陶瓷基板、AlN单晶体、AlN晶须以及AlN晶须复合物制造技术

本发明专利技术提供一种陶瓷基板，其能够实现与在基体中含有粒状的氮化铝多晶体的以往的陶瓷基板同等或同等以上的热导率，并且能够实现比在基体中含有粒状的氮化硅多晶体的以往的陶瓷基板优异的破坏韧度，具有现有陶瓷基板中不存在的特性。本实施方式的陶瓷基板的特征在于，在基体中含有纤维状的AlN单晶体。在基体中含有纤维状的AlN单晶体。在基体中含有纤维状的AlN单晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷基板、AlN单晶体、AlN晶须以及AlN晶须复合物


[0001]本实施方式涉及例如构成工业设备类等的控制模块的陶瓷基板。此外，本实施方式涉及该陶瓷基板中含有的AlN单晶体、AlN晶须以及AlN晶须复合物。

技术介绍

[0002]例如，进行电动汽车、自动驾驶车辆、铁道、机床、数据中心、高亮度LED等的电力控制、电机控制的控制模块是被施加高电压的模块，使用陶瓷基板作为其基板。另外，对于此种陶瓷基板，尝试过各种各样的改良。(例如参照专利文献1)
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2007
‑
63042号公报

技术实现思路

[0006]专利技术所要解决的课题
[0007]对于如上所述的控制模块中使用的陶瓷基板，要求高散热性能，因而，期望提高陶瓷基板自身的热导率。另外，使用陶瓷基板的控制模块反复进行高温、低温的循环。因此，为了防止此种循环中的热应力所致的破裂，对于控制模块中使用的陶瓷基板还期望高机械强度。如此所述，对于控制模块中使用的陶瓷基板，期望兼顾高热导率及高机械强度。目前，市场中主要使用的陶瓷基板是在基体中含有粒状的SiN多晶体的陶瓷基板、在基体中含有粒状的AlN多晶体的陶瓷基板。在基体中使用了粒状的SIN多晶体的陶瓷基板虽然破坏韧度优异，然而热导率低。另一方面，在基体中使用了粒状的AlN多晶体的陶瓷基板虽然热导率优异，然而破坏韧度低。如此所述，以往的陶瓷基板是有利有弊的状态，期望开发出兼顾高热导率及高机械强度的陶瓷基板。
[0008]因而，提供一种陶瓷基板，其能够实现与在基体中含有粒状的氮化铝多晶体的以往的陶瓷基板同等或者同等以上的热导率，并且能够实现比在基体中含有粒状的氮化硅多晶体的以往的陶瓷基板优异的破坏韧度，具有现有陶瓷基板中不存在的特性。另外，提供该陶瓷基板中含有的AlN晶体、AlN晶须以及AlN晶须复合物。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]本实施方式的陶瓷基板的特征在于，在基体中含有纤维状的AlN单晶体。
[0011]根据本实施方式的陶瓷基板，可以实现与由粒状的AlN多晶体形成的以往的陶瓷基板相比更高的热导率，此外，可以实现与由粒状的SiN多晶体形成的以往的陶瓷基板相比更高的破坏韧度。即，可以获得实现了高热导率及高机械强度的兼顾的陶瓷基板。
附图说明
[0012]图1是示意性地表示本实施方式的功率模块(power module)的构成例的图。
[0013]图2是表示本实施方式的陶瓷基板的特性的图。
[0014]图3是示意性地表示本实施方式的纤维状的AlN单晶体的结构的立体图。
[0015]图4是示意性地表示对本实施方式的陶瓷基板进行X射线衍射的装置的构成例以及陶瓷基板的结构例的图。
[0016]图5是以与以往的陶瓷基板比较的方式表示对本实施方式的陶瓷基板的X射线衍射图谱的图。
[0017]图6是表示本实施方式的陶瓷基板的破坏韧度与“a/c”值的相关关系的图。
[0018]图7是表示本实施方式的陶瓷基板的破坏韧度与氧量的相关关系的图。
[0019]图8是表示本实施方式的陶瓷基板的热导率与氧量的相关关系的图。
[0020]图9是以与以往的陶瓷基板比较的方式表示本实施方式的陶瓷基板的微细组织的图。
[0021]图10是表示关于本实施方式的陶瓷基板中含有的纤维状的AlN单晶体的长度及粗细的数据的图。
[0022]图11是表示在本实施方式的陶瓷基板的组织内存在100μm以上的纤维状的AlN单晶体的图。
[0023]图12是以与以往的陶瓷基板比较的方式表示本实施方式的陶瓷基板的断裂面的图。
[0024]图13是表示本实施方式的陶瓷基板的破坏韧度与断裂面的算术平均粗糙度的相关关系的图。
[0025]图14是表示关于本实施方式的陶瓷基板中含有的AlN晶须的直径和氧浓度的数据的图。
具体实施方式
[0026]以下，在参照附图的同时对陶瓷基板的一个实施方式进行说明。图1中例示的功率模块1例如为用于进行电动汽车、自动驾驶车辆、铁道、机床、数据中心、高亮度LED等的电力控制、电机控制的控制用的模块的一例，具备本实施方式的陶瓷基板10。陶瓷基板10被制成板状，在其板厚方向的两面设有金属层11。另外，在陶瓷基板10的板厚方向的一个端面，在该情况下是图1的上侧的面，设有所谓的功率系的半导体12。另外，在陶瓷基板10的板厚方向的另一个端面，在该情况下是图1的下侧的面，设有具备散热功能的散热器13。
[0027]如图1中以箭头H例示所示，从功率系的半导体12中产生的热经由陶瓷基板10向散热器13传递，由此，进行功率模块1的散热。因此，对于陶瓷基板10，与在基体中含有粒状的AlN多晶体的以往的陶瓷基板相比，期望进一步提高热导率。另外，例如从提高可靠性的观点出发，对于陶瓷基板10，与仅含有粒状的AlN多晶体的以往的陶瓷基板相比，期望进一步提高破坏韧度，即，进一步提高机械强度。对于本实施方式的陶瓷基板10，实施了用于实现热导率的提高及机械强度的提高双方的创意工作。以下，对这一点进行详细说明。
[0028]首先，对陶瓷基板10的制造方法的一例进行说明。陶瓷基板10的制造工序包括混炼工序、干燥工序、造粒工序、成形工序、脱脂工序、烧结工序。
[0029]混炼工序中，向包含油脂成分的公知的分散材料和有机溶剂的混合液中，投入纤维状的AlN单晶体、即纤维状的氮化铝的单晶体并使之分散。其后，加入作为烧结用的助剂的氧化钇和粒状的AlN多晶体、即氮化铝的粉末并进行混炼。由此，形成作为陶瓷基板10的
原料的浆料。
[0030]干燥工序中，使利用混炼工序得到的浆料干燥。例如在温度：130度、压力：
‑
0.1MPa的条件下进行规定时间、例如1小时左右的时间的浆料的干燥。
[0031]造粒工序中，将利用干燥工序得到的浆料的块散开，利用例如罐磨机使之滚动，由此使原料粒状化，即造粒。
[0032]成形工序中，将利用造粒工序得到的粒状的原料投入模具，利用例如压制机进行压制。由此，将原料制成板状。
[0033]脱脂工序中，对利用成形工序得到的板状的原料进行脱脂。即，从原料中主要除去分散材料。例如在氮气氛或大气气氛下进行脱脂工序。另外，在温度：500度至650度左右的范围的条件下进行规定时间、例如4小时至6小时左右的时间的脱脂工序。
[0034]烧结工序中，对经过脱脂工序的板状的原料在温度：1900度、压力：40MPa的条件下进行规定时间、例如1小时左右的时间。
[0035]利用以上的工序，可以制造在基体中含有纤维状的AlN单晶体及粒状的AlN多晶体的陶瓷基板10。需要说明的是，上述的各工序中的温度、压力、时间等诸多条件可以适当地变更后实施。另外，所谓纤维状，意指AlN单晶体以纤维状细长地延伸，只要作为整体为纤维状，则例如可以以直线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种陶瓷基板，其在基体中含有纤维状的AlN单晶体。2.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其热导率为150W/mK以上，并且破坏韧度为4.0MPam
1/2
以上。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基板，其中，纤维状的所述AlN单晶体为六方晶的纤锌矿型结构，向所述基体的板厚方向的端面照射X射线时得到的所述AlN单晶体的(10
‑
10)面的峰强度与(0002)面的峰强度的比为2.00以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷基板，其中，所述基体中含有的氧量为0.07重量％以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷基板，其中，含有所述AlN单晶体的所述基体的断裂面的算术平均粗糙度为3μm以上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的陶瓷基板，其中，所述基体还含有粒状的AlN单晶体。7.一种陶瓷基板，其在基体中含有AlN晶须，所述AlN晶须由具有六方晶的纤锌矿型结构且为纤维状的AlN单晶体和覆盖所述AlN单晶体的表面的含氧层形成，所述AlN...

【专利技术属性】
技术研发人员：松本昌树，渡边将太，西谷健治，前田孝浩，永冶仁，
申请(专利权)人：株式会社优迈普，
类型：发明
国别省市：