JPH0473871A - セラミック基板の端子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミック基板の端子構造に関するものである
。

［従来の技術］ 従来より、セラミック材からなる基板上に金又は白金族
の貴金属を主体とした貴金属ペーストにてパターンを形
成し、焼結することによって、電子回路の小型イし　軽
量化を図るといったことが行われている。

ここで、この種のセラミック基板における信号を入・出
力するための端子構造としては、例えば第５図に図示す
る如く、基板１の端面に上記貴金属ペーストにて電極］
ａ、１ｂを形成し、銅等からなる通常のリード線２を半
田付けＡするようにしているもの、あるいは第す図に示
す如く、セラミック基板３に形成された上記貴金属ペー
ストのパターン４上に、貴金属からなるリード線、例え
ば白金リード線５を設け、その上からセラミック板６を
密着し、一体焼結させることによってこの白金リード線
５を端子とするものがある。

［発明が解決しようとする課題］ ところでこのようなセラミック基板を各種検量器の基板
として用いるような場合、例えば各種燃焼機器に取り付
け、排気中の酸素濃度等ガス成分を検出するといったガ
スセンサに用いるような場合には、上記前者の半田付け
による端子構造では耐熱性がないことから使用できず、
また後者の白金リード線を用いた端子構造では耐熱性は
良いが、白金自身の強度が小さいことから補強用のリー
ド線を溶接する必要があり、また白金自体高価なもので
あるので製造原価が高くなる問題がある。

そこで本発明は、セラミック基板の端子構造を耐熱性を
有しかつ比較的安価に生産することができるようにする
と共に、信頼性の高い端子構造とすることによって、例
えば内燃機関のように高温、高振動の場所に取り付けら
れる検出器に使用した場合にも充分に耐え得るようにす
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明（よセラミ
ック基板と、該基板上に形成された貴金属を主成分とす
る電極層と、該電極層に熱圧着された貴金属メッキリー
ド線と、を備えたセラミック基板の端子構造であって、 上記貴金属メッキリード線の電極層への熱圧着部を、ガ
ラスを主成分とする保護層で覆ってなることを特徴とす
るセラミック基板の端子構造を要旨としている。

ここで上記セラミック基板としては、通常用いられるセ
ラミック基板でよく、例えばアルミナ、ベリリア、ムラ
イト、ステアタイト等を主成分として焼成したセラミッ
ク基板が挙げられる。

次に貴金属メッキリード線におけるリード線としては、
例えば飢　銀、鉄等を主成分とするリード線、あるいは
ニッケル、クロム等のメツキを施したもので良く、通常
用いられるリード線であれば良いが、特に加工　価格等
の面から銅またはその合金のリード線を用いることが望
ましい。また貴金属メッキリード線における貴金属メツ
キとしては、白金、パラジウム、インジウム等の白金族
または金を用いたメツキが挙げらね、特に熱圧着による
接合強度の点から金のメツキが望ましい。

電極層としては、上記貴金属メツキと同様に金または白
金族を主成分とした電極層が挙げら札中でも白金は適度
の電気抵抗を有することから、よく電気回路の抵抗、ヒ
ータとして用いられている。そのため電気回路をそのま
ま電極として用いることができるので白金を用いること
が望ましい。

またセラミック基板上に耐久性のある電極層を設けるた
めには適量のセラミック粉末を添加することが望ましく
、この場合セラミック基板との接合強度を増加させるた
めにはセラミック粉末を４ないし２０％の割合で添加す
ることが望ましい。

一方貴金属メッキリード線との接合強度を増加させるた
めには、セラミック粉末の添加割合が少ない方が望まし
い。従って、電極層を２層とし、セラミック基板基板側
電極層にセラミック粉末を４ないし２０％添加し、貴金
属メッキリード線側電極層にセラミック基板側電極層よ
り少ない割合のセラミック粉末を添加するようにすれば
、セラミック基板と電極層、及び電極層と貴金属メツキ
リド線の接合強度をより向上するとかできる。

またこのように電極層を２層とする場合には、前記した
理由からセラミック基板側電極層に白金を用いた方がよ
く、また貴金属メッキリード線側電極層にはリード線の
貴金属メツキにおいて述べたと同様に金を用いた方がよ
り効果的である。

次に熱圧着は、貴金属メッキリード線と電極層とを加熱
しつつ圧着し、その接合部分を溶解させて接着すること
であるが、この方法としては例えば耐熱性の楔を高温に
加熱し、リード線の上から電極層方向に押圧することに
よって行うことができる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第１図は本発明が適用された、内燃機関の排気中の
酸素濃度を検出する酸素センサの部分断面側面図である
。

図においで１０はセラミック基板上に検出素子］］を備
え、酸素濃度を検出するための検出部、］２は検出部１
０を把持すると共に本センサを内燃機関に取り付けるた
めの筒状に形成された主体金具、１３は主体金具１２の
内燃機関側先端部１２ａに取り付けら札検出部１０を保
護するためのプロテクタ、１４は主体金具１２と共に検
出部］０を把持するための内筒であり、検出部１０（よ
スペーサ１５、充填粉末］６及びガラスシール］７を介
して主体金具１２及び内筒１４にて把持される。ここで
充填粉末１６は滑石及びガラスの１：］の混合粉末であ
り、ガラスシール１７は低融点ガラスにより６００’Ｃ
でシールし、検出ガスの漏れを防止するためのものであ
る。また主体金具１２の外周には内燃機関取付用のねじ
部１２ｂが刻設されており、内燃機関壁面当接部分には
、排気が漏れないようガスケット１８が設けられている
。

］９は内筒］４を覆うように主体金具１２に取り付けら
れる外筒、２０はシリコンゴムからなるシール材であっ
て、リード線２１ないし２４と、第２図に示すガラスシ
ール１７より突出された検出部１０からの端子３１ない
し３３との接続部を絶縁保護するためのものである。

このリード線２］ないし２３と端子３１ないし３３との
接続は、第３図に示す如く予め外筒１９内にシール材２
０及びリード線２１ないし２３を納めると共に、各リー
ド線２１ないし２３の先端に加締金具２４ないし２６を
接続し、その後加締金具２４ないし２６を端子３］ない
し３３と加締接続することによって行われる。

次に検出部］０は第４図に示す（イ）、　（ロ）、（ノ
リの手順に従って作製される。

図において４０及び４１は、前述の実施例と同様に平均
粒径１．５［μｍ］のＡ　Ｉ２０３９２重量％、５ｉ０
２４重量％、Ｃａ０２重量％及びＭｇ０２重量％からな
る混合粉末１００重量部に対してブチラール樹脂１２重
量部及びジブチルフタレート（ＤＢＰ）６重量部を添加
し、有機溶剤中で混合してスラリーとし、ドクターブレ
ードを用いて形成されたグリーンシートであり、グリー
ンシート４０は厚さ１　［ｒｒｒｎ］、グリーンシート
４１は厚さ０゜２［ｒｒｒｎ］に形成されている。４２
ないし４７はＰｔに対し７％のＡｌ２Ｏ３を添加した白
金ペーストで厚膜印刷したパターンであり、４２及び４
３は検出素子１］の電極となる電極パターン、４４は検
出素子１１を加熱するためのヒータとなる発熱抵抗体パ
ターン、４５ないし４７は発熱抵抗体パタン４４や検出
素子］］に電源を印加あるいは検出信号を抽出するため
の電極であって、端子３］ないし３３と夫々接続される
ものである。

本検出部］Ｏの製造は、　（イ）に示す如く、まずグリ
ーンシート４０上に上記４２ないし４７のパターンを白
金ペーストで厚膜印刷することにより始められる。そし
て（ロ）から明らかな如く、グリーンシート４１に電極
パターン４２及び４３の先端部が露出するように打ち抜
きによって開口４９を形成し、グリーンシート４０にお
ける電極パターン４２．４３及び電極４５ないし４７を
除く全てのパターンを覆うべく、グリーンシート４０に
グリーンシート４］を積層熱圧着する。その後この積層
熱圧着されたグリーンシート４０．４］を］５００°Ｃ
の大気中にて２時間放置することによってセラミック基
板を焼結させる。次に（ハ）に示す如く、開口４９に検
出素子］］ヲ設けることとなるのであるが、この検出素
子１］は平均粒径１．２［μｍ］のＴｉ○２粉末１００
モル部に対し１モル部の白金ブラックを添加し、更に全
粉末に対して３重量％のエチルセルロースを添加しブチ
ルカルピトール中で混合し３ＱＯポイズに粘度調整した
ＴｌＯ２ペーストを、開口４９を充塞しかつ電極パター
ン４２及び４３の先端に被着するよう厚膜印刷した後、
１２００°Ｃの大気中に１時間放置して焼き付けること
によって焼成される。

次に検出部１０の電極４５ないし４７と端子３１ないし
３３との接続は第５図に示す如く行われる。尚、端子３
１ないし３３は、０．　３［ｍｍ］の銅板をエツチング
加工することにより一体形成さね２その上に厚さ２．５
［μｍ］の金メツキが施されている。

まず第５図（イ）に示す如く、上記各端子３１ないし３
３を電極４５ないし４７上に夫々配設する。そして（ロ
）に示す４９５０を５００°Ｃに加熱し、各端子３１な
いし３３を１０［ｋｇ］の力で押圧することによって熱
圧着さね、熱や振動に強い端子の接続ができる。

このようにして作製された検出部１０は、上述した如く
内筒］４によって把持さね２　内燃機関の排気中酸素濃
度を検出することとなるのであるが、この検出部］０に
おいては端子３１及び端子３３問に加熱用の電源を印加
することによって検出素子１１を加熱させ、端子３２及
び端子３３間の抵抗値の変化を検出することによって排
気中酸素濃度を得ることができる。

以上説明したように本実施例の酸素センサにおいては、
酸素濃度を検出する検出素子が形成されたセラミック基
板の電極と端子との接続を、加熱された楔によって熱圧
着することにより行い、しかも熱圧着部を低融点ガラス
にて覆っているため、熱に強く、振動等の外乱にも強い
端子構造を有する酸素センサとなる。

ここで上記実施例では、検出部］Ｏを作製する際　セラ
ミック基板となるグリーンシート上にセラミック（アル
ミナ）粉末を７％添加した白金ペーストを厚膜印刷する
ことにより電極層を形成しているが、この電極層として
は、以下の実験により、セラミック粉末の添加量を調整
することにより、基板と電極層及び電極層と端子の接合
をより強固に行うことができ、更に電極層を２層として
各層へのセラミック粉末の添加量を調整すればその接合
強度を更に向上できることがわかつＬ即ち、第６図に示
す如く、まずセラミック基板１として、上記実施例と同
様に厚さ１［ｍｍ］のグリーンシートを作製した後、電
極層１１として、白金（又は金）にアルミナ（又はガラ
ス）を後述の表に示す割合で添加したペーストを上記グ
リーンシート上に厚膜印刷し、これを大気中温度１５０
０℃、保持時間２時間の条件で焼成することにより、電
極層１１を備えたセラミック基板１を作製し、更に径が
０．　３［ｍｍ］の銅リード線上に２．５［μｍ］の金
メツキを施したリード線１１１を、５００℃に加熱され
た楔を１０［ｋｇｌの力で押圧することにより、電極層
１１にリード線１１１を熱圧着した　そして図に破線Ｂ
で示す如く、リード線１１１をセラミック基板１に対し
て垂直方向に引っ張り、基板−電極間あるいは電極−リ
ード間の剥離強度として測定したこの結果、次表から明
かな如く、電極層１１を１層とした場合、１０％のアル
ミナを含む電極層が最も接合強度が大きくなり、また電
極層１１を２層とした場合には、１層の場合よりも接合
強度を大きくすることができ、しかも、２層目（リード
線１１１側電極層）を金を主体とする電極層にすれば、
２層目を白金を主体とする電極層とするよりも大きな接
合強度を得ることができることがわかった。

尚次表におけるＮＯ４ないしＮＯ５は、電極層を１層と
し、白金を主成分としてアルミナの割合を表に示すごと
く変化させたもの、ＮＯ６及びＮＯ７は電極層を２層と
し、ＮＯ６においては１層目、つまりセラミック基板側
を白金８０％、アルミナ２０％とし、２層目、つまり貴
金属メッキリード線側を白金９８％、アルミナ２％とし
て焼成したものであり、ＮＯ７においては１層目は白金
８０％、アルミナ２０％とし、２層目を金９５％、ガラ
ス５％として焼成したものである。またＮＯ１における
＊印はセラミック基板と電極層との間が剥離したことを
示し、それ以外のものは電極層とリード線との間が剥離
した。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明においては、セラミック基板
上に貴金属を主成分とする電極層を形成し、この電極層
に貴金属メッキリード線を熱圧着することにより端子を
形成し、更にこの熱圧着部をガラスを主成分とする保護
層で覆うようにしている。このため熱に強く、また振動
等の外乱にも強い、耐久性のある端子構造となる。また
セラミック基板を焼成した後、貴金属メッキリード線を
熱圧着すればよいので、端子を容易に接続することがで
き、更には端子に貴金属メツキを施すだけで貴金属その
ものを使う必要がないことから比較的安価に作製できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明が適用された実施例の酸素
センサの構造を示す部分断面図、第４図はその酸素セン
サの検出部の組み立て工程を示す正面図及びＡ−Ａ線断
面図、第５図は同じく検出部の端子構造を示す正面図及
びＢ−Ｂ線断面図、第６図は基板−電極層−リード線の
接合強度の測定試験を説明する説明図、第７図及び第８
図は従来のセラミック基板の端子構造を示す斜視図、で
ある。 １０・・・検出部　　　　　　］７・・・ガラスシール
３１．３２．３３・・・端子　４０・・・グリーンシー
ト４５、　４６．　４７・・・電極　５０・・・模１・
・・セラミック基板　　　１１・・・電極層１１１・・
・リード線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック基板と、該基板上に形成された貴金属を主成
   分とする電極層と、該電極層に熱圧着された貴金属メッ
   キリード線と、を備えたセラミック基板の端子構造であ
   つて、上記貴金属メッキリード線の電極層への熱圧着部
   を、ガラスを主成分とする保護層で覆つてなることを特
   徴とするセラミック基板の端子構造。