JP2011192473A - Ceramic heater and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater which prevents the deterioration of a resistance heating material and suppresses the detachment of the electrode pad from a ceramic substrate without deteriorating adhesiveness between an electrode pad and a metal plating. <P>SOLUTION: The ceramic heater includes: a ceramic substrate 11 composed of ceramic; a heating portion which is arranged in the ceramic substrate 11 and in which the resistance heating material is buried; a drawing portion which is arranged in the ceramic substrate 11 and electrically connected to the heating portion; an electrode pad 18 which is arranged on a surface of the ceramic substrate 11 and connected to the drawing portion; and a metal plating 19 which is arranged on a surface of the electrode pad 18, in which a content of an oxide of Mg in the ceramic is 0.01-0.2 wt.% on an MgO basis; the electrode pad 18 is composed of ceramic; a content of the ceramic in the electrode pad 18 is 1-45 vol.%; and a thicknesses of the electrode pad 18 is 15 μm or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、セラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic heater and a method for manufacturing the ceramic heater.

セラミックヒーターは、セラミックスからなるセラミック基体と、セラミック基体内に設けられた、抵抗発熱材が埋設された発熱部と、セラミック基体内に設けられ、発熱部と電気的に接続された引き出し部と、セラミック基体の表面に設けられ、引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、を備える。セラミックヒーターは、排ガスの濃度検知器(酸素センサ)、半田ごて、石油ファンヒーター等の石油気化器用熱源、温水加熱ヒーター等の産業機器、電子部品、その他一般家庭用機器等に利用されている。   The ceramic heater includes a ceramic base made of ceramic, a heat generating part provided in the ceramic base and embedded with a resistance heating material, a lead part provided in the ceramic base and electrically connected to the heat generating part, An electrode pad provided on the surface of the ceramic substrate and electrically connected to the lead portion. Ceramic heaters are used in exhaust gas concentration detectors (oxygen sensors), soldering irons, heat sources for oil vaporizers such as oil fan heaters, industrial equipment such as hot water heaters, electronic components, and other general household equipment. .

例えば、特許文献1には、所定の含有量で酸化物を含有するアルミナを基体とする焼結材料を用いたセラミックヒーターが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a ceramic heater using a sintered material based on alumina containing an oxide with a predetermined content.

特許3921327号公報Japanese Patent No. 3921327

しかしながら、特許文献1等に記載の従来のセラミックヒーターは、長時間継続して高温で使用すると抵抗発熱材が劣化して電気抵抗値が増大することがあり、耐久性が不十分であることが問題となっている。このような抵抗発熱材の劣化の原因としては、抵抗発熱材あるいはセラミック基体の構成成分が高温下での通電により電気化学的な拡散現象、いわゆるエレクトロマイグレーション(以下、単に「マイグレーション」という)を起こすことが挙げられている。   However, the conventional ceramic heater described in Patent Document 1 and the like may be insufficient in durability because the resistance heating material may deteriorate and the electrical resistance value may increase when used at a high temperature for a long time. It is a problem. The cause of the deterioration of the resistance heating material is that the components of the resistance heating material or the ceramic substrate cause an electrochemical diffusion phenomenon, so-called electromigration (hereinafter, simply referred to as “migration”) when energized at a high temperature. It is mentioned.

例えば、抵抗発熱材の構成成分がマイグレーションによりセラミック基体中に拡散流出すると、その流出部分で抵抗発熱材が消耗し、過昇温・断線に至ることもある。また、焼結助剤成分として添加されるMgOやCaO等の金属酸化物成分は、セラミック基体中ではガラス相の形で存在するが、これに含有される金属イオンないし酸素イオンもマイグレーションを起こしやすい。例えば抵抗発熱材の主要成分がWである場合には、マイグレーションにより移動する酸素イオンにより酸化され、同様に抵抗値増大や断線等の問題を引き起こすことがある。   For example, if the component of the resistance heating material diffuses and flows out into the ceramic substrate due to migration, the resistance heating material may be consumed at the outflow portion, resulting in excessive temperature rise or disconnection. Further, metal oxide components such as MgO and CaO added as a sintering aid component exist in the form of a glass phase in the ceramic substrate, but the metal ions or oxygen ions contained therein are also likely to cause migration. . For example, when the main component of the resistance heating material is W, it is oxidized by oxygen ions that move due to migration, which may cause problems such as an increase in resistance value and disconnection.

本発明者らは、セラミック基体中のMgOの含有率を従来よりも減少させることにより、上記の問題を解決できることを見出した。しかしながら、MgOの添加量を減少させた場合、セラミック基体から電極パッドが部分的に剥離し易くなることを、本発明者らは見出した。更に本発明者らは、セラミック基体と同じセラミックスを電極パッドに含有させることにより、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制できることを見出した。しかしながら、セラミック基体と同じセラミックスを電極パッドに含有させた場合、電極パッド上に形成する金属めっきと電極パッドとの密着性が低下することを見出した。金属めっきと電極パッドとの密着性が低下すると、金属めっきを介した電極パッドと金属リードとの間で剥離が発生し、電気的な接続不良が発生すること等が問題となる。   The present inventors have found that the above problem can be solved by reducing the content of MgO in the ceramic substrate as compared with the conventional one. However, the present inventors have found that when the addition amount of MgO is decreased, the electrode pad is likely to be partially peeled from the ceramic substrate. Furthermore, the present inventors have found that peeling of the electrode pad from the ceramic substrate can be suppressed by containing the same ceramic as the ceramic substrate in the electrode pad. However, it has been found that when the same ceramic as the ceramic substrate is contained in the electrode pad, the adhesion between the metal plating formed on the electrode pad and the electrode pad is lowered. When the adhesion between the metal plating and the electrode pad is lowered, peeling occurs between the electrode pad and the metal lead through the metal plating, which causes a problem of electrical connection failure.

そこで本発明は、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができるセラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a ceramic heater capable of preventing the resistance heating material from deteriorating and suppressing the peeling of the electrode pad from the ceramic substrate without reducing the adhesion between the electrode pad and the metal plating. It aims at providing the manufacturing method of a ceramic heater.

上記事情に鑑み本発明は、セラミックスからなるセラミック基体と、セラミック基体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部と、セラミック基体内に設けられ、発熱部と電気的に接続された引き出し部と、セラミック基体の表面に設けられ、引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、電極パッドの表面に設けられた金属めっきと、を備え、セラミックスにおけるMgの酸化物の含有率が、MgO換算で0.01〜0.2重量%であり、電極パッドがセラミックスを含有し、電極パッドにおけるセラミックスの含有率が1〜45体積%であり、電極パッドの厚さが15μm以上であるセラミックヒーターを提供する。なお、本発明において、電極パッドが含有するセラミックスは、セラミック基体のセラミックスと同じであってもよく、異なっていてもよい。   In view of the above circumstances, the present invention provides a ceramic base made of ceramics, a heat generating part provided in the ceramic base and having at least a resistance heating material embedded therein, and provided in the ceramic base and electrically connected to the heat generating part. A lead portion, an electrode pad provided on the surface of the ceramic base, and electrically connected to the lead portion; and a metal plating provided on the surface of the electrode pad, and the content of Mg oxide in the ceramic is , 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO, the electrode pad contains ceramic, the ceramic content in the electrode pad is 1 to 45% by volume, and the thickness of the electrode pad is 15 μm or more. Provide ceramic heater. In the present invention, the ceramic contained in the electrode pad may be the same as or different from the ceramic of the ceramic substrate.

上記本発明に係るセラミックヒーターによれば、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができる。   According to the ceramic heater according to the present invention, it is possible to suppress peeling of the electrode pad from the ceramic substrate without reducing the adhesion between the electrode pad and the metal plating.

また、上記本発明では、セラミックスにおけるMgの酸化物の含有率がMgO換算で0.01〜0.2重量%であることにより、抵抗発熱材の劣化が防止される。   Moreover, in the said invention, deterioration of a resistance heat generating material is prevented because the content rate of Mg oxide in ceramics is 0.01 to 0.2 weight% in conversion of MgO.

本発明に係るセラミックヒーターの製造方法は、セラミックスの原料粉末を含むセラミック基体の前駆体と、セラミック基体の前駆体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部の前駆体と、セラミック基体の前駆体内に設けられ、発熱部の前駆体と接続された引き出し部の前駆体と、セラミック基体の前駆体の表面に設けられた電極パッドの前駆体と、セラミック基体の前駆体の一部を貫通するスルーホール内に充填され、引き出し部の前駆体と電極パッドの前駆体に接触する導体ペーストと、を焼成する焼成工程と、焼成工程において電極パッドの前駆体から形成される電極パッドの表面に金属めっきを形成するめっき工程と、を備え、セラミックスの原料粉末におけるMgの酸化物の含有率がMgO換算で0.01〜0.2重量%であり、電極パッドの前駆体がセラミックスの原料粉末を含有し、電極パッドの前駆体が含む金属の体積と電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積との合計値に対して、電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積が1〜45体積%であり、電極パッドの前駆体の厚さが19μm以上である。なお、本発明において、電極パッドの前駆体が含有するセラミックスの原料粉末は、セラミック基体の前駆体が含有するセラミックスの原料粉末と同じであってもよく、異なっていてもよい。   A method of manufacturing a ceramic heater according to the present invention includes a ceramic base precursor containing ceramic raw material powder, a precursor of a heat generating portion provided in the ceramic base precursor and having at least a resistance heating material embedded therein, and a ceramic base. The lead part precursor provided in the precursor body and connected to the heat generating part precursor, the electrode pad precursor provided on the surface of the ceramic base precursor, and a part of the ceramic base precursor A firing step of firing a conductor paste in contact with the precursor of the lead portion and the electrode pad filled in the through-hole penetrating, and a surface of the electrode pad formed from the precursor of the electrode pad in the firing step And a plating step of forming metal plating on the ceramic, and the content of Mg oxide in the ceramic raw material powder is 0.01-0. The electrode pad precursor contains ceramic raw material powder, and the total value of the volume of the metal contained in the electrode pad precursor and the volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad precursor is The volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad precursor is 1 to 45% by volume, and the thickness of the electrode pad precursor is 19 μm or more. In the present invention, the ceramic raw material powder contained in the electrode pad precursor may be the same as or different from the ceramic raw material powder contained in the ceramic substrate precursor.

上記本発明に係るセラミックヒーターの製造方法によれば、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができる上記本発明のセラミックヒーターが得られる。   According to the method for manufacturing a ceramic heater according to the present invention, it is possible to prevent the resistance heating material from being deteriorated and to peel the electrode pad from the ceramic substrate without reducing the adhesion between the electrode pad and the metal plating. The ceramic heater of the present invention can be obtained.

本発明によれば、抵抗発熱材の劣化を防止することができるとともに、電極パッドと金属めっきとの密着性を低下させることなく、セラミック基体からの電極パッドの剥離を抑制することができるセラミックヒーター及びセラミックヒーターの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to prevent deterioration of a resistance heating material, the ceramic heater which can suppress peeling of the electrode pad from a ceramic base | substrate, without reducing the adhesiveness of an electrode pad and metal plating. And a method of manufacturing a ceramic heater can be provided.

本発明のセラミックヒッターの一実施形態であるロッド状セラミックヒーターの概略図である。It is the schematic of the rod-shaped ceramic heater which is one Embodiment of the ceramic hitter of this invention. 図1における巻きつけ前のセラミック基体の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the ceramic base body before winding in FIG. 図1におけるz−z線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line zz in FIG. 1.

以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as occasion demands, but the present invention is not limited thereto.

(セラミックヒーター)
図1〜3に示す本実施形態のセラミックヒーターは、抵抗発熱材が埋設された発熱部14と、発熱部14を内蔵した、セラミックスからなるセラミック基体11とを備える。セラミック基体11は、セラミック軸13に、セラミックシート12が巻きつけられた構成を有する。セラミックシート12上には、発熱部14が設けられており、発熱部14には引き出し部15が接続されている。セラミック基体11には、抵抗発熱材に電力を供給するための電極部16が設けられており、電極部16には金属リード17がロウ付けされている。
(Ceramic heater)
The ceramic heater of this embodiment shown in FIGS. 1 to 3 includes a heat generating portion 14 in which a resistance heat generating material is embedded, and a ceramic base 11 made of ceramics and having the heat generating portion 14 built therein. The ceramic substrate 11 has a configuration in which a ceramic sheet 12 is wound around a ceramic shaft 13. A heating part 14 is provided on the ceramic sheet 12, and a drawer part 15 is connected to the heating part 14. The ceramic base 11 is provided with an electrode portion 16 for supplying power to the resistance heating material, and a metal lead 17 is brazed to the electrode portion 16.

本実施形態のセラミックヒーターの構造を、図2、3を用いて、より詳細に説明する。図2は、巻きつけ前のセラミック基体11の状態を示す図である。セラミックシート12上には、発熱部14が設けられており、発熱部14には引き出し部15が接続されている。引き出し部15は、スルーホール22に充填された導体により、セラミックシート12の裏面に形成された電極パッド18(メタライズ)に接続される。そして、発熱部14、引き出し部15を内側にして、セラミック軸13に、セラミックシート12を巻きつけることにより、セラミック基体11が形成される。   The structure of the ceramic heater of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating a state of the ceramic substrate 11 before winding. A heating part 14 is provided on the ceramic sheet 12, and a drawer part 15 is connected to the heating part 14. The lead portion 15 is connected to an electrode pad 18 (metallized) formed on the back surface of the ceramic sheet 12 by a conductor filled in the through hole 22. Then, the ceramic base 11 is formed by winding the ceramic sheet 12 around the ceramic shaft 13 with the heat generating portion 14 and the drawing portion 15 inside.

図3に示すように、セラミック基体11の表面には、電極パッド18、金属めっき(Niめっき19)がこの順で積層されており、このNiめっき19上に金属リード17がロウ材20によりロウ付けされ、電極部16が形成されている。なお、電極部16の温度・湿度等による劣化を防止するために、任意で、ロウ材20、金属リード17を覆うように別のNiめっき21を形成することもできる。   As shown in FIG. 3, electrode pads 18 and metal plating (Ni plating 19) are laminated in this order on the surface of the ceramic substrate 11, and metal leads 17 are brazed by a brazing material 20 on the Ni plating 19. The electrode part 16 is formed. In order to prevent the electrode portion 16 from being deteriorated due to temperature, humidity, etc., another Ni plating 21 may be optionally formed so as to cover the brazing material 20 and the metal lead 17.

以下、セラミックヒーターの各要素について説明する。セラミックシート12及びセラミック軸13におけるセラミックスは、例えば、Al、SiO、CaO及びMgの酸化物を含有する。ただし、セラミックスの組成はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, each element of the ceramic heater will be described. The ceramics in the ceramic sheet 12 and the ceramic shaft 13 contain, for example, oxides of Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO and Mg. However, the composition of ceramics is not limited to this.

上記セラミックスにおけるAlの含有量は、88〜96重量%であることが好ましく、89〜94重量%であることがより好ましく、90〜92重量%であることが最も好ましい。 The content of Al 2 O 3 in the ceramic is preferably 88 to 96% by weight, more preferably 89 to 94% by weight, and most preferably 90 to 92% by weight.

上記セラミックスにおけるSiOの含有量は、3〜10重量%であることが好ましく、4〜8重量%であることがより好ましく、5〜7重量%であることが最も好ましい。 The content of SiO 2 in the ceramic is preferably 3 to 10% by weight, more preferably 4 to 8% by weight, and most preferably 5 to 7% by weight.

上記セラミックスにおけるCaOの含有量は、1〜2重量%であることが好ましく、1.4〜1.9重量%であることがより好ましく、1.6〜1.8重量%であることが最も好ましい。   The content of CaO in the ceramic is preferably 1 to 2% by weight, more preferably 1.4 to 1.9% by weight, and most preferably 1.6 to 1.8% by weight. preferable.

上記セラミックスにおけるMgの酸化物の含有率は、MgO換算で0.01〜0.2重量%である。Mgの酸化物の含有量が上記範囲にあると、発熱部14におけるMgOの偏析を十分に防止でき、この偏析に起因する抵抗値のバラツキを低く抑えることが可能となる。そのため、長時間継続あるいは断続して高温で使用した場合であっても、抵抗発熱材の劣化を十分に防止することができ、セラミックヒーターの耐久性が向上する。さらに、MgOの偏析をより高度に防止できる点から、Mgの酸化物の含有率は、0.02〜0.20重量%であることがより好ましく、0.05〜0.10重量%であることが最も好ましい。   The content of Mg oxide in the ceramic is 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO. When the content of the Mg oxide is in the above range, the segregation of MgO in the heat generating portion 14 can be sufficiently prevented, and the variation in resistance value due to the segregation can be suppressed to a low level. Therefore, even when used for a long time or intermittently and at a high temperature, the resistance heating material can be sufficiently prevented from being deteriorated, and the durability of the ceramic heater is improved. Further, the Mg oxide content is more preferably 0.02 to 0.20% by weight and 0.05 to 0.10% by weight from the viewpoint that segregation of MgO can be more highly prevented. Most preferred.

上記セラミックスにおけるCaOに対するSiOの重量比は、1.5以上3.5未満であることが好ましく、2.5以上3.45未満であることがより好ましく、3.0以上3.4未満であることが最も好ましい。CaOに対するSiOの重量比が上記範囲にあると、SiO及びCaOからなる液相が生じる温度を高くすることができ、結果として焼成温度を高くすることができ、焼結助剤及び粒成長抑制剤としてのMgの酸化物の量を上記範囲まで減らしても十分に高い分散性が得られ、従って十分な性能が得られる。 The weight ratio of SiO 2 to CaO in the ceramic is preferably 1.5 or more and less than 3.5, more preferably 2.5 or more and less than 3.45, and 3.0 or more and less than 3.4. Most preferably it is. When the weight ratio of SiO 2 to CaO is in the above range, the temperature at which a liquid phase composed of SiO 2 and CaO is generated can be increased, and as a result, the firing temperature can be increased, and the sintering aid and grain growth can be increased. Even if the amount of Mg oxide as an inhibitor is reduced to the above range, sufficiently high dispersibility can be obtained, and thus sufficient performance can be obtained.

上記セラミックスは、高温高強度セラミックス、例えばムライトやスピネル等のアルミナ類似のセラミックス等の基材をさらに含有していてもよい。   The ceramics may further contain a base material such as high-temperature high-strength ceramics such as alumina-like ceramics such as mullite and spinel.

上記セラミックスは、0.01〜3.0重量%のZrO等の助剤を含有していてもよい。 The ceramics may contain an auxiliary such as 0.01 to 3.0% by weight of ZrO 2 .

上記セラミックスは、Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびLuから選択される少なくとも1種の金属の酸化物を、0を超え0.1重量%未満含有していてもよい。   The ceramic is an oxide of at least one metal selected from Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. And less than 0.1% by weight.

発熱部14に埋設された抵抗発熱材、引き出し部15、及び電極パッド18が含有する金属としては、例えばW,Mo,Re等といった高融点金属を用いることができる。   As the metal contained in the resistance heating material embedded in the heat generating portion 14, the lead portion 15, and the electrode pad 18, a high melting point metal such as W, Mo, Re, or the like can be used.

電極パッド18は、高融点金属のみならず、セラミックスを含有する。電極パッド18が含有するセラミックスは、例えばAl、SiO、CaO、CaCO及びMgO、またはこれらの混合物であればよい。電極パッド18が含有するセラミックスは、セラミック基体11のセラミックスと同じであってもよく、異なっていてもよい。なお、電極パッド18が含有するセラミックスは、セラミック基体11が含有するセラミックスと同じであることが好ましい。これにより、電極パッド18とセラミック基体11とが焼結し易くなり、本発明の効果が顕著となる。 The electrode pad 18 contains not only a refractory metal but also ceramics. The ceramic contained in the electrode pad 18 may be, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO, Ca 2 CO 3 and MgO, or a mixture thereof. The ceramic contained in the electrode pad 18 may be the same as or different from the ceramic of the ceramic substrate 11. The ceramic contained in the electrode pad 18 is preferably the same as the ceramic contained in the ceramic substrate 11. Thereby, the electrode pad 18 and the ceramic substrate 11 are easily sintered, and the effect of the present invention becomes remarkable.

セラミックス基体11におけるMgの酸化物の含有率が、MgO換算で0.01〜0.2重量%であり、従来のセラミック基体に比べて小さい場合、上述のように抵抗発熱材の劣化が防止される。また、セラミックス基体11におけるMgの酸化物の含有率が小さい場合、セラミックヒーターの製造工程において、セラミック基体から電極パッドに染み出すMgの酸化物の量も従来のセラミックヒーターに比べて少なくなると考えられる。焼結助剤であるMgの酸化物がセラミック基体から電極パッドに染み出すほど、セラミック基体と電極パッドとの密着性が向上する傾向があるが、セラミックス基体11におけるMgの酸化物の含有率が小さい場合は必ずしもこのような染み出しを期待できない。   When the content of Mg oxide in the ceramic substrate 11 is 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO and is smaller than the conventional ceramic substrate, the resistance heating material is prevented from being deteriorated as described above. The Further, when the content of Mg oxide in the ceramic substrate 11 is small, it is considered that the amount of Mg oxide that oozes out from the ceramic substrate to the electrode pad in the ceramic heater manufacturing process is smaller than that of the conventional ceramic heater. . The more the oxide of Mg, which is a sintering aid, oozes out from the ceramic substrate to the electrode pad, the more the adhesion between the ceramic substrate and the electrode pad tends to be improved. If it is small, such a seepage cannot be expected.

しかし、本実施形態では、電極パッド18がセラミックスを含有するため、電極パッド18中のセラミックスが共材として機能し、セラミック基体11と電極パッド18との密着性が向上する。そのため、本実施形態では、セラミック基体11からの電極パッド18の剥離が抑制される。   However, in this embodiment, since the electrode pad 18 contains ceramic, the ceramic in the electrode pad 18 functions as a co-material, and the adhesion between the ceramic substrate 11 and the electrode pad 18 is improved. Therefore, in this embodiment, peeling of the electrode pad 18 from the ceramic substrate 11 is suppressed.

電極パッド18におけるセラミックスの含有率は1〜45体積%である。セラミックスの含有率が1体積%未満である場合、セラミック基体11から電極パッド18が剥離し易くなる。セラミックスの含有率が45体積%より大きい場合、電極パッド18とNiめっき19との密着性が低下する。   The ceramic content in the electrode pad 18 is 1 to 45% by volume. When the ceramic content is less than 1% by volume, the electrode pad 18 is easily peeled off from the ceramic substrate 11. When the ceramic content is higher than 45% by volume, the adhesion between the electrode pad 18 and the Ni plating 19 is lowered.

電極パッド18の厚さは15μm以上である。これにより、セラミック基体11から電極パッド18が剥離し難くなる。電極部16にロウ付けされた金属リード17を引っ張ってセラミック基体11から剥がそうとすると、引張り応力がロウ材20の周辺部に集中する。しかし、電極パッド18の厚さが15μm以上であれば、集中した応力が分散してセラミック基体11側へ伝達するため、電極パッド18が剥離し難くなる、と考えられる。なお、電極パッド18の厚さの上限値は特に限定されないが、通常40μm程度である。   The electrode pad 18 has a thickness of 15 μm or more. Thereby, the electrode pad 18 becomes difficult to peel from the ceramic substrate 11. When the metal lead 17 brazed to the electrode portion 16 is pulled and peeled off from the ceramic substrate 11, tensile stress concentrates on the periphery of the brazing material 20. However, if the thickness of the electrode pad 18 is 15 μm or more, it is considered that the concentrated stress is dispersed and transmitted to the ceramic substrate 11 side, so that the electrode pad 18 is difficult to peel off. The upper limit value of the thickness of the electrode pad 18 is not particularly limited, but is usually about 40 μm.

ロウ材20としては、例えばAg,Au,Cu,Ni,Pdのうち少なくとも1種からなるロウ材を用いることができる。   As the brazing material 20, for example, a brazing material made of at least one of Ag, Au, Cu, Ni, and Pd can be used.

なお、セラミック軸13は、円柱状のものであっても、中空構造を有する管状のものであってもよい。   The ceramic shaft 13 may be a cylindrical one or a tubular one having a hollow structure.

(セラミックヒーターの製造方法)
図1に示すロッド状セラミックヒーターの製造方法を以下で説明する。
(Manufacturing method of ceramic heater)
A method for manufacturing the rod-shaped ceramic heater shown in FIG. 1 will be described below.

まず、セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合して、セラミックス組成物を得る。セラミックスの原料粉末は、基材及び焼結助剤を含有する。基材とは、Alに対応する原料であり、焼結助剤とはSiO、CaO及びMgの酸化物に対応する原料等である。セラミックスの原料粉末の組成は、焼成後に上記のセラミックスの組成が得られるように調整すればよい。また、セラミックスの原料粉末におけるMgの酸化物の含有率をMgO換算で0.01〜0.2重量%に調整する。基材及び焼結助剤としては、セラミックスに含有される酸化物(Al、SiO、CaO及びMgの酸化物)自体を用いても、焼成工程においてこれらの酸化物となり得るものを用いればよい。例えば、上記の酸化物に対応する炭酸塩等の各種塩や水酸化物、複合酸化物を用いてもよい。 First, a ceramic raw material powder, a molding binder and an organic solvent are mixed by a wet method to obtain a ceramic composition. The ceramic raw material powder contains a base material and a sintering aid. The base material is a raw material corresponding to Al 2 O 3 , and the sintering aid is a raw material corresponding to oxides of SiO 2 , CaO and Mg. The composition of the ceramic raw material powder may be adjusted so that the above ceramic composition is obtained after firing. The content of Mg oxide in the ceramic raw material powder is adjusted to 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO. As the base material and the sintering aid, oxides (Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO and Mg oxides) contained in ceramics themselves can be used as oxides in the firing process. Use it. For example, various salts such as carbonates corresponding to the above oxides, hydroxides, and composite oxides may be used.

セラミックスの原料粉末は、焼成前に700〜1450℃で1〜100時間仮焼してもよい。また、基材と焼結助剤を、別々に仮焼した後に混合してもよい。さらに、焼結助剤成分の少なくとも一種を仮焼した後に基剤と焼結助剤と混合してもよい。   The ceramic raw material powder may be calcined at 700 to 1450 ° C. for 1 to 100 hours before firing. Further, the base material and the sintering aid may be calcined separately and then mixed. Furthermore, you may mix with a base and a sintering auxiliary agent after calcining at least 1 type of a sintering auxiliary agent component.

次に、上述のセラミックス組成物をドクターブレード法等により成型して、未焼成のセラミックシート12を作製する。またセラミックス組成物を押し出し成型して、未焼成のセラミック軸13を作製する。得られた未焼成のセラミックシート12上に、スクリーン印刷等により、発熱部14の前躯体(未焼成の発熱部)を形成する。さらにスクリーン印刷等により、発熱部14の前駆体に接続した引き出し部15の前駆体(未焼成の引き出し部)を形成する。未焼成のセラミックシート12において引き出し部15の前駆体の末端が位置する部分に、未焼成のセラミックシート12を貫通するスルーホールを形成し、スルーホールに導体ペーストを充填する。   Next, the ceramic composition described above is molded by a doctor blade method or the like to produce an unfired ceramic sheet 12. Further, the ceramic composition is extruded to produce an unfired ceramic shaft 13. On the obtained unfired ceramic sheet 12, a precursor (unfired heat generating part) of the heat generating part 14 is formed by screen printing or the like. Further, a precursor (unfired drawer portion) of the lead portion 15 connected to the precursor of the heat generating portion 14 is formed by screen printing or the like. A through hole that penetrates the unfired ceramic sheet 12 is formed in a portion of the unfired ceramic sheet 12 where the end of the precursor of the lead portion 15 is located, and a conductive paste is filled in the through hole.

そして、未焼成のセラミック軸13と未焼成のセラミックシート12との間に発熱部14の前駆体及び引き出し部15の前駆体を挟み込むように、未焼成のセラミック軸13に未焼成のセラミックシート12を巻きつけることにより、成型体(セラミック基体11の前駆体)を形成する。成型体の表面に位置するスルーホールを覆うように、電極パッド18(メタライズ)の前駆体を形成する。電極パッドの前駆体の厚さを19μm以上に調整する。これにより、焼成工程後に得られる電極パッドの厚さを15μm以上とすることが可能となる。電極パッドの前駆体の厚さの上限値は、特に限定されないが、通常50μm程度である。   The unfired ceramic shaft 12 and the unfired ceramic sheet 12 are sandwiched between the unfired ceramic shaft 13 and the unfired ceramic sheet 12 so as to sandwich the precursor of the heating portion 14 and the precursor of the lead portion 15. Is formed to form a molded body (precursor of the ceramic substrate 11). A precursor of the electrode pad 18 (metallization) is formed so as to cover the through hole located on the surface of the molded body. The thickness of the electrode pad precursor is adjusted to 19 μm or more. Thereby, it becomes possible to make the thickness of the electrode pad obtained after a baking process into 15 micrometers or more. The upper limit of the thickness of the electrode pad precursor is not particularly limited, but is usually about 50 μm.

次に、焼成工程において、電極パッド18の前駆体が形成された成型体を1450〜1650℃程度の還元雰囲気中で加熱する。焼成後に、発熱部14及び引き出し部15が内部に設けられ、スルーホール22を介して引き出し部15と接続された電極パッド18が表面に設けられたセラミック基体11が得られる。   Next, in the firing step, the molded body on which the precursor of the electrode pad 18 is formed is heated in a reducing atmosphere of about 1450 to 1650 ° C. After firing, the ceramic substrate 11 is obtained in which the heat generating part 14 and the lead part 15 are provided inside, and the electrode pad 18 connected to the lead part 15 through the through hole 22 is provided on the surface.

電極パッド18の前駆体はセラミックスの原料粉末を含有する。例えば、電極パッド18の前駆体は、未焼成のセラミックシート12及びセラミック軸13が含有するものと同様のセラミックスの原料粉末を含有してもよい。また、電極パッド18の前駆体は、未焼成のセラミックシート12及びセラミック軸13が含有するものとは異なるセラミックスの原料粉末を含有してもよい。電極パッド18の前駆体は、W,Mo,Re等といった高融点金属の粒子を主成分として含有する。これらの金属の融点は、セラミックスの原料粉末の焼結温度より高い。したがって、焼成工程において、セラミックスの原料粉末は焼結するが、電極パッド18の前駆体が含む金属粒子は溶融せず、互いに焼結しない。したがって、仮に電極パッド18の前駆体がセラミックスの原料粉末を含有しない場合、焼成工程後の電極パッド18を構成する金属粒子の間に隙間が形成される。その結果、電極パッド18がセラミック基体11から剥離し易くなる。しかし、本実施形態では、焼成工程において、電極パッド18の前駆体が含有するセラミックスの原料粉末が、焼結して金属粒子の間の隙間を充填してセラミックス(アルミナ)のネットワークを形成すると共に、成型体が含むセラミックスの原料粉末とも焼結する。その結果、本実施形態では、電極パッド18の前駆体がセラミックスの原料粉末を含有しない場合に比べて、セラミック基体11と電極パッド18との密着性が向上する。   The precursor of the electrode pad 18 contains ceramic raw material powder. For example, the precursor of the electrode pad 18 may contain a ceramic raw material powder similar to that contained in the unfired ceramic sheet 12 and the ceramic shaft 13. Moreover, the precursor of the electrode pad 18 may contain a ceramic raw material powder different from those contained in the unfired ceramic sheet 12 and the ceramic shaft 13. The precursor of the electrode pad 18 contains refractory metal particles such as W, Mo, and Re as main components. The melting point of these metals is higher than the sintering temperature of the ceramic raw material powder. Therefore, in the firing step, the ceramic raw material powder is sintered, but the metal particles contained in the precursor of the electrode pad 18 are not melted and are not sintered together. Therefore, if the precursor of the electrode pad 18 does not contain ceramic raw material powder, a gap is formed between the metal particles constituting the electrode pad 18 after the firing step. As a result, the electrode pad 18 is easily peeled from the ceramic substrate 11. However, in the present embodiment, in the firing step, the ceramic raw material powder contained in the precursor of the electrode pad 18 is sintered to fill the gaps between the metal particles to form a ceramic (alumina) network. The ceramic raw material powder contained in the molded body is also sintered. As a result, in the present embodiment, the adhesion between the ceramic base 11 and the electrode pad 18 is improved as compared with the case where the precursor of the electrode pad 18 does not contain ceramic raw material powder.

電極パッド18の前駆体には、有機物バインダや有機溶媒等のように焼成工程において蒸発する成分が含まれる。これらの成分を含む電極パッド18の前駆体全体におけるセラミックスの原料粉末の全体積は、1〜36体積%である。また、電極パッド18の前駆体が含む金属粒子の全体積と電極パッド18の前駆体が含むセラミックスの原料粉末の全体積との合計値(固形分の全体積)に対して、電極パッド18の前駆体が含むセラミックスの原料粉末の全体積は、1〜45体積%である。これにより、完成後のセラミックヒーターが備える電極パッド18におけるセラミックスの含有率が1〜45体積%となる。セラミックスの原料粉末の全体積が1体積%未満である場合、焼成工程において成型体と電極パッド18の前駆体とが充分に密着しない。セラミックスの原料粉末の全体積が45体積%より大きい場合、焼成工程後の電極パッド18とNiめっき19との密着性が低下する。   The precursor of the electrode pad 18 includes a component that evaporates in the baking process, such as an organic binder or an organic solvent. The total volume of the ceramic raw material powder in the whole precursor of the electrode pad 18 containing these components is 1 to 36% by volume. Further, with respect to the total value (total volume of solid content) of the total volume of metal particles included in the precursor of the electrode pad 18 and the total volume of ceramic raw material powder included in the precursor of the electrode pad 18, The total volume of the ceramic raw material powder contained in the precursor is 1 to 45% by volume. Thereby, the content rate of the ceramic in the electrode pad 18 with which the ceramic heater after completion becomes 1 to 45 volume%. When the total volume of the ceramic raw material powder is less than 1% by volume, the molded body and the precursor of the electrode pad 18 are not sufficiently adhered in the firing step. When the total volume of the ceramic raw material powder is larger than 45% by volume, the adhesion between the electrode pad 18 and the Ni plating 19 after the firing step is lowered.

焼成工程後のめっき工程では、電極パッド18の表面にNiめっき19を施す。金属リード17をこのNiめっき19上にロウ材20を用いてロウ付けすることにより、電極部16が形成され、図1に示すセラミックヒーターが得られる。なお、ロウ材20及び金属リード17を保護するために、Niめっき21を施してもよい。   In the plating step after the firing step, Ni plating 19 is applied to the surface of the electrode pad 18. The metal lead 17 is brazed onto the Ni plating 19 using a brazing material 20, whereby the electrode portion 16 is formed and the ceramic heater shown in FIG. 1 is obtained. In order to protect the brazing material 20 and the metal lead 17, Ni plating 21 may be applied.

上記成型用バインダ、有機溶剤としては、例えば、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチル、メチルエチルケトン、トルエンの混合溶液を用いることができる。   As the molding binder and the organic solvent, for example, a mixed solution of polyvinyl butyral, dibutyl phthalate, methyl ethyl ketone, and toluene can be used.

以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るセラミックヒーターは、平板状セラミックヒーターであってもよい。平板状セラミックヒーターは、セラミックスからなる平板状のセラミック基体を備える。セラミック基体は、重ねられた一対のセラミックシートから構成される。一対のセラミックシートの間には、抵抗発熱材が埋設された発熱部と、発熱部に接続された陽極側引き出し部及び陰極側引き出し部とが、挟まれている。セラミックシートには導体が充填された一対のスルーホールが形成されている。セラミック基体の外表面に形成された陽極側電極パッドは、スルーホールを介して陽極側引き出し部と接続されている。セラミック基体の外表面に形成された陰極側電極パッドは、別のスルーホールを介して陰極側引き出し部と接続されている。各電極パッドの表面には金属めっきが形成されている。このような構造を有する平板状セラミックヒーターであっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することが可能である。   As mentioned above, although one suitable embodiment of the present invention was described in detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the ceramic heater according to the present invention may be a flat ceramic heater. The flat ceramic heater includes a flat ceramic base made of ceramics. The ceramic substrate is composed of a pair of stacked ceramic sheets. Between the pair of ceramic sheets, a heat generating portion in which the resistance heat generating material is embedded, and an anode side lead portion and a cathode side lead portion connected to the heat generating portion are sandwiched. The ceramic sheet is formed with a pair of through holes filled with a conductor. The anode side electrode pad formed on the outer surface of the ceramic substrate is connected to the anode side lead portion through the through hole. The cathode side electrode pad formed on the outer surface of the ceramic substrate is connected to the cathode side lead portion through another through hole. Metal plating is formed on the surface of each electrode pad. Even a flat ceramic heater having such a structure can exhibit the same effects as those of the above-described embodiments.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
焼成工程後に91.2重量%のAl、5.9重量%のSiO、1.7重量%のCaO、0.1重量%のMgO及び1.1重量%のZrOを含有するセラミックスが得られるように、基材及び焼結助剤を秤量して、セラミックスの原料粉末を調製した。セラミックスの原料粉末、成型用バインダ及び有機溶剤を湿式で混合し、セラミック組成物のスラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法で成型して、セラミックシートを得た。このセラミックシートの表面に、W−Reを含む発熱部の前駆体とW−Moを含む引き出し部の前駆体をスクリーン印刷した。
Example 1
Baking step after 91.2 wt% of Al 2 O 3, 5.9 wt% of SiO 2, 1.7 wt% of CaO, contained 0.1% by weight of MgO and 1.1 wt% of ZrO 2 In order to obtain ceramics, the base material and the sintering aid were weighed to prepare ceramic raw material powder. A ceramic raw material powder, a molding binder and an organic solvent were wet mixed to obtain a ceramic composition slurry. This slurry was molded by a doctor blade method to obtain a ceramic sheet. On the surface of this ceramic sheet, the precursor of the heat generating part containing W-Re and the precursor of the lead-out part containing W-Mo were screen printed.

セラミックシートにおいて引き出し部の前駆体の末端が位置する箇所に、スルーホールを形成し、導体ペーストをスルーホールに充填した。   A through hole was formed in the ceramic sheet at a position where the end of the lead portion precursor was located, and the through paste was filled with the conductive paste.

セラミックシートに用いたものと同様のセラミックスの原料粉末、W粉末、バインダ樹脂及び有機溶剤を、ロールミルで3回通して混練して、電極パッド用スラリーを形成した。   The same ceramic raw material powder, W powder, binder resin and organic solvent as those used for the ceramic sheet were kneaded by passing 3 times with a roll mill to form an electrode pad slurry.

電極パッド用スラリーが含むW粉末の全体積と、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積の合計値に対する、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積を、10体積%に調整した。以下では、電極パッド用スラリーが含むW粉末の全体積と、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積の合計値に対する、電極パッド用スラリーが含むセラミックスの原料粉末の全体積を、「セラミックス率」と略記する。なお、「セラミックス率」は、完成後のセラミックヒーターが備える電極パッドにおけるセラミックスの含有率に略一致する。   The total volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad slurry is 10% by volume with respect to the total value of the total volume of the W powder contained in the electrode pad slurry and the total volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad slurry. It was adjusted. In the following, the total volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad slurry with respect to the total value of the total volume of the W powder contained in the electrode pad slurry and the total volume of the ceramic raw material powder contained in the electrode pad slurry, Abbreviated as “ceramics ratio”. The “ceramics ratio” is substantially equal to the ceramic content in the electrode pad provided in the completed ceramic heater.

電極パッド用スラリーを、スルーホールと重なるようにセラミックシートの裏面にスクリーン印刷して、電極パッドの前駆体を形成した。電極パッドの前駆体の厚さは31μmに調整した。   The electrode pad slurry was screen-printed on the back surface of the ceramic sheet so as to overlap the through-holes to form an electrode pad precursor. The thickness of the electrode pad precursor was adjusted to 31 μm.

次に、上記セラミックス組成物のスラリーを押し出し成型することにより、セラミック軸を作製した。その後、セラミックシートを所定の大きさに切断し、この切断したセラミックシートの表面のうち発熱部の前駆体及び引き出し部の前駆体が形成された側に、有機溶剤を主成分とする接着剤を塗布した。セラミック軸とセラミックシートとの間に発熱部の前駆体及び引き出し部の前駆体を挟み込むように、セラミック軸にセラミックシートを巻きつけて、成型体を得た。   Next, a ceramic shaft was produced by extruding the slurry of the ceramic composition. Thereafter, the ceramic sheet is cut into a predetermined size, and an adhesive mainly composed of an organic solvent is formed on the surface of the cut ceramic sheet on the side where the precursor of the heat generating part and the precursor of the lead part are formed. Applied. The ceramic sheet was wound around the ceramic shaft so that the precursor of the heat generating portion and the precursor of the lead portion were sandwiched between the ceramic shaft and the ceramic sheet to obtain a molded body.

成型体を、1500〜1600℃の還元雰囲気炉で焼成することにより、発熱部、引き出し部、スルーホール及び電極パッドを有するセラミック基体を得た。セラミック基体の表面に形成された電極パッドの厚さは、25μmであった。その後、焼成工程後の電極パッドの表面に下地Niめっきを形成した。   The molded body was fired in a reducing atmosphere furnace at 1500 to 1600 ° C. to obtain a ceramic substrate having a heat generating portion, a lead portion, a through hole, and an electrode pad. The electrode pad formed on the surface of the ceramic substrate had a thickness of 25 μm. Thereafter, a base Ni plating was formed on the surface of the electrode pad after the firing step.

下地Niめっきの外観検査後、Au−Cuからなるロウを用いて、下地Niめっきに金属リードをロウ付けして、実施例1のセラミックヒーターを得た。ロウ付けには真空炉を使用した。   After visual inspection of the base Ni plating, a metal lead was brazed to the base Ni plating using a solder made of Au—Cu, and the ceramic heater of Example 1 was obtained. A vacuum furnace was used for brazing.

[Niめっきの外観検査]
実施例1のセラミックヒーターが備える下地Niめっきの外観検査をおこなったところ、異常は確認されなかった。つまり、実施例1では、電極パッドと下地Niめっきとの密着性に問題がないことが確認された。
[Ni plating appearance inspection]
When an appearance inspection of the underlying Ni plating provided in the ceramic heater of Example 1 was performed, no abnormality was confirmed. That is, in Example 1, it was confirmed that there is no problem in the adhesion between the electrode pad and the underlying Ni plating.

[引張り強度試験]
引張り強度試験では、実施例1のセラミックヒーターのセラミック基体を固定し、セラミック基体の直径方向(セラミック基体の長軸に垂直な方向)へ金属リードを引っ張った。そして、金属リードを引っ張ってセラミックヒーターが破壊された時に金属リードに作用していた力(引張り強度)を測定した。また、セラミックヒーターにおいて破壊された部分を調べた。試験結果を表1に示す。実施例1では、引っ張り強度が115Nのとき、金属リードが切断されたが、電極パッドはセラミック基体から剥離しなかった。
[Tensile strength test]
In the tensile strength test, the ceramic base of the ceramic heater of Example 1 was fixed, and the metal lead was pulled in the diameter direction of the ceramic base (direction perpendicular to the long axis of the ceramic base). And the force (tensile strength) which acted on the metal lead when the metal lead was pulled and the ceramic heater was destroyed was measured. Moreover, the part destroyed in the ceramic heater was investigated. The test results are shown in Table 1. In Example 1, when the tensile strength was 115 N, the metal lead was cut, but the electrode pad did not peel from the ceramic substrate.

(実施例2〜4、比較例1,2)
セラミックス率を表1に示す値に調整したこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2〜4、比較例1,2の各セラミックヒーターを製造した。実施例1と同様の方法で、実施例2〜4、比較例1,2でも下地Niめっきの外観検査を行った。外観検査の結果を表1に示す。実施例1と同様の方法で、実施例2〜4、比較例1,2に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 and 2)
The ceramic heaters of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the ceramic ratio was adjusted to the values shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, the appearance inspection of the underlying Ni plating was also performed in Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. Table 1 shows the results of the appearance inspection. In the same manner as in Example 1, Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to a tensile strength test. The test results are shown in Table 1.

Figure 2011192473
Figure 2011192473

表1に示すように、実施例1〜4及び比較例1では、下地Niめっきの外観に異常はなく、電極パッドと下地Niめっきとの密着性に問題がないことが確認された。比較例2では、電極パッドに含まれるセラミックスが多過ぎたため、下地Niめっきが膨れてしまった。つまり、比較例2では、電極パッドと下地Niめっきとの密着性が実施例より低いことが確認された。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, it was confirmed that there was no abnormality in the appearance of the underlying Ni plating and that there was no problem in the adhesion between the electrode pad and the underlying Ni plating. In Comparative Example 2, since the ceramic contained in the electrode pad was too much, the base Ni plating was swollen. That is, in Comparative Example 2, it was confirmed that the adhesion between the electrode pad and the underlying Ni plating was lower than that of the example.

実施例1〜4及び比較例2では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドがセラミック基体から剥離しないことが確認された。セラミック率がゼロであった比較例1では、引張り強度試験において、電極パッドの一部がセラミック基体から剥離した。   In Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, the metal lead was cut in the tensile strength test, but it was confirmed that the electrode pad did not peel from the ceramic substrate. In Comparative Example 1 in which the ceramic ratio was zero, part of the electrode pad was peeled from the ceramic substrate in the tensile strength test.

(実施例5,6、比較例3,4)
電極パッドの前駆体及び電極パッドの厚みを表2に示す値に調整したこと以外は実施例2と同様の方法で、実施例5,6及び比較例3,4の各セラミックヒーターを製造した。実施例1と同様の方法で、実施例5,6及び比較例3,4に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表2に示す。
(Examples 5 and 6, Comparative Examples 3 and 4)
The ceramic heaters of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4 were produced in the same manner as in Example 2 except that the electrode pad precursor and the thickness of the electrode pad were adjusted to the values shown in Table 2. A tensile strength test was performed on Examples 5 and 6 and Comparative Examples 3 and 4 in the same manner as in Example 1. The test results are shown in Table 2.

Figure 2011192473
Figure 2011192473

電極パッドの厚さが15μm以上である実施例5,6では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドがセラミック基体から剥離しないことが確認された。電極パッドの厚さが15μm未満である比較例3,4では、引張り強度試験において、電極パッドの一部がセラミック基体から剥離した。   In Examples 5 and 6 in which the thickness of the electrode pad was 15 μm or more, the metal lead was cut in the tensile strength test, but it was confirmed that the electrode pad did not peel from the ceramic substrate. In Comparative Examples 3 and 4 in which the thickness of the electrode pad was less than 15 μm, part of the electrode pad peeled off from the ceramic substrate in the tensile strength test.

(実施例7〜9)
電極パッドが含有するセラミックスの組成を表3に示す値に調整したこと以外は実施例2と同様の方法で、実施例7〜9の各セラミックヒーターを製造した。実施例1と同様の方法で、実施例7〜9に対して引張り強度試験を実施した。試験結果を表3に示す。
(Examples 7 to 9)
The ceramic heaters of Examples 7 to 9 were produced in the same manner as in Example 2 except that the composition of the ceramic contained in the electrode pad was adjusted to the values shown in Table 3. A tensile strength test was performed on Examples 7 to 9 in the same manner as in Example 1. The test results are shown in Table 3.

Figure 2011192473
Figure 2011192473

実施例7〜9では、引張り強度試験において、金属リードが切断されたが、電極パッドはセラミック基体から剥離しないことが確認された。   In Examples 7 to 9, in the tensile strength test, the metal lead was cut, but it was confirmed that the electrode pad did not peel from the ceramic substrate.

(実施例10〜12、比較例5〜7)
セラミック基体の組成を表4に示す組成としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、実施例10〜12及び比較例5〜7の各セラミックヒーターを製造した。
(Examples 10-12, Comparative Examples 5-7)
The ceramic heaters of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 7 were produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the ceramic substrate was changed to the composition shown in Table 4.

Figure 2011192473
Figure 2011192473

[連続通電試験]
発熱部の表面温度が1100℃となるように、実施例10〜12及び比較例5〜7の各セラミックヒーターを通電加熱し、連続通電試験を行った。通電加熱前(初期)の室温抵抗、1000時間通電加熱後の室温抵抗、抵抗変化率、及び3000時間通電加熱後の断線の有無をそれぞれ表5に示す。
[Continuous current test]
The ceramic heaters of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 7 were energized and heated to perform a continuous energization test so that the surface temperature of the heat generating portion was 1100 ° C. Table 5 shows the room temperature resistance before (initial) heating, the room temperature resistance after 1000 hours heating, the rate of change in resistance, and the presence or absence of disconnection after 3000 hours heating.

[断続通電試験]
発熱部の表面温度が1100℃となるように、実施例10〜12及び比較例5〜7の各セラミックヒーターを通電加熱し、5分間保持後、通電を遮断し、室温で2分間放置することを1サイクルとして、断続通電試験を行った。5000サイクル後の室温抵抗、抵抗変化率、及び20000サイクル後の断線の有無をそれぞれ表5に示す。
[Intermittent test]
The ceramic heaters of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 7 are energized and heated so that the surface temperature of the heat generating part becomes 1100 ° C., held for 5 minutes, then de-energized and left at room temperature for 2 minutes. Was subjected to an intermittent energization test. Table 5 shows the room temperature resistance after 5000 cycles, the rate of change in resistance, and the presence or absence of disconnection after 20000 cycles.

Figure 2011192473
Figure 2011192473

表5に示すように、実施例10〜12のセラミックヒーターによれば、1000時間の通電試験を行った場合であっても、抵抗変化率が5%以下に抑えられ、3000時間の通電試験を行った場合であっても断線が起こらないことが確認された。さらに、実施例10〜12のセラミックヒーターによれば、5000サイクルの断続通電試験を行った場合であっても抵抗変化率が8%以下に抑えられ、20000サイクルの断続通電試験を行った場合であっても断線が起こらないことが確認された。つまり、実施例10〜12では、抵抗発熱材の劣化が防止されていることが確認された。また、上述した実施例1〜9に対して、実施例10〜12と同様に、連続通電試験及び断続通電試験を実施した。その結果、実施例1〜9でも、実施例10〜12と同様に抵抗発熱材の劣化が防止されていることが確認された。一方、比較例5〜7では、抵抗発熱材が劣化していることが確認された。   As shown in Table 5, according to the ceramic heaters of Examples 10 to 12, even when the energization test for 1000 hours was performed, the resistance change rate was suppressed to 5% or less, and the energization test for 3000 hours was performed. It was confirmed that no disconnection occurred even when the test was performed. Furthermore, according to the ceramic heaters of Examples 10 to 12, even when a 5000 cycle intermittent energization test is performed, the resistance change rate is suppressed to 8% or less, and when a 20000 cycle intermittent energization test is performed. It was confirmed that no disconnection occurred. That is, in Examples 10-12, it was confirmed that deterioration of the resistance heating material was prevented. Moreover, the continuous electricity test and the intermittent electricity test were implemented with respect to Examples 1-9 mentioned above similarly to Examples 10-12. As a result, in Examples 1 to 9, it was confirmed that the deterioration of the resistance heating material was prevented as in Examples 10 to 12. On the other hand, in Comparative Examples 5 to 7, it was confirmed that the resistance heating material was deteriorated.

実施例10〜12のセラミックヒーターに対して、実施例1と同様の方法で、下地Niめっきの外観検査及び引張り強度試験を実施した。その結果、実施例10〜12では、下地Niめっきの外観に異常はなく、電極パッドがセラミック基体から剥離しなかった。   With respect to the ceramic heaters of Examples 10 to 12, the appearance inspection and the tensile strength test of the underlying Ni plating were performed in the same manner as in Example 1. As a result, in Examples 10 to 12, there was no abnormality in the appearance of the underlying Ni plating, and the electrode pad did not peel from the ceramic substrate.

11・・・セラミック基体、14・・・発熱部、15・・・引き出し部、12・・・セラミックシート、13・・・セラミック軸、15・・・引き出し部、16・・・電極部、17・・・金属リード、18・・・電極パッド(メタライズ)、19,21・・・めっき、20・・・ロウ材、22・・・スルーホール。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Ceramic base | substrate, 14 ... Heat generating part, 15 ... Lead-out part, 12 ... Ceramic sheet, 13 ... Ceramic shaft, 15 ... Lead-out part, 16 ... Electrode part, 17 ... Metal leads, 18 ... Electrode pads (metallized), 19, 21 ... Plating, 20 ... Brazing material, 22 ... Through holes.

Claims (2)

セラミックスからなるセラミック基体と、
前記セラミック基体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部と、
前記セラミック基体内に設けられ、前記発熱部と電気的に接続された引き出し部と、
前記セラミック基体の表面に設けられ、前記引き出し部と電気的に接続された電極パッドと、
前記電極パッドの表面に設けられた金属めっきと、
を備え、
前記セラミックスにおけるMgの酸化物の含有率が、MgO換算で0.01〜0.2重量%であり、
前記電極パッドがセラミックスを含有し、
前記電極パッドにおけるセラミックスの含有率が1〜45体積%であり、
前記電極パッドの厚さが15μm以上である、
セラミックヒーター。
A ceramic substrate made of ceramics;
A heat generating portion provided in the ceramic substrate and having at least a resistance heating material embedded therein;
A lead portion provided in the ceramic base and electrically connected to the heat generating portion;
An electrode pad provided on the surface of the ceramic substrate and electrically connected to the lead portion;
Metal plating provided on the surface of the electrode pad;
With
The content of Mg oxide in the ceramic is 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO,
The electrode pad contains ceramics;
The ceramic content in the electrode pad is 1 to 45% by volume,
The electrode pad has a thickness of 15 μm or more;
Ceramic heater.
セラミックスの原料粉末を含むセラミック基体の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体内に設けられ、少なくとも抵抗発熱材が埋設された発熱部の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体内に設けられ、前記発熱部の前駆体と接続された引き出し部の前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体の表面に設けられた電極パッドの前駆体と、
前記セラミック基体の前駆体の一部を貫通するスルーホール内に充填され、前記引き出し部の前駆体と前記電極パッドの前駆体に接触する導体ペーストと、
を焼成する焼成工程と、
前記電極パッドの前駆体を焼成することにより形成された前記電極パッドの表面に金属めっきを形成するめっき工程と、を備え、
前記セラミックスの原料粉末におけるMgの酸化物の含有率が、MgO換算で0.01〜0.2重量%であり、
前記電極パッドの前駆体がセラミックスの原料粉末を含有し、
前記電極パッドの前駆体が含む金属の体積と前記電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積との合計値に対して、前記電極パッドの前駆体が含むセラミックスの原料粉末の体積が1〜45体積%であり、
前記電極パッドの前駆体の厚さが19μm以上である、
セラミックヒーターの製造方法。
A ceramic substrate precursor containing ceramic powder,
A precursor of a heat generating portion provided in the precursor of the ceramic base, and at least a resistance heating material embedded therein;
A lead portion precursor provided in the ceramic base precursor and connected to the heat generating portion precursor;
An electrode pad precursor provided on the surface of the ceramic substrate precursor;
A conductive paste filled in a through hole penetrating a part of the precursor of the ceramic substrate, and contacting the precursor of the lead portion and the precursor of the electrode pad;
Firing step of firing,
A plating step of forming metal plating on the surface of the electrode pad formed by firing the precursor of the electrode pad, and
The content of the oxide of Mg in the ceramic raw material powder is 0.01 to 0.2% by weight in terms of MgO,
The electrode pad precursor contains ceramic raw material powder,
The volume of the ceramic raw material powder included in the electrode pad precursor is 1 with respect to the total value of the volume of the metal included in the electrode pad precursor and the volume of the ceramic raw material powder included in the electrode pad precursor. ~ 45% by volume,
The electrode pad precursor has a thickness of 19 μm or more,
Manufacturing method of ceramic heater.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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