JP2008027754A - Ceramic heater manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a ceramic heater in which even in the case brazing work under high temperature is carried out in a jointing process of an electrode pad and a jointing member, precipitation of an adhesion promoting component on the surface of the jointing portion can be suppressed and jointing strength of the jointing portion and the surface plating layer hardly deteriorates. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of a ceramic heater 100, a metallic resistor ink to form an electrode pad 121 is made to contain silica. As can be judged by the external view shown in the Fig.4, in the comparison example (the case metallic resistor ink does not contain silica), alumina (adhesion promoting component) contained in the metallic resistor ink precipitates into the surface of the jointing portion in the jointing process, while in the embodiment example, precipitation of alumina into the surface of the jointing portion can be suppressed. Thereby, failure of formation of nickel plated film 125 at the jointing portion can be prevented, and further, deterioration of jointing strength of the jointing portion and the nickel plated film 125 can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内部に発熱抵抗体を埋設してなる絶縁性のセラミック基体と、セラミック基体より露出されるとともに発熱抵抗体に通電するための電極パッドと、ロウ材により形成されてなる接合部分により電極パッドに接合される接合部材と、を備えたセラミックヒータの製造方法に関する。   The present invention includes an insulating ceramic substrate having a heating resistor embedded therein, an electrode pad exposed from the ceramic substrate and energizing the heating resistor, and a joint formed by a brazing material. It is related with the manufacturing method of the ceramic heater provided with the joining member joined to an electrode pad.

従来より、内部に発熱抵抗体を埋設してなる絶縁性のセラミック基体と、セラミック基体より露出されるとともに発熱抵抗体に通電するための電極パッドと、ロウ材により形成されてなる接合部分により電極パッドに接合される接合部材(リード部材)と、を備えたセラミックヒータが知られている。   Conventionally, an insulating ceramic substrate having a heating resistor embedded therein, an electrode pad that is exposed from the ceramic substrate and energizes the heating resistor, and a joint formed by a brazing material A ceramic heater provided with a joining member (lead member) joined to a pad is known.

このようなセラミックヒータの製造方法としては、発熱抵抗体が埋設されたセラミック基体に電極パッドを形成した後、該電極パッドの表面にメッキ層を形成し、その後、熱処理によってロウ材を介して接合部材(リード部材)を接合する、という製造方法がある(特許文献1)。   As a method for manufacturing such a ceramic heater, an electrode pad is formed on a ceramic substrate in which a heating resistor is embedded, and then a plating layer is formed on the surface of the electrode pad, and then bonded through a brazing material by heat treatment. There is a manufacturing method of joining members (lead members) (Patent Document 1).

なお、セラミックヒータは、高温環境下や温度変化の激しい環境下での使用頻度が多いために、ロウ材によるメッキ層と接合部材との接合部分については、熱耐久性の向上が求められている。   In addition, since the ceramic heater is frequently used in a high-temperature environment or an environment where temperature changes are severe, an improvement in thermal durability is required for the joining portion between the brazing material plating layer and the joining member. .

これに対しては、融点がより高いロウ材を用いることで、接合部分の熱耐久性の向上を図ることができる。
なお、一般に用いられるロウ材の融点は750℃程度であるが、接合部分の熱耐久性を考慮した場合の融点が高いロウ材としては、融点が900℃以上のロウ材を用いることが望ましい。そして、そのようなロウ材としては、例えば、銅を主体に構成されたロウ材(銅の含有量が50重量%以上となるロウ材)などを挙げることができる。
特開2005−019339号公報(請求項2)
In contrast, by using a brazing material having a higher melting point, it is possible to improve the thermal durability of the joint portion.
Note that the melting point of the brazing material that is generally used is about 750 ° C., but it is desirable to use a brazing material having a melting point of 900 ° C. or higher as the brazing material having a high melting point in consideration of the thermal durability of the joint portion. Examples of such a brazing material include a brazing material mainly composed of copper (a brazing material having a copper content of 50% by weight or more).
JP 2005-019339 A (Claim 2)

しかしながら、融点が高いロウ材を用いる場合には、電極パッドと接合部材との接合工程で高温(900℃以上)でのロウ付け作業が行われることになり、このとき、高温であるために電極パッドに含まれる成分とロウ材に含まれる成分とが反応する等の影響により、接合部分(ロウ付け部分)の表面に表面メッキ層の形成を妨げる成分が析出してしまい、表面メッキ層を適切に形成できなくなる虞がある。   However, when a brazing material having a high melting point is used, a brazing operation at a high temperature (900 ° C. or higher) is performed in the bonding process between the electrode pad and the bonding member. Due to the reaction between the component contained in the pad and the component contained in the brazing material, a component that prevents the formation of the surface plating layer is deposited on the surface of the joining portion (brazing portion). May not be able to be formed.

なお、この表面メッキ層は、セミラックヒータを高温環境下にて使用した際に、接合部分の腐食を防止するために形成されるものであり、ニッケル(Ni)などの耐腐食材料を用いて形成される。また、表面メッキ層は、接合部分の形成後、接合部分の表面全体を覆うように形成される。   This surface plating layer is formed to prevent corrosion at the joint when the semi-rack heater is used in a high temperature environment, and is made of a corrosion resistant material such as nickel (Ni). It is formed. The surface plating layer is formed so as to cover the entire surface of the joint portion after the joint portion is formed.

つまり、ロウ付け作業が高温で実施されて電極パッドとロウ材とが反応する際に、電極パッドとセラミック基体との密着性を図るために添加された密着促進成分が接合部分の表面に析出する場合がある。   That is, when the brazing operation is performed at a high temperature and the electrode pad and the brazing material react with each other, the adhesion promoting component added for adhesion between the electrode pad and the ceramic substrate is deposited on the surface of the joint portion. There is a case.

なお、この密着促進成分は、セラミック基体の主成分であり、絶縁性材料で構成されている。例えば、セラミック基体がアルミナを主体として構成される場合には、密着促進成分としてのアルミナを電極パッド(詳細には、電極用インク)に含有させることで、電極パッドとセラミック基体との密着性を向上できる。   This adhesion promoting component is the main component of the ceramic substrate and is made of an insulating material. For example, when the ceramic substrate is mainly composed of alumina, alumina as an adhesion promoting component is contained in the electrode pad (specifically, ink for electrodes) to improve the adhesion between the electrode pad and the ceramic substrate. Can be improved.

そして、接合部分(ロウ付け部分)に対して表面メッキ層を形成する場合、接合部分のうちロウ材の導電性材料が露出した部分には適切に表面メッキ層を形成できるのに対して、接合部分のうち密着促進成分(絶縁性材料)が析出した部分については、表面メッキ層の厚さ寸法が薄くなること、表面メッキ層が剥がれやすくなること等の問題が生じてしまう。   When the surface plating layer is formed on the bonding portion (brazing portion), the surface plating layer can be appropriately formed on the portion of the bonding portion where the conductive material of the brazing material is exposed. Of the portion, the portion where the adhesion promoting component (insulating material) is deposited has problems such as a decrease in the thickness of the surface plating layer and the ease of peeling off of the surface plating layer.

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電極パッドと接合部材との接合工程において高温(900℃以上)でのロウ付け作業を行う場合であっても、接合部分の表面に密着促進成分が析出することを抑制でき、接合部分と表面メッキ層との接合強度が低下しがたいセラミックヒータ製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and even when a brazing operation at a high temperature (900 ° C. or higher) is performed in the bonding process between the electrode pad and the bonding member, the surface of the bonding portion is formed. It is an object of the present invention to provide a ceramic heater manufacturing method that can suppress the adhesion promoting component from precipitating and the bonding strength between the bonding portion and the surface plating layer is unlikely to decrease.

かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明方法は、内部に発熱抵抗体を埋設してなる絶縁性のセラミック基体と、セラミック基体より露出されるとともに発熱抵抗体に通電するための電極パッドと、融点が900℃以上である導電性のロウ材により形成されてなる接合部分により電極パッドに接合される接合部材と、を備えたセラミックヒータの製造方法であって、発熱抵抗体が形成されるセラミック基体に対して、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種類以上の元素からなる主体材料を含むとともにセラミック基体の主成分を含む電極用インクを塗布し、かつ焼成して、電極パッドを形成する電極パッド形成工程と、電極パッドの表面にメッキ層を形成するメッキ形成工程と、メッキ層が形成された電極パッド上にロウ材および接合部材を接触させた状態で配置し、加熱によりロウ材を溶融させることによって、電極パッドと接合部材との接合を行い、接合部分を形成する接合工程と、少なくとも接合部分の表面に、耐腐食材料を含む表面メッキ層を形成する表面メッキ層形成工程と、を有しており、電極用インクは、シリカを含んで構成されること、を特徴とするセラミックヒータ製造方法である。   In order to achieve this object, the method of the present invention according to claim 1 is an insulating ceramic substrate having a heating resistor embedded therein, and is exposed from the ceramic substrate and energizes the heating resistor. And a bonding member bonded to the electrode pad by a bonding portion formed of a conductive brazing material having a melting point of 900 ° C. or higher, and a heating resistor. An electrode pad that includes a main material composed of at least one element selected from tungsten and molybdenum and that contains a main component of the ceramic substrate and is fired is applied to the ceramic substrate on which the electrode is formed. Electrode pad forming step for forming electrode, plating forming step for forming plating layer on the surface of electrode pad, and electrode on which plating layer is formed A bonding step in which the brazing material and the bonding member are placed in contact with each other on the lid and the brazing material is melted by heating to bond the electrode pad and the bonding member to form a bonding portion; A surface plating layer forming step of forming a surface plating layer containing a corrosion-resistant material on the surface of the portion, and the electrode ink is configured to contain silica, Is the method.

このセラミックヒータ製造方法においては、電極用インクがシリカを含んで構成されることにより、接合工程において電極用インクに含まれる密着促進成分が接合部分の表面に析出することを抑制できる。   In this ceramic heater manufacturing method, since the electrode ink includes silica, it is possible to suppress the adhesion promoting component contained in the electrode ink from being deposited on the surface of the bonded portion in the bonding step.

なお、密着促進成分は、電極パッドとセラミック基体との密着性を向上させるための成分であり、セラミック基体の主成分と同一成分を用いることが多い。また、セラミック基体の主成分は、絶縁性材料が用いられることから、密着促進成分も、絶縁性材料となる。   The adhesion promoting component is a component for improving the adhesion between the electrode pad and the ceramic substrate, and the same component as the main component of the ceramic substrate is often used. In addition, since an insulating material is used as the main component of the ceramic substrate, the adhesion promoting component is also an insulating material.

そして、上記のように、接合部分の表面に絶縁性の密着促進成分が析出するのを抑制することで、導電性の接合部分に対して表面メッキ層を形成するにあたり、表面メッキ層の厚さ寸法が薄くなることを防止できる。また、このようにして形成された表面メッキ層は、密着促進成分が析出しないことにより、接合部分との密着性が良好となり、表面メッキ層が剥がれやすくなることを防止できる。   As described above, the thickness of the surface plating layer can be reduced when forming the surface plating layer on the conductive bonding portion by suppressing the deposition of the insulating adhesion promoting component on the surface of the bonding portion. It can prevent that a dimension becomes thin. In addition, the surface plating layer formed in this manner can prevent the surface plating layer from being easily peeled off because the adhesion promoting component does not precipitate, thereby improving the adhesion with the joint portion.

よって、本発明方法によれば、電極パッドと接合部材との接合工程において高温(900℃以上)でのロウ付け作業を行う場合であっても、接合部分の表面に密着促進成分が析出することを抑制でき、接合部分に対する表面メッキ層の形成状態が不良になるのを防ぐことができる。   Therefore, according to the method of the present invention, even when a brazing operation at a high temperature (900 ° C. or higher) is performed in the bonding process between the electrode pad and the bonding member, the adhesion promoting component is deposited on the surface of the bonding portion. Can be suppressed, and the formation state of the surface plating layer on the joint portion can be prevented from becoming poor.

さらに、本発明方法で用いるロウ材は、融点が900℃以上であることから、本発明方法により製造したセラミックヒータは、高温環境下での使用や温度変化の激しい環境下での使用に適したものとなり、高温環境下での耐久性(高温耐久性)や、温度変化に対する耐久性(冷熱サイクル耐久性)に優れている。   Furthermore, since the brazing material used in the method of the present invention has a melting point of 900 ° C. or higher, the ceramic heater manufactured by the method of the present invention is suitable for use in a high temperature environment or in an environment where temperature changes are severe. It has excellent durability in high temperature environments (high temperature durability) and durability against temperature changes (cooling cycle durability).

なお、このようなロウ材としては、銅を主体として構成されるロウ材を挙げることができる。具体的には、銅−金ロウ、銅−銀ロウ、銅−インジウムロウ、銅−チタンロウなどがある。そして、銅を主体とするロウ材には、融点が1050℃程度となるものがある。   An example of such a brazing material is a brazing material mainly composed of copper. Specifically, there are copper-gold solder, copper-silver solder, copper-indium solder, copper-titanium solder, and the like. Some brazing materials mainly composed of copper have a melting point of about 1050 ° C.

そして、上述の発明方法においては、例えば、請求項2に記載のように、電極用インクに含まれる成分のうち、主体材料、セラミック基体の主成分、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量は2〜13重量%である、という形態を採ることができる。   And in the above-mentioned invention method, for example, when the total weight of the main material, the main component of the ceramic substrate, and the silica is 100 parts by weight among the components contained in the electrode ink as described in claim 2 The content of silica can be 2 to 13% by weight.

つまり、密着促進成分の析出を確実に抑制するためには、電極用インクにおけるシリカの含有量を一定以上にする必要がある。そして、後述する測定結果(図5の評価結果)から判るとおり、電極用インクのうち、主体材料、セラミック基体の主成分、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量を少なくとも2%以上に設定することで、接合部分の表面に絶縁性の密着促進成分が析出するのを抑制できる。   That is, in order to surely suppress the deposition of the adhesion promoting component, the content of silica in the electrode ink needs to be a certain level or more. And, as can be seen from the measurement results (evaluation results in FIG. 5) described later, the content of silica in the electrode ink, when the total weight of the main material, the main component of the ceramic substrate, and silica is 100 parts by weight, By setting it to at least 2% or more, it is possible to suppress the deposition of an insulating adhesion promoting component on the surface of the joint portion.

また、電極用インクにおけるシリカの含有量が過剰になると、電極パッド形成時(焼成時)にシリカがより多く拡散してしまうことで、電極パッドに内部空洞が多数形成されてしまい、電極パッドとセラミック基体との接触面積が小さくなり、電極パッドとセラミック基体との接合強度が低下する虞がある。   Also, if the content of silica in the electrode ink is excessive, the silica diffuses more during electrode pad formation (during firing), resulting in the formation of many internal cavities in the electrode pad. There is a possibility that the contact area with the ceramic substrate is reduced, and the bonding strength between the electrode pad and the ceramic substrate is lowered.

これに対して、後述する測定結果(図5の評価結果)から判るとおり、電極用インクのうち、主体材料、セラミック基体の主成分、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量を13%以下に設定することで、電極パッドに多数の内部空洞が形成されるのを抑制でき、電極パッドとセラミック基体との接合強度が低下するのを抑制できる。   On the other hand, as can be seen from the measurement results described later (evaluation results in FIG. 5), in the electrode ink, when the total weight of the main material, the main component of the ceramic substrate, and silica is 100 parts by weight, By setting the content to 13% or less, it is possible to suppress the formation of a large number of internal cavities in the electrode pad, and it is possible to suppress a decrease in bonding strength between the electrode pad and the ceramic base.

次に、上述の発明方法においては、請求項3に記載のように、電極パッド形成工程では、電極用インクとして、セラミック基体の主成分よりもシリカの含有量が小さい下層電極用インクと、セラミックの主成分よりもシリカの含有量が大きい上層電極用インクと、を用いており、下層電極用インクを塗布した後、上層電極用インクを塗布することで、2層からなる電極パッドを形成する、という形態をとることができる。   Next, in the above-described invention method, as described in claim 3, in the electrode pad forming step, as the electrode ink, an ink for a lower layer electrode having a silica content smaller than a main component of the ceramic substrate, and a ceramic An upper electrode ink having a silica content higher than that of the main component, and after applying the lower electrode ink, the upper electrode ink is applied to form a two-layer electrode pad. , Can take the form.

このようなセラミック基体の主成分の含有量がシリカの含有量より多い下層電極用インクを用いることで、電極パッドのうちセラミック基体に近い部分に、下層電極用インクを焼成してなる下層電極パッドが形成される。そして、下層電極パッドは、シリカが少ないため空洞が少なくなることから、セラミック基体との接触面積が大きくなり、電極パッドとセラミック基体との接合状態を良好にできる。   By using the lower layer electrode ink in which the content of the main component of the ceramic substrate is higher than the content of silica, the lower layer electrode pad obtained by firing the lower layer electrode ink in a portion of the electrode pad close to the ceramic substrate Is formed. Since the lower electrode pad has less silica and has fewer cavities, the contact area with the ceramic substrate is increased, and the bonding state between the electrode pad and the ceramic substrate can be improved.

また、シリカの含有量がセラミック基体の主成分の含有量より多い上層電極用インクを用いることで、電極パッドのうち接合部材およびロウ材に近い部分に、上層電極用インクを焼成してなる上層電極パッドが形成される。そして、上層電極用インクに含まれるシリカによって密着促進成分の析出を抑制できることから、ロウ材からなる接合部分の表面に密着促進成分が析出するのを抑制することができる。   Further, by using the upper layer electrode ink in which the silica content is higher than the main component content of the ceramic substrate, the upper layer is formed by firing the upper layer electrode ink in a portion of the electrode pad close to the bonding member and the brazing material. An electrode pad is formed. And since precipitation of an adhesion promoting component can be suppressed by the silica contained in the ink for the upper layer electrode, it is possible to suppress the adhesion promoting component from being deposited on the surface of the joining portion made of the brazing material.

なお、2層からなる電極パッドにおけるシリカの含有量は、上層電極用インクのみでの含有量として計算するのではなく、下層電極用インクと上層電極用インクとを合計したときの含有量として計算する。例えば、2層からなる電極パッドにおけるシリカの含有量を2〜13重量%の範囲内とする場合には、下層電極用インクと上層電極用インクとを合計した電極用インクのうち、主体材料、セラミック基体の主成分、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量を2〜13重量%の範囲内に調整することになる。   Note that the silica content in the two-layer electrode pad is not calculated as the content of the upper electrode ink alone, but as the total content of the lower electrode ink and the upper electrode ink. To do. For example, when the content of silica in the electrode pad composed of two layers is in the range of 2 to 13% by weight, the main material among the electrode inks obtained by summing the lower layer electrode ink and the upper layer electrode ink, When the total weight of the main component of the ceramic substrate and silica is 100 parts by weight, the content of silica is adjusted within the range of 2 to 13% by weight.

以下に、本発明を適用した実施形態を図面と共に説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
In addition, this invention is not limited to the following embodiment at all, and it cannot be overemphasized that various forms may be taken as long as it belongs to the technical scope of this invention.

本発明を具体化したセラミックヒータおよびセラミックヒータ製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態のセラミックヒータは、センサ素子を活性化温度まで加熱するための用途などに用いることができる。また、加熱対象のセンサ素子としては、自動車や各種内燃機関における各種制御(例えば、空燃比フィードバック制御など)に使用するために、測定対象ガス(排ガス)中の特定ガス(酸素)を検出するガスセンサ素子などが挙げられる。
Embodiments of a ceramic heater and a ceramic heater manufacturing method embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the ceramic heater of this embodiment can be used for the use etc. for heating a sensor element to activation temperature. In addition, as a sensor element to be heated, a gas sensor that detects a specific gas (oxygen) in a measurement target gas (exhaust gas) for use in various controls (for example, air-fuel ratio feedback control) in an automobile or various internal combustion engines. An element etc. are mentioned.

まず、図1,図2を参照して、セラミックヒータ100の構造について説明する。
図1は、セラミックヒータ100の外観を表した斜視図である。図2は、セラミックヒータ100の内部構成を表した分解斜視図である。
First, the structure of the ceramic heater 100 will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the ceramic heater 100. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the ceramic heater 100.

図1に示すように、セラミックヒータ100は、丸棒状(略円柱形状)に構成されており、有底筒状をなすセンサ素子(図示省略)に内挿されてセンサ素子を加熱するためのものである。なお、このセンサ素子は、有底筒状をなす固体電解質管の内外面それぞれに電極層が形成されて構成されている。   As shown in FIG. 1, the ceramic heater 100 is configured in a round bar shape (substantially cylindrical shape), and is inserted into a bottomed cylindrical sensor element (not shown) to heat the sensor element. It is. The sensor element is configured by forming electrode layers on the inner and outer surfaces of a solid electrolyte tube having a bottomed cylindrical shape.

なお、本実施形態のセラミックヒータ100においては、長手方向の両端部のうち、発熱部分を備える側(後述する発熱部142が形成される側)を「先端側」とし、これと反対側の端部を「後端側」として説明する。   In the ceramic heater 100 of the present embodiment, of the both ends in the longitudinal direction, the side provided with the heat generating portion (the side where the heat generating portion 142 described later is formed) is referred to as the “tip side”, and the opposite end The part is described as “rear end side”.

セラミックヒータ100は、発熱抵抗体141を有するセラミック基体102と、セラミック基体102より露出されるとともに発熱抵抗体141に通電するための電極パッド121と、融点が900℃以上である導電性のロウ材により電極パッド121に接合される接合部材130と、を備えている。   The ceramic heater 100 includes a ceramic base 102 having a heating resistor 141, an electrode pad 121 exposed from the ceramic base 102 and energizing the heating resistor 141, and a conductive brazing material having a melting point of 900 ° C. or higher. And a joining member 130 joined to the electrode pad 121.

セラミックヒータ100は、セラミック基体102の後端側に設けられた電極部120を介して電源装置から発熱抵抗体141に対して通電されることで、発熱抵抗体141が発熱する構成である。なお、発熱抵抗体141のうち発熱する部分(後述する発熱部142(図2参照))は、セラミック基体102の先端側に配置されている。つまり、セラミックヒータ100は、セラミック基体102のうち先端側の加熱部110が発熱することで、加熱対象物(センサ素子など)を加熱するよう構成されている。   The ceramic heater 100 has a configuration in which the heat generating resistor 141 generates heat by energizing the heat generating resistor 141 from the power supply device via the electrode portion 120 provided on the rear end side of the ceramic base 102. A portion of the heat generating resistor 141 that generates heat (a heat generating portion 142 (see FIG. 2) described later) is disposed on the tip side of the ceramic substrate 102. That is, the ceramic heater 100 is configured to heat an object to be heated (such as a sensor element) when the heating unit 110 on the distal end side of the ceramic base 102 generates heat.

図2に示すように、セラミックヒータ100は、丸棒状のアルミナセラミック製の碍管101の外周に絶縁性の高いアルミナセラミック製のグリーンシート140,146が巻き付けられ、これが焼成されることによって製造される。   As shown in FIG. 2, the ceramic heater 100 is manufactured by winding green sheets 140 and 146 made of alumina ceramic with high insulating properties around the outer periphery of a round rod-like alumina ceramic tube 101 and firing them. .

グリーンシート140の上には、ヒートパターンとしてのタングステン系の材料を主体とする発熱抵抗体141が形成されている。発熱抵抗体141は、加熱部110(図1参照)に相当する位置に形成される発熱部142と、発熱部142の両端のそれぞれに接続される一対のリード部143と、を備えて構成される。   On the green sheet 140, a heating resistor 141 mainly composed of a tungsten-based material as a heat pattern is formed. The heating resistor 141 includes a heating part 142 formed at a position corresponding to the heating part 110 (see FIG. 1), and a pair of lead parts 143 connected to both ends of the heating part 142. The

また、グリーンシート140の後端側には、2個のスルーホール144が穿設されている。一対のリード部143は、2個のスルーホール144を介して、セラミックヒータ100の外表面上に形成される2つの電極パッド121と電気的に接続される。   In addition, two through holes 144 are formed on the rear end side of the green sheet 140. The pair of lead portions 143 are electrically connected to the two electrode pads 121 formed on the outer surface of the ceramic heater 100 through the two through holes 144.

また、グリーンシート146は、グリーンシート140のうち発熱抵抗体141が形成される側の面に圧着されるシートである。
グリーンシート146のうち圧着面とは反対側の表面にアルミナペーストが塗布され、この塗布面を内側にしてグリーンシート140,146が碍管101に巻き付けられて外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミックヒータとして形成される。
The green sheet 146 is a sheet that is pressure-bonded to the surface of the green sheet 140 on which the heat generating resistor 141 is formed.
Alumina paste is applied to the surface of the green sheet 146 opposite to the pressure-bonding surface, and the green sheet 140, 146 is wound around the tub tube 101 with this coating surface inside and pressed inward from the outer periphery, A ceramic heater molded body is formed. Thereafter, the ceramic heater molded body is fired to form a ceramic heater.

なお、セラミックヒータ100を構成するセラミック部品としての碍管101と、グリーンシート140,146とが、本発明における「セラミック基体」に相当する。
次に、図1および図2に示すように、セラミックヒータ100の電極部120には、陽極側および陰極側となる2つの電極パッド121が形成されている。この電極パッド121は、上記した2つのスルーホール144(図2参照)に対応するグリーンシート140の外面の位置に2ヶ所、それぞれ設けられている。発熱抵抗体141のリード部143との導通は、スルーホール144の内部に充填される導電性ペーストを介して行われる。なお、電極パッド121の表面には、後述するメッキによる金属層(図3に示すニッケルメッキ膜122)が形成される。
Note that the soot tube 101 as the ceramic parts constituting the ceramic heater 100 and the green sheets 140 and 146 correspond to the “ceramic substrate” in the present invention.
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, two electrode pads 121 on the anode side and the cathode side are formed on the electrode portion 120 of the ceramic heater 100. The electrode pads 121 are provided at two positions on the outer surface of the green sheet 140 corresponding to the two through holes 144 (see FIG. 2). The conduction between the heat generating resistor 141 and the lead portion 143 is performed through a conductive paste filled in the through hole 144. A metal layer (nickel plating film 122 shown in FIG. 3) by plating, which will be described later, is formed on the surface of the electrode pad 121.

また、セラミックヒータ100においては、接合部材130の接合部133が、銅を主体とするロウ材124を用いて電極パッド121にロウ付けされている。
接合部材130は、ニッケル部材からなり、平板状に切り出されたカシメ部135と、そのカシメ部135の先端から延設された接続部134と、を備えて構成される。
Further, in the ceramic heater 100, the joining portion 133 of the joining member 130 is brazed to the electrode pad 121 using a brazing material 124 mainly composed of copper.
The joining member 130 is made of a nickel member, and includes a crimping part 135 cut out in a flat plate shape and a connection part 134 extending from the tip of the crimping part 135.

接続部134の先端部分は、厚み方向に段状に折り曲げられて、接合部133として形成されている。また、接合部材130は、接続部134とカシメ部135との間にて、接続部134の長手方向を軸として略直角にひねるようにねじ曲げられている。   The distal end portion of the connection portion 134 is bent in a step shape in the thickness direction, and is formed as a joint portion 133. Further, the joining member 130 is twisted between the connection portion 134 and the crimping portion 135 so as to be twisted at a substantially right angle with the longitudinal direction of the connection portion 134 as an axis.

そして、接合部材130は、カシメ部135に図示しない外部回路接続用のリード線などがカシメ固定されることで、リード線などを介して外部回路(外部電源装置)との導通が図られる。   The joining member 130 is connected to an external circuit (external power supply device) via the lead wire or the like by fixing a lead wire or the like for connecting an external circuit (not shown) to the caulking portion 135.

このような形状に構成される2つの接合部材130は、2つの電極パッド121のそれぞれに接合されて、セラミックヒータ100に電圧を印加する際の陽極側端子および陰極側端子として機能する。   The two joining members 130 configured in such a shape are joined to each of the two electrode pads 121 and function as an anode side terminal and a cathode side terminal when a voltage is applied to the ceramic heater 100.

次に、図3を参照して、電極部120の構造について説明する。
なお、電極部120のうちロウ材124が、特許請求の範囲における接合部分に相当する。
Next, the structure of the electrode unit 120 will be described with reference to FIG.
Note that the brazing material 124 in the electrode portion 120 corresponds to a joint portion in the claims.

図3は、図1に示すセラミックヒータ100のうち、一点鎖線A−A’にて矢視方向からみた電極部120の周囲部分における部分断面図である。なお、図3において、接合部材130からセラミックヒータ100の中心軸に向かう方向(図中紙面下方向)を下方向として、また、中心軸より離れる方向(図中紙面上方向)を上方向として説明する。   FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the ceramic heater 100 shown in FIG. 1 in the peripheral portion of the electrode portion 120 as viewed in the direction of the arrow along the one-dot chain line A-A ′. In FIG. 3, the direction from the joining member 130 toward the central axis of the ceramic heater 100 (downward on the paper surface in the drawing) is defined as the downward direction, and the direction away from the central axis (upward on the paper surface in the drawing) is described as the upward direction. To do.

図3に示すように、電極部120に形成された電極パッド121は、碍管101の外周に巻かれたグリーンシート140の外面(図3における上側の面)に形成され、スルーホール144を介してグリーンシート140の内面(図3における下側の面)に形成されている発熱抵抗体141のリード部143と導通されている。   As shown in FIG. 3, the electrode pad 121 formed on the electrode portion 120 is formed on the outer surface (upper surface in FIG. 3) of the green sheet 140 wound around the outer periphery of the soot tube 101, and through the through hole 144. The green sheet 140 is electrically connected to the lead portion 143 of the heating resistor 141 formed on the inner surface (the lower surface in FIG. 3).

この電極パッド121は、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種類以上の元素からなる主体材料を80重量%以上含むパッド状の金属層である。タングステンやモリブデンは、銅系のロウ材124との接合性がよく、また、融点が高く耐熱性に優れているので、電極パッド121の組成として好適である。   The electrode pad 121 is a pad-like metal layer containing 80% by weight or more of a main material composed of at least one element selected from tungsten and molybdenum. Tungsten and molybdenum are suitable for the composition of the electrode pad 121 because they have good bonding properties to the copper brazing material 124 and have a high melting point and excellent heat resistance.

接合部材130は、ニッケルを90重量%以上含むニッケル部材からなる。
接合部材130は、図3に示したように、ロウ材124により電極パッド121に接合されている。そして、ロウ材124により互いに接合された接合部材130および電極パッド121の上に、さらに、ニッケルによるメッキが施されることで金属層としてのニッケルメッキ膜125が形成されており、電極部120の酸化による腐食が防止されている。なお、ニッケルメッキ膜125は、特許請求の範囲における表面メッキ層に相当している。
The joining member 130 is made of a nickel member containing 90% by weight or more of nickel.
As shown in FIG. 3, the bonding member 130 is bonded to the electrode pad 121 by the brazing material 124. Further, a nickel plating film 125 as a metal layer is formed on the bonding member 130 and the electrode pad 121 bonded to each other by the brazing material 124, so that a nickel plating film 125 is formed as a metal layer. Corrosion due to oxidation is prevented. The nickel plating film 125 corresponds to the surface plating layer in the claims.

そして、電極パッド121と接合部材130とを接合するロウ材124は、50重量%を上回る量の銅が含有されている。なお、本実施形態では、銅100重量%のロウ材124を用いて、電極パッド121と接合部材130とをロウ付けしている。   The brazing material 124 that joins the electrode pad 121 and the joining member 130 contains copper in an amount exceeding 50% by weight. In the present embodiment, the electrode pad 121 and the bonding member 130 are brazed using a brazing material 124 of 100% by weight of copper.

なお、ロウ付け時には、電極パッド121の上に設けたニッケルメッキ膜122のニッケル成分が、ロウ材124へ拡散することになる。
つまり、本実施形態のセラミックヒータ100においては、図3に示すように、ロウ付け前におけるニッケルメッキ膜122は、ロウ材124との境界部分が一点鎖線123で示す輪郭形状を示す。そして、ロウ付け後においては、ニッケルメッキ膜122の一部がロウ材124へ拡散して溶け込んだ形態となり、ニッケルメッキ膜122およびロウ材124は、一体化した状態で形成される。
At the time of brazing, the nickel component of the nickel plating film 122 provided on the electrode pad 121 diffuses into the brazing material 124.
That is, in the ceramic heater 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the nickel plating film 122 before brazing has a contour shape indicated by a dashed line 123 at the boundary portion with the brazing material 124. After brazing, a part of the nickel plating film 122 is diffused and melted into the brazing material 124, and the nickel plating film 122 and the brazing material 124 are formed in an integrated state.

次に、本実施形態のセラミックヒータの製造方法について説明する。
まず、グリーンシート140に対して、発熱抵抗体141および電極パッド121となる金属抵抗体インク(メタライズインク)を所定のパターン形状に塗布(印刷)し、且つ、スルーホール144の内部にメタライズインク(または、導電性ペースト)を充填する処理を実行する。次に、グリーンシート140にグリーンシート146を圧着し、グリーンシート140およびグリーンシート146を碍管101に巻き付けて、セラミックヒータ成形体を形成する処理を実行する。続いて、このセラミックヒータ成形体を焼成することで、グリーンシート140,146および碍管101が一体となったセラミック基体102を形成する処理を実行する。
Next, the manufacturing method of the ceramic heater of this embodiment is demonstrated.
First, a metal resistor ink (metalized ink) to be the heating resistor 141 and the electrode pad 121 is applied (printed) to the green sheet 140 in a predetermined pattern shape, and the metalized ink ( Alternatively, a process of filling the conductive paste) is performed. Next, the green sheet 146 is pressure-bonded to the green sheet 140, and the green sheet 140 and the green sheet 146 are wound around the soot tube 101 to form a ceramic heater molded body. Subsequently, the ceramic heater molded body is fired to execute a process of forming the ceramic base body 102 in which the green sheets 140 and 146 and the soot tube 101 are integrated.

ここまでの処理は、発熱抵抗体141が形成されるセラミック基体102に対して、金属抵抗体インク(メタライズインク)を塗布して電極パッド121を形成する電極パッド形成工程に相当する。   The processing so far corresponds to an electrode pad forming step in which the electrode pad 121 is formed by applying metal resistor ink (metallized ink) to the ceramic substrate 102 on which the heating resistor 141 is formed.

続いて、電極パッド121を覆うニッケルメッキ膜122を形成するメッキ形成処理を実施する(メッキ形成工程)。
次に、ニッケルメッキ膜122の上に、ロウ材124および接合部材130を互いに接触するように配置する。そして、この状態で900℃以上に加熱してロウ材124を溶融させることで、接合部材130と電極パッド121とをロウ付けにより接合する処理を実行する(接合工程)。
Subsequently, a plating formation process for forming a nickel plating film 122 covering the electrode pads 121 is performed (plating formation step).
Next, the brazing material 124 and the joining member 130 are arranged on the nickel plating film 122 so as to contact each other. And in this state, it heats to 900 degreeC or more and fuse | melts the brazing material 124, The process which joins the joining member 130 and the electrode pad 121 by brazing is performed (joining process).

この接合工程では、ロウ材124とニッケルメッキ膜122のうち一点鎖線で囲んだ領域123とが固溶化して、ニッケルメッキ膜122のうち一点鎖線で囲んだ領域123がロウ材124の中に溶け込む現象が生じる。   In this joining step, the brazing material 124 and the region 123 surrounded by the alternate long and short dash line in the nickel plating film 122 are solidified, and the region 123 surrounded by the alternate long and short dash line in the nickel plating film 122 melts into the brazing material 124. A phenomenon occurs.

そして、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)を覆うように、無電解メッキ法によりニッケルメッキを施して、ニッケルメッキ膜125を形成する処理を実行する。これにより、電極部120のうち電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)は、ニッケルメッキ膜125によって、酸化等による腐食から保護される。   Then, a nickel plating film 125 is formed by performing nickel plating by an electroless plating method so as to cover the bonding portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the bonding member 130. As a result, the electrode pad 121 and the bonding portion (the brazing portion) of the bonding member 130 in the electrode portion 120 are protected from corrosion due to oxidation or the like by the nickel plating film 125.

以上のような各工程を実行することにより、セラミックヒータ100を製造することができる。
次に、上記のように製造される本実施形態のセラミックヒータ100について、本発明の効果を確認するため、以下に説明する条件に基づき作製したセラミックヒータ100を用い、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態(アルミナの析出状態)および接合強度について評価を実施した。
The ceramic heater 100 can be manufactured by executing the above steps.
Next, in order to confirm the effect of the present invention for the ceramic heater 100 of the present embodiment manufactured as described above, the electrode pad 121 and the bonding member 130 are used by using the ceramic heater 100 manufactured based on the conditions described below. The surface state (alumina precipitation state) and the bonding strength at the bonding part (brazing part) were evaluated.

以下、図1〜図3を参照して説明する。
(a)まず、本実施形態において、図2に示す、グリーンシート140,146を、以下の方法で作製した。
Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
(A) First, in this embodiment, the green sheets 140 and 146 shown in FIG. 2 were produced by the following method.

アルミナ(Al23)粉末93重量%と、シリカ(SiO2 )粉末、酸化カルシウム(CaO)となる炭酸カルシウム(CaCO3 )粉末、および酸化マグネシウム(MgO)となる炭酸マグネシウム(MgCO3 )粉末からなる焼結助剤7重量%とを配合し、原料粉末を調整した。この原料粉末100重量部に対し、ポリブチルビニラール10重量部と、ジブチルフタレート5重量部と、メチルエチルケトンおよびトルエンを合計で70重量部と、をそれぞれ添加し、ボールミル(図示外)でスラリー状に混合した。その後、減圧脱泡し、ドクターブレード法によって厚さ0.2mmのグリーンシート140、および厚さ0.05mmのグリーンシート146の2枚のグリーンシートを作製した。 93% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) powder, silica (SiO 2 ) powder, calcium carbonate (CaCO 3 ) powder to be calcium oxide (CaO), and magnesium carbonate (MgCO 3 ) powder to be magnesium oxide (MgO) A raw material powder was prepared by blending 7% by weight of a sintering aid consisting of To 100 parts by weight of the raw material powder, 10 parts by weight of polybutyl vinylal, 5 parts by weight of dibutyl phthalate, and 70 parts by weight of methyl ethyl ketone and toluene are added, respectively, and are slurried with a ball mill (not shown). Mixed. Thereafter, degassing was performed under reduced pressure, and two green sheets of a green sheet 140 having a thickness of 0.2 mm and a green sheet 146 having a thickness of 0.05 mm were produced by a doctor blade method.

ついで、グリーンシート140には、所定の位置にスルーホール144を穿設した。なお、グリーンシート146は、厚さが0.05mmであるので非常に破れやすいため、グリーンシート140への圧着が終わるまでは搬送テープ(図示外)に貼り付けられた状態で取り扱われる。
(b)次に、グリーンシート140の上に発熱抵抗体141、電極パッド121を形成するための金属抵抗体インク(メタライズインク)を、以下の方法で作製した。
Next, a through hole 144 was formed in the green sheet 140 at a predetermined position. Since the green sheet 146 has a thickness of 0.05 mm and is very easy to break, the green sheet 146 is handled in a state of being attached to a transport tape (not shown) until the green sheet 140 is pressed.
(B) Next, a metal resistor ink (metallized ink) for forming the heating resistor 141 and the electrode pad 121 on the green sheet 140 was produced by the following method.

タングステン(W)粉末80重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末10重量%と、を配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部と、をそれぞれ添加し、ポット(図示外)でスラリー状に混合した。その後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより金属抵抗体インク(メタライズインク)を得た。 6 parts by weight of a resinous binder and 100 parts by weight of acetone with respect to 100 parts by weight of raw material powder in which 80% by weight of tungsten (W) powder, 10% by weight of alumina powder and 10% by weight of silica (SiO 2 ) powder are blended. Part by weight and 70 parts by weight of butyl carbitol were added and mixed in a slurry in a pot (not shown). Thereafter, degassing was performed under reduced pressure, and acetone was evaporated to obtain a metal resistor ink (metalized ink).

なお、金属抵抗体インク(メタライズインク)に含まれるアルミナは、電極パッド121とセラミック基体102との密着性を向上させるための密着促進成分として用いられており、セラミック基体102(詳細には、グリーンシート140、146)の主成分と同一成分である。また、アルミナは、絶縁性材料である。
(c)次いで、以下のように、グリーンシート140の上に発熱抵抗体141および電極パッド121を形成した。
Alumina contained in the metal resistor ink (metallized ink) is used as an adhesion promoting component for improving the adhesion between the electrode pad 121 and the ceramic substrate 102, and the ceramic substrate 102 (more specifically, green It is the same component as the main component of the sheets 140, 146). Alumina is an insulating material.
(C) Next, the heating resistor 141 and the electrode pad 121 were formed on the green sheet 140 as follows.

グリーンシート140の一方の面に、前述のようにあらかじめ調整されたタングステン系の金属抵抗体インク(メタライズインク)を厚膜印刷法により25μmの厚さに印刷した。すなわち、焼成されて発熱抵抗体141を構成することとなる発熱部142、リード部143の各パターンをグリーンシート140上に形成した。その後、グリーンシート140の他方の面の所定位置に、上記のメタライズインクを使用して、厚膜印刷法により2つの電極パッド121を形成した。さらに、各リード部143と各電極パッド121とが各々電気的に接続されるように、スルーホール144の内部にメタライズインクを充填した。
(d)そして、以下のようにして、セラミックヒータ成形体を作製した。
A tungsten-based metal resistor ink (metallized ink) prepared in advance as described above was printed on one surface of the green sheet 140 to a thickness of 25 μm by a thick film printing method. That is, each pattern of the heat generating part 142 and the lead part 143 that are fired to form the heat generating resistor 141 was formed on the green sheet 140. Thereafter, two electrode pads 121 were formed at a predetermined position on the other surface of the green sheet 140 by using the above metallized ink by a thick film printing method. Further, metallized ink was filled in the through hole 144 so that each lead portion 143 and each electrode pad 121 were electrically connected.
(D) And the ceramic heater molded object was produced as follows.

グリーンシート140のうち発熱抵抗体141が形成された側の面上に、グリーンシート146の搬送テープが貼り付けられていない側の面を圧着した。圧着後、搬送テープを剥がし、その搬送テープが剥がされたグリーンシート146の面にアルミナペースト(共素地)を塗布した。ついで、この塗布面を碍管101の側として、互いに圧着されたグリーンシート140,146を碍管101に巻き付け、外周から内向きに押圧することによりセラミックヒータ成形体を作製した。
(e)次に、以下のように、セラミックヒータ成形体の焼成を行った。
On the surface of the green sheet 140 where the heating resistor 141 is formed, the surface of the green sheet 146 on which the conveyance tape is not attached is pressure-bonded. After pressure bonding, the transport tape was peeled off, and an alumina paste (community base) was applied to the surface of the green sheet 146 from which the transport tape was peeled off. Next, with the coated surface as the side of the soot tube 101, green sheets 140 and 146, which were pressure-bonded to each other, were wound around the soot tube 101 and pressed inward from the outer periphery to produce a ceramic heater molded body.
(E) Next, the ceramic heater molded body was fired as follows.

上記の様にして得られたセラミックヒータ成形体を、250℃で6時間加熱して樹脂抜きを行い、その後、セラミックヒータ成形体を還元雰囲気下において、1550℃で5時間焼成した。これにより、心棒としての碍管101と、その外周を取り巻く層としてのグリーンシート146と、さらにその外周を取り巻く層として、発熱抵抗体141および電極パッド121が形成されたグリーンシート140とが一体として焼成されたセラミックヒータが得られた。
(f)さらに、以下のようにして、接合部材130のロウ付けを行い、セラミックヒータを完成させた。
The ceramic heater molded body obtained as described above was heated at 250 ° C. for 6 hours to remove the resin, and then the ceramic heater molded body was fired at 1550 ° C. for 5 hours in a reducing atmosphere. As a result, the rod 101 as a mandrel, the green sheet 146 as a layer surrounding the outer periphery thereof, and the green sheet 140 formed with the heating resistor 141 and the electrode pad 121 as a layer surrounding the outer periphery thereof are integrally fired. A ceramic heater was obtained.
(F) Further, the joining member 130 was brazed as follows to complete the ceramic heater.

図1,図3に示すように、まず、上記焼成されたセラミックヒータの電極パッド121の上にニッケルメッキを施し、厚さ2μmのニッケルメッキ膜122を形成した。その後、銅100重量%からなるロウ材124により接合部材130の接合部133を電極パッド121にロウ付けするため、窒素−水素雰囲気下において1100℃で6分間保持することにより、両者の接合を行い、セラミックヒータ100を作製した。   As shown in FIGS. 1 and 3, first, nickel plating was performed on the electrode pad 121 of the fired ceramic heater to form a nickel plating film 122 having a thickness of 2 μm. Thereafter, in order to braze the joint portion 133 of the joining member 130 to the electrode pad 121 with the brazing material 124 made of 100% by weight of copper, the two are joined by holding at 1100 ° C. for 6 minutes in a nitrogen-hydrogen atmosphere. A ceramic heater 100 was produced.

なお、本実施形態において、接合部材130は、ニッケル100重量%からなる材料を用いて形成した。また、接合部材130の厚み寸法は、0.3[mm]である。
次に、上記のように作製した本実施形態のセラミックヒータ100に関して、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態(アルミナの析出状態)に関する評価結果について説明する。
In the present embodiment, the joining member 130 is formed using a material composed of 100% by weight of nickel. Moreover, the thickness dimension of the joining member 130 is 0.3 [mm].
Next, regarding the ceramic heater 100 of the present embodiment manufactured as described above, the evaluation results regarding the surface state (alumina precipitation state) in the bonding portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the bonding member 130 will be described.

なお、比較例として、電極パッド121を形成するための金属抵抗体インク(メタライズインク)としてシリカを含まない金属抵抗体インクを用いて製造したセラミックヒータを用意した。そして、電極パッドおよび接合部材の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態について、本実施形態のセラミックヒータと比較例のセラミックヒータとを比較した。   As a comparative example, a ceramic heater manufactured using a metal resistor ink containing no silica as a metal resistor ink (metallized ink) for forming the electrode pad 121 was prepared. And the ceramic heater of this embodiment was compared with the ceramic heater of the comparative example about the surface state in the joining part (brazing part) of an electrode pad and a joining member.

なお、比較例のセラミックヒータの製造工程では、タングステン(W)粉末90重量%と、アルミナ粉末10重量%と、を配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部とを添加し、ポット(図示外)でスラリー状に混合した後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより金属抵抗体インク(メタライズインク)を得た。   In the manufacturing process of the ceramic heater of the comparative example, 6 parts by weight of a resin binder and acetone are added to 100 parts by weight of raw material powder in which 90% by weight of tungsten (W) powder and 10% by weight of alumina powder are blended. 100 parts by weight and 70 parts by weight of butyl carbitol were added, mixed in a slurry form in a pot (not shown), degassed under reduced pressure, and acetone was evaporated to obtain a metal resistor ink (metallized ink). It was.

図4に、本実施形態のセラミックヒータ100および比較例のセラミックヒータについて、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態を撮影した外観図を示す。   FIG. 4 is an external view of the ceramic heater 100 according to the present embodiment and the ceramic heater according to the comparative example, in which the surface state of the electrode pad 121 and the bonding portion (the brazing portion) of the bonding member 130 is photographed.

図4に示すように、比較例のセラミックヒータにおいては、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)に「アルミナの析出部分」(点線で囲んだ領域のうち濃色部分)が存在するのに対して、本実施形態のセラミックヒータ100においては、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)に「アルミナの析出部分」が存在しないことが判る。   As shown in FIG. 4, in the ceramic heater of the comparative example, the “alumina precipitation portion” (the dark colored portion of the region surrounded by the dotted line) is present at the joining portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the joining member 130. In contrast, in the ceramic heater 100 of the present embodiment, it can be seen that there is no “alumina precipitation portion” in the bonding portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the bonding member 130.

この評価結果によれば、電極パッド121を形成するための金属抵抗体インク(メタライズインク)としてシリカを含む金属抵抗体インク(メタライズインク)を用いることで、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)においてアルミナが析出するのを抑制できることが判る。   According to this evaluation result, the metal resistor ink (metallized ink) containing silica is used as the metal resistor ink (metallized ink) for forming the electrode pad 121, thereby joining the electrode pad 121 and the bonding member 130. It can be seen that it is possible to suppress the precipitation of alumina in the (brazed portion).

次に、上記のように製造される本実施形態のセラミックヒータ100に関して、金属抵抗体インク(メタライズインク)におけるシリカの添加量を変化させた場合において、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態(アルミナの析出状態)の評価結果、および接合部分(ロウ付け部分)における接合強度の評価結果について説明する。   Next, regarding the ceramic heater 100 of the present embodiment manufactured as described above, when the addition amount of silica in the metal resistor ink (metallized ink) is changed, the bonding portion of the electrode pad 121 and the bonding member 130 ( The evaluation result of the surface state (alumina precipitation state) in the brazing portion) and the evaluation result of the bonding strength in the joining portion (brazing portion) will be described.

なお、本評価では、金属抵抗体インクにおけるシリカ添加量が異なる5種類(シリカ添加量:2重量%、5重量%、10重量%、13重量%、15重量%)のセラミックヒータを用いた。このとき、金属抵抗体インクの原料粉末は、シリカ添加量の変化に伴い、アルミナ粉末の含有量を一定としつつ、タングステンの含有量を変更することで、各成分の含有量を調整している。例えば、シリカ添加量が2重量%の場合には、金属抵抗体インクの原料粉末として、タングステン(W)粉末88重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末2重量%と、を配合した原料粉末100重量部を用いており、また、シリカ添加量が15重量%の場合には、金属抵抗体インクの原料粉末として、タングステン(W)粉末75重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末15重量%と、を配合した原料粉末100重量部を用いる。 In this evaluation, five types of ceramic heaters (silica addition amount: 2 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 13 wt%, 15 wt%) having different silica addition amounts in the metal resistor ink were used. At this time, the raw material powder of the metal resistor ink adjusts the content of each component by changing the content of tungsten while keeping the content of alumina powder constant as the amount of silica added changes. . For example, when the addition amount of silica is 2% by weight, the raw material powder of the metal resistor ink is 88% by weight of tungsten (W) powder, 10% by weight of alumina powder, and 2% by weight of silica (SiO 2 ) powder. , And 100 parts by weight of a raw material powder, and when the amount of silica added is 15% by weight, the raw material powder of the metal resistor ink is 75% by weight of tungsten (W) powder and 10% of alumina powder. 100 parts by weight of raw material powder in which 10% by weight and 15% by weight of silica (SiO 2 ) powder are blended are used.

ここでの表面状態(アルミナの析出状態)の評価方法としては、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)にアルミナが析出しているか否かを目視により判定する評価方法を採用した。   As an evaluation method of the surface state (alumina precipitation state) here, an evaluation method is adopted in which it is visually determined whether or not alumina is deposited on the bonding portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the bonding member 130. did.

また、ここでの接合強度の評価方法としては、セラミックヒータ100を低温(室温:25℃)から高温(500℃)まで温度上昇させて、高温から低温まで温度低下させるまでを1サイクルとして、300サイクルにわたり温度変化を実行した後に、接合部材130に対して外力(50[N])を印加し、電極パッド121から接合部材130が剥がれるか否かに基づいて、接合強度を判定する評価方法を採用した。   In addition, as a method for evaluating the bonding strength here, the ceramic heater 100 is heated from a low temperature (room temperature: 25 ° C.) to a high temperature (500 ° C.), and from the high temperature to the low temperature is taken as one cycle, An evaluation method for determining the bonding strength based on whether or not the bonding member 130 is peeled off from the electrode pad 121 by applying an external force (50 [N]) to the bonding member 130 after performing a temperature change over a cycle. Adopted.

なお、上記評価においては、温度変化の1サイクルを10分間としており、このうち、低温から高温までの温度変化時間および高温状態維持時間の合計が5分に設定され、高温から低温までの温度変化時間および低温状態維持時間の合計が5分に設定されている。   In the above evaluation, one cycle of temperature change is 10 minutes, and among these, the total of the temperature change time from the low temperature to the high temperature and the high temperature state maintenance time is set to 5 minutes, and the temperature change from the high temperature to the low temperature The sum of the time and the low temperature maintenance time is set to 5 minutes.

そして、図5に、接合部分におけるアルミナの析出状態、および接合部分における接合強度の評価結果を示した説明図を示す。
なお、図5では、表面状態(アルミナの析出状態)の評価結果を「アルミナ析出抑制効果」の欄に記載しており、アルミナが析出していない場合には「○」を記載し、アルミナが析出している場合には「×」を記載している。また、図5では、接合強度の評価結果を「冷熱サイクル後の強度評価」の欄に記載しており、接合部材が剥がれない場合には「○」を記載し、接合部材が剥がれる場合には「×」を記載している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the precipitation state of alumina in the joint portion and the evaluation result of the joint strength in the joint portion.
In FIG. 5, the evaluation result of the surface state (alumina precipitation state) is described in the “alumina precipitation suppression effect” column. When alumina is not precipitated, “◯” is described. When it is precipitated, “×” is described. Moreover, in FIG. 5, the evaluation result of joining strength is described in the column of “strength evaluation after cooling cycle”, and “○” is described when the joining member does not peel off, and when the joining member peels off. “X” is described.

図5の評価結果によれば、シリカ添加量が、2重量%、5重量%、10重量%、13重量%である場合には、「アルミナ析出抑制効果」、「冷熱サイクル後の強度評価」ともに評価結果が「○」であることから、アルミナの析出を抑制できることが判り、冷熱サイクルを経過した後の接合強度も優れていることが判る。   According to the evaluation results of FIG. 5, when the silica addition amount is 2% by weight, 5% by weight, 10% by weight, and 13% by weight, “alumina precipitation suppression effect”, “strength evaluation after cooling cycle” In both cases, since the evaluation result is “◯”, it can be seen that the precipitation of alumina can be suppressed, and it can be seen that the bonding strength after the cooling cycle is excellent.

しかし、シリカ添加量が15重量%である場合には、「アルミナ析出抑制効果」は評価結果が「○」であるものの、「冷熱サイクル後の強度評価」の評価結果が「×」であることから、アルミナの析出は抑制できるものの、冷熱サイクルを経過した後の接合強度には難点があることが判る。   However, when the addition amount of silica is 15% by weight, the evaluation result of “strength evaluation after cooling cycle” is “×” although the evaluation result of “alumina precipitation suppression effect” is “◯”. From this, it can be seen that although the precipitation of alumina can be suppressed, there is a difficulty in the bonding strength after the cooling and heating cycle.

この評価結果によれば、金属抵抗体インクにおけるシリカ添加量を2重量%〜13重量%の範囲内に設定することで、アルミナの析出を抑制できるとともに、冷熱サイクルを経過した後の接合強度にも優れるセラミックヒータを製造できることが判る。   According to this evaluation result, by setting the addition amount of silica in the metal resistor ink within the range of 2 wt% to 13 wt%, it is possible to suppress the precipitation of alumina and to increase the bonding strength after passing the cooling cycle. It can be seen that an excellent ceramic heater can be manufactured.

なお、シリカ添加量が15重量%以上である場合には、焼成時にシリカが拡散することで電極部に内部空洞が多数形成されると考えられる。そして、このような多数の内部空洞が形成された電極部を備えるセラミックヒータは、温度変化が激しい環境下で長時間にわたり使用されると電極部の強度が低下してしまい、外力が印加された場合には、電極部とともに接合部材が剥がれてしまうと考えられる。   In addition, when silica addition amount is 15 weight% or more, it is thought that many internal cavities are formed in an electrode part because a silica diffuses at the time of baking. A ceramic heater having an electrode part in which a large number of internal cavities are formed is subjected to an external force because the strength of the electrode part decreases when used for a long time in an environment where the temperature change is severe. In this case, it is considered that the joining member is peeled off together with the electrode portion.

以上説明したように、本実施形態におけるセラミックヒータ100の製造方法においては、電極パッド121を形成する金属抵抗体インク(メタライズインク)がシリカを含んで構成されている。   As described above, in the method of manufacturing the ceramic heater 100 according to the present embodiment, the metal resistor ink (metallized ink) that forms the electrode pad 121 includes silica.

そして、図4に示す外観図から判るように、比較例(金属抵抗体インクがシリカを含まない場合)では、接合工程において金属抵抗体インクに含まれるアルミナ(密着促進成分)が接合部分の表面に析出するのに対して、本実施形態では、接合工程において金属抵抗体インクに含まれるアルミナが接合部分の表面に析出するのを抑制できる。   As can be seen from the external view shown in FIG. 4, in the comparative example (when the metal resistor ink does not contain silica), alumina (adhesion promoting component) contained in the metal resistor ink in the bonding step is the surface of the bonded portion. In the present embodiment, the alumina contained in the metal resistor ink can be prevented from precipitating on the surface of the joined portion.

上記のように、電極パッド121および接合部材130の接合部分(ロウ付け部分)の表面にアルミナが析出するのを抑制することで、導電性の接合部分に対してニッケルメッキ膜125(表面メッキ層)を形成するにあたり、ニッケルメッキ膜125の厚さ寸法が薄くなることを防止できる。また、このようにして形成されたニッケルメッキ膜125は、接合部分の表面にアルミナが析出しないことにより、接合部分との密着性が良好となり、ニッケルメッキ膜125が剥がれやすくなることを防止できる。   As described above, the nickel plating film 125 (surface plating layer) is formed on the conductive bonding portion by suppressing the deposition of alumina on the surface of the bonding portion (brazing portion) of the electrode pad 121 and the bonding member 130. ) Can be prevented from reducing the thickness of the nickel plating film 125. Further, the nickel plating film 125 formed in this way can prevent the nickel plating film 125 from being easily peeled off because the alumina does not precipitate on the surface of the bonding portion, thereby improving the adhesion with the bonding portion.

よって、本実施形態のセラミックヒータ製造方法によれば、電極パッド121と接合部材130との接合工程において高温(900℃以上)でのロウ付け作業を行う場合であっても、電極パッド121と接合部材130との接合部分の表面にアルミナが析出することを抑制できる。このため、本実施形態のセラミックヒータ製造方法によれば、接合部分に対するニッケルメッキ膜125の形成状態が不良になるのを防ぐことができる。   Therefore, according to the ceramic heater manufacturing method of the present embodiment, even when the brazing operation at a high temperature (900 ° C. or higher) is performed in the bonding process of the electrode pad 121 and the bonding member 130, the bonding to the electrode pad 121 is performed. Precipitation of alumina on the surface of the joint portion with the member 130 can be suppressed. For this reason, according to the ceramic heater manufacturing method of this embodiment, it can prevent that the formation state of the nickel plating film 125 with respect to a junction part becomes defective.

さらに、本実施形態で用いるロウ材124は、銅100重量%からなり、融点が900℃以上であることから、本実施形態のセラミックヒータ100は、高温環境下での使用や温度変化の激しい環境下での使用に適したものとなる。つまり、セラミックヒータ100は、高温環境下での耐久性(高温耐久性)や、温度変化に対する耐久性(冷熱サイクル耐久性)に優れている。   Furthermore, since the brazing material 124 used in the present embodiment is made of 100% by weight of copper and has a melting point of 900 ° C. or higher, the ceramic heater 100 of the present embodiment is used in a high temperature environment or in an environment where temperature changes are severe. Suitable for use below. That is, the ceramic heater 100 is excellent in durability under a high temperature environment (high temperature durability) and durability against temperature change (cooling cycle durability).

また、図5に示す評価結果によれば、上記のセラミックヒータ製造方法においては、金属抵抗体インクに含まれる成分のうち、タングステン、アルミナ、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量を2〜13重量%の範囲内に設定することが好ましい。   Further, according to the evaluation results shown in FIG. 5, in the above ceramic heater manufacturing method, when the total weight of tungsten, alumina and silica is 100 parts by weight among the components contained in the metal resistor ink, the silica heater The content of is preferably set in the range of 2 to 13% by weight.

つまり、図5の評価結果から判るとおり、シリカの含有量を少なくとも2%以上に設定することで、電極パッド121と接合部材130との接合部分の表面にアルミナが析出するのを抑制できる。よって、電極パッド121と接合部材130との接合部分におけるアルミナの析出を確実に抑制するためには、シリカの含有量を少なくとも2%以上に設定することが望ましい。   That is, as can be seen from the evaluation results in FIG. 5, by setting the silica content to at least 2% or more, it is possible to suppress the precipitation of alumina on the surface of the joint portion between the electrode pad 121 and the joint member 130. Therefore, in order to reliably suppress the precipitation of alumina at the joint portion between the electrode pad 121 and the joint member 130, it is desirable to set the silica content to at least 2% or more.

また、図5の評価結果から判るとおり、シリカの含有量を13%以下に設定することで、電極パッド121に多数の内部空洞が形成されるのを抑制でき、電極パッド121とセラミック基体102との接合強度が低下するのを抑制できる。   Further, as can be seen from the evaluation results of FIG. 5, by setting the silica content to 13% or less, it is possible to suppress the formation of a large number of internal cavities in the electrode pad 121, and the electrode pad 121, the ceramic substrate 102, It can suppress that the joint strength of this falls.

なお、上記実施形態においては、金属抵抗体インク(メタライズインク)が特許請求の範囲に記載の電極用インクに相当し、タングステンが主体材料に相当し、ニッケルメッキ膜125が表面メッキ層に相当している。   In the above embodiment, the metal resistor ink (metallized ink) corresponds to the electrode ink described in the claims, tungsten corresponds to the main material, and the nickel plating film 125 corresponds to the surface plating layer. ing.

また、グリーンシート140に対して発熱抵抗体141および電極パッド121となる金属抵抗体インクを塗布(印刷)し、グリーンシート140およびグリーンシート146を碍管101に巻き付けてなるセラミックヒータ成形体を焼成して、セラミック基体102を形成する処理を行う工程が電極パッド形成工程に相当する。   Further, a metal resistor ink to be the heating resistor 141 and the electrode pad 121 is applied (printed) to the green sheet 140, and the ceramic heater molded body in which the green sheet 140 and the green sheet 146 are wound around the soot tube 101 is fired. Thus, the process of forming the ceramic substrate 102 corresponds to the electrode pad forming process.

さらに、電極パッド121を覆うニッケルメッキ膜122を形成するメッキ形成処理を行う工程がメッキ形成工程に相当し、ニッケルメッキ膜122の上にロウ材124を配置し、その上に接合部材130を配置して、加熱してロウ材124を溶融させることで、接合部材130と電極パッド121とをロウ付けにより接合する処理を行う工程が接合工程に相当する。さらに、ロウ材124にニッケルメッキ膜125を形成する処理を行う工程が、表面メッキ層形成工程に相当する。   Further, the process of performing the plating process for forming the nickel plating film 122 covering the electrode pads 121 corresponds to the plating process, and the brazing material 124 is disposed on the nickel plating film 122 and the bonding member 130 is disposed thereon. The process of performing the process of joining the joining member 130 and the electrode pad 121 by brazing by heating and melting the brazing material 124 corresponds to the joining process. Further, the process of forming the nickel plating film 125 on the brazing material 124 corresponds to the surface plating layer forming process.

上記の実施形態(以下、第1実施形態)では、1層の電極パッドを備えるセラミックヒータおよびその製造方法について説明したが、電極パッドを形成するための電極用インク(金属抵抗体インク、メタライズインク)として、複数種類の電極用インクを用いて、多層構造の電極パッドを備えるセラミックヒータを製造することも可能である。   In the above-described embodiment (hereinafter referred to as the first embodiment), the ceramic heater including one electrode pad and the manufacturing method thereof have been described. However, the electrode ink (metal resistor ink, metalized ink) for forming the electrode pad is described. ), It is also possible to manufacture a ceramic heater having a multilayered electrode pad using a plurality of types of electrode ink.

そこで、第2実施形態として、多層構造の多層電極パッド151を備える第2セラミックヒータ150について説明する。図6に、多層電極パッド151を備える第2セラミックヒータ150の内部構成を表した分解斜視図を示す。   Therefore, as a second embodiment, a second ceramic heater 150 including a multilayer electrode pad 151 having a multilayer structure will be described. FIG. 6 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the second ceramic heater 150 including the multilayer electrode pad 151.

第2セラミックヒータ150は、発熱抵抗体141を有するセラミック基体102と、セラミック基体102より露出されるとともに発熱抵抗体141に通電するための多層電極パッド151と、融点が900℃以上である導電性のロウ材により電極パッド121に接合される接合部材(図示省略)と、を備えている。   The second ceramic heater 150 includes a ceramic base 102 having a heating resistor 141, a multilayer electrode pad 151 that is exposed from the ceramic base 102 and energizes the heating resistor 141, and has a melting point of 900 ° C. or higher. And a bonding member (not shown) bonded to the electrode pad 121 by the brazing material.

なお、第2セラミックヒータ150は、第1実施形態のセラミックヒータ100と比べて、電極パッドの構成が異なるが、その他の構成は同様であるため、異なる部分を中心に説明する。   The second ceramic heater 150 is different from the ceramic heater 100 of the first embodiment in the configuration of the electrode pads, but the other configurations are the same, and therefore, different parts will be mainly described.

多層電極パッド151は、下層電極パッド155および上層電極パッド153が積層された2層構造である。そして、多層電極パッド151は、グリーンシート140に面する側に下層電極パッド155が配置され、下層電極パッド155を覆うように上層電極パッド153が積層されて構成されている。   The multilayer electrode pad 151 has a two-layer structure in which a lower electrode pad 155 and an upper electrode pad 153 are stacked. The multilayer electrode pad 151 is configured such that the lower electrode pad 155 is disposed on the side facing the green sheet 140 and the upper electrode pad 153 is laminated so as to cover the lower electrode pad 155.

そして、多層電極パッド151を形成するための電極用インクとしては、セラミックの主成分(例えば、アルミナ)よりもシリカの含有量が小さい下層電極用インクと、セラミックの主成分(例えば、アルミナ)よりもシリカの含有量が大きい上層電極用インクと、を用いるのである。   As the electrode ink for forming the multilayer electrode pad 151, the lower layer electrode ink having a lower silica content than the ceramic main component (for example, alumina) and the ceramic main component (for example, alumina). Also, an ink for an upper electrode having a large silica content is used.

具体的には、タングステン(W)粉末85重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末5重量%と、を配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部と、をそれぞれ添加し、ポット(図示外)でスラリー状に混合した後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより下層電極用インクを生成する。また、タングステン(W)粉末75重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末15重量%と、を配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部と、をそれぞれ添加し、ポット(図示外)でスラリー状に混合した後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより上層電極用インクを生成する。 Specifically, 6 wt.% Of resin-based binder with respect to 100 wt. Parts of raw material powder containing 85 wt.% Of tungsten (W) powder, 10 wt.% Of alumina powder, and 5 wt.% Of silica (SiO 2 ) powder. Parts, 100 parts by weight of acetone, and 70 parts by weight of butyl carbitol are added, mixed in a slurry form in a pot (not shown), degassed under reduced pressure, and acetone is evaporated to evaporate the lower layer electrode. Is generated. Further, 6 parts by weight of a resin binder with respect to 100 parts by weight of a raw material powder containing 75% by weight of tungsten (W) powder, 10% by weight of alumina powder, and 15% by weight of silica (SiO 2 ) powder, 100 parts by weight of acetone and 70 parts by weight of butyl carbitol are added, mixed in a slurry form in a pot (not shown), degassed under reduced pressure, and acetone is evaporated to produce ink for the upper layer electrode. .

そして、電極パッド形成工程においては、下層電極用インクを塗布した後、下層電極用インクの上に上層電極用インクを重ねて塗布することで、2層からなる電極用インクを形成し、その後、焼成することにより、2層からなる電極パッドを形成するのである。   In the electrode pad forming step, after applying the lower layer electrode ink, the upper layer electrode ink is applied over the lower layer electrode ink to form a two-layer electrode ink, By firing, a two-layer electrode pad is formed.

このように、2種類の電極用インクを用いて、2層構造の多層電極パッド151を形成することで、下層電極用インクにより形成される下層電極パッド155とセラミック基体102(グリーンシート140)との接合状態を良好にすることができる。   In this way, by forming the multilayer electrode pad 151 having a two-layer structure using two types of electrode ink, the lower layer electrode pad 155 formed of the lower layer electrode ink, the ceramic substrate 102 (green sheet 140), and the like. The bonding state of can be improved.

また、2種類の電極用インクを用いて、2層構造の多層電極パッド151を形成することで、上層電極用インクにより形成される上層電極パッド153によって接合部分の表面にアルミナ(密着促進成分)が析出するのを抑制することができる。   Further, by forming a multilayer electrode pad 151 having a two-layer structure using two types of electrode ink, alumina (adhesion promoting component) is formed on the surface of the joint portion by the upper layer electrode pad 153 formed by the upper layer electrode ink. Can be prevented from precipitating.

なお、多層電極パッド151におけるシリカの含有量は、上層電極用インクのみでの含有量として計算するのではなく、下層電極用インクと上層電極用インクとを合計したときの含有量として計算する。つまり、第2実施形態においては、下層電極用インクと上層電極用インクとの合計した時の各成分の含有量は、タングステン(W)粉末160重量%(=85重量%+75重量%)、アルミナ粉末20重量%(=10重量%+10重量%)、シリカ(SiO2 )粉末20重量%(=5重量%+15重量%)になる。よって、第2実施形態の多層電極パッド151におけるシリカの含有量は、タングステン(W)粉末、アルミナ粉末、シリカ粉末を配合した原料粉末200重量部に対して、シリカ粉末20重量%になることから、原料粉末100重量部に対するシリカの含有量は10重量%となる。 The content of silica in the multilayer electrode pad 151 is not calculated as the content of the upper layer electrode ink alone, but as the total amount of the lower layer electrode ink and the upper layer electrode ink. That is, in the second embodiment, the content of each component when the ink for the lower layer electrode and the ink for the upper layer electrode are added is 160 wt% of tungsten (W) powder (= 85 wt% + 75 wt%), alumina It becomes 20% by weight of powder (= 10% by weight + 10% by weight) and 20% by weight of silica (SiO 2 ) powder (= 5% by weight + 15% by weight). Therefore, the content of silica in the multilayer electrode pad 151 of the second embodiment is 20% by weight of silica powder with respect to 200 parts by weight of raw material powder containing tungsten (W) powder, alumina powder, and silica powder. The content of silica with respect to 100 parts by weight of the raw material powder is 10% by weight.

また、例えば、2層からなる電極パッドにおけるシリカの含有量を2〜13重量%の範囲内とする場合には、下層電極用インクと上層電極用インクとを合計した電極用インクのうち、タングステン、アルミナ、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量を2〜13重量%の範囲内に調整することになる。   Further, for example, when the content of silica in the electrode pad composed of two layers is in the range of 2 to 13% by weight, tungsten among the electrode inks obtained by adding the lower layer electrode ink and the upper layer electrode ink together. When the total weight of alumina and silica is 100 parts by weight, the silica content is adjusted within the range of 2 to 13% by weight.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、ロウ材124は、銅100重量%からなるロウ材に限られず、銅および金からなるロウ材(銅−金ロウ)、銅および銀からなるロウ材(銅−銀ロウ)、銅およびインジウムからなるロウ材(銅−インジウムロウ)、銅およびチタンからなるロウ材(銅−チタンロウ)などを用いることができる。なお、銅−金ロウとしては、金の含有量を2〜45重量%とすることが望ましい。また、ロウ材としては、融点が900℃以上の導電性材料で構成されるロウ材を用いることができ、銅を主体とするロウ材には、融点が1050℃程度となるものがある。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various aspect can be taken.
For example, the brazing material 124 is not limited to a brazing material composed of 100% by weight of copper, but a brazing material composed of copper and gold (copper-gold brazing), a brazing material composed of copper and silver (copper-silver brazing), copper and indium. A brazing material (copper-indium brazing) made of copper, a brazing material made of copper and titanium (copper-titanium brazing), or the like can be used. In addition, as for a copper-gold brazing, it is desirable to make content of gold into 2-45 weight%. As the brazing material, a brazing material composed of a conductive material having a melting point of 900 ° C. or higher can be used, and some brazing materials mainly composed of copper have a melting point of about 1050 ° C.

また、金属抵抗体インク(メタライズインク)は、タングステン(W)粉末に代えて、モリブデン粉末を用いて構成してもよい。例えば、モリブデン(Mo)粉末80重量%と、アルミナ粉末10重量%と、シリカ(SiO2 )粉末10重量%と、を配合した原料粉末100重量部に対して、樹脂系バインダ6重量部と、アセトン100重量部と、ブチルカルビトール70重量部と、をそれぞれ添加し、ポット(図示外)でスラリー状に混合した。その後、減圧脱泡し、アセトンを蒸発させることにより金属抵抗体インク(メタライズインク)を得ることができる。 Further, the metal resistor ink (metallized ink) may be composed of molybdenum powder instead of tungsten (W) powder. For example, 6 parts by weight of a resin binder with respect to 100 parts by weight of a raw material powder in which 80% by weight of molybdenum (Mo) powder, 10% by weight of alumina powder, and 10% by weight of silica (SiO 2 ) powder are blended, 100 parts by weight of acetone and 70 parts by weight of butyl carbitol were added and mixed in a slurry in a pot (not shown). Thereafter, the metal resistor ink (metallized ink) can be obtained by degassing under reduced pressure and evaporating acetone.

また、接合部材130は、ニッケルを90重量%以上含むニッケル部材を用いて形成したが、ニッケル部材とSUS部材とを積層状にクラッドさせたクラッド材として構成しても良い。   Further, although the joining member 130 is formed using a nickel member containing 90% by weight or more of nickel, the joining member 130 may be configured as a clad material in which a nickel member and a SUS member are clad in a laminated form.

例えば、ニッケル90重量%以上を含むニッケル部材と、鉄を主成分とし、少なくともクロムおよび30重量%以下のニッケルを含有するSUS部材と、を用いて、接合部材を構成することができる。そして、SUS部材を電極パッド121の側に配置して、ロウ材124を用いて接合部材と電極パッド121とを接合することで、SUS部材に含有される鉄、クロム成分がロウ材124へ拡散することになる。このように鉄成分をロウ材124へ拡散させることで、ロウ材124の電極パッド121側に対するぬれ性を高めることができ、クロム成分をロウ材124へ拡散させることで、ロウ材124の耐腐食性を高めることができる。   For example, the joining member can be configured by using a nickel member containing 90% by weight or more of nickel and a SUS member containing iron as a main component and containing at least chromium and 30% by weight or less of nickel. Then, by disposing the SUS member on the electrode pad 121 side and joining the joining member and the electrode pad 121 using the brazing material 124, the iron and chromium components contained in the SUS member are diffused into the brazing material 124. Will do. By diffusing the iron component into the brazing material 124 in this manner, the wettability of the brazing material 124 with respect to the electrode pad 121 can be improved, and by diffusing the chromium component into the brazing material 124, the corrosion resistance of the brazing material 124 is improved. Can increase the sex.

また、スルーホール144の内部にメタライズインクを充填し、スルーホール144の内部に導電性ペーストを形成したが、スルーホール144の内壁にメタライズインクを塗布し、スルーホールの内壁に導電性ペーストを形成しても良い。   In addition, metallized ink was filled into the through hole 144 and a conductive paste was formed inside the through hole 144. However, a metalized ink was applied to the inner wall of the through hole 144, and a conductive paste was formed on the inner wall of the through hole 144. You may do it.

セラミックヒータの外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a ceramic heater. セラミックヒータの内部構成を表した分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the internal structure of the ceramic heater. 図1に示すセラミックヒータのうち、一点鎖線A−A’にて矢視方向からみた電極部の周囲部分における部分断面図である。It is a fragmentary sectional view in the circumference part of an electrode part seen from a direction of an arrow in dashed-dotted line A-A 'among ceramic heaters shown in FIG. 本実施形態のセラミックヒータおよび比較例のセラミックヒータについて、電極パッドおよび接合部材の接合部分(ロウ付け部分)における表面状態を撮影した外観図である。It is the external view which image | photographed the surface state in the junction part (brazing part) of an electrode pad and a joining member about the ceramic heater of this embodiment, and the ceramic heater of a comparative example. 接合部分におけるアルミナの析出状態、および接合部分における接合強度の評価結果を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the precipitation state of the alumina in a junction part, and the evaluation result of the joint strength in a junction part. 第2セラミックヒータの内部構成を表した分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the internal structure of the 2nd ceramic heater.

符号の説明Explanation of symbols

100…セラミックヒータ、101…碍管、102…セラミック基体、110…加熱部、120…電極部、121…電極パッド、122…ニッケルメッキ膜、124…ロウ材、125…ニッケルメッキ膜、130…接合部材、140…グリーンシート、141…発熱抵抗体、146…グリーンシート、150…第2セラミックヒータ、151…多層電極パッド、153…上層電極パッド、155…下層電極パッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Ceramic heater, 101 ... Steel pipe, 102 ... Ceramic base | substrate, 110 ... Heating part, 120 ... Electrode part, 121 ... Electrode pad, 122 ... Nickel plating film, 124 ... Brazing material, 125 ... Nickel plating film, 130 ... Joining member , 140 ... green sheet, 141 ... heating resistor, 146 ... green sheet, 150 ... second ceramic heater, 151 ... multilayer electrode pad, 153 ... upper electrode pad, 155 ... lower electrode pad.

Claims (3)

内部に発熱抵抗体を埋設してなる絶縁性のセラミック基体と、
前記セラミック基体より露出されるとともに前記発熱抵抗体に通電するための電極パッドと、
融点が900℃以上である導電性のロウ材により形成されてなる接合部分により前記電極パッドに接合される接合部材と、
を備えたセラミックヒータの製造方法であって、
前記発熱抵抗体が形成される前記セラミック基体に対して、タングステン、モリブデンから選ばれる少なくとも1種類以上の元素からなる主体材料を含むとともに前記セラミック基体の主成分を含む電極用インクを塗布し、かつ焼成して、前記電極パッドを形成する電極パッド形成工程と、
前記電極パッドの表面にメッキ層を形成するメッキ形成工程と、
前記メッキ層が形成された前記電極パッド上に前記ロウ材および前記接合部材を接触させた状態で配置し、加熱により前記ロウ材を溶融させることによって、前記電極パッドと前記接合部材との接合を行い、前記接合部分を形成する接合工程と、
少なくとも前記接合部分の表面に、耐腐食材料を含む表面メッキ層を形成する表面メッキ層形成工程と、
を有しており、
前記電極用インクは、シリカを含んで構成されること、
を特徴とするセラミックヒータ製造方法。
An insulating ceramic substrate having a heating resistor embedded therein;
An electrode pad that is exposed from the ceramic substrate and energizes the heating resistor;
A bonding member bonded to the electrode pad by a bonding portion formed of a conductive brazing material having a melting point of 900 ° C. or higher;
A method for producing a ceramic heater comprising:
Applying to the ceramic substrate on which the heating resistor is formed an electrode ink containing a main material composed of at least one element selected from tungsten and molybdenum and containing the main component of the ceramic substrate; and An electrode pad forming step of firing and forming the electrode pad;
A plating process for forming a plating layer on the surface of the electrode pad;
The brazing material and the joining member are arranged in contact with each other on the electrode pad on which the plating layer is formed, and the brazing material is melted by heating, thereby joining the electrode pad and the joining member. Performing a bonding step of forming the bonding portion;
A surface plating layer forming step of forming a surface plating layer containing a corrosion-resistant material on at least the surface of the joint portion;
Have
The electrode ink comprises silica.
A method for producing a ceramic heater.
前記電極用インクに含まれる成分のうち、前記主体材料、前記セラミック基体の主成分、シリカの合計重量を100重量部とした場合において、シリカの含有量は2〜13重量%であること、
を特徴とする請求項1に記載のセラミックヒータ製造方法。
Among the components contained in the electrode ink, when the total weight of the main material, the main component of the ceramic substrate, and silica is 100 parts by weight, the content of silica is 2 to 13% by weight,
The method for producing a ceramic heater according to claim 1.
前記電極パッド形成工程では、
前記電極用インクとして、前記セラミック基体の主成分よりもシリカの含有量が小さい下層電極用インクと、前記セラミックの主成分よりもシリカの含有量が大きい上層電極用インクと、を用いており、
前記下層電極用インクを塗布した後、前記上層電極用インクを塗布することで、2層からなる前記電極パッドを形成すること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックヒータ製造方法。
In the electrode pad forming step,
As the electrode ink, the lower layer electrode ink having a lower silica content than the main component of the ceramic substrate, and the upper layer electrode ink having a higher silica content than the ceramic main component, are used.
Forming the electrode pad comprising two layers by applying the ink for the upper layer electrode after applying the ink for the lower layer electrode;
The method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1, wherein:
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