒化ホウ素焼結体。

本発明によれば、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を用いて、熱伝導率が高く、反りが小さいシート状の窒化ホウ素焼結体を製造することができる窒化ホウ素焼結体の製造方法及びその製造方法により得られた窒化ホウ素焼結体を提供することができる。

図１は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法におけるセッターの上に配置したシート状成形体を焼成する工程を説明するための図である。 図２（ａ）～（ｂ）は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法で使用するメッシュ状窒化ホウ素シートの一例を示す図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法で使用するメッシュ状窒化ホウ素シートの一例の製造方法を説明するための図である。 図４は、図４は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法におけるセッターの上に配置したシート状成形体を焼成する工程の他の実施態様を説明するための図である

［窒化ホウ素焼結体の製造方法］
本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法は、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を作製する工程（Ａ）及びセッターの上に配置したシート状成形体を焼成する工程（Ｂ）を含む。以下、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法の各工程を詳細に説明する。

（工程（Ａ））
工程（Ａ）では、窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を作製する。窒化ホウ素焼結体の原料は、焼成して窒化ホウ素焼結体を作製できる原料であれば特に限定されない。窒化ホウ素焼結体の原料には、例えば、炭窒化ホウ素（Ｂ_４ＣＮ_４）が挙げられる。炭化ホウ素粉末は、例えば、以下の手順で調製することができる。なお、以下の手順で調製した炭窒化ホウ素の代わりに、市販の炭窒化ホウ素粉末を用いてもよい。

ホウ酸とアセチレンブラックとを混合したのち、不活性ガス雰囲気中、１８００～２４００℃にて、１～１０時間加熱し、炭化ホウ素塊を得る。この炭化ホウ素塊を、粉砕し、洗浄、不純物除去、及び乾燥を行って炭化ホウ素粉末を調製する。炭化ホウ素粉末を、窒素雰囲気下で加熱して炭窒化ホウ素（Ｂ_４ＣＮ_４）粉末を得る。この窒化処理における加熱温度は、１８００℃以上であってよく、１９００℃以上であってもよい。また、この窒化処理における加熱温度は、２４００℃以下であってよく、２２００℃以下であってもよい。この窒化処理における加熱温度は、例えば、１８００～２４００℃であってよい。

窒化処理における圧力は、０．６ＭＰａ以上であってよく、０．７ＭＰａ以上であってもよい。また、この窒化処理における圧力は、１．０ＭＰａ以下であってよく、０．９ＭＰａ以下であってもよい。この窒化処理における圧力は、例えば、０．６～１．０ＭＰａであってよい。この窒化処理における圧力が低すぎると、炭化ホウ素の窒化が進行し難くなる傾向がある。一方、この窒化処理における圧力が高すぎると、製造コストが上昇する傾向にある。なお、本開示における圧力は絶対圧である。

窒化処理における窒素雰囲気の窒素ガス濃度は９５体積％以上であってよく、９９．９体積％以上であってもよい。窒素の分圧は、上述の圧力範囲であってよい。窒化処理における加熱時間は、窒化が十分進む範囲であれば特に限定されず、例えば６～３０時間であってよく、８～２０時間であってもよい。

窒化処理で得られた炭窒化ホウ素粉末に焼結助剤を配合してもよい。焼結助剤は、ホウ素化合物及びカルシウム化合物を含んでよい。配合量は、炭窒化ホウ素粉末１００質量部に対してホウ素化合物及びカルシウム化合物を合計で１～３０質量部であってもよい。このような配合量とすることによって、一次粒子の過剰な粒成長を抑制しつつ、適度に粒成長させて焼結を促進し、窒化ホウ素の一次粒子同士が強固にかつ広域にわたって密接に結合する。

焼結助剤が、ホウ素化合物及びカルシウム化合物を含む場合、窒化ホウ素の一次粒子を十分に結合させる観点から、焼成物中の焼結助剤のホウ素化合物及びカルシウム化合物の含有量は、焼成物１００質量部に対してホウ素化合物及びカルシウム化合物を合計で、例えば１～３０質量部含んでよく、５～２５質量部含んでよく、８～２０質量部含んでもよい。

炭窒化ホウ素粉末に焼結助剤を配合して得られた配合物は、ホウ素化合物を構成するホウ素１００原子％に対して、カルシウム化合物を構成するカルシウムを０．５～４０原子％含んでよく、０．７～３０原子％含んでもよい。このような比率でホウ素及びカルシウムを含有することによって、一次粒子の均質な粒成長を促進して窒化ホウ素焼結体の熱伝導率を一層高くすることができる。

ホウ素化合物としては、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ砂等が挙げられる。カルシウム化合物としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム等が挙げられる。焼結助剤は、ホウ酸及び炭酸カルシウム以外の成分を含んでいてもよい。そのような成分としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩が挙げられる。また、成形性向上のため、配合物にバインダーを配合してもよい。バインダーとしては、アクリル化合物等が挙げられる。

炭窒化ホウ素粉末及び焼結助剤の配合に際し、一般的な粉砕機又は解砕機を用いて粉砕を行ってもよい。例えば、ボールミル、ヘンシェルミキサー、振動ミル、ジェットミル等を用いることができる。なお、本開示においては、「粉砕」には「解砕」も含まれる。炭窒化ホウ素粉末を粉砕した後に焼結助剤を配合してもよいし、炭窒化ホウ素粉末と焼結助剤とを配合した後に、粉砕及び混合と同時に焼結助剤を配合してもよい。

配合物は粉末プレス又は金型成形を行ってシート状成形体としてもよいし、ドクターブレード法又は押出法によって、シート状成形体としてもよい。押出法によって配合物をシート状成形体へ成形する場合、成形圧力は、例えば５～３５０ＭＰａであってよい。シート状成形体は、例えば、厚みが２ｍｍ未満のシート状であってよい。シート状成形体を用いて窒化ホウ素焼結体を製造すれば、切断面のない窒化ホウ素焼結体を製造することができる。また、ブロック状の窒化ホウ素焼結体及び複合体を切断してシート状とする場合に比べて、成形体の段階からシート状にすることによって、加工による材料ロスを低減することができる。したがって、高い歩留まりでシート状の窒化ホウ素焼結体、及び窒化ホウ素焼結体と樹脂との複合体を製造することができる。

（工程（Ｂ））
工程（Ｂ）では、セッターの上に配置したシート状成形体を焼成する。例えば、シート状成形体を電気炉中で加熱して焼成する。セッターは、被焼成物を載せる容器的な機能を有する道具材である。セッターの材質には、例えば、アルミナ、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。これらの材質の中で、シート成形体への不純物混入を抑制する観点から窒化ホウ素が好ましい。セッターの形状は、通常、薄肉角型状の形状である。しかし、被焼成物の形状により、セッターの形状は、薄肉角型状の形状から適宜、変更することができる。

焼成温度は、例えば１８００℃以上であってよく、１９００℃以上であってもよい。当該焼成温度は、例えば２２００℃以下であってよく、２１００℃以下であってもよい。焼成温度が低すぎると、粒成長が十分に進行しない傾向にある。焼成時間は、０．５時間以上であってよく、１時間以上、３時間以上、５時間以上、又は１０時間以上であってもよい。当該焼成時間は、４０時間以下であってよく、３０時間以下、又は２０時間以下であってもよい。当該焼成時間は、例えば、０．５～４０時間であってよく、１～３０時間であってもよい。焼成時間が短すぎると粒成長が十分に進行しない傾向にある。一方、焼成時間が長すぎると工業的に不利になる傾向にある。焼成雰囲気は、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であってよい。配合物にバインダーを配合する場合、上述の加熱の前に、バインダーが分解する温度と雰囲気で仮焼して脱脂してもよい。

工程（Ｂ）では、図１に示すように、シート状成形体２及びセッター３の間に第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１を配置する。これにより、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスを効率的に飛散させることができるとともに、シート状成形体の焼きムラの発生を抑制できる。その結果、シート状成形体を焼成して得られた焼結体の熱伝導率を高くすることができるとともに、焼結体の反りを低減することができる。メッシュ状窒化ホウ素シートは、材質が窒化ホウ素であり、形状がメッシュ状の形状（網目形状）であるシートであれば、特に限定されない。例えば、図２に示すメッシュ状窒化ホウ素シート１を第１のメッシュ状窒化ホウ素シートとして使用できる。図２（ａ）は、メッシュ状窒化ホウ素シートの一例を示す正面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）に示すメッシュ状窒化ホウ素シート１のＡＡ断面図である。

メッシュ状窒化ホウ素シート１は、Ｘ方向に延びる第１の線条部１ａ及びＸ方向と垂直をなすＹ方向に延びる第２の線条部１ｂを含む。すなわち、メッシュ状窒化ホウ素シート１の形状は格子状である。これにより、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスをさらに効率的に飛散させることができるとともに、シート状成形体２の焼きムラの発生をさらに抑制できる。その結果、シート状成形体２を焼成して得られた焼結体の熱伝導率をさらに高くすることができるとともに、焼結体の反りをさらに低減することができる。

第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の目開きは、好ましくは２００～３０００μｍである。第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の目開きが２００μｍ以上であると、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスをさらに効率的に飛散させることができる。第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の目開きが３０００μｍ以下であると、第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の強度を高くすることができるとともに、シート状成形体２の焼きムラの発生をさらに抑制できる。このような観点から、第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の目開きは、より好ましくは２２０～８００μｍであり、さらに好ましくは２５０～５００μｍである。なお、目開きは、隣接する第１の線条部１ａの間の距離及び隣接する第２の線条部１ｂの間の距離の平均値である。

第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の線径（第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の平面視の第１の線条部１ａ及び第２の線条部１ｂの幅）は、好ましくは５００～１６００μｍである。第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の線径が５００μｍ以上であると、第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の強度を高くすることができるとともに、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスをさらに効率的に飛散させることができる。第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の線径が１６００μｍ以下であると、シート状成形体の焼きムラの発生をさらに抑制できる。このような観点から、第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の線径は、より好ましくは５５０～１４００μｍであり、さらに好ましくは６００～１２００μｍである。なお、線径は、第１の線条部１ａの線径及び第２の線条部１ｂの線径の平均値である。

第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の第１の線条部１ａ及び第２の線条部１ｂの断面の形状は、特に限定されない。第１の線条部１ａ及び第２の線条部１ｂの断面の形状は、例えば、円形でもよいし、楕円形状でもよいし、三角形でもよいし、四角形でもよいし、五角形以上の多角形の形状でもよいし、星形の形状でもよい。しかし、細い線条部を容易に成形できるという観点から、第１の線条部１ａ及び第２の線条部１ｂの断面の形状は、好ましくは円形及び楕円形状であり、より好ましくは円形である。

＜第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１の製造方法＞
第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１は、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず窒化ホウ素の原料粉を用意し、該原料粉を、水等の媒体及び結合剤と混合して線条部製造用のペーストを調製する。窒化ホウ素の原料粉には、例えば、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ砂などの含ホウ素化合物及び尿素、メラミンなどの含窒素化合物の混合物、六方晶炭窒化ホウ素（ｈ－Ｂ_４ＣＮ_４）粉末などが挙げられる。また、原料粉に焼結助剤を添加してもよい。焼結助剤は、例えば、酸化イットリア、酸化アルミナ及び酸化マグネシウム等の希土類元素の酸化物、炭酸リチウム及び炭酸ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、並びにホウ酸等であってよい。焼結助剤を配合する場合は、焼結助剤の添加量は、例えば、窒化ホウ素の原料粉及び焼結助剤の合計１００質量部に対して、０．０１質量部以上、又は０．１質量部以上であってよい。焼結助剤の添加量は、窒化ホウ素の原料粉及び焼結助剤の合計１００質量部に対して、２０質量部以下、１５質量部以下、又は１０質量部以下であってよい。

結合剤としては、この種のペーストに従来用いられたものと同様のものを用いることができる。その例としてはポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、デキストリン、リグニンスルホン酸ソーダ及びアンモニウム、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム及びアンモニウム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アラビアゴム、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸及びポリアクリルアミドなどのアクリル系ポリマー、キサンタンガム及びグアガムなどの増粘多糖体類、ゼラチン、寒天及びペクチンなどのゲル化剤、酢酸ビニル樹脂エマルジョン、ワックスエマルジョン、並びにアルミナゾル及びシリカゾルなどの無機バインダーなどが挙げられる。これらのうちの２種類以上を混合して用いてもよい。

ペーストの粘度は、塗布時の温度において高粘度であることが好ましい。詳細には、ペーストの粘度は、塗布時の温度において、１．５～５．０ＭＰａ・ｓであることが好ましく、１．７～３．０ＭＰａ・ｓであることがより好ましい。ペーストの粘度は、例えば、コーンプレート型回転式粘度計又はレオメーターを用いて、回転数０．３ｒｐｍにて測定開始後４分時の測定値を用いて測定することができる。

ペーストにおける窒化ホウ素の原料粉の割合は、２０～８５質量％であることが好ましく、３５～７５質量％であることがより好ましい。ペーストにおける媒体の割合は、１５～６０質量％であることが好ましく、２０～５５質量％であることがより好ましい。ペーストにおける結合剤の割合は、１～４０質量％であることが好ましく、５～２５質量％であることがより好ましい。

ペーストには、粘性調整剤として、増粘剤、凝集剤、チクソトロピック剤などを含有させることができる。増粘剤の例としては、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、アルキルアリルスルホン酸、アルキルアンモニウム塩、エチルビニルエーテル・無水マレイン酸コポリマー、フュームドシリカ、アルブミンなどのタンパク質などが挙げられる。多くの場合、結合剤は、増粘効果があるため、増粘剤に分類されることがあるが、さらに厳密な粘性調整が必要とされる場合には、別途、結合剤に分類されない増粘剤を用いることができる。凝集剤の例として、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸エステル、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどが挙げられる。チクソトロピック剤の例として、脂肪酸アミド、酸化ポリオレフィン、ポリエーテルエステル型界面活性剤などが挙げられる。ペースト調製用の溶媒としては、水以外にも、アルコール、アセトン及び酢酸エチルなどが用いられ、これらを２種類以上混合してもよい。また吐出量を安定させるために、可塑剤、潤滑剤、分散剤、沈降抑制剤、ｐＨ調整剤などを添加してもよい。可塑剤には、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコールなどのグリコール系、グリセリン、ブタンジオール、フタル酸系、アジピン酸系、リン酸系などが挙げられる。潤滑剤には、流動パラフィン、マイクロワックス、合成パラフィンなどの炭化水素系、高級脂肪酸、脂肪酸アミドなどが挙げられる。分散剤には、ポリカルボン酸ナトリウム若しくはアンモニウム塩、アクリル酸系、ポリイチレンイミン、リン酸系などが挙げられる。沈降抑制剤には、ポリアマイドアミン塩、ベントナイト、ステアリン酸アルミニウムなどが挙げられる。ＰＨ調整剤には、水酸化ナトリウム、アンモニア水、シュウ酸、酢酸、塩酸などが挙げられる。

得られたペーストを用い、平坦な基板上に、図３（ａ）に示すように、Ｘ方向に延びる複数条の線条第１塗工体１１ａを、互いに平行にかつ直線状に形成する。線条第１塗工体は、目的とする第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１における第１の線条部１ａに対応するものである。線条第１塗工体１１ａの形成には、小型押し出し機や印刷機などの種々の塗布装置を用いることができる。

線条第１塗工体を乾燥してから、次いで、図３（ｂ）に示すように、上記ペーストを用い、Ｘ方向と垂直をなすＹ方向に延びる複数条の線条第２塗工体１１ｂを互いに平行にかつ直線状に形成する。線条第２塗工体１１ｂは、目的とする第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１における第２の線条部１ｂに対応するものである。線条第２塗工体１１ｂの形成には、線条第１塗工体１１ａと同様の塗布装置を用いることができる。

線条第２塗工体１１ｂを乾燥した後、線条第２塗工体１１ｂの上に、Ｘ方向に延びる線状第１塗工体を形成し、さらに線状第１塗工体の上に、Ｙ方向に延びる線状第２塗工体を形成して、メッシュ状塗工体を作製する。

このようにして得られたメッシュ状塗工体は、これを基板から剥離して焼成炉内に載置して焼成を行う。この焼成によって未加工メッシュ状窒化ホウ素シートが得られる。

メッシュ状塗工体の焼成温度は、例えば、１６００℃以上又は１７００℃以上であってよい。メッシュ状塗工体の焼成温度は、例えば、２２００℃以下、又は２１００℃以下であってよい。メッシュ状塗工体の焼成時間は、例えば、１時間以上であってよく、３０時間以下であってよい。焼成時の雰囲気は、例えば、窒素、ヘリウム、及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気下であってよい。

焼成には、例えば、バッチ式炉及び連続式炉等を用いることができる。バッチ式炉としては、例えば、マッフル炉、管状炉、及び雰囲気炉等を挙げることができる。連続式炉としては、例えば、ロータリーキルン、スクリューコンベア炉、トンネル炉、ベルト炉、プッシャー炉、及び琴形連続炉等を挙げることができる。

未加工メッシュ状窒化ホウ素シートをそのまま第１のメッシュ状窒化ホウ素シートとして使用してもよい。しかし、図３（ｃ）に示すように、矩形形状の未加工メッシュ状窒化ホウ素シートの四隅を切り欠いて、矩形形状に形作られた第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１を作製してもよい。これにより、メッシュ状塗工体を基板から剥離して焼成炉内に載置する際に生じたクラック及び欠けた部分を第１のメッシュ状窒化ホウ素シートから除去することができる。

本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法により、熱伝導率が高く、反りが小さいシート状の窒化ホウ素焼結体を製造することができる。例えば、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法により、５０．０～５２．０ｍｍ×４７．０～４９．０ｍｍ×０．４０～０．４２ｍｍのサイズのとき、反り量が０．５２ｍｍ以下であり、熱伝導率が４５Ｗ／ｍＫ以上であるシート状の窒化ホウ素焼結体を製造することができる。なお、焼結体の熱伝導率は、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。

（第２のメッシュ状窒化ホウ素シート）
工程（Ｂ）では、図４に示すように、セッター３の上に配置したシート状成形体２の上に、シート状成形体２の上面を覆うセラミックス板４を配置し、シート状成形体２及びセラミックス板４の間に第２のメッシュ状窒化ホウ素シート５をさらに配置することが好ましい。これにより、シート状成形体２を焼成して得られるシート状の窒化ホウ素焼結体の反りをさらに小さくすることができる。また、シート状成形体２の焼きムラの発生をさらに抑制できる。

シート状成形体２の上面を覆うセラミックス板４は、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスの飛散を阻害する。しかし、第２のメッシュ状窒化ホウ素シート５により、セラミックス板４がシート状成形体２の上面を覆っても、シート状成形体２の焼成時にシート状成形体２から生じるガスを効率的に飛散させることができる。

セラミック板４には、セッター３として使用できる材料のものを使用できる。また、第２のメッシュ状窒化ホウ素シート５には、第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１として使用できるメッシュ状窒化ホウ素シートを使用することができる。なお、セラミックス板４はセッター３と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第２のメッシュ状窒化ホウ素シート５は第１のメッシュ状窒化ホウ素シート１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

（多孔質窒化ホウ素焼結体）
工程（Ｂ）で、シート状成形体を焼成することにより得られたシート状焼結体は、緻密な焼結体であってもよい。しかし、シート状焼結体に樹脂組成物を含浸させて、シート状焼結体同士を直接貼り合わせたり、シート状焼結体と金属箔とを直接貼り合わせたりするようにできるようにするため、シート状焼結体は多孔質窒化ホウ素焼結体であることが好ましい。例えば、樹脂組成物を多孔質窒化ホウ素焼結体に塗布することにより、多孔質窒化ホウ素焼結体に樹脂組成物を含浸させることができる。

［窒化ホウ素焼結体］
本発明の窒化ホウ素焼結体は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法によって製造されたものであり、反り量が０．６０ｍｍ以下であり、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上である。

本発明の窒化ホウ素焼結体は、本発明の窒化ホウ素焼結体の製造方法によって製造されたものであるので、反り量が小さく、熱伝導率が高い。本発明の窒化ホウ素焼結体の反り量は、０．６０ｍｍ以下であり、好ましく０．５６ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５２ｍｍ以下であり、よりさらに好ましくは０．４０ｍｍ以下であり、よりさらに好ましくは３０ｍｍである。本発明の窒化ホウ素焼結体の反り量の範囲の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０６ｍｍであり、より好ましくは０．０７ｍｍであり、さらに好ましくは０．０８ｍｍである。また、本発明の窒化ホウ素焼結体の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以上であり、好ましくは４５Ｗ／ｍＫ以上であり、より好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上であり、よりさらに好ましくは６５Ｗ／ｍＫ以上である。本発明の窒化ホウ素焼結体の熱伝導率の範囲の上限値は、特に限定されないが、通常、７６Ｗ／ｍＫである。本発明の窒化ホウ素焼結体の反り量及び熱伝導率は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。

本発明の窒化ホウ素焼結体は、シート状（薄板形状）であることが好ましい。窒化ホウ素焼結体の厚みは、２ｍｍ未満であることが好ましい。これにより、電子部品等の部材として用いられたときに電子部品等の小型化を図ることができる。このような観点から、窒化ホウ素焼結体の厚みは、１ｍｍ未満であってよく、０．５ｍｍ未満であってもよい。成形体作製の容易性の観点から、窒化ホウ素焼結体の厚みは、０．１ｍｍ以上であってよく、０．２ｍｍ以上であってもよい。

本発明の窒化ホウ素焼結体は、緻密な焼結体であってもよい。しかし、本発明の窒化ホウ素焼結体に樹脂組成物を含浸させて、窒化ホウ素焼結体同士を直接貼り合わせたり、窒化ホウ素焼結体と金属箔とを直接貼り合わせたりするようにできるようにするため、本発明の窒化ホウ素焼結体は多孔質窒化ホウ素焼結体であることが好ましい。本発明の窒化ホウ素焼結体が多孔質窒化ホウ素焼結体である場合、例えば、樹脂組成物を本発明の窒化ホウ素焼結体に塗布することにより、本発明の窒化ホウ素焼結体に樹脂組成物を含浸させることができる。

本発明の窒化ホウ素焼結体に含まれる気孔の平均細孔径は４．０μｍ未満であってよい。気孔のサイズを小さくすることによって、窒化ホウ素粒子の一次粒子同士の接触面積を十分に大きくすることができる。したがって、熱伝導率を一層高くすることができる。熱伝導率を一層高くする観点から、気孔の平均細孔径は、３．８μｍ未満であってよく、３μｍ未満であってよい。本発明の窒化ホウ素焼結体への樹脂組成物の含浸を円滑にする観点から、気孔の平均細孔径は、０．１μｍ以上であってよく、０．２μｍ以上であってもよく、２．７５μｍ以上であってもよい。

気孔の平均細孔径は、水銀ポロシメーターを用い、０．００４２ＭＰａから２０６．８ＭＰａまで圧力を増やしながら加圧したときの細孔径分布に基づいて求められる。横軸を細孔径、縦軸を累積細孔容積としたときに、累積細孔容積が全細孔容積の５０％に達するときの細孔径が平均細孔径である。水銀ポロシメーターとしては、島津製作所製のものを用いることができる。

本発明の窒化ホウ素焼結体の気孔率、すなわち、本発明の窒化ホウ素焼結体における気孔の体積比率は、３０～６５体積％であってよく、３０～６０体積％であってよく、３５～５５体積％であってよい。気孔率が大きくなり過ぎると窒化ホウ素焼結体の強度が低下する傾向にある。一方、気孔率が小さくなり過ぎると質量が重くなる傾向にある。

気孔率は、本発明の窒化ホウ素焼結体の体積及び質量から、かさ密度［Ｂ（ｋｇ／ｍ^３）］を算出し、このかさ密度と窒化ホウ素の理論密度［２２８０（ｋｇ／ｍ^３）］とから、下記式によって求めることができる。
気孔率（体積％）＝［１－（Ｂ／２２８０）］×１００

かさ密度Ｂは、８００～１５００ｋｇ／ｍ^３であってよく、８５０～１４００ｋｇ／ｍ^３であってよく、９００～１３００ｋｇ／ｍ^３であってもよい。かさ密度Ｂが大きくなり過ぎると本発明の窒化ホウ素焼結体の質量が増加する傾向にある。一方、かさ密度Ｂが小さくなり過ぎると本発明の窒化ホウ素焼結体の強度が低下する傾向にある。

以下、本発明について、実施例により、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［メッシュ状窒化ホウ素シートの作製］
（メッシュ状窒化ホウ素シートＡ）
窒化ホウ素の原料粉を、水等の媒体及び結合剤及び焼結助剤と混合してペーストとした。小型押し出し成型機を用いて線条塗工体を形成し、これを焼成炉内で脱脂及び焼成を行うことでメッシュ状窒化ホウ素シートを得た。焼成温度は２０００℃とし、焼成時間は５時間とした。また、線条塗工体の形成様式を変えることで目開き及び線径を変化させることが可能である。メッシュ状窒化ホウ素シートＡに関しては、焼成後に目開きが０．５ｍｍ、線径が０．６ｍｍになる様にした。以上のようにして、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの目開き０．５ｍｍで線径が０．６ｍｍであるメッシュ状窒化ホウ素シートＡを作製した。

（メッシュ状窒化ホウ素シートＢ）
窒化ホウ素の原料粉を、水等の媒体及び結合剤及び焼結助剤と混合してペーストとした。小型押し出し成型機を用いて線条塗工体を形成し、これを焼成炉内で脱脂及び焼成を行うことでメッシュ状窒化ホウ素シートを得た。焼成温度は２０００℃とし、焼成時間は５時間とした。また、線条塗工体の形成様式を変えることで目開き及び線径を変化させることが可能である。メッシュ状窒化ホウ素シートＢに関しては、焼成後に目開きが０．５ｍｍ、線径が１．２ｍｍになる様にした。以上のようにして、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの目開き０．５ｍｍで線径が１．２ｍｍであるメッシュ状窒化ホウ素シートＢを作製した。

（メッシュ状窒化ホウ素シートＣ）
窒化ホウ素の原料粉を、水等の媒体及び結合剤及び焼結助剤と混合してペーストとした。小型押し出し成型機を用いて線条塗工体を形成し、これを焼成炉内で脱脂及び焼成を行うことでメッシュ状窒化ホウ素シートを得た。焼成温度は２０００℃とし、焼成時間は５時間とした。また、線条塗工体の形成様式を変えることで目開き及び線径を変化させることが可能である。メッシュ状窒化ホウ素シートＣに関しては、焼成後に目開きが０．２５ｍｍ、線径が０．６ｍｍになる様にした。以上のようにして、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの目開き０．２５ｍｍで線径が０．６ｍｍであるメッシュ状窒化ホウ素シートＣを作製した。

（メッシュ状窒化ホウ素シートＤ）
窒化ホウ素の原料粉を、水等の媒体及び結合剤及び焼結助剤と混合してペーストとした。小型押し出し成型機を用いて線条塗工体を形成し、これを焼成炉内で脱脂及び焼成を行うことでメッシュ状窒化ホウ素シートを得た。焼成温度は２０００℃とし、焼成時間は５時間とした。また、線条塗工体の形成様式を変えることで目開き及び線径を変化させることが可能である。メッシュ状窒化ホウ素シートＤに関しては、焼成後に目開きが０．２５ｍｍ、線径が１．２ｍｍになる様にした。以上のようにして、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの目開き０．２５ｍｍで線径が１．２ｍｍであるメッシュ状窒化ホウ素シートＤを作製した。

［シート状成形体の作製］
新日本電工株式会社製のオルトホウ酸１００質量部と、デンカ株式会社製のアセチレンブラック（商品名：ＨＳ１００）３５質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した。得られた混合物を、黒鉛製のルツボ中に充填し、アーク炉にて、アルゴン雰囲気で、２２００℃にて５時間加熱し、塊状の炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）を得た。得られた塊状物を、ジョークラッシャーで粗粉砕して粗粉を得た。この粗粉を、炭化珪素製のボール（φ１０ｍｍ）を有するボールミルによってさらに粉砕して粉砕粉を得た。得られた炭化ホウ素粉末の炭素量は１９．９質量％であった。炭素量は、炭素／硫黄同時分析計にて測定した。

調製した炭化ホウ素粉末を、窒化ホウ素製のルツボに充填した。その後、抵抗加熱炉を用い、窒素ガス雰囲気下で、２０００℃、０．８５ＭＰａの条件で１０時間加熱した。このようにして炭窒化ホウ素（Ｂ_４ＣＮ_４）を含む焼成物を得た。

粉末状のホウ酸と炭酸カルシウムを配合して焼結助剤を調製した。調製にあたっては、１００質量部のホウ酸に対して、炭酸カルシウムを１．９質量部配合した。このときのホウ素とカルシウムの原子比率は、ホウ素１００原子％に対してカルシウムが１．２原子％であった。焼成物１００質量部に対して焼結助剤を１６質量部配合し、ヘンシェルミキサーを用いて混合して粉末状の配合物を得た。

その後、得られた混合物に更にアクリルバインダーを配合し、シート状に成形し、シート状成形体（４９ｍｍ×２５ｍｍ×０．３８ｍｍ）を得た。

［シート状成形体の焼成］
１６５ｍｍ×１６５ｍｍ×２．０ｍｍの窒化ホウ素製のセッター及び１６５ｍｍ×１６５ｍｍ×２．０ｍｍの窒化ホウ素製のセラミックス板を用意した。そして、図４に示すように、セッターの上にシート状成形体を配置するとともに、シート状成形体及びセッターの間にメッシュ状窒化ホウ素シートを配置し、シート状成形体の上にセラミックス板を配置するとともに、シート状成形体及びセラミックス板の間にメッシュ状窒化ホウ素シートを配置した。そして、バッチ式高周波炉において、常圧、窒素流量５Ｌ／分、焼成温度２０２０℃の条件で５時間焼成した。その後、窒化ホウ素焼結体を取り出した。このようにして、シート状（平板形状）の窒化ホウ素焼結体１～５を得た。なお、窒化ホウ素焼結体１～４の作製において、表１に示すメッシュ状窒化ホウ素シートを使用した。また、窒化ホウ素焼結体５の作製では、メッシュ状窒化ホウ素シートを使用しなかった。

［評価方法］
作製した窒化ホウ素焼結体１～５について、以下の評価を行った。
＜反り量＞
３Ｄ表面形状測定機（商品名「ＶＲ－３０００」、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を使用して、窒化ホウ素焼結体の表面形状を測定した。そして、窒化ホウ素焼結体の端点Ａと中心Ｂを通る直線に沿って高さ座標を測定し、その中で最も高い座標から最も低い座標を引いた値を反り量とした。この測定を窒化ホウ素焼結体の端点４か所において実施し、その最大値を窒化ホウ素焼結体の反り量とした。

＜熱伝導率及びかさ密度の測定＞
窒化ホウ素焼結体の厚み方向の熱伝導率（Ｈ）を、以下の計算式で求めた。
Ｈ＝Ａ×Ｂ×Ｃ

式中、Ｈは熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａは熱拡散率（ｍ^２／ｓｅｃ）、Ｂはかさ密度（ｋｇ／ｍ^３）、及び、Ｃは比熱容量（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））を示す。熱拡散率Ａは、窒化ホウ素焼結体を、縦×横×厚み＝１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．４０ｍｍのサイズに加工した試料を用い、レーザーフラッシュ法によって測定した。測定装置はキセノンフラッシュアナライザ（ＮＥＴＺＳＣＨ社製、商品名：ＬＦＡ４４７ＮａｎｏＦｌａｓｈ）を用いた。かさ密度Ｂは窒化ホウ素焼結体の体積及び質量から算出した。

＜平均細孔径の測定＞
得られた窒化ホウ素焼結体について、株式会社島津製作所製の水銀ポロシメーター（装置名：オートポアＩＶ９５００）を用い、０．００４２ＭＰａから２０６．８ＭＰａまで圧力を増加しながら細孔容積分布を測定した。積算細孔容積分布において、積算細孔容積が全細孔容積の５０％に達する細孔径を、「平均細孔径」とした。

＜気孔率の測定＞
上述のとおり算出したかさ密度Ｂと窒化ホウ素の理論密度（２２８０ｋｇ／ｍ^３）とから、以下の計算式によって気孔率を求めた。
気孔率（体積％）＝［１－（Ｂ／２２８０）］×１００

評価結果を表１に示す。

以上の実施例の結果から、シート状成形体の焼成のとき、メッシュ状窒化ホウ素シートを使用することにより、得られる焼結体の反り量を低減し、熱伝導率を増加させることができることがわかった。

１ 第１のメッシュ状窒化ホウ素シート
１ａ 第１の線条部
１ｂ 第２の線条部
２ シート状成形体
３ セッター
４ セラミックス板
５ 第２のメッシュ状窒化ホウ素シート
１１ａ 線条第１塗工体
１１ｂ 線条第２塗工体

Claims (7)

1. 窒化ホウ素焼結体の原料のシート状成形体を作製する工程及び
   セッターの上に配置した前記シート状成形体を焼成する工程を含み、
   前記シート状成形体を焼成する工程は、前記シート状成形体及び前記セッターの間に第１のメッシュ状窒化ホウ素シートを配置する窒化ホウ素焼結体の製造方法。
2. 前記シート状成形体を焼成する工程は、前記セッターの上に配置した前記シート状成形体の上に、前記シート状成形体の上面を覆うセラミックス板を配置し、前記シート状成形体及び前記セラミックス板の間に第２のメッシュ状窒化ホウ素シートをさらに配置する請求項１に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
3. 前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの形状が格子状である請求項１に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
4. 前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの目開きが２００～３０００μｍである請求項３に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
5. 前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートの線径が５００～１６００μｍである請求項３に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
6. 前記第１のメッシュ状窒化ホウ素シートは、矩形形状のメッシュ状窒化ホウ素シートの四隅を切り欠くことにより矩形形状に形作られたメッシュ状窒化ホウ素シートである請求項１に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。
7. 前記シート状成形体を焼成する工程で得られた焼結体が多孔体である請求項１に記載の窒化ホウ素焼結体の製造方法。

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