(57)【要約】  【課題】セラミック原料を焼結してなる基板に低温焼成のために希土類元素でなる発熱線を印刷し、これにグリーンシートを密着させて接合した二枚のシートを大気中で低温焼成工程で焼結することで、優れた物性を持つセラミック発熱体をより容易に製造することである。  【解決手段】セラミック原料を焼結してセラミック基板１０を製作し、前記セラミック基板１０に通電用貫通孔１２を形成する第１段階；前記セラミック基板１０に低温焼成用ペーストをスクリーン印刷して発熱線１４を形成する第２段階；前記貫通孔１２に対して銀ペーストをスクリーン印刷して電極１６を形成する第３段階；前記セラミック基板１０の発熱線１４形成面に対してグリーンシート１８を加熱及び加圧して接合する第４段階；接合された前記セラミック基板１０と前記グリーンシート１８を低温焼成して基板本体２０を製作する第５段階；及び前記基板本体２０の電極１６に溶加剤を介してリードワイヤ２２を大気中に露出された状態でろう付けする第６段階を含む。【選択図】  図４
2012243750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック原料を焼結してセラミック基板を製作し、前記セラミック基板に通電用貫通孔を形成する第１段階；
前記セラミック基板に低温焼成用ペーストをスクリーン印刷して発熱線を形成する第２段階；
前記貫通孔に対して銀ペーストをスクリーン印刷して電極を形成する第３段階；
前記セラミック基板の発熱線形成面に対してグリーンシートを加熱及び加圧して接合する第４段階；
接合された前記セラミック基板と前記グリーンシートを低温焼成して基板本体を製作する第５段階；及び
前記基板本体の電極に溶加剤を介してリードワイヤを大気中に露出された状態でろう付けする第６段階；を含むことを特徴とする、セラミック発熱体の製造方法。
【請求項２】
前記第１段階において、貫通孔の入口のまわりに凹むように段差面を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項３】
前記第３段階において、銀ペーストのスクリーン印刷は前記段差面を含んでなされることを特徴とする、請求項２に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項４】
前記第２段階において、低温焼成用ペーストは希土類元素でなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項５】
前記希土類元素はルテニウムまたはパラジウムであることを特徴とする、請求項４に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項６】
前記第３段階において、銀ペーストのスクリーン印刷は前記セラミック基板の両側面に位置する貫通孔の入口と前記貫通孔の内周面を含む全領域にわたってなされることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項７】
前記第４段階において、グリーンシートは前記セラミック基板より薄い厚さに製造されることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項８】
前記第５段階でなされる低温焼成は１０００℃の焼成雰囲気でなされることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【請求項９】
前記第６段階において、ろう付け温度は８００℃の加熱雰囲気であり、使用溶加剤はアルミニウムと亜鉛の合金でなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック発熱体の製造方法に係り、特に、焼結されたシートに低温焼成の可能な発熱線を印刷し、これにグリーンシートを接合した後、接合された二枚のシートを低温焼成し、大気中でリードワイヤをろう付けして成るセラミック発熱体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セラミックは無機物質を主原料とし、これを高温で焼結させて作った非金属無機質固体材料で、金属材料または有機材料に比べて耐食性、耐熱性、耐磨耗性などに優れた特性を持っている。これにより、セラミック素材は多様な熱源から発生する高温の熱を対象物に伝熱するための発熱媒体として使われる。
【０００３】
このようなセラミック発熱体は次のような工程によって製造される。図１〜図３に示すように、セラミック原料を配合したセラミックスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）から薄層のグリーンシート５０、５２を上下一対にそれぞれ製作し、そのうち上部に積層されるグリーンシート５０は一端部にリードワイヤ５４の設置のための切欠部５０ａを別に形成する。
【０００４】
ついで、下部に積層されるグリーンシート５２は表面にタングステン（Ｗ）粉末と高温用ガラス粉末を混合したペーストで発熱線５６の形成のためのパターンをスクリーン印刷する。この過程で、下部に位置するグリーンシート５２にリードワイヤ５４を接合するための電極５８を形成する。この際、発熱線５６と電極５８は同一材料で作られるが、ただ電極５８は発熱線５６に比べてその面積を広く形成することにより、リードワイヤ５４との接合を容易にする。
【０００５】
ついで、一対のグリーンシート５０、５２は上下に接合された後、およそ１４００℃程度の高温雰囲気で焼成過程によって焼結された基板本体６０に完成される。
【０００６】
ついで、焼成された基板本体６０の電極５８の表面にニッケル無電解メッキを施した後、メッキ電極５８に対して溶加剤として銀片でリードワイヤ５４をろう付けして接合する。このようなリードワイヤ５４の接合のためのろう付け過程は、外部空気との接触が遮断され、およそ９５０〜１０５０℃範囲の高温状態の水素炉の内部でなされる。特に、ろう付けの全過程にわたって空気との接触をより効率的に制限するために水素炉の内部に水素と水を混合して持続的に噴射する。
【０００７】
したがって、前記のような工程によってなされるセラミック発熱体の製造は、リードワイヤ５４の設置のための切欠部５０ａを形成するグリーンシート５０と、発熱線５６を印刷するグリーンシート５２をそれぞれ別に製作した状態で、これらを上下に積層した後、高温の雰囲気で焼成過程を経なければならないため、関連設備の構築に高費用がかかる。
【０００８】
また、グリーンシート５２に形成される電極５８に対してリードワイヤ５４とのろう付けのための目的で、別途ニッケル無電解メッキを施さなければならない。又、ろう付け過程の全般にわたって水素炉の内部で外部空気との接触遮断のために基板本体６０に対して水素と水が混合された溶液を持続的に噴射しなければならないので、セラミック発熱体の製造にかかる費用を一層増加させることになる。
【０００９】
特に、グリーンシート５２に形成される電極５８に対してリードワイヤ５４とのろう付けのために施されるニッケル無電解メッキは工程の追加に繋がるので、製造時間の遅延と有関工程と生産速度を合わせるのに甚大な困難性があるだけでなく、製造過程の全般にわたって生産性を低下させると云う問題を引き起こすことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は前記のような従来の諸般問題点に鑑みてなされたもので、セラミック原料を焼結してなる基板に、低温焼成のために希土類元素で作られた発熱線を印刷し、これにグリーンシートを密着させ、接合された二枚のシートを低温焼成工程で焼結し、大気中に露出された状態でリードワイヤをろう付けすることで、優れた物性を持つセラミック発熱体をより容易に製造することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、セラミック原料を焼結してセラミック基板を製作し、前記セラミック基板に通電用貫通孔を形成する第１段階；前記セラミック基板に低温焼成用ペーストをスクリーン印刷して発熱線を形成する第２段階；前記貫通孔に対して銀ペーストをスクリーン印刷して電極を形成する第３段階；前記セラミック基板の発熱線形成面に対してグリーンシートを加熱及び加圧して接合する第４段階；接合された前記セラミック基板と前記グリーンシートを低温焼成して基板本体を製作する第５段階；及び前記基板本体の電極に溶加剤を介してリードワイヤを大気中に露出された状態でろう付けする第６段階を含むことを特徴とするセラミック発熱体の製造法を提供するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記第１段階において、貫通孔の入口のまわりに凹むように段差面を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記第３段階において、銀ペーストのスクリーン印刷は前記段差面を含んでなされることを特徴とする、請求項２に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記第２段階において、低温焼成用ペーストは希土類元素でなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記希土類元素はルテニウムまたはパラジウムであることを特徴とする、請求項４に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１６】
請求項６記載の発明は、前記第３段階において、銀ペーストのスクリーン印刷は前記セラミック基板の両側面に位置する貫通孔の入口と前記貫通孔の内周面を含む全領域にわたってなされることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、前記第４段階において、グリーンシートは前記セラミック基板より薄い厚さに製造されることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１８】
請求項８記載の発明は、前記第５段階でなされる低温焼成は１０００℃の焼成雰囲気でなされることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【００１９】
請求項９記載の発明は、前記第６段階において、ろう付け温度は８００℃の加熱雰囲気であり、使用溶加剤はアルミニウムと亜鉛の合金でなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック発熱体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明はセラミック原料を焼成させて製作されたセラミック基板の表面に低温焼成の可能な希土類元素でなる発熱線をスクリーン印刷し、発熱線が印刷されたセラミック基板に対して銀をスクリーン印刷することで端子部にあたる電極を形成し、印刷された発熱線上にグリーンシートを加熱及び加圧して接合した後、大気中でおよそ１０００℃程度の低温焼成雰囲気で接合された二枚のシートとこれらの間の発熱線を一体に焼結することで、耐熱衝撃性及び接着力に優れた物性を持つセラミック発熱体をより容易に製造することができるようになる。
【００２１】
そして、本発明は、銀電極上にニッケル無電解メッキを施さなくてもリードワイヤを接合することができ、特に銀電極とニッケル素材のリードワイヤをアルミニウムと亜鉛合金の溶加剤でろう付けすることで７ｋｇｆ以上の十分な接合強度を得ることができ、特にろう付け工程はおよそ８００℃程度の低温雰囲気で大気中に直接露出された状態でなされることができるようになる。
【００２２】
また、本発明は、熱衝撃に強いグリーンシートを用いて既焼結されたシートとの接着力を一層向上させることができ、高純度のナノ粒子のパウダーを適用することで、発熱体の耐久性を確保するとともに焼成時のグレインの成長を最小化することができる焼結メカニズムを具現することができることになる。
【００２３】
さらに、本発明によるセラミック発熱体は既焼結されたシートとグリーンシートの間に発熱線を位置させる二重接着構造を提供することができるので、国際絶縁規格にも適合することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のセラミック発熱体の製造工程において上下層グリーンシートに対して切開部と発熱線をそれぞれ形成した状態を示す斜視図である。
【図２】従来のセラミック発熱体の製造工程において焼成工程によって完成された基板本体を示す斜視図である。
【図３】従来のセラミック発熱体の製造工程において電極に対してリードワイヤを接合した状態を示す平面図である。
【図４】本発明によるセラミック発熱体の製造工程においてセラミック基板に対して貫通孔と発熱線をそれぞれ形成した状態を示す斜視図である。
【図５】本発明によるセラミック発熱体の製造工程において電極の形成状態を説明するために貫通孔を切断して示す部分断面図である。
【図６】本発明によるセラミック発熱体の製造工程においてセラミック基板とグリーンシートの間の接着過程を示す斜視図である。
【図７】本発明によるセラミック発熱体の製造工程において焼成工程によって完成された基板本体を示す斜視図である。
【図８】本発明によるセラミック発熱体の製造工程において電極に対してリードワイヤを接合した状態を説明するために貫通孔を切断して示す切開斜視図である。
【図９】本発明によって製造されたセラミック発熱体の組立状態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、優れた物性を有するセラミック発熱体をより容易に製造すると云う目的を達成するために、セラミック原料を焼結してなる基板に、低温焼成のための希土類元素を製作した発熱線を印刷し、これにグリーンシートを密着させ、接合された二枚のシートを低温焼成工程で焼結し、大気中に露出された状態でワイヤをろう付けすることによって実現した。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図面に示すように、本発明によるセラミック発熱体の製造は、適正な大きさのセラミック基板１０を製作し、これに貫通孔１２を形成する第１段階、前記セラミック基板１０の一側表面に対して発熱線１４を形成する第２段階、前記貫通孔１２に銀ペースト（Ａｇ Ｐａｓｔｅ）をスクリーン印刷して導電性の電極１６を形成する第３段階、前記セラミック基板１０において発熱線１４の形成面に対して別途のグリーンシート（Ｇｒｅｅｎ ｓｈｅｅｔ）１８を接着する第４段階、接着された二枚のシートを焼成して基板本体２０を製作する第５段階、及び製作された前記基板本体２０の電極１６にリードワイヤ２２をろう付けする第６段階を順次経ることでなる。
【００２８】
前記第１段階において、セラミック基板１０を製作する過程は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化珪素（ＳｉＯ2）などのように絶縁性に優れた成分の原料を適正の割合で配合してセラミックスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ）を製造し、製造されたセラミックスラリーからドクターブレード法で薄層の軟質状態のグリーンシート１８を作った後、これを前記基板本体２０の形成大きさに切断する。
【００２９】
ついで、切断されたグリーンシート１８を焼成工程で焼結してメインセラミック基板１０を完成し、完成されたセラミック基板１０に電源接続のための通電用貫通孔１２を形成する。この際、前記貫通孔１２は、後述するように、前記リードワイヤ２２との電気的接続によって前記発熱線１４に安定に電源を供給する役目をするもので、セラミック基板１０の一端部で厚さ方向に沿って部材を貫く形態に穿孔される。この際、貫通孔１２の形態は多様に具現できる。
【００３０】
また、前記セラミック基板１０において、貫通孔１２の上下両側面に位置する入口側の周りには、表面から凹むようにその表面より深く形成される別途の段差面１２ａを加工する。この場合、前記段差面１２ａは前記発熱線１４との安定的な電気的接続はもちろんのこと、前記リードワイヤ２２とも安定的な電気的接続をはかるための電極１６をより容易に形成するための目的で備えられるものである。すなわち、前記セラミック基板１０の製作において、前記貫通孔１２のまわりに段差面１２ａを加工する工程を敢えて含ませなくても前記リードワイヤ２２との接続のための電極１６を形成するのに特に差し支えはないが、ただ前記段差面１２ａは貫通孔１２の周囲部に電極１６の形成に役立つように別途の工程で付け加えることができる。
【００３１】
前記第２段階において、発熱線１４を形成する過程は、前記セラミック基板１０の一側表面に対して低温焼成用ペーストでスクリーン印刷することで、発熱要素（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）にあたる発熱線１４のパターンを製作することでなる。
【００３２】
この過程で、前記発熱線１４の形成のために印刷される低温焼成用ペーストは希土類元素にあたるルテニウム（Ｒｕ、ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）またはパラジウム（Ｐｄ、ｐａｌｌａｄｉｕｍ）などを適正の割合で混合したものを使い、その外の発熱体の特性を最適化するために数種の添加剤を付け加えて作ることもできる。また、前記セラミック基板１０に対して発熱線１４のパターンを印刷するにあたり、発熱線１４の縦断部は後に備えられる電極１６との安定的な電気的接続のために前記貫通孔１２に至るように延びなければならない。また、前記貫通孔１２のまわりに段差面１２ａが形成される場合には、前記発熱線１４の縦断部を段差面１２ａに至るように延ばしてもかまわない。
【００３３】
前記第３段階において、電極１６を形成する過程は、前記セラミック基板１０に形成された貫通孔１２の周りに銀ペーストをスクリーン印刷することで具現される。この際、銀ペーストは前記貫通孔１２の入口の周りはもちろんのこと、貫通孔１２の内周面とともに発熱線１４が印刷されなかったセラミック基板１０の背面側に至るまで拡散するように充分に塗布され、特に貫通孔１２を通じて背面側に塗布される銀ペーストを背面側貫通孔１２の入口の周りに広く拡散させることにより、後に隋伴されるリードワイヤ２２との安定的な接続領域を確保することが好ましい。すなわち、前記セラミック基板１０に銀ペーストを印刷することにより形成される電極１６は前記発熱線１４と前記リードワイヤ２２間の安定的な通電をなすようにする。
【００３４】
この場合、前記貫通孔１２の両側面の入口のまわりに位置する段差面１２ａは前記電極１６の形成のために塗布される銀ペーストを一定形態の空間内に閉じこめておくことができるので、焼結後に発熱線１４と電極１６間の通電状態をより確かに保障することができるようにする。
【００３５】
前記第４段階において、グリーンシート１８を接着する過程は、前記発熱線１４と前記電極１６の印刷が完了したセラミック基板１０を逆に覆した後、前記セラミック基板１０の下部に別途のグリーンシート１８を置き、上部から前記セラミック基板１０を加熱及び加圧することで具現される。この過程で、前記セラミック基板１０において発熱線１４が形成された面は前記グリーンシート１８の表面と緊密に接合できるようになる。
【００３６】
この場合、前記セラミック基板１０と接合されるグリーンシート１８を高純度のナノサイズの粉末（Ｎａｎｏ−ｓｉｚｅｄ Ｐｏｗｅｒ）を適用した原料で製作すれば、熱衝撃にも強くて前記セラミック基板１０との接着力にも優れた特性を得ることができるので、国際絶縁規格にも適合することができるようになる。また、前記のように、セラミック基板１０に対して印刷された発熱線１４を介在してグリーンシート１８を接合する構造で基板本体２０を製作すれば、国際絶縁規格にも適合した二重の接着構造を具現することができるようになる。
【００３７】
また、前記グリーンシート１８はその厚さを前記セラミック基板１０より薄く設定することにより、最終の焼成工程によって基板本体２０に製作された後に伝熱される対象部位に設置されれば、前記発熱線１４によって発熱される熱源は前記セラミック基板１０に比べて厚さが相対的に薄い前記グリーンシート１８を介してより短時間内に伝熱対象物を加熱することができるようになる。
【００３８】
前記第５段階において、加熱及び加圧によって接合された二枚のシート１０、１８を焼成して基板本体２０に製作する過程はおよそ１０００℃程度の低温の焼成雰囲気でなされる。これは、前記セラミック基板１０の表面にスクリーン印刷されて形成される発熱線１４が希土類元素でなった低温焼成用ペーストに取り替えられるからである。
【００３９】
前記第６段階において、焼成工程によって完成された基板本体２０に対してリードワイヤ２２を付着するためのろう付け過程は、前記基板本体２０の電極１６に対して溶加剤としてアルミニウムと亜鉛合金片を使ってニッケル素材のリードワイヤ２２をろう付けすることで具現される。特に、ろう付け工程は大気中にそのまま露出された状態でおよそ８００℃程度の従来より低温である加熱雰囲気でなされる。これにより、ろう付け過程は従来のように大気との接触が遮断されるとともに水素と水の混合物を噴射する水素炉の内部でなされなくても良いので、関連設備の構築に必要な費用を大きく減らすことができるようになる。
【００４０】
また、前記のような焼成工程を経たリードワイヤ２２は電極１６を介して前記発熱線１４と電気的に通電可能な状態に転換され、特に、銀ペーストによって形成された電極１６上に従来のようなニッケル無電解メッキを施さなくてもリードワイヤ２２を接合することができるので、工程の短縮をはかることができるようになる。
【００４１】
さらに、前記電極１６に対してアルミニウムと亜鉛の合金で前記リードワイヤ２２を接合すれば、電極１６とリードワイヤ２２間の接合部位２４でおよそ７ｋｇｆ以上の十分な結合強度を得ることができるので、基板本体２０に対する耐久性能を充分に確保することができるようになる。
【００４２】
したがって、本発明によるセラミック発熱体の製造方法は、既焼結されたセラミック基板１０の表面に希土類元素の低温焼成が可能なペーストで発熱線１４をスクリーン印刷し、これにグリーンシート１８を接合させた後、低温の焼成雰囲気で二枚のシート１０、１８を焼結することができるので、耐熱衝撃性及び接着力に優れた物性を持つセラミック発熱体を製造することができるだけでなく、特に、ろう付け過程で大気中にそのまま露出される低温の環境で電極１６とリードワイヤ２２間の接合作業を遂行することができるので、関連設備の構築に必要な費用を大幅に減らすことができるようになる。
【００４３】
また、本発明は、前記セラミック基板１０に対して印刷された発熱線１４との電気的接続のための貫通孔１２を形成するとともにこれに銀ペーストを印刷して電極１６を形成することにより、後続のリードワイヤ２２とのろう付けの際、前記電極１６上にニッケル無電解メッキを施さなくても良く、溶加剤としてアルミニウムと亜鉛合金の溶加剤を用いることにより、電極１６とリードワイヤ２２間の接合部位２４でおよそ７ｋｇｆ以上の十分な接合強度を得ることができるので、基板本体２０に対する適正の耐久性能を確保することができるようになる。
【００４４】
特に、本発明は、熱衝撃に強い別途のグリーンシート１８を用いて既焼結されたセラミック基板１０との密着性を向上させることができ、高純度ナノ粒子のパウダーを適用したグリーンシート１８を採択することで、基板本体２０に対する耐久性能の確保はもちろんのこと、焼成時にグレインの成長を最小化することができる焼結メカニズムを具現することができるようになる。また、本発明のセラミック基板本体２０は、既焼結されたセラミック基板１０とグリーンシート１８の間に発熱線１４を位置させる二重の接着構造を具現することができるので、発熱体に対する国際絶縁規格にも適合することができるようになる。
【００４５】
そして、前記のような工程によって製造された基板本体２０は、図９に示すように、アイロンのような電熱器具のヒーティングプレート２６に対してシリコン類の接着剤２８を介して設置されるとき、前記グリーンシート１８によって焼結された面を直接ヒーティングプレート２６と接触させることにより、通電の際、前記発熱線１４によって発熱される熱源をより短時間内に伝熱対象物に伝達することができるようになる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施例について添付図面を参照して説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者によって本発明の技術的思想と以下に記載される請求範囲と同等な範囲内で多様な形態の修正及び変形が可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、焼結されたシートに低温焼成の可能な発熱線を印刷し、これにグリーンシートを接合した後、接合された二枚のシートを低温焼成し、大気中でリードワイヤをろう付けすることで具現されるセラミック発熱体の製造方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    セラミック基板
１２    貫通孔
１４    発熱線
１６    電極
１８    グリーンシート
２０    基板本体
２２    リードワイヤ
２４    接合部位
２６    ヒーティングプレート
２８    接着剤
【図１】
2012243750.tif 000003
【図２】
2012243750.tif 000004
【図３】
2012243750.tif 000005
【図４】
2012243750.tif 000006
【図５】
2012243750.tif 000007
【図６】
2012243750.tif 000008
【図７】
2012243750.tif 000009
【図８】
2012243750.tif 000010
【図９】
2012243750.tif 000011