(57)【要約】【課題】半導体チップを基板上に実装する際に用いるダイボンディングヒータなど、熱電対を有するセラミックヒータにおいて、熱電対を簡単に取り付けられ、しかも熱電対のそれぞれの素線間の絶縁が十分に保て、さらに熱電対が測定位置からずれにくい熱電対の取り付け構造を提供する。【解決手段】発熱体を埋設したセラミックヒータと、熱電対が固定されたセラミックス製の絶縁板とからなり、上記セラミックヒータの表面には、埋設された発熱体の近傍部を通過する溝を有し、上記熱電対は、２本の熱電対素線と該素線同士が接合した先端接合部とからなるとともに、２本の熱電対素線が分離されて上記絶縁板に固定され、上記熱電対の先端接合部が溝の内部の発熱体近傍部に当接するように、上記絶縁板を溝の内部に固着させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を埋設したセラミックヒータと、熱電対が固定されたセラミックス製の絶縁板とからなり、
上記セラミックヒータの表面には、埋設された発熱体の近傍部を通過する溝を有し、
上記熱電対は、２本の熱電対素線と該素線同士が接合した先端接合部とからなるとともに、２本の熱電対素線が分離されて上記絶縁板に固定され、
上記熱電対の先端接合部が溝の内部の発熱体近傍部に当接するように、上記絶縁板が溝の内部に固着されたセラミックヒータの熱電対取り付け構造。
【請求項２】
上記絶縁板の表面と裏面に、２本の熱電対素線を分離して固定させたことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータの熱電対取り付け構造。
【請求項３】
上記絶縁板に係合溝を設け、熱電対素線を固定させたことを特徴とする請求項１または２記載のセラミックヒータの熱電対取り付け構造。
【請求項４】
上記絶縁板のエッジ部が面取り加工されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のセラミックヒータの熱電対取り付け構造。
【請求項５】
上記熱電対素線の径は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミックヒータの熱電対取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを基板上に実装する際に用いるダイボンディングヒータなどのセラミックヒータについて、その温度を測温し、制御するための熱電対を取り付けるための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを基板上に実装する際に用いるダイボンディングヒータとして、昇降温速度が大きいセラミックヒータが用いられる。このタイプのヒータは、微妙な温度制御が要求されるので、温度を測温し制御するための熱電対が設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図５（ａ）に示すように、発熱体が内蔵されたセラミックヒータ１１に熱電対取り付け用の穴１２を設け、その中にガラスファイバーチューブ１５で保護された熱電対１４の先端部を挿入し、先端の測温部をセラミックヒータ１１に当接させた後、セラミックセメント１３などの無機接着材で固定する方法が示されている。しかし、この方法では、熱電対１４の取り付け強度が弱く、使用中に外部からの衝撃や、引っ張りの力がかかったりした場合、温度を測定するポイントから熱電対１４の先端の測温部が外れたり、位置がずれたりしやすく、信頼性の高い測定ができないという問題があった。
【０００４】
特に、熱電対１４の測定値をフィードバックしてセラミックヒータ１に内蔵された発熱体への通電量を制御している場合、熱電対１４の位置が大きくずれると、セラミックヒータ１が過昇温する可能性があった。
【０００５】
また、特許文献２では、図５（ｂ）に示すように発熱体が内蔵されたセラミックヒータ１１に穴１２および溝１２ａ形状の熱電対取り付け部を設け、熱電対１４の先端の測温部を穴１２に差し込んでセラミックヒータ１１に当接させた後、熱電対１４を保護するガラスファイバーチューブ１５を溝１２ａの内部に配設して、セラミックセメント１３などで接着固定する方法が示されている。
【０００６】
この方法は、熱電対１４を保護するガラスファイバーチューブ１５を溝１２ａに配設して広い領域で確実に固定することができるので、熱電対１４に、外部からの衝撃や引っ張りの力がかかっても熱電対１４の測温部は温度を測定するポイントからずれることがなく、測定の信頼性を上げることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３５３２５４号公報（図２（ｂ）、段落番号００２５、００２７）
【特許文献２】
特開２０００−３１５５６８号公報（図３、段落番号００６３、００６７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２に示されている熱電対１４は、いずれもガラスファイバーチューブ１５などの絶縁体に素線が収容されているので、引きまわすのが難しいという問題があった。さらに、ガラスファイバーチューブ１５とセラミックヒータとの熱膨張係数の差が大きいため、ヒータの昇降温サイクルに伴い、熱応力が蓄積して、熱電対１４の測温位置がずれたり、ガラスファイバーチューブ１５が破損したりするという問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明者は、熱電対の素線を単独で引きまわして、測温しようと試みたが、熱電対の素線同士が先端の接合部以外で接触してショートし、正確な温度測定できないという問題や、アルミナセメントなどの無機接着材などで素線を固定したときに、完全に硬化する前に素線が動いて、正しい測定位置から外れてしまうという問題があることがわかった。
【００１０】
さらに、熱電対の応答を速くして高精度の測温を行うため、熱電対の素線の径を小さくして測温部の熱容量を小さくすると、取り付けの際に熱電対の素線が非常に切れやすく、作業に細心の注意を要するという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑み、案出されたものであり、半導体チップを基板上に実装する際に用いるダイボンディングヒータなどの、熱電対を有するセラミックヒータにおいて、応答速度の速い素線径の小さい熱電対であっても、簡単確実に取り付けられる構造を提供する。この構造によれば、取り付けの作業性を向上させて作業時間を短縮でき、熱電対の素線間の絶縁性を十分に保つと同時に、測定位置からずれることがない。これによって、本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造を有するセラミックヒータは、高精度で、かつ長期にわたって高い信頼性を有する温度測定を行うことができる。
【００１２】
【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熱電対取り付け構造は、発熱体を埋設したセラミックヒータと、熱電対が取り付けられたセラミックス製の絶縁板とからなる。セラミックヒータの表面には、ヒータに埋設された発熱体近傍部を通過する溝を有しており、熱電対は、２本の熱電対素線と、この素線同士が接合した先端接合部とからなるとともに、２本の熱電対素線が分離されて絶縁板に取り付けられている。そして、熱電対の先端接合部が溝の内部の発熱体の近傍部に当接するように、絶縁板が溝の内部に固着されている。
【００１３】
このように熱電対素線を絶縁板に固定することによって、熱電対を溝に設置する際に、絶縁板を保持して作業を行えば、簡単かつ確実に熱電対を溝の内部に配設することができ、作業性が向上するとともに、歩留まりも向上する。
【００１４】
また、絶縁板の表裏の各面に、熱電対の各素線を固定させて、熱電対の素線間に絶縁板が挟み込まれた構造とすれば、熱電対の素線同士が、素線の先端接合部以外で接触してショートすることがなくなるため、測定値の信頼性が向上するという効果が得られる。
【００１５】
そして、絶縁板に、熱電対素線を係合させて固定させるための係合溝を設けておけば、絶縁板と熱電対素線との固定をより確実に行うことができ、熱電対が外れなくなるために、接続構造の耐久性および測定の信頼性が向上する。
【００１６】
さらに、絶縁板のエッジ部を面取り加工することによって、熱電対素線と絶縁板のエッジ部が接触したときにも、熱電対素線が切れることがない。また、通常セラミックスからなる絶縁板は、エッジ部にマイクロクラックなどの破壊源が存在しているため強度が低いが、エッジを面取り加工すれば、エッジ部の破壊源を除去することができ、絶縁板が破壊されにくくなるという効果を有する。
【００１７】
また、熱電対素線の径を、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることによって、熱電対の先端部の熱容量を小さくできるために熱電対の応答が速くなり、より正確な温度制御が可能となる。
【００１８】
なお、本明細書において、発熱体近傍部とは、通電加熱したときの表面の最高温度に対して、８０％以上の表面温度を有する領域を指すものとする。具体的には、セラミックヒータに通電して発熱させ、その表面温度分布をサーモグラフィなどの方法で確認し、ヒータ表面の最高温度に対して、８０％の表面温度の等温線で囲まれた領域を、そのヒータにおける発熱体近傍部に該当する領域と定めればよい。
【００１９】
この発熱体近傍部の表面温度は、セラミックヒータに埋設されている発熱体の温度およびダイボンディングなどに用いる作業部の温度などと完全に連動している。したがって、この発熱体近傍部の表面温度と、他の箇所の温度との関係をあらかじめ調べておけば、発熱体近傍部の表面温度を検知・フィードバックすることによって、発熱体への通電量を制御し、他の箇所の温度を調整することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２１】
図１（ａ）は本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造の代表的な実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。
【００２２】
セラミックヒータ１は、絶縁性セラミックス磁器中に発熱体が埋設された構造となっている。この埋設された発熱体に、図示しない外部電源より電極取出部７を経由して通電することによって、発熱体はジュール熱を発生し、発熱部６において、ダイボンディングなどを行うのに必要な熱を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の構造においては、セラミックヒータ１の表面に発熱体近傍部を通過するように表面側に開口した溝３を有することを特徴としている。本実施形態においては、発熱体近傍部で溝３が閉じて、端部３ａを有する構造となっている。そして、この溝３の内部には、異種金属からなる２本の熱電対素線４が固定された絶縁性セラミックス製の絶縁板５が埋め込まれ、無機接着材８により固着されている。
【００２４】
ここで、図１（ｂ）に示すように、上記の異種金属からなる２本の熱電対素線４は、絶縁板５の端部で接合された先端接合部４ａを有し、熱電対を構成している。そして、絶縁板５は、先端接合部４ａが溝３の端部３ａに当接した状態で、溝３の内部に載置され、埋め込まれた状態で、セラミックセメントなどの無機接着材８により固着されている。したがって、２本の熱電対素線４の他端間の電位差を測定することによって、温度を検知することができる。
【００２５】
図２に、発熱体のパターンの例として、図１（ｂ）のＢ−ｂ方向の断面図を示す。発熱体２は、タングステンやモリブデン、レニウムなど、あるいはこれらの炭化物、窒化物などの導電性セラミックスあるいは金属からなり、略Ｕ字形状、略Ｗ字形状などのパターン形状となっている。そして、その両端が図１に示した電極取出部７と電気的に接合され、電極取出部７を介して電力を供給することによって、ジュール発熱する。
【００２６】
発熱体２を埋設するセラミックヒータ１は、絶縁性セラミック磁器を材料として作製される。材料としては、例えば窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、サイアロン、あるいは、ベリリアを助剤として添加した高抵抗の炭化ケイ素などの絶縁性に優れたセラミックス材料を用いることができる。これらの中でも、ヒータを急速に昇降温する必要性があることから、耐熱衝撃性に優れた窒化ケイ素、窒化アルミニウム、高抵抗の炭化ケイ素の中から選択することが好ましい。
【００２７】
次に、図３を用いて、本発明の熱電対の取り付け構造について詳しく説明する。図３（ａ）は本発明の熱電対取り付け部分の正面図である。
【００２８】
絶縁板５は絶縁性セラミックスからなり、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、高抵抗の炭化ケイ素などを好適に用いることができる。これらの材料は、室温での体積固有抵抗が１０８Ωｍ以上であることが望ましい。体積固有抵抗が低い場合、高温で使用する場合に、抵抗が下がって、絶縁板５に固定された２本の熱電対素線４間で導通が発生し、温度の測定が正確にできなくなる恐れがあるからである。
【００２９】
絶縁板５の材料を選択するに当たっては、セラミックヒータ１を構成するセラミック磁器と同じ材料とするか、熱膨張係数の差を１０×１０−６／℃以内とすることが望ましい。その理由として、熱膨張係数が違いすぎると、昇降温サイクルの中で、熱電対の先端接合部４ａが測定対象点から外れたり、絶縁板５とセラミックヒータ１とを接着している無機接着材８に無理な応力がかかって破損したりする恐れがあるからである。
【００３０】
絶縁板５の厚さ（最も薄い辺の大きさ）は、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが望ましい。この範囲より小さいと、絶縁板５に熱電対素線４を固定したり、絶縁板５を溝３内部に載置、固着したりする際に、絶縁板５が破損しやすいという問題があるからである。また、この範囲よりも大きいと、この絶縁板５を載置、固着するセラミックヒータ１に設ける溝３が大きくなりすぎ、セラミックヒータ１自体の強度が小さくなり、耐久性が劣化するという問題がある。
【００３１】
また、先端接合部４ａで接合された２本の熱電対素線４は、絶縁板５の同一面に固定されていてもよいが、熱電対素線４が、絶縁板５を挟んで対向する表裏の面にそれぞれ分離して固定されていることが好ましい。熱電対素線４同士が、先端接合部４ａ以外で接触してショートすることがなくなるため、測定値の信頼性が向上するからである。熱電対素線４を絶縁板５に固定する方法は、セラミックセメントなどの無機接着材によって行うのが望ましい。
【００３２】
また、図３（ｂ）に、熱電対素線を取り付けた絶縁板のＣ−ｃ方向の断面図を示す。この図に示すように、絶縁板５の熱電対素線４を固定する面には、熱電対素線４を係合させて固定させるための素線固定用の係合溝５ａを設けておくことが好ましい。熱電対素線４は、この係合溝５ａに配設され、無機接着材などによって固定部８ａが設けられている。この係合溝５ａを設けることにより、熱電対素線４と絶縁板５との固定を、より確実強固なものとすることができる。このため、熱電対素線４が外れたり、切れたりすることを防止でき、接続構造の耐久性および測定の信頼性が向上する。この係合溝５ａの形状は、熱電対素線４の外形に適合した大きさとし、Ｖ溝形状、Ｕ溝形状などとすることができる。
【００３３】
さらに、図３（ｃ）の拡大図に示すように、絶縁板５のエッジ部５ｂは、熱電対素線４と接触して傷つけて切断したりしないように、あらかじめ面取り加工をしておくことが好ましい。また、図３（ｂ）に示すように、熱電対素線４と交わらないエッジ部５ｃについても、面取り加工をしておくことによって、エッジ部に内在しているマイクロクラックなどの破壊源を除去することができるので、絶縁板５の強度が向上し、破壊されにくくなる。
【００３４】
なお、エッジ部５ｂ、５ｃなどの面取りは、Ｃ面、Ｒ面などのいずれの加工でもよい。さらに面取りの加工量は、０．０１ｍｍ以上とすれば十分である。
【００３５】
熱電対の種類としては、Ｎｉ−Ｃｒ系熱電対（アルメルクロメル、Ｋ熱電対）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系熱電対（Ｎ熱電対）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ系熱電対（Ｅ熱電対）、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ系熱電対（Ｊ熱電対）、Ｃｕ−Ｎｉ系熱電対（Ｔ熱電対）、白金ロジュウム熱電対、タングステンレニウム熱電対などの熱電対を利用することができる。
【００３６】
さらに、熱電対素線４の径を、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることによって、熱電対の先端部の熱容量を小さくできるために熱電対の応答が速くなり、より正確な温度制御が可能となる。特に、信頼性を考えると０．０８ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることがより好ましい。径を大きくすることにより、素線表面の傷に対する強度劣化への影響が小さくなるので、繰り返しの疲労による素線の切断や、熱電対の取り付け時に切断するなどの不良が少なくなるからである。
【００３７】
上述の熱電対素線４を取り付けた絶縁板５は、セラミックヒータ１に設けた溝３に載置され、熱電対素線４の先端接合部４ａが発熱体近傍部に当接するように固着されている。上述したように、発熱体近傍部とは、通電加熱したときの表面の最高温度に対して、８０％以上の表面温度を有する領域を指す。この領域は、セラミックヒータ１に通電して発熱させ、その表面温度分布を確認することによって知ることができるので、あらかじめ発熱体近傍部としての条件を満たす領域を確認してから、溝３を設けることが望ましい。発熱体２はセラミックヒータ１に埋設されているので、発熱体近傍部の領域に溝３を設ければ、必ず溝３の内部も発熱体近傍部としての条件を満たすからである。
【００３８】
溝３の内部に絶縁板５を載置する方法としては、図４（ａ）のＡ−ａ方向の断面図に示すように、絶縁板５を溝３の底に垂直としてもよいし、図４（ｂ）のＡ−ａ方向の断面図に示すように、絶縁板５を溝３の底に平行としてもよい。
【００３９】
溝３の幅については、図４（ａ）、（ｂ）などの方法により、熱電対を固定させた絶縁板５を載置することができる大きさであればよく、特に限定されるものではない。
【００４０】
さらに、溝３の深さは、熱電対を固定させた絶縁板５を溝３の内部に載置させたときに、外部の衝撃などによる破損を避けるため、溝３の開口面から上に飛び出さない深さとすればよい。また、溝３の開口面が、溝３の内部に載置した絶縁板５や熱電対素線４よりも、０．１ｍｍ以上高い位置にあれば、上記の効果を一層高めることができるので、より好ましい。
【００４１】
また、熱電対素線４を取り付けた絶縁板５を、溝３の内部に載置し、固着するための無機接着材８としては、アルミナセメント、シリカセメント、ジルコニアセメントなど、使用温度において耐え得る無機の高温用接着材料を用いればよい。さらに、無機接着材８と、絶縁板５あるいはセラミックヒータ１との熱膨張係数差を１０×１０−６／℃以下とすることが望ましい。この値を超えると、無機接着材８の接合部ではがれてしまうという問題があるからである。
【００４２】
また、無機接着材８の熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。これより低いと熱電対の応答が悪くなる可能性があるからである。
【００４３】
次に、本発明品のセラミックヒータの熱電対取り付け構造を有するヒータの製造方法について説明する。
【００４４】
セラミックヒータ１は、窒化ケイ素質焼結体、窒化アルミニウム、アルミナ、サイアロン、炭化ケイ素質焼結体などのセラミック体中に、導電性セラミックスあるいは金属からなる発熱体２が埋設されている。この構造については、周知の方法を用いて作製することができる。下記に一例を示す。
【００４５】
主成分として、９０〜９２モル％の窒化ケイ素に焼結助剤として希土類元素酸化物を２〜１０モル％、アルミナ、酸化ケイ素を窒化ケイ素と希土類元素酸化物の総量に対して各々０．２〜２．０重量％、１〜５重量％添加混合して原料粉末を調整した後、プレス成形法などによって所定形状の成形体を得る。
【００４６】
また、タングステンやモリブデン、レニウムなど、あるいはこれらの炭化物、窒化物などに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して発熱体ペーストを作製する。
【００４７】
この発熱体ペーストを発熱体２の形状、厚みとなるようにスクリーン印刷法などによって、成形体上にプリントし、その上面に同一形状の成形体を重ねて密着させ、約１６５０〜１８００℃の温度でホットプレス焼成するか、もしくは１０気圧以上の窒素雰囲気中によって約１７００〜１８５０℃で焼成する。
【００４８】
そして、発熱体２の両端の一部をセラミック体より露出させ、主成分である銀にチタンを含有したペーストを塗布し、真空中によって焼成してメタライズを形成し、このメタライズ上にニッケルメッキを施した後、銀−銅などのロウ材を用い真空中または非酸化性雰囲気中によってリード線を取着することによって、電極取出部７を作製する。
【００４９】
また、上記セラミック体は、窒化ケイ素質焼結体、窒化アルミニウム、アルミナで形成することが好ましい。セラミック体に発熱体２を埋設させることによって動作時に発熱体２の付近まで空気中の酸素が拡散し、発熱体２が酸化して断線するのを有効に防止するとともに、高温強度を極めて高いものとし電気的な絶縁性、耐久性を保持するという効果を奏するからである。
【００５０】
さらに、上記セラミック体は、その熱伝導率を常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としておくと、発熱体２の熱をセラミック体全体に短時間で伝達し、温度むらを防止することができる。また、厚みを１〜３ｍｍの範囲としておくと、セラミックヒータの機械的強度を高いものに維持しつつ熱容量を小さくし、昇温速度を速くすることができる。したがって、半導体ベアチップを押圧加熱して配線基板に実装する際やチップインダクターなどの電子部品の電極圧着する際、セラミックヒータ１に割れなどの破損を発生させることなく短時間に実装、圧着可能となる。
【００５１】
得られたセラミックヒータ１は、所定の寸法に研削加工した後、Ｘ線、超音波などによって発熱体２の位置、距離を確認し、溝３を超音波加工などによって、発熱体２の近傍を通過するように設ける。
【００５２】
その後、２本の熱電対素線４を絶縁板５に有機接着材やセラミックセメントを用いて固定した後、セラミックヒータ１の表面に設けた溝３の内部に載置し、熱電対素線４の先端接合部４ａが、溝３の発熱体近傍部に当接するように、絶縁板５を保持して作業を行い、その状態で、セラミックセメントなどの無機接着材８を用いて固着させれば、簡単かつ確実に熱電対を最適な位置に配設することができる。なお、無機接着材８は、例えば、室温で２４時間乾燥後、２５０℃にて３時間乾燥することによって固着される。
【００５３】
また、本発明において、セラミックヒータ１の表面に設けた溝３に載置、固着するためのセラミックスからなる絶縁板５は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素、サイアロンなどのセラミックスを用いることができる。これらに、希土類酸化物、シリカ、アルミナ、マグネシアなどの所定の焼結助剤を混合し、所定の形状に成形した後、ホットプレス、常圧焼成、加圧雰囲気焼成、酸化雰囲気焼成、還元雰囲気焼成などの周知の方法によって焼結体を作製し、それを加工して所望の形状とする。
【００５４】
なお、絶縁板５の加工においては、各エッジ部を加工し、焼結体の強度を高めると同時に、熱電対素線４と接触した場合に傷を生じさせないようにすることが好ましい。また、絶縁板５の表面に研削加工を施し、熱電対を保持するための係合溝５ａを作ることが好ましい。
【００５５】
上述の方法により作製された、本発明の熱電対取り付け構造を有するセラミックヒータ１は、電極取出部７を介して外部電源より、セラミックヒータ１内部に埋設された発熱体２に通電することにより、発熱して表面の温度が上昇する。
【００５６】
溝３の内部の発熱体近傍部に当接された熱電対素線４の先端接合部４ａにより、セラミックヒータ１の温度を検知してセラミックヒータ１中の発熱体２に供給する電流値を調整し、セラミックヒータ１を所望の温度に調整することができる。
【００５７】
本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造は、熱電対素線４が絶縁板５に分離されて取り付けられていることから、絶縁板５を保持して作業することによって、極めて簡単に熱電対をセラミックヒータに取り付けることができる。しかも、熱電対素線４の間の絶縁性を十分に保つことができる。また、絶縁板５がセラミックヒータ１の溝３の内部に載置されて、固着されているので、熱電対の測温部が測定位置からずれることがない。
【００５８】
このように、本発明によるセラミックヒータの熱電対取り付け構造を有するセラミックヒータは、高精度で、かつ長期にわたって高い信頼性を有する温度測定を行うことができる。
【００５９】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００６０】
例えば、上述の実施形態では、絶縁板５の端部に熱電対素線４の先端接合部４ａを設けて、溝３の端部３ａを発熱体近傍部として、この部分に当接するようにしたが、これに限るものではなく、絶縁板５を溝３の内部に載置したときに、先端接合部４ａを、溝３の内部の発熱体近傍部の条件を満たす領域に当接させることが可能であればよい。したがって、先端接合部４ａは、溝３の内部の発熱体近傍部に対応した位置であれば、絶縁板５の外表面のいずれの位置に設けてもよいことは言うまでもない。
【００６１】
また、溝３内部の発熱体近傍部の条件を満たす箇所に凹部を設け、その部分に熱電対素線４の先端接合部４ａを当接させてもよい。
【００６２】
さらに、絶縁板５に熱電対素線４の先端接合部４ａを収納する凹部を設けてもよい。この凹部に先端接合部４ａを収納した状態で、溝３の内部に当接させて固着すれば、先端接合部４ａに必要以上の力が加わることがないので、先端接合部４ａは損傷を受けにくい。また、溝３の内部に動かないように固着された絶縁板５に対して、先端接合部４ａがずれることがなく一定の位置に固定されるので、長期にわたって信頼性の高い安定した温度計測を行うことが可能となる。
【００６３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。次に示す方法により、図１に示すセラミックヒータ１を作製した。
【００６４】
まず、主成分として９２モル％の窒化珪素に焼結助剤として希土類元素酸化物を８モル％、アルミナ、酸化珪素を窒化珪素と希土類元素酸化物の総量に対して各々１．０重量％と３重量％添加混合して原料粉末を調整した後、原料粉末をプレス成形法により成形体を得た。
【００６５】
次に、この成形体の上面にタングステンに適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して発熱体ペーストを作り、スクリーン印刷法によりプリントし、その上面に上述の成形体を重ねて密着させ、カーボン型中でホットプレスによって、非酸化性の雰囲気中、１７５０℃で３００ｋｇ／ｃｍ２の加圧で焼成し、約２０ｍｍ角で厚さが約３ｍｍの発熱体２が埋設された焼結体を得た。
【００６６】
得られた焼結体の外周部および上下面を研削加工した後、Ｘ線によって発熱体の位置を確認しながら、超音波加工によって溝３を形成した。なお、溝３の底面が発熱体２から１ｍｍの距離となるように加工を行った。この位置は、あらかじめ同形状同素材のセラミックヒータを用いて、表面の最高温度の８０％以上となる発熱体近傍部の領域としての条件を満たすことを確認してある。
【００６７】
さらに、発熱体２の一部を露出させ電極取出部７を形成し、リード線を接続することによって、セラミックヒータ１を得た。
【００６８】
また、熱電対を固定するための絶縁板５については、窒化ケイ素に８モル％の助剤（Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３）を添加した原料を用いた。この原料を、非酸化性の雰囲気中、１７５０℃で３００ｋｇ／ｃｍ２の加圧で焼成後、加工して０．５ｍｍ×１８０ｍｍ×０．１ｍｍの形状の板状体を得た。なお、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素（低抵抗の従来品）についても周知の方法により上記と同一形状の試料の作製を行った。
【００６９】
この絶縁板５にアルメル−クロメルの熱電対素線４をアルミナセメントで固定した後、絶縁板５を、溝３の内部に載置して熱電対の先端接合部４ａ（測温部）が、あらかじめ発熱体近傍部に該当することを確認した溝３の内部に当接するように固着し、評価用の試料とした。
【００７０】
なお、本発明の範囲内の試料としては、次のように条件を変えた試料を作製した。
（１）絶縁板５の材質：窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ、高抵抗炭化ケイ素（助剤としてベリリア添加）
（２）絶縁板５の挿入方向：垂直方向（図４（ａ））、平行方向（図４（ｂ））
（３）絶縁板５への熱電対素線４の取り付け場所：対向面（表裏の面）、同一面
（４）絶縁板５のエッジ部面取り：有無
（５）絶縁板５の係合溝：有無
（６）熱電対素線４の線径：０．０５ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ
一方、従来例として、上記試料と同形状で絶縁板を用いずに熱電対を取り付けたセラミックヒータも作製した。
【００７１】
上記試料を用いて、評価を行った。評価項目は次の通りである。
（１）取り付け作業時間（秒）：熱電対を絶縁板５に取り付け、溝３へ載置しアルミナセメントを充填し終わるまでの時間を調査した。
（２）取り付け作業不良率（％）：取り付け作業における不良率を評価した。
（３）熱電対の応答性（秒）：通電後２５℃から６００℃まで昇温したときの熱電対の応答速度を測定した。
（４）耐久テスト（℃）：最高発熱部が３秒で６００℃となるよう電圧をかけ、４秒昇温した後、３０秒放置するサイクルを１サイクルとし、１００００サイクル後の熱電対測定温度を測定し、耐久テスト前の測定温度と比較した。
【００７２】
以上の試料を用いた評価の結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2004296358.tif 000003
【００７４】
本発明品である試料Ｎｏ．１〜１４は、すべて作業時間が４００秒以下となり、従来品（試料Ｎｏ．１５）の６００秒と比べて、作業時間を３割以上削減することができた。
【００７５】
さらに、本発明品は、不良率が３％以下、耐久テスト前後の測定温度差が６℃以下と小さく、信頼性の高い測定が可能であったが、従来品は、不良率が１０％、耐久テスト前後での測定温度差が１２℃と信頼性に劣る結果であった。
【００７６】
また、本発明の範囲内の各条件の中でも、絶縁板の表裏の対向面に係合溝を設け、０．０５ｍｍ以上の径を有する熱電対素線を固定した試料Ｎｏ．２〜７、９、１１〜１４は、熱電対の取り付け作業時間が３６０秒以下となり、作業性が高い結果であった。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造は、発熱体を埋設したセラミックヒータと、熱電対が固定されたセラミックス製の絶縁板とからなり、上記セラミックヒータの表面には、埋設された発熱体の近傍部を通過する溝を有し、上記熱電対は、２本の熱電対素線と該素線同士が接合した先端接合部とからなるとともに、２本の熱電対素線が分離されて上記絶縁板に固定され、上記熱電対の先端接合部が溝の内部の発熱体近傍部に当接するように、上記絶縁板を溝の内部に固着させたことにより、応答速度の速い素線径の小さい熱電対であっても、簡単確実に取り付けられる。
【００７８】
そのため、取り付けの作業性を向上させて作業時間を短縮でき、熱電対の素線間の絶縁性を十分に保つと同時に、測定位置からずれないという効果を奏するので、本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造を有するセラミックヒータは、高精度で、かつ長期にわたって高い信頼性を有する温度測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造の斜視図である。（ｂ）は本発明のセラミックヒータの熱電対取り付け構造の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる図１（ｂ）のＢ−ｂ方向の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の熱電対取り付け部分の正面図である。（ｂ）は（ａ）のＣ−ｃ方向の断面図である。（ｃ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態にかかる図１（ａ）のＡ−ａ方向の断面図である。（ｂ）は本発明の別の実施形態にかかる図１（ａ）のＡ−ａ方向の断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来のセラミックヒータの熱電対取り付け構造の断面図である。
【符号の説明】
１：セラミックヒータ
２：発熱体
３：溝
３ａ：端部
４：熱電対素線
４ａ：先端接合部
５：絶縁板
５ａ：係合溝
５ｂ：エッジ部
５ｃ：エッジ部
６：発熱部
７：電極取出部
８：無機接着材
８ａ：固定部
１１：セラミックヒータ
１２：穴
１２ａ：溝
１３：セラミックセメント
１４：熱電対
１５：ガラスファイバーチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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