KR101713876B1 - 히터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 히터는 세라믹 구조체와, 세라믹 구조체에 매설된 발열 저항체와, 발열 저항체에 접속된 도체 선로와, 일단이 도체 선로에 접속되고 타단이 세라믹 구조체의 표면에 도출된 스루홀 도체와, 스루홀 도체를 덮도록 세라믹 구조체의 표면에 설치되고 스루홀 도체에 접속된 전극 패드를 구비하고 있다. 스루홀 도체는 세라믹 구조체의 표면보다 바깥쪽으로 돌출된 돌출부를 갖고 있다.
Description
본 발명은 헤어 아이론, 수(水) 가열용 히터, 산소 센서, 공연비 센서, 예열 플러그 또는 반도체 제조장치 등에 사용되는 히터에 관한 것이다.
상기 헤어 아이론 등에 사용되는 히터로서는, 예를 들면 일본 특허공개 평 11-273837호 공보(이하, 특허문헌 1이라고 함)에 개시된 세라믹 히터를 들 수 있다. 특허문헌 1에 개시된 세라믹 히터는 세라믹 기재와, 세라믹 기재의 내부에 설치된 히터부와, 세라믹 기재의 내부에 설치되어서 히터부에 접속된 리드부와, 세라믹 기재에 설치되고, 일단이 리드부에 접속되며 타단이 세라믹 기재의 표면에 도 출된 도전층을 구비하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 세라믹 히터(이하, 단지 히터라고도 함)에 있어서는 히터부(발열 저항체)에서 생긴 열이 리드부(도체 선로)를 전파하여 도체층(스루홀 도체)에 전달될 경우가 있었다. 그리고, 이 스루홀 도체에 열이 가득 참으로써 스루홀 도체와 세라믹 기재(세라믹 구조체) 사이에 열응력이 생길 경우가 있었다. 그 결과, 히터의 장기 신뢰성을 향상시키는 것이 곤란했다.
본 발명의 일형태의 히터는, 세라믹 구조체와, 그 세라믹 구조체에 매설된 발열 저항체와, 상기 세라믹 구조체에 매설되어서 상기 발열 저항체에 접속된 도체 선로와, 상기 세라믹 구조체에 설치되고, 일단이 상기 도체 선로에 접속되며 타단이 상기 세라믹 구조체의 표면에 도출된 스루홀 도체와, 그 스루홀 도체를 덮도록 상기 세라믹 구조체의 표면에 설치되고 상기 스루홀 도체에 접속된 전극 패드를 구비한 히터로서, 상기 스루홀 도체는 상기 세라믹 구조체의 표면보다 바깥쪽으로 돌출된 돌출부를 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 히터를 나타내는 일부 파단 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태의 히터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태의 히터에 있어서의 스루홀 도체 부근의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태의 히터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태의 히터에 있어서의 스루홀 도체 부근의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 변형예의 히터를 나타내는 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태의 히터에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 히터(10)를 나타내는 일부 파단 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일실시형태의 히터(10)를 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일실시형태의 히터(10)는 세라믹 구조체(1)와 발열 저항체(2)와 도체 선로(3)와 스루홀 도체(4)와 전극 패드(5)를 구비하고 있다. 히터(10)는, 예를 들면 헤어 아이론, 수 가열용 히터, 산소 센서, 공연비 센서, 예열 플러그 또는 반도체 제조장치 등에 사용된다.
<세라믹 구조체(1)의 구성>
세라믹 구조체(1)는 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)를 내부에 유지하기 위한 부재이다. 세라믹 구조체(1)의 내부에 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)가 설치됨으로써 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)의 내환경성을 향상시킬 수 있다. 세라믹 구조체(1)는 막대 형상의 부재이다. 세라믹 구조체(1)는 원기둥 형상의 부재이다. 세라믹 구조체(1)는 복수의 세라믹층으로 이루어진다. 구체적으로는, 중앙에 막대 형상의 세라믹체가 설치되어 있고, 이 세라믹체의 외주면을 둘러싸도록 복수의 세라믹층이 적층되어 있다. 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)는 이들 복수의 세라믹층의 사이에 설치되어 있다. 세라믹 구조체(1)는 알루미나, 질화규소, 질화알루미늄 또는 탄화규소 등의 세라믹 재료로 이루어진다. 세라믹 구조체(1)는, 예를 들면 외경이 1∼30㎜이며, 길이 방향의 길이가 5∼200㎜이다.
<발열 저항체(2)의 구성>
발열 저항체(2)는 열을 발산하기 위한 부재이다. 발열 저항체(2)는 복수의 세라믹층의 사이에 설치되어서 세라믹 구조체(1)에 매설되어 있다. 발열 저항체(2)는 세라믹 구조체(1)의 외주면을 따라 설치되어 있다. 발열 저항체(2)는 복수의 리턴부를 가짐으로써 광범위하게 형성되어 있다. 발열 저항체(2)는 금속 재료로 이루어진다. 발열 저항체(2)는 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 또는 레늄 등을 사용할 수 있다. 발열 저항체(2)의 폭은, 예를 들면 0.1∼5㎜이며, 두께는 0.01∼1㎜이다. 발열 저항체(2)에서 발생된 열은 세라믹 구조체(1)의 내부를 전도하여 세라믹 구조체(1)의 표면으로부터 외부로 발산된다.
<도체 선로(3)의 구성>
도체 선로(3)는 스루홀 도체(4) 및 전극 패드(5) 등과 함께, 발열 저항체(2)와 세라믹 구조체(1)의 외부의 전원(도시하지 않음)을 전기적으로 접속하기 위한 부재이다. 도체 선로(3)는 세라믹 구조체(1)에 매설되어 있다. 도체 선로(3)는 발열 저항체(2)가 설치된 세라믹층의 사이와 같은 세라믹층의 사이에 설치되어 있다. 도체 선로(3)는 일단이 발열 저항체(2)의 단부에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 도체 선로(3)의 타단은 외부의 전원에 접속하기 위해서 스루홀 도체(4)에 접속되어 있다. 도체 선로(3)는 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 또는 레늄 등을 사용할 수 있다. 도체 선로(3)의 폭은, 예를 들면 0.1∼2㎜이며, 두께는 예를 들면 1∼100㎛이다.
<스루홀 도체(4)의 구성>
스루홀 도체(4)는 도체 선로(3)와 전극 패드(5)를 전기적으로 접속하기 위한 부재이다. 스루홀 도체(4)는 세라믹 구조체(1)에 설치되어 있다. 스루홀 도체(4)는 일단이 도체 선로(3)에 접속되어 있고, 타단이 세라믹 구조체(1)의 표면에 도출되어 있다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이 스루홀 도체(4)의 타단은 전극 패드(5)에 덮여 있음으로써 전극 패드(5)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 3은 스루홀 도체(4) 부근의 부분 확대도이다. 스루홀 도체(4)는 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 또는 레늄 등을 사용할 수 있다.
스루홀 도체(4)는 타단에 돌출부(41)를 갖고 있다. 돌출부(41)는 세라믹 구조체(1)의 표면보다 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 구체적으로는, 세라믹 구조체(1)의 표면으로부터 돔 형상으로 돌출되어 있다. 이것에 의해, 스루홀 도체(4)와 전극 패드(5)가 접촉하는 면적을 늘릴 수 있다. 그 결과, 스루홀 도체(4)로부터 외부로 열을 방열하기 쉽게 할 수 있다. 그 때문에, 발열 저항체(2)에서 생긴 열이 도체 선로(3)를 통해서 스루홀 도체(4)에 전해졌다고 해도 스루홀 도체(4)에 열이 가득 차는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 스루홀 도체(4)가 과도하게 고온으로 되는 것을 억제할 수 있으므로, 스루홀 도체(4)와 세라믹 구조체(1) 사이에 생기는 열응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 스루홀 도체(4) 또는 세라믹 구조체(1)에 크랙이 발생할 우려를 저감할 수 있으므로 히터(10)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
스루홀 도체(4)는 원기둥 형상이다. 스루홀 도체(4)가 원기둥 형상임으로써 스루홀 도체(4)의 일부에 열응력이 집중하는 것을 억제할 수 있다. 스루홀 도체(4)가 원기둥 형상인 경우의 치수는, 예를 들면 외경을 0.1∼1㎜로 설정할 수 있다. 또한, 외경이 0.1㎜일 때의 돌출부(41)를 포함하는 전체 길이는, 예를 들면 0.1∼1㎜ 정도로 설정할 수 있다. 또한, 이 경우의 스루홀 도체(4) 중 돌출되어 있는 부분(돌출부(41))의 길이는, 예를 들면 0.003㎜∼0.1㎜ 정도로 설정할 수 있다. 돌출부(41)의 길이가 0.003㎜보다 김으로써 스루홀 도체(4)와 전극 패드(5)의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에 스루홀 도체(4)로부터 외부로 열을 방열하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 돌출부(41)의 길이를 0.1㎜보다 짧게 해 둠으로써 외력이 돌출부에 가해졌을 때에 돌출부가 파괴되어 버릴 우려를 저감할 수 있다.
돌출부(41)의 표면은 돌출부(41)의 중앙부가 바깥쪽으로 돌출된 곡면 형상이다. 돌출부(41)의 표면이 곡면 형상임으로써 돌출부(41)에 있어서의 노이즈의 발생을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 돌출부(41)의 표면이 날카롭게 튀어나온 부분을 갖고 있을 경우에는, 스루홀 도체(4)와 전극 패드(5) 사이에 흐르는 전류의 에너지가 돌출부(41) 중 튀어나온 부분의 선단에 집중하여 스파크 등이 발생할 경우가 있다. 그 결과, 돌출부(41)에 있어서 노이즈가 발생할 경우가 있다. 돌출부(41)의 표면을 곡면 형상으로 해 둠으로써 노이즈의 발생을 저감할 수 있다. 노이즈의 발생을 저감함으로써 히터(10)의 주위에 설치되는 전자부품에 대한 노이즈에 의한 악영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 스루홀 도체(4)는 일단에 있어서의 도체 선로(3)와의 접속면이 하측(도체 선로(3)측)으로 돌출된 곡면 형상이다. 도체 선로(3)와의 접속면이 곡면 형상임으로써 접속면에 있어서의 노이즈의 발생을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 접속면의 표면이 날카롭게 튀어나온 부분을 갖고 있을 경우에는, 스루홀 도체(4)와 도체 선로(3) 사이에 흐르는 전류의 에너지가 접속면 중 튀어나온 부분의 선단에 집중하여 스파크 등이 발생할 경우가 있다. 그 결과, 노이즈가 발생할 경우가 있다. 접속면을 곡면 형상으로 해 둠으로써 노이즈의 발생을 저감할 수 있다. 노이즈의 발생을 저감함으로써 히터(10)의 주위에 설치되는 전자부품에 대한 노이즈에 의한 악영향을 감소시킬 수 있다.
<전극 패드(5)의 구성>
전극 패드(5)는 스루홀 도체(4)와 외부의 전원을 전기적으로 접속하기 위한 부재이다. 전극 패드(5)는 세라믹 구조체(1)의 표면에 설치되어 있다. 전극 패드(5)는 스루홀 도체(4)의 돌출부(41)를 밀착해서 덮고 있다. 이에 따라 전극 패드(5)가 스루홀 도체(4)에 전기적으로 접속되어 있다. 전극 패드(5)에는 막대 형상의 리드 단자(7)가, 발열 저항체(2)가 설치되어 있는 측과는 반대측으로 인출되도록 접합되어 있다. 리드 단자(7)는, 예를 들면 니켈 등의 전기 전도가 우수한 금속 재료로 이루어진다. 전극 패드(5)와 리드 단자(7)의 접합에는, 예를 들면 납땜재(8)가 사용된다. 납땜재(8)로서는, 예를 들면 은납 등이 사용된다. 납땜재(8)는 전극 패드(5) 중 리드 단자(7)가 설치되어 있는 영역으로부터 스루홀 도체(4)를 덮는 영역에까지 설치되어 있다. 본 실시형태의 히터(10)에 있어서는 스루홀 도체(4)와 세라믹 구조체(1) 사이에 생기는 열응력이 저감되어 있음으로써 스루홀 도체(4)가 변형될 우려가 저감되어 있다. 그 때문에, 전극 패드(5)와 스루홀 도체(4) 사이에 박리가 생길 우려가 저감되어 있다. 이 때문에, 전극 패드(5)와 스루홀 도체(4) 사이에 박리가 생겨서 전극 패드(5)가 변형됨으로써, 전극 패드(5)와 납땜재(8) 사이에 응력이 생길 우려가 저감되어 있다. 그 결과, 납땜재(8)에 크랙이 들어갈 우려가 저감되어 있다. 그 때문에, 리드 단자(7)에 박리가 생길 우려도 저감되어 있다. 이것들의 결과, 히터(10)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전극 패드(5)의 상면에는 도금층(6)이 형성되어 있다. 도금층(6)으로서는, 예를 들면 니켈 도금층을 사용할 수 있다. 니켈 도금층이 형성되어 있음으로써 전극 패드(5)와 리드 단자(7)의 접합성을 향상시킬 수 있다.
또한, 스루홀 도체(4)의 돌출부(41)는 전극 패드(5)에 들어가 있다. 구체적으로는, 전극 패드(5)의 일부가 함몰되어 있음과 아울러 이 함몰부에 스루홀 도체(4)의 돌출부(41)가 위치하고 있다. 전극 패드(5)에 돌출부(41)가 들어감으로써 전극 패드(5)가 세라믹 구조체(1)의 표면을 따르는 방향으로 어긋나기 어려워진다. 그 결과, 전극 패드(5)에 박리가 발생할 우려를 더욱 저감할 수 있다.
전극 패드(5)는 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹 구조체(1)와 동시에 소성하는 것이 가능한 금속 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 또는 레늄 등을 사용할 수 있다. 전극 패드(5)의 치수는, 예를 들면 폭을 0.5∼15㎜로 설정할 수 있다. 폭이 0.5㎜ 정도일 경우에는, 길이를 예를 들면 0.5㎜로 설정할 수 있다. 또한, 폭이 15㎜ 정도인 경우에는 폭을 20㎜ 정도로 설정할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지 변경, 개량 등이 가능하다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 변형예의 히터(10)와 같이, 스루홀 도체(4)의 돌출부(41)의 외주가 돌출됨에 따라서 확장되어 있어도 좋다. 돌출부(41) 중 확장되어 있는 부분의 하측에 전극 패드(5)가 들어감으로써 돌출부(41) 중 확장되어 있는 부분이 상하 방향으로부터 전극 패드(5)에 끼워져 있게 된다. 그 결과, 전극 패드(5)를 스루홀 도체(4)에 보다 강고하게 고정할 수 있다.
또한, 도 5에 나타내는 변형예의 히터(10)와 같이, 돌출부(41)는 전극 패드(5)와 접하는 부분에 바깥쪽을 향해서 돌출된 복수의 볼록부를 갖고 있어도 좋다. 돌출부(41)가 복수의 볼록부를 갖고 있음으로써 전류가 집중되는 개소를 복수로 나눌 수 있다. 그 결과, 국소적으로 전류가 집중하는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 스루홀 도체(4)에 있어서 국소적인 발열이 생기는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 히터(10)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 볼록부가 스루홀 도체(4)의 외주를 따라 복수 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전류가 집중되는 개소를 광범위하게 분산시킬 수 있다. 그 결과, 볼록부에 생기는 발열을 광범위하게 분산시킬 수 있다. 볼록부의 치수는, 예를 들면 높이가 0.001∼0.07㎜이다. 또한, 높이가 0.07㎜인 경우의 볼록부의 폭은, 예를 들면 0.5㎜ 정도로 설정할 수 있다.
또한, 돌출부(41)의 표면 중 외주측 및 중심 부분이 함몰되어 있는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 돌출부(41)의 표면 중 외주측과 중심 부분 사이에 위치하는 영역이 프레임 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 프레임의 내부에 전극 패드(5)를 들어가게 함으로써 돌출부(41)와 전극 패드(5)가 접하는 영역을 광범위하게 할 수 있다. 이것에 의해, 돌출부(41)와 전극 패드(5) 사이의 일부에 전류가 집중되는 것을 저감할 수 있다.
또한, 도 6에 나타내는 변형예의 히터(10)와 같이, 스루홀 도체(4)가 돌출부(41)를 가짐과 아울러 스루홀 도체(4)의 표면의 일부가 세라믹 구조체(1)의 표면보다 안쪽으로 함몰되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 스루홀 도체(4)와 전극 패드(5)가 접촉하는 면적을 보다 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 스루홀 도체(4)로부터 외부로 열을 더욱 방열시키기 쉽게 할 수 있다.
<히터(10)의 제조방법>
다음에 본 실시형태의 히터(10)의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 세라믹 구조체(1)를 제작하기 위해서 알루미나질 세라믹스, 질화규소질 세라믹스, 질화알루미늄질 세라믹스 또는 탄화규소질 세라믹스 등의 세라믹 성분에, 이산화규소, 산화칼슘, 산화마그네슘 및 지르코니아 등의 소결 조제를 함유시켜서 조제하고, 세라믹 슬러리를 얻는다. 이 세라믹 슬러리를 시트 형상으로 성형하여 세라믹 그린시트를 제작한다. 또는, 상기 성분을 혼합해서 프레스 성형이나 압출 성형 등에 의해 판 형상 또는 막대 형상의 성형체를 제작한다.
이 때, 외부로부터의 전력을 리드 단자(7), 납땜재(8) 및 니켈 도금을 통해서 발열 저항체(2)에 전해주기 위해서 스루홀 도체(4)를 설치한다. 스루홀 도체(4)는 세라믹 그린시트에 구멍을 뚫어서 내부에 도전성 페이스트를 압입해서 제작한다. 이 때, 도전성 페이스트의 단부가 그린시트의 표면보다 바깥쪽에 위치하도록 도전성 페이스트를 설치하는 것이 중요하다. 이 부분이 소성 후에 스루홀 도체(4)의 돌출부(41)가 된다.
이 세라믹 구조체(1)로 되는 세라믹 그린시트 또는 성형체의 한쪽 주면에, 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)로 이루어지는 도전성 페이스트를 각각 스크린 인쇄 등의 방법을 이용하여 형성한다. 또한, 이면에 전극 패드(5)로 이루어지는 도전성 페이스트의 인쇄 잉크를 스크린 인쇄 등의 방법을 이용하여 형성한다.
발열 저항체(2), 도체 선로(3) 및 전극 패드(5)의 재료로서는 세라믹 구조체(1)와의 동시 소성에 의해 제작이 가능한 예를 들면 텅스텐, 몰리브덴 또는 레늄 등의 고융점 금속을 주성분으로 하는 것을 사용한다.
또한, 스루홀 도체(4)로 되는 도전성 페이스트는 이들 고융점 금속에 적당하게 세라믹 원료, 바인더 및 유기용제 등을 조합해서 혼련함으로써 제작할 수 있다.
이 때, 히터(10)의 용도에 따라서 발열 저항체(2)로 되는 도전성 페이스트의 패턴의 길이, 리턴 패턴의 거리와 간격 및 패턴의 선폭을 변경함으로써 도체 선로(3)의 발열 위치나 저항값을 원하는 값으로 설정한다.
그리고, 이 패턴이 형성된 세라믹 그린시트 또는 성형체에, 또한 동일 재질의 세라믹 그린시트 또는 성형체를 적층액을 이용하여 적층해서 밀착시킴으로써 내부에 발열 저항체(2) 및 도체 선로(3)를 갖는 세라믹 구조체(1)로 되는 막대 형상 또는 판 형상의 성형체가 얻어진다.
이어서, 얻어진 성형체를 1500℃∼1600℃ 정도에서 소성한다. 또한, 세라믹 구조체(1)의 주면의 전극 패드(5) 상에 전해 도금으로 니켈 도금층(6)을 형성한다. 그리고, 납땜재(8)로서 은납을 이용하여 전극 패드(5)와 Ni로 이루어지는 리드 단자(7)를 접합한다. 이상에 의해 히터(10)를 제작할 수 있다.
(실시예)
본 발명의 실시예의 히터(10)를 이하와 같이 해서 제작했다.
우선, 알루미나를 주성분으로 하고, 이산화규소, 산화칼슘, 산화마그네슘 및 지르코니아가 합계로 10질량% 이내로 되도록 조제한 세라믹 그린시트를 제작했다.
이어서, 몰리브덴 분말, 텅스텐 분말 및 바인더를 혼합하여 도전성 페이스트를 제작했다. 세라믹 그린시트에 구멍을 뚫어서 내부에 도전성 페이스트를 충전함으로써 스루홀 도체(4)로 되는 부분을 제작했다. 이 때, 도전성 페이스트의 단부가 그린시트의 표면보다 0.05㎜ 정도 바깥쪽에 위치하도록 도전성 페이스트를 설치했다. 이렇게 도전성 페이스트의 단부를 그린시트의 표면보다 바깥쪽에 위치시키기 위한 방법으로서는, 예를 들면 지그를 이용하여 압력을 가하면서 도전성 페이스트를 구멍에 충전하는 방법을 들 수 있다.
그리고, 이 세라믹 그린시트의 표면에 발열 저항체(2), 도체 선로(3) 및 전극 패드(5)로 되는 몰리브덴 및 텅스텐을 주성분으로 하는 도전성 페이스트를, 스크린 인쇄법에 의해 각각의 패턴으로 인쇄했다. 이것들이 인쇄된 세라믹 그린시트와, 이 세라믹 그린시트와 동일 재료로 압출 성형에 의해 제작한 막대 형상의 성형체에, 동일한 조성의 세라믹스를 분산시킨 적층액을 도포해서 적층하여 막대 형상의 적층체를 얻었다. 이렇게 해서 얻어진 막대 형상의 적층체를 1500∼1600℃의 환원 분위기(질소 분위기) 중에서 소성했다.
이어서, 세라믹 구조체(1)의 주면의 전극 패드(5) 상에 전해 도금으로 두께가 2∼4㎛인 니켈 도금층을 형성했다. 그 후에 전극 패드(5)에 리드 단자(7)를 접합했다. 접합에는 은납을 사용했다. 이와 같이 하여, 시료 1의 히터(10)를 제작했다.
비교예로서, 세라믹 구조체에 구멍을 뚫어서 내부에 도전성 페이스트를 충전할 때에 도전성 페이스트를 구멍의 내부에만 위치시킨 시료 2를 제작했다. 그 밖의 조건은 시료 1의 경우와 같다.
그리고, 시료 1의 히터(10) 및 시료 2의 히터에 대하여 직류 전압을 표면 온도가 1200℃로 될 때까지 인가하여 표면 온도가 1200℃ 도달 후에 표면 온도가 실온이 될 때까지 정지하는 것을 1사이클로 하는 사이클 통전을 행했다. 그 후에 시료 1의 히터(10) 및 시료 2의 히터의 외관을 확인했다. 그 결과, 시료 1의 히터(10)에 있어서는 1000사이클의 사이클 통전을 행한 후이여도 세라믹 구조체(1)에 있어서의 크랙의 발생을 확인할 수 없었다. 이에 대하여, 시료 2의 히터에 있어서는 약 1000사이클의 사이클 통전을 행한 후에 세라믹 구조체에 크랙이 발생되어 있었다. 크랙의 기점은 스루홀 도체에 접하는 영역이었다.
또한, 시료 1 및 시료 2에 대해서 히터의 표면온도가 1200℃에 도달했을 때의 스루홀 도체(4) 근방의 온도를 측정했다. 구체적으로는, 전극 패드(5) 중 스루홀 도체(4)의 바로 위에 위치하는 영역에 직경 0.1㎜의 열전대를 부착해서 온도를 측정했다. 그 결과, 시료 1의 히터(10)에 있어서는 측정 결과가 238℃이었던 것에 대해서, 시료 2의 히터에 있어서는 측정 결과가 270℃이었다. 즉, 돌출부(41)를 갖고 있지 않은 시료 2의 히터에 있어서는 스루홀 도체(4)에 열이 가득 차 버린 것에 대해서, 돌출부(41)를 갖는 시료 1의 히터(10)에 있어서는 스루홀 도체(4)로부터 외부로 방열시키기 쉽게 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, 시료 1의 히터(10)에 있어서는 크랙이 발생할 우려가 저감되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
1 : 세라믹 구조체 2 : 발열 저항체
3 : 도체 선로 4 : 스루홀 도체
41 : 돌출부 5 : 전극 패드
6 : 도금층 7 : 리드 단자
8 : 납땜재 10 : 히터
3 : 도체 선로 4 : 스루홀 도체
41 : 돌출부 5 : 전극 패드
6 : 도금층 7 : 리드 단자
8 : 납땜재 10 : 히터
Claims (7)
- 세라믹 구조체와, 그 세라믹 구조체에 매설된 발열 저항체와, 상기 세라믹 구조체에 매설되어서 상기 발열 저항체에 접속된 도체 선로와, 상기 세라믹 구조체에 설치되고, 일단이 상기 도체 선로에 접속되며 타단이 상기 세라믹 구조체의 표면에 도출된 스루홀 도체와, 그 스루홀 도체를 덮도록 상기 세라믹 구조체의 표면에 설치되고 상기 스루홀 도체에 접속된 전극 패드를 구비한 히터로서,
상기 스루홀 도체는 상기 세라믹 구조체의 표면보다 바깥쪽으로 돌출된 돌출부를 갖고,
상기 전극 패드는 함몰되어 있는 부분을 가지고, 상기 돌출부는 상기 전극 패드의 상기 함몰되어 있는 부분에 들어가 있는 히터. - 제 1 항에 있어서,
상기 돌출부의 표면이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 히터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스루홀 도체의 상기 일단은 상기 도체 선로에 들어가 있는 것을 특징으로 하는 히터. - 제 3 항에 있어서,
상기 스루홀 도체의 상기 일단의 상기 도체 선로와의 접속면이 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 히터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 돌출부는 복수의 볼록부를 갖고 있는 히터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스루홀 도체는 원기둥 형상인 히터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스루홀 도체의 상기 돌출부의 외주가 돌출됨에 따라서 확장되어 있는 히터.
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