(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスの基体中に発熱体が埋設され、この発熱体に通電するための電極パッドを前記基体の表面に備え、前記電極パッド上にＮｉメッキ層が形成されたセラミックヒータにおいて、Ｎｉを主成分とし、副成分としてＭｎを０．５〜１．５重量％含有する金属リード材が、前記電極パッドにろう付けされていることを特徴とする、耐硫化性を有するセラミックヒータ。
【請求項２】
上記金属リード材に含まれるＳｉを０．５重量％以下としたことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油ファンヒーターの点火用・気化用及び酸素濃度検出用センサーの補助加熱ヒーターなど各種産業機種に使用するセラミックヒータ、あるいは半導体素子を搭載する基板やパッケージ、さらには各種電子部品等、通電して機能を持たせるようにした通電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミック体に、発熱体、回路等の導体を備え、この導体に通電することによって、何らかの機能を持たせるようにした通電デバイスが使用されている。
【０００３】
この通電デバイスの一つとして、従来から平板・ロッド状及び管状などの形状をしたセラミックヒータが使用されている。
【０００４】
図１〜３に、ロッド状のセラミックヒータの概略図を示した。内部電極の取り出し構造として、あらかじめセラミックシート２にスルーホール１２を設け、この中に導電性ペーストを充填して、セラミックシート２外側へ導通をとり、その上にメタライズ８を導電性ペーストを用いてプリントする。その後、セラミック軸３に、発熱体ペースト（発熱部４、引き出し部５）をプリントしたセラミックシート２を巻き付け焼成し、セラミックヒータ焼結体を得る。
【０００５】
その後、メタライズ８の表面にＮｉメッキ９を施した後、Ｎｉ等の金属リード７をＡｕ／Ｃｕ系・Ａｇ／Ｃｕ系・Ａｇ系等のろう材１０を用いてろう付けして、セラミックヒータとしている。またその際、メタライズ８・ろう材１０及び金属リード７の高温酸化及び湿度変色を防止するために、Ｎｉメッキ１１を施し全体を覆っているものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記セラミックヒータのろう付けで使用される金属リード７は、一般的に純Ｎｉ（Ｎｉ：９９．０％以上）が使用されている。
【０００７】
ところが、上記のようなセラミックヒータにおいては、Ｎｉメッキ時のメッキ液もしくは、前処理・後処理の微少な残留によりＳが残留し、金属リード７の粒界層が侵され容易に金属リードが脆性破壊するという問題があった。
【０００８】
また、ろう付けにおいて還元雰囲気炉を使用するが、微妙な雰囲気の変動においてＮｉの粒界に酸素が進入し、粒界酸化を生じ上記同様に、容易に金属リード７が脆性破壊するという問題があった。
【０００９】
また、上記セラミックヒータを使用する環境として、密封されている場合が多い。上記セラミックヒータを通電した際、密封状態で発熱させるため、電極部まで加熱される。このことにより、金属リード７が酸化して、クラックが入り、破壊を助長する可能性があった。
【００１０】
なお、上記はセラミックヒータについて述べたが、半導体装置等の他の通電デバイスにおいても、同様に金属リードを備えて、高温雰囲気で使用されるような場合、同様の問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑み、ろう付け部の金属リード７の耐硫化性及び耐酸化性を改善し、これらにより信頼性を向上させたセラミックヒータ等の通電デバイスを提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の耐硫化性を有するセラミックヒータは、セラミックスの基体中に発熱体が埋設され、この発熱体に通電するための電極パッドを前記基体の表面に備え、前記電極パッド上にＮｉメッキ層が形成されたセラミックヒータにおいて、Ｎｉを主成分とし、副成分としてＭｎを０．５〜１．５重量％含有する金属リード材が、前記電極パッドにろう付けされていることを特徴としている。
【００１３】
また、上記金属リード内に含まれるＳｉを０．５重量％以下としたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態としてセラミックヒータについて、図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
図１，３に示すごとく、本例のセラミックヒータは発熱体Ａとして発熱部４と引き出し部５をセラミック体１の内部に内蔵してなる。該セラミック体１には、上記内部の引き出し部５からスルーホール１２を介して、外部に電極部６を有してなる。図２に示すごとく、上記セラミック体１は、セラミックシート２とセラミック中軸３よりなり、セラミックシートに発熱体Ａとして発熱部４と引き出し部５を設けてなる。そして、該セラミック軸３の周囲にセラミックシート２を巻き付けて一体的に焼成する。
【００１６】
電極部６の詳細構造として、図３に示すごとく、スルーホール１２を介して外部に取り出したメタライズ８の上部にＮｉメッキ９を施す。この上に、Ａｇろう等のろう材１０を用いて金属リード７を接合する。さらにその上部に、Ｎｉメッキ１１を施し、セラミック体１を得る。
【００１７】
なお、この際の金属リード７は、Ｎｉを主成分とし、副成分としてＭｎを０．５〜１．５重量％含有し、且つＳｉを０．５重量％以下とした金属材により形成することにより、耐食性を向上させたものである。
【００１８】
次に、本発明の作用効果につき説明する。本例のセラミックヒータにおいては、Ｎｉメッキ９、１１の製造工程で使用されるメッキ液内に微量のＳが存在する。そのメッキ液の微少な残渣により、金属リード７上にＳが残留し、その後の熱処理により、Ｓが粒界拡散したとしても、金属リード７として耐食性の高い金属材を用いているため、容易に破壊しない。
【００１９】
さらに、電極部６のろう付け時の還元雰囲気炉中における、微妙な雰囲気変動が発生した場合でも、金属リード７の粒界が酸化せず、破壊することはない。
【００２０】
また、上記セラミックヒータを使用する環境として、密封されている場合が多い。上記セラミックヒータを通電した際、密封状態で発熱させるため、電極部６まで加熱される。このことにより、金属リード７が酸化したとしても、クラックが入り、破壊を助長するようなことはない。また、金属リード７の引っ張り強度も低下しない。
【００２１】
よって、本例のセラミックヒータは金属リード７の耐久性を向上させることができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態として平面状のヒータとすることもできる。
【００２３】
図４、５に示すごとく、本例のセラミックヒータは発熱体Ａとして発熱部４と引き出し部５をセラミック体１の内部に内蔵してなる。該セラミック体には、上記内部の発熱体Ａの上に電極部６を形成するため、あらかじめ打ち抜かれたセラミックシート１３を重ね一体的に焼成する。このことにより、同時に電極部６も有してなる。
【００２４】
以下、電極部６の詳細構造を説明する。図６に示すごとく、引き出し部５を露出させたメタライズ８の上部にＮｉメッキ９を施す。また、上記Ｎｉメッキ９を施したメタライズ８と金属リード７の接合にろう材１０を用いてなる。この際のろう材１０はＡｇろうを用いる。
【００２５】
なお、この際の金属リード７は、Ｎｉを主成分とし、副成分としてＭｎを０．５〜１．５重量％含有し、且つＳｉを０．５重量％以下とした金属材を用いる。本例の場合、金属リード７を接合させる設置場所は平面である。
【００２６】
この方法で得られたセラミックヒータにおいても、優れたリード接合強度を有すると共に、発明の実施の形態と同様の作用効果も有している。
【００２７】
なお、以上の実施形態ではセラミックヒータについて述べたが、本発明は、半導体装置、回路基板、各種電子部品等の通電デバイスにも適用することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明をセラミックヒータに適用し、さまざまな実験を行った。
【００２９】
実施例１
下記表１に、Ｍｎ量を変量させた金属リードの耐硫化試験及び耐酸化試験並びに、金属リードとＡｇろうからなるろう材の濡れ性確認及び金属リードの引っ張り強度を示す。
【００３０】
また、表１中の各評価基準は以下の通りである。
【００３１】
0003838785.tif 000002
耐硫化試験は、Ｓの影響を確認するべく、Ｓを各金属リードに含有させ、７００℃にて５時間熱処理を施した後の屈曲による金属リードの破壊を確認した。Ａは容易に脆性破壊を呈したが、Ｂ〜Ｆは破壊しなかった。
【００３２】
また、耐酸化試験は、約１０００℃にて１時間酸化雰囲気にて熱処理を施した後の屈曲による金属リードの破壊を確認した。Ａは金属リードの表面にクラックを呈するが、Ｂ〜Ｆはクラックは見られなかった。
【００３３】
濡れ性の確認においては、ろう付け部を観察した結果を示す。Ａ〜Ｄにおいては金属リードにろう材が密着し、非常に良好な状態でろう付けされており、表面膜は見られなかった。
【００３４】
Ｅにおいては、金属リードの表面に膜が見られ、Ｆにおいては、表面膜がある上金属リードとろう材に隙間が見られる。金属リード引っ張り強度においては濡れ性確認と相関のある結果を示しており、Ｅ，Ｆにおいては非常に強度の低い結果となっており製品として機能しない。このことは、金属リード表面上にＭｎが浮きだし、Ｍｎ膜で金属リード表面を覆うことにより、ろう材との濡れ性が低下し且つ強度低下を招いたものと判断した。
【００３５】
以上、試験により得られた結果より、Ｍｎ量を０．５〜１．５重量％含有するＮｉ金属リードを使用することにより、本発明の目的とするところの、ろう付け部の金属リードの耐硫化性及び耐酸化性よっては信頼性を向上させたセラミックヒータを得ることができる。
【００３６】
【表１】
0003838785.tif 000003
【００３７】
次に、下記表２に金属リード内Ｍｎ含有量が請求項１記載範囲内のもので、Ｓｉ量を変量させた耐硫化試験及び耐酸化試験並びに、金属リードとろう材の濡れ性確認及び金属リードの引っ張り強度を示す。
【００３８】
また、表２中の各評価基準は以下の通りである。
【００３９】
0003838785.tif 000004
各々の試験は上記と同様に実施した。耐硫化試験及び耐酸化試験においては、Ｓｉ量を変動させることによる影響はなく良好な結果を示す。但し、濡れ性の確認においてはＩにおいて上記Ｅ同様に金属リードの表面に膜が見られ、同じく金属リード引っ張り強度においても濡れ性確認と相関のある結果を示しており、Ｉにおいては非常に強度の低い結果となっている。このことは、上記同様金属リード表面上にＳｉが浮きだし、Ｓｉ膜で金属リード表面を覆うことにより、ろう材との濡れ性が低下し且つ強度低下を招くものである。
【００４０】
以上、試験により得られた結果より、Ｎｉを主成分とする金属リード中のＳｉの含有量を０．５重量％以下とすることにより、本発明の目的とするところの、ろう付け部の金属リードの耐硫化性及び耐酸化性を改善し、これらにより信頼性を向上させたセラミックヒータを得ることができる。
【００４１】
【表２】
0003838785.tif 000005
【００４２】
実施例２
本発明の他の実施例として、金属リード７の接合に用いるろう材をＡｕ／Ｃｕろうとしたところ、優れたリード接合強度を有すると共に、上記実施例と同様の作用効果も有していた。
【００４３】
実施例３
本発明の他の実施例として、Ｎｉメッキ１１を形成しないセラミックヒータを作製した。本実施例では、耐熱保護の役割を有するＮｉメッキ１１を有しないため、電極部６が加熱される場合にかかる熱負荷が発明の実施の形態よりも大きい。しかし、この場合でも金属リード７の酸化によるクラックの発生及びそのことによる破壊の助長はなく、発明の実施の形態と同様の作用効果も有していた。
【００４４】
実施例４
図４〜６に示す平面セラミックヒータを作製した。この方法で得られたセラミックヒータにおいても、優れたリード接合強度を有すると共に、発明の実施の形態と同様の作用効果も有していた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の通電デバイスにおいては、ろう付けされる金属リードの材質をＮｉを主成分とし、副成分としてＭｎを０．５〜１．５重量％含有し、且つ、金属リード内に含まれるＳｉを０．５重量％以下としたことによって、Ｎｉメッキ時のメッキ液もしくは、前処理・後処理の微少な残留によりＳが残留したとしても、上記金属リードを用いた通電デバイスにおいては、粒界層が侵されず、金属リードが破壊しない、優れたリード接合強度を有する通電デバイスを得ることができる。
【００４６】
更に、ろう付け時の還元雰囲気炉中の微妙な雰囲気の変動に伴う粒界酸化も生じず、破壊しない。また、実際のセラミックヒータ等の通電デバイスの使用環境における、電極部の温度上昇及び熱負荷にも耐えうる、優れたリード接合強度を有する通電デバイスを得ることができる。
【００４７】
よって、本発明によれば、金属リードの故障等が少なく、信頼性が高い通電デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の通電デバイスの一実施形態であるセラミックヒータを示す斜視図である。
【図２】上記セラミックヒータの製造工程を示す斜視図である。
【図３】図１中のＺ−Ｚ線拡大断面図である。
【図４】本発明の通電デバイスの一実施形態であるセラミックヒータの他の実施例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すセラミックヒータの製造工程を示す斜視図である。
【図６】図４中のＹ−Ｙ線拡大断面図である。
【符号の説明】
１．．．セラミック体
２，１３．．．セラミックシート
３．．．セラミック軸
４．．．発熱部
５．．．引き出し部
６．．．電極部
７．．．金属リード
８．．．メタライズ
９，１１．．．Ｎｉメッキ
１０．．．ろう材
１２．．．スルーホール
【図１】
0003838785.tif 000006
【図２】
0003838785.tif 000007
【図３】
0003838785.tif 000008
【図４】
0003838785.tif 000009
【図５】
0003838785.tif 000010
【図６】
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