(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックの未焼成基板の積層体中に、印刷により回路パターンを埋設し、その後焼成するセラミック積層体の製造方法において、
外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する前記回路パターンを形成し、前記回路パターンから伸びる露出パターンを形成し、該露出パターンを前記未焼成基板の積層体とともに切断することにより、該露出パターンを該積層体の積層端面にて外部に露出させることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
【請求項２】
セラミックの未焼成基板の積層体中に、印刷により複数の回路パターンを埋設し、その後各回路パターン毎に積層体を切断し、次に分離した個々の積層体を焼成するセラミック積層体の製造方法において、
外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する前記回路パターンを複数形成し、前記各回路パターン同士を接続する様に露出パターンを形成し、前記未焼成基板の積層体を切断する際に、この露出パターンを切断することによって、前記個々の積層体の積層端面にて露出パターンを外部に露出させることを特徴とするセラミック積層体の製造方法。
【請求項３】
前記回路パターンのうち、外部との電気的接続に用いられる端子パターンに、金属ワイヤを接続することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法。
【請求項４】
前記回路パターンのうち、前記未焼成基板の積層体の側部に沿って伸びる側部パターンに、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法。
【請求項５】
前記回路パターンのうち、外部との電気的接続に用いられる端子パターン又はその近傍に、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法。
【請求項６】
前記回路パターンとして、発熱部を有するヒータパターンを形成し、
該ヒータパターンのうち発熱部以外の箇所に、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１〜５のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法。
【請求項７】
前記回路パターンと前記露出パターンとを、同一の素材にて、同一の印刷工程によって形成することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法。
【請求項８】
前記回路パターンと前記露出パターンとを、異なる素材にて、異なる印刷工程にて形成することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばセンサ用セラミックヒータ、汎用加熱ヒータ、積層型各種センサに適用できるセラミック積層体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばセンサ用セラミックヒータとしては、例えば未焼成のセラミック基板を積層し、その後焼成して形成した積層型のセラミックヒータが、広く使用されている。
【０００３】
このセラミックの未焼成の基板（グリーンシートと称す）を複数枚重ねて同時に焼成する場合には、セラミック中に含有されたバインダや溶剤等の有機化合物を、比較的に低い温度で分解させてセラミック中から追い出す、いわゆる樹脂抜き工程を必要としている。
【０００４】
この樹脂抜き工程は、本焼成する前の段階で行なわれるものであり、本焼成において発生する膨れ等のセラミック基板の不具合を防止するために行われる。つまり、本焼成においては、グリーンシート中に残っていた有機化合物が高温で加熱され燃焼することでガスが発生したり、溶剤系の揮発性ガスが発生したりするが、このガスによって、セラミック基板が膨れて外観が変形し、積層面の剥離が起きたり、内部に埋設された回路パターンの耐久性が劣化する。そこで、この様な不良を回避するために樹脂抜きが行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、デリケートなグリーンシートに歪みを生じさせないようにしながら、完全に有機化合物を分解してセラミック中から追い出すためには、樹脂抜き工程は極めて精緻な温度管理と長い工程時間が必要であるが、それでも必ずしも十分ではない。
【０００６】
例えば、グリーンシート上に白金インクでヒータパターンを形成し、これをグリーンシートにて積層して埋設した後に、通常の低い温度における樹脂抜き工程を経て、１５００℃以上で焼成する場合には、焼成後の基板とメタライズ部分とが一部剥離して膨れ、導電部分の断線不良や、ヒータ耐久性が劣化するという問題が生じる。これは、焼成時に１４００℃を超える領域で、例えば白金に吸着したカーボン系や水素系のガス成分の燃焼により、ガスが発生するからと考えられる。
【０００７】
つまり、この樹脂抜き工程は、セラミックの製造工程中、不良品の発生する確率が高い工程の一つであり、精緻な工程管理をもってしても、依然として各種の不良品が発生し、特に膨れによる不良の発生は、樹脂抜き工程における大きな問題となっている。
【０００８】
そのため、従来より、膨れに対する各種の対策が提案されている。例えばグリーンシートの改良の技術（特開平４−３０７３９２号公報参照）や、セラミック中に埋設する回路パターンを形成する印刷ペーストの改良の技術（特開平３−１０２８９５号公報参照）や、樹脂抜き工程の改良の技術（特開平６−１３２６６４号公報参照）等が提案されているが、必ずしも十分ではない。
【０００９】
また、前記対策とは別に、セラミックヒータの形状による有効な対策も提案されている。例えばスルーホールをグリーンシートの積層体に形成し、積層体中に埋設された回路パターンにそのスルーホールを接触させることで、回路パターンを外部に露出させて、本焼成中に回路パターンとスルーホールを通じて分解した有機化合物をセラミック中から追い出す技術（特開昭６３−２１８９８号公報参照）や、回路パターンと接触するスルーホールとは別に、グリーンシートに空気抜き用のスルーホールを設け、このスルーホールを介して本焼成で発生するガスを外部に排出して膨れを防止する技術（特開平３−１１２６０６号公報参照）が提案されている。
【００１０】
これらのスルーホールを形成する方法を用いると、樹脂抜き工程や本焼成において、通常の樹脂抜き工程や本焼成よりも温度管理が容易で、しかも時間を短縮できるという長所があるが、一方で、樹脂抜きのためだけにスルーホールを形成するので、その分余分な工程が必要になる上に、焼成後の基板の機械的強度も低下するという別な問題が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、スルーホールの作成等の余分な工程を必要とせず、しかも焼成後の基板の十分な機械的強度を確保して、膨れ等の不具合の発生を防止できるセラミック積層体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項１の発明は、
セラミックの未焼成基板の積層体中に、印刷により回路パターンを埋設し、その後焼成するセラミック積層体の製造方法において、外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する前記回路パターンを形成し、前記回路パターンから伸びる露出パターンを形成し、該露出パターンを前記未焼成基板の積層体とともに切断することにより、該露出パターンを該積層体の積層端面にて外部に露出させることを特徴とするセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２１】
請求項２の発明は、
セラミックの未焼成基板の積層体中に、印刷により複数の回路パターンを埋設し、その後各回路パターン毎に積層体を切断し、次に分離した個々の積層体を焼成するセラミック積層体の製造方法において、
外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する前記回路パターンを複数形成し、前記各回路パターン同士を接続する様に露出パターンを形成し、前記未焼成基板の積層体を切断する際に、この露出パターンを切断することによって、前記個々の積層体の積層端面にて露出パターンを外部に露出させることを特徴とするセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２２】
請求項３の発明は、
前記回路パターンのうち、外部との電気的接続に用いられる端子パターンに、金属ワイヤを接続することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２３】
請求項４の発明は、
前記回路パターンのうち、前記未焼成基板の積層体の側部に沿って伸びる側部パターンに、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２４】
請求項５の発明は、
前記回路パターンのうち、外部との電気的接続に用いられる端子パターン又はその近傍に、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１又は２記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２５】
請求項６の発明は、
前記回路パターンとして、発熱部を有するヒータパターンを形成し、該ヒータパターンのうち発熱部以外の箇所に、前記露出パターンを連設することを特徴とする前記請求項１〜５のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２６】
請求項７の発明は、
前記回路パターンと前記露出パターンとを、同一の素材にて、同一の印刷工程によって形成することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２７】
請求項８の発明は、
前記回路パターンと前記露出パターンとを、異なる素材にて、異なる印刷工程にて形成することを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか記載のセラミック積層体の製造方法を要旨とする。
【００２８】
ここで、前記セラミック積層体の素材としては、例えばアルミナ，ムライト，ジルコニア等の粉末に、焼結助剤，バインダ及び有機溶媒を加えたものを採用できる。
前記回路パターンの素材としては、(1)例えば白金，パラジウム及びイリジウム等の白金属元素に、バインダ及び有機溶剤を加えたもの、又は、(2)白金に、アルミナ等のセラミック積層体と同種のセラミック，バインダ及び有機溶媒を加えたもの等を採用できる。
【００２９】
特に回路パターンと露出パターンとが異なる素材で形成されている場合には、その露出パターン素材としては、例えば白金に、白金重量の４外重量％以内のアルミナ，ジルコニアやカーボン等を加え、更にバインダ及び有機溶媒を加えたもの等を採用できる。
【００３０】
また、露出パターンの幅としては、印刷面積に対して２％以上の幅で且つ１．０ｍｍ以上の範囲を採用すると、ガス抜きの効果があり、しかも積層体の接合性も十分であるので好適である。
前記金属ワイヤの素材としては、例えば白金，白金−ロジウム合金，その他白金族，又はその合金等を採用できる。
【００３８】
【作用及び発明の効果】
請求項１の発明では、例えばセラミックの未焼成基板（以下グリーンシートと称す）上に回路パターンを形成し、この回路パターンを埋設する様に、他のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を形成する。このとき、外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する回路パターンを形成し、また、回路パターンから伸びる露出パターンを形成し、グリーンシート積層体を切断することによって露出パターンを積層端面にて外部に露出させ、その後、樹脂抜き工程や本焼成等の工程を経てセラミック積層体を完成する。
【００３９】
従って、樹脂抜き工程においては、ガスが露出面を介して容易に排出されて樹脂抜きの効率がアップするとともに、本焼成においては、樹脂抜き工程において分解されずに残留したカーボン系や水素系のガス成分の燃焼によって発生したガスが、同様に露出面を通じてセラミック中から排出されるので、基板の膨れを防止できる。また膨れ等の変形による導通部への影響を低減できるので、断線不良や、ヒータ耐久性も向上する。
【００４０】
しかも、本発明は、グリーンシート積層体を切断することによって、露出パターンを露出させる簡易な方法であり、回路パターン及び露出パターンをグリーンシート積層体に埋設して設けた後に、露出パターンに対応する位置にてグリーンシート積層体を切断することにより、露出パターンをグリーンシート積層体の積層端面にて外部に露出させることができる。
【００４１】
請求項２の発明は、複数のセラミック積層体を一度に製造する方法に関するものであり、まず、グリーンシート積層体内に、外部との電気的接続に用いられる端子パターンを有する複数の回路パターンを形成するとともに、各回路パターン同士を接続する様に露出パターンを形成する。その後、各露出パターンを切断する様にグリーンシート積層体を切断することにより、各グリーンシート積層体の積層端面にて、露出パターンを外部に露出させることができる。
つまり、本発明では、複数のグリーンシート積層体の形成と各露出パターンの露出を同時に行なうことができるという顕著な効果を奏する。
【００４２】
請求項３の発明では、回路パターンのうち、外部との電気的接続に用いられる端子パターンに、金属ワイヤを接続するので、金属ワイヤを有するセラミック積層体を容易に製造することができる。
請求項４の発明では、回路パターンのうち、グリーンシート積層体の側部に沿って伸びる側部パターンに、露出パターンを連設するので、グリーンシート積層体の側面にそって切断することによって、容易に露出パターンを露出させることができる。
【００４３】
請求項５の発明では、回路パターンのうち、ガスが滞留し易い端子パターン又はその近傍に、露出パターンを連設するので、その膨れ易い部分でのガス抜きを効果的に行なって、好適に膨れを防止することができる。また、スルーホールを設けないので、機械的強度の点で有利である。
【００４４】
請求項６の発明では、回路パターンとして、発熱部を有するヒータパターンを採用でき、このヒータパターンのうち発熱部以外の箇所に露出パターンを連設するので、発熱部に与える影響が少なく、発熱部の機能を損なうことがない。
請求項７の発明は、回路パターンと露出パターンとを、同一の素材にて、同一の印刷工程によって形成するので、回路パターン及び露出パターンの形成の作業性が向上する。
【００４５】
請求項８の発明では、回路パターンと露出パターンとを、異なる素材にて、異なる印刷工程にて形成するので、各回路パターンに最も適した素材を採用することができ、コスト的にも有利である。
【００４６】
【実施例】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例であるセンサ用セラミックヒータの製造方法について説明する。
（実施例１）
本実施例のセンサ用セラミックヒータを製造する場合には、まず、アルミナ、シリカ等のセラミック原料粉末に、適当な有機バインダ等を添加し混合して、周知のドクターブレード法によって、厚さ０．８ｍｍ×縦７０ｍｍ×横６０ｍｍの第１グリーンシートを作成する。
【００４７】
次に、図１に示す様に、この第１グリーンシート１上に、白金インクを使用して、スクリーン印刷によって、厚さ２５〜３５μｍの回路パターン３を印刷する。この回路パターン３は、１０個の並列に配置されたヒータパターン５が図の左右方向に接続されて一体となったものであり、各ヒータパターン５は、線幅０．２５ｍｍの細い発熱部７と線幅１．３ｍｍの太いリード部９とからなる。
【００４８】
また、各ヒータパターン５同士は、各リード部９から直角に外方向（図の左右方向）に向かって伸びる線幅１．３ｍｍの露出パターン１１によって接続されている。尚、最外側の露出パターン１１は接続されていない。更に、ヒータパターン５のリード部９の基端側（図の下方）は、図の左側に１．１ｍｍずれる様に形成されて、白金線１５（図２参照）が接続される端子部１３とされている。
【００４９】
次に、図２に示す様に、端子部１３上にφ０．２ｍｍの白金線１５を添えて、図３（ａ）に示す様に、回路パターン３を覆う様に、第１グリーンシート１の上に、順次、厚さ０．３ｍｍ×縦７０ｍｍ×横６０ｍｍの第２グリーンシート１７、厚さ０．８ｍｍ×縦３９．８ｍｍ×横６０ｍｍの第３グリーンシート１９、厚さ０．８ｍｍ×縦３９．８ｍｍ×横６０ｍｍの第４グリーンシート２１を積層し、熱圧着させて、階段部分を有するグリーンシート積層体２３を形成する。
【００５０】
次に、このグリーンシート積層体２３を、各ヒータパターン５を分離する様な間隔の幅４．６ｍｍで切断し、図３（ｂ）に示す様に、個々の短冊状のグリーンシート積層体２５を分離して作成する。従って、この切断したグリーンシート積層体２５の側面側の積層端面２５ａの略中央部には、切断された露出パターン１１が露出している。
【００５１】
次に、切断したグリーンシート積層体２５に対して、通常の樹脂抜き（例えば２５０℃で１２時間加熱）を行ない、その後、１５４０℃で２時間保持して本焼成を行なって、焼成されたセラミック積層体であるセンサ用セラミックヒータ（但し６Ω抵抗品）を完成した。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な部分の説明は、簡略化又は省略する。
【００５２】
本実施例のセンサ用セラミックヒータを製造する場合には、まず、前記実施例１と同様にして、前記混合材料を用いて、ドクターブレード法によって、第１グリーンシートを作成する。
次に、図４に示す様に、この第１グリーンシート３１上に、スクリーン印刷によって、回路パターン３３を印刷する。この回路パターン３３は、１０個の並列に配置されたヒータパターン３５が図の左右方向に接続されて一体となったものである。各ヒータパターン３５同士は、各端子部３７から直角に外方向（図の左右方向）に向かって伸びる露出パターン３９によって接続されている。
【００５３】
次に、図５に示す様に、端子部３７上に白金線４１を添えて、前記実施例１と同様に、回路パターン３３を覆う様に、第１グリーンシート１の上に、順次、第２グリーンシート、第３グリーンシート、第４グリーンシートを積層し、熱圧着させて、グリーンシート積層体を形成する（図示せず）。
【００５４】
次に、このグリーンシート積層体を、各ヒータパターン３５を分離する様な間隔で切断し、短冊状のグリーンシート積層体を分離して作成する。従って、この切断したグリーンシート積層体の側面側の積層端面の基端部（図５の下方）には、切断された露出パターン３９が露出している。
【００５５】
次に、切断したグリーンシート積層体に対して、前記実施例１と同様に、樹脂抜き及び本焼成をおこなってセンサ用セラミックヒータを完成した。
次に、上述した実施例の効果を確認するために行なった実験例について説明する。
（実験例１；膨れ試験）
本実験例では、前記各実施例の方法で、各々６００個のセンサ用セラミックヒータの試料を製造し、その膨れの程度と膨れ発生率を観察した。また、比較のために、図６に示す様な回路パターンを有する基板から、露出パターンのない従来例も作成し、同様に観察した。その結果を図７に示す。
【００５６】
図７から明らかな様に、実施例１の試料は、膨れの程度が小さいものしか発生せず、その発生率も０．３％と小さく好適である。また、実施例２の試料は、実施例１と同様に、膨れの程度が小さいものしか発生しておらず、しかもその発生率が０．１％以下と極めて小さく一層好適である。それに対して、従来例では、膨れの程度が大，中，小の全て発生しているだけでなく、各々の発生率が、０．８％，２．１％，６．３％と大きく好ましくない。
（実験例２；ヒータ耐久性試験）
本実験例では、前記実験例１に使用した各センサ用セラミックヒータの試料のうち、各１０本に対し、直流電圧１８Ｖを継続的に印加して、ヒータの断線の有無を検出し、印加時間に応じたヒータ断線故障率を算出した。その結果を図８に示す。
【００５７】
図８から明らかな様に、実施例１の試料は、３０時間を経過した頃からヒータ断線故障率が増大しているが、基本的に長時間電圧を印加してもヒータの断線が発生せず、そのヒータ断線故障率も小さく好適である。また、実施例２の試料は、実施例１と同様に、長時間電圧を印加してもヒータの断線が発生せず、しかもそのヒータ断線故障率の上昇の程度が少ないので一層好適である。それに対して、従来例では、電圧印加の直後からヒータの断線が発生するだけでなく、そのヒータ断線故障率も大きく好ましくない。
【００５８】
この様に、上述した実施例１，２のセラミックヒータにおいては、製造時に、露出パターンがグリーンシート積層体の積層端面に露出する構成であるので、まず、樹脂抜き工程において、有機化合物を分解したガスを、露出パターンの露出面、詳しくはグリーンシートと露出パターンの境界の露出部分を通じてグリーンシート積層体内部から追い出すことができる。更に、本焼成においては、本焼成の加熱によって発生したガスを、前記露出面を通じて外部に排出することができるので、焼成されたセラミックヒータの膨れの発生を防止することができる。更に、膨れによる変形を防止できるのであるから、ヒータ断線等のヒータ耐久性を向上させることができる。
【００５９】
つまり、実施例１，２では、従来の様にスルーホールを形成しなくても、効果的に膨れを防止できるので、膨れ防止用のスルーホールを形成する工程を省略でき、作業性が向上するという顕著な効果を奏する。
また、上述した実施例１，２の様に露出パターンを設けることによって、複数のヒータパターンが設けられたグリーンシート積層体を切断するという従来の工程にて、露出パターンを個々のグリーンシート積層体の積層端面にて露出させることができるので、これまでの作業工程をそれほど変更し無くとも済むという長所がある。
【００６０】
更に、前記実施例１，２の様な棒状のセラミックヒータでは、従来のスルーホール等の機械的強度の落ちる手段は、熱衝撃の点で採用できないが、上述した実施例１，２の構成では、その様なスルーホールを必要としないので、機械的強度の点で全く問題はない。
【００６１】
特に、外部と電気的接続を図るために、端子部において白金線を積層間に挟み込んだものでは、特に白金線の近くで膨れが多く発生し、この対策が望まれるが、従来のスルーホールの技術によってこの部分にスルーホールを設けると、機械的強度がなくなって非常に折れ易くなるばかりか、焼成時に変形してしまう可能性があるので、スルーホールを形成することは殆ど不可能である。それに対して、前記実施例１，２では、スルーホールを設ける必要がなく、単に端子部に連設して露出パターンを設ければいいので、この点でも大きな効果がある。
【００６２】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等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において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、前記各実施例では、回路パターンの一部のみを露出されているが、図９に示す様に、複数箇所に露出パターンを設けてもよい。例えば隣合うヒータパターンのリード部の全体にわたって、梯子状に露出パターンを設けて、各ヒータパターンをつなげてもよい。
【００６３】
また、印刷工程を増やすことができれば、露出パターンだけヒータパターンと異なる素材を使用してよい。それによって、高価な白金はヒータパターンのみに使用して、コストダウンを図ることができる。尚、この露出パターンの素材は、必ずしも導電性である必要はなく、その露出面からガスを排出することができれば、特に限定はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のセンサ用セラミックヒータの回路パターンを示す平面図である。
【図２】  ヒータパターンの端子部を示す説明図である。
【図３】  セラミック積層体を示し、（ａ）はセラミック積層体の側面図、（ｂ）は切断されたセラミック積層体の斜視図である。
【図４】  実施例２のセンサ用セラミックヒータの回路パターンを示す平面図である。
【図５】  ヒータパターンの端子部を示す説明図である。
【図６】  従来例のセンサ用セラミックヒータの回路パターンを示す平面図である。
【図７】  実験例１におけるセンサ用セラミックヒータの外観の観察結果を示すグラフである。
【図８】  実験例２におけるセンサ用セラミックヒータの加速耐久試験の結果を示すグラフである。
【図９】  その他のセンサ用セラミックヒータの回路パターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１，３１…グリーンシート            ３，３３…回路パターン
５，３５…ヒータパターン            ７…発熱部
９…リード部                        １３，３７…端子部
１１，３９…露出パターン            ２５（ａ）…積層端面
【図１】
0004053099.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004053099.tif 000008
【図８】
0004053099.tif 000009
【図９】
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