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公開番号2024016490
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-07
出願番号2022118650
出願日2022-07-26
発明の名称Al-AlN複合材料の製造方法
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人かいせい特許事務所
主分類C30B 29/38 20060101AFI20240131BHJP(結晶成長)
要約【課題】低温度で製造でき、アルミニウムと窒化アルミニウムの接合強度を向上させることができるAl-AlN複合材料の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック基材10の上にAl-Mg合金材20を設け、Al-Mg合金材を加熱して溶融させ、Mg₃N₂を溶融したAl-Mg合金材の内部に沈降させ、溶融したAl-Mg合金材のAlとMg₃N₂とが反応するAlN生成反応によってAlNを生成する。N₂ガスの供給量を調整してMg₃N₂の生成量を制御し、さらにAl材の加熱温度を複数段階に制御し、セラミック基材の上に、セラミック基材を覆うようにAlNが形成されたAlN層11と、Al材のAlとAlNを含むAl-AlN層12と、Al材のAlが表面に露出しているAl層13とを順番に形成する。Al-AlN層では、AlNがAlN層から突出するように櫛刃状に形成された櫛刃状AlN12aを構成している。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
セラミック基材（１０）の上にＡｌ－Ｍｇ合金材（２０）を設け、前記Ａｌ－Ｍｇ合金材を加熱して溶融させ、前記Ａｌ－Ｍｇ合金材のＭｇとＮ
2
ガスとを反応させてＭｇ
3
Ｎ
2
を生成し、前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
を溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材の内部に沈降させ、
前記溶融したＡｌ－Ｍｇ合金材のＡｌと前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
とが反応するＡｌＮ生成反応によってＡｌＮを生成し、
前記Ｎ
2
ガスの供給量を調整して前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
の生成量を制御し、さらに前記Ａｌ材の加熱温度を複数段階に制御し、
前記セラミック基材の上に、前記セラミック基材を覆うように前記ＡｌＮが形成されたＡｌＮ層（１１）と、前記Ａｌ材のＡｌと前記ＡｌＮを含むＡｌ－ＡｌＮ層（１２）と、前記Ａｌ材のＡｌが表面に露出しているＡｌ層（１３）とを順番に形成し、
前記Ａｌ－ＡｌＮ層では、前記ＡｌＮが前記ＡｌＮ層から突出するように櫛刃状に形成された櫛刃状ＡｌＮ（１２ａ）を構成しているＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
Ａｌ－Ｍｇ合金の融点以上、かつ、Ａｌの融点より低い第１温度（Ｔ１）で前記Ａｌ－Ｍｇ合金材を加熱し、溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材に前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
を沈降させ、前記セラミック基材の上に前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
を堆積させるＭｇ
3
Ｎ
2
堆積工程と、
前記ＡｌＮ生成反応が起こる下限温度を下限とする所定温度範囲内の第２温度（Ｔ２）で前記Ａｌ－Ｍｇ合金材を加熱し、前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
と溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材のＡｌとを反応させて前記ＡｌＮを生成させることで前記ＡｌＮ層を形成するＡｌＮ層形成工程と、
前記ＡｌＮ層形成工程の終了後、前記Ａｌ－Ｍｇ合金材を昇温させながら、前記Ｎ
2
ガスの供給量を減少させて前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
の生成量を減少させ、前記ＡｌＮ層の上に前記櫛刃状ＡｌＮを形成して前記Ａｌ－ＡｌＮ層を形成するＡｌ－ＡｌＮ層形成工程と、
を備える請求項１に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記Ａｌ－ＡｌＮ層形成工程では、前記Ａｌ－Ｍｇ合金材の昇温終了後、溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材の内部に存在している前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
のすべてを前記Ａｌ材のＡｌと反応させることが可能となる下限温度を含む所定温度範囲内の第３温度（Ｔ３）で前記Ａｌ材を加熱する請求項２に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記Ａｌ－ＡｌＮ層形成工程の終了後、Ｍｇの沸点以上であり、かつ、Ａｌの沸点より低い第４温度（Ｔ４）で前記Ａｌ－Ｍｇ合金材を加熱し、前記Ａｌ－Ｍｇ合金材からＭｇを除去するＭｇ除去工程を備える請求項２に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
堆積工程では、前記Ｍｇ
3
Ｎ
2
は比重差によって溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材の内部に沈降する請求項２に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記Ｎ
2
ガスととともに、Ｍｇの蒸気を前記Ａｌ－Ｍｇ合金材に向かって供給し、前記Ｎ
2
ガスと前記Ｍｇの蒸気とを反応させて生成したＭｇ
3
Ｎ
2
を溶融した前記Ａｌ－Ｍｇ合金材の内部に沈降させる請求項１に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記セラミック基材は、六方晶の結晶構造を備えている請求項１に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記セラミック基材は、ＡｌＮ、ＢＮ、ＧａＮ、ＳｉＣのいずれかである請求項７に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記ＡｌＮ層および前記Ａｌ－ＡｌＮ層では、前記ＡｌＮが六方晶のＣ軸方向に配向成長している請求項７または８に記載のＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば電力制御を行うためのパワーデバイスを熱交換器で冷却する場合には、パワーデバイスの電極板と熱交換器との間に絶縁板が設けられる。絶縁板と、パワーデバイスおよび熱交換器との接触面に空気が存在すると熱抵抗が増大するため、絶縁板と、パワーデバイスおよび熱交換器との間にグリスを設けることが行われる。ところが、絶縁板の両面にグリスを設ける場合には、グリスによる熱抵抗が２箇所で発生するので、パワーモジュールから熱交換器への熱抵抗の増大を充分に抑制することができない。
【０００３】
そこで、絶縁板の片面だけにグリスを設ける構成が考えられている。例えば特許文献１では、金属層とセラミック層を一体化した複合材料が提案されている。このような複合材料をパワーデバイスと熱交換器との間に設けることで、絶縁性を確保しながらパワーデバイスから熱交換器への熱抵抗の増大を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平１０－２８７９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の複合材料では、窒化アルミニウム粉末を１９００℃以上で焼結するので、１９００℃以上という高温に昇温させる必要がある。さらに特許文献１の複合材料では、金属層とセラミック層の接合強度が低く、接合界面で剥離するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、低温度で製造でき、アルミニウムと窒化アルミニウムの接合強度を向上させることができるＡｌ－ＡｌＮ複合材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、セラミック基材（１０）の上にＡｌ－Ｍｇ合金材（２０）を設け、Ａｌ－Ｍｇ合金材を加熱して溶融させ、Ａｌ－Ｍｇ合金材のＭｇとＮ
2
ガスとを反応させてＭｇ
3
Ｎ
2
を生成し、Ｍｇ
3
Ｎ
2
を溶融したＡｌ－Ｍｇ合金材の内部に沈降させ、溶融したＡｌ－Ｍｇ合金材のＡｌとＭｇ
3
Ｎ
2
とが反応するＡｌＮ生成反応によってＡｌＮを生成する。
【０００８】
Ｎ
2
ガスの供給量を調整してＭｇ
3
Ｎ
2
の生成量を制御し、さらにＡｌ材の加熱温度を複数段階に制御し、セラミック基材の上に、セラミック基材を覆うようにＡｌＮが形成されたＡｌＮ層（１１）と、Ａｌ材のＡｌとＡｌＮを含むＡｌ－ＡｌＮ層（１２）と、Ａｌ材のＡｌが表面に露出しているＡｌ層（１３）とを順番に形成する。Ａｌ－ＡｌＮ層では、ＡｌＮがＡｌＮ層から突出するように櫛刃状に形成された櫛刃状ＡｌＮ（１２ａ）を構成している。
【０００９】
これによれば、ＡｌとＭｇ
3
Ｎ
2
から直接ＡｌＮを生成するため、低温でＡｌＮを含んだＡｌ－ＡｌＮ複合材料を製造することができる。また、Ａｌ－ＡｌＮ複合材料のＡｌ－ＡｌＮ層は、ＡｌとＡｌＮが複合的に入り組んだ構造を備えており、ＡｌとＡｌＮの界面の接合強度を向上させることができる。
【００１０】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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