莫來(lái)石燒結(jié)體、其制法以及復(fù)合基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及莫來(lái)石燒結(jié)體、其制法以及復(fù)合基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 莫來(lái)石燒結(jié)體通常是將氧化鋁(Al2〇3)與氧化硅（Si02)按3比2的比例燒結(jié)而得到 的耐熱沖擊性優(yōu)異的材料，由3Al2〇3 · 2Si〇2表示。作為這樣的莫來(lái)石燒結(jié)體，已知有例如在 專利文獻(xiàn)1中公開的如下莫來(lái)石燒結(jié)體，其通過(guò)在莫來(lái)石粉末中混合30質(zhì)量％的氧化釔穩(wěn) 定氧化鋯(YSZ)粉末，將得到的粉末成形，對(duì)該成形體進(jìn)行燒結(jié)而得到。在專利文獻(xiàn)1中，通 過(guò)從莫來(lái)石燒結(jié)體切出莫來(lái)石基板，對(duì)該莫來(lái)石基板的主表面進(jìn)行研磨，從而制成用于與 GaN基板貼合的基底基板。GaN的熱膨脹系數(shù)在從室溫至1000°C的范圍被認(rèn)為是6.0ppm/K， 莫來(lái)石的熱膨脹系數(shù)被認(rèn)為是5.2ppm/K。因此，若考慮貼合兩者來(lái)使用，則優(yōu)選提高莫來(lái)石 的熱膨脹系數(shù)以使其接近于GaN基板的熱膨脹系數(shù)，因此將YSZ粉末與莫來(lái)石粉末混合并進(jìn) 行燒結(jié)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本專利第5585570號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明所要解決的課題
[0007] 但是，雖然在專利文獻(xiàn)1中記載了通過(guò)在莫來(lái)石中加入相當(dāng)量的其他成分而提高 了熱膨脹系數(shù)的莫來(lái)石燒結(jié)體，但是沒有觸及到莫來(lái)石的純度高的莫來(lái)石燒結(jié)體(高純度 莫來(lái)石燒結(jié)體），更不知曉這樣的高純度且經(jīng)研磨精加工的面的表面平整性高的莫來(lái)石燒 結(jié)體。
[0008] 本發(fā)明是為了解決這樣的課題而完成的，其主要目的在于提供高純度且進(jìn)行研磨 精加工時(shí)的表面平整性高的莫來(lái)石燒結(jié)體。
[0009] 用于解決問(wèn)題的方案
[0010] 本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體是雜質(zhì)元素的含量為1質(zhì)量％以下的莫來(lái)石燒結(jié)體，莫來(lái) 石燒結(jié)粒的平均粒徑為8μπι以下，存在于經(jīng)研磨精加工的表面的氣孔的最大部分長(zhǎng)度的平 均值為0.4μπι以下。根據(jù)該莫來(lái)石燒結(jié)體，經(jīng)研磨精加工的面的表面平整性變高。
[0011 ]本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體的制法如下:將純度為99.0質(zhì)量％以上(其中，通過(guò)加熱而 飛濺的成分不視為雜質(zhì)）的莫來(lái)石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后將沖壓壓力設(shè)定為20~ 300kgf/cm2、將燒成溫度設(shè)定為1525~1700°C而進(jìn)行熱壓煅燒，從而獲得莫來(lái)石燒結(jié)體。根 據(jù)該制法，可容易地制造上述的莫來(lái)石燒結(jié)體。
[0012]本發(fā)明的復(fù)合基板如下得到，將由上述的莫來(lái)石燒結(jié)體形成的莫來(lái)石基板作為支 持基板，將選自由鉭酸鋰、鈮酸鋰、氮化鎵以及硅組成的組中的1種作為功能性基板，并將前 述支持基板與前述功能性基板接合而得。根據(jù)該復(fù)合基板，由于接合界面中實(shí)際上接合的 面積的比例(接合面積比例)大，因而顯示出良好的接合性。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是莫來(lái)石基板的制造流程。
[0014] 圖2是復(fù)合基板10的立體圖。
[0015]圖3是使用復(fù)合基板10制作的電子器件30的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下，具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于以下實(shí)施方式， 可在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的通常的知識(shí)而適宜地施加變更、 改良等。
[0017] 本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體是雜質(zhì)元素的含量為1質(zhì)量％以下的莫來(lái)石燒結(jié)體，莫來(lái) 石燒結(jié)粒的平均粒徑為8μπι以下(優(yōu)選為5μπι以下），存在于經(jīng)研磨精加工的表面的氣孔的最 大部分長(zhǎng)度的平均值為〇.4μπι以下(優(yōu)選為0.3μπι以下）。在本發(fā)明中，雜質(zhì)元素是指除了Α1、 Si、0以外的元素，其含有率通過(guò)高頻電感耦合等離子體發(fā)光分光分析法來(lái)求出。關(guān)于莫來(lái) 石燒結(jié)粒的平均粒徑，利用磷酸對(duì)通過(guò)研磨而精加工成鏡面狀的面進(jìn)行化學(xué)蝕刻，利用SEM 測(cè)定200個(gè)以上的莫來(lái)石燒結(jié)粒的粒徑，使用線段法（1 inear analysis)算出其平均值。另 外，對(duì)同樣地操作而進(jìn)行精加工的面進(jìn)行AFM觀察，算出氣孔的最大部分的長(zhǎng)度的平均值， 將其換算成每單位面積（Ιμπι見方的面積)而求出氣孔的最大部分長(zhǎng)度的平均值。若莫來(lái)石 燒結(jié)粒的平均粒徑超過(guò)8μπι，則因每個(gè)燒結(jié)粒的研磨的施行容易度、施行困難度的不同而容 易產(chǎn)生在顆粒單元方面的階差，因而不優(yōu)選。另外，若氣孔的最大部分長(zhǎng)度的平均值超過(guò) 〇.4μπι，則以該氣孔部為中心而成為接合不良的部分變得過(guò)大，因而不優(yōu)選。本發(fā)明的莫來(lái) 石燒結(jié)體中，由于除了莫來(lái)石成分以外的異相極其少，因而將表面研磨成鏡面狀時(shí)的表面 平整性高。例如，可根據(jù)經(jīng)研磨精加工成鏡面狀的表面的中心性平均表面粗糙度Ra、最大峰 高Rp、存在于其表面的氣孔數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)表面平整性。此外，若異相成分多，則由于在莫來(lái)石與 異相成分之間研磨的施行容易度不同，特別是異相成分不易被研磨且容易殘留成凸?fàn)睿?而表面平整性得不到充分提高。
[0018] 本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體的中心線平均表面粗糙度Ra優(yōu)選為3nm以下，更優(yōu)選為2.5 μπι以下。另外，最大峰高Rp優(yōu)選為30nm以下，更優(yōu)選為25nm以下。另外，存在于表面的氣孔數(shù) 優(yōu)選在每4μπιΧ4μπι的面積中為10個(gè)以下，更優(yōu)選為7個(gè)以下。予以說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，中 心線平均表面粗糙度Ra、最大峰高Rp是使用三維光學(xué)輪廓儀對(duì)通過(guò)研磨而精加工成鏡面狀 的面進(jìn)行測(cè)定而得到的值，測(cè)定范圍為1 OOym X 140μηι。予以說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中的中心線 平均表面粗糙度Ra和最大峰高Rp分別對(duì)應(yīng)于JIS Β 0601:2013中所規(guī)定的算術(shù)平均粗糙度 Ra、粗糙度曲線的最大峰高Rp。
[0019] 本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度優(yōu)選為280MPa以上，更優(yōu)選為300MPa以 上。這樣的莫來(lái)石燒結(jié)體的強(qiáng)度充分高，因而在使用時(shí)難以變形。予以說(shuō)明的是，在本發(fā)明 中，將四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度設(shè)為依據(jù)JIS R 1601測(cè)定得到的值。
[0020] 本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體中，雜質(zhì)元素的含量?jī)?yōu)選為0.5質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.1 質(zhì)量％以下。這樣的莫來(lái)石燒結(jié)體中，不易被研磨且容易殘留成凸?fàn)畹漠愊喑煞值暮扛?少，因而表面平整性進(jìn)一步提高。
[0021]關(guān)于本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體，將莫來(lái)石燒結(jié)體制成厚度o.lmm的板狀體時(shí)對(duì)波長(zhǎng) 550nm的光的全透光率優(yōu)選為20%以上。將全透光率設(shè)為如下得到的值，即對(duì)于預(yù)定厚度的 莫來(lái)石燒結(jié)體的試驗(yàn)片，測(cè)定對(duì)波長(zhǎng)200~3000nm的光的全透光率，求出對(duì)550nm的波長(zhǎng)的 全透光率，將其換算為厚度O.lmm而得到的值。關(guān)于這樣的莫來(lái)石燒結(jié)體，例如，在加工成莫 來(lái)石基板后與Si等無(wú)透光性的基板接合的情況下，通過(guò)從莫來(lái)石基板側(cè)進(jìn)行目視觀察、顯 微鏡觀察，從而可容易地檢查接合狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明的莫來(lái)石燒結(jié)體的制法如下:通過(guò)將純度為99.0質(zhì)量％以上(其中，通過(guò)加 熱而飛濺的成分不被視為雜質(zhì)）的莫來(lái)石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后將沖壓壓力設(shè)定 為20~300kgf/cm2、將燒成溫度(燒成時(shí)的最高溫度）設(shè)定為1525~1700°C而進(jìn)行熱壓煅 燒，從而獲得莫來(lái)石燒結(jié)體。
[0023]以下，按照?qǐng)D1的制造流程說(shuō)明莫來(lái)石基板的制造步驟的一個(gè)例子。
[0024](莫來(lái)石原料粉末的準(zhǔn)備）
[0025]對(duì)于莫來(lái)石原料粉末，可使用市售品，但優(yōu)選為純度高且平均粒徑小的莫來(lái)石原 料粉末。例如，純度優(yōu)選為99.0%以上，更優(yōu)選為99.5%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為99.8%以上。純 度的單位為質(zhì)量％。另外，平均粒徑(D50)優(yōu)選為3μηι以下，更優(yōu)選為2μηι以下，進(jìn)一步優(yōu)選為 lwii以下。平均粒徑(D50)的測(cè)定方法為激光衍射法。通過(guò)使用這樣的高純度且微粒狀的原 料，能夠利用熱壓煅燒在低溫使莫來(lái)石致密化，并且可抑制由雜質(zhì)導(dǎo)致的異相、異常生長(zhǎng)的 顆粒的生成，可制作莫來(lái)石燒結(jié)粒為微細(xì)且均質(zhì)的燒結(jié)體。
[0026]另外，也可如下制成莫來(lái)石原料粉末，將高純度的ΑΙ2Ο3成分、Si〇2成分配合成預(yù)定 比例而得到混合粉末，對(duì)其進(jìn)行燒成，從而先制作莫來(lái)石粗粒物，將該粗粒物粉碎。在該情 況下，為了減少雜質(zhì)含量，AI2O3成分、Si〇2成分也優(yōu)選為純度高的成分，進(jìn)一步，在對(duì)粗粒物 進(jìn)行微粉化時(shí)，希望使用氧化鋁制的各種介質(zhì)(球、容器等）。也可使用耐磨耗性高的氧化鋯 制的介質(zhì)，但在該情況下需要留意縮短粉碎時(shí)間而減少成為污染物的氧化鋯成分的混入 量。另一方面，由于通過(guò)磨耗而混入的雜質(zhì)量變多因而不優(yōu)選金屬制介質(zhì)。予以說(shuō)明的是， 無(wú)需將通過(guò)加熱而飛濺的成分、例如變?yōu)镃0 2、H20等的成分包含在原料粉末的雜質(zhì)中。另外， 在用于制作莫來(lái)石組合物的混合粉末中，也可使用利用加熱而生成Al 2〇3成分、Si02成分的 所謂前體物質(zhì)。
[0027] (莫來(lái)石燒結(jié)體的制作）
[0028] 接著，將上述那樣的莫來(lái)石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后通過(guò)熱壓來(lái)制作致密 的莫來(lái)石燒結(jié)體。對(duì)于成形，利用使用金屬模具的沖壓成形、冷等靜壓（cold isostatic preSS，CIP);或制作坯土而進(jìn)行擠出成形，或者利用漿料的澆鑄成形、流延成形等現(xiàn)有的技 術(shù)即可。此時(shí)，希望在燒成前加熱去除作為成形的輔助成分而加入至原料粉末、坯土、漿料 等中的粘合劑等有機(jī)成分。通過(guò)這樣操作，能夠減少莫來(lái)石基板中所含的雜質(zhì)碳成