JP2008053219A - セラミックヒータの製造方法,および,セラミックヒータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックヒータ100は、芯材101を中心に、第1セラミック層110,第2セラミック層120が巻きつけられている。第2セラミック層120の外表面(第1面)120aには、一対の電極パッド121a、121bが形成され、内表面(第2面)120bには、発熱部142およびリード部143a、143bが形成されている。そして、電極パッド121a、121bは、それぞれ、リード部143a、143bとビア導体145a〜145dを介して接続されている。ビア導体145a〜145bが充填される貫通孔144a〜144dは、第1面120aから第2面120bに向けて打ち抜き加工を行うことで形成され、第1面120aから第2面120bに拡径している。
【選択図】図4
Description
すなわち、貫通孔は、加工用の工具(パンチ)により、セラミックシートの表面から裏面に向かって打ち抜かれることにより形成される。このとき、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートの表面側は、工具の表面に合わせた平滑な面状に形成されるが、セラミックシートの裏面側では、その表面領域が工具により引っ張られて脱落することにより、貫通孔の内周面が平滑ではなくなることがある。
セラミックシートにおける第1面から第2面に向けて打ち抜き加工を行った場合には、上述のとおり、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第2面側が平滑でなくなるため、この領域における貫通孔の内周面とビア導体との密着力が弱くなる。これに対し、上述した製造方法では、このセラミックシートを、第2面側ではなく、第1面側が外側へ向くように(第1面側を外表面にして)芯材に巻き付ける。この場合、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第2面側では、セラミックシートが芯材に巻き付けられることに伴って、ビア導体に近づく方向への応力が発生する結果、密着力が向上する。なお、貫通孔の内周面のうち、セラミックシートにおける第1面側は、ビア導体から離れる方向の応力が加わることとなるが、この領域は、第2面側よりも密着力が強いため、貫通穴の内周面とビア導体との剥離が起こりにくい。したがって、上述した製造方法では、工具が最初に接触する面を内側にしてセラミックシートが芯材に巻き付けられた場合と比べて、クラックが発生する確率を大幅に低下させることができる。
そこで、本発明の請求項2のように、前記ビア導体は、前記貫通孔の前記第1面側を平滑な板で塞いだ状態で、該貫通孔の第2面側から前記導電性ペーストを充填して形成されることが好ましい。これにより、導電性ペーストのうち、少なくともセラミックシートにおける第1面側の露出面を平滑な面状とすることができる。導電性ペーストの第1面側露出面を平滑とすることにより、クラックの起点となる応力がなくなるため、芯材への巻きつけ時のクラック発生を防止できる。
なお、「接続端子の対向面」とは、第1断面において、電極パッドと対向している接続端子の面のことを指す。
(1)全体構成
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。
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。
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パッド121a近傍のセラミックヒータ100の軸線方向に垂直な部分拡大断面図である。他方、図4は、図1に示すセラミックヒータ100のうち、一点鎖線B−B’にて矢視方向からみた電極パッド121a近傍のセラミックヒータ100の軸線方向に沿った部分拡大断面図である。
次に、セラミックヒータ100の製造方法を図5,図6に基づいて説明する。
まず、第2セラミック層120に対し、第1面120aから第2面120bに向けて打ち抜き加工を行うことで(図5(a)参照)、貫通孔144aを形成する(他の貫通孔144b、144c、144dも同様であるため、説明は省略する)。つまり、打ち抜き加工用の工具(パンチ)1は、最初に第2セラミック層120における第1面120aと接触することとなる。
ここでは、第2セラミック層120のうち、表面粗度が大きい方の面を第1面として打ち抜き加工を行う。
例えば、スラリー状のセラミックを搬送テープにより搬送しつつ、このセラミックを搬送テープ表面と対向する位置に配置されたブレードとの隙間に通す、といった製法(ドクターブレード法)で第2セラミック層120を作製した場合であれば、搬送テープに接触していなかった側の面の方が、表面粗度が比較的大きい(たとえば、最大高さRyが2〜3μm)ため、この面を第1面とし、他方、搬送テープに接触していた面は、表面粗度が比較的小さい(たとえば、最大高さRyが1μm以下)ため、この面を第2面とする。
なお、この貫通孔144a周辺について、第1面側を電子顕微鏡で観察した様子を図7に示し、第2面側を電子顕微鏡で観察した様子を図8に示す。
ここでは、打ち抜き手順にて貫通孔144aを形成した第2セラミック層120を表裏反転させた後、第1面120aを平滑な板2に接触させ、貫通孔144aを塞いだ状態で、この第2セラミック層120における第2面120b側から、マスク3を介して貫通孔144に導電性ペースト5をスキージ4で押し込んで充填することにより、貫通孔144a内にビア導体145aを形成する(図6(a)、(b)、図2参照)。
このとき、貫通孔144aを平滑な板2が閉塞しているため、ビア導体145aの第1面120a側表面は、第2セラミック層120の第1面120aと同じ高さで,かつ,平滑な面状となる。
次に、第1セラミック層110と第2セラミック層120の積層体を、芯材101に巻き付けることで、円筒状の成形体とする(図6(f)。
そして、この成形体を焼成することにより、図1、図2に示されたセラミックヒータ100が得られる(図1参照)。
なお、こうして製造されたセラミックヒータ100につき、その長さ方向で切断した場合における断面を電子顕微鏡にて観察した様子を図9に示す。
なお、ここで用いたセラミックシートは、上述したドクターブレード法で作製したものであって、第1面の最大高さRyは2〜3μm、第2面の最大高さRyは1μm以下である。
[製造方法1]
打ち抜き手順においては、上記実施形態とは逆に、第2面から第1面へと向けて打ち抜き加工を行った。また、ビア導体形成手順においては、上記実施形態とは逆に、第2面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で、第1面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。
[製造方法2]
打ち抜き手順においては、上記実施形態と同様に、第1面から第2面へと向けて打ち抜き加工を行った。他方、ビア導体形成手順においては、上記製造方法1と同様に、第2面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で、第1面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。
[製造方法3]
打ち抜き手順においては、上記実施形態と同様に、第1面から第2面へと向けて打ち抜き加工を行った。他方、ビア導体形成手順においては、上記実施形態と同様に、第1面に平滑な板を接触させ、貫通孔を塞いだ状態で第2面側から導電性ペーストを貫通孔内へ押し込んで、貫通孔内にビア導体を形成した。
これは、セラミックシート(第2セラミック層)を芯材に巻き付けるときに発生する応力(引っ張り応力)によって、貫通孔を拡げる方向にセラミックシートが変形し、その変形に耐えきれなくなった領域が破損してクラックになったものと推測される(図11参照)。
・製造方法1:100%
・製造方法2: 20%
・製造方法3: 9%
なお、各製造方法に対する条件およびクラックの発生率を図12に示す。
この結果からは、まず、第2面側から打ち抜き加工を行った場合よりも、第1面側から打ち抜き加工を行った場合の方が、クラックの発生率が極端に低くなることがわかった。
また、第1面側からビア導体を充填した場合よりも、第2面側からビア導体を充填した場合の方が、クラックの発生率が低くなることがわかった。
101・・・芯材
102・・・セラミック基体
110・・・第1セラミック層
120・・・第2セラミック層(セラミックシート)
120a・・・外表面(第1面)
120b・・・内表面(第2面)
121a、102b・・・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
130a、130b・・・接続端子
133a、133b・・・接合部
142・・・発熱部
143a、143b・・・リード部
144a、144b、144c、144d・・・貫通孔
145a、145b、145b、144d・・・ビア導体
Claims (12)
- セラミックシートに対し、該セラミックシートにおける第1面から第2面に向けて打ち抜き加工を行うことで、該第1面から該第2面に向かって拡径する貫通孔を形成する工程と、
該貫通孔内に、導電性ペーストを充填して、ビア導体を形成する工程と、
前記第2面に、発熱体、および、該発熱体と前記ビア導体とを接続するリード部を形成する工程と、
前記第1面が外側に向くように、芯材に巻き付ける工程と、
を有することを特徴とするセラミックヒータの製造方法。 - 前記ビア導体は、前記貫通孔の前記第1面側を平滑な板で塞いだ状態で、該貫通孔の前記第2面側から前記導電性ペーストを充填して形成され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の製造方法。
- 前記セラミックシートは、前記第2面の方が前記第1面よりも表面粗度が小さいことを特徴とする請求項1または2に記載のセラミックヒータの製造方法。
- 軸線方向に延びる円柱状のセラミック層と、
該セラミック層を貫通する第1貫通孔と、
該第1貫通孔内に充填された第1ビア導体と、
前記セラミック層の外表面上に形成され、前記第1ビア導体と接続される電極パッドと、
前記セラミック層の内表面上に形成された発熱体と、
前記セラミック層の内表面上に形成され、前記発熱体と前記第1ビア導体とを接続するリード部と、
を有するセラミックヒータであって、
前記第1貫通孔の中心を通り前記軸線方向に沿った第1断面を見たときに、前記第1貫通孔は、前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径している
ことを特徴とするセラミックヒータ。 - 前記第1貫通孔の外表面の直径は、前記第1断面において、0.5mm以下となることを特徴とする請求項4に記載のセラミックヒータ。
- 前記第1貫通孔の外表面と内表面の径差は、前記第1断面において、0.1mm以上0.2mm以下であることを特徴とする請求項4または5に記載のセラミックヒータ。
- 前記第1貫通孔の中心を通り前記軸線方向に垂直な第2断面を見たときに、前記第1貫通孔は、前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径していることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
- 前記第2断面における前記第1貫通孔の外表面の直径は、前記第1断面における第1貫通孔の外表面の直径よりも大きく、かつ、0.5mm以下となることを特徴とする請求項7に記載のセラミックヒータ。
- 前記第2断面における前記第1貫通孔の外表面と内表面の径差は、0.1mm以上であり、かつ、前記第1断面における前記第1貫通孔の外表面と内表面と径差よりも小さいことを特徴とする請求項7または8に記載のセラミックヒータ。
- 前記電極パッドに対向する対向面を備えた接続端子と、
前記セラミック層を貫通し、前記第1断面において前記セラミック層の外表面から内表面に向かって拡径する第2貫通孔と、
前記第2貫通孔内に充填され、前記電極パッドと前記リード部とを接続する第2ビア導体と、を備え、
前記接続端子の対向面は、前記第1貫通孔の中心および前記第2貫通孔の中心の間に配置されていることを特徴とする請求項4乃至9のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。 - 前記第1貫通孔の中心と前記第2貫通孔の中心との間の距離は、1mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項10に記載のセラミックヒータ。
- 前記セラミック層の前記軸線方向に垂直断面における外径は、2.5mm〜3.0mmであることを特徴とする請求項4乃至11のいずれか一項に記載のセラミックヒータ。
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