KR101137917B1 - Process for producing aluminum nitride joint product - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 질화알루미늄 접합체의 제조 방법은, 질화알루미늄 소결체끼리를 접합한 질화알루미늄 접합체의 제조 방법으로서, 접합면에 알루미나층이 형성된 두 상기 질화알루미늄 소결체를, 상기 접합면에서 대향에서 대향한, 상기 접합면 사이에 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층을 개재(介在)시킨 상태로, 1300~1700℃의 온도에서 가열하여, 상기 질화알루미늄 소결체끼리를 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the aluminum nitride joined body which concerns on this invention is a manufacturing method of the aluminum nitride joined body which joined the aluminum nitride sintered compacts, which opposes the said two aluminum nitride sintered bodies in which the alumina layer was formed in the joining surface from the said joining surface opposingly. And a step of bonding the aluminum nitride sintered bodies to each other by heating at a temperature of 1300 to 1700 ° C with a paste layer containing an alkaline earth metal compound interposed between the joining surfaces.
질화알루미늄 접합체, 알루미나층, 페이스트층 Aluminum nitride bonding body, alumina layer, paste layer
Description
본 발명은, 질화알루미늄 접합체의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 질화알루미늄 소결체끼리를 접합한 질화알루미늄 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride conjugate. In more detail, this invention relates to the manufacturing method of the aluminum nitride joined body which joined the aluminum nitride sintered compacts.
근래, 반도체 제조 장치에서는, 반도체 웨이퍼를 재치(載置)하여 처리하기 위한 플레이트 히터 및 정전 척(chuck) 등의 부재로서, 내열성, 내식성이 뛰어난 질화알루미늄으로 이루어지는 부재가 사용되고 있다. 이와 같은 질화알루미늄으로 이루어지는 부재의 제조에서, 작은 질화알루미늄 소결체를 서로 접합하여, 큰 부재를 제조하는 경우도 많다. 이에 의해, 단순한 형상의 질화알루미늄 소결체로부터, 여러가지 형상을 갖는 부재를 얻을 수도 있다.In recent years, a member made of aluminum nitride having excellent heat resistance and corrosion resistance has been used as a member such as a plate heater and an electrostatic chuck for mounting and processing a semiconductor wafer. In the production of such a member made of aluminum nitride, a small aluminum nitride sintered body is often joined to each other to produce a large member. Thereby, the member which has various shapes can also be obtained from the aluminum nitride sintered compact of a simple shape.
질화알루미늄 소결체의 접합 방법으로서는, 이하와 같은 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 질화알루미늄 소결체(501) 위에, 질화알루미늄 분말과 희토류 산화물 및/또는 탄산칼슘의 분말을 함유하는 페이스트(502)를 도포하고, 이 위에 질화알루미늄 소결체(503)를 밀착시 킨 후, 1~250kgf/cm2의 압력을 A 방향으로 인가하고, 1700~2000℃로 가열하여, 질화알루미늄 접합체(500)를 제조하고 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 질화알루미늄 분말과, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 산화물의 분말과, 희토류 산화물의 분말을 함유하는 접합제가 사용되고 있고, 5~500kgf/cm2의 압력 하, 제1 공정에서는 1400~1650℃로 가열하고, 제2 공정에서는 1650~1800℃로 가열하여, 질화알루미늄 소결체끼리를 접합하고 있다.As a joining method of an aluminum nitride sintered compact, the following methods are known. For example, in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, a
특허문헌 1 : 일본 특개평11-157951호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-157951
특허문헌 2 : 일본 특개평10-273370호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-273370
[발명의 개시][Initiation of invention]
[발명이 해결하고자 하는 과제][Problem to Solve Invention]
그러나, 어느 접합 방법도, 강고하게 접합된 접합체를 얻기 위해서, 질화알루미늄 소결체의 제조시의 소성 온도와 동일 정도의 가열 온도를 필요로 하고 있었다. 이 고온에서의 가열에 의해, 질화알루미늄 소결체의 변질, 변형 등이 우려된다. 또한, 어느 접합 방법에서도, 가열과 함께 압력을 인가할 필요가 있어, 번잡하다.However, any joining method required a heating temperature about the same as the baking temperature at the time of manufacture of an aluminum nitride sintered compact, in order to obtain the joined body firmly joined. Due to the heating at this high temperature, deterioration, deformation, or the like of the aluminum nitride sintered body is feared. Moreover, in any joining method, it is necessary to apply pressure with heating, and it is complicated.
따라서, 본 발명의 목적은, 대기압 하의 비교적 낮은 온도에서, 질화알루미늄 소결체끼리를 강고하게 접합할 수 있는, 질화알루미늄 접합체의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.Therefore, the objective of this invention is providing the manufacturing method of the aluminum nitride joined body which can firmly join aluminum nitride sintered compacts at the comparatively low temperature under atmospheric pressure.
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하고자 예의 연구한 결과, 특정 질화알루미늄 소결체를 사용함으로써, 질화알루미늄 소결체끼리를 강고하게 접합할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly researching in order to solve the said subject, it discovered that aluminum nitride sintered compacts can be firmly joined by using a specific aluminum nitride sintered compact, and came to complete this invention.
즉, 본 발명에 따른 질화알루미늄 접합체의 제조 방법은,That is, the manufacturing method of the aluminum nitride conjugate which concerns on this invention,
질화알루미늄 소결체끼리를 접합한 질화알루미늄 접합체의 제조 방법으로서, 접합면에 알루미나층이 형성된 두 상기 질화알루미늄 소결체를, 상기 접합면에서 대향시키고, 또한, 상기 접합면 사이에 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층을 개재(介在)시킨 상태로, 1300~1700℃의 온도에서 가열하여, 상기 질화알루미늄 소결체끼리를 접합하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for producing an aluminum nitride bonded body in which aluminum nitride sintered bodies are bonded to each other, the two nitrided aluminum nitride sintered bodies in which an alumina layer is formed on a joining surface are opposed to each other at the joining surface, and an alkaline earth metal compound is contained between the joining surfaces. It comprises a joining process of heating at the temperature of 1300-1700 degreeC in the state which interposed the paste layer, and joining the said aluminum nitride sintered compacts together.
상기 접합 공정은, 한쪽의 상기 질화알루미늄 소결체의 알루미나층이 형성된 접합면에, 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층을 형성하고, 그 페이스트층에, 다른 쪽의 상기 질화알루미늄 소결체의 알루미나층이 형성된 접합면을 부착시킨 후에, 1300~1700℃의 온도에서 가열하여, 상기 질화알루미늄 소결체끼리를 접합하는 공정인 것이 바람직하다.In the joining step, a paste layer containing an alkaline earth metal compound is formed on a joint surface on which one alumina layer of the aluminum nitride sintered body is formed, and the alumina layer of the other aluminum nitride sintered body is formed on the paste layer. After attaching a joining surface, it is preferable that it is a process of heating at the temperature of 1300-1700 degreeC, and joining the said aluminum nitride sintered bodies.
상기 질화알루미늄 소결체의 접합면에 형성된 알루미나층의 두께는, 0.1~10㎛인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the alumina layer formed in the bonding surface of the said aluminum nitride sintered compact is 0.1-10 micrometers.
[발명의 효과][Effects of the Invention]
본 발명에 따른 질화알루미늄 접합체의 제조 방법에 의하면, 대기압 하의 비교적 낮은 온도에서, 질화알루미늄 소결체끼리를 강고하게 접합할 수 있다.According to the manufacturing method of the aluminum nitride joined body which concerns on this invention, aluminum nitride sintered compacts can be firmly joined at the comparatively low temperature under atmospheric pressure.
[도 1] 본 발명의 질화알루미늄 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the aluminum nitride joined body of this invention.
[도 2] 본 발명의 질화알루미늄 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a method for producing the aluminum nitride conjugate of the present invention.
[도 3] 본 발명의 질화알루미늄 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a method for producing the aluminum nitride conjugate of the present invention.
[도 4] 본 발명의 질화알루미늄 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a method for producing the aluminum nitride conjugate of the present invention.
[도 5] 종래의 질화알루미늄 소결체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a conventional method for producing an aluminum nitride sintered body.
[도 6] 본 발명의 질화알루미늄 접합체의 일례에서의 접합 계면의 사진이다.It is a photograph of the bonding interface in an example of the aluminum nitride bonding body of this invention.
[도 7] 접합 강도의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the measuring method of joint strength.
[도 8] 실시예에서의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a method for producing a joined body in an example.
[도 9] 실시예에서의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the joined body in an Example.
[도 10] 실시예에서의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the joined body in an Example.
[도 11] 실시예에서의 접합체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the joined body in an Example.
[부호의 설명][Description of the code]
101…질화알루미늄 소결체101... Aluminum Nitride Sintered Body
102…접합면102... Joint surface
103…알루미나층103... Alumina layer
201…페이스트층201... Paste layer
301…질화알루미늄 소결체301... Aluminum Nitride Sintered Body
302…접합면302... Joint surface
303…알루미나층303... Alumina layer
400…질화알루미늄 접합체400... Aluminum nitride conjugate
401…접합부401... copula
500…질화알루미늄 접합체500... Aluminum nitride conjugate
501…질화알루미늄 소결체501... Aluminum Nitride Sintered Body
502…페이스트502... Paste
503…질화알루미늄 소결체503... Aluminum Nitride Sintered Body
A…압력 인가의 방향A… Direction of pressure application
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명에 따른 질화알루미늄 접합체의 제조 방법은, 질화알루미늄 소결체끼리를 접합한 질화알루미늄 접합체의 제조 방법으로서, 접합면에 알루미나층이 형성된 두 상기 질화알루미늄 소결체를, 상기 접합면에서 대향시키고, 또한, 상기 접합면 사이에 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층을 개재시킨 상태로 가열하여, 상기 질화알루미늄 소결체끼리를 접합하는 접합 공정을 포함한다. 호적(好適)하게는, 상기 접합 공정에서는, 한쪽의 상기 질화알루미늄 소결체의 알루미나층이 형성된 접합면에, 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층을 형성하고, 그 페이스트층에, 다른 쪽의 상기 질화알루미늄 소결체의 알루미나층이 형성 된 접합면을 부착시킨 후에 가열하여, 상기 질화알루미늄 소결체끼리를 접합한다.The manufacturing method of the aluminum nitride joined body which concerns on this invention is a manufacturing method of the aluminum nitride joined body which joined the aluminum nitride sintered bodies, Comprising: The said aluminum nitride sintered compact in which the alumina layer was formed in the joining surface opposes at the said joining surface, And a joining step of joining the aluminum nitride sintered bodies by heating in a state where a paste layer containing an alkaline earth metal compound is interposed between the joining surfaces. Preferably, in the said joining process, the paste layer containing an alkaline earth metal compound is formed in the joining surface in which the alumina layer of one said aluminum nitride sintered compact was formed, and the said said nitriding in the other paste layer is carried out. After attaching the joining surface on which the alumina layer of the aluminum sintered compact was formed, it heats and joins the said aluminum nitride sintered compacts.
이와 같이, 본 발명의 제조 방법에서는, 질화알루미늄 소결체의 접합면에 알루미나층이 형성되어 있기 때문에, 비교적 저온이고 또한 대기압 하에서, 그 소결체끼리를 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 얻어진 접합체는 높은 기밀성(氣密性)을 갖는다.Thus, in the manufacturing method of this invention, since the alumina layer is formed in the joining surface of an aluminum nitride sintered compact, the sintered compacts can be firmly joined together at comparatively low temperature and atmospheric pressure. Moreover, the obtained joined body has high airtightness.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated more concretely, referring drawings.
우선, 상기 접합 공정에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 접합면(102)에 알루미나층(103)이 형성된 질화알루미늄 소결체(101)를 준비한다.First, in the said bonding process, as shown in FIG. 1, the aluminum nitride sintered compact 101 in which the
질화알루미늄 소결체(101)의 형상은 판상이지만, 본 발명에서는 이에 한하지 않고, 예를 들면 원주상, 다각주상 등이어도 좋다. 또한, 질화알루미늄 소결체는, 중공 구조이어도 중실(中實) 구조이어도 좋다. 질화알루미늄 소결체의 형상은, 원하는 접합체의 구조가 얻어지도록 적절히 선택하면 좋다.Although the shape of the aluminum nitride sintered
질화알루미늄 소결체(101)의 상대 밀도는, 97% 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the relative density of the aluminum nitride sintered compact 101 is 97% or more.
또한, 알루미나층(103)의 두께는, 바람직하게는 0.1~10㎛, 보다 바람직하게는 1~5㎛인 것이 바람직하다. 알루미나층의 두께가 너무 얇으면 본 발명의 제조 방법의 효과가 얻어지지 않는 경우가 있고, 알루미나층의 두께가 너무 두꺼우면 알루미나층과 질화알루미늄 소결체의 접합 강도가 떨어지는 경우가 있다.In addition, the thickness of the
접합면(102)에 알루미나층(103)이 형성된 질화알루미늄 소결체(101)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 이하와 같이 질화알루미늄 소결체를 제조하고 나서, 접합면이 되는 면에 알루미나층을 형성하는 방법을 들 수 있다.Although the manufacturing method of the aluminum nitride sintered compact 101 in which the
질화알루미늄 소결체의 제조에서는, 먼저, 질화알루미늄 분말에 유기 바인더를 첨가하고, 필요에 따라, 소결 조제, 분산제, 분산매 등을 더 첨가하고, 혼합하여 슬러리 또는 페이스트를 제조한다.In manufacture of an aluminum nitride sintered compact, first, an organic binder is added to aluminum nitride powder, and a sintering aid, a dispersing agent, a dispersion medium, etc. are further added and mixed as needed, and a slurry or paste is manufactured.
유기 바인더로서는, 폴리비닐부티랄 등의 부티랄 수지, 폴리메타크릴부틸 등의 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 이 유기 바인더는, 질화알루미늄 분말 100중량부당, 통상 0.1~30중량부, 바람직하게는 1~15중량부의 양으로 사용된다.Examples of the organic binder include butyral resins such as polyvinyl butyral and acrylic resins such as polymethacrylbutyl. This organic binder is normally used in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, preferably 1 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of aluminum nitride powder.
소결 조제로서는, CaO, SrO 등의 알칼리 토류계 산화물, Y2O3, CeO2, Ho2O3, Yb2O3, Gd2O3, Nd2O3, Sm2O3, Dy2O3 등의 희토류계 산화물을 들 수 있다. 이들 중에서 Y2O3이 호적하게 사용된다. 또한, 소결 조제는, 반드시 산화물일 필요는 없고, 예를 들면 탄산염, 질산염, 인산염 등이어도 좋다. 이 소결 조제는, 질화알루미늄 분말 100중량부당, 통상 0.1~30중량부, 바람직하게는 1~15중량부의 양으로 사용된다.Examples of the sintering aid include alkaline earth oxides such as CaO and SrO, Y 2 O 3 , CeO 2 , Ho 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Dy 2 O Rare earth oxides, such as 3 , are mentioned. Of these, Y 2 O 3 is preferably used. In addition, a sintering aid does not necessarily need to be an oxide, For example, carbonate, nitrate, phosphate, etc. may be sufficient. This sintering aid is normally used in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, preferably 1 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of aluminum nitride powder.
분산제로서는, 글리세린 화합물류 등을 들 수 있다. 이 분산제는, 질화알루미늄 분말 100중량부당, 통상 0.1~10중량부, 바람직하게는 0.5~5중량부의 양으로 사용된다.Glycerine compounds etc. are mentioned as a dispersing agent. This dispersant is normally used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of aluminum nitride powder.
분산매로서는, 에탄올 등을 들 수 있다. 이 분산매는, 질화알루미늄 분말 100중량부당, 통상 10~50중량부, 바람직하게는 15~30중량부의 양으로 사용된다.Ethanol etc. are mentioned as a dispersion medium. This dispersion medium is normally used in an amount of 10 to 50 parts by weight, preferably 15 to 30 parts by weight, per 100 parts by weight of aluminum nitride powder.
이어서, 상기와 같이 하여 얻어진 슬러리 또는 페이스트를 원하는 형상으로 성형한다. 여기서, 구체적으로는, 압출 성형법, 사출 성형법, 주입(鑄入) 성형법, 닥터 블레이드법 등의 성형 수단에 의해 성형한다. 이어서, 얻어진 성형체를 탈지한 후, 소성하여 질화알루미늄 소결체가 제조된다. 상기 성형은, 스프레이 드라이어에 의해 상기 슬러리 또는 페이스트를 조립(造粒)한 후, 조립 분말을 금형 성형하고, 예를 들면 냉간 정수압 프레스법에 의해 성형해도 좋다. 또한, 탈지는, 공기 중에서 450~650℃에서 행하는 것이 바람직하고, 소성은, 질소 분위기 중에서 1700~1900℃에서 행하는 것이 바람직하다.Next, the slurry or paste obtained as described above is molded into a desired shape. Here, it shape | molds by shaping | molding means, such as an extrusion molding method, an injection molding method, an injection molding method, a doctor blade method, specifically ,. Subsequently, the obtained molded object is degreased and then fired to produce an aluminum nitride sintered body. After the granulation of the slurry or paste by granulating the slurry or paste with a spray dryer, the granulation powder may be molded in a mold, for example, by a cold hydrostatic press method. In addition, it is preferable to perform degreasing at 450-650 degreeC in air, and it is preferable to perform baking at 1700-1900 degreeC in nitrogen atmosphere.
또, 유기 바인더를 사용하지 않고, 압축 성형법에 의해 성형을 행해도 좋다. 예를 들면, 질화알루미늄 분말과 소결 조제 분말의 혼합 분말을, 1축 성형기로, 가성형한 그린체를 제조하고, 이것을, CIP(냉간 등방압) 성형기로 1~4t/cm2으로 가압 성형함으로써 성형체를 제작해도 좋다. 이 경우는, 탈지 공정은 불필요하며, 얻어진 성형체를 바람직하게는 상술한 바와 같은 조건으로 소성하여, 질화알루미늄 소결체가 제조된다.Moreover, you may shape | mold by the compression molding method, without using an organic binder. For example, a mixed green powder of aluminum nitride powder and sintering aid powder is produced by a single-axis molding machine to produce a caustic green body, which is press-molded at 1 to 4 t / cm 2 by a CIP (cold isostatic pressure) molding machine. You may produce a molded object. In this case, the degreasing step is unnecessary, and the obtained molded body is preferably baked under the conditions described above to produce an aluminum nitride sintered body.
또, 상기 질화알루미늄 소결체에 있어서, 접합면이 되는 면에 알루미나층을 형성하기 전에, 그 표면에 조면화 처리, 연마 처리 등의 처리를 실시해 두어도 좋다. 조면화 처리로서는, 알칼리성 수용액에 의한 에칭, 샌드 블라스트 등을 들 수 있다. 또한, 연마 처리로서는, 지립(砥粒)을 사용한 연마, 전해 인프로세스 드레싱(electrolytic in process dressing) 연삭 등을 들 수 있다.Moreover, in the said aluminum nitride sintered compact, you may perform the process of a roughening process, a grinding | polishing process, etc. before the alumina layer is formed in the surface used as a joining surface. Examples of the roughening treatment include etching with an alkaline aqueous solution, sand blasting, and the like. Moreover, as a grinding | polishing process, grinding | polishing using an abrasive grain, electrolytic in-process dressing grinding, etc. are mentioned.
이어서, 얻어진 질화알루미늄 소결체의 접합면이 되는 표면에 알루미나층을 형성하는데, 예를 들면 이하와 같은 산화 처리에 의해 형성된다. 즉, 질화알루미늄 소결체를 산소 함유 가스 분위기 중에서 가열하여, 표면에 알루미나층을 형성한다.Next, although an alumina layer is formed in the surface used as a joining surface of the obtained aluminum nitride sintered compact, it is formed by the following oxidation processes, for example. In other words, the aluminum nitride sintered body is heated in an oxygen-containing gas atmosphere to form an alumina layer on the surface.
산소 함유 가스로서는, 공기가 가장 간편하지만, 순산소 가스, 산소를 불활성 가스(예를 들면, 산소를 질소, 이산화탄소, 아르곤 등의 희유 가스 등) 및/또는 공기로 희석한 가스 등을 사용해도 좋다. 산소 함유 가스 중의 산소 농도는 20% 이상으로 하는 것이 바람직하다.As the oxygen-containing gas, air is the simplest, but pure oxygen gas, oxygen may be used as an inert gas (for example, rare gas such as nitrogen, carbon dioxide, argon, etc.) and / or a gas diluted with air. . It is preferable to make the oxygen concentration in an oxygen containing gas 20% or more.
산소 함유 가스의 노점은, 바람직하게는 -25℃ 이하, 보다 바람직하게는 -40℃~-30℃인 것이 바람직하다. 노점을 상기 범위로 하기 위해서는, 압축, 건조제에 의한 건조 등의 적당한 수단에 의해, 사용하는 가스를 미리 건조하면 좋다.The dew point of the oxygen-containing gas is preferably -25 ° C or lower, more preferably -40 ° C to -30 ° C. In order to make a dew point into the said range, what is necessary is just to dry previously the gas to be used by suitable means, such as compression and drying with a desiccant.
가열 온도는, 통상 1100~1300℃, 바람직하게는 1130~1270℃이며, 가열 시간은, 통상 1~100시간, 바람직하게는 5~30시간이다.The heating temperature is usually 1100 to 1300 ° C, preferably 1130 to 1270 ° C, and the heating time is usually 1 to 100 hours, preferably 5 to 30 hours.
이와 같은 산화 처리에 의해, 질화알루미늄 소결체의 표면의 질화알루미늄이 산화되어 α-Al2O3이 생성하여, 질화알루미늄 소결체의 접합면이 되는 표면에 알루미나층이 형성된다. 이 α-Al2O3의 생성에 따라 질화알루미늄 소결체의 중량은 증가하기 때문에, 산화에 의한 중량의 증가량이 알루미나층의 두께의 척도가 된다. 1.6~6.5mg/m2의 중량의 증가는 2~10㎛에 상당한다.By this oxidation treatment, aluminum nitride on the surface of the aluminum nitride sintered body is oxidized to generate α-Al 2 O 3 , and an alumina layer is formed on the surface serving as a joining surface of the aluminum nitride sintered body. Since the weight of the aluminum nitride sintered compact increases with the production of α-Al 2 O 3, the increase in weight due to oxidation serves as a measure of the thickness of the alumina layer. The increase in weight of 1.6 to 6.5 mg / m 2 corresponds to 2 to 10 μm.
또한, 보다 치밀한 알루미나층을 형성하기 위해서는, 일본 특개2005-159334호 공보에 기재된 방법을 사용해도 좋다. 즉, 승온 중에 산소를 실질적으로 고용 (固溶)시키지 않고 질화알루미늄 소결체를 질화알루미늄 소결체의 산화 개시 온도보다 300℃ 낮은 온도 이상의 온도로 가열하는 공정(이 공정을 단지 「승온 공정」이라고도 한다), 및 그 공정에서 질화알루미늄 소결체의 산화 개시 온도보다 300℃ 낮은 온도 이상으로 가열된 질화알루미늄 소결체의 원하는 면에 산소 가스를 접촉시킨 후, 질화알루미늄 소결체의 산화 개시 온도보다 높은 온도로 유지하여 질화알루미늄 소결체의 표면을 산화하여 알루미나층을 형성하는 공정(이 공정을 단지 「산화 공정」이라고도 한다)을 포함하는 방법을 사용해도 좋다.In addition, in order to form a denser alumina layer, you may use the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-159334. That is, a step of heating the aluminum nitride sintered body to a temperature higher than 300 ° C lower than the oxidation start temperature of the aluminum nitride sintered body without substantially dissolving oxygen during the temperature increase (this step is also referred to simply as a "heating step"), And contacting the desired surface of the aluminum nitride sintered body heated to a temperature lower than 300 ° C. below the oxidation start temperature of the aluminum nitride sintered body in the step, and then maintaining the temperature at a temperature higher than the oxidation start temperature of the aluminum nitride sintered body to maintain the aluminum nitride sintered body. You may use the method including the process of oxidizing the surface of and forming an alumina layer (this process is only called a "oxidation process").
여기서, 산화 개시 온도란, 대기압 하에서는 1100℃이다. 또한, 양호한 알루미나층을 얻는 관점에서, 산소 가스와의 접촉을 개시하는 온도는, 산화 개시 온도 이상인 것이 바람직하다.Here, oxidation start temperature is 1100 degreeC under atmospheric pressure. In addition, it is preferable that the temperature which starts contact with oxygen gas is more than an oxidation start temperature from a viewpoint of obtaining a favorable alumina layer.
또한, 알루미나층(103)은, θ-Al2O3으로 이루어지는 층으로 해도 좋다. θ-Al2O3으로 이루어지는 층을 형성하는 경우는, 일본 특개2001-294492호 공보에 기재된 방법이 호적하게 사용된다. 구체적으로는, 질화알루미늄 소결체를, 수증기 분압이 1.0kPa 이하의 산소 분위기 하, 800~1000℃의 온도에서, 0.5~30시간 처리하면, θ-Al2O3으로 이루어지는 층이 형성된다.The
또, 도 1에서는, 접합면(102)만에 알루미나층(103)이 형성되어 있는 경우를 나타내지만, 질화알루미늄 소결체(101)의 접합면(102) 이외의 면에도 알루미나층이 형성되어 있어도 좋다. 즉, 질화알루미늄 소결체(101)에 있어서, 적어도 접합면(102)에 알루미나층(103)이 형성되어 있으면 좋다. 또한, 접합면(102)만에 알루 미나층(103)을 형성하기 위해서는 공지의 방법을 이용하면 좋다.In addition, although the case where the
다음으로, 도 2에 나타내는 바와 같이, 질화알루미늄 소결체(101)에 있어서, 알루미나층(103)이 형성된 접합면(102)에, 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하는 페이스트층(201)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2, in the aluminum nitride sintered
상기 페이스트는, 알칼리 토류 금속 화합물을 함유하고, 바람직하게는 알칼리 토류 금속염이나 산화물을 함유한다.The paste contains an alkaline earth metal compound, and preferably contains an alkaline earth metal salt or an oxide.
알칼리 토류 금속염으로서는, 탄산칼슘, 질산칼슘 등의 칼슘염을 들 수 있다. 이들 중에서 탄산칼슘이 바람직하다. 알칼리 토류 금속 산화물로서는, 산화칼슘이나, CaO?Al2O3, 3CaO?Al2O3 등을 들 수 있다. 이들 알칼리 토류 금속 화합물은 단독으로 사용해도 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.Examples of the alkaline earth metal salts include calcium salts such as calcium carbonate and calcium nitrate. Of these, calcium carbonate is preferred. Examples of the alkaline earth metal oxides include calcium oxide, CaO? Al 2 O 3 , 3CaO? Al 2 O 3 , and the like. These alkaline earth metal compounds may be used alone or in combination of two or more thereof.
또한, 상기 페이스트는, 저온에서 반응을 개시시킨다는 관점에서, 산화알루미늄을 더 함유하고 있어도 좋고, 알칼리 토류 금속 화합물 100중량부에 대해, 통상 40~250중량부, 바람직하게는 50~200중량부의 양으로 함유되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, the said paste may contain aluminum oxide further from a viewpoint of starting reaction at low temperature, and is 40-250 weight part normally with respect to 100 weight part of alkaline earth metal compounds, Preferably it is the quantity of 50-200 weight part It is preferable to contain.
산화알루미늄으로서는, 입경은 작지만 미세한 분말이 바람직하다.As aluminum oxide, although a particle size is small, a fine powder is preferable.
상기 페이스트는, 또한 용매, 분산제 등을 함유하고 있어도 좋다.The paste may further contain a solvent, a dispersant and the like.
용매로서는, 테르피네올 등을 들 수 있다. 이 용매는, 알칼리 토류 금속 화합물 분말 100중량부당, 통상 10~90중량부, 바람직하게는 30~80중량부의 양으로 사용된다. 또한, 알칼리 토류 금속 화합물 및 산화알루미늄을 함유하는 경우는, 용매는, 알칼리 토류 금속 화합물 및 산화알루미늄의 합계 100중량부당, 통상 10~90중량부, 바람직하게는 30~80중량부의 양으로 사용된다. 용매는, 단독으로 사용해도 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.Terpineol etc. are mentioned as a solvent. The solvent is usually used in an amount of 10 to 90 parts by weight, preferably 30 to 80 parts by weight, per 100 parts by weight of the alkaline earth metal compound powder. When the alkaline earth metal compound and aluminum oxide are contained, the solvent is usually used in an amount of 10 to 90 parts by weight, preferably 30 to 80 parts by weight, per 100 parts by weight of the alkaline earth metal compound and aluminum oxide in total. . You may use a solvent individually or in mixture of 2 or more types.
분산제로서는, 에틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 이 분산제는, 알칼리 토류 금속 화합물 분말 100중량부당, 통상 0.5~20중량부, 바람직하게는 1~10중량부의 양으로 사용된다. 분산제는, 단독으로 사용해도 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.Ethyl cellulose etc. are mentioned as a dispersing agent. This dispersing agent is normally used in an amount of 0.5 to 20 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the alkaline earth metal compound powder. Dispersants may be used alone or in combination of two or more thereof.
상기 페이스트는, 알칼리 토류 금속 화합물에, 필요에 따라 상기 성분을 첨가하고, 이들을 혼합하여 얻어진다.The said paste is obtained by adding the said component to an alkaline earth metal compound as needed, and mixing these.
접합면(102)에 상기 페이스트로 이루어지는 층을 형성하는 방법으로서는, 도포, 스크린 인쇄 등을 들 수 있다.As a method of forming the layer which consists of said paste in the
페이스트층(201)의 두께는, 바람직하게는 10~1000㎛, 보다 바람직하게는 50~500㎛인 것이 바람직하다.The thickness of the
다음으로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 페이스트층(201)에, 질화알루미늄 소결체(301)의 알루미나층(303)이 형성된 접합면(302)을 부착시킨다. 즉, 페이스트층(201)에, 질화알루미늄 소결체(301)의 알루미나층(303)이 형성된 접합면(302)이 접하도록, 질화알루미늄 소결체(301)를 배설(配設)한다. 또, 접합면(302)에 알루미나층(303)이 형성된 질화알루미늄 소결체(301)는, 질화알루미늄 소결체(101)와 동일한 것이 사용된다.Next, as shown in FIG. 3, the
마지막으로, 페이스트층(201)에 접합면(302)이 부착된 후, 가열 처리를 행한 다. 즉, 접합면(102, 302)에 알루미나층이 형성된 두 상기 질화알루미늄 소결체(101, 301)를, 상기 접합면(102, 302)에서 대향시키고, 또한, 상기 접합면(102, 302) 사이에 페이스트층(201)을 개재시킨 상태로 가열 처리를 행한다.Finally, after the
가열 온도는, 바람직하게는 1200~1700℃, 보다 바람직하게는 1300~1650℃이다. 이와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 질화알루미늄 소결체의 접합면에 알루미나층이 마련되어 있기 때문에, 비교적 저온에서의 가열로 강고하게 접합된 접합체가 얻어진다. 또한, 비교적 저온에서 접합하기 때문에, 얻어진 접합체에 있어서, 질화알루미늄 소결체 부분의 변형도 보이지 않는다.Heating temperature becomes like this. Preferably it is 1200-1700 degreeC, More preferably, it is 1300-1650 degreeC. Thus, according to the manufacturing method of this invention, since the alumina layer is provided in the joining surface of an aluminum nitride sintered compact, the joined body firmly joined by heating at comparatively low temperature is obtained. Moreover, since it joins at comparatively low temperature, in the obtained joined body, the deformation | transformation of the aluminum nitride sintered compact part is not seen, either.
가열의 분위기로서는, 아르곤 분위기, 질소 분위기 등을 들 수 있다. 질화알루미늄 소결체를 사용하는 관점에서, 질소 분위기가 바람직하다.Argon atmosphere, nitrogen atmosphere, etc. are mentioned as an atmosphere of a heating. From a viewpoint of using an aluminum nitride sintered compact, nitrogen atmosphere is preferable.
또한, 질화알루미늄 소결체의 접합면에 알루미나층이 마련되어 있기 때문에, 대기압 하에서의 가열로서도, 질화알루미늄 소결체끼리가 강고하게 접합할 수 있고, 얻어진 접합부의 기밀성도 높다. 또한, 얻어진 접합체에 있어서는, 압력 인가의 조건에 따라 균일하게 압력이 걸리지 않은 경우에 생성하는 질화알루미늄 소결체 부분의 변형도 억제할 수 있다. 또한, 핫프레스 소결로 등을 사용하여 가열과 함께 압력을 거는 경우는, 큰 소결체(예를 들면 φ500mm 이상)나, 복잡한 형상의 소결체의 접합은 곤란하지만, 본 발명의 제조 방법에서는, 이와 같은 소결체끼리이어도 용이하게 접합할 수 있는 이점이 있다.Moreover, since the alumina layer is provided in the joining surface of an aluminum nitride sintered compact, even if heating under atmospheric pressure, aluminum nitride sintered compacts can be firmly joined, and the airtightness of the obtained joint part is also high. Moreover, in the obtained joined body, the deformation | transformation of the aluminum nitride sintered compact part produced | generated when a pressure is not applied uniformly according to the conditions of pressure application can also be suppressed. In addition, in the case of applying a pressure together with heating using a hot press sintering furnace or the like, bonding of a large sintered compact (for example, φ500 mm or more) or a complicated sintered compact is difficult, but in the production method of the present invention, such a sintered compact There is an advantage that can be easily bonded to each other.
또, 본 발명의 제조 방법에서는 대기압 하의 가열로 접합체가 얻어지지만, 예를 들면 0.1MPa~300MPa의 압력 하에서 가열하여 접합체를 얻어도 좋다.Moreover, in the manufacturing method of this invention, a joined body is obtained by the heating under atmospheric pressure, For example, you may heat under the pressure of 0.1 MPa-300 MPa, and can obtain a joined body.
가열 시간은, 바람직하게는 1~30시간, 보다 바람직하게는 3~10시간이다.The heating time is preferably 1 to 30 hours, more preferably 3 to 10 hours.
가열에 사용하는 장치로서는, 상압 소결로, 핫프레스 소결로, 핫 이소스태틱 프레스로를 들 수 있다.As an apparatus used for heating, an atmospheric pressure sintering furnace, a hot press sintering furnace, and a hot isostatic press furnace are mentioned.
이와 같이 하여, 본 발명의 제조 방법에 의해 질화알루미늄 접합체가 얻어지고, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이 질화알루미늄 소결체(101)의 접합면(102)만에 페이스트층(201)을 형성해도 좋지만, 질화알루미늄 소결체(101)의 접합면(102)과 함께, 질화알루미늄 소결체(301)의 접합면(302)에도 페이스트층을 형성하여, 양 페이스트층을 부착시켜, 가열 처리를 행해도 좋다.In this way, the aluminum nitride bonded body is obtained by the manufacturing method of the present invention, and in the present invention, as described above, the
또한, 페이스트층(201)을 형성한 후, 페이스트층(201)을 실온~80℃의 온도에서 건조하고 나서, 질화알루미늄 소결체(301)의 알루미나층(303)이 형성된 접합면(302)을 부착시켜도 좋다.After the
도 4에 나타내는 바와 같이, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 질화알루미늄 접합체(400)에서는, 접합부(401)에 알루미나층은 보이지 않고, 질화알루미늄 소결체끼리가 강고하게 접합되고, 또한, 그 접합체는 높은 기밀성을 갖는다. 또, 도 4에서는 모식적으로 접합부를 나타냈지만, 실제로 얻어지는 접합체는 강고하게 접합되어 있기 때문에, 접합 계면은 SEM 사진에 의해서는 통상 관찰되지 않는다. 이것은, 상기 접합 공정에서 이하와 같은 현상이 일어나고 있기 때문이라고 여겨진다. 예를 들면, 상기 페이스트로서 탄산칼슘(CaCO3)을 함유하는 페이스트를 사용한 경우에는, 가열에 의해, 탄산칼슘(CaCO3)은 우선 산화칼슘(CaO)이 된다. 다음으로 산화 칼슘(CaO)과, 질화알루미늄 소결체의 표면에 존재하는 알루미나(Al2O3)가 반응하여 CaO?Al2O3, CaO?2Al2O3 등의 칼슘알루미네이트가 생성하고, 이 칼슘알루미네이트는 입계를 따라 질화알루미늄 소결체의 벌크 중으로 확산한다. 이 때문에, 접합부(401)에 알루미나층은 존재하지 않는다고 여겨진다.As shown in FIG. 4, in the aluminum nitride bonded
산화칼슘(CaO)을 함유하는 페이스트를 사용한 경우도 마찬가지로, 가열에 의해, 이 산화칼슘(CaO)과, 질화알루미늄 소결체의 표면에 존재하는 알루미나(Al2O3)가 반응하여 상기와 같은 칼슘알루미네이트층이 생성된다. 또한, 산화칼슘(CaO)과 알루미나를 함유하는 페이스트를 사용한 경우는, 가열에 의해, 이 산화칼슘(CaO)과, 페이스트 중에 함유되는 알루미나 및 질화알루미늄 소결체의 표면에 존재하는 알루미나(Al2O3)가 반응하여 상기와 같은 칼슘알루미네이트가 생성된다. 또한, CaO?Al2O3, 3CaO?Al2O3 등을 함유하는 페이스트를 사용한 경우도, 가열에 의해 마찬가지로 상기와 같은 칼슘알루미네이트가 생성된다고 여겨진다. 이들 어느 경우도, 생성된 칼슘알루미네이트는, 입계를 따라 질화알루미늄 소결체의 벌크 중으로 확산하기 때문에, 최종적으로 접합부에 알루미나층을 갖지 않는 접합체가 얻어진다고 여겨진다.Similarly, in the case of using a paste containing calcium oxide (CaO), the calcium oxide (CaO) and alumina (Al 2 O 3 ) present on the surface of the aluminum nitride sintered body react with each other by heating, and thus calcium alumina as described above. Nate layer is produced. When a paste containing calcium oxide (CaO) and alumina is used, alumina (Al 2 O 3) present on the surface of the calcium oxide (CaO) and the alumina and aluminum nitride sintered body contained in the paste is heated by heating. ) Reacts to produce such calcium aluminate. Further, CaO? Al 2 O 3, when using the paste containing such 3CaO? Al 2 O 3 also, it is believed that the calcium aluminate is produced by the same manner as with the heating. In any of these cases, the produced calcium aluminate diffuses into the bulk of the aluminum nitride sintered body along the grain boundaries, and thus, it is considered that a bonded body having no alumina layer at the junction is finally obtained.
또한, 본 발명에서, 비교적 저온에서의 가열로 질화알루미늄 소결체끼리를 강고하게 접합할 수 있는 이유는 이하와 같이 생각된다.In the present invention, the reason why the aluminum nitride sintered bodies can be firmly joined by heating at a relatively low temperature is considered as follows.
산화칼슘으로 대표되는 알칼리 토류 금속 화합물과 알루미나의 반응은 1400 ℃ 정도의 비교적 저온에서 일어난다. 또한 승온함과 함께 반응하여 생성된 칼슘알루미네이트상에 질화알루미늄 입자로부터 AlN이 고용한다고 여겨진다. 이와 같이 하여 생성된 CaO-Al2O3-AlN에 의해 AlN끼리의 강고한 접합이 가능하게 된다. 액상으로 고용한 AlN은 냉각 과정에서 재석출한다. CaO-Al2O3의 액상 성분은 입계를 따라 질화알루미늄 소결체 중으로 확산하여 접합부에서는 확인되지 않게 된다.The reaction between the alkaline earth metal compound represented by calcium oxide and alumina occurs at a relatively low temperature of about 1400 ° C. It is also believed that AlN is dissolved in aluminum nitride particles on the calcium aluminate produced by the reaction with the temperature increase. The CaO-Al 2 O 3 -AlN produced in this way enables firm bonding of AlNs. AlN dissolved in liquid phase is reprecipitated during cooling. The liquid component of CaO-Al 2 O 3 diffuses into the aluminum nitride sintered body along the grain boundary and is not confirmed at the junction.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 질화알루미늄 접합체(400)는, 비교적 저온에서의 가열로 제조되기 때문에, 접합부(401) 및 질화알루미늄 소결체 부분(101, 301)의 변형이 억제되고 있다.Since the aluminum nitride bonded
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
1. 평가 방법1. Evaluation method
1) 접합 계면의 평가1) Evaluation of Bonding Interface
2차 전자 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여, 질화알루미늄 소결체 접합 계면을 관찰했다.The aluminum nitride sintered-bonding interface was observed using the secondary electron scanning electron microscope (SEM).
2) 접합 강도2) joint strength
파인세라믹스의 실온 굽힘 시험 방법(JIS C2141)에 의거하여 3점 굽힘 시험을 행했다. 지점간 거리는 30mm로 설정했다. 접합 후의 질화알루미늄을 평가할 때에는, 30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 접합체(702)끼리를 접합하여 얻어진 접합체(700)를 전장 40mm, 두께 3mm의 시험편(703)으로 가공했다(도 7 참조). 즉, 도 7의 점선을 따라 절단했다. 이어서, 지점간의 중심에 접합부(701)가 위치하도록 이 시험편(703)을 배치하고, 이 접합부(701) 위로부터 하중을 걸었다.The 3-point bending test was done based on the fine ceramics room temperature bending test method (JIS C2141). The distance between points was set to 30 mm. When the aluminum nitride after joining was evaluated, the bonded
3) 기밀성 시험3) Air tightness test
접합 계면의 접합의 정도를 평가하기 위해서, Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체와 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소결체를 접합한 접합체를 사용하여, 알박사제 헬륨 리크 디텍터(형식 HELIOT 704D2)에 의해 헬륨 리크(leak) 시험을 행했다.In order to evaluate the degree of joining at the joining interface, a joined body obtained by joining an aluminum nitride sintered body processed into a hollow columnar shape having a diameter of Φ50mm, a height of 30mm and a thickness of 8mm, and an aluminum nitride sintered body processed into a disk having a diameter of 50mm and a thickness of 5mm was used. A helium leak test was conducted by an Al Dr. helium leak detector (model HELIOT 704D2).
2. 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체2. Aluminum nitride sintered body with an alumina layer formed on the joint surface
1) 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-1-1)~(A-1-3)1) Aluminum nitride sintered body (A-1-1) to (A-1-3) having an alumina layer formed on the joint surface
30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)를, 산소 분위기 중, 1200℃, 5시간의 조건으로 산화 처리했다. 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 2㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-1-1)(이하, 단지 질화알루미늄 소결체(A-1-1)라고도 한다)를 얻었다.The aluminum nitride sintered compact (made by Tokuyama, SH-15) of 30 mm x 30 mm and thickness 3mm was oxidized on 1200 degreeC and the conditions of 5 hours in oxygen atmosphere. An aluminum nitride sintered body (A-1-1) (hereinafter also referred to simply as an aluminum nitride sintered body (A-1-1)) in which an alumina layer having a thickness of 2 µm was formed on the surface of all surfaces including the joining surface was obtained.
Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15) 및 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)에 대해서도 마찬가지로 산화 처리를 행하여, 각각, 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 2㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-1-2) 및 (A-1-3)(이하, 각각 단지 질화알루미늄 소결체(A-1-2), (A-1-3)라고도 한다)를 얻었다.Aluminum nitride sintered body (made by Tokuyama, SH-15) processed into a hollow cylindrical column of Φ50mm, height 30mm, thickness 8mm, and aluminum nitride sintered body made by a plate of Φ50mm, thickness 5mm (made by Tokuyama, SH-15) In the same manner, the oxidation treatment was performed, and aluminum nitride sintered bodies (A-1-2) and (A-1-3) (hereinafter, respectively) in which an alumina layer having a thickness of 2 μm were formed on the surfaces of all surfaces including the bonding surfaces, respectively. Only an aluminum nitride sintered body (A-1-2) and (A-1-3) are also obtained).
2) 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-2-1)~(A-2-3)2) Aluminum nitride sintered body (A-2-1) to (A-2-3) having an alumina layer formed on the joint surface
30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)를, 산소 분위기 중, 1200℃, 30시간의 조건으로 산화 처리했다. 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 5㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-2-1)(이하, 단지 질화알루미늄 소결체(A-2-1)라고도 한다)를 얻었다.The aluminum nitride sintered compact (made by Tokuyama, SH-15) of 30 mm x 30 mm and thickness 3mm was oxidized on 1200 degreeC and the conditions of 30 hours in oxygen atmosphere. An aluminum nitride sintered body (A-2-1) (hereinafter also referred to simply as an aluminum nitride sintered body (A-2-1)) in which an alumina layer having a thickness of 5 µm was formed on the surface of all surfaces including the bonding surface was obtained.
Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15) 및 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)에 대해서도 마찬가지로 산화 처리를 행하여, 각각, 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 5㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-2-2) 및 (A-2-3)(이하, 각각 단지 질화알루미늄 소결체(A-2-2), (A-2-3)라고도 한다)를 얻었다.Aluminum nitride sintered body (made by Tokuyama, SH-15) processed into a hollow cylindrical column of Φ50mm, height 30mm, thickness 8mm, and aluminum nitride sintered body made by a plate of Φ50mm, thickness 5mm (made by Tokuyama, SH-15) Also in the same manner, the oxidation treatment was performed, and aluminum nitride sintered bodies (A-2-2) and (A-2-3) (hereinafter, respectively) in which an alumina layer having a thickness of 5 µm were formed on the surfaces of all surfaces including the bonding surfaces, respectively. Only aluminum nitride sintered bodies (A-2-2) and (A-2-3) were also obtained).
3) 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(B-1-1)~(B-1-3)3) Aluminum nitride sintered body (B-1-1) to (B-1-3) having an alumina layer formed on the joint surface
30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-50)를, 산소 분위기 중, 1200℃, 5시간의 조건으로 산화 처리했다. 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 2㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(B-1-1)(이하, 단지 질화알루미늄 소결체(B-1-1)라고도 한다)를 얻었다.The aluminum nitride sintered compact (made by Tokuyama, SH-50) of 30 mm x 30 mm and thickness 3mm was oxidized on 1200 degreeC and the conditions of 5 hours in oxygen atmosphere. An aluminum nitride sintered body (B-1-1) (hereinafter also referred to simply as an aluminum nitride sintered body (B-1-1)) in which an alumina layer having a thickness of 2 µm was formed on the surface of all surfaces including the bonding surface was obtained.
Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-50) 및 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-50)에 대해서도 마찬가지로 산화 처리를 행하여, 각각, 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 2㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(B-1-2) 및 (B-1-3)(이하, 각각 단지 질화알루미늄 소결체(B-1-2), (B-1-3)라고도 한다)를 얻었다.Aluminum nitride sintered body (made by Tokuyama, SH-50) processed into a hollow cylindrical column of Φ50mm, height 30mm, thickness 8mm, and aluminum nitride sintered body made by Tokuyama (made by Tokuyama, SH-50) made of Φ50mm, 5mm thick In the same manner, the oxidation treatment was performed, and aluminum nitride sintered bodies (B-1-2) and (B-1-3) (hereinafter, respectively) in which an alumina layer having a thickness of 2 μm were formed on the surfaces of all surfaces including the bonding surfaces, respectively. Only aluminum nitride sintered bodies (B-1-2) and (B-1-3) were also obtained).
4) 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-3-1)~(A-3-3)4) Aluminum nitride sintered body (A-3-1) to (A-3-3) with an alumina layer formed on the joint surface
30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)를, 산소 분위기 중, 1100℃, 2시간의 조건으로 산화 처리했다. 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 0.5㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-3-1)(이하, 단지 질화알루미늄 소결체(A-3-1)라고도 한다)를 얻었다.The aluminum nitride sintered compact (made by Tokuyama, SH-15) of 30 mm x 30 mm and thickness 3mm was oxidized on condition of 1100 degreeC and 2 hours in oxygen atmosphere. An aluminum nitride sintered compact (A-3-1) (hereinafter also referred to simply as an aluminum nitride sintered compact (A-3-1)) was obtained in which an alumina layer having a thickness of 0.5 µm was formed on the surfaces of all surfaces including the joining surfaces.
Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15) 및 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)에 대해서도 마찬가지로 산화 처리를 행하여, 각각, 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 0.5㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-3-2) 및 (A-3-3)(이하, 각각 단지 질화알루미늄 소결체(A-3-2), (A-3-3)이라고도 한다)를 얻었다.Aluminum nitride sintered body (made by Tokuyama, SH-15) processed into a hollow cylindrical column of Φ50mm, height 30mm, thickness 8mm, and aluminum nitride sintered body made by a plate of Φ50mm, thickness 5mm (made by Tokuyama, SH-15) Similarly, the oxidation treatment was carried out, and aluminum nitride sintered bodies (A-3-2) and (A-3-3) (hereinafter, respectively) in which an alumina layer having a thickness of 0.5 µm were formed on the surfaces of all surfaces including the bonding surfaces, respectively. Only aluminum nitride sintered bodies (A-3-2) and (A-3-3) were also obtained).
5) 접합면에 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-4-1)~(A-4-3)5) Aluminum nitride sintered body (A-4-1) to (A-4-3) with an alumina layer formed on the joint surface
30mm×30mm, 두께 3mm의 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15)를, 산소 분위기 중, 1300℃, 15시간의 조건으로 산화 처리했다. 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 7㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-4-1)(이하, 단지 질화알루미늄 소결체(A-4-1)라고도 한다)를 얻었다.The aluminum nitride sintered compact (made by Tokuyama, SH-15) of 30 mm x 30 mm and thickness 3mm was oxidized on condition of 1300 degreeC and 15 hours in oxygen atmosphere. An aluminum nitride sintered body (A-4-1) (hereinafter also referred to simply as an aluminum nitride sintered body (A-4-1)) in which an alumina layer having a thickness of 7 µm was formed on the surface of all surfaces including the joining surface was obtained.
Φ50mm, 높이 30mm, 두께 8mm의 중공의 원주상으로 가공한 질화알루미늄 소결체(도쿠야마제, SH-15) 및 Φ50mm, 두께 5mm의 원판으로 가공한 질화알루미늄 소 결체(도쿠야마제, SH-15)에 대해서도 마찬가지로 산화 처리를 행하여, 각각, 접합면을 포함하는 모든 면의 표면에 7㎛의 두께의 알루미나층이 형성된 질화알루미늄 소결체(A-4-2) 및 (A-4-3)(이하, 각각 단지 질화알루미늄 소결체(A-4-2), (A-4-3)라고도 한다)를 얻었다.Aluminum nitride sintered body (made by Tokuyama, SH-15) processed into a hollow columnar shape of Φ50mm, height 30mm, thickness 8mm and aluminum nitride sintered body made by a plate of Φ50mm, thickness 5mm (made by Tokuyama, SH-15) The aluminum nitride sintered bodies (A-4-2) and (A-4-3) (hereinafter referred to as hereinafter) were subjected to oxidation treatment in the same manner, and to form alumina layers having a thickness of 7 µm on the surfaces of all surfaces including the bonding surfaces, respectively. In each case, only aluminum nitride sintered bodies (A-4-2) and (A-4-3) were obtained.
3. 접합 페이스트의 제작3. Fabrication of Bonding Paste
1) 접합 페이스트(A)1) Bonding paste (A)
탄산칼슘(와코준야쿠사제) 50g 및 알루미나 분말(쇼와덴코제) 50g과 함께, 용매로서 테르피네올 60g, 분산제로서 에틸셀룰로오스 3g를, 볼 밀을 사용하여 혼합하여 접합 페이스트(A)를 제조했다.Together with 50 g of calcium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries Ltd.) and 50 g of alumina powder (manufactured by Showa Denko), 60 g of terpineol as a solvent and 3 g of ethyl cellulose as a dispersant were mixed using a ball mill to prepare a bonding paste (A). did.
2) 접합 페이스트(B)2) Bonding paste (B)
탄산칼슘(와코준야쿠사제) 100g, 용매로서 테르피네올 60g, 분산제로서 에틸셀룰로오스 3g를, 볼 밀을 사용하여 혼합하여 접합 페이스트(B)를 제조했다.100 g of calcium carbonate (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 60 g of terpineol as a solvent, and 3 g of ethyl cellulose as a dispersing agent were mixed using a ball mill to prepare a bonding paste (B).
3) 접합 페이스트(C)3) Bonding paste (C)
3CaO?Al2O3 100g, 용매로서 테르피네올 60g, 분산제로서 에틸셀룰로오스 3g를, 볼 밀을 사용하여 혼합하여 접합 페이스트(C)를 제조했다.100 g of 3CaO-Al 2 O 3 , 60 g of terpineol as a solvent, and 3 g of ethyl cellulose as a dispersant were mixed using a ball mill to prepare a bonding paste (C).
4) 접합 페이스트(D)4) Bonding paste (D)
산화칼슘(와코준야쿠사제) 100g, 용매로서 테르피네올 60g, 분산제로서 에틸셀룰로오스 3g를, 볼 밀을 사용하여 혼합하여 접합 페이스트(D)를 제조했다.100 g of calcium oxide (made by Wako Pure Chemical Industries Ltd.), 60 g of terpineol as a solvent, and 3 g of ethyl cellulose as a dispersing agent were mixed using a ball mill to prepare a bonding paste (D).
[실시예1-1]Example 1-1
질화알루미늄 소결체(A-1-1)에 접합 페이스트(A)를 300㎛의 두께로 도포하고, 도포된 접합 페이스트(A)층에 또 하나의 질화알루미늄 소결체(A-1-1)를 배설했다(도 8, 9 참조). 이 질화알루미늄 소결체(A-1-1)(또 하나의 질화알루미늄 소결체(A-1-1)가 배설된 상태에 있다)에 대하여, 80℃로 유지한 항온 건조기 중에서 건조 처리를 실시했다. 이어서, 이것을 질화붕소제의 지그(jig) 내에 배치하고, 질소 분위기 중, 1600℃에서 5시간 가열하여 질화알루미늄 소결체(A-1-1)끼리를 접합했다. 얻어진 접합체의 SEM 사진을 도 6에 나타냈는데, 계면을 구분할 수 없을 정도로 접합하고 있었다. 또한, 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(340MPa)를 나타냈다.Bonding paste (A) was apply | coated to aluminum nitride sintered compact (A-1-1) in thickness of 300 micrometers, and another aluminum nitride sintered compact (A-1-1) was arrange | positioned to the apply | coated bonding paste (A) layer. (See Figures 8, 9). The aluminum nitride sintered compact (A-1-1) (in the state where another aluminum nitride sintered compact (A-1-1) was disposed) was dried in a constant temperature dryer maintained at 80 ° C. Subsequently, this was arrange | positioned in the jig | tool of a boron nitride, and it heated at 1600 degreeC for 5 hours in nitrogen atmosphere, and bonded aluminum nitride sintered compacts (A-1-1). Although the SEM photograph of the obtained joined body was shown in FIG. 6, it bonded together so that an interface cannot be distinguished. Moreover, as a result of the bending strength test, the same strength (340 MPa) as the aluminum nitride sintered compact before joining was shown.
[실시예1-2]Example 1-2
질화알루미늄 소결체(A-1-2)에 접합 페이스트(A)를 300㎛의 두께로 도포하고, 도포된 접합 페이스트(A)층에 질화알루미늄 소결체(A-1-3)를 배설했다(도 10, 11 참조). 이 질화알루미늄 소결체(A-1-2)(질화알루미늄 소결체(A-1-3)가 배설된 상태에 있다)에 대하여, 80℃로 유지한 항온 건조기 중에서 건조 처리를 실시했다. 이어서, 실시예1-1과 동일한 조건으로 가열하여 양자를 접합했다.Bonding paste (A) was apply | coated to aluminum nitride sintered compact (A-1-2) in thickness of 300 micrometers, and aluminum nitride sintered compact (A-1-3) was arrange | positioned to the applied bonding paste (A) layer (FIG. 10). , 11). The aluminum nitride sintered compact (A-1-2) (in the state where the aluminum nitride sintered compact (A-1-3) was disposed) was dried in a constant temperature dryer maintained at 80 ° C. Subsequently, it heated on the same conditions as Example 1-1, and bonded both.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예2-1]Example 2-1
질화알루미늄 소결체(A-1-1) 대신에 질화알루미늄 소결체(B-1-1)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합을 행했다. 얻어진 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(300MPa)를 나타냈다.Joining was performed by the method similar to Example 1-1 except having used aluminum nitride sintered compact (A-1-1), and using aluminum nitride sintered compact (B-1-1). The bending strength test of the obtained joined body showed the same strength (300 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예2-2]Example 2-2
질화알루미늄 소결체(A-1-2) 및 (A-1-3) 대신에 질화알루미늄 소결체(B-1-2) 및 (B-1-3)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Except having used aluminum nitride sintered compact (A-1-2) and (A-1-3), and using aluminum nitride sintered compact (B-1-2) and (B-1-3), it is the same as that of Example 1-2. Joining was performed by the method.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예3-1]Example 3-1
질화알루미늄 소결체(A-1-1) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-2-1)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합을 행했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(350MPa)를 나타냈다.Bonding was performed by the method similar to Example 1-1 except having used the aluminum nitride sintered compact (A-1-1) instead of the aluminum nitride sintered compact (A-1-1). The bending strength test of this joined body showed the same strength (350 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예3-2]Example 3-2
질화알루미늄 소결체(A-1-2) 및 (A-1-3) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-2-2) 및 (A-2-3)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Except for using aluminum nitride sintered body (A-1-2) and (A-1-3) instead of aluminum nitride sintered body (A-2-2) and (A-2-3), the same as in Example 1-2 Joining was performed by the method.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예4-1]Example 4-1
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(B)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(330MPa)를 나타냈다.It bonded by the method similar to Example 1-1 except having used the bonding paste (B) instead of the bonding paste (A). The bending strength test of this joined body showed the same strength (330 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예4-2]Example 4-2
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(B)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Bonding was performed by the same method as Example 1-2 except having used the bonding paste (B) instead of the bonding paste (A).
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예5-1]Example 5-1
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(C)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(330MPa)를 나타냈다.It bonded by the method similar to Example 1-1 except having used the bonding paste (C) instead of the bonding paste (A). The bending strength test of this joined body showed the same strength (330 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예5-2]Example 5-2
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(C)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Bonding was performed by the same method as Example 1-2 except having used the bonding paste (C) instead of the bonding paste (A).
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예6-1]Example 6-1
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(D)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(360MPa)를 나타냈다.It bonded by the method similar to Example 1-1 except having used the bonding paste (D) instead of the bonding paste (A). The bending strength test of this joined body showed the same strength (360 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예6-2]Example 6-2
접합 페이스트(A) 대신에 접합 페이스트(D)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Bonding was performed in the same manner as in Example 1-2 except that the bonding paste D was used instead of the bonding paste A.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 5.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 5.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예7-1]Example 7-1
질화알루미늄 소결체(A-1-1) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-3-1)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합을 행했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(320MPa)를 나타냈다.Joining was performed by the method similar to Example 1-1 except having used aluminum nitride sintered compact (A-1-1), and using aluminum nitride sintered compact (A-3-1). The bending strength test of this joined body showed the same strength (320 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예7-2]Example 7-2
질화알루미늄 소결체(A-1-2) 및 (A-1-3) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-3-2) 및 (A-3-3)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Except for using aluminum nitride sintered body (A-1-2) and (A-1-3) instead of aluminum nitride sintered body (A-3-2) and (A-3-3), the same as in Example 1-2 Joining was performed by the method.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 8.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 8.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
[실시예8-1]Example 8-1
질화알루미늄 소결체(A-1-1) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-4-1)를 사용한 이외는, 실시예1-1과 동일한 방법으로 접합을 행했다. 이 접합체의 굽힘 강도 시험을 행한 결과, 접합 전의 질화알루미늄 소결체와 동일 정도의 강도(310MPa)를 나타냈다.Bonding was performed by the method similar to Example 1-1 except having used aluminum nitride sintered compact (A-4-1) instead of aluminum nitride sintered compact (A-1-1). The bending strength test of this joined body showed the same strength (310 MPa) as that of the aluminum nitride sintered body before joining.
[실시예8-2]Example 8-2
질화알루미늄 소결체(A-1-2) 및 (A-1-3) 대신에 질화알루미늄 소결체(A-4-2) 및 (A-4-3)를 사용한 이외는, 실시예1-2와 동일한 방법으로 접합을 행했다.Except having used aluminum nitride sintered compact (A-1-2) and (A-1-3), instead of aluminum nitride sintered compact (A-4-2) and (A-4-3), it carried out similarly to Example 1-2. Joining was performed by the method.
얻어진 접합체에 대하여 헬륨 리크 시험을 행한 바, 리크량은 8.0×10-9atm?cc/sec 이하이며, 높은 기밀성을 나타냈다.When the helium leak test was done about the obtained joined body, the leak amount was 8.0x10 <-9> atm * cc / sec or less, and showed high airtightness.
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