JP4504595B2

JP4504595B2 - 基板とリードとの接続構造

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Publication number: JP4504595B2
Application number: JP2001200195A
Authority: JP
Inventors: 義昭黒木; 邦夫柳; 智裕馬渕; 真也粟野
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2002098666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部又は表面に配線を有する基板とリードとの接続構造に関する。更に詳しく言えば、表面に形成されたコンタクト端子がリードと接触することで、配線が外部回路と接続される基板とリードとの接続構造に関する。特に本発明の基板とリードとの接続構造をセンサに用いると、このセンサの出力信号が安定し、誤作動のないセンサを得ることができる。本発明が有用に適用できるセンサとしては、ジルコニア厚膜型センサ、チタニア厚膜型センサ、全領域型酸素センサ等、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素ガス及びＮＯｘガス等を検出するためのガスセンサの他、温度センサ、湿度センサ等、各種のセンサを挙げることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、平板状の固体電解質体を用いたガスセンサ素子（以下、単に「素子」ということもある。）が知られている。また、これらの素子には、セラミックヒータが一体に、又は別体として配設されることが多い。このようなガスセンサ素子においては、被検出ガスに直接接触しない基準電極と、被検出ガスに接触する検知電極とを固体電解質体の表面に形成し、これらの電極間に発生する電圧を検出すること、及びこれらの電極間に流れる電流を検出すること、により被検出ガスに含まれる酸素ガス等の濃度などを検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなガスセンサ素子においては、基準電極及び検知電極からの信号の取り出し、或いはセラミックヒータへの電力の供給等のため、素子やヒータを構成するセラミック製の基板表面に形成されたコンタクト端子に金属製電極リード板が接続される。しかし、基板の幅方向に僅かな反りがあったりすると、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着せず、使用時、抵抗が大きくなって出力信号が安定せず、素子が誤作動することがある。また、セラミックヒータでは、電力の供給が不安定になることがある。
【０００４】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着し、使用時、接続部における電気抵抗の上昇等のない基板とリードとの接続構造、特にセンサ用基板とリードとの接続構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の発明は、内部又は表面に形成された配線、及び外部回路と前記配線とを電気的に接続するために前記表面に形成されたコンタクト端子を有する基板と、前記外部回路に電気的に接続され、且つ前記コンタクト端子と接触により接合されているリードと、を備える基板とリードとの接続構造において、前記リードは前記コンタクト端子を厚み方向に押圧しており、前記コンタクト端子は前記リードと接触している部位において、接触前に比較して８０％以下の厚みに圧縮変形されている領域を有することを特徴とする基板とリードとの接続構造である。
コンタクト端子をリードと接触する部位において８０％以下の厚みに圧縮変形することによって、コンタクト端子はリード表面と密着するので、コンタクト端子とリードの接触抵抗を低減することができる。
【０００６】
配線としては、ジルコニア層等、酸素イオン伝導性に優れるセラミック層の片面、又は表裏面に形成される基準用及び検知用等の電極が挙げられ、その他、アルミナ層等、絶縁性に優れるセラミックス層に埋設される発熱抵抗体などが挙げられる。コンタクト端子は、白金、金、オスミウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム等、触媒作用を有する貴金属元素、又はこれらの貴金属元素を主成分とし、少量のセラミックスを配合した導電材料により形成することができる。電極は、印刷法、めっき法、スパッタリング法等、通常の方法により形成することができる。
【０００７】
また、配線として発熱抵抗体を電極と同様の貴金属元素を主成分とする導電材料により形成することができ、白金と、イリジウム、ロジウム及びパラジウムのうちの少なくとも１種とからなり、一部が合金化した金属の混合物により形成することが好ましい。イリジウム、ロジウム及びパラジウムは、発熱抵抗体を１００質量部（以下、「部」と略記する。）とした場合に、それらの合計量で５〜３５部、特に１５〜３０部とすることが好ましい。この範囲のイリジウム、ロジウム及びパラジウムを含有する発熱抵抗体は、抵抗温度係数が小さいため昇温速度が大きく、低電力型のガスセンサ素子とすることができる。
【０００８】
上記コンタクト端子は、通常、基板の端縁表面に形成される。前記コンタクト端子は、第２発明のように、気孔率１０％以上の多孔質体とすることが望ましい。コンタクト端子を、気孔率１０％以上の多孔質体にすると、リードと接触することで、接触圧力によってコンタクト端子の多孔質体が圧縮変形される。従って、リードとの接触状態が良好となり、長時間にわたって高精度の出力が維持され、ヒータ電力を安定的に供給することができる。また、リードを強固にセンサ用基板に固定することができるので、リードが外部から引っ張られた場合に、コンタクト端子から外れることを防止することができる。
【０００９】
コンタクト端子を多孔質体に形成する方法としては、カーボンやテオブロミンなどの昇華性の微粉末を混入したメタライズペーストを用いてコンタクト端子を形成する方法がある。例えば、コンタクト端子をセラミックス製の基板に形成する場合、基板が未焼成の段階で、コンタクト端子を形成する位置に、白金、金、オスミウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム等、の貴金属元素、或いはタングステン、モリブデン、レニウム等の耐熱性金属元素の微粉末を主成分とし、少量のセラミックスを配合したメタライズペーストを印刷し、その後、未焼成の基板とメタライズペーストとを同時焼成してコンタクト端子を基板に接合する。その際に、メタライズペースト中に上記昇華性微粉末を混合することで所望の気孔率のコンタクト端子を形成することができる。
【００１０】
なお、メタライズペーストに混入する昇華性微粉末はその平均粒径を２〜８μｍとするのが好ましい。昇華性微粉末の平均粒径をこの範囲にすると、コンタクト端子の気孔率を所望の範囲に調整しやすい。一方、メタライズペーストを構成する金属元素の微粉末は平均粒径５〜１２μｍ、セラミックスの微粉末は平均粒径０．３〜０．６μｍとするのが好ましい。この範囲の平均粒径の微粉末を用いると、コンタクト端子の気孔率を所望の範囲に調整しやすい。
【００１１】
前記コンタクト端子は、第３発明の様に、１０〜５０μｍの厚さの厚膜であることが望ましい。１０〜５０μｍの厚さであれば、変形によって生じる圧縮応力が適度にコンタクト端子とリードとの間に作用して、接触状態が安定し、接触抵抗が低減される。
【００１２】
前記コンタクト端子は、第４発明のように、基板に近い側に形成された基部と、該基部の表面に形成された変形部から構成することで、変形による圧縮は変形部で生じ、基部には生じないように構成することもできる。この場合、変形部をリードと接触する前と比較して８０％以下の厚みに変形される領域を持つ程度に圧縮すると、リードとの接触状態が良好で安定させることができる。基部と変形部を分けることで、コンタクト端子全体が変形しないので、基板との接合部には比較的影響を及ぼさないで、コンタクト端子に適度な圧縮を加えることができるので、圧縮によるコンタクト端子の剥離などを防止することができる。
【００１３】
コンタクト端子の基部及び変形部は、いずれも電極及び発熱抵抗体と同様に、貴金属元素を主成分とする導電材料を使用し、印刷法等、同様の方法により形成することができる。変形部は、特に、白金等、押圧により容易に圧縮変形し、コンタクト端子とリードとを十分に密着させることができる、硬度の低い材質からなることが好ましい。リードは、材質等、特に限定されないが、ステンレス鋼、インコネル等、十分な強度と耐酸化性とを有する合金などにより形成することが好ましい。変形部の厚さは、１０〜３０μｍ、特に１０〜２０μｍであることがより好ましく、この範囲の厚さの変形部であれば、コンタクト端子とリードとを容易に密着させることができ、空隙を生ずることもない。
【００１４】
第４発明におけるコンタクト端子においても、第５発明のように、変形部は気孔率１０％以上の多孔質体とすることができる。変形部を気孔率１０％以上の多孔質体とすることで、リードとの接触により接触状態が良好な状態で安定化する程度に圧縮することができる一方、基部の気孔率を１０％未満にすることで、基部には圧縮を生じないようにすることができる。
【００１５】
一方、第６発明のように、変形部の気孔率を基部と同程度の比較的低い状態にして、変形部の形成される面積（基板に投影した面積）を、基部の形成された基板領域の全面積に対して１０〜６０％となるように、基部表面に凸状に変形部を形成させることで、圧縮による変形を生じやすくさせることもできる。即ち、基部表面の一部にだけ変形部を凸状に形成することで、リードによる押圧力を狭い面積の変形部に集中させ、変形部を構成する材料が変形部の形成されていない周辺に潰れて広がるように変形部を変形させて、リードと変形部表面の接触を良好な状態で安定化させるのである。この場合、変形部の気孔率は６０％以下にすることが望ましい。気孔率が大きすぎると、コンタクト端子が簡単に変形し結果として導通不安定になってしまうので、却って接触が不安定になるからである。
【００１６】
コンタクト端子を、第６発明のように、基部と凸状変形部（以下凸部とも言う）から構成する場合、基部は、セラミック基体の平面方向及び厚さ方向の所定部位に設けられたスルーホール等を介して配線の端部と導通される。また、凸部の平面形状は特に限定されず、円形、楕円形、多角形、帯状等、どのような形状であってもよい。また、円形、楕円形、多角形、帯状等の凹部が形成されるように、逆パターンの凸部を形成することもできる。凸部の合計面積が１０％未満であり、凸部の形成が過少であると、コンタクト端子とリードとの密着性が、凸部がない場合より低下し、接触抵抗が大きくなることがある。一方、６０％を超える場合は、凸部が十分に変形しないので、好ましくない。更に、この凸部は基部の全面に渡って均等に形成することが好ましく、偏在している場合は、リードの全面をコンタクト端子に十分に密着させることができないことがある。
【００１７】
第５、第６発明の前記変形部は第７発明のように厚さが１０〜５０μｍの厚膜で形成することが望ましい。理由は第３発明の場合と同じである。また、基部と変形部を構成する金属の主成分は、第８発明のように同じにすることが好ましい。
【００１８】
基部と凸部とは、第８発明のように、それらに含有される金属成分の主成分が同じであることが好ましい。このように主成分が同じであれば、基部と凸部とが強固に接合され、使用時に剥離したり、密着不良により基部と凸部との間の電気抵抗が大きくなったりすることがない。
【００１９】
前記基板は、第９発明のように、セラミックから構成することができる。セラミックで基板を構成すると、基体表面の硬度が高いので、リードとの間に狭持されるコンタクト端子に圧縮応力が良く働き、好ましい圧縮を生じさせることができる。
【００２０】
前記基板がセラミックからなる場合には、前記コンタクト端子は、第１０発明のように、セラミック成分が含有されたサーメットであることが好ましい。特に、第４発明のように基部と変形部が分かれている場合には基部にセラミック成分を含有させ、変形部を金属のみとすることもできる。そして、第１１発明のように、コンタクト端子に含有されるセラミック成分は主成分が前記基板とコンタクト端子との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じであることが望ましい。それによって、コンタクト端子と基板との接合がより強固になるからである。
【００２１】
また、第４発明のように、基部と変形部からなるコンタクト端子であっても、第１２発明のように前記変形部にセラミック成分を含有させることができる。その場合、第１２発明のように、この変形部に含有される上記セラミック成分の主成分が、前記基部の前記変形部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じ成分であることが好ましい。基部と同じセラミックス成分を変形部に含有させることで、基部と変形部の接合をより強固に保つことができるからである。また、この場合、第１３発明のように、基部に含有させるセラミック成分を変形部に含有させるセラミック成分と同等以上含有させることで、リードとの接触抵抗をより低減するとともに、基板との接合状態を強固にしたコンタクト端子とすることもできる。
【００２２】
前記基板は、第１４発明のように、少なくともコンタクト端子との接合表面に含有されるセラミック成分の主成分が、アルミナ又はジルコニアであるようにすることができる。基板をジルコニア又はアルミナで構成することで機械的強度の高い基板を形成することができ、また、金属成分を含むコンタクト端子との熱膨張率が近いので、長期にわたり、安定的にコンタクト端子を接合することができる。
【００２３】
第１４発明のより具体的な態様として、コンタクト端子に含まれるセラミック成分がアルミナの場合には、第１５発明のように、基部に含まれるアルミナの含有量を４〜１６質量％とし、変形部に含まれるアルミナの含有量を４質量％以下にすると良い。また、別の態様として、コンタクト端子に含まれるセラミックス成分がジルコニアの場合には、第１６発明のように、基部に含まれるジルコニアの含有量を６．０〜２４質量％とし、変形部に含まれるジルコニアの含有量を６．０質量％以下にすると良い。
【００２４】
上記の基板の応用としては、第１７発明のように、基板に測定雰囲気中の特定ガスを検出する検出部が接合しており、前記検出部と前記コンタクト端子の少なくとも一部とが前記配線により接続されているセンサ用素子に用いる場合がある。この場合、センサ用素子は、非常に高温環境下で、繰り返し加熱冷却が繰り返される環境下にあるため、検出部からの信号を単なる接触で外部回路に伝えるようにすると、確実に信号を外部回路に伝えることができない。そのため、センサ素子の長さを長くして、リードと接触するコンタクト端子を高温に曝される検出部から離れるように構成されるが、そうすると、センサ基板が折れやすくなり、或いは、センサ全体が小型化できないという問題がある。これに対して、センサ素子を上記基板によって形成し、コンタクト端子とリードを良好な接触状態に維持することで、センサ素子を小型化しても、検出部の信号を確実に外部回路に伝えることができるので好ましい。
【００２５】
なお、センサ用素子として用いる場合、上記基板は、酸素イオン伝導性に優れる固体電解質体として各種ガスの検知に用いられるジルコニア、及び絶縁性に優れ、且つ機械的強度の大きいアルミナ等により形成することができる。また、このセラミック基体は、ジルコニア、アルミナ等からなる単層品であってもよいし、２種以上のセラミック層からなる複層品であってもよい。更に、同種のセラミックを主成分とし、組成の異なるセラミック層からなる複層品であってもよい。尚、セラミック基体がジルコニア層を有する場合も、セラミック基体の表層は、絶縁性に優れ、機械的強度等の大きいアルミナにより形成されることが多い。
このセンサ用素子は、平板であって反りがないことが好ましく、幅方向においては５〜１０μｍ以下の精度で平坦であることが必要とされている。この精度が低いと、コンタクト端子とリードとが十分に密着せず、出力信号が不安定となり、誤作動する等の問題が発生する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
コンタクト端子とリードの詳細について図１乃至図５により、また、本発明の基板を基体とするガスセンサ素子の製造方法について図６により説明する。
以下の製造方法では、解かり易さのために、図６を用いて素子１個の大きさのシートに各パターンを印刷し、積層するかのように説明するが、実際の工程においては、複数個の素子を製造することができる大きさのグリーンシートに所要個数分の印刷を施し、積層した後、素子形状の未焼成積層体を切り出し、これらを脱脂し、焼成して素子を製造した。
【００２７】
実施例１（基準酸素自己生成方式の酸素センサ素子）
基体として、発熱抵抗体が埋設されたアルミナ層と、表面に電極が形成された固体電解質体として作用するジルコニア層を含む積層体を用いて形成された基準酸素自己生成方式の酸素センサ素子について、素子を分解して模式的に表す図６を参照して説明する。
（１）アルミナ層用未焼成シートの作製
アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００部と、ブチラール樹脂１４部とジブチルフタレート７部を配合し、トルエン及びメチルエチルケトンとからなる混合溶媒を用いて混合し、スラリーとした後、ドクターブレード法により、第１アルミナ層未焼成シート及び第２アルミナ層用未焼成シートを作製した。第１アルミナ層用未焼成シートは厚さ０．４ｍｍ、長さ５ｃｍであり、焼成後は第１アルミナ層１１ａとなる。第２アルミナ層用未焼成シートは厚さ０．２５ｍｍ、長さ５ｃｍであり、焼成後は第２アルミナ層１１ｂとなる。
【００２８】
（２）ヒータパターンの形成
アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）４部と白金粉末１００部を配合した導電層用ペーストを、第１アルミナ層用未焼成シート（焼成後、第１アルミナ層１１ａ）の一方の面に発熱部パターン（焼成後、発熱部１２１）を印刷、乾燥させ、その後、ヒータリードパターン（焼成後、ヒータリード部１２２）を印刷、乾燥させ、ヒータパターン（焼成後、発熱抵抗体１２）を形成した。次いで、第１アルミナ層用未焼成シートの基端付近に発熱抵抗体１２の導通を図るためのスルーホール１１１ａを形成し、裏面のスルーホール１１１ａに対応する位置に発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターン（焼成後、発熱抵抗体用コンタクト端子の基部１９１ａ）を印刷、乾燥させた。その後、ヒータパターン上から第２アルミナ層用未焼成シート（焼成後、基体の上半分）を積層し、圧着接合した。
【００２９】
発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの形成には、８０質量％の白金と２０質量％のロジウムに、これらの合計量を１００部とした場合に１０部のアルミナを配合して調製したペーストを使用した。この基部パターンの平面形状は、６．５×１．８ｍｍの矩形であって、厚さは２０μｍである（焼成後、図１乃至図３における基部１９１ａとなる。）。
【００３０】
（３）緩衝層パターンの形成
（２）で作製したセラミック積層体の第２アルミナ層用未焼成シート上に、アルミナ８０部、ジルコニア２０部を配合した緩衝層用ペーストを用いて、緩衝層パターン（焼成後、緩衝層１３）を４０±１０μの厚さに印刷、乾燥させた。
【００３１】
（４）基準電極パターンの形成
（３）で形成した緩衝層パターン上に、（２）で用いた導電層用ペーストを用いて、基準電極部パターン（焼成後、基準電極部１４１ａ）及び基準電極リード部パターン（焼成後、基準電極リード部１４２ａ）からなる基準電極パターン（焼成後、基準電極１４ａ）を２０μｍ±１０の厚さに印刷、乾燥させた。
【００３２】
（５）固体電解質体パターンの形成
ジルコニア粉末（純度９９．９％以上、平均粒径０．３μｍ）５０部とアルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３ｍｍ）５０部、ブチルカルビトール３３．３部、ジブチルフタレート０．８部、分散剤０．５部及びバインダ２０部に所要量のアセトンを加えて、４時間混合した後、アセトンを蒸発させて、固体電解質体用ペーストを調合した。
この固体電解質体用ペーストを基準電極部パターンを覆うように長さ方向に１３ｍｍ、厚さ２５±１０μｍに印刷、乾燥させ、固体電解質層体パターン（焼成後、固体電解質体１５）を形成した。
【００３３】
（６）絶縁層パターンの形成
（１）で調合したスラリーにブチルカルビトール５０部に所要量のアセトンを加えて、４時間混合した後、アセトンを蒸発させて、絶縁層用ペーストを調合した。この絶縁層用ペーストを緩衝層パターン上であり、固体電解質体パターンが印刷されていない部分に２５±１０μｍの厚さで印刷、乾燥させ、絶縁層パターン（焼成後、絶縁層１６）を形成した。但し、スルーホール１６１にあたる部分には印刷しなかった。
【００３４】
（７）検知電極パターンの形成
（５）及び（６）で形成した固体電解質体パターンと絶縁層パターンの上に、（２）で調合した導電層用ペーストを用いて、検知電極部パターン（焼成後、検知電極部１４１ｂ）及び検知電極リード部パターン（焼成後、検知電極リード部１４２ｂ）からなる検知電極パターン（焼成後、検知電極１４ｂ）を２０±１０μｍの厚さに印刷、乾燥させた。
【００３５】
（８）補強層用未焼成シートの作製及び積層
（１）と同様な原料及び配合割合にて調合したスラリーを用いてドクターブレード法により、第１補強層用未焼成シート及び第２補強層用未焼成シートを作製した。第１補強層用未焼成シートは厚さ０．２５ｍｍ、長さ４ｃｍであり、焼成後第１補強層１８ａとなり、基端部にはスルーホール１８１ａが形成されている。第２補強層用未焼成シートは、厚さ０．４ｍｍ、長さ３．５ｃｍであり、焼成後、第２補強層１８ｂとなり、基端部にはスルーホール１８１ｂが形成されている。
その後、第１補強層用未焼成シートを（７）で形成した検知電極パターンの電極リード部パターンを覆うように積層し、その後、更に、第２補強層用未焼成シートを、第１補強層用未焼成シート上に積層した。
【００３６】
（９）電極用コンタクト端子基部パターンの形成
発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの場合と同様のペーストを用いて、基準電極及び検知電極の各々と信号の入出力を行う電極用コンタクト端子基部パターン（焼成後、電極用コンタクト端子の基部を構成する。）を、スルーホール１８１ｂに対応する位置に印刷した。このパターンの平面形状及び高さは発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの場合と同様である。
【００３７】
（１０）多孔質層用未焼成シートの作製及び積層
（１）と同様に、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００部と、カーボン粉末（真球状粒子、平均粒径５μｍ）３０部、ブチラール樹脂１２部とジブチルフタレート７部を配合し、トルエン及びメチルエチルケトンとからなる混合溶媒を用いて混合し、スラリーとした後、ドクターブレード法により、厚さ１７５μｍ、長さ１０ｍｍの多孔質層用未焼成シートを作製した。
得られた多孔質層用未焼成シート（焼成後、多孔質層１７）を（７）で形成した検知電極部パターンを覆うように積層した。
【００３８】
（１１）各コンタクト端子の凸部（変形部）パターンの形成
（９）の調合でアルミナの配合量を３部とした他は各コンタクト端子の基部の形成に用いたものと同様のペーストを用いて、各コンタクト端子の基部を形成するためのパターン上に、直径４００μｍ、高さ３０μｍの円柱状のパターン（焼成後、図１乃至図３における凸部１９２ａとなる。）３３個を印刷、乾燥した。
【００３９】
上記のように発熱抵抗体ペースト及びコンタクト端子用ペーストにアルミナを含有させることにより、焼成後の発熱抵抗体或いは電極と各コンタクト端子の抵抗値を調整することができ、発熱抵抗体或いは電極と各コンタクト端子とアルミナ層との密着性を大きく向上させることができる。尚、発熱抵抗体では、アルミナの含有量は、発熱体を１００部とした場合に、３〜２０部とすることができる。アルミナが３部未満であると、アルミナ層との密着性が十分に向上せず、２０部を超える場合は、発熱抵抗体の抵抗が大きくなり、酸素センサ素子の耐久性が低下することがある。
【００４０】
（１２）脱脂及び焼成
（１）〜（１１）の工程によって形成された積層体を、大気雰囲気下、４２０℃で２時間保持し、脱脂した。その後、大気雰囲気下、１５２０℃で１時間保持し、焼成した。焼成後、各コンタクト端子の基部の大きさは５．４４×１．５１ｍｍ、厚さは１３μｍとなり、凸部の直径は３３０μｍ、高さは２０μｍとなった。
【００４１】
（１３）電極リード板の接続
（９）における焼成により得られた焼結体に対してリードを圧接させる手段を図７に示す。まず、表裏面に形成されたコンタクト端子１９ａ、１９ｂ（１９ｂは図示せず）のそれぞれに対して、インコネルからなるリード２（図２、３における２）を当接させ、更に、各々のコンタクト端子にリードが当接された部分の外側からアルミナからなる絶縁板５を配し、その外側から圧入リング４を嵌め込み、かしめることによって各々のリードをコンタクト端子の凸部に押圧させ、密着させて接続し、酸素センサ素子を得た。
【００４２】
以上の様にして得られた酸素センサ素子は、アルミナ層１１ａと１１ｂとからなるセラミック基体、このセラミック基体に埋設された発熱抵抗体１２、アルミナ層１１ａの表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子１９ａ、及びこれらコンタクト端子１９ａに接続されたリード２によりヒータを構成する配線基板をなし、また、緩衝層１３、固体電解質体１５、絶縁層１６、多孔質層１７、及び補強層１８ａ、１８ｂからなるセラミック基体、このセラミック基体に埋設された基準電極１４ａ、及び検知電極１４ｂ、補強層１８ｂの表面に形成された電極用コンタクト端子１９ｂ、及びこれらコンタクト端子１９ｂに接続された金属製電極リード板２により検出セルを構成する配線基板をなす。（以上、符号は図１乃至図３及び図６参照）。それぞれの配線基板は緩衝層１３を介して一体に焼結して接合しているが、電気的な導通は無く相互に絶縁している。
【００４３】
このようにして得られた酸素センサ素子を用いて構成したセンサの断面図を図８に示す。センサ素子１は主体金具７の中央に形成された貫通孔内に挿通され、検出部１ａを主体金具の先端側に突出した状態で保持される。検出部１ａの周囲には、測定ガスから検出部を保護するとともに、検出ガスを置換可能に検出部に導入する通気穴が設けられたプロテクタ６が設けられる。センサ素子の後端側ではセンサ素子からセンサ出力を取り出し、或いはセンサ素子に加熱用電力を供給するための金属製リード板２が接合される。
【００４４】
（１４）凸部（変形部）のパラメータを変化させた場合の接触抵抗の測定
凸部の基部に対する面積率を変化させた場合の、リードに組み付ける前の変形部厚みと、組み付け後の変形部の最小厚み、及びリードとコンタクト端子の間の接触抵抗、及びリードをコンタクト面に平行に引っ張った場合の引張強度を測定した。実験の結果を実験例（１）の１〜１２として表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
この比較結果から、接触前の凸部の厚みに対する接触後の凸部の厚み割合（圧縮率）は８０％以下である場合に接触抵抗が低くなり、良好な結果が得られた。また、凸部の基部に対する面積割合（面積率）は１０〜６０％の場合に接触抵抗が低くなり、良好な結果が得られた。更に、引張強度についても、同様な領域で高い強度を得ることができた。
【００４７】
実施例２
変形部以外の構成は実施例１と同様に製造し、変形部のみを基部と同じ面積の多孔質体で形成した。
変形部は、平均粒径８μｍの白金粉末を主材料とし、平均粒径０．４μｍのアルミナと、平均粒径５μｍのカーボン粉末を表２の配合量で混合したペーストを作成し、基部と同じ領域に塗布し、表２の各種の厚みとなるように形成した。その後、リードに組み付ける前の変形部厚みと、組み付け後の変形部の最小厚み、及びリードとコンタクト端子の間の接触抵抗を測定した。実験の結果を実験例（２）の１〜１３として表２に示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
表２の結果から、接触前の変形部（多孔質体）の厚みに対する接触後の変形部の厚み割合（圧縮率）は８０％以下である場合に接触抵抗が低くなり、良好な結果が得られた。また、変形部の気孔率は１０〜６０％の場合に接触抵抗が低くなり、良好な結果が得られた。更に、引張強度についても、同様な領域で高い強度を得ることができた。
【００５０】
【発明の効果】
第１発明によれば、各コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着して接続されたセンサ用基板等の基板とリードとの接続構造とすることができる。また、第２乃至第１６発明によれば、各コンタクト端子と金属製電極リード板とをより強固に接合させ、接続させることができる。更に、第１７発明によれば、出力信号が安定し、誤作動のないガスセンサ素子を形成し得る基板とリードとの接続構造とすることができる。なお、実施例においては凸部形状を円形としたが、図４の様に基板の長さ方向に平行な線条としても良く、図６の様にメッシュ状に凸部を形成しても良い。更に本発明の主旨を逸脱しない範囲で変形は可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック基体と、その表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子とを示す斜視図である。
【図２】セラミック基体の表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子と、接続前の金属製電極リード板との断面図である。
【図３】金属製電極リード板を発熱抵抗体用コンタクト端子に押圧して、接続した後の断面図である。
【図４】（ａ）は発熱抵抗体用コンタクト端子の基部の表面に帯状に形成された凸部の一例を示す平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ’断面図である。
【図５】（ａ）は発熱抵抗体用コンタクト端子の基部の表面に菱形形状に形成された凸部の他の例を示す平面図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ’断面図である。
【図６】実施例１において製造した酸素センサ素子を分解して模式的に表す斜視図である。
【図７】酸素センサ素子のコンタクト端子の接合構造を示す斜視図である。
【図８】実施例１において製造した酸素センサ素子を用いた酸素センサの軸方向断面図である。
【符号の説明】
１；ガスセンサ素子（基板）、１１ａ；第１アルミナ層、１１ｂ；第２アルミナ層、１１１ａ；スルーホール、１２；発熱抵抗体、１２１；発熱部、１２２；ヒータリード部、１３；緩衝層、１４ａ；基準電極、１４ｂ；検知電極、１５；固体電解質層、１６；絶縁層、１７；多孔質層、１８ａ；第１補強層、１８ｂ第２補強層、１９ａ；発熱抵抗体用コンタクト端子、１９１ａ；基部、１９２ａ；凸部（変形部）、１９ｂ；電極用コンタクト端子、２；リード、３；酸素センサ、４；金属リング、５；絶縁板。

Claims

内部又は表面に形成された配線、及び外部回路と前記配線とを電気的に接続するために前記表面に形成されたコンタクト端子を有する基板と、前記外部回路に電気的に接続され、且つ前記コンタクト端子と接触により接合されているリードと、を備える基板とリードとの接続構造において、
前記リードは前記コンタクト端子を厚み方向に押圧しており、
前記コンタクト端子は前記リードと接触している部位において、接触前に比較して８０％以下の厚みに圧縮変形されている領域を有することを特徴とする基板とリードとの接続構造。
前記コンタクト端子は前記リードの接触前において、気孔率１０％以上の多孔質体である請求項１記載の基板とリードとの接続構造。
前記コンタクト端子は前記リードの接触前において、厚さ１０〜５０μｍの厚膜である請求項１又は２に記載の基板とリードとの接続構造。
内部又は表面に形成された配線、及び外部回路と前記配線とを電気的に接続するために前記表面に形成されたコンタクト端子を有する基板と、前記外部回路に電気的に接続され、且つ前記コンタクト端子と接触により接合されているリードと、を備える基板とリードとの接続構造において、
前記リードは前記コンタクト端子を厚み方向に押圧しており、
前記コンタクト端子は基板に近い側に形成された基部と、該基部の表面に形成された変形部とからなり、該変形部は前記リードと接触している部位において、接触前に比較して８０％以下の厚みに圧縮変形されている領域を有することを特徴とする基板とリードとの接続構造。
前記変形部は前記リードの接触前において、気孔率１０％以上の多孔質体である請求項４記載の基板とリードとの接続構造。
前記変形部は前記基板に投影した面積が、前記基部の形成された基板領域の全面積に対して１０〜６０％となるように前記基部の表面に形成された凸部である請求項４又は５に記載の基板とリードとの接続構造。
前記変形部は前記リードの接触前において、厚さ１０〜５０μｍの厚膜である請求項４乃至６のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。
前記基部と前記変形部に含有される金属成分の主成分が、同じである請求項４乃至７のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。
前記基板はセラミックからなる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。
前記コンタクト端子は金属とセラミックスからなるサーメットである請求項９記載の基板とリードとの接続構造。
前記コンタクト端子に含有される上記セラミック成分の主成分が、前記基板の前記コンタクト端子との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じである請求項１０記載の基板とリードとの接続構造。
前記変形部に含有される上記セラミック成分の主成分が、前記基部の前記変形部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じである請求項１０又は１１記載の基板とリードとの接続構造。
前記基部に含有されるセラミック成分の含有量が、前記変形部に含有されるセラミック成分の含有量と同等以上である請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。
前記基板の前記コンタクト端子との接合表面に含有されるセラミック成分の主成分が、アルミナ又はジルコニアである請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。
前記基部には４〜１６質量％のアルミナが含有されており、前記変形部には４質量％以下のアルミナが含有されている請求項１４記載の基板とリードとの接続構造。
前記基部には６．０〜２４質量％のジルコニアが含有されており、前記変形部には６．０質量％以下のジルコニアが含有されている請求項１４記載の基板とリードとの接続構造。
前記基板には、測定雰囲気中の特定ガスを検出する検出部が接合しており、前記検出部と前記コンタクト端子の少なくとも一部とが前記配線により接続されている請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の基板とリードとの接続構造。