WO2015186560A1

WO2015186560A1 - ムライト焼結体、その製法及び複合基板

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Publication number: WO2015186560A1
Application number: PCT/JP2015/065006
Authority: WO
Inventors: 佳範磯田; 佐藤　洋介; 勝田　祐司
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: TW201609600A; DE112015000148T5; DE112015000148B4; KR20160032270A; KR101677415B1; CN105636920A; TWI570091B; JP5861016B1; JPWO2015186560A1; US9776924B2; US20160185668A1; CN105636920B

Abstract

　本発明のムライト焼結体は、不純物元素の含有量が１質量％以下のムライト焼結体であって、ムライト焼結粒の平均粒径が８μｍ以下であり、研磨仕上げした表面に存在する気孔の最大部長さの平均が０．４μｍ以下のものである。前記表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は３ｎｍ以下であることが好ましい。前記表面の最大高さ（Ｒｐ）は３０ｎｍ以下であることが好ましい。前記表面に存在する気孔数は、４μｍ×４μｍの面積当たり、１０個以下であることが好ましい。

Description

ムライト焼結体、その製法及び複合基板

　本発明は、ムライト焼結体、その製法及び複合基板に関する。

　ムライト焼結体は、一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を３対２の割合で焼結した耐熱衝撃性に優れた材料であり、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂で表される。こうしたムライト焼結体としては、例えば特許文献１に開示されているように、ムライト粉末にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）粉末を３０質量％混合した粉末を成形し、その成形体を焼結させたものが知られている。特許文献１では、ムライト焼結体からムライト基板を切り出し、そのムライト基板の主表面を研磨することにより、ＧａＮ基板と貼り合わせるのに用いられる下地基板としている。ＧａＮの熱膨張係数は室温から１０００℃の範囲で６．０ｐｐｍ／Ｋとされ、ムライトの熱膨張係数は５．２ｐｐｍ／Ｋとされている。そのため、両者を貼り合わせて使用することを考慮すると、ムライトの熱膨張係数を高めてＧａＮ基板の熱膨張係数に近づけることが好ましく、それゆえムライト粉末にＹＳＺ粉末を混合して焼結させている。

特許第５５８５５７０号公報

　しかしながら、ムライトに相当量の他の成分を加えて熱膨張係数を高めたムライト焼結体については特許文献１に記載されているものの、ムライトの純度が高いムライト焼結体（高純度ムライト焼結体）については触れられておらず、ましてやこうした高純度ムライト焼結体であって研磨仕上げした面の表面平坦性が高いものは知られていない。

　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、高純度のムライト焼結体で研磨仕上げした際の表面平坦性が高いものを提供することを主目的とする。

　本発明のムライト焼結体は、不純物元素の含有量が１質量％以下のムライト焼結体であって、ムライト焼結粒の平均粒径が８μｍ以下であり、研磨仕上げした表面に存在する気孔の最大部長さの平均が０．４μｍ以下のものである。このムライト焼結体によれば、研磨仕上げした面の表面平坦性が高くなる。

　本発明のムライト焼結体の製法は、純度が９９．０質量％以上（但し、加熱により飛散する成分は不純物とみなさない）のムライト原料粉末を所定形状に成形したのち、プレス圧力を２０～３００ｋｇｆ／ｃｍ²、焼成温度を１５２５～１７００℃に設定してホットプレス焼成を行うことによりムライト焼結体を得るものである。この製法によれば、上述したムライト焼結体を容易に製造することができる。

　本発明の複合基板は、上述したムライト焼結体からなるムライト基板を支持基板とし、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化ガリウム及びシリコンからなる群より選ばれた１種を機能性基板とし、前記支持基板と前記機能性基板とが接合されたものである。この複合基板によれば、接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）が大きいため、良好な接合性を示す。

ムライト基板の製造フロー。複合基板１０の斜視図。複合基板１０を用いて作製した電子デバイス３０の斜視図。

　以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

　本発明のムライト焼結体は、不純物元素の含有量が１質量％以下のムライト焼結体であって、ムライト焼結粒の平均粒径が８μｍ以下（好ましくは５μｍ以下）であり、研磨仕上げした表面に存在する気孔の最大部長さの平均が０．４μｍ以下（好ましくは０．３μｍ以下）のものである。本発明において、不純物元素とは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｏ以外の元素であり、その含有率は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により求めた。ムライト焼結粒の平均粒径は、研磨によって鏡面状に仕上げた面をリン酸にてケミカルエッチングし、ＳＥＭにて２００個以上のムライト焼結粒の粒径を測定し、その平均を線分法を用いることにより算出した。また、気孔の最大部長さの平均は、同様にして仕上げた面をＡＦＭ観察し、気孔の最大部の長さの平均を算出し、それを単位面積（１μｍ四方の面積）あたりに換算して求めた。ムライト焼結粒の平均粒径が８μｍを超えると、焼結粒ごとの研磨のされ易さ、され難さの違いによって粒単位での段差が生じやすくなるため好ましくない。また、気孔の最大部長さの平均が０．４μｍを超えると、その気孔部を中心として接合不良となる部分が大きくなり過ぎるため好ましくない。本発明のムライト焼結体は、ムライト成分以外の異相が極めて少ないため、表面を鏡面状に研磨したときの表面平坦性が高い。表面平坦性は、例えば、鏡面状に研磨仕上げした表面の中心性平均粗さＲａや最大山高さＲｐ、その表面に存在する気孔数によって評価することができる。ちなみに、異相成分が多いと、ムライトと異相成分との間で研磨のされ易さが異なり、特に異相成分が研磨され難く凸状に残り易いことから、表面平坦性が十分高くならない。

　本発明のムライト焼結体は、中心線平均粗さＲａが３ｎｍ以下であることが好ましく、２．５μｍ以下であることがより好ましい。また、最大山高さＲｐは３０ｎｍ以下であることが好ましく、２５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、表面に存在する気孔数は、４μｍ×４μｍの面積当たり、１０個以下であることが好ましく、７個以下であることがより好ましい。なお、本発明において、中心線平均粗さＲａや最大山高さＲｐは、研磨によって鏡面状に仕上げた面を３次元光学プロファイラーを用いて測定した値であり、測定範囲は１００μｍ×１４０μｍとした。なお、本明細書中の中心線平均粗さＲａ及び最大山高さＲｐは、ＪＩＳＢ　０６０１：２０１３で規定される、算術平均粗さＲａ、粗さ曲線の最大山高さＲｐにそれぞれ対応する。

　本発明のムライト焼結体は、四点曲げ強度が２８０ＭＰａ以上であることが好ましく、３００ＭＰａ以上であることがより好ましい。このようなムライト焼結体は、強度が十分高いため、利用する場面において容易に変形することがない。なお、本発明において、四点曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に準じて測定した値とした。

　本発明のムライト焼結体は、不純物元素の含有量が０．５質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。このようなムライト焼結体は、研磨され難く凸状に残り易い異相成分の含有量が更に少ないため、表面平坦性が更に向上する。

　本発明のムライト焼結体は、ムライト焼結体を厚さ０．１ｍｍの板状体としたときの波長５５０ｎｍの光に対する全透光率が２０％以上であることが好ましい。全透光率は、所定厚さのムライト焼結体の試験片に対し、波長２００～３０００ｎｍの光に対する全透光率を測定し、５５０ｎｍの波長に対する全透光率を求め、それを厚さ０．１ｍｍに換算した値とした。このようなムライト焼結体は、例えば、ムライト基板に加工したあとＳｉ等光透過性のない基板と接合した場合において、ムライト基板側からの目視観察や顕微鏡観察によって、接合状態を容易に検査することができる。

　本発明のムライト焼結体の製法は、純度が９９．０質量％以上（但し、加熱により飛散する成分は不純物とみなさない）のムライト原料粉末を所定形状に成形したのち、プレス圧力を２０～３００ｋｇｆ／ｃｍ²、焼成温度（焼成時の最高温度）を１５２５～１７００℃に設定してホットプレス焼成を行うことによりムライト焼結体を得るものである。

　ムライト基板の製造手順の一例を図１の製造フローにしたがって以下に説明する。

（ムライト原料粉末の準備）
　ムライト原料粉末には、市販のものを使うことができるが、純度が高く、平均粒径が小さいものが好ましい。例えば、純度は９９．０％以上が好ましく、９９．５％以上がより好ましく、９９．８％以上が更に好ましい。純度の単位は、質量％である。また、平均粒径（Ｄ５０）は３μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましく、１μｍ以下が更に好ましい。平均粒径（Ｄ５０）の測定方法は、レーザ回折法である。このような高純度で微粒な原料を使用することで、ホットプレス焼成によって低温でムライトを緻密化できるとともに、不純物による異相や異常成長した粒子の生成を抑制することができ、ムライト焼結粒が微細で均質な焼結体が作製できる。

　また、高純度なＡｌ₂Ｏ₃成分やＳｉＯ₂成分を所定割合に配合した混合粉末を焼成してムライト粗粒物を一旦作製し、その粗粒物を粉砕してムライト原料粉末にしてもよい。この場合も不純物含有量を少なくするため、Ａｌ₂Ｏ₃成分やＳｉＯ₂成分には純度が高いものが好ましく、更に、粗粒物を微粉化する場合にはアルミナ製の各種メディア（ボールや容器など）を使用することが望ましい。耐磨耗性の高いジルコニア製のメディアを使うこともできるが、この場合は粉砕時間を短くしコンタミとなるジルコニア成分の混入量を少なくすることに留意が必要となる。一方、金属製メディアは磨耗によって混入する不純物量が多くなるため好ましくない。なお、加熱により飛散する成分、例えばＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等となる成分は原料粉末の不純物に含める必要はない。また、ムライト組成物を作製するための混合粉末には、加熱によってＡｌ₂Ｏ₃成分やＳｉＯ₂成分を生成するいわゆる前駆体物質を用いてもよい。

（ムライト焼結体の作製）
　次に、上記のようなムライト原料粉末を所定形状に成形したのち、ホットプレスによって緻密なムライト焼結体を作製する。成形には、金型を使ったプレス成形や冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）、或いは杯土を作製して押出し成形したり、スラリーのキャスティング成形やテープ成形等、既存の技術を利用すればよい。この際、成形の補助成分として原料粉末、杯土やスラリー等に加えたバインダー等の有機成分は、焼成前に加熱除去しておくことが望ましい。こうすることでムライト基板に含有される不純物炭素成分の含有量を少なくすることができる。

　このようにして作製したムライト原料粉末成形体は、加熱焼成されて緻密なムライト焼結体にすることができる。この際、焼結粒子を微細に維持しつつ焼結中に気孔を排出することが、高い表面平坦性を有するムライト基板を作製するために重要であり、特にホットプレスによって焼成する方法が有効である。このホットプレスでは、黒鉛製の型に成形体を収納したのち、上下のパンチ棒とダイスによって成形体を加圧しながら焼成するため、一般の常圧焼結に比べて低温でムライト粒子を微細なままで緻密化が進められる。この方法によって、常圧焼結でよく見られる粗大な気孔の残留やムライト粒子の成長による粗大化を抑制することができる。このホットプレスの焼成温度は１５２５～１７００℃であることが好ましく、１５５０～１６５０℃であることがより好ましい。また、ホットプレス時のプレス圧力は２０～３００ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましい。焼成温度（最高温度）での保持時間は、成形体形状や大きさ、加熱炉の特徴などを考慮し適宜選択することができるが、好ましい保持時間は、例えば１～１２時間、より好ましくは２～８時間である。ホットプレス焼成時の雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気、又は真空雰囲気を用いればよい。

（ムライト基板の作製）
　上記のように作製したムライト焼結体から、ムライト基板を作製する。この際、まず焼結体の外周を所定の形状に加工し、その後に薄い円板状にスライスしてムライト基板を切り出す。次に、切り出したムライト基板の両表面をダイヤラップ研磨及びＣＭＰ研磨などにより平坦にする。その後、一般的に用いられるアミン溶液やＳＰＭ（硫酸加水）溶液、ＲＣＡ洗浄液等を用いてムライト基板を洗浄し、基板表面の金属、有機物等の汚染物やパーティクル等の除去を行い、複合基板の作製に必要な清浄な表面を有したムライト基板を得る。

　本発明の複合基板は、支持基板と機能性基板とが接合された複合基板であって、前記支持基板は、上述したいずれかのムライト焼結体からなるムライト基板であるものである。機能性基板としては、例えばタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板などの圧電基板や窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。接合方法は、直接接合でもよいし、接着層を介した接合でもよいが、直接接合が好ましい。直接接合の場合には、機能性基板とムライト支持基板とのそれぞれの接合面を活性化した後、両接合面を向かい合わせにした状態で両基板を押圧する。接合面の活性化は、例えば、接合面への不活性ガス（アルゴンなど）のイオンビームの照射のほか、プラズマや中性原子ビームの照射などで行う。一方、接着層を介して接合する場合には、接着層として、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などを用いることができる。図２に複合基板の一例を示す。複合基板１０は、機能性基板である圧電基板１２と支持基板１４とが直接接合により接合されたものである。

　本発明の複合基板は、支持基板が上述したムライト基板により作製されているため、支持基板の表面平坦性が高く、接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）を高くすることができる（例えば８０％以上）。このようにして作製した複合基板は良好な接合性を示すため、必要に応じて、機能性基板面やムライト支持基板面を研磨加工し、薄くすることができる。

　本発明の複合基板は、このように機械的特性に優れたムライト基板を支持基板に用いているため、電子デバイスの小型・低背化要求に応えるものになる。こうした電子デバイスとしては、弾性波デバイス（弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）など）のほか、ＬＥＤデバイス、光導波路デバイス、スイッチデバイス、半導体デバイスなどが挙げられる。弾性波デバイスに上述した複合基板を利用する場合には、支持基板であるムライト基板の熱膨張係数が４．４ｐｐｍ／Ｋ（４０－４００℃）程度と小さく、ヤング率が２２０ＧＰａ以上と大きいため、弾性波デバイス自体の温度変化による膨張や収縮を小さくすることができ、それにより周波数の温度依存性が大きく改善される。また、ムライト基板自体が微細粒で気孔などの欠陥が少なく緻密化されているため、２８０ＭＰａ以上の高い強度が得られ、支持基板としての信頼性が高いものになる。図３に複合基板１０を用いて作製した電子デバイス３０の一例を示す。電子デバイス３０は、１ポートＳＡＷ共振子つまり弾性表面波デバイスである。まず、複合基板１０の圧電基板１２に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて多数の電子デバイス３０のパターンを形成し、その後、ダイシングにより１つ１つの電子デバイス３０に切り出す。電子デバイス３０は、フォトリソグラフィ技術により、圧電基板１２の表面にＩＤＴ（Interdigital Transducer)電極３２，３４と反射電極３６とが形成されたものである。

　また、ムライト基板をシリコン基板と比較した場合においては、ムライトは同程度の熱膨張係数を持ち、かつ、高強度、高ヤング率のため、反りにくく割れにくいという利点を持つ。更に、電気絶縁性がシリコンや高抵抗シリコンよりも格段に高いため、絶縁性を備えた支持基板として利用可能になる。ＧａＮの支持基板とした場合も同様に、機械的特性に優れるため信頼性が高く、更に安価に作製できるということも言える。これら、ムライトを支持基板とした複合基板は、シリコンやＧａＮと熱膨張率が同程度となるため、既存のシリコンやＧａＮでの製造工程に適用させやすい。

　以下、本発明の実施例について更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．ムライト原料粉末の作製
　ムライト原料粉末Ａとして、市販の純度９９．９％以上、平均粒径０．７μｍのムライト粉末を用いた。ムライト原料粉末Ｂとして、市販の平均粒径１μｍ以下、純度９９．９％以上の高純度なアルミナ、シリカ粉末を出発原料とし、これらをアルミナメディアを用いて湿式混合の後、乾燥して得た混合原料を加熱することによってムライトを合成し、更にアルミナメディアを用いて湿式粉砕した後に乾燥したものを用いた。なお、ムライト原料粉末Ｂの純度は９９．９％以上、平均粒径はＤ５０＝０．９μｍであった。原料粉末Ｃとして、純度９９．０％、平均粒径２．２μｍのものを用いた。原料粉末Ｄとして、純度９８．５％、平均粒径３．６μｍのものを用いた。原料粉末Ｃ及びＤに含まれる主要な不純物は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｎａなどであった。なお、上記純度はムライト構成元素であるＳｉ、Ａｌ、Ｏ元素の含有量を質量％で表したものであり、これら三元素以外の元素を不純物元素とした。

２．ムライト焼結体の作製
　上記のムライト原料粉末を、直径約１２５ｍｍの金型に入れ、厚さ１０～１５ｍｍ程度の円盤状に２００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で成形し、ムライト成形体を得た。次いで、内径約１２５ｍｍのホットプレス用の黒鉛型にムライト成形体を収納し、ホットプレス炉にて直径約１２５ｍｍで厚さ５～８ｍｍ程度のムライト焼結体を作製した。なお、焼成時の最高温度（焼成温度）を１５００～１７５０℃、焼成温度での保持時間を５ｈｒとし、昇温速度、降温速度ともに２００℃／ｈｒとした。プレス荷重は昇温中の９００℃以上で２００ｋｇｆ／ｃｍ²とし、炉内雰囲気は９００℃までは真空とし、９００℃到達後にＡｒを導入しＡｒ下で焼結を進めた。焼成温度で所定時間保持した後は１２００℃まで降温し、プレス荷重と炉内雰囲気の制御を止めて、室温まで自然冷却した。

３．特性評価
　得られた焼結体から４×３×４０ｍｍサイズの抗折棒などを切り出し、各種特性を評価した。また、焼結体表面の性状は、４×３×１０ｍｍ程度の試験片の一面を研磨によって鏡面状に仕上げて評価した。研磨は３μｍのダイヤモンド砥粒、０．５μｍのダイヤモンド砥粒の順に進め、最終仕上げにはコロイダルシリカスラリー（ｐＨ＝１１、粒径８０ｎｍ）と不織布パッドを用いたバフ研磨を行った。
（１）嵩密度、開気孔率
　蒸留水を用いたアルキメデス法により測定した。
（２）ムライト焼結粒の平均粒径
　上記のように鏡面状に仕上げた面をリン酸にてケミカルエッチングをし、ＳＥＭにてムライト焼結粒の大きさを２００ヶ以上測定し、線分法を用いて平均粒径を算出した。線分法の計数は１．５とし、ＳＥＭにて実測された長さに１．５を乗じたものを各焼結粒の粒径とした。
（３）気孔数、気孔最大長さ平均
　上記のように鏡面状に仕上げた面をＡＦＭ観察し、最大長さが０．１μｍ以上の気孔の計数値と、気孔の最大部の長さの平均値を、それぞれ気孔数、気孔最大長さ平均とした。なお、それぞれの単位面積を□４μｍ（４μｍ四方の面積）として表記した。
（４）表面平坦性
　上記のように鏡面状に仕上げた面に対し、３次元光学プロファイラーＺｙｇｏを用いて中心性平均粗さＲａと、最大山高さＲｐを測定し、表面平坦性とした。測定範囲は、１００μｍ×１４０μｍとした。
（５）曲げ強度
　室温にてＪＩＳ　Ｒ１６０１に準じた方法により、四点曲げ強度を測定した。
（６）組成分析（不純物量）
　高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法により、原料粉末、焼結体粉砕物のＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、不純物成分量を測定した。
（７）光学特性（全透光率）
　厚さ０．３～０．５ｍｍの試験片に対し、波長２００～３０００ｎｍの光に対する全透光率を測定し、５５０ｎｍの波長に対する全透光率を代表値とし、厚さ０．１ｍｍに換算した値を示した。測定には分光光度計を用い、試料面の法線方向から平行に近い光線束を入射させて試料の透過光を測定した。標準試料は、光路中に試料を挿入しない場合の空気層とし、その分光透過率を１として、試料の透過光を積分球で受けることで全透光率を算出した。
（８）結晶相
　焼結体の粉砕物に対し、ＸＲＤ装置を用いて結晶相を同定した。ＸＲＤ装置には、理学電機製回転対陰極型ＲＩＮＴを用い、ＣｕＫα、５０ｋＶ、３００ｍＡ、２θ＝５－７０°を測定条件とした。

４．ムライト基板、複合基板の作製
　得られたムライト焼結体を加工し、直径１００ｍｍ、厚さ６００μｍ程度の円盤状基板を切り出した。この基板の両面をＣＭＰ仕上げした後に、洗浄をして基板表面のパーティクルや汚染物質等を取り除き、ムライト基板を作製した。次に、このムライト基板を支持基板とし、機能性基板となるＬＴ基板、ＬＮ基板、Ｓｉ基板との直接接合を実施した。この接合は、まず機能性基板とムライト支持基板のそれぞれの接合面をアルゴンのイオンビームによって活性化をし、その後に両接合面を向かい合わせて１０ｔｏｎｆで押圧し、接合をした。

（実験例１～６）
　実験例１～６では、表１に示すように、原料粉末Ａを用い、焼成温度を１５００～１７５０℃としてムライト焼結体を作製し、そのムライト焼結体から基板を作製した。表１にムライト焼結体及び基板の特性を示す。

　実験例１は焼成温度が１５００℃であり、焼結体の嵩密度は２．８４ｇ／ｃｍ³で低く、開気孔率は８．７％で高く、緻密化不足であった。焼結体の破面によって１～２μｍ大の孔が多数認められ、支持基板として接合に供することができない状態であった（□１００μｍで孔が１００ヶ以上）。なお、焼結体の結晶相の解析より、クリストバラスト、コランダムと思われる異相が極微量認められた。

　実験例２は焼成温度を１５５０℃としたものであり、焼結体の嵩密度は３．１５ｇ／ｃｍ³、開気孔率は０．１％以下であり、研磨面は鏡面状に仕上がった。研磨面観察より残留気孔は非常に小さく、数も少なく、十分緻密化できたこと、ムライト焼結粒径も２μｍで非常に小さいことが分かった。ＸＲＤより、ムライト以外の異相と思われる結晶相は認められなかった。研磨面のＡＦＭ観察による気孔数は７個／□４μｍで少なく、Ｒａは１．５ｎｍ、Ｒｐは１９ｎｍで共に小さく、平坦性の高いムライト基板が作製できた。この基板とＬＴ基板とを直接接合したところ、接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）はほぼ１００％であり、非常に良好に接合していた。

　実験例３、４、５は焼成温度を、１６００、１６５０、１７００℃としたものである。いずれも嵩密度は高く、開気孔率は低く、実験例２と同様に十分緻密化できた。研磨面の気孔数、Ｒａ、Ｒｐはいずれも良好であったが、焼成温度が高くなるにつれて、気孔数は更に減少していく一方、Ｒａ、Ｒｐは増加傾向にあった。これは、焼成温度が高いほどムライトの粒成長が進んでいき、粒成長と共に気孔の排出が進むが、その一方でムライト焼結粒が大きくなることで基板表面を研磨仕上げした際のムライト焼結粒の粒ごとの凹凸が生じやすくなるためと考えられる。この観点から、焼成温度は１７００℃までが好ましい。なお、結晶相は実験例３、４、５いずれの焼結体ともムライト以外の異相は認められなかった。実験例３、４、５のムライト基板は、実験例２と同様、ＬＴ基板と良好に直接接合でき、接合面積割合は９０～１００％であった。

　実験例６は焼成温度を１７５０℃としたものである。実験例５までよりも焼成温度が高いためムライトの粒成長が更に進み、焼結粒径は１０μｍになり、気孔も大きいもの増えた。その結果、研磨仕上げ面のＲａは５．６ｎｍ、Ｒｐは４６ｎｍとなり、表面の平坦性が悪くなった。実験例６のムライト基板を用いて実験例２と同様に直接接合を試みたが、接合面積割合は４０％にも至らず、複合基板にすることができなかった。

　これら実験例１～６のムライト焼結体の曲げ強度は、緻密化不足な実験例１が１３０ＭＰａで低いが、十分緻密化できた実験例２～６では２５０ＭＰａ以上の強度が得られた。なかでも、実験例２～５は２８０ＭＰａを超える高い強度を有しており、複合基板の支持基板として用いた際に機械的に強く、熱等の繰返し負荷に対しての安定性も高く、信頼性が優れたものになる。この観点から、３００ＭＰａ以上の強度を有する実験例２～４のムライト基板が更に好適なものであるといえる。

（実験例７～９）
　原料粉末Ｂを用い、実験例３と同様な方法でホットプレス焼成を行うことによりムライト焼結体を作製した。焼結体の嵩密度は３．１５ｇ／ｃｍ³で高く、開気孔率は０．０３％未満で低く、十分緻密化していた。研磨面による焼結粒径、気孔長さ、気孔数、Ｒａ、Ｒｐとも実験例３と同様に小さく、良好であった。結晶相もムライト以外は検出されなかった。このムライト焼結体から３枚のムライト基板を切り出した。１つめのムライト基板はＬＴ基板と直接接合し（実験例７）、２つめのムライト基板はＬＮ基板と直接接合し（実験例８）、３つめのムライト基板はＳｉ基板と直接接合した。そうしたところ、いずれも接合面積割合がほぼ１００％であり、非常に良好に接合していた。

（実験例１０～１１）
　実験例１０，１１では、それぞれ原料粉末Ｃ、Ｄを用い、実験例３と同様な方法でホットプレス焼成をし、ムライト焼結体を作製した。いずれのムライト焼結体も、嵩密度は高く緻密化は進んでいるが、開気孔率がやや高くなっていることから焼結体内部に気孔が閉じ込められた状態であることがわかる。ムライト焼結粒の平均粒径も実験例３に比べ大きくなっており、原料に含有された不純物元素が焼結過程での粒成長を促進した可能性が考えられる。研磨仕上げ面のＲａ、Ｒｐは共に大きく、粒成長が進んだこと、結晶相解析よりムライトに帰属できない小さなピークが見られたことから、不純物元素が異相部となって研磨面で凸状に存在していることが考えられる。これらは複合基板の支持基板には不適であると判断した。

　また、実験例２～９のムライト焼結体は、高純度、高密度で均質に緻密化されているため、全透光率が２０％を超える高い値となっている。これにより、Ｓｉ等光透過性のない基板と接合をした場合においても、ムライト基板側からの目視や顕微鏡を使っての観察によって、気泡部など接合不良部を把握することができる。

　なお、上述した実験例１～１１のうち、実験例２～５、７～９が本発明の実施例、実験例１，６，１０，１１が比較例に相当する。

　本出願は、２０１４年６月６日に出願された日本国特許出願第２０１４－１１７９２６号及び２０１５年３月１７日に出願された日本国特許出願２０１５－５３１９０号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

　なお、上述した実施例は本発明を何ら限定するものでないことは言うまでもない。

　本発明のムライト焼結体は、例えば、弾性表面波デバイスのような電子デバイスに利用可能である。

１０　複合基板、１２　圧電基板、１４　支持基板、３０　電子デバイス、３２，３４　ＩＤＴ電極、３６　反射電極。

Claims

　不純物元素の含有量が１質量％以下のムライト焼結体であって、
　ムライト焼結粒の平均粒径が８μｍ以下であり、研磨仕上げした表面に存在する気孔の最大部長さの平均が０．４μｍ以下である、ムライト焼結体。
　前記表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が３ｎｍ以下である、請求項１に記載のムライト焼結体。
　前記表面の最大高さ（Ｒｐ）が３０ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載のムライト焼結体。
　前記表面に存在する気孔数が、４μｍ×４μｍの面積当たり、１０個以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のムライト焼結体。
　四点曲げ強度が２８０ＭＰａ以上である、請求項１～４のいずれか１項記載のムライト焼結体。
　不純物元素の含有量が０．５質量％以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のムライト焼結体。
　前記ムライト焼結体を厚さ０．１ｍｍの板状体としたときの波長５５０ｎｍの光に対する全透光率が２０％以上である、請求項１～６のいずれか１項に記載のムライト焼結体。
　純度が９９．０質量％以上（但し、加熱により飛散する成分は不純物とみなさない）のムライト原料粉末を所定形状に成形したのち、プレス圧力を２０～３００ｋｇｆ／ｃｍ²、焼成温度を１５２５～１７００℃に設定してホットプレス焼成を行うことによりムライト焼結体を得る、
　ムライト焼結体の製法。
　支持基板と機能性基板とが接合された複合基板であって、
　前記支持基板は、請求項１～７のいずれか１項に記載のムライト焼結体からなるムライト基板である、複合基板。