JPH0785950A - セラミックヒータのリード端子接続装置 - Google Patents

セラミックヒータのリード端子接続装置

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JPH0785950A
JPH0785950A JP22859793A JP22859793A JPH0785950A JP H0785950 A JPH0785950 A JP H0785950A JP 22859793 A JP22859793 A JP 22859793A JP 22859793 A JP22859793 A JP 22859793A JP H0785950 A JPH0785950 A JP H0785950A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 接合部分が板状に成形されたリード端子4の
一方の面を金属電極2に接合すると同時に、対向するも
う一方の面をセラミックヒータ1材料と熱膨張率が近似
した金属部材6に接合することによりリード端子4が金
属電極2に接続されてなるものである。 【効果】 セラミック基体にクラックが生じることがな
く、通電の繰り返しにおいてもリード端子が強固に接合
されていると同時に、製造面においても低コストが実現
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属電極を持つセラミッ
クヒータに関し、特にセラミックヒータのリード端子接
続装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、セラミックヒータに金属電極を形
成し、その電極にリード端子を接続するためには、図5
に示すように、セラミック基体表面に電極となる金属電
極2を形成し、この電極に各種のろう材3を用いてリー
ド端子4をろう付けする構造が一般的である。
【0003】ここで、リード端子はセラミックヒータに
給電させる為導電率の高い金属材料が使用されることに
なるが、一般に金属材料はセラミックスに比べて熱膨張
率が大きい。そしてセラミックヒータとして使用される
セラミック材料は、通電のくり返しによる熱応力に耐え
うるよう熱膨張率の小さいものが選ばれる為に、リード
端子とセラミックヒータとの熱膨張率の差は非常に大き
くなる。
【0004】セラミックスと金属の接合においてはこの
ような熱膨張率の違いにより発生する熱応力の為接合部
で破壊が生じやすい。この熱応力を緩和する構造として
特開平3−50167号公報に記載されているように、
金属部品の接合部の反対側表面に熱応力緩衝セラミック
部品を接合することにより、熱応力を緩和する構造が考
えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の接合構造において、金属材料であるリード端子とセ
ラミック基体とは熱膨張率が大きく異なるため、接合後
セラミック基体に応力が発生する。即ち、接合時加熱さ
れると熱膨張率の大きいリード端子はセラミック基体よ
りも大きく膨張し、その状態で接合される。
【0006】その後冷却されると、リード端子のフリー
な面側は大きく収縮するにも拘らず、反対側の面はセラ
ミック基体に接合されている為収縮できないので、図5
に示す矢印の如くフリーな面側に反ろうとする応力が発
生する。この応力はセラミック基体に対しては引っ張り
応力となって残留されることになる。
【0007】その為冷却後すぐあるいはセラミックヒー
タの通電の繰り返しにより、セラミック基体にクラック
5が発生したり、金属電極がセラミック基体から剥離し
たり、低荷重で破断しリード端子がとれてしまうという
欠点があった。
【0008】また、金属部品の接合部の反対側表面に熱
応力緩衝セラミック部品を接合する構造では、熱応力緩
衝セラミック部材を製造する為の配合から成形、焼成、
仕上げに至るセラミックス製造工程が別途必要となる。
あるいは加工性の乏しいセラミック材料を量産に適した
形状に加工する必要があり、製造コストが高くなる。本
発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、セラミッ
クヒータにおけるリード端子ろう付け時の残留引っ張り
応力を低減し、セラミック基体のクラック発生及び金属
電極の剥離を防止し、通電の繰り返しにおいてもリード
端子が強固に接合され耐久性が優れているとともに、製
造コストを低減できるセラミックヒータのリード端子接
続装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックヒー
タのリード端子接続装置は、金属電極を有するセラミッ
クヒータにおいて、リード端子の接合部分を板状とし、
一方の面を前記金属電極に接合すると同時に、対向する
もう一方の面をセラミック基体に熱膨張率が近似した金
属部材に接合することにより、リード端子がセラミック
ヒータの金属電極に接続されてなるものである。
【0010】
【作用】本発明に従えば、以下の通りに作用する。接合
時冷却されるとリード端子は大きく収縮しようとする。
ところがリード端子の両面が接合されるので、従来のよ
うな片面だけの収縮による応力は発生せず、リード端子
の収縮は内部での塑性変形あるいは弾性変形により行わ
れ、結果セラミック基体に働く引っ張り応力は緩和され
る。
【0011】また、セラミック基体がSiC系あるいは
SiC−SiN4系複合セラミック材料である場合、熱
膨張率の近似した金属部材としてはFe−Ni−Co系
合金、Fe−Ni系合金、タングステンあるいはモリブ
デン等が適している。これら金属材料はセラミックスと
違って打ち抜き・曲げ・絞り等自由に加工することがで
きる。
【0012】そして、リード端子の材質をアルミニウ
ム、銅、あるいはそれぞれの合金のような軟質金属にす
れば、上記塑性変形が容易に行なわれ応力緩和効果が促
進される。接合の方法としては、リード端子の材質がア
ルミニウム或はその合金である場合、Al−Si系もし
くはAl−SiーMg系ろう材を使用し真空加熱炉中で
ろう付けするが、加熱しながら超音波振動を与えること
により行なうことができる。また、Pb−Sn−Zn系
ろう材を使用すれば前記超音波振動を利用して、より低
温での接合が可能となる。
【0013】
【実施例】以下本発明のセラミックヒータのリード端子
接続装置の実施例を図1乃至図4に基づいて説明する。
なお、これによって本発明は限定されるものではない。
【0014】図1乃至図3において、セラミックヒータ
1は板状に成型された例えばSiCのような導電性セラ
ミックであり、その電極部の表面には金属電極2が付着
形成されている。金属電極2の付着形成構造(方法)と
しては溶射、導体ペーストの焼き付け、蒸着、CVD、
メッキ等種々考えられるが、ここでは溶射により付着形
成している。リード端子4の先端は板状に成形され以下
の構造にて金属電極2に接合されている。
【0015】第1の実施例 図1及び図2に示すように、セラミックヒータ1に付着
形成された金属電極2の上にろう材3、その上にリード
端子4、その上にろう材7、その上にセラミックヒータ
材料と熱膨張率が近似した金属部材6を順次載置する。
そして真空炉中でろう材3及びろう材7が溶融する温度
に加熱することにより、リード端子4の両表面はそれぞ
れ金属電極2と金属部材6とに同時に接合される。
【0016】ここで使用されるろう材としては金属電極
2・リード端子4がアルミニウムである場合、一般にア
ルミニウムの真空ろう付けで使用されているようなAl
−Si系あるいはAl−Si−Mg系のろう材でよい。
また金属電極2・リード端子4が銅の場合、銀ろう、り
ん銅ろう、黄銅ろう等が使用される。
【0017】この実施例では真空ろう付け法に基づくろ
う付け構造で説明したが、次に第2実施例として超音波
振動を利用したろう付けについて説明する。
【0018】第2の実施例 超音波振動を利用したろう付けでは図4に示すような超
音波振動装置を使用する。図4において、超音波振動子
8に電圧を印加すると超音波振動が発生し、ホーン9を
介してコテ10に伝えられ、コテ10の先端が振動する
ような構成になっている。コテ10先端部近傍には加熱
用ヒータ11が設置されコテ10を加熱できるようにな
っている。
【0019】このような超音波振動装置を使用して、以
下のようにろう付けを行なう。図3に示すように、セラ
ミックヒータ1に付着形成された金属電極2の上にろう
材3、その上にリード端子4、その上にろう材7、その
上にセラミックヒータ材料と熱膨張率が近似した金属部
材6’を順次載置する。セラミックヒータ1の下方には
補助加熱装置としての熱板12が図示されていない固定
ジグにより保持されている。そして金属部材6’の上方
より加熱用ヒータ11により加熱されたコテ10を接触
させる。
【0020】この状態で数秒保持すると熱板12とコテ
10により加熱されるため、ろう材3及びろう材7が溶
融しはじめる。そこでコテ10が超音波振動を行なうよ
う電圧を印加するとリード端子4の両表面はそれぞれ金
属電極2と金属部材6’とに同時に接合される。
【0021】ここで使用されるろう材としては金属電極
2及びリード端子4がアルミニウムあるいは銅である場
合、Al−Si系あるいはAl−Si−Mg系のろう材
でよい。またセラミックヒータ1が比較的低温で使用さ
れる場合には、Pb−Sn−Zn系ろう材(商品名:セ
ラソルザ、旭硝子(株)開発品)でもよい。
【0022】尚、金属部材6’が図3のような形状をし
ているのは、超音波振動が加わったときにずれないよう
にする為であるが、本発明の場合金属部材6’が金属で
あるので、このような形状は容易に実現できる。
【0023】また、ここで使用される応力緩衝のための
金属部材としては、セラミックヒータ材料と熱膨張率が
近似している必要があり、セラミック基体がSiC系あ
るいはSiC−Si34系複合セラミック材料である場
合、熱膨張率の近似した金属部材としてはFe−Ni−
Co系合金、Fe−Ni系合金、タングステンあるいは
モリブデン等が適している。
【0024】上記のように構成したセラミックのリード
端子接続装置は、リード端子の片面が金属電極を介して
セラミックスに、もう片面が該セラミックスに熱膨張率
の近似した金属部材に接合されている。金属部材の接合
の無い場合には、セラミック基体よりも熱膨張率の大き
いリード端子が、ろう付け時加熱されると大きく膨張し
その状態で接合が行われ、冷却されると収縮が大きいた
め接合面の反対側に対して反ろうとし、セラミック基体
は引っ張り応力を受ける。
【0025】本発明の接合の場合も同様に膨張・収縮は
起こるが、リード線の両面がろう付けされているため反
ることが出来ず、リード線自身が塑性変形することによ
り収縮が完了する。リード線の材質をアルミニウムや銅
にした場合、塑性変形しやすいので容易にこの現象を利
用できる。従ってセラミック基体に対して引っ張り応力
が働くこと無く、クラックが発生したり小さい力で破断
してしまうということは無い。
【0026】
【発明の効果】上記のようなセラミックヒータのリード
端子接続装置を用いた本発明によるセラミックヒータ
は、接合時のセラミック基体に作用する引っ張り応力が
緩和されるので、セラミック基体にクラックが生じるこ
とがなく、通電の繰り返しにおいてもリード端子が強固
に接合されていると同時に、製造面においても低コスト
化が実現できる。
【0027】また、金属電極とリード端子とが化学的に
結合されるため、長期間使用していてもその接合部の抵
抗劣化が皆無である高品質なセラミックヒータを提供で
きる。そして、セラミック基体がSiC系あるいはSi
C−Si34系複合セラミック材料である場合、熱膨張
率の近似した金属部材としてはFe−Ni−Co系合
金、Fe−Ni系合金、タングステンあるいはモリブデ
ンを使用することにより、応力緩和効果を発揮できる。
しかもこれら金属材料はセラミックスと違って打ち抜き
・曲げ・絞り等自由に加工することができる為、製造に
適した形状を低コストで実現できる。
【0028】その上、リード端子の材質をアルミニウ
ム、銅、あるいはそれぞれの合金のような軟質金属にす
れば、上記塑性変形が容易に行なわれ応力緩和効果が促
進される。又、Al−Si系もしくはAl−Si−Mg
系ろう材を使用し真空加熱炉中でのろう付けにより容易
に接合が可能となる。更に、超音波振動装置を利用した
ろう付けを行なえば、真空加熱炉のような高価な設備で
なくても接合が可能となり、低コスト化をさらに促進す
る。しかもPb−Sn−Zn系ろう材を使用すれば前記
超音波振動を利用して、より低温での接合が可能となる
為、低消費電力、タクトタイムの短縮につながり、さら
なる低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックヒータのリード端子接続装
置の第1の実施例を示す要部拡大断面図である
【図2】本発明のセラミックヒータのリード端子接続装
置の第1の実施例を示す外観斜視図である。
【図3】本発明のセラミックヒータのリード端子接続装
置の第2の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図4】本発明のセラミックヒータのリード端子接続装
置の第2の実施例で使用する超音波振動装置の概略説明
図である。
【図5】従来のセラミックヒータのリード端子接続装置
の要部拡大断面図である
【符号の説明】
1 セラミックヒータ 2 金属電極 3 ろう材 4 リード端子 5 クラック 6 金属部材 7 ろう材 8 超音波振動子 9 ホーン 10 コテ 11 加熱用ヒータ 12 補助加熱用熱板
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01G 4/228 H05B 3/03 7715−3K 3/14 B 7715−3K

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属電極を有するセラミックヒータにお
    いて、接合部分が板状に成形されたリード端子の一方の
    面を前記金属電極に接合すると同時に、対向するもう一
    方の面を前記セラミックヒータ材料と熱膨張率が近似し
    た金属部材に接合することによりリード端子が金属電極
    に接続されていることを特徴とするセラミックヒータの
    リード端子接続装置。
  2. 【請求項2】 上記セラミックヒータの材料が、SiC
    系あるいはSiC−Si34系複合セラミック材料であ
    ることを特徴とする請求項1記載のセラミックヒータの
    リード端子接続装置。
  3. 【請求項3】 上記金属部材がFe−Ni−Co系合金
    あるいはFe−Ni系合金若しくはタングステンまたは
    モリブデンであることを特徴とする請求項1若しくは請
    求項2記載のセラミックヒータのリード端子接続装置。
  4. 【請求項4】 上記リード端子の材質がアルミニウム、
    銅あるいはそれぞれの合金であることを特徴とする請求
    項1あるいは請求項2若しくは請求項3記載のセラミッ
    クヒータのリード端子接続装置。
  5. 【請求項5】 上記接合がAl−Si系若しくはAl−
    Si−Mg系ろう材を使用し、真空加熱炉中でのろう付
    けにより行なわれることを特徴とする請求項1あるいは
    請求項2若しくは請求項3または請求項4記載のセラミ
    ックヒータのリード端子接続装置。
  6. 【請求項6】 上記接合がAl−Si系若しくはAl−
    Si−Mg系ろう材またはPb−Sn−Zn系ろう材を
    使用し、加熱しながら超音波振動を与えることにより行
    なわれることを特徴とする請求項1あるいは請求項2若
    しくは請求項3または請求項4記載のセラミックヒータ
    のリード端子接続装置。
  7. 【請求項7】 上記金属電極が溶射によりセラミックヒ
    ータに付着形成したことを特徴とする請求項1乃至請求
    項6の何れか記載のセラミックヒータのリード端子接続
    装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068428A (ja) * 2001-08-28 2003-03-07 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックヒータ及びそれを用いたグロープラグ
JP2008044009A (ja) * 2006-07-19 2008-02-28 Honda Motor Co Ltd 熱膨張係数が異なる部材の接合方法
JP2011253692A (ja) * 2010-06-02 2011-12-15 Sukegawa Electric Co Ltd シースヒータのリード線接続端子
CN108817598A (zh) * 2018-08-01 2018-11-16 无锡康伟工程陶瓷有限公司 一种磁控管阴极天线钎焊组件

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