JP4557595B2

JP4557595B2 - Ceramic heater and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4557595B2
Application number: JP2004130940A
Authority: JP
Inventors: 智田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005317233A

Description

本発明は、自動車用の空燃比検知センサ加熱用ヒータや気化器用ヒータ、半田ごて用ヒータなどに使用するセラミックヒータに関する。 The present invention is an air-fuel ratio sensor heater or vaporization dexterity heater for automobile, about the ceramic heater for use such as soldering iron heater.

従来、アルミナを主成分とするセラミックス中に、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ等の高融点金属からなる発熱抵抗体を埋設してなるアルミナセラミックヒータが、一般的に用いられている。 Conventionally, in a ceramic containing alumina as a main component, W, Re, alumina ceramic heaters formed by embedding a heating resistor made of a refractory metal such as Mo is generally used.

例えば、円柱状のセラミックヒータを製造する場合は、図６に示すようにセラミックロッド３２とセラミックシート３３とを用意し、セラミックシート３３の一方面にＷ、Ｒｅ、Ｍｏ等の高融点金属のペーストを印刷して発熱抵抗体３４とリード引出部３５とを形成した後、これらを形成した面が内側となるようにセラミックシート３３をセラミックロッド３２の周囲に巻き付け、全体を焼成一体化することによりセラミックヒータ３１を得ることができる。 For example, when producing a cylindrical ceramic heater, prepared ceramic rod 32 and the ceramic sheet 33 as shown in FIG. 6, W on one surface of the ceramic sheet 33, Re, refractory metal paste such as Mo after forming the heat generating resistor 3 4 and the lead out portion 35 by printing, with can wind the ceramic sheet 33 around the cell Ramikkuroddo 32 such that they the formed surface facing inward, firing the entire The ceramic heater 31 can be obtained by integrating.

この時、セラミックシート３３上には、発熱抵抗体３４に直接リード引出部３５が接続され、このリード引出部３５の末端にスルーホールが形成され裏面の電極パッド３８とリード引出部３５とがスルーホールで接続され、このスルーホールには、必要に応じて導体ペーストが注入される。 At this time, on the ceramic sheet 33, the heating resistor 3 4 directly lead out portion 35 is connected, end to Suruho Le is formed the back surface of the electrode pad 3 8 and rie de lead portion of the lead out portion 35 35 and are connected by Suruho Le, this Suruho Le, conductive paste is injected as needed.

このようにして従来のセラミックヒータ３１は、発熱抵抗体３３をセラミックス部分と同時焼成することにより形成されていた。
特開２００１-１２６８５２号特開２００２-１４６４６５号特開平０７−３７６８１号特開平０６−２８３２５７号 Thus, the conventional ceramic heater 31 is formed by simultaneously firing the heating resistor 33 with the ceramic portion.
JP 2001-126852 A JP 2002-146465 A JP 07-37681 A JP 06-283257 A

しかしながら、このようなセラミックヒータ３１は、発熱抵抗体３４をセラミック基体内部に形成するため、抵抗値の調整が難しく、抵抗ばらつきを小さくすることが難しかった。 However, in such a ceramic heater 31 , since the heating resistor 34 is formed inside the ceramic base, it is difficult to adjust the resistance value and it is difficult to reduce the resistance variation.

これに対し、発熱抵抗体３４をセラミック基体の表面に形成すれば、発熱抵抗体３４の抵抗値をトリミング等の手法で調整することが可能であったが、発熱抵抗体３４を表面に露出させると、耐久性が低下した。 On the other hand, if the heating resistor 34 is formed on the surface of the ceramic substrate, the resistance value of the heating resistor 34 can be adjusted by a technique such as trimming. However, the heating resistor 34 is exposed on the surface. And durability decreased.

また、発熱抵抗体３４の表面に封止部を形成して耐久性を調整しようとすると、封止部にクラックが発生して、耐久性良好なセラミックヒータを得ることができないという問題があった。 In addition, when the sealing portion is formed on the surface of the heating resistor 34 to adjust the durability, there is a problem that a crack is generated in the sealing portion and a ceramic heater with good durability cannot be obtained. .

上記課題に鑑みて、本発明のセラミックヒータは、第１のセラミック基体と、該第１のセラミック基体の表面に高融点金属を含有するペーストを塗布した後焼き付け処理することにより形成した発熱抵抗体およびリード引出部と、前記発熱抵抗体をトリミングして該発熱抵抗体の抵抗値を調整した後に前記発熱抵抗体の上にガラスペーストを塗布することにより形成した封止部と、該封止部の上に重ねた第２のセラミック基体とを熱処理することにより、前記第１のセラミック基体、前記第２のセラミック基体および前記封止部を一体化したセラミック基材、ならびに前記リード引出部にロウ材により固定したリード部材により構成されたセラミックヒータであって、前記封止部は前記発熱抵抗体を気密封止しており、前記封止部のボイド率は４０％以下、前記封止部の厚みが５μｍ〜１ｍｍ、かつ前記第１のセラミック基体および前記第２のセラミック基体と前記封止部のガラスとの該ガラスのガラス点移転以下の温度における熱膨張率の差が１×１０ ^−５／℃以下であることを特徴とするものである。 In view of the above problems , a ceramic heater according to the present invention is a heating resistor formed by applying a first ceramic base and a paste containing a refractory metal on the surface of the first ceramic base and then baking. And a lead lead-out part, a sealing part formed by trimming the heating resistor to adjust the resistance value of the heating resistor and then applying a glass paste on the heating resistor, and the sealing part And heat-treating the second ceramic substrate overlaid on the first ceramic substrate, the ceramic substrate in which the second ceramic substrate and the sealing portion are integrated, and the lead extraction portion. A ceramic heater composed of a lead member fixed by a material, wherein the sealing portion hermetically seals the heating resistor, and a void ratio of the sealing portion Thermal expansion at a temperature of 40% or less, a thickness of the sealing part of 5 μm to 1 mm, and a temperature below the glass point transfer of the glass of the first ceramic base and the second ceramic base and the sealing part difference in rates is characterized in der Rukoto 1 × 10 -5 ^/ ℃ or less.

また、本発明のセラミックヒータの製造方法は、上記本発明のセラミックヒータを製造する製造方法であって、前記第１のセラミック基体上に塗布したガラスを一旦溶解し、脱
気をしてから前記第２のセラミック基体を重ねて封止することを特徴とするものである。 A method for manufacturing a ceramic heater of the present invention, there is provided a method of manufacturing the ceramic heater of the present invention, once dissolved glass coated on the first ceramic substrate on the after degassing The second ceramic substrate is overlaid and sealed.

本発明によれば、第１のセラミック基体の表面に高融点金属粉末を含有する発熱抵抗体を焼き付けした後、この発熱抵抗体の上に第２のセラミック基体を重ねて封止することにより、セラミックヒータの発熱抵抗体を焼き付けた後に抵抗値調整の加工ができるようになると同時に、耐久性良好なセラミックヒータを提供できるようになる。 According to the present invention, after baking the heating resistor containing a high-melting-point metal powder to the surface of the first ceramic substrate, by sealing overlapping the second ceramic substrate on top of the heating resistor, at the same time so that it is machining of the resistance value adjustment after baking the heat-generating resistor of the ceramic heater, it is possible to provide a durable good ceramic heater.

以下、本発明のセラミックヒータの実施形態を、図１を用いて説明する。 Hereinafter , an embodiment of a ceramic heater of the present invention will be described with reference to FIG.

（ａ）は、本発明のセラミックヒータ１の一実施例を示す斜視図であり、（ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図である。 (A) is a perspective view which shows one Example of the ceramic heater 1 of this invention, (b) is the XX sectional drawing.

また、図２は、発熱抵抗体の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the heating resistor.

このセラミックヒータ１は、第１のセラミック基体２ａおよび第２のセラミック基体２ｂの２つのセラミック基体２とこれらを接合する封止部１０という２つの無機材料からなるセラミック基材５と、このセラミック基材５に内蔵される発熱抵抗体３とにより構成されている。第１のセラミック基体２ａと、この第１のセラミック基体２ａの表面に形成された発熱抵抗体３およびリード引出部４と、その後、発熱抵抗体３およびリード引出部４の上に形成された封止部１０とを有している。第２のセラミック基体２ｂには切り欠き１２が形成され、この切り欠き１２にリード引出部４の一部が露出し、このリード引出部４にリード部材９がロウ材により固定されている。 The ceramic heater 1 includes a ceramic base 5 made of two inorganic materials, two ceramic bases 2 of a first ceramic base 2a and a second ceramic base 2b, and a sealing portion 10 for joining them, and the ceramic base 2 The heating resistor 3 is built in the material 5. A first ceramic base body 2 a, and the first ceramic base body 2 heating resistors formed on the surface of a 3 and the lead out portion 4, then, is formed on the heating resistor 3 and the lead out portion 4 And a sealing portion 10. The second of the ceramic base 2 b is cutout 12 is formed, the notch 12 in the exposed part of the lead out portion 4, the lead member 9 in the lead out portion 4 is fixed by brazing material.

このセラミックヒータ１は、第１セラミック基体２ａの表面に、高融点金属およびガラスを含有するペーストを塗布した後焼き付け処理することにより発熱抵抗体３およびリード引出部４を形成し、さらにその上に封止部１０となるガラスペーストを塗布し、その上に第２のセラミック基体２ｂを重ねて熱処理することにより全体を一体化される。 The ceramic heater 1 forms a heating resistor 3 and a lead lead portion 4 by applying a paste containing a refractory metal and glass on the surface of the first ceramic base 2a, and then baking the paste. a glass paste for forming the sealing portion 10 is coated, Ru is integrated across by heat-treating overlapping the second ceramic substrate 2b thereon.

また、図２に示したような発熱抵抗体３に対して、抵抗値を測定し、必要に応じて発熱抵抗体３をトリミングして、抵抗値を所望の範囲に抵抗調整することができる。 Further, the resistance value of the heating resistor 3 as shown in FIG. 2 can be measured, and the heating resistor 3 can be trimmed as necessary to adjust the resistance to a desired range.

このようにすることにより、ひとつの無機材料からなるセラミック基材中に発熱抵抗体３４を内蔵した図６に示すような従来のセラミックヒータ３１に較べて、抵抗値を精密に制御することが可能となる。 In this way, it is possible to control the resistance value more precisely than the conventional ceramic heater 31 shown in FIG. 6 in which the heating resistor 34 is built in the ceramic base made of one inorganic material. It becomes.

封止部１０のガラスとしては、このガラスのガラス転移点以下の温度における熱膨張率とセラミック基材５のセラミック基体２ａ、２ｂとの熱膨張率の差を１×１０^−５／℃の範囲内とすることが好ましい。ガラスの熱膨張率がこの範囲を超えると、使用中に封止部１０に発生する応力が大きくなり、封止部１０にクラックが発生し易くなる。好ましくは熱膨張率の差が０．５×１０^−５／℃以内、さらに好ましくは０．２×１０^−５／℃以内、理想的には０．１×１０^−５／℃以内であることが良い。 The glass of the sealing portion 10, of the glass ceramic substrate 2 a thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 5 at a temperature below the glass transition point, the thermal expansion coefficient between the 2b difference of 1 × 10 -5 ^/ ° C. It is preferable to be within the range. If the thermal expansion coefficient of the glass exceeds this range, the stress generated in the sealing portion 10 is increased during use, cracks easily occur in the sealing portion 10. Preferably, the difference in coefficient of thermal expansion is within 0.5 × 10 ⁻⁵ / ° C., more preferably within 0.2 × 10 ⁻⁵ / ° C., ideally within 0.1 × 10 ⁻⁵ / ° C. Is good.

また、封止部１０に形成するボイド率を４０％以下にすることが好ましい。このボイド率が４０％を超えると使用中の熱サイクルにより封止部１０にクラックが発生し、セラミックヒータ１の耐久性が低下するので好ましくない。封止部１０とその上に重ねる第２のセラミック基体２ｂの平坦度のずれにより接合時に、ボイド１１が生成しやすくなる。 Further, it is preferable that the void fraction of forming the sealing portion 10 to below 40%. Undesirably the void fraction cracks are generated in the sealing portion 10 by a 40% thermal cycles in use and is exceeded, the durability of the ceramic heater 1 is reduced. When joined by the flatness of the displacement of the second ceramic substrate 2 b overlap the sealing portion 10 thereon, voids 11 are likely to generate.

さらに好ましくは、ボイド率を３０％以下にする方が良い。 More preferably, the void ratio should be 30% or less.

このボイド率は、図３に示すようにセラミックヒータ１の断面を研磨し、その表面に露出した封止部１０の面積Ｓｇに対するボイド１１部分の面積Ｓｂの比率を計算することにより求めることができる。面積Ｓｇ、Ｓｂの測定については、電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）による像を画像解析することにより簡便に測定することも可能である。 This void ratio can be obtained by polishing the cross section of the ceramic heater 1 as shown in FIG. 3 and calculating the ratio of the area Sb of the void 11 portion to the area Sg of the sealing portion 10 exposed on the surface thereof. . About the measurement of area Sg, Sb, it is also possible to measure simply by analyzing the image by an electron micrograph (SEM).

また、封止部１０の平均厚みは５μｍ〜１ｍｍとすることが好ましい。封止部１０の厚みが１ｍｍを超えると、セラミックヒータ１を急速昇温させた場合に、封止部１０にクラックが発生するので好ましくない。 The average thickness of the sealing portion 10 is preferably set to 5 m to 1 m m. When the thickness of the sealing portion 10 obtain ultra the 1 mm, when obtained by rapidly raising the temperature of the ceramic heater 1, because cracks occur in the sealing portion 10 is not preferred.

また、封止部１０の厚みが５μｍ未満では、発熱抵抗体３の周囲に形成される段差をガラスが充分埋めることができず、ボイド１１が多発して、セラミックヒータ１の耐久性が低下する場合がある。 Moreover, if the thickness of the sealing portion 10 is less than 5 μm, the glass cannot sufficiently fill the step formed around the heating resistor 3, and voids 11 occur frequently, and the durability of the ceramic heater 1 decreases. There is a case.

また、この封止部１０の形成においては、第１のセラミック基体２ａ上に塗布したガラスを一旦溶解し、脱気をしてから第２のセラミック基体２ｂを重ねて封止すれば、封止部１０に発生するボイド１１の生成を抑制することができる。 Further, in the formation of the sealing portion 10, if the glass applied on the first ceramic base 2a is once melted and deaerated, then the second ceramic base 2b is overlaid and sealed. Generation of the void 11 generated in the portion 10 can be suppressed.

また、セラミック基体２の材質としては、アルミナ、ムライト等の酸化物セラミックスとすることが好ましいが、窒化硅素、窒化アルミニウム、炭化珪素等の非酸化物セラミックスを用いても構わない。非酸化物セラミックスを用いる場合は、酸化雰囲気中で熱処理し、セラミック基体２ａ、２ｂの表面に酸化層を形成すると発熱抵抗体３、リード引出部４や封止部１０との濡れが良くなり、セラミックヒータ１の耐久性が向上する。 The material of the ceramic substrate 2 is preferably oxide ceramics such as alumina and mullite, but non-oxide ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide may be used. When non-oxide ceramics are used, heat treatment in an oxidizing atmosphere and formation of an oxide layer on the surfaces of the ceramic substrates 2a and 2b will improve the wetting of the heating resistor 3, lead lead portion 4 and sealing portion 10. The durability of the ceramic heater 1 is improved.

また、セラミック基体２ａ、２ｂの表面の平坦度は、２００μｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、１００μｍ以下、理想的には３０μｍ以下とすることがよい。これが２００μｍを超えると、封止部１０に図３に示すようなボイド１１が発生しやすくなり、セラミックヒータ１の耐久性が低下するので好ましくない。 Further, the flatness of the ceramic substrate 2a, 2b surface is preferably set to 200μm or less. More preferably, it is 100 μm or less, ideally 30 μm or less. When this obtain ultra the 200 [mu] m, it void 11 is easily generated as shown in FIG. 3 the sealing portion 10, the durability of the ceramic heater 1 is undesirably reduced.

また、酸化物セラミックスの場合、焼結した表面をそのまま使用する方が、焼成時に表面にセラミックス中のガラスが浮き出してくるので、発熱抵抗体３やリード引出部４を形成しやすくなる。 In the case of oxide ceramics, if the sintered surface is used as it is, the glass in the ceramic will be raised on the surface during firing, so that it becomes easier to form the heating resistor 3 and the lead extraction portion 4.

また、発熱抵抗体３に用いる材料としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅの単体もしくはこれらの合金、もしくはＴｉＮ、ＷＣ等の金属珪化物、金属炭化物などを使用することも可能である。発熱抵抗体３の材料として、これらのような高融点の素材を用いると、使用中に金属の焼結が進むようなことがないので、耐久性が向上する。 As the material used for the heating resistor 3, it is also possible to use W, Mo, Re alone or an alloy thereof, metal silicide such as TiN or WC, metal carbide, or the like. When a material having a high melting point such as these is used as the material of the heating resistor 3, since the metal does not sinter during use, durability is improved.

また、図４は、リード部材９のロウ付け部の一例を示す拡大図である。 FIG. 4 is an enlarged view showing an example of the brazing portion of the lead member 9.

図４に示すように電極パッド４の周辺部をセラミック基体２ａ、２ｂの間に挟み込むようにすれば、電極パッド４の接合強度を向上させることができる。電極パッド４の表面には、一次メッキ層７ａを形成する。これによりリード部材９のロウ付けの際のロウ材８の流れ性を良好にすることが可能となる。この時、リード部材９を固定するロウ材８のロウ付け温度を１０００℃以下に設定すれば、ロウ付け後の残留応力を低減できるので良い。 As shown in FIG. 4, when the peripheral portion of the electrode pad 4 is sandwiched between the ceramic substrates 2a and 2b , the bonding strength of the electrode pad 4 can be improved. A primary plating layer 7 a is formed on the surface of the electrode pad 4. As a result, the flowability of the brazing material 8 when the lead member 9 is brazed can be improved. At this time, if the brazing temperature of the brazing material 8 for fixing the lead member 9 is set to 1000 ° C. or lower, the residual stress after brazing can be reduced.

また、湿度が高い雰囲気中でセラミックヒータ１を使用する場合、Ａｕ系、Ｃｕ系のロウ材を用いた方が、マイグレーションが発生し難くなるので好ましい。ロウ材８としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕ系の物が使用される。Ａｕ−Ｃｕロウとしては、Ａｕ含有量が２５〜９５重量％としＡｕ−Ｎｉロウとしては、Ａｕ含
有量が５０〜９５重量％の成分量の物が使われる。Ａｇ−Ｃｕロウとしては、Ａｇ含有量を６０〜９０重量％、さらに好ましくは７０〜７５重量％とすると、共晶点の組成となりロウ付け時の昇温、降温時の異種組成の合金の生成を防止できるために、ロウ付け後の残留応力を低減できるので良い。 Further, when the ceramic heater 1 is used in an atmosphere with high humidity, it is preferable to use an Au-based or Cu-based brazing material because migration hardly occurs. As the brazing material 8, Au, Cu, Au—Cu, Au—Ni, Ag, or Ag—Cu-based materials are used. As the Au—Cu solder, an Au content of 25 to 95% by weight is used, and as the Au—Ni solder, an Au content of 50 to 95% by weight is used. When the Ag content is 60 to 90% by weight, more preferably 70 to 75% by weight, the composition of the eutectic point becomes a composition of an eutectic point. in order it can be prevented, good because the residual stress after the brazing can be reduced.

また、ロウ材８の表面には、高温耐久性向上および腐食からロウ材８を保護するために通常Ｎｉからなる２次メッキ層７ｂを形成することが好ましい。 The surface of the brazing material 8, it is preferable to form a secondary plating layer 7b made of normal Ni in order to protect the brazing material 8 from the high temperature durability and corrosion.

また、耐久性向上のためには、２次メッキ層７ｂを構成する結晶の粒径を５μｍ以下にすることが効果的である。この粒径が５μｍより大きいと、２次メッキ層７ｂの強度が弱く脆いために高温放置環境下ではクラックの発生が確認される。 In order to improve the durability, it is effective to make the grain size of the crystals constituting the secondary plating layer 7b 5 μm or less. If this particle size is larger than 5 μm, the strength of the secondary plating layer 7b is weak and brittle.

また、理由は定かでないが２次メッキ層７ｂをなす結晶の粒径が小さい方がメッキの詰まりも良いためにミクロ的な欠陥を防止できるものと考えられる。この２次メッキ層７ｂは、硼素系の無電解Ｎｉメッキを用いた。 The reason why is not clear towards the particle size of crystals constituting the secondary plating layer 7b is small believed that can prevent microscopic defects for which may clog the plating. As the secondary plating layer 7b, boron-based electroless Ni plating was used.

また、無電解メッキの種類は硼素系の無電解メッキの他にリン系の無電解メッキ層被覆することも可能であるが、高温環境下で使用される可能性があるときは、通常硼素系無電解Ｎｉメッキを施すのが一般的である。２次メッキ後の熱処理温度を変量させることで、２次メッキ層７ｂの粒径をコントロールすることができる。 In addition to boron-based electroless plating, the type of electroless plating can be covered with a phosphorus-based electroless plating layer. However, when there is a possibility of use in a high-temperature environment, boron-based plating is usually used. It is common to apply electroless Ni plating. The heat treatment temperature after the secondary plating be to variate, Ru can control the particle size of the secondary plating layer 7b.

次にリード部材９の材質としては、耐熱性良好なＮｉ系やＦｅ−Ｎｉ系合金等を使用することが好ましい。発熱抵抗体４からの熱伝達により、使用中にリード部材９の温度が上昇し、劣化する可能性があるからである。 Next, as the material of the lead member 9, it is preferable to use a Ni-based or Fe-Ni-based alloy having good heat resistance. This is because the heat transfer from the heating resistor 4 may cause the temperature of the lead member 9 to rise during use and deteriorate.

中でも、リード部材９の材質としてＮｉやＦｅ−Ｎｉ合金を使用する場合、その平均結晶粒径を４００μｍ以下とすることが好ましい。平均粒径が４００μｍを超えると、使用時の振動および熱サイクルにより、ロウ付け部近傍のリード部材９が疲労し、クラックが発生するので好ましくない。他の材質についても、例えばリード部材９の粒径がリード部材９の厚みより大きくなると、ロウ材８とリード部材９の境界付近の粒界に応力が集中して、クラックが発生するので好ましくない。 In particular, when Ni or Fe—Ni alloy is used as the material of the lead member 9, the average crystal grain size is preferably set to 400 μm or less . When flat Hitoshitsubu diameter obtain ultra the 400 [mu] m, the vibration and thermal cycle during use, the lead member 9 of the brazed portion near to fatigue, since cracks undesirable. For other materials, for example, if the particle diameter of the lead member 9 is larger than the thickness of the lead member 9, stress is concentrated at the grain boundary near the boundary between the brazing material 8 and the lead member 9, and cracks are generated. .

なお、ロウ付けの際の熱処理は、試料間のバラツキを小さくするためには、ロウ材８の融点より十分余裕をとった高めの温度で熱処理する必要があるが、リード部材９の平均結晶粒径を４００μｍ以下と小さくするためには、ロウ付けの際の温度をできるだけ下げ、処理時間を短くすればよい。 The heat treatment at the time of brazing requires heat treatment at a temperature sufficiently higher than the melting point of the brazing material 8 in order to reduce the variation between the samples. In order to reduce the diameter to 400 μm or less, the temperature during brazing should be lowered as much as possible to shorten the processing time.

また、セラミックヒータ１の材質としてアルミナを用いる場合は、Ａｌ_２Ｏ_３８８〜９５重量％、ＳｉＯ_２２〜７重量％、ＣａＯ０．５〜３重量％、ＭｇＯ０．５〜３重量％、ＺｒＯ_２１〜３重量％からなるアルミナを使用することが好ましい。ここで、セラミックスとしてアルミナの例を示したが、本発明で示したことは、アルミナ質セラミックスに限定されることではなく、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックス等、また、セラミックヒータ１のみならず、Ａｕ系のロウ付けを実施する全てのものに当てはまる現象である。 In the case of using alumina as the material of the ceramic heater _1, Al ₂ O 3 88 to 95 wt%, _SiO 2 2 to 7 wt%, CaO0.5～3 wt%, MgO0.5～3 wt%, ZrO ₂ It is preferable to use alumina consisting of 1 to 3% by weight. Here, although the example of alumina was shown as ceramics, what was shown in the present invention is not limited to alumina ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, silicon carbide ceramics, etc. This is a phenomenon that applies not only to the ceramic heater 1 but also to all that perform Au-based brazing.

また、図５は、本発明のセラミックヒータ１を用いたヘアアイロンの一例を示す斜視図である。このヘアアイロンは、先端のアーム２２の間に髪の毛を挿入し、取手２１を掴むことにより、髪の毛を加熱しながら加圧して髪の毛を加工する。アーム２２の内部には、セラミックヒータ２６が挿入されており、髪の毛と直接触れる部分には、ステンレス等の金属板２３が設置されている。 FIG. 5 is a perspective view showing an example of a hair iron using the ceramic heater 1 of the present invention. The hair iron inserts hair hair between the tip of the arm 22, by grasping the handle 21, processed hair hair pressurized while heating the hair hair. Inside the arm 22, which is inserted a ceramic heater 26, the hair directly touching portions of the hair, the metal plate 23 of stainless steel or the like is installed.

また、アーム２２の外側には火傷防止のために耐熱プラスチック製のカバーを装着した構造となっている。 In addition, a heat-resistant plastic cover is attached to the outside of the arm 22 to prevent burns.

（実施例１）
Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２を合計１０重量％以内になるように調整したセラミックシートを準備し、所定の寸法になるように切断およびスナップ加工した後、１６００℃の酸化雰囲気中で第１のおよび第２のセラミック基体２ａ、２ｂを焼成した。次に、第１のセラミック基体２ａの表面に、Ｗとガラスを混合したペーストからなる発熱抵抗体３とリード引出部４とをプリントし、１２００℃の還元雰囲気中で焼き付けた。 ( Example 1 )
After preparing a ceramic sheet containing Al ₂ O ₃ as a main component and adjusting SiO ₂ , CaO, MgO, ZrO ₂ to be within 10 wt% in total, and cutting and snapping to a predetermined size, The first and second ceramic substrates 2a and 2b were fired in an oxidizing atmosphere at 1600 ° C. Next, on the surface of the first ceramic substrate 2a, and printing the heat generating resistor 3 and the lead out portion 4 composed of a paste of a mixture of W and glass, baked in a reducing atmosphere at 1200 ° C..

その後、発熱抵抗体３をレーザートリミングにより抵抗値が中心値１０Ωに対し０．１Ω以内に入るように加工した。そして、スナップラインに沿ってセラミック基体２を各々分割した。 Thereafter, the heating resistor 3 was processed by laser trimming so that the resistance value was within 0.1Ω with respect to the central value of 10Ω. And the ceramic base | substrate 2 was each divided | segmented along the snap line.

その後さらに、発熱抵抗体３およびリード引出部４の上に封止部１０となるガラスペーストを塗布し、１２００℃の還元雰囲気中で再度熱処理し、封止部１０中のボイド１１を除去した後、第２のセラミック基体２ｂを重ねて１２００℃で熱処理し、セラミック基体２同士を封止部１０により一体化して、幅１０ｍｍ、厚み１．６ｍｍ、長さ１００ｍｍのセラミックヒータ１を得た。 After that, a glass paste that becomes the sealing portion 10 is applied onto the heating resistor 3 and the lead lead portion 4 and heat treated again in a reducing atmosphere at 1200 ° C. to remove the void 11 in the sealing portion 10. The second ceramic base 2b was stacked and heat-treated at 1200 ° C., and the ceramic bases 2 were integrated by the sealing portion 10 to obtain a ceramic heater 1 having a width of 10 mm, a thickness of 1.6 mm, and a length of 100 mm.

比較例として、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２を合計１０重量％以内になるように調整したセラミックグリーンシート３３を準備し、この表面に、Ｗ−Ｒｅからなる発熱抵抗体３４とＷからなるリード引出部３５をプリントした。 As a comparative example, the main component _{_{_{Al 2 O 3, SiO 2,}}} CaO, MgO, preparing a ceramic green sheet 3 3 was adjusted to the ZrO ₂ within a total of 10% by weight, on the surface, W-Re the lead out portion 35 made of a heat-generating resistor 3 4 and W consisting printed.

また、裏面には電極パッド３８をプリントした。発熱抵抗体３４は、抵抗値１０Ωとなるように発熱長さ５ｍｍで４往復のパターンとなるように作製した。 An electrode pad 38 was printed on the back surface. The heating resistor 3 4 was prepared 4 so that the round-trip pattern exothermic 5mm long so that the resistance 10 [Omega.

そして、Ｗからなるリード引出部３５の末端には、スルーホールを形成し、ここにペーストを注入することにより電極パッド３８とリード引出部３５間の導通をとった。スルーホールの位置は、ロウ付けを実施した場合にロウ付け部の内側に入るように形成した。こうして準備したセラミックグリーンシート３３をセラミックロッド３２の周囲に密着し、１５００〜１６００℃で焼成することにより、セラミックヒータ３１とした。 Then, the end of the lead out portion 35 made of W, to form a Suruho Le, took the conduction between the electrode pads 3 8 and the lead out portion 35 by injecting here paste. Position of Suruho le was formed to enter the inner side of the brazed portion on an implementation of the brazing. The ceramic green sheet 33 thus prepared was brought into close contact with the periphery of the ceramic rod 32 and fired at 1500 to 1600 ° C. to obtain a ceramic heater 31.

このようにして作製したセラミックヒータ１、３１の抵抗値を各１００個測定し、ばらつきを比較した。 100 resistance values of the ceramic heaters 1 and 31 thus fabricated were measured and the variations were compared.

また、８００℃×１０００時間の連続通電耐久試験を実施した。 In addition, a continuous energization durability test at 800 ° C. × 1000 hours was performed.

結果を表１に示した。

The results are shown in Table 1.

表１から判るように、本発明のセラミックヒータ１は、抵抗値ばらつきが±１％以内、σが０．０７７となったのに対し、比較例の従来のセラミックヒータ３１は、抵抗値ばらつきが±３．５％、σが０．５８となり、本発明のセラミックヒータ１は、抵抗値ばらつきを小さくすることができることが判った。 As can be seen from Table 1, the ceramic heater 1 of the present invention, the resistance value variation within 1% ±, whereas σ becomes 0.07 7, conventional ceramic heater 31 of the comparative example, the resistance value variation There ± 3.5%, sigma becomes 0.5 8, the ceramic heater 1 of the present invention, it has been found that it is possible to reduce resistance value variation.

また、８００℃連続通電耐久試験は、抵抗変化率が１．２％以下で、両者とも良好な耐久性を示した。 In the 800 ° C continuous energization endurance test, the resistance change rate is 1 . Both were good durability at 2 % or less.

（実施例２）
ここでは、封止部１０のボイド率と耐久性の関係を調べた。 ( Example 2 )
Here, the relationship between the void ratio of the sealing portion 10 and durability was examined.

Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２を合計１０重量％以内になるように調整したセラミックシートを準備し、所定の寸法になるように切断およびスナップ加工した後、１６００℃の酸化雰囲気中で第１のおよび第２のセラミック基体２ａ、２ｂを焼成した。次に、第１のセラミック基体２ａの表面に、Ｗとガラスを混合したペーストからなる発熱抵抗体３とリード引出部４をプリントし、１２００℃の還元雰囲気中で焼き付けた。 After preparing a ceramic sheet containing Al ₂ O ₃ as a main component and adjusting SiO ₂ , CaO, MgO, ZrO ₂ to be within 10 wt% in total, and cutting and snapping to a predetermined size, The first and second ceramic substrates 2a and 2b were fired in an oxidizing atmosphere at 1600 ° C. Next, on the surface of the first ceramic substrate 2a, and printing the heat generating resistor 3 and the lead out portion 4 composed of a paste of a mixture of W and glass, baked in a reducing atmosphere at 1200 ° C..

その後さらに、発熱抵抗体３およびリード引出部４の上に封止部１０となるガラスペーストを塗布し、１２００℃の還元雰囲気中で再度熱処理し、封止部１０中のボイド１１を除去した後、第２のセラミック基体２ｂを重ねて１２００℃で熱処理し、セラミック基体２ａ、２ｂ同士を封止部１０により一体化して、幅１０ｍｍ、厚み１．６ｍｍ、長さ１００ｍｍのセラミックヒータ１を得た。 After that, a glass paste that becomes the sealing portion 10 is applied onto the heating resistor 3 and the lead lead portion 4 and heat treated again in a reducing atmosphere at 1200 ° C. to remove the void 11 in the sealing portion 10. , overlapping the second ceramic substrate 2 b is heat-treated at 1200 ° C., the ceramic substrate 2 a, the 2b together and integrated by the sealing portion 10, a width 10 mm, thickness 1.6 mm, the ceramic heater 1 of length 100mm Obtained.

この時、封止部１０とこれに重ねる第２のセラミック基体２ｂの平坦度を調整し、また、接合前に調整する封止部１０のボイド抜きのための熱処理条件を調整し、各ロット１５本のサンプルを作製し、各ロット３本について、封止部１０のボイド率を測定し、各ロット１０本を７００℃まで加熱し、７００℃から４０℃以下への冷却速度を６０秒以下とする冷却試験を１００サイクル実施し、封止部１０へのクラックの発生の有無を調べた。 At this time, by adjusting the flatness of the second ceramic substrate 2 b overlap the sealing portion 10 in this, and to adjust the heat treatment conditions for voids vent sealing portion 10 for adjusting prior to bonding, each lot Prepare 15 samples, measure the void ratio of the sealing part 10 for each 3 lots, heat each 10 lots to 700 ° C, and cool the cooling rate from 700 ° C to 40 ° C or less for 60 seconds or less The cooling test was performed 100 cycles, and the presence or absence of cracks in the sealing portion 10 was examined.

これらの結果を、表２に示した。

These results are shown in Table 2.

表２から判るように、ボイド率が４０％以下であるＮｏ．１〜６は、クラックの発生数が１個以下で良好な耐久性を示した。さらに、ボイド率が３０％以下のＮｏ．１〜５は、クラックの発生はゼロであった。 As can be seen from Table 2, the void ratio is 40% or less. In Nos. 1 to 6, the number of occurrence of cracks was 1 or less and good durability was exhibited. Furthermore, No. with a void ratio of 30% or less. In Nos. 1 to 5, the occurrence of cracks was zero.

（実施例３）
Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２を合計１０重量％以内になるように調整したセラミックシートを準備し、所定の寸法になるように切断およびスナップ加工した後、１６００℃の酸化雰囲気中で第１のおよび第２のセラミック基体２ａ、２ｂを焼成した。次に、第１のセラミック基体２ａの表面に、Ｗとガラスを混合したペーストからなる発熱抵抗体３とリード引出部４をプリントし、１２００℃の還元雰囲気中で焼き付けた。 ( Example 3 )
After preparing a ceramic sheet containing Al ₂ O ₃ as a main component and adjusting SiO ₂ , CaO, MgO, ZrO ₂ to be within 10 wt% in total, and cutting and snapping to a predetermined size, The first and second ceramic substrates 2a and 2b were fired in an oxidizing atmosphere at 1600 ° C. Next, on the surface of the first ceramic substrate 2a, and printing the heat generating resistor 3 and the lead out portion 4 composed of a paste of a mixture of W and glass, baked in a reducing atmosphere at 1200 ° C..

この時、封止部１０に用いるガラスの熱膨張率を、４０〜５００℃のアルミナの熱膨張率７．３×１０^−７／℃に対し、これらの差が０．０５〜１．２×１０^−５／℃となるように変更したガラスを用いて各ロット２０本のサンプルを準備した。 In this case, the thermal expansion coefficient of the glass used for sealing section 10, with respect to the thermal expansion coefficient of 7.3 × ^{10 -7} / ° C. of 40 to 500 ° C. of alumina, these differences 0.05 to 1.2 × Samples of 20 lots were prepared using glass that was changed to 10 ⁻⁵ / ° C.

このようにして得たセラミックヒータ１を、７００℃まで４５秒で昇温させ、２分間の空冷により４０℃以下に冷却するサイクルを３０００サイクル施し、封止部１０へのクラックの発生の有無を調べた。 The ceramic heater 1 thus obtained was heated up to 700 ° C. in 45 seconds, and subjected to 3000 cycles of cooling to 40 ° C. or less by air cooling for 2 minutes, and whether or not cracks occurred in the sealing portion 10 was confirmed. Examined.

結果を、表３に示した。

The results are shown in Table 3.

表３から判るように、封止部１０に使用するガラスの熱膨張率とアルミナからなるセラミック基体２の熱膨張率の差が１．２×１０^−５／℃であったＮｏ．１には、１００サイクル程度で全数封止部１０にクラックが発生した。これに対し熱膨張率の差を１．０×１０^−５／℃としたＮｏ．２〜６は、クラックの発生数が６個以下で、良好な耐久性を示し
た。熱膨張率の差を０．１×１０^−５／℃以下としたＮｏ．５，６は、クラックが全く発生しなかった。熱膨張率の差を０．２×１０^−５／℃としたＮｏ．４は、１個クラックが発生し、熱膨張率の差を０．５×１０^−５／℃としたＮｏ．３は、クラックが３個発生した。 As can be seen from Table 3, the difference between the thermal expansion coefficient of the glass used for the sealing portion 10 and the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 2 made of alumina was 1.2 × 10 ⁻⁵ / ° C. 1, cracks occurred in all the sealing portions 10 in about 100 cycles. No. this pair Shi the difference in thermal expansion coefficient was 1.0 × ^{10 -5} / ℃ In Nos. 2 to 6 , the number of cracks generated was 6 or less, and good durability was exhibited . No. in which the difference in thermal expansion coefficient was 0.1 × 10 ⁻⁵ / ° C. or less. In Nos. 5 and 6, no cracks occurred . No. in which the difference in thermal expansion coefficient was 0.2 × 10 ⁻⁵ / ° C. 4, one cracks occur, the difference in thermal expansion coefficient was 0.5 × ^{10 -5} / ℃ No. 3 had three cracks.

（実施例４）
ここでは、封止部１０の厚みを調整して、冷却の熱衝撃に対する影響を調査した。ボイド率については、２０〜２２％に調整した。 ( Example 4 )
Here, the thickness of the sealing portion 10 was adjusted to investigate the influence of cooling on the thermal shock. The void ratio was adjusted to 20-22%.

封止部１０のガラスの平均厚みを、ガラスのプリント回数の調整により３〜１２００μｍとなるように調整してサンプルを各ロット１５個ずつ作製した。封止部１０の厚みが３００μｍ以上のものについては、セラミック基体２の表面に厚み調整用の突起を各３点準備し、それぞれ封止部１０の厚みが所望の厚みとなるように調整した。 The average thickness of the glass of the sealing part 10 was adjusted so as to be 3 to 1200 μm by adjusting the number of times the glass was printed, and 15 samples were prepared for each lot. For the sealing part 10 having a thickness of 300 μm or more, three protrusions for adjusting the thickness were prepared on the surface of the ceramic substrate 2, and the thickness of the sealing part 10 was adjusted to a desired thickness.

これらの結果を、表３に示した。

The results are shown in Table 3.

表４から判るように、封止部１０の厚みを１２００μｍとしたＮｏ．８には、全数クラックが発生した。 As can be seen from Table 4, the thickness of the sealing portion 10 was set to 1200 μm. In number 8, all cracks occurred.

また、封止部１０の厚みを３μｍとしたＮｏ．１は、ボイドが４０％を超えてしまったので、評価しなかった。 The thickness of the sealing part 10 was 3 μm. 1, because the voids had exceeded 40 percent, it was not evaluated.

これに対し、封止部１０の厚みを５〜１０００μｍとしたＮｏ．２〜７は、クラックの発生数が１本以下で良好な特性を示した。 On the other hand, No. which made the thickness of the sealing part 10 5-1000 micrometers . In Nos. 2 to 7, the number of cracks was 1 or less, and good characteristics were exhibited.

さらに、封止部１０の厚みを５〜５００μｍにしたＮｏ．２〜６は、全くクラックが発生しなかった。 Furthermore, No. which made the thickness of the sealing part 10 5-500 micrometers. In Nos. 2 to 6, no cracks occurred.

（ａ）は本発明のセラミックヒータの一実施形態を示す斜視図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。(A) is a perspective view which shows one Embodiment of the ceramic heater of this invention, (b) is the XX sectional drawing. 本発明のセラミックヒータにおける発熱抵抗体を示す図である。It is a figure which shows the heating resistor in the ceramic heater of this invention. 本発明のセラミックヒータの封止部の断面図である。It is sectional drawing of the sealing part of the ceramic heater of this invention. 本発明のセラミックヒータのロウ付け部の断面図である。It is sectional drawing of the brazing part of the ceramic heater of this invention. 本発明のセラミックヒータを用いたヘアアイロンの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the hair iron using the ceramic heater of this invention. （ａ）は、従来のセラミックヒータの斜視図であり、（ｂ）はその展開斜視図である。(A) is a perspective view of the conventional ceramic heater, (b) is the expansion | deployment perspective view.

１：セラミックヒータ
２：セラミック基体
２ａ：第１のセラミック基体
２ｂ：第２のセラミック基体
３：発熱抵抗体
４：リード引出部
５：セラミック基材
７：メッキ
８：ロウ材
９：リード部材
１０：封止部
１１：ボイド
１２：切り欠き 1: Ceramic heater 2: Ceramic substrate
2a: first ceramic substrate
2b: second ceramic substrate 3: heating resistor 4: lead extraction part
5: Ceramic base material 7: Plating 8: Brazing material 9: Lead member 10: Sealing part 11: Void 12: Notch

Claims

Trimming a first ceramic substrate, a heating resistor and a lead lead portion formed by applying a paste containing a refractory metal to the surface of the first ceramic substrate and then baking the ceramic substrate, and trimming the heating resistor Then, after the resistance value of the heating resistor is adjusted, a sealing portion formed by applying a glass paste on the heating resistor, and a second ceramic substrate overlaid on the sealing portion are heat treated. And a ceramic base comprising the first ceramic base, the second ceramic base and the sealing part integrated with each other, and a lead member fixed to the lead lead-out part with a brazing material. The sealing portion hermetically seals the heating resistor, the void ratio of the sealing portion is 40% or less, and the thickness of the sealing portion is 5 μm to 1 mm. And Ru said first ceramic substrate and the second ceramic substrate and the difference in thermal expansion coefficient in the following temperature the glass transition point of the glass is 1 × 10 -5 ^/ ° C. der less glass of the sealing portion A ceramic heater characterized by that.

A hair iron using the ceramic heater according to claim 1 .

2. The method of manufacturing a ceramic heater according to claim 1, wherein the glass applied on the first ceramic substrate is once melted and degassed, and then the second ceramic substrate is overlaid and sealed. A method of manufacturing a ceramic heater.