[发明专利]氮化铝烧结体及其制造方法

说明书

一种氮化铝烧结体，包含氮化铝晶粒和复合氧化物晶粒，所述复合氧化物晶粒包含稀土元素和铝元素，所述氮化铝烧结体的特征在于，所述氮化铝晶粒的中位径为2μm以下，所述氮化铝烧结体中最长径为0.2～1μm的粒子间空隙在截面100μm见方的区域分散10～200个，并且碳原子含量小于0.10质量％。

技术领域

本发明涉及氮化铝烧结体及其制造方法。

背景技术

近年，电路基板的小型化、功率模块的高输出化正在推进。作为功率模块等所使用的电路基板，利用钎料在陶瓷烧结体表面接合金属电路层，在金属电路层的预定位置搭载半导体元件的基板被广泛利用。

为了使功率模块以高可靠性工作，要求散热性和机械强度优异的电路基板。如果散热性良好，则效率良好地放出电路产生的热，抑制半导体元件的过热。如果机械强度优异，则电路基板能够耐受由其与金属电路层的热膨胀系数差引起的热应力。作为应对这样要求的电路基板，使用了具有高电绝缘性和高热传导性的氮化铝(以下有时记载为AlN)烧结体的陶瓷绝缘基板受到瞩目。

AlN是共价性强且难烧结性的物质，因此为了得到致密的AlN烧结体需要添加氧化钇(Y₂O₃)等烧结助剂。作为烧结助剂的氧化钇在烧结时与固溶于AlN晶粒的表面和/或内部的杂质氧反应而生成Y-Al-O系液相，将杂质氧封闭到晶界中并促进晶体的致密化(非专利文献1)。

另一方面，如果在得到的AlN烧结体中的AlN晶粒中固溶有杂质氧，则在AlN晶粒中产生晶格缺陷，成为声子散射中心，使热传导率急剧下降(非专利文献2)。

另外，AlN晶粒中的晶格缺陷可能导致机械强度的下降和/或介电损耗的增大，降低AlN晶粒中的杂质氧是重要的技术课题。

作为降低AlN晶粒中的杂质氧的手段，考虑例如将杂质氧少的AlN粉用作原料。但是，一般杂质少的原料成为成本上升的重大原因。另外，如非专利文献3所公开的那样，也有通过在还原性气氛下、高温下长时间烧结来从AlN烧结体中除去杂质氧的方法，但该方法中烧结所花费的时间长，因此担心生产率下降。

陶瓷的机械强度依赖于晶体粒径，机械强度随着粒径增大而下降(非专利文献4)。前述的高温下长时间烧结的方法中必然使AlN烧结体中的晶粒粗大化从而强度下降，因此难以制作同时满足高热传导率和高机械强度的AlN烧结体。

针对上述课题，专利文献1中公开了通过添加由气相化学合成法得到的氮化铝来得到具有高热传导的同时具有高强度的氮化铝烧结体。另外，专利文献2中公开了通过降低杂质含量来得到具有优异威布尔系数的氮化铝烧结体。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2007-8813号公报

专利文献2：日本特开平1-103961号公报

非专利文献1：篠崎和夫、柘植章彦、陶瓷、21，p1130-1135(1986).

非专利文献2：G.A.Slack,R.A.Tanzilli,R.O.Pohl,J.W.Vandersande,J.Phys.Chem.Solids,vol.48,p641-647(1987).

非专利文献3：冈本正英、荒川英夫、大桥正文、荻原觉、日本陶瓷协会学术论文志、vol.97,p1478-1485(1989).

非专利文献4：H.P.Kirchner and R.M.Gruver,J.Am.Ceram.Soc.,vol.53,p232-236(1970).

发明内容