JP3560468B2

JP3560468B2 - Ceramic heater and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP3560468B2
Application number: JP07450398A
Authority: JP
Inventors: 義朗末松; 芳朗野田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11273841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用酸素センサ、グローシステム、半導体加熱用、石油ファンヒータ等に使用されるセラミックヒータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば酸素センサには、その検出素子の加熱のために、平板状や円筒状のセラミックヒータが使用されている。
例えば円筒状のセラミックヒータは、例えばアルミナからなる円筒状のセラミック基材（セラミック碍管）の表面に、ヒータパターンが形成されたグリーンシートが巻きつけられて、一体焼成されたものである。
【０００３】
この種のセラミックヒータは、通常、下記▲１▼〜▲５▼の手順にて製造される（特開平１−２２５０８７号公報及び特開平４−３２９２９１号公報参照）。
▲１▼まず、ドクターブレード法により、例えばアルミナを主成分とするスラリーを原料として、搬送シート上に帯状のグリーンシートを連続して形成する。
【０００４】
▲２▼次に、このグリーンシートを所定寸法にカットした後に、グリーンシートの一方の面に、例えばタングステン等の高融点金属を有する金属ペーストを用いて、ペースト印刷法により、ヒータパターンを厚膜印刷する。尚、カットの際に、スルーホールも形成する。
【０００５】
▲３▼次に、グリーンシートの他方の面に、同様に金属ペーストを用いて端子パターンを厚膜印刷する。尚、前記両厚膜印刷の際に、スルーホールの内周壁にも、金属ペーストが付着する。
▲５▼次に、前記グリーンシート（第１グリーンシート）のヒータパターンを覆って、他の薄いグリーンシート（第２グリーンシート）を圧着して積層体とするとともに、この積層体を、セラミック基材の表面に積層し、一体焼成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した方法でセラミックヒータを製造する場合には、下記の問題が生じることがあった。
ａ）例えば、円筒状のセラミック基材の表面に、グリーンシートの積層体を巻き付ける場合には、その厚みが薄い方が、容易に且つしっかりと巻き付けることができる。しかし、両パターンやスルーホールが形成される第１グリーンシートはそれほど薄くできないので、ヒータパターンを覆う第２グリーンシートをできる限り薄くすることが考えられるが、その厚みを１００μｍ以下とする場合には、グリーンシート単体では破れ易いために、搬送シートに貼り付けた状態で扱うことになる。
【０００７】
ところで、図６（ａ）に示す様に、第１，第２グリーンシートＰ１，Ｐ２を圧着した後に、第２グリーンシートＰ２の搬送シートＰ３を剥すが、第２グリーンシートＰ２が非常に薄い場合には、スルーホールＰ４と向き合う位置の第２グリーンシートＰ２の一部Ｐ２’が、搬送シートＰ３上に残ってしまい、第２グリーンシートＰ２に孔Ｐ５があく（脱落）という問題があった。更に、第２グリーンシートＰ２が、スルーホールＰ４の近傍から破れることがあった。
【０００８】
ｂ）また、うまく搬送シートを剥せた場合には、その後、グリーンシートの積層体をセラミック基材に巻き付けて焼成することにより、図６（ｂ）に示す様に、（第１，第２グリーンシートから）第１，第２セラミック層Ｑ１，Ｑ２、（端子パターンから）端子部Ｑ３、（スルーホールＱ４の内周面に付着した金属ペーストから）メタライズ部Ｑ５等が形成されるが、端子部Ｑ３におけるろう付け性を向上させるために、端子部Ｑ３の表面及びスルーホールＱ４の内部にニッケルメッキを施す。
【０００９】
しかし、スルーホールＱ４の底部Ｑ６は、第２セラミック層Ｑ２が露出しているので、その底部Ｑ６には、うまくメッキ層Ｑ７が形成されないために、その後、端子部Ｑ３にろう材Ｑ８を付ける場合に、スルーホールＱ４内に空洞（欠陥）Ｑ９ができることがあった。この欠陥Ｑ９ができると、その後、ろう材Ｑ８の表面にニッケルメッキした後にアニール処理する際に、クラック等の破損が発生することがあった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、薄いグリーンシートからシートを剥す際に脱落や破損を生じることなく、且つ端子部にろう材を付着させる場合に欠陥を生じることのないセラミックヒータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するための請求項１の発明は、第１グリーンシートの一方の面に、ヒータパターンを形成するとともに、他方の面に、スルーホールを介してヒータパターンに接続される端子パターンを形成し、更にヒータパターン及びスルーホールを第２グリーンシートで覆い、その後焼成するセラミックヒータの製造方法において、第２グリーンシートの表面のスルーホールと向き合う位置に、焼成後にメッキ可能な補助パターンを、スルーホールの開口部を覆うように形成することを特徴とするセラミックヒータの製造方法を要旨とする。
【００１２】
本発明では、第２グリーンシートの表面のスルーホールと向き合う位置に、補助パターンをペースト印刷等により形成する。この補助パターンは、第１及び第２グリーンシートを圧着等により積層する場合に、スルーホールの開口部を覆うものであるが、この補助パターンは、焼成後にはメッキ可能な材料（例えばタングステン等の金属材料を含むペースト）から構成されるので、焼成後に、スルーホールの内部や（端子パターンが焼成された）端子部をメッキする場合には、確実にメッキを行なうことができる。そのため、その後、スルーホールの内部や端子部上にろう材を付着させる場合には、スルーホール内に空洞（欠陥）が生じることなく、隙間なく確実に充填することができる。
【００１３】
よって、その後、ろう材の表面にニッケルメッキした後にアニール処理する際に、クラック等の破損が発生することがない。
（２）請求項２の発明は、第１グリーンシートと、第１グリーンシートより薄肉で裏面に剥離可能なシートを備えた第２グリーンシートとを用い、第１グリーンシートの一方の面にヒータパターンを形成するとともに、他方の面にスルーホールを介してヒータパターンに接続される端子パターンを形成し、更にヒータパターン及びスルーホールを第２グリーンシートで覆い、その後焼成するセラミックヒータの製造方法において、第２グリーンシートの表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部より大きな補助パターンを形成し、その後、第２グリーンシートの裏面のシートを剥すことを特徴とするセラミックヒータの製造方法を要旨とする。
【００１４】
本発明では、第２グリーンシートの表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部より大きな補助パターン、即ち開口部をだけでなく、その周囲をも覆う補助パターンを形成している。
そのため、第１グリーンシートと第２グリーンシートを圧着等により積層した後に、第２グリーンシートの裏面のシートを剥す際には、スルーホールに向き合う部分が、第２グリーンシート側に残って孔があいて脱落したり、スルーホール近傍が破れることがない。つまり、補助パターンがその破損し易い箇所の強化部材として機能して、脱落や破れ等の破損の発生を防止する。
【００１５】
また、これにより、第２グリーンシートの厚みを薄くできるので、第１及び第２グリーンシートからなる積層体を、容易に且つしっかりとセラミック基材に巻き付けることができる。
（３）請求項３の発明は、第２グリーンシートの厚みが、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックヒータの製造方法を要旨とする。
【００１６】
本発明では、第２グリーンシートの厚みが１００μｍ以下と極めて薄いものである。このように薄肉であると、第２グリーンシートはシートに貼り付けた状態で使用する必要があり、また、シートを剥す場合に、上述した破損が生じる恐れがあるが、前記補助パターンにより、その様な問題の発生を防止できる。
【００１７】
（４）請求項４の発明は、ドクターブレード法により、第２グリーンシートを搬送シート上に形成し、搬送シートが密着した第２グリーンシートを第１グリーンシートに圧着し、その後搬送シートを剥すことを特徴とする請求項２又は３に記載のセラミックヒータの製造方法を要旨とする。
【００１８】
本発明は、使用するシートを例示したものであり、薄肉の第２グリーンシートの裏面に密着するシートとして、ドクターブレード法の形成の際に使用する搬送シートをそのまま用いることができる。
（５）請求項５の発明は、補助パターンを、金属ペーストを用いて形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法を要旨とする。
【００１９】
本発明は、補助パターンの材料を例示したものであり、補助パターンの材料として、例えばヒータパターンや端子パターンと同様な材料（例えばタングステンペースト）を使用することができる。
この金属ペーストを使用して補助パターンを形成することにより、焼成後には、導電性を有する金属層（補助層）を形成することができ、その後のメッキが容易になる。
【００２０】
（６）請求項６の発明は、補助パターンの厚みが、５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法要旨とする。
本発明は、補助パターンの厚みを例示したものであり、５μｍ以上であると、第２グリーンシートの破損防止のための十分な強度が得られ、３０μｍ以下であると、第２グリーンシートの圧着時のブク（膨れ）の発生を抑制できる。
【００２１】
（７）請求項７の発明は、請求項１に記載のセラミックヒータの製造方法により製造されるセラミックヒータであって、第１セラミック層と第２セラミック層との間にヒータ部を有するとともに、第２セラミック層の表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部を覆うメッキ可能な補助層を有することを特徴とするセラミックヒータを要旨とする。
【００２２】
本発明のセラミックヒータは、第２セラミック層の表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部を覆うメッキ可能な補助層を有している。
よって、この補助層により、前記請求項１にも記載した様に、スルーホールの内部や端子部をメッキする場合には、確実にメッキを行なうことができる。そのため、その後、スルーホールの内部や端子部上にろう材を付着させる場合に、スルーホール内に空洞（欠陥）が生じることなく、隙間なく確実に充填することができる。
【００２３】
よって、その後、ろう材の表面にニッケルメッキした後にアニール処理する際に、クラック等の破損が発生することがない。
（８）請求項８の発明は、請求項２〜５のいずれかに記載のセラミックヒータの製造方法により製造されるセラミックヒータであって、第１セラミック層と第２セラミック層との間にヒータ部を有するとともに、第２セラミック層の表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部より大きな補助層を有することを特徴とするセラミックヒータを要旨とする。
【００２４】
本発明のセラミックヒータは、第２セラミック層表面のスルーホールと対応する位置に、スルーホールの開口部より大きな補助層を有している。
よって、この補助層により、前記請求項２にも記載した様に、製造工程において、第２セラミック層となる第２グリーンシートに脱落や破れが発生しないので、第２セラミック層にも、それに起因する欠陥がない。
【００２５】
（９）請求項９の発明は、補助層が、金属層であることを特徴とする請求項７又は８に記載のセラミックヒータを要旨とする。
本発明では、補助層が金属層であるので、補助層の上に容易にメッキを施すことができる。それにより、後にスルーホールへのろう材の充填を、空洞を生ずることなく確実に行なうことができる。
【００２６】
（１０）請求項１０の発明は、スルーホール内に、ろう材が充填されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のセラミックヒータを要旨とする。
本発明では、スルーホール内に確実にろう材が充填されている。つまり、スルーホール内には、従来の様に、大きな空洞を生ずることなく、十分にろう材が充填されている。そのため、後にろう材の上にメッキを施し、アニール処理を実施する際に、破損が発生することがない。
【００２７】
（１１）請求項１１の発明は、補助層の厚みが、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のセラミックヒータを要旨とする。
本発明は、補助層の厚みを例示したものであり、この範囲の厚みであれば、前記請求項６にも記載した様に、製造工程における第２グリーンシートの破損が確実に防止され、第２セラミック層に不良が発生することがない。
【００２８】
尚、圧着の圧力あるいは焼成収縮により、補助パターンが補助層となるとき、その厚みが小さくなると考えられる。
また、前記ヒータパターンとしては、主として発熱を行う（例えば蛇行する）発熱パターンと、発熱パターンから伸びて発熱パターンに通電するためのリードパターンと、リードパターンの端部に形成されて端子パターンに接続される端部パターンとからなるものが挙げられる。尚、焼成後には、後述する様に、ヒータパターンはヒータ部となり、発熱パターンはヒータ発熱部となり、リードパターンはヒータリード部となり、端部パターンはヒータ端部となる。また、端子パターンは、焼成後に端子部となり、補助パターンは補助層となる。
【００２９】
また、前記グリーンシートとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする材料からなるものが挙げられる。
前記各パターンの材料として、高融点材料である、白金（Ｐｔ）、白金−ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミックヒータ及びその製造方法の例（実施例）を説明する。
（実施例）
（１）まず、本実施例のセラミックヒータの構造について説明する。
【００３１】
図１に示す様に、本実施例のセラミックヒータ１は、丸棒状であり、円筒状のセラミック基材（アルミナ碍管）２の周囲に、アルミナを主成分とする厚さ３００μｍの第１セラミック層３及び厚さ５０μｍの第２セラミック層４が積層されており、この第１セラミック層３及び第２セラミック層４の間に、タングステンを主成分とするヒータ部５が配置されている。
【００３２】
このヒータ部５は、図２に分解して示す様に、セラミックヒータ１の先端側で何度も蛇行するヒータ発熱部６と、セラミックヒータ１の後端側に配置されて電源側と接続される陽極側のヒータ端部７ａ及び陰極側のヒータ端部７ｂと、ヒータ発熱部６及び各ヒータ端部７ａ，７ｂを接続する一対のヒータリード部８ａ，８ｂとから構成されている。
【００３３】
前記第１セラミック層３には、各ヒータリード部８ａ，８ｂと対応して、スルーホール９ａ，９ｂに後述するメタライズ部１８（図３参照）等が形成されてなる導通部１０ａ，１０ｂが形成されている。尚、スルーホール９ａ，９ｂからなる導通部１０ａ，１０ｂは、第１セラミック層の長手方向に沿って、２個づつ直接に配置されている。
【００３４】
また、第１セラミック層３のヒータ部５と反対側（図の上方）には、各導通部１０ａ，１０ｂと接続するように、リード線取付用端子１１ａ，１１ｂ（図１参照）が接続される陽極側の端子部１２ａ及び陰極側の端子部１２ｂが形成されている。
【００３５】
つまり、第１セラミック層３の反対側の面に設けられたヒータ部５の各ヒータ端部７ａ，７ｂと各端子部１２ａ，１２ｂとは、各導通部１０ａ，１０ｂにより各々電気的に接続されている。
ここで、本実施例の要部である導通部１０ａ（１０ｂも同様）近傍の構成について、図３に基づいて、更に詳細に説明する。尚、図３は、端子部１２ａにリード線取付用端子１１ａの接続のために、ろう材１３を配置した状態を示している。
【００３６】
図３に示す様に、端子部１２ａ及びヒータ部５ａは、スルーホール９ａの内周面を覆うメタライズ部１８により電気的に接続されている。
特に、本実施例では、スルーホール９ａの底部１４ａ（直径０．４ｍｍ）を覆う様に、前記端子部１２ａ等と同様な金属材料からなる導電性の補助層１５ａが形成されている。この補助層１５ａは、直列に配置された一対のスルーホール９ａの底部１４ａ及びその周囲を覆う様に、厚さ１０μｍ、縦１．２ｍｍ×横３．２ｍｍの長方形である（図２参照）。
【００３７】
また、端子部１２ａの表面、スルーホール９ａ内のメタライズ部１８、及びスルーホール９ａの底部１４ａに対応する補助層１５ａの表面には、ニッケルからなる第１メッキ層１６ａが形成されている。
更に、この第１メッキ層１６ａ上には、端子部１２ａを覆うとともに、スルーホール９ａ内に隙間なく充填されるろう材（例えば７８％Ａｇ−２８％Ｃｕの組成の共晶ろう）１３が配置され、このろう材１３の表面には、ニッケルからなる第２メッキ層１７ａが形成されている。
【００３８】
（２）次に、本実施例のセラミックヒータ１の製造方法について説明する。
尚、前記第１セラミック層３、第２セラミック層４、ヒータ部５、ヒータ発熱部６、陽極側のヒータ端部７ａ、陰極側のヒータ端部７ｂ、ヒータリード部８ａ，８ｂ、陽極側の端子部１２ａ、陰極側の端子部１２ｂ、補助層１５ａ，１５ｂは、各々、第１グリーンシート２３、第２グリーンシート２４、ヒータパターン２５、発熱パターン２６、陽極側の端部パターン２７ａ、陰極側の端部パターン２７ｂ、リードパターン２８ａ，２８ｂ、陽極側の端子パターン２９ａ、陰極側の端子パターン２９ｂ、補助パターン３０ａ，３０ｂが焼成されて形成されたものであるので、以下の説明では前記図２〜図５を用いて説明する。
【００３９】
ａ）グリーンシートの作製
まず、Ａｌ_２Ｏ_３粉末（純度９９．９％、平均粒径１．８μｍ）と、焼結助剤であるＳｉＯ_２粉末（純度９９．９％、平均粒径１．４μｍ）と、ＣａＯとなるＣａＣＯ_３粉末（純度９９．９％、平均粒径３．２μｍ）と、ＭｇＯとなるＭｇＣＯ_３粉末（純度９９．９％、平均粒径３．２μｍ）と、必要に応じて添加されるＹ_２Ｏ_３等の微量粉末とを、所定割合（例えばＡｌ_２Ｏ_３粉末９０重量部、ＳｉＯ_２粉末５重量部、ＣａＣＯ_３粉末３重量部、ＭｇＣＯ_３粉末２重量部）で配合して、配合物を調製した。
【００４０】
そして、この配合物１００重量部に対し、ポリブチルビニラール８重量部、ジブチルフタレート４重量部、メチルエチルケトン及びトルエン７０重量部を添加し、ボールミルで混合してスラリー状とした。
その後、減圧脱泡して、ドクターブレード法により、厚さ０．３ｍｍの第１グリーンシート２３と、厚さ０．０５ｍｍの第２グリーンシート２４を作製した。
【００４１】
ｂ）ドクターブレード法
ここで、ドクターブレード法について説明する。
ドクターブレード法とは、図４（ａ）に示す様に、容器３１から合成樹脂製のフィルムである搬送テープ３２上にスラリー３３を流して供給する際に、円柱の一部が軸方向に切り欠かれた形状のブレード３４にて、スラリー３３の層の厚さを調節するものである。
【００４２】
この搬送テープ３２上に配置されたスラリー３３は、搬送テープ３２の移動とともに図示しない乾燥装置によりメチルエチルケトン及びトルエンが適度に蒸発させられ、帯状のグリーンシート３５となる。このグリーンシート３５（特に第１グリーンシート２３に対応する場合）は、搬送テープ３２から分離されてリブ３６により巻取られる。
【００４３】
その後、帯状のグリーンシート３５は、リブ３６から引き出され、所定形状にカットされる。具体的には、図４（ｂ）に示す様に、複数のヒータパターン２５を形成できる様に、略正方形にプレスにより切断される。同時に、各端部パターン２７ａ，２７ｂが形成される位置に、プレスの際の打ち抜きにより、各々スルーホール９ａ，９ｂが形成される。
【００４４】
その後、前記略正方形のグリーンシート上に、一度の複数のヒータパターン２５を形成し、更に、各ヒータパターン２５に対応した第１グリーンシート２３にカットするのであるが、以下では、説明を明瞭にするために、第１グリーンシート２３単体（ヒータ１本分）にヒータパターン２５を印刷する場合を例に挙げて説明する。
【００４５】
一方、第２グリーンシート２４も、厚さが異なる点及びスルーホール９ａ，９ｂがない点などを除き、同様なドクターブレード法により作製されるが、この第２グリーンシート２４は、極めて薄肉で破損し易いので、その作製に使用される搬送シート３２は、剥さずに、後述する様に、第２グリーンシート２４に貼り付けたままの状態で使用する。
【００４６】
ｃ）タングステンペーストの作製
Ｗ粉末（平均粒径１．５μｍ）、また必要に応じてＡｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径１．５μｍ）、及びＲｅ粉末（平均粒径１．５μｍ）を、所定の割合（例えばＷ粉末９０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３粉末１０重量部）で配合された配合物１００に対して、ポリビニルブチラール５重量部、ブチルカルビドールアセテート２０重量部、アセトン７０重量部を添加し、ボールミルで混合し、スラリー状とした。その後。アセトンを乾燥して除去してタングステンペーストを得た。
【００４７】
ｄ）ヒータパターンの印刷
前記図２に示す様に、第１グリーンシート２３の一方の面２３ａ（図２では下面側）に、前記ｃ）にて作製されたタングステンペーストを用いて、ペースト印刷を行った。それにより、発熱パターン２６、リードパターン２８ａ，２８ｂ、及び端部パターン２７ａ，２７ｂからなる厚さ２５μｍのヒータパターン２５を形成した。
【００４８】
即ち、第１グリーンシート２３の一方の面２３ａを上にして、その面２３ａ上にヒータパターン２５を形成した。具体的には、ヒータパターン２５の形状に透孔が設けられた金属製のマスク（図示せず）を使用して、厚膜印刷（スクリーン印刷）し、その後乾燥した。
【００４９】
ｅ）端子パターンの印刷
次に、第１グリーンシート２３を裏返し、その他方の面２３ｂ（図２では上方側）の所定位置、即ちスルーホール９ａ，９ｂに対応する位置に、前記タングステンペーストを使用してスクリーン印刷を行い、陽極側の端子パターン２９ａ及び陰極側の端子パターン２９ｂを厚膜印刷した。
【００５０】
尚、前記ヒータパターン２５及び端子パターン２９ａ，２９ｂの厚膜印刷の際に、同時に、スルーホール９ａ，９ｂの内周面にタングステンペーストを付着させた。
ｆ）補助パターンの形成
次に、図５（ａ）に示す様に、第２グリーンシート２４の表面のスルーホール９ａ，９ｂに対応する位置に、前記タングステンペーストを使用して、スクリーン印刷を行ない、補助パターン３０ａ，３０ｂを形成した。この補助パターン３０ａ，３０ｂは、それぞれ直列に配置された一対のスルーホール９ａ，９ｂの開口部（底部）及びその周囲を覆う様に、厚さ１５μｍ、縦１．５ｍｍ×横３．８ｍｍの長方形である（図２参照）。
【００５１】
尚、第２グリーンシート２４の裏面には、搬送シート３２が密着している。
ｇ）グリーンシートの積層
次に、図５（ｂ）に示す様に、第１グリーンシート２３のヒータパターン２５が印刷された一方の面２３ａ側に、ヒータパターン２５を覆うように、第２グリーンシート２４を圧着し、図５（ｃ）に示す積層体４１を形成した。
【００５２】
これにより、スルーホール９ａ，９ｂの開口部（図の下方）は、補助パターン３０ａ，３０ｂにより覆われて塞がれる。尚、圧着は、第２グリーンシート２４上に第１グリーンシート２３を載置し、積層する様にして行なった。
その後、図５（ｄ）に示す様に、第２グリーンシート２４の裏面（図５の下方の面）に貼り付いていた搬送シート３２を剥した。
【００５３】
ｈ）セラミックヒータ成形体の作製
次いで、図２に示す様に、前記積層体４１において第２グリーンシート２４の積層側とは反対の表面（図２の下面側）に、アルミナペ−スト（共素地）を塗布し、この塗布面をアルミナ製碍管２に向けて、積層体４１をアルミナ碍管２に巻き付け、外周を押圧して、セラミックヒータ成形体を得た。
【００５４】
ｉ）セラミックヒータ成形体の焼成
上記の様にして得られたセラミックヒータ成形体を、２５０℃で樹脂抜きし、その後、水素炉中で、１５５０℃で１時間３０分間保持して焼成し、第１及び第２セラミック層３，４、ヒータ部５、両端子部２０ａ，２０ｂ、アルミナ碍管２を一体化させた。
【００５５】
ｊ）端子部の加工
その後、図５（ｅ）に示す様に、スルーホール９ａ，９ｂ内（その内周面及び底部１４ａ，１４ｂ）及び端子部１２ａ，１２ｂ表面に、無電解メッキ液を塗布し、通常の無電解ニッケルメッキにより、第１メッキ層１６ａ，１６ｂを形成した。
【００５６】
次に、図５（ｆ）に示す様に、スルーホール９ａ，９ｂ及び端子部１２ａ，１２ｂの表面側に、即ち第１メッキ層１６ａの表面に、ろう材１３を溶融・凝固させてリード線取付用端子１１ａをろう付けした。
次に、図５（ｇ）に示す様に、ろう材１３表面に、前記と同様な無電解ニッケルメッキによって、第２メッキ層１７ａを形成し、リード線取付用端子１１ａ，１１ｂが接続された図１に示すセラミックヒータ１を完成した。
【００５７】
この様に、本実施例のセラミックヒータ１及びその製造方法では、第２グリーンシート２４に補助パターン３０ａ，３０ｂを形成し、第１グリーンシート２３と第２グリーンシート２４を圧着する際に、この補助パターン３０ａ，３０ｂにより、スルーホール９ａ，９ｂの一方の開口部（底部１４ａ，１４ｂ）を覆うので、第２グリーンシート２４から搬送シート３２を剥す場合でも、スルーホール９ａ，９ｂに対応する第２グリーンシート２４の部分が抜け落ちたり（脱落）、その周囲が破損することが無い。
【００５８】
それにより、第２グリーンシート２４として、１００μｍ以下の非常に薄肉のものを採用できるので、積層体４１を容易に且つしっかりとセラミック碍管２に巻き付けることができる。
また、補助パターン３０ａ，３０ｂは、タングステンペーストから形成されるので、焼成後の補助層１５ａ，１５ｂには、容易にメッキを施すことができる。しかも、この補助層１５ａ，１５ｂは、第２セラミック層４がスルーホール９ａ，９ｂの底面１４ａ，１４ｂに露出しない様に、その底面１４ａ，１４ｂを覆う構成である。
【００５９】
そのため、端子部１２ａ，１２ｂの表面、スルーホール９ａ，９ｂの内周面、及び補助層１５ａ，１５ｂの表面の全体にわたり、無電解メッキにより、容易に第１メッキ層１６ａ，１６ｂを形成できる。よって、後にろう材１３を端子部１２ａ，１２ｂに付着させる場合には、第１メッキ層１６ａ，１６ｂはろう材１３との濡れ性に優れているので、スルーホール９ａ，９ｂ内にろう材１３が確実に充填され、従来の様な空洞（欠陥）が生じることがない。
【００６０】
更に、本実施例では、補助層１５ａ，１５ｂが十分に薄いので、補助層１５ａ，１５ｂの外周部にて、大きな段差が生じず、よって、その段差部分に空気が封入されにくい。そのため、圧着時には、その段差部分における膨らみ（ブク）が発生しにくく、不良品の発生を抑制できる。
（実験例）
次に、本実施例の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００６１】
まず、上述した実施例の製造方法（但し比較例は補助パターンなし）にて、セラミックヒータを作製する際に、下記表１に示す様に、補助パターンの有無及び補助パターンの厚みを変更し、各試料Ｎｏ．１〜６毎に、各々５０本づつのセラミックヒータを作製した。
【００６２】
そして、各試料毎に、圧着時のブク不良、シート破れ不良、ろう不足不良を調べた。
・圧着時のブク不良は、圧着時にブクが発生したセラミックヒータの本数を計数し、その割合で示した。
【００６３】
・シート破れ不良は、搬送シートを剥す際に破れた本数を計数し、その割合で示した。
・ろう不足不良は、ろう材を充填したスルーホールに空洞が発生した本数を計数し、その割合で示した。
【００６４】
【表１】

【００６５】
この表１から明かなように、本発明の範囲の実施例の場合（試料Ｎｏ．１〜５）は、補助パターンを形成するので、シート破れ不良が８％以下で、しかも、ろう不足不良が２％以下と少なく好適である。
特に、補助パターンの厚みが５〜３０μｍの場合は、圧着時のブク不良が８％以下と少なく、一層好適であ。る
それに対して、比較例の場合（試料Ｎｏ．６）は、補助パターンを形成しないので、シートの破れ不良が６０％で、しかも、ろう不足不良が２０％と多く好ましくない。
【００６６】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例では、セラミックヒータの形状として、円筒状のものを形成したが、板状のセラミックヒータとしてもよい。
【００６７】
（２）また、セラミック基材としては、両端に通じる孔の開いた筒状（例えば円筒状）のもの、一端が閉塞された筒状（例えば円筒状）のもの、あるいは孔の開いていない柱状（例えば円柱状）のもの等を採用できる。
（３）前記実施例では、一対のスルーホールに対して長方形の補助パターン（補助層）を設けたが、一つの端子に１つのスルーホールしかない場合は、例えば円形や正方形等各種の形状のものを使用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述した様に、請求項１のセラミックヒータの製造方法では、補助パターンは、焼成後にはメッキ可能な材料から構成されるので、焼成後に、スルーホールの内部や端子部をメッキする場合には、確実にメッキを行なうことができる。そのため、その後、スルーホールの内部や端子部上にろう材を付着させる場合には、スルーホール内に空洞（欠陥）が生じることなく、隙間なく確実に充填することができる。よって、その後、ろう材の表面にニッケルメッキした後にアニール処理する際に、クラック等の破損が発生することがない。
【００６９】
請求項２のセラミックヒータの製造方法では、補助パターンは、スルーホールの開口部をだけでなく、その周囲をも覆っているので、第２グリーンシートの裏面のシートを剥す際には、第２グリーンシートの脱落や破れ等の破損の発生を防止できる。また、これにより、第２グリーンシートの厚みを薄くできるので、第１及び第２グリーンシートからなる積層体を、容易に且つしっかりとセラミック基材に巻き付けることができる。
【００７０】
請求項７のセラミックヒータは、第２セラミック層の表面のスルーホールと向き合う位置に、スルーホールの開口部を覆うメッキ可能な補助層を有しているので、スルーホールの内部や端子部をメッキする場合には、確実にメッキを行なうことができる。そのため、その後、スルーホールの内部や端子部上にろう材を付着させる場合に、スルーホール内に空洞（欠陥）が生じることなく、隙間なく確実に充填することができる。よって、その後、ろう材の表面にニッケルメッキした後にアニール処理する際に、クラック等の破損が発生することがない。
【００７１】
請求項８のセラミックヒータは、第２セラミック層表面のスルーホールと対応する位置に、スルーホールの開口部より大きな補助層を有しているので、製造工程において、第２セラミック層となる第２グリーンシートに脱落や破れが発生しないので、第２セラミック層にも、それに起因する欠陥がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミックヒータの一部を破断して示す斜視図である。
【図２】セラミックヒータを分解して示す斜視図である。
【図３】セラミックヒータのスルーホール近傍を判断して示す説明図である。
【図４】ドクターブレード法によるグリーンシートの形成方法を示す説明図である。
【図５】セラミックヒータの製造手順を示す説明図である。
ドクターブレード法によるグリーンシートの形成方法を示す説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１…セラミックヒータ
３…第１セラミック層
４…第２セラミック層
５…ヒータ部
９ａ，９ｂ…スルーホール
１２ａ，１２ｂ…端子部
１３…ろう材
１８…メタライズ部
２３…第１グリーンシート
２４…第２グリーンシート
２５…ヒータパターン
２９ａ，２９ｂ…端子パターン
４１…積層体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heater used for, for example, an oxygen sensor for automobiles, a glow system, semiconductor heating, a petroleum fan heater, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a plate-shaped or cylindrical ceramic heater has been used in an oxygen sensor for heating its detection element.
For example, a cylindrical ceramic heater is obtained by winding a green sheet having a heater pattern on a surface of a cylindrical ceramic substrate (ceramic insulator) made of, for example, alumina and integrally firing the green sheet.
[0003]
This type of ceramic heater is usually manufactured by the following procedures (1) to (5) (see JP-A-1-225087 and JP-A-4-329291).
{Circle around (1)} First, a belt-shaped green sheet is continuously formed on a conveyance sheet by using a slurry mainly composed of alumina as a raw material, for example, by a doctor blade method.
[0004]
{Circle over (2)} Next, after cutting this green sheet to a predetermined size, a heater pattern is formed on one surface of the green sheet by a paste printing method using a metal paste having a high melting point metal such as tungsten. Print. In addition, a through hole is also formed at the time of cutting.
[0005]
{Circle around (3)} Next, a terminal pattern is thickly printed on the other surface of the green sheet using the same metal paste. At the time of both thick film printing, the metal paste also adheres to the inner peripheral wall of the through hole.
{Circle over (5)} Next, another thin green sheet (second green sheet) is pressure-bonded to cover the heater pattern of the green sheet (first green sheet) to form a laminate. Laminated on the surface of the material and fired integrally.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the ceramic heater is manufactured by the above-described method, the following problems may occur.
a) For example, when a green sheet laminate is wound on the surface of a cylindrical ceramic base material, the thinner the thickness, the easier and firmer the winding. However, since the first green sheet on which both patterns and the through holes are formed cannot be so thin, it is conceivable to make the second green sheet covering the heater pattern as thin as possible. However, when the thickness is set to 100 μm or less, Since the green sheet alone is easily broken, the green sheet is handled in a state of being attached to the transport sheet.
[0007]
By the way, as shown in FIG. 6A, after the first and second green sheets P1 and P2 are pressure-bonded, the transport sheet P3 of the second green sheet P2 is peeled off, but the second green sheet P2 is very thin. Has a problem that a portion P2 'of the second green sheet P2 at a position facing the through hole P4 remains on the transport sheet P3, and a hole P5 is formed (drops off) in the second green sheet P2. Further, the second green sheet P2 may be broken from the vicinity of the through hole P4.
[0008]
b) When the conveyance sheet is successfully peeled off, the laminate of green sheets is then wound around a ceramic substrate and fired, as shown in FIG. The first and second ceramic layers Q1 and Q2 (from the green sheet), the terminal portion Q3 (from the terminal pattern), the metallized portion Q5 (from a metal paste attached to the inner peripheral surface of the through hole Q4) and the like are formed. Nickel plating is applied to the surface of the terminal portion Q3 and the inside of the through hole Q4 in order to improve the brazing property in the portion Q3.
[0009]
However, since the second ceramic layer Q2 is exposed at the bottom Q6 of the through hole Q4, the plating layer Q7 is not formed well on the bottom Q6. In some cases, a cavity (defect) Q9 is formed in the through hole Q4. When the defect Q9 is formed, damages such as cracks may occur when annealing is performed after nickel plating on the surface of the brazing material Q8.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and does not cause dropping or breakage when peeling a sheet from a thin green sheet, and causes a defect when a brazing material is attached to a terminal portion. It is an object of the present invention to provide a ceramic heater and a method of manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(1) According to the first aspect of the present invention, a heater pattern is formed on one surface of a first green sheet, and the other surface is connected to the heater pattern via a through hole. In a method of manufacturing a ceramic heater in which a terminal pattern is formed, a heater pattern and a through hole are further covered with a second green sheet, and then fired, an auxiliary plate that can be plated after firing is provided at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet. The invention provides a method for manufacturing a ceramic heater, wherein a pattern is formed so as to cover an opening of a through hole.
[0012]
In the present invention, an auxiliary pattern is formed at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet by paste printing or the like. This auxiliary pattern covers the opening of the through hole when the first and second green sheets are laminated by pressure bonding or the like. This auxiliary pattern is made of a material that can be plated after firing (for example, tungsten or the like). Since it is composed of a paste containing a metal material), it is possible to reliably perform plating when plating the inside of the through hole or the terminal portion (where the terminal pattern has been fired) after firing. Therefore, when the brazing material is thereafter adhered to the inside of the through hole or the terminal portion, the filling can be reliably performed without a gap without generating a cavity (defect) in the through hole.
[0013]
Therefore, when annealing is performed after nickel plating on the surface of the brazing material, damage such as cracks does not occur.
(2) The invention according to claim 2 uses a first green sheet and a second green sheet provided with a sheet which is thinner than the first green sheet and can be peeled off on the back surface, and a heater is provided on one surface of the first green sheet. In the method of manufacturing a ceramic heater, a pattern is formed, a terminal pattern connected to the heater pattern via a through hole is formed on the other surface, the heater pattern and the through hole are further covered with a second green sheet, and then fired. Forming an auxiliary pattern larger than the opening of the through hole at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet, and thereafter peeling off the sheet on the back surface of the second green sheet. Is the gist.
[0014]
In the present invention, an auxiliary pattern that is larger than the opening of the through hole, that is, an auxiliary pattern that covers not only the opening but also the periphery thereof, is formed at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet.
Therefore, after laminating the first green sheet and the second green sheet by pressing or the like, when peeling off the sheet on the back surface of the second green sheet, the portion facing the through hole remains on the second green sheet side and the hole is left. It does not fall off and does not break near the through hole. That is, the auxiliary pattern functions as a reinforcing member for the easily breakable portion, thereby preventing the breakage such as dropping or tearing.
[0015]
In addition, since the thickness of the second green sheet can be reduced, the laminate including the first and second green sheets can be easily and firmly wound around the ceramic substrate.
(3) A third aspect of the invention is a method of manufacturing a ceramic heater according to the second aspect, wherein the thickness of the second green sheet is 100 μm or less.
[0016]
In the present invention, the thickness of the second green sheet is as extremely small as 100 μm or less. When the second green sheet is thin as described above, it is necessary to use the second green sheet in a state where the second green sheet is attached to the sheet. In addition, when the sheet is peeled, the above-described damage may occur. Such problems can be prevented.
[0017]
(4) According to a fourth aspect of the present invention, a second green sheet is formed on a transport sheet by a doctor blade method, the second green sheet on which the transport sheet is in close contact is pressed against the first green sheet, and then the transport sheet is peeled off. The gist of the present invention is a method for manufacturing a ceramic heater according to claim 2 or 3.
[0018]
The present invention exemplifies a sheet to be used, and a transfer sheet used for forming the doctor blade method can be used as it is as a sheet which is in close contact with the back surface of the thin second green sheet.
(5) The invention of claim 5 has the gist of the method of manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 1 to 4, wherein the auxiliary pattern is formed using a metal paste.
[0019]
The present invention exemplifies the material of the auxiliary pattern. As the material of the auxiliary pattern, for example, the same material (for example, tungsten paste) as the heater pattern and the terminal pattern can be used.
By forming an auxiliary pattern using this metal paste, a conductive metal layer (auxiliary layer) can be formed after firing, and subsequent plating is facilitated.
[0020]
(6) The invention according to claim 6 is the gist of the method for manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the auxiliary pattern is 5 to 30 m.
The present invention exemplifies the thickness of the auxiliary pattern. When the thickness is 5 μm or more, sufficient strength for preventing breakage of the second green sheet is obtained, and when the thickness is 30 μm or less, the pressure of the second green sheet is reduced. The occurrence of bubbles (bulging) at the time can be suppressed.
[0021]
(7) An invention according to claim 7 is a ceramic heater manufactured by the method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1, comprising a heater portion between the first ceramic layer and the second ceramic layer, A gist of the ceramic heater is characterized in that it has a plateable auxiliary layer for covering the opening of the through hole at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer.
[0022]
The ceramic heater according to the present invention has a plateable auxiliary layer that covers the opening of the through hole at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer.
Therefore, as described in the first aspect, when the inside of the through hole or the terminal portion is plated by the auxiliary layer, the plating can be reliably performed. Therefore, when a brazing material is adhered to the inside of the through-hole or the terminal portion thereafter, it is possible to reliably fill the through-hole without any gap without generating a cavity (defect).
[0023]
Therefore, when annealing is performed after nickel plating on the surface of the brazing material, damage such as cracks does not occur.
(8) An eighth aspect of the present invention is a ceramic heater manufactured by the method of manufacturing a ceramic heater according to any one of the second to fifth aspects, wherein the heater is provided between the first ceramic layer and the second ceramic layer. A ceramic heater having a portion and an auxiliary layer larger than the opening of the through hole at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer.
[0024]
The ceramic heater of the present invention has an auxiliary layer larger than the opening of the through hole at a position corresponding to the through hole on the surface of the second ceramic layer.
Therefore, the auxiliary layer does not cause the second green sheet serving as the second ceramic layer to fall off or torn in the manufacturing process, as described in the second aspect. There are no defects to do.
[0025]
(9) According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a ceramic heater according to the seventh or eighth aspect, wherein the auxiliary layer is a metal layer.
In the present invention, since the auxiliary layer is a metal layer, plating can be easily performed on the auxiliary layer. Thereby, the filling of the brazing filler material into the through-hole can be reliably performed later without forming a cavity.
[0026]
(10) The ceramic heater according to any one of claims 7 to 9, wherein the through hole is filled with a brazing filler metal.
In the present invention, the brazing filler metal is surely filled in the through holes. That is, the through-hole is sufficiently filled with the brazing material without forming a large cavity as in the related art. Therefore, damage is not caused when plating is performed on the brazing material and the annealing process is performed later.
[0027]
(11) The invention of claim 11 is a gist of the ceramic heater according to any one of claims 7 to 10, wherein the thickness of the auxiliary layer is 3 to 30 µm.
The present invention exemplifies the thickness of the auxiliary layer. If the thickness is within this range, the second green sheet is reliably prevented from being damaged in the manufacturing process, as described in claim 6. 2 No defect occurs in the ceramic layer.
[0028]
It is considered that when the auxiliary pattern becomes the auxiliary layer due to the pressure of the compression bonding or the firing shrinkage, the thickness of the auxiliary layer becomes small.
The heater pattern mainly generates heat (for example, meanders), a lead pattern extending from the heat pattern to supply current to the heat pattern, and a terminal pattern formed at an end of the lead pattern and connected to a terminal pattern. And an end pattern to be formed. After firing, as described later, the heater pattern becomes a heater portion, the heat generation pattern becomes a heater heat generation portion, the lead pattern becomes a heater lead portion, and the end pattern becomes a heater end portion. The terminal pattern becomes a terminal portion after firing, and the auxiliary pattern becomes an auxiliary layer.
[0029]
Further, as the green sheet, alumina (Al) ₂ O ₃ ) As a main component.
Examples of the material of each pattern include high melting point materials such as platinum (Pt), platinum-rhodium (Rh), molybdenum (Mn), and tungsten (W).
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, examples (embodiments) of the ceramic heater and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described.
(Example)
(1) First, the structure of the ceramic heater of the present embodiment will be described.
[0031]
As shown in FIG. 1, a ceramic heater 1 according to the present embodiment has a round bar shape and a first ceramic layer having a thickness of 300 μm and containing alumina as a main component around a cylindrical ceramic base material (alumina insulator tube) 2. 3 and a second ceramic layer 4 having a thickness of 50 μm are laminated. Between the first ceramic layer 3 and the second ceramic layer 4, a heater portion 5 mainly composed of tungsten is arranged.
[0032]
As shown in an exploded view of FIG. 2, the heater section 5 is a heater heating section 6 meandering many times at the front end side of the ceramic heater 1 and is connected to the power supply side at the rear end side of the ceramic heater 1. The heater end 7a on the anode side and the heater end 7b on the cathode side, and a pair of heater leads 8a, 8b connecting the heater heating section 6 and the heater ends 7a, 7b.
[0033]
In the first ceramic layer 3, conductive portions 10a and 10b are formed in which through holes 9a and 9b are formed metallized portions 18 (see FIG. 3) to be described later and the like, corresponding to the heater lead portions 8a and 8b. Have been. The conducting portions 10a and 10b formed of the through holes 9a and 9b are directly arranged two by two along the longitudinal direction of the first ceramic layer.
[0034]
Lead wire mounting terminals 11a and 11b (see FIG. 1) are connected to the first ceramic layer 3 on the side opposite to the heater section 5 (upper side in the figure) so as to be connected to the conductive sections 10a and 10b. A terminal portion 12a on the anode side and a terminal portion 12b on the cathode side are formed.
[0035]
That is, the heater ends 7a, 7b of the heater section 5 provided on the surface on the opposite side of the first ceramic layer 3 and the terminal sections 12a, 12b are electrically connected by the conductive sections 10a, 10b, respectively. ing.
Here, the configuration in the vicinity of the conduction portion 10a (similarly, 10b), which is a main portion of the present embodiment, will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 shows a state in which a brazing material 13 is arranged for connection of the lead wire attaching terminal 11a to the terminal portion 12a.
[0036]
As shown in FIG. 3, the terminal portion 12a and the heater portion 5a are electrically connected by a metallized portion 18 covering the inner peripheral surface of the through hole 9a.
In particular, in this embodiment, a conductive auxiliary layer 15a made of the same metal material as the terminal portion 12a or the like is formed so as to cover the bottom portion 14a (0.4 mm in diameter) of the through hole 9a. The auxiliary layer 15a is a rectangle having a thickness of 10 μm and a length of 1.2 mm × 3.2 mm (see FIG. 2) so as to cover the bottoms 14a of the pair of through holes 9a arranged in series and their surroundings.
[0037]
A first plating layer 16a made of nickel is formed on the surface of the terminal portion 12a, the metallized portion 18 in the through hole 9a, and the surface of the auxiliary layer 15a corresponding to the bottom portion 14a of the through hole 9a.
Further, on the first plating layer 16a, a brazing material (for example, a eutectic solder having a composition of 78% Ag-28% Cu) 13 that covers the terminal portion 12a and fills the through holes 9a without gaps is arranged. A second plating layer 17a made of nickel is formed on the surface of the brazing material 13.
[0038]
(2) Next, a method for manufacturing the ceramic heater 1 of the present embodiment will be described.
The first ceramic layer 3, the second ceramic layer 4, the heater section 5, the heater heating section 6, the heater end section 7a on the anode side, the heater end section 7b on the cathode side, the heater lead sections 8a, 8b, and the anode side. The terminal portion 12a, the cathode-side terminal portion 12b, and the auxiliary layers 15a and 15b are respectively composed of a first green sheet 23, a second green sheet 24, a heater pattern 25, a heating pattern 26, an anode-side end pattern 27a, and a cathode side. The end pattern 27b, the lead patterns 28a and 28b, the terminal pattern 29a on the anode side, the terminal pattern 29b on the cathode side, and the auxiliary patterns 30a and 30b are formed by firing. This will be described with reference to FIG.
[0039]
a) Preparation of green sheet
First, Al ₂ O ₃ Powder (purity 99.9%, average particle size 1.8 μm) and SiO as a sintering aid ₂ Powder (purity 99.9%, average particle size 1.4 μm) and CaCO as CaO ₃ Powder (purity 99.9%, average particle size 3.2 μm) and MgCO as MgO ₃ Powder (purity 99.9%, average particle size 3.2 μm) and Y added as needed ₂ O ₃ At a predetermined ratio (for example, Al ₂ O ₃ 90 parts by weight of powder, SiO ₂ 5 parts by weight of powder, CaCO ₃ 3 parts by weight of powder, MgCO ₃ (2 parts by weight of powder) to prepare a blend.
[0040]
Then, 8 parts by weight of polybutylvinylal, 4 parts by weight of dibutyl phthalate, 70 parts by weight of methyl ethyl ketone and 70 parts by weight of toluene were added to 100 parts by weight of this compound, and mixed by a ball mill to form a slurry.
Thereafter, defoaming was performed under reduced pressure, and a first green sheet 23 having a thickness of 0.3 mm and a second green sheet 24 having a thickness of 0.05 mm were produced by a doctor blade method.
[0041]
b) Doctor blade method
Here, the doctor blade method will be described.
As shown in FIG. 4A, when the slurry 33 is supplied from a container 31 onto a transport tape 32, which is a film made of synthetic resin, when the slurry 33 is supplied, a part of the cylinder is cut in the axial direction. The thickness of the slurry 33 layer is adjusted by the chipped blade 34.
[0042]
The methyl ethyl ketone and toluene are appropriately evaporated from the slurry 33 placed on the transport tape 32 by the drying device (not shown) as the transport tape 32 is moved, thereby forming a belt-like green sheet 35. The green sheet 35 (particularly, the case corresponding to the first green sheet 23) is separated from the transport tape 32 and wound up by the rib 36.
[0043]
Thereafter, the belt-shaped green sheet 35 is pulled out from the rib 36 and cut into a predetermined shape. Specifically, as shown in FIG. 4B, the sheet is cut into a substantially square shape by pressing so that a plurality of heater patterns 25 can be formed. At the same time, through holes 9a and 9b are formed at positions where the end patterns 27a and 27b are formed by punching at the time of pressing.
[0044]
Thereafter, a plurality of heater patterns 25 are formed once on the substantially square green sheet, and further cut into the first green sheets 23 corresponding to the respective heater patterns 25. For this purpose, a case where the heater pattern 25 is printed on the first green sheet 23 alone (for one heater) will be described as an example.
[0045]
On the other hand, the second green sheet 24 is manufactured by the same doctor blade method except that the thickness is different and the through holes 9a and 9b are not provided. However, the second green sheet 24 is extremely thin and is damaged. Since the transfer sheet 32 is easily peeled off, the transfer sheet 32 used for the preparation is not peeled off and is used while being attached to the second green sheet 24 as described later.
[0046]
c) Preparation of tungsten paste
W powder (average particle size: 1.5 μm) and, if necessary, Al ₂ O ₃ A powder (average particle size: 1.5 μm) and a Re powder (average particle size: 1.5 μm) are mixed at a predetermined ratio (for example, 90 parts by weight of W powder, Al powder). ₂ O ₃ Powder 10), 5 parts by weight of polyvinyl butyral, 20 parts by weight of butyl carbidol acetate, and 70 parts by weight of acetone were added and mixed by a ball mill to form a slurry. afterwards. The acetone was dried and removed to obtain a tungsten paste.
[0047]
d) Printing of heater pattern
As shown in FIG. 2, paste printing was performed on one surface 23a (the lower surface side in FIG. 2) of the first green sheet 23 using the tungsten paste prepared in c) above. As a result, a heater pattern 25 having a thickness of 25 μm including the heating pattern 26, the lead patterns 28a and 28b, and the end patterns 27a and 27b was formed.
[0048]
That is, the heater pattern 25 was formed on the first surface 23a with the one surface 23a of the first green sheet 23 facing upward. Specifically, thick film printing (screen printing) was performed using a metal mask (not shown) provided with through holes in the shape of the heater pattern 25, and then dried.
[0049]
e) Terminal pattern printing
Next, the first green sheet 23 is turned over, and screen printing is performed using the tungsten paste at a predetermined position on the other surface 23b (the upper side in FIG. 2), that is, at a position corresponding to the through holes 9a and 9b. The anode-side terminal pattern 29a and the cathode-side terminal pattern 29b were printed by thick film.
[0050]
At the time of thick film printing of the heater pattern 25 and the terminal patterns 29a and 29b, a tungsten paste was simultaneously attached to the inner peripheral surfaces of the through holes 9a and 9b.
f) Formation of auxiliary pattern
Next, as shown in FIG. 5A, screen printing is performed on the surface of the second green sheet 24 at positions corresponding to the through holes 9a and 9b using the tungsten paste to form the auxiliary patterns 30a and 30b. Was formed. Each of the auxiliary patterns 30a and 30b has a thickness of 15 μm, a length of 1.5 mm and a width of 3.8 mm, so as to cover the opening (bottom) of the pair of through holes 9 a and 9 b and the periphery thereof. (See FIG. 2).
[0051]
The transport sheet 32 is in close contact with the back surface of the second green sheet 24.
g) Green sheet lamination
Next, as shown in FIG. 5B, the second green sheet 24 is pressed on one surface 23 a of the first green sheet 23 on which the heater pattern 25 is printed so as to cover the heater pattern 25. The laminate 41 shown in FIG. 5C was formed.
[0052]
Thus, the openings (the lower part in the figure) of the through holes 9a and 9b are covered and closed by the auxiliary patterns 30a and 30b. The pressing was performed by placing the first green sheet 23 on the second green sheet 24 and laminating the first green sheet 23.
Thereafter, as shown in FIG. 5D, the transport sheet 32 stuck to the back surface (the lower surface in FIG. 5) of the second green sheet 24 was peeled off.
[0053]
h) Production of ceramic heater molded body
Next, as shown in FIG. 2, an alumina paste (co-base) is applied to the surface (the lower surface in FIG. 2) of the laminate 41 opposite to the lamination side of the second green sheet 24. The laminate 41 was wound around the alumina porcelain tube 2 toward the alumina porcelain tube 2 and the outer periphery thereof was pressed to obtain a ceramic heater molded body.
[0054]
i) Firing of ceramic heater compact
The ceramic heater molded body obtained as described above was extruded from a resin at 250 ° C., and then baked in a hydrogen furnace at 1550 ° C. for 1 hour and 30 minutes to obtain the first and second ceramic layers 3 and 3. 4, heater section 5, both terminal sections 20a and 20b, and alumina porcelain tube 2 were integrated.
[0055]
j) Processing of terminals
Thereafter, as shown in FIG. 5 (e), an electroless plating solution is applied to the inside of the through holes 9a, 9b (the inner peripheral surfaces and the bottoms 14a, 14b) and the surfaces of the terminal portions 12a, 12b. The first plating layers 16a and 16b were formed by nickel plating.
[0056]
Next, as shown in FIG. 5 (f), the brazing material 13 is melted and solidified on the surface side of the through holes 9a, 9b and the terminal portions 12a, 12b, that is, on the surface of the first plating layer 16a. The mounting terminal 11a was brazed.
Next, as shown in FIG. 5 (g), a second plating layer 17a was formed on the surface of the brazing material 13 by the same electroless nickel plating as described above, and the lead wire attaching terminals 11a and 11b were connected. The ceramic heater 1 shown in FIG. 1 was completed.
[0057]
As described above, in the ceramic heater 1 and the method of manufacturing the same according to the present embodiment, the auxiliary patterns 30a and 30b are formed on the second green sheet 24, and when the first green sheet 23 and the second green sheet 24 are crimped, Since the auxiliary patterns 30a and 30b cover one opening (bottom portions 14a and 14b) of the through holes 9a and 9b, even when the transport sheet 32 is peeled off from the second green sheet 24, the first patterns corresponding to the through holes 9a and 9b are formed. 2 There is no possibility that the portion of the green sheet 24 falls off (drops) and the surrounding area is not damaged.
[0058]
Thereby, a very thin second green sheet 24 having a thickness of 100 μm or less can be adopted, so that the laminate 41 can be easily and firmly wound around the ceramic insulator tube 2.
Further, since the auxiliary patterns 30a and 30b are formed from a tungsten paste, the auxiliary layers 15a and 15b after firing can be easily plated. Moreover, the auxiliary layers 15a and 15b cover the bottom surfaces 14a and 14b of the through holes 9a and 9b so that the second ceramic layer 4 is not exposed to the bottom surfaces 14a and 14b.
[0059]
Therefore, the first plating layers 16a and 16b can be easily formed by electroless plating over the surfaces of the terminal portions 12a and 12b, the inner peripheral surfaces of the through holes 9a and 9b, and the entire surfaces of the auxiliary layers 15a and 15b. Therefore, when the brazing material 13 is later attached to the terminal portions 12a, 12b, the first plating layers 16a, 16b have excellent wettability with the brazing material 13, so that the brazing material 13 is provided in the through holes 9a, 9b. Are reliably filled, and the cavities (defects) unlike the conventional case do not occur.
[0060]
Further, in the present embodiment, since the auxiliary layers 15a and 15b are sufficiently thin, a large step does not occur at the outer peripheral portions of the auxiliary layers 15a and 15b, and therefore, it is difficult for air to be sealed in the step. Therefore, at the time of pressure bonding, bulging (bulk) at the step portion is less likely to occur, and the occurrence of defective products can be suppressed.
(Experimental example)
Next, an experimental example performed to confirm the effects of the present embodiment will be described.
[0061]
First, when the ceramic heater is manufactured by the manufacturing method of the above-described embodiment (however, the comparative example has no auxiliary pattern), the presence or absence of the auxiliary pattern and the thickness of the auxiliary pattern are changed as shown in Table 1 below. Each sample No. For each of 1 to 6, 50 ceramic heaters were produced.
[0062]
Then, for each sample, defects such as a bubble defect at the time of pressure bonding, a sheet tear defect, and a defect of insufficient brazing were examined.
The number of the ceramic heaters having a burr at the time of crimping was counted and the percentage of the bubbling defect at the time of crimping was indicated.
[0063]
-The sheet tear failure was calculated by counting the number of torn sheets when peeling the conveyance sheet, and indicating the ratio.
-The number of voids in the through holes filled with brazing material was counted and the percentage of insufficient brazing was indicated.
[0064]
[Table 1]

[0065]
As is clear from Table 1, in the case of Examples within the scope of the present invention (Sample Nos. 1 to 5), since the auxiliary pattern is formed, the sheet tear failure is 8% or less, and the insufficient soldering failure occurs. It is suitable as small as 2% or less.
In particular, when the thickness of the auxiliary pattern is 5 to 30 μm, the number of unevenness at the time of pressure bonding is as small as 8% or less, which is more preferable. To
On the other hand, in the case of the comparative example (Sample No. 6), since no auxiliary pattern is formed, the tearing failure of the sheet is 60%, and the insufficient soldering failure is as large as 20%, which is not preferable.
[0066]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
(1) For example, in the above-described embodiment, the ceramic heater has a cylindrical shape, but may be a plate-like ceramic heater.
[0067]
(2) Further, the ceramic base material may be a cylindrical material (for example, a cylindrical shape) having openings at both ends, a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) having one end closed, or a column shape having no holes. (For example, a columnar shape) can be adopted.
(3) In the above embodiment, a rectangular auxiliary pattern (auxiliary layer) is provided for a pair of through holes. However, when only one through hole is provided for one terminal, various shapes such as a circle and a square may be used. Things can be used.
[0068]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1, since the auxiliary pattern is made of a material that can be plated after firing, when the inside of the through hole or the terminal portion is plated after firing. Can reliably perform plating. Therefore, when the brazing material is thereafter adhered to the inside of the through hole or the terminal portion, the filling can be reliably performed without a gap without generating a cavity (defect) in the through hole. Therefore, when annealing is performed after nickel plating on the surface of the brazing material, damage such as cracks does not occur.
[0069]
In the method for manufacturing a ceramic heater according to the second aspect, the auxiliary pattern covers not only the opening of the through hole but also the periphery thereof. The occurrence of damage such as falling off or tearing of the green sheet can be prevented. In addition, since the thickness of the second green sheet can be reduced, the laminate including the first and second green sheets can be easily and firmly wound around the ceramic substrate.
[0070]
The ceramic heater according to the seventh aspect of the present invention has a plateable auxiliary layer that covers the opening of the through hole at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer, so that the inside of the through hole and the terminal portion are plated. In this case, plating can be performed reliably. Therefore, when a brazing material is adhered to the inside of the through-hole or the terminal portion thereafter, it is possible to reliably fill the through-hole without any gap without generating a cavity (defect). Therefore, when annealing is performed after nickel plating on the surface of the brazing material, damage such as cracks does not occur.
[0071]
The ceramic heater according to claim 8 has an auxiliary layer larger than the opening of the through hole at a position corresponding to the through hole on the surface of the second ceramic layer. Since the green sheet does not fall off or break, the second ceramic layer also has no defects caused by it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a ceramic heater.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a ceramic heater.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the vicinity of a through hole of a ceramic heater determined and determined.
FIG. 4 is an explanatory view showing a method for forming a green sheet by a doctor blade method.
FIG. 5 is an explanatory view showing a procedure for manufacturing a ceramic heater.
It is explanatory drawing which shows the formation method of the green sheet by a doctor blade method.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1. Ceramic heater
3. First ceramic layer
4: Second ceramic layer
5. Heater section
9a, 9b ... Through-hole
12a, 12b ... terminal section
13 ... brazing material
18 Metallization section
23 ... first green sheet
24 ... Second green sheet
25 ... heater pattern
29a, 29b ... terminal pattern
41 ... Laminate

Claims

A heater pattern is formed on one surface of the first green sheet, a terminal pattern connected to the heater pattern via a through hole is formed on the other surface, and the heater pattern and the through hole are formed on the second green sheet. In a method for manufacturing a ceramic heater that is covered with and then fired,
A method for manufacturing a ceramic heater, wherein an auxiliary pattern that can be plated after firing is formed at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet so as to cover an opening of the through hole.

Using a first green sheet and a second green sheet having a sheet which is thinner than the first green sheet and which can be peeled off on the back surface,
A heater pattern is formed on one surface of the first green sheet, and a terminal pattern connected to the heater pattern via a through hole is formed on the other surface. In a method of manufacturing a ceramic heater which is covered with a green sheet and then fired,
A ceramic, wherein an auxiliary pattern larger than an opening of the through hole is formed at a position facing the through hole on the surface of the second green sheet, and then the sheet on the back surface of the second green sheet is peeled off. Manufacturing method of heater.

3. The method according to claim 2, wherein the thickness of the second green sheet is 100 μm or less.

The second green sheet is formed on a transport sheet by a doctor blade method, the second green sheet to which the transport sheet is adhered is pressed against the first green sheet, and then the transport sheet is peeled off. The method for manufacturing a ceramic heater according to claim 2.

The method according to claim 1, wherein the auxiliary pattern is formed using a metal paste.

The method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1, wherein a thickness of the auxiliary pattern is 5 to 30 μm.

A ceramic heater manufactured by the method for manufacturing a ceramic heater according to claim 1,
A heater portion is provided between the first ceramic layer and the second ceramic layer, and a plateable auxiliary layer for covering the opening of the through hole is provided at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer. A ceramic heater, characterized in that:

A ceramic heater manufactured by the method for manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 2 to 5,
A heater portion is provided between the first ceramic layer and the second ceramic layer, and an auxiliary layer larger than an opening of the through hole is provided at a position facing the through hole on the surface of the second ceramic layer. Ceramic heater.

The ceramic heater according to claim 7, wherein the auxiliary layer is a metal layer.

The ceramic heater according to any one of claims 7 to 9, wherein the through hole is filled with a brazing material.

The method for manufacturing a ceramic heater according to any one of claims 7 to 10, wherein the thickness of the auxiliary layer is 3 to 30 m.