JPWO2020158843A1

JPWO2020158843A1 - 枚葉グリーンシートの製造方法、窒化珪素質焼結体の製造方法、枚葉グリーンシート及び窒化珪素質焼結体

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Publication number: JPWO2020158843A1
Application number: JP2020569712A
Authority: JP
Inventors: 晃正湯浅; 善幸江嶋; 龍平渡辺; 聖治小橋; 浩二西村
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-11-25
Also published as: KR20210119995A; WO2020158843A1; US20220098121A1; CN113508016A; EP3919247A4; EP3919247A1; EP3919247B1

Abstract

本発明の枚葉グリーンシートの製造方法は、セラミックを含んで構成される帯状グリーンシートを、その長手方向に搬送する搬送工程と、搬送された前記帯状グリーンシートにレーザー光を照射することで前記帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを得る照射工程と、を含む。

Description

本発明は、枚葉グリーンシートの製造方法、窒化珪素質焼結体の製造方法、枚葉グリーンシート及び窒化珪素質焼結体に関する。

パワーモジュール用の回路基板の基材として、セラミック基板を用いることが知られている。また、このようなセラミック基板は、セラミックを含んで構成される帯状グリーンシートを切断し、切断して得られた枚葉グリーンシートを積層し、枚葉グリーンシートを積層した積層体を焼結して製造されている。
ここで、特許文献１には、セラミック製の帯状グリーンシートを切断して複数の枚葉グリーンシートを得る切断工程と、切断された複数の枚葉グリーンシートを積層する積層工程と、積層された複数の枚葉グリーンシートを焼結する焼結工程とを含むセラミック製の積層体の製造方法が開示されている。なお、上記の切断工程では、板状の切断刃を用いて帯状グリーンシートを切断して複数の枚葉グリーンシートを得ている。

特開２０１７−０６５０５９号公報

前述のとおり、特許文献１に開示されている製造方法は、その切断工程において切断刃を用いて帯状グリーンシートを切断する。そのため、この製造方法には、以下のような問題がある。すなわち、切断刃を用いた切断動作により枚葉グリーンシートの切断面から切屑が発生し、繰り返される切断動作により切断刃が摩耗して金属粉が発生する場合がある。そして、発生した切屑や金属粉が枚葉グリーンシートの表面へ付着したまま積層工程が行われると、枚葉グリーンシートに凹凸不良が発生する。また、切断刃を用いて帯状グリーンシートを切断する際、切断刃はその刃先で帯状グリーンシートを加圧しながら移動する。そのため、切断刃により切断されて形成される枚葉グリーンシートの切断面は、その刃先により引っ張られながら形成される。その結果、枚葉グリーンシートには、切断面付近からクラックが発生する場合がある。
以上のように、凹凸不良やクラックの発生は、結果としてセラミック基板の歩留りの低下という問題を招く。

本発明は、帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを得る場合に、切断面からの切屑及び切断面付近でのクラックが発生し難く、切断刃からの金属粉が発生しない枚葉グリーンシートの製造方法の提供を目的とする。

本発明の第１態様の枚葉グリーンシートの製造方法は、セラミックを含んで構成される帯状グリーンシートを、その長手方向に搬送する搬送工程と、搬送された前記帯状グリーンシートにレーザー光を照射することで前記帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを得る照射工程と、を含む。

本発明の第２態様の枚葉グリーンシートの製造方法は、第１態様の枚葉グリーンシートの製造方法において、前記照射工程において前記帯状グリーンシートに照射されるレーザー光は、炭酸ガスレーザー光を照射する照射部から照射される。

本発明の第３態様の枚葉グリーンシートの製造方法は、第１又は第２態様の枚葉グリーンシートの製造方法において、前記搬送工程の前に行う工程であって、セラミック粉末を含むスラリーをドクターブレード成形又は押出成形により帯状にして、前記帯状グリーンシートを得る工程、を含む。

本発明の第４態様の枚葉グリーンシートの製造方法は、第３態様の枚葉グリーンシートの製造方法において、前記セラミック粉末は、窒化珪素粉末又は窒化アルミニウム粉末を含む。

本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法は、第１〜第４態様のいずれか一態様の枚葉グリーンシートの製造方法により製造された前記枚葉グリーンシートを加熱して焼結させて窒化珪素質焼結体を得る。

本発明の第１態様の枚葉グリーンシートは、少なくとも一つの側面がレーザー切断面である。

本発明の第２態様の枚葉グリーンシートは、第１態様の枚葉グリーンシートにおいて、前記レーザー切断面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記レーザー切断面の表面粗さＲｚは、５．０μｍ以上１２．０μｍ以下である。

本発明の窒化珪素質焼結体は、シート状であって、端面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記端面の表面粗さＲｚが５．０μｍ以上１２．０μｍ以下である。

本発明の枚葉グリーンシートの製造方法によれば、帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを得る場合に、切断面からの切屑及び切断面付近でのクラックが発生し難く、切断刃からの金属粉が発生しない。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本実施形態のセラミック基板の製造工程を示すフロー図である。本実施形態の成型工程を説明するための図であって、ドクターブレード成形装置を用いてスラリーから帯状グリーンシートを作製している状態を説明するための概略図である。本実施形態の切断工程を説明するための図であって、切断装置を用いて帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを作製している状態を説明するための概略図（側面図）である。図２Ｂを正面側から見た概略図である。本実施形態の積層体の概略図である。本実施形態の枚葉グリーンシートの切断面のＳＥＭ像である。第１の試験の条件及び観察結果をまとめた表である。第１比較例の枚葉グリーンシートの切断面付近の拡大写真であって、厚み方向上面側から見た写真である。第１比較例の枚葉グリーンシートの切断面のＳＥＭ像である。第２比較例の枚葉グリーンシートの切断面付近の拡大写真であって、厚み方向上面側から見た写真である。第３比較例の枚葉グリーンシートの切断面付近の拡大写真であって、厚み方向上面側から見た写真である。第４比較例の枚葉グリーンシートの切断面付近の拡大写真であって、厚み方向上面側から見た写真である。本実施形態の枚葉グリーンシートの切断面付近の拡大写真であって、厚み方向上面側から見た写真である。第３の試験の条件及び測定結果をまとめた表である。

≪概要≫
まず、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０（図２Ｄ参照）の製造方法について、図面を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照するすべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

ここで、窒化珪素質焼結体４０は、一例として、電気自動車、鉄道車両その他産業機器に搭載されるパワーモジュール用のセラミック基板である。窒化珪素質焼結体４０は、一例として、後述する枚葉グリーンシート３０（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）を積層した状態で焼結して得られる。また、枚葉グリーンシート３０は、帯状グリーンシート２０（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を切断して得られる。すなわち、窒化珪素質焼結体４０と枚葉グリーンシート３０との関係は、完成品と中間品（完成品になる前の工程で製造された物）との関係又は第１中間品と第２中間品（第１中間品になる前の工程で製造された物）との関係を有する。そのため、本実施形態の枚葉グリーンシート３０は、後述する本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法の中間段階までの工程で製造される。そこで、本実施形態の枚葉グリーンシート３０の製造方法については、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法の説明の中で説明する。

≪本実施形態の窒化珪素質焼結体の製造方法≫
以下、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法について、図１並びに図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照しながら説明する。
本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法は、図１のフロー図に示されるように、スラリー作製工程と、成形工程と、切断工程と、堆積工程と、脱脂工程と、焼結工程とを含み、これらの記載順で行われる。
なお、図１のフロー図では、窒化珪素質焼結体４０の製造方法を符号Ｓ１０と表記し、スラリー作製工程、成形工程、切断工程、堆積工程、脱脂工程及び焼結工程を、それぞれ符号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５及びＳ１６と表記する。

＜スラリー作製工程＞
まず、スラリー作製工程Ｓ１１について説明する。本工程は、後述する原料粉末と有機溶剤とを混合して、スラリー１０を作成する工程である。本工程で作製されたスラリー１０（図２Ａ参照）は、次の工程（成型工程）で帯状グリーンシート２０に成形される。

スラリー１０の原料粉末は、後述する主成分と焼結助剤とを含有する粉末である。主成分は一例として８０重量％〜９８．３質量％の窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）であり、焼結助剤は一例として１重量％〜１０質量％（酸化物換算）の少なくとも１種の希土類元素及び０．７重量％〜１０質量％（酸化物換算）のマグネシウム（Ｍｇ）である。窒化珪素の粉末のα化率は、窒化珪素質焼結体４０の密度、曲げ強度及び熱伝導率を考慮すると、好ましくは２０％〜１００％である。ここで、本明細書で使用する「〜」の意味について補足すると、例えば「２０％〜１００％」は「２０％以上１００％以下」を意味する。そして、本明細書で使用する「〜」は、「『〜』の前の記載部分以上『〜』の後の記載部分以下」を意味する。

窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の原料粉末における割合を一例として８０重量％〜９８．３質量％とする理由は、得られる窒化珪素質焼結体４０の曲げ強度及び熱伝導率が低すぎないこと、焼結助剤の不足による窒化珪素質焼結体４０の緻密性を担保すること等による。

少なくとも１種の希土類元素の原料粉末における割合を１重量％〜１０質量％（酸化物換算）とする理由は、より少ないと窒化珪素粒子間の結合が弱くなってクラックが粒界を容易に伸展して曲げ強度が低くなり、より多いと粒界相の割合が多くなって熱伝導率が低下するためである。また、マグネシウム（Ｍｇ）の原料粉末における割合を０．７重量％〜１０質量％（酸化物換算）とする理由は、より少ないと低温で生成する液相が不十分であり、より多いとＭｇの揮発量が多くなり窒化珪素質焼結体４０に空孔ができ易くなるためである。

ここで、Ｍｇの含有量は好ましくは０．７重量％〜７質量％（酸化物換算）であり、より好ましくは１重量％〜５質量％である。また、少なくとも１種の希土類元素の含有量は好ましくは２重量％〜１０質量％（酸化物換算）である。以上より、Ｓｉ_３Ｎ_４の含有量は好ましくは８３重量％〜９７．３質量％であり、より好ましくは９０重量％〜９７質量％である。また、希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を使用することができるが、窒化珪素質焼結体４０の高密度化の観点からＹが好ましい。Ｍｇ及び少なくとも１種の希土類元素はそれぞれ酸化物粉末の形態で使用するのが好ましい。
以上より、焼結助剤は、ＭｇＯ粉末とＹ_２Ｏ_３粉末との組合せであることが好ましい。

以下、説明の簡略化のために、窒化珪素の原料粉末をＳｉ_３Ｎ_４粉末（別名は窒化珪素粉末、セラミック粉末の一例）、Ｍｇの原料粉末をＭｇＯ粉末、希土類元素原料の粉末をＹ_２Ｏ_３粉末と表記する。ただし、前述の説明のとおりであるから、窒化珪素の原料粉末及び焼結助剤の原料粉末は、それぞれ、Ｓｉ_３Ｎ_４粉末並びにＭｇＯ粉末及びＹ_２Ｏ_３粉末でなくてもよい。
そして、前述のように配合されたＳｉ_３Ｎ_４粉末、ＭｇＯ粉末及びＹ_２Ｏ_３粉末と、可塑剤、有機バインダー及び有機溶剤とを混合して、スラリー１０が作製される。そのため、本工程で作製されるスラリー１０は、セラミック粉末を含む。ここで、可塑剤には、一例として、ジ−ｎ−ブチルフタレート等のフタル酸系可塑剤、セバシン酸ジ２−エチルヘキシル等の二塩基酸系可塑剤等を使用する。また、有機バインダーには、一例として、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、アクリル系バインダー等を使用する。さらに、有機溶剤には、一例として、エチルアルコール、トルエン、アセトン、ＭＥＫ等を使用する。なお、本工程により作製されるスラリー１０の固形分濃度は、次の工程（成型工程）での成形のし易さ等の観点から、３０重量％〜７０質量％が好ましい。

以上が、スラリー作製工程についての説明である。

＜成形工程＞
次に、成形工程Ｓ１２について説明する。本工程は、図２Ａに示されるように、スラリー１０から帯状グリーンシート２０を作製する工程である。

本工程は、図２Ａに示されるドクターブレード成形装置１００を用いて行われる。ここで、ドクターブレード成形装置１００は、ベルト搬送機構１１０と、成形ユニット１２０と、加熱ユニット１３０とを備えている。ベルト搬送機構１１０は、上流側のローラ１１２Ａ、下流側のローラ１１２Ｂ及びベルト１１４を有し、下流側のローラ１１２を駆動させて、ベルト１１４を上流側のローラ１１２から下流側のローラ１１２に（Ｘ方向に沿って）移動させる。成形ユニット１２０は、ベルト１１４の上側（ベルト１１４よりもＺ方向側）に配置され、ベルト１１４に対向している。成形ユニット１２０は、スラリー１０を収容する収容部１２２とドクターブレード１２４とを有している。

そして、成形ユニット１２０は、図２Ａに示されるように、自重と移動するベルト１１４との付着力とで収容部１２２から持ち出されるスラリー１０を、ドクターブレード１２４により規制して定められた膜厚を有するシート状にする。加熱ユニット１３０は、定められた膜厚にされたベルト１１４上のスラリー１０に温風ＷＣを吹き付けてスラリー１０をシートにする（有機溶剤を気化させる）。その結果、成形工程では、スラリー１０から定められた幅（図中Ｙ方向が幅方向に相当）の帯状グリーンシート２０が作製される。すなわち、成型工程では、スラリー１０をドクターブレード成形により帯状にして、一例としてＳｉ_３Ｎ_４（セラミック）を含んで構成される帯状グリーンシート２０を得る。

なお、本工程は、一例として、スラリー作製工程Ｓ１１で作製されたスラリー１０の脱泡をし、かつ、スラリー１０を増粘させた後に行われる。また、本工程で作製される帯状グリーンシート２０の膜厚は、最終的に製造される窒化珪素質焼結体４０の膜厚を考慮して設定される。これに伴い、スラリー１０を定められた膜厚に規制するためのドクターブレード１２４の規制条件（ベルト１１４との離間距離等）も最終的に製造される窒化珪素質焼結体４０の膜厚を考慮して設定される。ここで、設定される帯状グリーンシート２０の膜厚は、最終的に製造される窒化珪素質焼結体４０の膜厚に応じて、一例として０．２５ｍｍ〜１ｍｍに設定されるが、好ましくは０．２５ｍｍ〜０．９ｍｍ、より好ましくは０．２５〜０．８ｍｍである。

以上が、成形工程についての説明である。

＜切断工程＞
次に、切断工程Ｓ１３について説明する。本工程は、図２Ｂに示されるように、帯状グリーンシート２０を切断して枚葉グリーンシート３０を作製する工程である。

本工程は、図２Ｂに示される切断装置２００を用いて行われる。ここで、切断装置２００は、シート搬送機構２１０と、切断部２２０とを備えている。
シート搬送機構２１０は、支持部２１２と、第１搬送部２１４と、第２搬送部２１６とを有している。支持部２１２は、成形工程で作製された帯状グリーンシート２０が外周面に巻き付けられているローラ１１２Ｂ（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を回転可能に支持する。第１搬送部２１４は、支持部２１２から搬送された帯状グリーンシート２０の姿勢を整えて帯状グリーンシート２０をＸ方向に沿って（帯状グリーンシート２０の長手方向に沿って）切断部２２０に搬送する。第２搬送部２１６は、切断部２２０で帯状グリーンシート２０が切断されて作製された枚葉グリーンシート３０を更に下流に（Ｘ方向に）搬送する。
また、切断部２２０は、筐体２２２と、照射部２２４と、移動機構２２６とを有している。照射部２２４は、一例として、炭酸ガスレーザー光ＬＢ（レーザー光の一例）を照射する。移動機構２２６は、照射部２２４を帯状グリーンシート２０の短手方向（図中Ｙ方向）の一端から他端に亘って走査させる。照射部２２４及び移動機構２２６は、筐体２２２に取り付けられている。

そして、本実施形態の切断装置２００は、シート搬送機構２１０により帯状グリーンシート２０を枚葉グリーンシート３０の長さ分搬送して帯状グリーンシート２０を停止させ、切断部２２０により帯状グリーンシート２０を切断する。この場合、切断部２２０は、移動機構２２６により照射部２２４をＹ方向に沿って帯状グリーンシート２０の短手方向の一端側から他端側に亘って移動させながら、照射部２２４に炭酸ガスレーザー光ＬＢを照射させる。また、移動機構２２６により走査される照射部２２４は、炭酸ガスレーザー光ＬＢを間欠的に照射する。ここで、「間欠的に」とは、一定期間照射することと一定期間照射しないこととを繰り返すことを意味する。そのため、移動機構２２６は、照射部２２４が移動と停止とを繰り返すようにして、照射部２２４を走査させる。
以上のようにして、本工程では、帯状グリーンシート２０に炭酸ガスレーザー光ＬＢを照射することで帯状グリーンシート２０を切断して枚葉グリーンシート３０を得る。また、本工程は、シート搬送機構２１０による帯状グリーンシート２０を搬送する工程（搬送工程）と、切断部２２０による帯状グリーンシート２０を切断して枚葉グリーンシート３０を得る工程（照射工程）とを含む工程でもある。

本工程の説明では、レーザー光ＬＢの一例が炭酸ガスレーザー光ＬＢであるとしたが、照射部２２４が照射する光はレーザー光であれば炭酸ガスレーザー光ＬＢの波長と異なる波長のレーザー光でもよい。例えば、赤外線レーザー光ＬＢ（ＩＲレーザー光ＬＢ）、紫外線レーザー光ＬＢ（ＵＶレーザー光ＬＢ）等でもよい。ただし、本工程のように、照射部２２４が照射するレーザー光ＬＢは、炭酸ガスレーザー光ＬＢであることが好ましい。この理由については後述する実施例の説明の中で説明する。なお、図３は、本実施形態の切断工程により作製された枚葉グリーンシート３０の切断面３２（レーザー切断面の一例）のＳＥＭ像であるが、このＳＥＭ像の詳細についても後述する実施例の説明の中で説明する。

以上が、切断工程についての説明である。

＜堆積工程＞
次に、堆積工程Ｓ１４について説明する。本工程は、図２Ｄに示されるように、複数の帯状グリーンシート２０をその膜厚方向に重ねる工程である。本工程は、後の工程（焼結工程Ｓ１６）で効率的に枚葉グリーンシート３０を焼結させるために行われる工程である。

本工程では、図２Ｄに示されるように、複数の枚葉グリーンシート３０を、後述する非反応性粉末層（図示省略）を介して堆積する。ここで、枚葉グリーンシート３０を重なる枚数が少ないと、後の焼結工程Ｓ１６において焼結炉（図示省略）で一度に処理できる枚数が少なくなる（生産効率が低くなる）。これに対して、枚葉グリーンシート３０を重ねる枚数が多いと、次の工程（脱脂工程Ｓ１５）において枚葉グリーンシート３０に含まれるバインダーが分解し難くなる。以上の理由により、本工程において枚葉グリーンシート３０を重ねる枚数は８枚〜１００枚、好ましくは３０枚〜７０枚である。

また、本実施形態の非反応性粉末層は、一例として、膜厚が約１μｍ〜２０μｍの窒化硼素粉末層（ＢＮ粉末層）である。ＢＮ粉末層は、後の工程（焼結工程Ｓ１６）後の窒化珪素質焼結体４０を容易に分離させる機能を有する。ＢＮ粉末層は、ＢＮ粉末のスラリーとして、各枚葉グリーンシート３０の一面に、例えばスプレー、ブラシ塗布、ロールコーター、スクリーン印刷等によって塗布される。なお、ＢＮ粉末は８５％以上の純度で、好ましくは平均粒径が１μｍ〜２０μｍである。

以上が、堆積工程についての説明である。

＜脱脂工程＞
次に、脱脂工程Ｓ１５について説明する。本工程は、枚葉グリーンシート３０に含まれるバインダー及び可塑剤を、次の工程（焼結工程Ｓ１６）の前に脱脂するための工程である。
本工程では、一例として、堆積工程Ｓ１４で重ねた複数の枚葉グリーンシート３０（図２Ｄ参照）を４５０℃〜７５０℃の温度環境下で、０．５時間〜２０時間保持する。その結果、複数の枚葉グリーンシート３０に含まれるバインダー及び可塑剤が脱脂される。

以上が、脱脂工程についての説明である。

＜焼結工程＞
次に、焼結工程Ｓ１６について説明する。本工程は、堆積工程Ｓ１４で重ねられた複数の枚葉グリーンシート３０（以下、図２Ｄの複数の枚葉グリーンシート３０という。）を、焼結装置（図示省略）を用いて焼結させる工程である。

焼結装置は、焼結炉と、焼結炉の温度を制御する制御装置とを備えている。焼結炉は、ヒーターと温度計とを有している。そして、本工程では、図２Ｄの複数の枚葉グリーンシート３０を焼結炉に収容して、制御装置により一例としてヒーターを後述する温度制御プログラムに従って制御する。

ここで、温度制御プログラムとは、制御装置が有する記憶装置（例えば、ＲＯＭ等）に記憶され、焼結炉が有する温度計の温度情報に基づく温度プロファイルを参照しながらヒーターの温度制御を行う（例えば、ＰＩＤ制御等）ためのプログラムである。具体的には、温度制御プログラムは、焼結炉内の温度プロファイルを、徐熱域を有する昇温域と、温度保持域と、冷却域とで構成され、これらの記載順で進行するプロファイルにするプログラムである。以下、徐熱域、温度保持域及び冷却域の技術的意義について説明する。

〔温度保持域〕
温度保持域は、徐熱域で生成された液相から、窒化珪素粒子の再配列、β型窒化珪素結晶の生成及び窒化珪素結晶の粒成長を増進させ、焼結体を更に緻密化させるための温度域である。
温度保持域の温度は、β型窒化珪素粒子の大きさ及びアスペクト比（長軸と短軸の比）、焼結助剤の揮発による空孔の形成等を考慮して、１６００℃〜２０００℃の範囲内の温度とし、保持時間を１時間〜３０時間とするのが好ましい。温度保持域の温度が１６００℃未満であると、窒化珪素質焼結体４０が緻密化し難い。これに対して、温度が２０００℃を超えると、焼結助剤の揮発及び窒化珪素の分解が激しくなり、窒化珪素質焼結体４０が緻密化し難い。なお、温度保持域の温度が１６００℃〜２０００℃の範囲内の温度であれば、温度保持域での加熱温度は時間に対して変化するように設定してもよい（例えば徐々に昇温するように設定してもよい）。
ここで、温度保持域の温度はより好ましくは１７５０℃〜１９５０℃の範囲内の温度であり、更に好ましくは１７９０℃〜１８９０℃の範囲内の温度である。さらに、温度保持域の温度は徐熱域の温度の上限より５０℃以上高いことが好ましく、１００℃〜３００℃以上高いことがより好ましい。温度保持域の保持時間は２時間〜２０時間がより好ましく、３時間〜１０時間が更に好ましい。

以上が、焼結工程についての説明である。また、以上が、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法についての説明である。

≪実施例≫
次に、本実施形態の実施例（本実施形態の好ましい形態を導き出した試験）について図面を参照しながら説明する。ここで、本実施形態の好ましい形態を導き出した試験は、以下に説明する第１の試験、第２の試験及び第３の試験である。なお、前述の本実施形態の効果については、後述する各試験の結果の考察の中で説明する。

＜第１の試験＞
以下、第１の試験について説明する。

〔第１の試験の方法〕
本試験では、本実施形態の切断工程Ｓ１３により作製された枚葉グリーンシート３０の切断部分の写真と、以下に説明する比較例（第１〜第４比較例）の切断工程により作製された枚葉グリーンシートの切断部分の写真とを観察する試験を行った。具体的には、本実施形態の枚葉グリーンシート３０のサンプル及び第１〜第４比較例の枚葉グリーンシートのサンプルの切断部分（切断面及びその周辺部分）を、それぞれ下面側から撮影して観察した。そして、各サンプルの拡大写真を観察して切断面に切断屑及びバリが有無を確認した。その結果、切断屑及びバリの少なくとも一方が有るサンプルを不合格、両方が無いサンプルを合格とした。
ここで、第１比較例の枚葉グリーンシート（図５Ａ及び図５Ｂ参照）は、押し出し刃（図示省略）により帯状グリーンシート２０を切断して作製したものとした。第２比較例の枚葉グリーンシート（図６参照）は、トムソン刃（図示省略）により帯状グリーンシート２０を切断して作製したものとした。第３比較例の枚葉グリーンシート（図７参照）は、シャーリング（図示省略）により帯状グリーンシート２０を切断して作製したものとした。第４比較例の枚葉グリーンシート（図８参照）は、超音波カッター（図示省略）により帯状グリーンシート２０を切断して作製したものとした。なお、本実施形態の枚葉グリーンシート３０は、照射部２２４（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）に赤外線レーザー（ＩＲレーザー）を用いて作製した。

〔第１の試験の結果及び考察〕
図４は、本試験の各サンプルの条件及び観察結果をまとめた表である。
第１〜第４比較例は、いずれの場合も不合格であった。ここで、第１比較例（押し出し刃）は、切断屑が観察された（図４、図５Ａ及び図５Ｂ参照）。第２比較例（トムソン刃）は、バリが観察された（図４及び図６参照）。第３比較例（シャーリング）は、切断屑が観察された（図４及び図７参照）。第４比較例（超音波カッター）は、切断屑が観察された（図４及び図８参照）。
本実施形態（レーザー）は、合格であった（図３、図４及び図９参照）。
第１〜第４比較例は、いずれも接触式の切断手段により作製されたため、切断時に破断面が発生した結果と推考される。これに対して、本実施形態は、非接触式の切断手段により作製されるため、第１〜第４比較例の場合のように切断時に破断面が発生しない（又はし難い）結果と推認される。

以上より、本実施形態の枚葉グリーンシート３０の製造方法によれば、帯状グリーンシート２０を切断して枚葉グリーンシート３０を得る場合に、切断面からの切屑が発生しない（又はし難い）。また、本実施形態の枚葉グリーンシート３０の製造方法によれば、切断時に破断面が発生しない（又はし難い）ことに伴い、切断面付近でのクラックも発生しない（又はし難い）。なお、本実施形態の枚葉グリーンシート３０の製造方法は、切断時に切断刃を用いることがないため、切断刃からの金属粉が発生しない。これらに伴い、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０の製造方法によれば、切断工程を接触式の切断手段を用いる場合に比べて、歩留りが高い。

以上が、第１の試験についての説明である。

＜第２の試験＞
次に、第２の試験について説明する。

〔第２の試験の方法〕
本試験では、照射部２２４（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）として、炭酸ガスレーザー、赤外線レーザー（ＩＲレーザー）及び紫外線レーザー（ＵＶレーザー）を用いて枚葉グリーンシート３０を作製し、切断面３２（図２Ｂ及び図３参照）の観察と、切断動作にかかる時間（加工時間）とを比較した。
ここで、炭酸ガスレーザーのレーザー光ＬＢの中心波長は９３６０ｎｍ及び１０６００ｎｍであり、赤外線レーザーのレーザー光ＬＢの中心波長は１０６４ｎｍであり、紫外線レーザーのレーザー光ＬＢの中心波長は３５５ｎｍであった。

〔第２の試験の結果及び考察〕
いずれの場合も切断面３２（レーザー切断面）に切断屑及びバリの発生は観察されなかった（図４の表に示す第１の試験の結果と同様の結果）。また、同じ出力における加工時間は、炭酸ガスレーザー、赤外線レーザー、紫外線レーザーの順で短かった（試験結果のグラフ等は省略）。
以上より、本実施形態の切断工程Ｓ１３では、いずれのレーザーを照射部２２４に用いた場合であっても、切断面３２からの切屑及びバリが発生しない（又はし難い）。しかしながら、加工時間の短縮化の点では、炭酸ガスレーザー、赤外線レーザー、紫外線レーザーの順で好ましいといえる。
なお、赤外線レーザーと紫外線レーザーとでは、前者の方が後者よりも加工速度が短い結果となったが、その理由は以下のとおりと推認される。すなわち、帯状グリーンシート２０の切断は光加工より熱加工の方が優先的であり、赤外線レーザーからのレーザー光ＬＢは、紫外線レーザーからのレーザー光ＬＢに比べて、より熱に変換されやすいためと推認される。ここで、帯状グリーンシート２０のバンドギャップは約５．０ｅＶであるところ紫外線レーザーのバンドギャップは中心波長３５５ｎｍに相当する３．５ｅＶであるため、紫外線レーザーからのレーザー光ＬＢは帯状グリーンシート２０を十分に光励起し難いためと推認される。

以上が、第２の試験についての説明である。

＜第３の試験＞
次に、第３の試験について説明する。

〔第３の試験の方法〕
本試験では、本実施形態の切断工程Ｓ１３により切断した３枚の枚葉グリーンシート３０を焼結工程Ｓ１６により焼結させた各サンプルと、切断工程でプレス加工（押し出し刃）を用いて切断し３枚の枚葉グリーンシートを焼結工程Ｓ１６により焼結させた各サンプルとを作製した。次いで、これらのサンプルの表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｚを、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に基づいて測定した。
ここで、本実施形態の各サンプルの切断工程Ｓ１３での切断は、それぞれ、炭酸ガスレーザー、赤外線レーザー及び紫外線レーザーを用いた。

〔第３の試験の結果及び考察〕
図１０の表は、第３の試験の条件及び測定結果をまとめた表である。本試験は、各サンプルの表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｚの測定結果から各サンプルの良し悪しを特定するための試験ではない。しかしながら、第１の試験の結果から、本実施形態の切断工程Ｓ１３を含む工程で製造された窒化珪素質焼結体４０は、図１０の表における、炭酸ガスレーザー、赤外線レーザー及び紫外線レーザーを用いた各サンプルの測定結果を満たすものといえる。
以上より、本実施形態の窒化珪素質焼結体４０は、端面４２（図２Ｄ参照、別言すると、焼結後のレーザー切断面又はレーザー切断面の焼結面）の表面粗さＲａが０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、端面４２の表面粗さＲｚが５．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましいといえる。これに伴い、本実施形態の枚葉グリーンシート３０は、切断面３２（図２Ｂ及び図３参照）の表面粗さＲａが０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、切断面３２の表面粗さＲｚが５．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが好ましいといえる。

以上が、本実施形態の実施例についての説明である。

以上のとおり、本実施形態を本発明の一例として説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。

例えば、本実施形態の説明では、セラミック粉末の一例を窒化珪素として説明した。しかしながら、セラミック粉末の一例は他のセラミック粉末でもよい。例えば、窒化アルミニウムでもよい。

また、本実施形態の成形工程Ｓ１２の説明では、ドクターブレード成形を用いて行うとした。しかしながら、スラリー１０を帯状グリーンシート２０に成形することができれば、成形方法は他の方法であってもよい。例えば、押出成形であってもよい。

また、本実施形態の切断工程Ｓ１３の説明では、照射部２２４を帯状グリーンシート２０の短手方向の一端側から他端側に亘って移動させながら、帯状グリーンシート２０を切断するとした。しかしながら、結果として帯状グリーンシート２０を切断して枚葉グリーンシート３０を得ることができれば、帯状グリーンシート２０の切断箇所が本実施形態の場合のように帯状グリーンシート２０の短手方向の一端側から他端側に亘る直線部分でなくてもよい。例えば、帯状グリーンシート２０に枚葉グリーンシート３０の形をした穴を開けることで帯状グリーンシート２０から枚葉グリーンシート３０を分離する（又はくり抜く）ように、帯状グリーンシート２０を切断してもよい。すなわち、帯状グリーンシート２０を切断して得られる枚葉グリーンシート３０は、その全端面の少なくとも一部が切断面であればよい。

この出願は、２０１９年１月３０日に出願された日本出願特願２０１９−０１３７６１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

セラミックを含んで構成される帯状グリーンシートにレーザー光を照射することで前記帯状グリーンシートを切断して枚葉グリーンシートを得る照射工程を含む枚葉グリーンシートの製造方法。
前記照射工程において前記帯状グリーンシートに照射されるレーザー光は、炭酸ガスレーザー光を照射する照射部から照射される、
請求項１に記載の枚葉グリーンシートの製造方法。
前記帯状グリーンシートを、前記照射工程へ前記帯状グリーンシートの長手方向に沿って搬送する搬送工程を含む請求項１又は２に記載の枚葉グリーンシートの製造方法。
前記搬送工程の前に行う工程であって、セラミック粉末を含むスラリーをドクターブレード成形又は押出成形により帯状にして、前記帯状グリーンシートを得る工程、
を含む請求項３に記載の枚葉グリーンシートの製造方法。
前記セラミック粉末は、窒化珪素粉末又は窒化アルミニウム粉末を含む、
請求項４に記載の枚葉グリーンシートの製造方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の枚葉グリーンシートの製造方法により製造された前記枚葉グリーンシートを加熱して焼結させて窒化珪素質焼結体を得る、
窒化珪素質焼結体の製造方法。
少なくとも一つの側面がレーザー切断面である、
枚葉グリーンシート。
前記レーザー切断面の表面粗さＲａは、０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、
前記レーザー切断面の表面粗さＲｚは、５．０μｍ以上１２．０μｍ以下である、
請求項７に記載の枚葉グリーンシート。
シート状であって、端面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記端面の表面粗さＲｚが５．０μｍ以上１２．０μｍ以下である、
窒化珪素質焼結体。