特許 7018267 サイアロン焼結体、その製法、複合基板及び電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-02

(45)【発行日】2022-02-10

(54)【発明の名称】サイアロン焼結体、その製法、複合基板及び電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/599 20060101AFI20220203BHJP

   C04B 37/00 20060101ALI20220203BHJP

   G01N 23/2055 20180101ALI20220203BHJP

【ＦＩ】

C04B35/599

C04B37/00 Z

G01N23/2055 310

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2017129086

(22)【出願日】2017-06-30

(65)【公開番号】P2018048059

(43)【公開日】2018-03-29

【審査請求日】2019-01-23

【審判番号】

【審判請求日】2020-08-11

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2016/77627

(32)【優先日】2016-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】WO

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野本 祐輝

(72)【発明者】

【氏名】井上 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓

(72)【発明者】

【氏名】勝田 祐司

【合議体】

【審判長】原 賢一

【審判官】大光 太朗

【審判官】金 公彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－９１２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１９１０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１９６３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－９７５３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

C04B35/599

C04B35/58

C04B37/00

G01N23/205

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（０＜ｚ≦４．２）で表され、開気孔率が０．１％以下、相対密度が９９．９％以上、且つ、Ｘ線回折図において、サイアロンの最大ピークの強度に対する、サイアロン以外の各成分の最大ピークの強度の総和の比が０．００５以下である、
サイアロン焼結体。

【請求項2】

前記サイアロン焼結体の表面は、１００μｍ×１４０μｍの測定範囲における中心線平均粗さ（Ｒａ）が１.０ｎｍ以下である、
請求項１に記載のサイアロン焼結体。

【請求項3】

前記サイアロン焼結体の表面は、１００μｍ×１４０μｍの測定範囲における最大山高さと最大谷深さとの高さの差（Ｐｔ）が３０ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載のサイアロン焼結体。

【請求項4】

前記サイアロン焼結体のヤング率は、１８０ＧＰａ以上である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のサイアロン焼結体。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のサイアロン焼結体を製造する方法であって、
いずれも純度が９９．８質量％以上の窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ及びシリカの成分の中から、Ｓｉ：Ａｌ：Ｏ：Ｎ＝（６－ｚ）：ｚ：ｚ：（８－ｚ）（但し０＜ｚ≦４．２）となるように成分を選択すると共に質量割合を決定して各成分を混合して原料粉末を作製し、該原料粉末を所定形状に成形したのち、焼成温度１７２５～１９００℃、プレス圧力１００～３００ｋｇｆ／ｃｍ²でホットプレス焼成を行うことによりサイアロン焼結体を得る、
サイアロン焼結体の製法。

【請求項6】

支持基板と機能性基板とが接合された複合基板であって、
前記支持基板は、請求項１～４のいずれか１項に記載のサイアロン焼結体である、
複合基板。

【請求項7】

前記接合が直接接合である、
請求項６に記載の複合基板。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の複合基板を利用した電子デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サイアロン焼結体、その製法、複合基板及び電子デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

サイアロンは一般式：Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（０＜ｚ≦４．２）で表される物質の総称で、セラミック材料のなかでも、高強度、高ヤング率、低熱膨張、高絶縁性を兼ね備えた材料である。このようなセラミック材料を、弾性波素子の複合基板の支持基板として用いる場合には、接合させるために気孔がなく、表面平坦性が高く、全面に均一な組成であることが求められる。特許文献１に示すように、サイアロンを製造するには焼結助剤を用いて焼成することが一般的である。一方、サイアロンを製造する際に焼結助剤を用いずに焼成する方法も知られている。例えば、特許文献２には、β―サイアロンを窒化珪素とＢＮの粉末で覆ってＮ₂ガス雰囲気で焼成する方法が開示されている。また、特許文献３には、窒化珪素粉末にアルミニウムアルコキシドを加え、加水分解後、ろ過して得た粉末を６００～９００℃で仮焼し、１７００～１９００℃で加圧焼結をしてβ―サイアロン焼結体を得る方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１－２６４９７３号公報

【文献】特開昭６１－１４１６７１号公報

【文献】特開昭６０－１０８３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のようにサイアロンの製造時に焼結助剤を用いると、組成が均一にはならず異相成分が多くなったり、気孔が多くなったりするという問題があった。異相成分が多くなると、サイアロンと異相成分との間で研磨のされ易さが異なるため、表面平坦性が十分高くならないという問題があった。例えば、異相成分がサイアロンに比べて硬い場合には異相成分が研磨され難いため凸状に残り易く、異相成分が軟らかい場合には異相成分が研磨され易く穴になり易いことが挙げられる。また、材料内に気孔が多いと、研磨しても気孔由来の凹部分が残るため、表面平坦性が十分高くならないという問題があった。また、特許文献２，３のようにサイアロンの製造時に焼結助剤を用いず常圧焼成した場合、サイアロンは難焼結性の材料であるため、気孔が外部に排出しきらず内部に残留しやすく、相対密度を十分高くすることが難しかった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、表面を鏡面状に研磨したときの表面平坦性が高いサイアロン焼結体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】

【0006】

本発明のサイアロン焼結体は、Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（０＜ｚ≦４．２）で表され、開気孔率が０．１％以下、相対密度が９９．９％以上、且つ、Ｘ線回折図において、サイアロンの最大ピークの強度に対する、サイアロン以外の各成分の最大ピークの強度の総和の比が０．００５以下のものである。このサイアロン焼結体は、開気孔率が低く、相対密度が高く、異相が少ないため、表面を鏡面状に研磨したときの表面平坦性が高くなる。

【0007】

本発明のサイアロン焼結体の製法は、いずれも純度が９９．８質量％以上の窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ及びシリカの成分の中から、Ｓｉ：Ａｌ：Ｏ：Ｎ＝（６－ｚ）：ｚ：ｚ：（８－ｚ）（但し０＜ｚ≦４．２）となるように組成を選択すると共に質量割合を決定して各成分を混合して原料粉末を作製し、該原料粉末を所定形状に成形したのち、焼成温度１７２５～１９００℃、プレス圧力１００～３００ｋｇｆ／ｃｍ²でホットプレス焼成を行うことによりサイアロン焼結体を得るものである。この製法は、圧力によって気孔を排出しながら緻密化を進められるため、上述した本発明のサイアロン焼結体を製造するのに適している。

【0008】

本発明の複合基板は、支持基板と機能性基板とが接合された複合基板であって、前記支持基板は、上述した本発明のサイアロン焼結体であるものである。この複合基板は、支持基板が上述した本発明のサイアロン焼結体であるため、接合界面のうち実際に接合している面積の割合が大きくなり、良好な接合性を示す。

【0009】

本発明の電子デバイスは、上述した本発明の複合基板を利用したものである。この電子デバイスでは、支持基板であるサイアロン焼結体の熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／Ｋ（４０－４００℃）以下であるため、弾性表面波デバイスとした場合の周波数温度依存性やフィルター性能が大きく改善される。また、ラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）、ＬＥＤデバイス、光導波路デバイス、スイッチデバイス、半導体デバイスなどにおいても、支持基板の熱膨張係数が非常に小さいことで、性能が向上する。更には、サイアロンの組成（前述のｚ値）を調整することで、熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／Ｋ以下のまま、ヤング率を調整することができ、これによって複合基板とした場合の機能性基板の性能の微調整や最大化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】複合基板１０の斜視図。

【図2】複合基板１０を用いて作製した電子デバイス３０の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

【0012】

本実施形態のサイアロン焼結体は、Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z（０＜ｚ≦４．２）で表され、開気孔率が０．１％以下、相対密度が９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）、且つ、Ｘ線回折図において、サイアロンの最大ピークの強度に対する、サイアロン以外の各成分（異相成分）の最大ピークの強度の総和の比が０．００５以下のものである。なお、Ｘ線回折図の測定条件はＣｕＫα、４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝１０－７０°である。このサイアロン焼結体は、開気孔率が低く、相対密度が高く、異相が少ないため、表面を鏡面状に研磨したときの表面平坦性が高くなる。開気孔率が高かったり相対密度が低かったりすると、研磨しても気孔由来の凹部分が残るため、表面平坦性が十分高くならない。また、異相成分が多いと、サイアロンと異相成分との間で研磨のされ易さが異なり、表面平坦性が十分高くならない。特に異相成分が研磨され難い場合は異相部が凸部として残り易く、機能性基板との接合が難しくなる。異相成分としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₂ＯＮ₂、Ｓｉ₃Ａｌ₆Ｏ₁₂Ｎ₂、ムライトなどが挙げられる。

【0013】

本実施形態のサイアロン焼結体によれば、研磨仕上げした表面に存在する気孔数を少なくすることができる。研磨仕上げした表面の１００μｍ×１００μｍの面積当たりに存在する最大長さ０．５μｍ以上、且つ、深さ０．０８μｍ以上の気孔数は１０個以下が好ましく、５個以下がより好ましく、３個以下が更に好ましい。

【0014】

本実施形態のサイアロン焼結体の表面平坦性については、例えば、鏡面状に研磨仕上げした表面の１００μｍ×１４０μｍの測定範囲における中心線平均粗さＲａが１．０ｎｍ以下であること、及び、同測定範囲における最大山高さと最大谷深さとの高さの差Ｐｔが３０ｎｍ以下であることの少なくとも１つを満たすことが好ましい。Ｒａは０．８ｎｍ以下がより好ましい。Ｐｔは２５ｎｍ以下がより好ましい。

【0015】

本実施形態のサイアロン焼結体のヤング率は、１８０ＧＰａ以上が好ましく、２００ＧＰａ以上がより好ましく、２２０ＧＰａ以上が更に好ましい。

【0016】

本実施形態のサイアロン焼結体において、ｚの値は０．５≦ｚ≦４．０が好ましい。この範囲であれば、上述した気孔数をより少なくすることができる。ｚの値は０．５≦ｚ≦３．２がより好ましい。この範囲であれば、上述した気孔数を更に少なくすることができる。

【0017】

次に、サイアロン焼結体の製造方法の実施の形態について説明する。サイアロン焼結体の製造フローは、サイアロン原料粉末を作製する工程と、サイアロン焼結体を作製する工程とを含む。

【0018】

（サイアロン原料粉末の作製）
原料粉末には、不純物金属元素含有量が０．２質量％以下、平均粒径が２μｍ以下の市販の窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ及びシリカ粉末を用いた。これら原料を用いて、Ｓｉ：Ａｌ：Ｏ：Ｎ＝（６－ｚ）：ｚ：ｚ：（８－ｚ）（但し０＜ｚ≦４．２）となるように組成を選択すると共に質量割合を決定して各成分を混合して原料粉末を作製する。ｚの値は０．５≦ｚ≦４．０が好ましく、０．５≦ｚ≦３．２がより好ましい。各粉末は、緻密に焼結するためには細かいものが好ましく、平均粒径が０．５～１．５μｍのものが好ましい。なお、加熱によりこれら成分を生成するような前駆体物質を各成分の原料に用いてもよい。各粉末は、混合して溶媒に分散させてサイアロン組成のスラリーを作製する。混合方法に特に制限はなく、例えばボールミル、アトライター、ビーズミル、ジェットミル等を利用することができる。但し、この際、メディアから混入する成分とその量には十分な注意が必要である。すなわち、混入しても不純物とはならないアルミナや窒化珪素製の玉石やポットをメディアに用いることが好ましい。また、樹脂製のポットや玉石も、焼成工程等で除去することができるため使用可能である。金属製のメディアは不純物量が多くなるため好ましくない。得られたスラリーを乾燥し、乾燥物を篩に通してサイアロン原料粉末とする。なお、粉砕時にメディア成分等の混入によって組成がずれた場合は、適宜組成調整するなどして原料粉末とすればよい。あるいは、粉砕物に含まれる各成分の質量が所望のサイアロン組成になるように、予め混合粉末の各成分の質量を調整しておくことにより、粉砕物をそのままサイアロン原料粉末としてもよい。

【0019】

（サイアロン焼結体の作製）
得られたサイアロン原料粉末を所定形状に成形する。成形の方法に特に制限はなく、一般的な成形法を用いることができる。例えば、上記のようなサイアロン原料粉末をそのまま金型によってプレス成形してもよい。プレス成形の場合は、サイアロン原料粉末をスプレードライによって顆粒状にしておくと、成形性が良好になる。他に、有機バインダーを加えて坏土を作製し押出し成形したり、スラリーを作製しシート成形することができる。これらのプロセスでは焼成工程前あるいは焼成工程中に有機バインダー成分を除去することが必要になる。また、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）にて高圧成形をしてもよい。

【0020】

次に、得られた成形体を焼成してサイアロン焼結体を作製する。この際、焼結粒子を微細に維持し、焼結中に気孔を排出することがサイアロン焼結体の表面平坦性を高めるために重要である。その手法として、ホットプレス法が非常に有効である。ホットプレス法を用いることで常圧焼結に比べて低温で微細粒の状態で緻密化が進み、常圧焼結でよく見られる粗大な気孔の残留を抑制することができる。ホットプレス時の焼成温度は１７２５～１９００℃とすることが好ましく、異相を極力少なくするためには１７５０～１９００℃とすることがより好ましい。また、ホットプレス時のプレス圧力は１００～３００ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましく、１５０～２５０ｋｇｆ／ｃｍ²がより好ましい。焼成温度（最高温度）での保持時間は、成形体の形状や大きさ、加熱炉の特性などを考慮し、適宜、適当な時間を選択することができる。具体的な好ましい保持時間は、例えば１～１２時間、更に好ましくは２～８時間である。ホットプレス時の焼成雰囲気は、サイアロンの分解を避けるため、窒素雰囲気が好ましい。

【0021】

次に、複合基板の実施の形態について説明する。複合基板は、機能性基板と、上述したサイアロン焼結体製の支持基板とが接合されたものである。接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。このように接合面積割合が大きいと、機能性基板と支持基板とは良好な接合性を示す。機能性基板としては、特に限定されないが、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、窒化ガリウム、シリコンなどが挙げられる。接合方法は、直接接合でもよいし、接着層を介して接合してもよいが、直接接合が好ましい。直接接合の場合には、機能性基板と支持基板とのそれぞれの接合面を活性化した後、両接合面を向かい合わせにした状態で両基板を押圧する。接合面の活性化は、例えば、接合面への不活性ガス（アルゴンなど）の中性原子ビームの照射のほか、プラズマやイオンビームの照射などで行う。一方、接着層を介して接合する場合には、接着層として、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などを用いる。機能性基板と支持基板の厚みの比（機能性基板の厚み／支持基板の厚み）は０．１以下であることが好ましい。図１に複合基板の一例を示す。複合基板１０は、機能性基板である圧電基板１２と支持基板１４とが直接接合により接合されたものである。

【0022】

次に、電子デバイスの実施の形態について説明する。電子デバイスは、上述した複合基板を利用したものである。こうした電子デバイスとしては、弾性波デバイス（弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）など）のほか、ＬＥＤデバイス、光導波路デバイス、スイッチデバイスなどが挙げられる。弾性波デバイスに上述した複合基板を利用する場合には、支持基板であるサイアロン焼結体の熱膨張係数が３．０ｐｐｍ／Ｋ（４０－４００℃）以下と非常に小さく、且つ、ヤング率が高いため、機能性基板の拘束力が高まる。その結果、デバイスの周波数温度依存性が大きく改善される。図２に複合基板１０を用いて作製した電子デバイス３０の一例を示す。電子デバイス３０は、１ポートＳＡＷ共振子つまり弾性表面波デバイスである。まず、複合基板１０の圧電基板１２に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて多数の電子デバイス３０のパターンを形成し、その後、ダイシングにより１つ１つの電子デバイス３０に切り出す。電子デバイス３０は、フォトリソグラフィ技術により、圧電基板１２の表面にＩＤＴ（Interdigital Transducer)電極３２，３４と反射電極３６とが形成されたものである。

【実施例】

【0023】

以下に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明を何ら限定するものではない。

【0024】

１．原料粉末の作製
原料粉末には、市販の窒化珪素粉末（酸素含有量１．３質量％、不純物金属元素含有量０．２質量％以下、平均粒径０．６μｍ）、窒化アルミニウム（酸素含有量０．８質量％、不純物金属元素含有量０．１質量％以下、平均粒径１．１μｍ）、アルミナ（純度９９．９質量％、平均粒径０．５μｍ）、シリカ（純度９９．９質量％、平均粒径０．５μｍ）の粉末を用いた。

【0025】

【表1】

【0026】

サイアロン原料粉末Ａ～Ｇ及びＪは、以下のようにして作製した。すなわち、まず、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカの各粉末を、表１に示すｚの値を持つサイアロン組成（Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z）になるように秤量し、アルミナを玉石（φ５ｍｍ）とし、溶媒にイソプロピルアルコールを用いてボールミルにて４時間混合し、混合粉末のスラリーを作製した。得られたスラリーを窒素ガスフロー下、１１０℃で乾燥し、乾燥物を篩に通してサイアロン原料粉末Ａ～Ｇ及びＪとした。なお、異相成分を抑えるためにサイアロン原料粉末は過剰酸素量が少ないことが好ましく、サイアロン原料粉末Ａ～Ｇは過剰酸素量を１．０質量％以下とした。一方、サイアロン原料粉末Ｊは過剰酸素量を２．７質量％とした。

【0027】

窒化珪素原料粉末Ｈは、前述の窒化珪素粉末を単独で用いた。窒化珪素原料粉末Ｉは、窒化珪素、イットリア（純度９９．９質量％以上、平均粒径１．１μｍ）、マグネシア（純度９９．９質量％、平均粒径１．８μｍ）の各粉末を表１に示す組成になるように秤量し、サイアロン原料粉末Ａ～Ｇ及びＪと同様にして乾燥物を作製しそれを篩に通したものとした。

【0028】

２．焼結体の作製及び評価
（１）実験例１
実験例１のサイアロン焼結体は、サイアロン原料粉末Ａを金型を用いてφ１２５ｍｍ、厚さ約２０ｍｍに成形した後、黒鉛型にて、プレス圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ²下、最高温度１８００℃で４時間、ホットプレス焼成したものである。焼成雰囲気は、窒素雰囲気とした。得られた焼結体は直径１２５ｍｍで厚さ約８ｍｍであった。この焼結体から４ｍｍ×３ｍｍ×４０ｍｍサイズの抗折棒などを切り出し、各種特性を評価した。各種特性の評価方法を以下に示す。また、結果を表２に示す。なお、焼結体表面の性状は、４ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍ程度の試験片の一面を研磨によって鏡面状に仕上げて評価した。研磨は３μｍのダイヤモンド砥粒、最終的に０．５μｍのダイヤモンド砥粒のラップ研磨を行った。

【0029】

・嵩密度、開気孔率
蒸留水を用いたアルキメデス法により測定した。

【0030】

・相対密度
相対密度は嵩密度÷見掛け密度として算出した。

【0031】

・結晶相及びピーク強度比Ｉｘ
サイアロン焼結体を粉砕し、Ｘ線回折装置により、サイアロン、異相の同定と各相の最大ピークの強度の算出を行った。なお、異相の特定においては、焼結体粉砕時の乳鉢や乳棒等のメディアからの混入相及びその量には十分注意が必要である。ＸＲＤ装置には、全自動多目的Ｘ線解析装置Ｄ８ ＡＤＶＡＮＣＥを用い、ＣｕＫα、４０ｋＶ、４０ｍＡ、２θ＝１０－７０°を測定条件とした。Ｘ線回折図から、サイアロンの最大ピーク（２θ＝３２．８～３３．５°）の強度（Ｉｃ）に対する、検出された各異相（Ｐ、Ｑ、Ｒ、・・・）の最大ピークの強度（Ｉｐ、Ｉｑ、Ｉｒ、・・・）の総和の比（ピーク強度比Ｉｘ）を下記式から求めた。なお、最大ピークが他のピークと重なる場合は、最大ピークの代わりに２番目にピーク強度の大きなピークを採用した。
Ｉｘ＝（Ｉｐ＋Ｉｑ＋Ｉｒ・・・）／Ｉｃ

【0032】

・サイアロン焼結粒の平均粒径
破断面におけるサイアロン焼結粒をＳＥＭにて１２７μｍ×８８μｍの視野で観察し、視野内の１０個以上のサイアロン焼結粒の粒径を求め、その平均値をサイアロン焼結粒の平均粒径とした。なお、１つのサイアロン焼結粒の粒径は、その焼結粒の長径と短径の平均値とした。

【0033】

・気孔数
上記のように鏡面状に仕上げた面を３Ｄ測定レーザー顕微鏡で観察し、最大長さが０．５μｍ以上、深さが０．０８μｍ以上の気孔の単位面積当たりの計数値を４箇所で計測し、その平均値を気孔数とした。単位面積は１００μｍ四方の面積とした。

【0034】

・表面平坦性
上記のように鏡面状に仕上げた面に対し、３次元光学プロファイラー（Ｚｙｇｏ）を用いて中心線平均粗さＲａと、最大山高さと最大谷深さとの高さの差Ｐｔを測定した。本明細書中のＲａとＰｔは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される、断面曲線の算術平均粗さＲａと断面曲線の最大断面高さＰｔに対応する。上記のＲａ、Ｐｔを表面平坦性とした。測定範囲は、１００μｍ×１４０μｍとした。

【0035】

・ヤング率
ＪＩＳ Ｒ１６０２に準じた、静的撓み法で測定した。試験片形状は３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ抗折棒とした。

【0036】

・熱膨張係数（４０～４００℃）
ＪＩＳ Ｒ１６１８に準じて、押し棒示差式で測定した。試験片形状は３ｍｍ×４ｍｍ×２０ｍｍとした。

【0037】

【表2】

【0038】

表２に示すように、実験例１のサイアロン焼結体は優れた特性を備えていた。具体的には、実験例１のサイアロン焼結体の嵩密度は３．１６ｇ／ｃｍ³、開気孔率は０．００％、相対密度は１００％であった。結晶相は、サイアロン以外に僅かにアルミナや酸窒化ケイ素が検出された。サイアロンの最大ピークの強度に対する、サイアロン以外の各成分の最大ピークの強度の総和の比（ピーク強度比）Ｉｘは０．００１２であり、極めて小さかった。研磨面の１００μｍ×１００μｍ範囲において、最大長さが０．５μｍ以上の気孔数は１個と非常に少なかった。研磨面の表面平坦性は、中心線平均粗さＲａが０．４ｎｍと小さく、最大山高さと最大谷深さとの高さの差Ｐｔが１５ｎｍと小さいことがわかった。

【0039】

（２）実験例２～６
実験例２～６のサイアロン焼結体は、サイアロン原料粉末Ａの代わりに表１に示すサイアロン原料粉末Ｂ，Ｄ～Ｇを用いて、実験例１と同様にしてホットプレス焼成したものである。各サイアロン焼結体の特性を表２に示す。いずれのサイアロン焼結体も、開気孔率が０．１％以下、相対密度が９９．９％以上、気孔数は１０個以下、ピーク強度比Ｉｘは０．００５以下であり、優れた特性を備えていた。

【0040】

（３）実験例７
実験例７のサイアロン焼結体は、サイアロン原料粉末Ｃを用いて実験例１と同様にしてホットプレス焼結したものである。サイアロン原料粉末Ｃは、実験例２で用いたサイアロン原料粉末Ｂと比べてｚ値が１．０である点で一致するが、出発原料としてＳｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ及びＡｌ₂Ｏ₃の３つを用いている点で、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ及びＳｉＯ₂の３つを用いているサイアロン原料粉末Ｂと相違する。実験例７のサイアロン焼結体は、実験例２のサイアロン焼結体と同様に優れた特性を備えていたことから、出発原料はＳｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の中から所望のサイアロンとなるように適宜選択すればよいことがわかった。

【0041】

（４）実験例８～１２
実験例８～１１は実験例１，２，４，５の焼成時の最高温度を１７５０℃に変更した例であり、実験例１２は実験例３の焼成時の最高温度を１７２５℃に変更した例である。実験例８～１２のサイアロン焼結体は、表２に示すように、実験例１～５のサイアロン焼結体と同様に優れた特性を備えていることがわかった。

【0042】

なお、実験例１～１２のサイアロン焼結体は過剰酸素量が１．０質量％以下である。

【0043】

（５）実験例１３～１６
実験例１３～１６は実験例１～３，５の焼成時の最高温度を１７００℃に変更した例である。実験例１３～１５のサイアロン焼結体は、焼成温度が低すぎたため、開気孔率が０．１を超え、相対密度が９９．９％以下で緻密化不十分であり、気孔数が多く、３３個あるいは５０個以上であった。実験例１６のサイアロン焼結体は、開気孔率が０．０１％、相対密度は９９．９７％、気孔数は２個であったが、ピーク強度比Ｉｘが０．０２２１で高く、中心線平均粗さＲａや最大断面高さＰｔの値が悪化した。ピーク強度比Ｉｘが高い原因は、焼成温度が低すぎるために、原料成分の反応（サイアロン化）が不十分になり、中間生成物のひとつであるアルミナが異相としてより多く析出したためと考えられる。また、中心線平均粗さＲａや最大山高さと最大谷深さとの高さの差Ｐｔの値が悪化した原因は異相として析出したアルミナとサイアロンの研磨のされ易さが異なることでアルミナが凸部として残ったためだと考えられる。

【0044】

（６）実験例１７，１８
実験例１７では、出発原料として窒化珪素原料粉末Ｈ（ｚ＝０）を用いたこと以外は、実験例１と同様にホットプレス焼成した。得られた焼成体は、開気孔率が５２．１％で相対密度が４７．９５％であり、焼結していなかった。実験例１８では、出発原料として窒化珪素原料粉末Ｉ（ｚ＝０、焼結助剤であるＹ₂Ｏ₃とＭｇＯを添加）を用いたこと以外は、実験例１と同様にホットプレス焼成した。得られた焼結体は、窒化珪素特有の柱状化した結晶が発達した組織からなり、粒界には気孔が見られた。そのため、研磨面の１００μｍ四方の範囲において、最大長さが０．５μｍ以上の気孔数は５０個以上であり、気孔数を減らすことができなかった。

【0045】

（７）実験例１９
実験例１９のサイアロン焼結体は、サイアロン原料粉末Ｊを用いて実験例８と同様にホットプレス焼成した。得られた焼成体は、相対密度９９．９８％で気孔数が３個であり、十分緻密化していた。ただし、ピーク強度比Ｉｘが０．０４９２と高く、異相が多く析出したために中心線平均粗さＲａや最大断面高さＰｔの値が悪く、十分な平坦性が得られなかった。この実験例１９のサイアロン焼結体は過剰酸素量が２．７質量％であり、特開昭６２－２１２２６８号公報の実施例１に相当する。

【0046】

なお、上述した実験例１～１９のうち、実験例１～１２が本発明の実施例、実験例１３～１９が比較例に相当する。

【0047】

３．接合性
実験例２，４，１４の焼結体から切り出した直径１００ｍｍ、厚さ２３０μｍの支持基板に対し、直径１００ｍｍ、厚さ２５０μｍのＬＴ基板の接合を試みた。接合前の表面の活性化処理では、ＦＡＢガンを用いてアルゴンの中性原子ビームを両基板に照射した。その後、両基板を貼り合わせた後、接合荷重０．１ｔｏｎで１分間プレスし、支持基板とＬＴ基板を室温で直接接合した。実験例２，４の焼結体から得られた複合基板は、接合界面に気泡は殆ど観察されず、接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）が９０％以上であり、良好に接合されていた。これに対して、実験例１４の焼結体から得られた複合基板は、接合界面に気泡が観察され、接合界面のうち実際に接合している面積の割合（接合面積割合）が８０％以下であった。ここで、接合面積は、気泡のない部分の面積であり、接合面積割合は、接合界面全体の面積に対する接合面積の割合である。なお、ここではＦＡＢガンを用いたが、その代わりにイオンガンを用いてもよい。

【0048】

本出願は、２０１６年９月２０日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／７７６２７を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、表面弾性波素子の他にラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などの電子デバイスに利用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１０ 複合基板、１２ 圧電基板、１４ 支持基板、３０ 電子デバイス、３２，３４ ＩＤＴ電極、３６ 反射電極。

【図1】

【図2】