JPH02227984A - 薄型高温ヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、高温加熱用小型ヒータ又は電子銃用ヒータ
のように使用温度が１０００℃程度の高温用ヒータのｍ
遣方法に関する。

［従来の技術］ 従来、平板型ヒータは例えば、特開昭５５−２４８４８
号公報に記載されているように、スクリーン印刷等のい
わゆる厚膜回路形成技術を用いて製造されていた。第４
図に従来の薄型高温ヒータを利用した電子管カソード装
置の断面図を示す。図において、（１０）はセラミック
ス基板、（１１）は発熱体、（１２）は絶縁層、（１３
）はカソード材層、（１４）はカソードリード層、（１
５）はベースメタル層である。まず、セラミックス基板
を構成する原材料を用意し、ロール間を通す押し出し法
、あるいはキャスティング法の印刷技術によってシート
上に所望のパターン形状の発熱体層を形成する。この発
熱体層はヒータ材に焼成助剤を添加したペーストを基板
上にスクリーン印刷して形成される。スクリーン印刷後
。

高温（１０００〜２０００℃）で焼成処理され、平板型
ヒータが形成される。

この方法では、製造時に高温処理過程が入るのでヒータ
をこの処理温度以下で使用する場合、抵抗の経時変化が
小さい等のヒータとしての高温長期安定性が期待されて
いた。しかし、スクリーン印刷によって得られるパター
ン精度は低く、シかも発熱体の厚さ制御（薄型化）が困
難なため、消費電力が大きく、しかも複数のヒータ間で
は抵抗のばらつきが大きかった。その為、精度良くパタ
ーンの形成ができる手法としてＰ　Ｖ　Ｄ　（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌＶａｐｏｕｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＣ
Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）による成膜法の開発が進められていた。

第５図に従来の薄膜形成法による平板薄型ヒータの製造
方法の工程図を示す。平滑なセラミックス基板（ｌＯ）
上にヒータ用の抵抗体膜（発熱体）　（１１）を−様に
形成し１次にエツチングにより所望のヒータパターンを
形成しこれにリード線（４）を接合するという手法で平
板薄型ヒータを実現していた。

〔発明が解決しようとする課ｇ］ 以上のような成膜法による平板薄型ヒータはリード線に
電圧を印加しヒータとして使用している間に抵抗の変化
が生じる。これは主として抵抗体（発熱体）が薄膜であ
ることに起因する。第６図は従来の平板薄型ヒータの抵
抗値の経時変化を示す特性図であり、図において縦軸は
抵抗値、横軸は使用時間である１図に示される様に、初
期に抵抗が低下するのは、薄膜の再結晶化が進み、膜中
の結晶粒が粗大化するためである０例えば抵抗体く発熱
体）がＷ（タングステン）でありこれをｉ　ｏｏｏ℃で
使用すると、　　１ｏｏｏ℃はＷの再結晶温度に相当す
るため、再結晶化は進む。次に時間経過に従って抵抗が
増加するのは使用中の雰囲気により膜中に不純物が混入
したり、酸化することに起因する。

そのためヒータとしては不安定でしかも長期信頼性に欠
けるものであった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、使用時の抵抗変化の少ない、信頼性の高い薄膜高温
ヒータを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の薄型高温ヒータは絶縁基板に所定ヒータパタ
ーンの薄膜抵抗体膜を設ける工程、薄膜抵抗体膜の表面
をガラス質保ＮＮＩで覆って焼成し、ガラス質保護層を
抵抗体膜に融着させる工程、および薄膜抵抗体膜を焼成
する工程を施すものである。

［作用］ この発明においてはＮＩ膜抵抗体膜の表面をガラス質保
護層で覆って焼成し、ガラス質保護層を抵抗体膜に融着
させることにより、使用雰囲気による抵抗体の酸化を防
止し使用中の抵抗の変化を押さえ、又薄膜抵抗体膜を焼
成することにより、ヒータとして使用する前に抵抗体膜
の再結晶化を促し、使用中の抵抗の変化を押さえるよう
に作用する。

［実施例］ 以下にこの発明の一実施例を図に基づいて説明する。第
１図はこの発明の一実施例の薄型高温ヒータの新面図で
ある０図において（１）はセラミックス基板（絶縁基板
）、（２）はヒータ用の薄膜抵抗体膜、（３）はガラス
質保護層、（４）はリード線である。

それぞれの材料に対しては、例えば１次のような要求を
満たすことが望ましい。基板は、熱伝導性が良く、熱膨
張率が抵抗体膜のそれに近く、良絶縁体で、高温で絶縁
破壊しなく、平滑なこと、そのため、入手性から考えて
＾ＩＮ、Ａｌ２Ｏ３等が考えられる。薄膜抵抗体膜は、
この発明においては従来のスクリーン印刷等による厚膜
抵抗体膜が数十μｍであるのに対して、ＩＯμ園以下の
厚さのものを対象とし、高温域での蒸気圧が低いこと、
高温域での電気特性が安定なこと。そのため、　　Ｎｏ
、ＷｔＰｔｔＴａ等が考えられる。ガラス質保ｆｆ７Ｗ
に対しては、高温での拡散が小さいこと、使用温度以上
の軟化点あるいは融点であること。そのため、５ｉＯｐ
、Ａｌ＋０：＋等の高軟化点、高融点で安定なガラス質
が考えられる。例えば、５ｉ０２であれば軟化点［７１
０℃（水晶）、融点１４７０℃（結晶）、Ａｌ２Ｏ３で
あれば融点２０３０℃である。

また、ＣａＯ，Ｙ２Ｏ１等のように焼成時に外部へ飛散
するものを含んだものでもよい。リード線に対しては、
抵抗体膜の特性と同等なこと、抵抗体膜の拡散係数と同
等なこと、抵抗体膜と同材料が最も望ましい。

ここでは、上記条件を鑑み、セラミックス基板としてＡ
ｌ２Ｏ３（アルミナ、サファイヤ）を用い、抵抗体膜と
してＷをスパッタ法で形成し、ガラス質保護層としてＳ
５０＋を主成分とするガラス質の”うわぐすり”を塗布
した、薄型高温ヒータの１Ｉ１１造方法について述べる
。

Ａｌ２Ｏ３基板上にスパッタ法により所望の厚さ（数μ
５＝ＩＯμ厘）のＷ膜を一様に形成する。その後、所望
のパターン形状に湿式あるいは乾式法でエツチングする
。例４えば湿式法であれば次の工程でエツチングを行う
。

レジスト塗布 ↓ マスク設定 ↓ 露光 ↓ レジスト除去 ↓ Ｗのエツチング（Ｋ３［Ｆｅ（ＣＮ）ｅ］＋Ｎａ０ＩＩ
液）↓ レジスト除去 次にリード線を所望の場所に抵抗溶接等の手法で接合す
る。次にヒータ用抵抗体膜を覆うようにガラス質の”う
わぐすり”をスプレィし、乾燥させ、コーティング層を
形成する。次に真空中あるいは水素またはアルゴン中で
５〜１０分間焼成し、Ｗ膜に融着させる。この時の処理
温度は”うわぐすり”の組成によって異なるが、８００
〜１４００℃程度である。

ここで”うわぐすり”というのは酸化物のいわゆるガラ
ス質を含んだ溶液のことを示す６例えば。

表１にＡ、Ｂ、Ｃ３種類のうわぐすりの組成を重量比で
示すが、これはグラスタイプ・セラミックスコーテイン
グ材として市販されているものの１例である。表１中フ
リットと呼ばれるものは、表２にその組成を重量％で示
すが、これが酸化物のいわゆるガラス質である。このガ
ラス質はヒータとしての使用中抵抗体膜に僅かに生じた
金属酸化物を溶解し、金属と金属の間隙を埋めてシール
コートとして働（ので、抵抗体膜との密着性も優れてい
る。

また、ガラス質であるのでｔｔ気気絶性性高（、高温用
ヒータとしての機能に支障をきたすことはない。

この発明の一実施例による薄型高温ヒータは。

リード接合後のＷｇの周りにのみガラス質の保護膜を形
成する例を示したが、第２図のこの発明の他の実施例に
よる薄型高温ヒータの断面図のように接合部を含めて基
板面全面に形成してもよい。

高温での使用中に熱膨張係数の違いにより基板。

薄膜抵抗体膜、保護膜の間で歪みが生じる可能性がある
が、１１ｆｌ述したようにガラス質は間隙を埋めるとい
ったような柔軟な挙動をしめし歪みを緩和するように作
用するので、全面を被覆しても、歪みに関する問題はな
い。

さらに、リード線も同様なガラス質で被覆処理されたも
のを使用すると一層効果が上がる。また。

第３図のこの発明のさらに他の実施例による薄型高温ヒ
ータの断面図に示すようにセラミックス基板の両面をま
た大面積に渡って処理することも可能である。

なお、実施例は”うわぐすり”を塗布する手法について
説明したが、ガラス質のターゲットを用意してスパッタ
法で成膜する等ＰＶＤ、ＣＶＤの手法でガラス質の保護
コーティング層を形成することができることは言うまで
もない。

ガラス質の組成に対しては１表２に示したような複合組
成でなくてもＳ　ｉ　０２　ｓ　　Ａｌ２Ｏ３等のよう
な単一組成であっても良い。例えば基板がＡｌ２Ｏ３で
あればＡｌ２Ｏ３の保護層をコーティングすると不純物
や拡散の影響を考慮しなくてもよくなる等のメリットも
ある。

また、実施例ではＷ膜をスパッタ法により形成する方法
について説明したが、電子ビーム蒸着、レーザＰＶＤ法
、イオンブレーティング等のいわゆ６ＰＶＤ法やＷ　Ｆ
　６　、　Ｗ　（Ｃｏ）ａ　、　Ｗ　Ｃ１ａガス等ヲ用
イたＣＶＤ法等の方法で形成することができることは言
うまでもない。またＷ以外の例えばＭＯ等の膜を形成す
る場合も同様である。

また、上記実施例では、−度の焼成によりガラス質保護
層を抵抗体膜に融着させ、同時に薄膜抵抗体膜を焼成し
たが、まず薄膜抵抗体膜を焼成して後、ガラス質保護層
を融着させる時に、再び薄膜抵抗体膜を焼成してもよく
、使用前に薄膜抵抗体膜を少なくとも一回焼成すれば良
い。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明はよれば絶縁基板に
所定ヒータパターンの薄膜抵抗体膜を設ける工程、薄膜
抵抗体膜の表面をガラス質保護層で覆って焼成し、ガラ
ス質保護層を抵抗体膜に融着させる工程、および薄膜抵
抗体膜を焼成する工程を施すことにより、使用時の抵抗
変化の少ない、信頼性の高い薄型高温ヒータの製造方法
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による４型高温ヒータの新
面図、第２図はこの発明の他の実施例による薄型高温ヒ
ータの断面図、第３図はこの発明のさらに他の実施例に
よる薄型高温ヒータの断面図。 第４図は従来の薄型高温ヒータを利用した電子管カソー
ド装置を示す新面図、第５図は従来の薄膜形成法による
薄型高温ヒータの製造方法を示す工程図、第６図は従来
の平板薄型ヒータの抵抗値の経時変化を示す特性図であ
る。 図において（１）は絶縁基鈑、（２）はヒータ用の薄膜
抵抗体膜、（３）はガラス質保護層、（４）はリード線
である。 なお、図中同一符号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絶縁基板に所定ヒータパターンの薄膜抵抗体膜を設け
   る工程、薄膜抵抗体膜の表面をガラス質保護層で覆つて
   焼成し、ガラス質保護層を抵抗体膜に融着させる工程、
   および薄膜抵抗体膜を焼成する工程を施す薄型高温ヒー
   タの製造方法。