JPH059908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明はセラミツ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、セラミツ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、焼結することによつて、電
子回路の小型化、軽量化を図るといつたことが行
われている。 ここで、この種のセラミツ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７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１ａ，１ｂを形成し、銅等か
ら通常のリード線２を半田付けＡするようにして
いるもの、あるいは第８図に示す如く、セラミツ
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、その上からセラミツク板６
を密着し、一体焼結させることによつてこの白金
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ツク基板を各種検出
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
を検出するといつ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、セラミツ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
することによつて、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
は、 セラミツク基板と、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
れた貴金属メツキリード線と、を備えたセラミツ
ク基板の端子構造であつて、 上記貴金属メツ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ツク基板の端子構造を要
旨としている。 ここで上記セラミツク基板としては、通常用い
られるセラミツク基板でよく、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ツク基板が挙げられる。 次に貴金属メツキリード線におけるリード線と
しては、例えば銅、銀、鉄等を主成分とするリー
ド線、あるいはニツケル、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
貴金属メツ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れ、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れ、
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、ヒータとしては用いられて
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。 またセラミツ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ツク粉末を添加する
ことが望ましく、この場合セラミツク基板との接
合強度を増加させるためにはセラミツク粉末を４
ないし20％の割合で添加することが望ましい。一
方貴金属メツキリード線との接合強度を増加させ
るためには、セラミツク粉末の添加割合が少ない
が望ましい。従つて、電極層を２層とし、セラミ
ツク基板基板側電極層にセラミツク粉末を４ない
し20％添加し、貴金属メツキリード線側電極層に
セラミツク基板側電極層より少ない割合のセラミ
ツク粉末を添加するようにすれば、セラミツク基
板と電極層、及び電極層と貴金属メツキリード線
の接合強度をより向上することができる。 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ツク基板側電極層に白金
を用いた方がよく、また貴金属メツキリード線側
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、貴金属メツ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つて行うことがで
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。 図において１０はセラミツク基板上に検出素子
１１を備え、酸素濃度を検出するための検出部、
１２は検出部１０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１
２ａに取り付けられ、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
１０を把持するための内筒であり、検出部１０
は、スペーサ１５、充填粉末１６及びガラスシー
ル１７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１：１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℃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ツト１８が設けられて
いる。 １９は内筒１４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
シール材であつて、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２１ないしい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１
９内にシール材２０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３１ないし３３と加
締接続することによつて行われる。 次に検出部１０は第４図に示すイ，ロ，ハの手
順に従つて作製される。 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Al₂O₃92重量％、SiO₂4
重量％、CaO2重量％及びMgO2重量％からなる
混合粉末100重量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
クタープレート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［mm］、グ
リーンシート４１は厚さ0.2［mm］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４３は検出素子１１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は発熱抵抗体パターン４４や検出素子１１に
電源を印加あるいは検出信号を抽出するための電
極であつて、端子３１ないし３３と夫々接続され
るものである。 本検出部１０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つて開口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４１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４０，４１を1500
℃の大気中にて２時間放置することによつてセラ
ミツ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１１を設けることとなるのであ
るが、この検出素子１１は平均粒径1.2「μｍ」の
TiO₂粉末100モル部に対し１モル部の白金ブラツ
クを添加し、更に全粉末に対して３重量％のエチ
レンセルロースを添加しブチルカルビトール中で
混合し300ポイズに粘度調整したTiO₂ペースト
を、開口４９を充塞しかつ電極パターン４２及び
４３の先端に披着するよう厚膜印刷した後、1200
℃の大気中に１時間放置して焼き付けることによ
つて焼成される。 次に検出部１０の電極４５ないし４７と端子３
１ないし３３との接続は第５図に示す如く行われ
る。尚、端子３１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れ、
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３３を電極４５ないし４７上に夫々配設する。
そしてロに示す楔５０を500℃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
よつて熱圧着され、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１４によつて把持され、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１０においては端子３１及び端子
３３間に加熱用の電源を印加することによつて検
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つて排気中酸
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
たセラミツク基板の電極と端子との接続を、加熱
された楔によつ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覆つているため、
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１０を作製する
際、セラミツク基板となるグリーンシート上にセ
ラミツク（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、セラミツ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
各層へのセラミツ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た。 即ち、第６図に示す如く、まずセラミツク基板
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1500
℃、保持時間２時間の条件で焼成することによ
り、電極層を備えたセラミツク基板を作製
し、更に径が0.3［mm］の銅リード線上に2.5［μ
ｍ］の金メツキを施したリード線を、500℃に
加熱された楔を10［Kg］の力で押圧することによ
り、電極層にリード線を熱圧着した。そして
図に破線Ｂで示す如く、リード線をセラミツク
基板に対して垂直方向に引つ張り、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
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つた。 尚次表におけるNO1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、
つまりセラミツク基板側を白金80％、アルミナ20
％とし、２層目、つまり貴金属メツキリード線側
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
はセラミツ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。

【表】 ［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明においては、セラミ
ツ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ツ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
ツク基板を焼成した後、貴金属メツキリード線を
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
来のセラミツク基板の端子構造を示す斜視図、で
ある。 １０……検出部、１７……ガラスシール、３
１，３２，３３……端子、４０……グリーンシー
ト、４５，４６，４７……電極、５０……楔、
……セラミツク基板、……電極層、……リー
ド線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク基板と、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
   された貴金属メツキリード線と、を備えたセラミ
   ツク基板の端子構造であつて、 上記貴金属メツ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ツク基板の端子構造。