JPH0719644B2 - セラミツクヒ−タの製造方法 - Google Patents
セラミツクヒ−タの製造方法Info
- Publication number
- JPH0719644B2 JPH0719644B2 JP4761286A JP4761286A JPH0719644B2 JP H0719644 B2 JPH0719644 B2 JP H0719644B2 JP 4761286 A JP4761286 A JP 4761286A JP 4761286 A JP4761286 A JP 4761286A JP H0719644 B2 JPH0719644 B2 JP H0719644B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- green sheet
- conductor
- ceramic
- ceramic heater
- binder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セラミック基板内に抵抗発熱体が内臓された
セラミックヒータの製造方法に関するものである。
セラミックヒータの製造方法に関するものである。
従来の技術 セラミックヒータは家庭用発熱器具をはじめ広く使われ
てきている。これらのセラミックヒータは、高純度アル
ミナセラミック基板内に、タングステン（Ｗ）やモリブ
デン（Mo）などの高融点金属を発熱体として一体化した
ものであり、高品質で高効率なセラミックヒータとして
知られている。
てきている。これらのセラミックヒータは、高純度アル
ミナセラミック基板内に、タングステン（Ｗ）やモリブ
デン（Mo）などの高融点金属を発熱体として一体化した
ものであり、高品質で高効率なセラミックヒータとして
知られている。
しかし、従来のこのセラミックヒータは、アルミナを完
全に焼結するには、1500℃以上の高温で、しかも途中で
のＷやMoの酸化を防ぐため水素を含む還元性の雰囲気ガ
ス中で焼成する必要がある。このため、セラミックヒー
タをつくるのに大型の電気炉が必要となり容易につくる
事ができなかった。さらに、アルミナのセラミック基板
の焼成時に、セラミックシート内に含まれる有機バイン
ダを還元雰囲気中で完全に除去するのは難しく、どうし
ても炭化されたカーボンによって緻密であるべき基板内
に大きなポアーやふくれを生じてしまう。このポアーに
よって基板の発熱体部が使用時に酸化したり腐食したり
して寿命が著しく低下する場合があった。
全に焼結するには、1500℃以上の高温で、しかも途中で
のＷやMoの酸化を防ぐため水素を含む還元性の雰囲気ガ
ス中で焼成する必要がある。このため、セラミックヒー
タをつくるのに大型の電気炉が必要となり容易につくる
事ができなかった。さらに、アルミナのセラミック基板
の焼成時に、セラミックシート内に含まれる有機バイン
ダを還元雰囲気中で完全に除去するのは難しく、どうし
ても炭化されたカーボンによって緻密であるべき基板内
に大きなポアーやふくれを生じてしまう。このポアーに
よって基板の発熱体部が使用時に酸化したり腐食したり
して寿命が著しく低下する場合があった。
さらにもう１つの例として、コーディエライトを主体と
するセラミック中に、パラジウム（pd）金属またはパラ
ジウム金属（pd）と白金（pt）との合金を埋没した抵抗
発熱体としたものがある。（特開昭57−187885号公報）
これは、使用しているセラミック材料が1300℃程度で焼
結し、又、使用している発熱体の材料がpd,ptの様な貴
金属であるため、空気中で焼成する事が可能である。
するセラミック中に、パラジウム（pd）金属またはパラ
ジウム金属（pd）と白金（pt）との合金を埋没した抵抗
発熱体としたものがある。（特開昭57−187885号公報）
これは、使用しているセラミック材料が1300℃程度で焼
結し、又、使用している発熱体の材料がpd,ptの様な貴
金属であるため、空気中で焼成する事が可能である。
しかし、上記の様に発熱体材料としてpd,pt等の貴金属
を用いているために材料コストが高くなる。
を用いているために材料コストが高くなる。
発明が解決しようとする問題点 上述した様に従来のアルミナセラミック基板内にＷやMo
を発熱体として用いる場合、その製造方法のために必要
な設備が大型化することによるコストアップを生じる。
また、焼成においてＷやMoが酸化されずに有機バインダ
等の有機成分を完全に燃焼除去する雰囲気をコントロー
ルするのが困難で、ひいては緻密な基板が得られず、発
熱体部の酸化や腐食を生じ、発熱体部とセラミック間の
接着強度が充分に得られず剥離等を生ずるという問題を
有している。一方、発熱体としてpd,ptを用いた場合、
貴金属であるため、材料コストが高くなるという問題が
ある。
を発熱体として用いる場合、その製造方法のために必要
な設備が大型化することによるコストアップを生じる。
また、焼成においてＷやMoが酸化されずに有機バインダ
等の有機成分を完全に燃焼除去する雰囲気をコントロー
ルするのが困難で、ひいては緻密な基板が得られず、発
熱体部の酸化や腐食を生じ、発熱体部とセラミック間の
接着強度が充分に得られず剥離等を生ずるという問題を
有している。一方、発熱体としてpd,ptを用いた場合、
貴金属であるため、材料コストが高くなるという問題が
ある。
本発明は上記問題点に鑑み、低温で焼結し、低コスト
で、焼成時の雰囲気制御が極めて容易で、かつ発熱体部
とセラミック間の接着強度が充分にあり、発熱体層の剥
離を生じない緻密なセラミックヒータの製造方法を提供
するものである。
で、焼成時の雰囲気制御が極めて容易で、かつ発熱体部
とセラミック間の接着強度が充分にあり、発熱体層の剥
離を生じない緻密なセラミックヒータの製造方法を提供
するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のセラミックヒー
タの製造方法においては、CuO 70〜98重量％に、添加物
として、耐熱性絶縁材料を２〜30重量％加えた無機成分
に有機ビヒクルを加えた導体ペーストをホウケイ酸ガラ
スとアルミナを主成分とする無機成分に有機ビヒクルを
加えたグリーンシート上に印刷し、導体配線を形成し、
乾燥の後、前記グリーンシートとは別のグリーンシート
を加熱、圧力によりラミネートし積層し、前記導体配線
を電気的に取り出す端子を形成した後、この様にして作
製した未焼結体を炭素に対して充分な酸化雰囲気中で脱
バインダし、さらに還元雰囲気中でCuOをCuOをCuに還元
し、最後に窒素雰囲気中で焼成し基板を焼結させるとい
うものである。
タの製造方法においては、CuO 70〜98重量％に、添加物
として、耐熱性絶縁材料を２〜30重量％加えた無機成分
に有機ビヒクルを加えた導体ペーストをホウケイ酸ガラ
スとアルミナを主成分とする無機成分に有機ビヒクルを
加えたグリーンシート上に印刷し、導体配線を形成し、
乾燥の後、前記グリーンシートとは別のグリーンシート
を加熱、圧力によりラミネートし積層し、前記導体配線
を電気的に取り出す端子を形成した後、この様にして作
製した未焼結体を炭素に対して充分な酸化雰囲気中で脱
バインダし、さらに還元雰囲気中でCuOをCuOをCuに還元
し、最後に窒素雰囲気中で焼成し基板を焼結させるとい
うものである。
作用 本発明は、上記した様に、グリーンシートの無機成分と
してホウケイ酸ガラスとアルミナを生成分としたものを
用いるため、Cuの融点以下の温度で焼結する。また導体
配線の出発原料として酸化物を用いるため、脱バインダ
工程を炭素に対して充分な酸化雰囲気で行えるため、グ
リーンシートや導体ペースト中の有機成分を完全に除去
する事が出来、還元、焼成の両工程における雰囲気制御
が極めて容易となる。さらに、導体ペーストの無機成分
にセラミックまたはガラス等の耐熱性絶縁材料を加える
事により、導体配線とセラミック間に充分な接着強度が
得られ、極めて緻密なセラミックヒータが得られる。
してホウケイ酸ガラスとアルミナを生成分としたものを
用いるため、Cuの融点以下の温度で焼結する。また導体
配線の出発原料として酸化物を用いるため、脱バインダ
工程を炭素に対して充分な酸化雰囲気で行えるため、グ
リーンシートや導体ペースト中の有機成分を完全に除去
する事が出来、還元、焼成の両工程における雰囲気制御
が極めて容易となる。さらに、導体ペーストの無機成分
にセラミックまたはガラス等の耐熱性絶縁材料を加える
事により、導体配線とセラミック間に充分な接着強度が
得られ、極めて緻密なセラミックヒータが得られる。
実施例 以下に本発明の実施例を示す。
まず導体ペーストの無機成分としては、第１表に示した
組成になる様にCuOと添加物（ホウケイ酸ガラスとアル
ミナを重量比１対１に混合したもの）を混合したものを
用いた。これらの無機粉体に、有機バインダーであるエ
チルセルロースをテレピン油に溶かした有機ビヒクルを
加えたものを三段ロールにより適度な粘度に混練して作
製したものを導体ペーストとした。
組成になる様にCuOと添加物（ホウケイ酸ガラスとアル
ミナを重量比１対１に混合したもの）を混合したものを
用いた。これらの無機粉体に、有機バインダーであるエ
チルセルロースをテレピン油に溶かした有機ビヒクルを
加えたものを三段ロールにより適度な粘度に混練して作
製したものを導体ペーストとした。
一方グリーンシートは、ホウケイ酸ガラスにアルミナを
重量比で１対１に混合した無機成分に、有機バインダー
であるポリビニルブチラールをトルエンに溶かした有機
溶剤に、可塑剤であるヂーブチルフタレートを加え、ボ
ールミルで混合し、これを脱泡後、ドクターブレード法
で造膜、乾燥し、約1.2mm厚となるようにした。そして
その後、所定のサイズに切断した。この様にして作製し
たグリーンシート上に、前記の導体ペーストを200メッ
シュのスクリーンで印刷し、乾燥（120℃で10分間）さ
せ導体層を形成した。その後、その上にさらに導体ペー
ストの印刷されていない前記のグリーンシートを重ね、
70℃、200kg/cm2の圧力でラミネートし、積層化した。
この様にして作製した未焼結体の斜視図を第１図に示
す。次に第１図の30が示す部分に、前記の導体ペースト
をぬり端子部分とした。乾燥（120℃で10分間）、未焼
結体を第３図の特性曲線ａで示す温度プロファイルで、
空気中で脱バインダし、その後、第３図の特性曲線ｂで
示す温度プロファイルで、N2＋H2中（H2/N2＝20/80:流
量２/min）で還元し、最後に第４図に示す温度プロフ
ァイルでN2中で焼成した。この様にして作製したセラミ
ックヒータの断面図を第２図に示す。
重量比で１対１に混合した無機成分に、有機バインダー
であるポリビニルブチラールをトルエンに溶かした有機
溶剤に、可塑剤であるヂーブチルフタレートを加え、ボ
ールミルで混合し、これを脱泡後、ドクターブレード法
で造膜、乾燥し、約1.2mm厚となるようにした。そして
その後、所定のサイズに切断した。この様にして作製し
たグリーンシート上に、前記の導体ペーストを200メッ
シュのスクリーンで印刷し、乾燥（120℃で10分間）さ
せ導体層を形成した。その後、その上にさらに導体ペー
ストの印刷されていない前記のグリーンシートを重ね、
70℃、200kg/cm2の圧力でラミネートし、積層化した。
この様にして作製した未焼結体の斜視図を第１図に示
す。次に第１図の30が示す部分に、前記の導体ペースト
をぬり端子部分とした。乾燥（120℃で10分間）、未焼
結体を第３図の特性曲線ａで示す温度プロファイルで、
空気中で脱バインダし、その後、第３図の特性曲線ｂで
示す温度プロファイルで、N2＋H2中（H2/N2＝20/80:流
量２/min）で還元し、最後に第４図に示す温度プロフ
ァイルでN2中で焼成した。この様にして作製したセラミ
ックヒータの断面図を第２図に示す。
次に、導体層とセラミック間の接着強度を測定するため
に、第５図に示す様なテストピースを作製した。なお、
内層の導体層22は出来るだけ厳しい条件で測定するため
に、広い面積を有する様にした。なお、上層の導体パッ
ド21層は内層と同じペーストを用いた。テストピース作
製の際のペースト組成、グリーンシート組成、印刷条
件、乾燥条件、脱バインダ条件、還元条件、焼成条件
は、前述したとおりである。この様にして作製したテス
トピースの上層部の導体パッド（ほぼ2mm×2mm）に垂直
に0.8mmφの銅線をハンダ付けし、その銅線を垂直に引
上げた際の引張強度を測定し、導体層の接着強度とし
た。その結果を第１表に示した。なお、導体ペーストF,
G,Hを用いた場合、添加物量が多くハンダ付けが不可能
であったため接着強度の測定は出来なかった。そこで導
体ペーストF,G,Hを内層の導体層とするものに対して
は、上層の導体層としてハンダ付け性の良好な導体ペー
ストＤを用いて作製したテストピースで接着強度の測定
を行った。その結果、導体ペーストF,G,Hを用いた場
合、破壊が、セラミックと上層の間で起こるため内層導
体層のセラミック強度は導体ペーストＤの場合よりも強
いと思われる。
に、第５図に示す様なテストピースを作製した。なお、
内層の導体層22は出来るだけ厳しい条件で測定するため
に、広い面積を有する様にした。なお、上層の導体パッ
ド21層は内層と同じペーストを用いた。テストピース作
製の際のペースト組成、グリーンシート組成、印刷条
件、乾燥条件、脱バインダ条件、還元条件、焼成条件
は、前述したとおりである。この様にして作製したテス
トピースの上層部の導体パッド（ほぼ2mm×2mm）に垂直
に0.8mmφの銅線をハンダ付けし、その銅線を垂直に引
上げた際の引張強度を測定し、導体層の接着強度とし
た。その結果を第１表に示した。なお、導体ペーストF,
G,Hを用いた場合、添加物量が多くハンダ付けが不可能
であったため接着強度の測定は出来なかった。そこで導
体ペーストF,G,Hを内層の導体層とするものに対して
は、上層の導体層としてハンダ付け性の良好な導体ペー
ストＤを用いて作製したテストピースで接着強度の測定
を行った。その結果、導体ペーストF,G,Hを用いた場
合、破壊が、セラミックと上層の間で起こるため内層導
体層のセラミック強度は導体ペーストＤの場合よりも強
いと思われる。
以上の結果より、添加物を２％以上加えて作製した導体
ペーストを用いた場合非常に良好な接着強度が得られ、
剥離等の問題はほとんどない。しかしながら、導体ペー
ストＨの場合、導体層配線に導通がまったく得られなか
った。これは添加物量があまりに多すぎるためだと思わ
れる。そのため発熱体として用いるには不適当だと思わ
れます。次に導体ペーストC,D,E,F,Gを用いて作製した
セラミックヒータの抵抗変化率の測定および断面のSEM
観察を行った。抵抗変化率は、その結果、TH試験（85
℃、85％）後500時間後においてもすべてのサンプルが2
0％以下という、従来のW,Moを発熱体とした場合と比べ
て極めて良好な結果を示した。また、SEM観察により、
すべてのサンプルが極めて緻密な構造を有している事が
観察された。
ペーストを用いた場合非常に良好な接着強度が得られ、
剥離等の問題はほとんどない。しかしながら、導体ペー
ストＨの場合、導体層配線に導通がまったく得られなか
った。これは添加物量があまりに多すぎるためだと思わ
れる。そのため発熱体として用いるには不適当だと思わ
れます。次に導体ペーストC,D,E,F,Gを用いて作製した
セラミックヒータの抵抗変化率の測定および断面のSEM
観察を行った。抵抗変化率は、その結果、TH試験（85
℃、85％）後500時間後においてもすべてのサンプルが2
0％以下という、従来のW,Moを発熱体とした場合と比べ
て極めて良好な結果を示した。また、SEM観察により、
すべてのサンプルが極めて緻密な構造を有している事が
観察された。
なお、本実験においては、導体ペースト用のバインダと
してエチルセルロースを、グリーンシート用のバインダ
としてポリビニルブチラールを用いたが、これに限るも
のではなく、本発明においては脱バインダ工程を空気中
で行うためもっと広い範囲から適当なバインダを選べる
のは言うまでもない。
してエチルセルロースを、グリーンシート用のバインダ
としてポリビニルブチラールを用いたが、これに限るも
のではなく、本発明においては脱バインダ工程を空気中
で行うためもっと広い範囲から適当なバインダを選べる
のは言うまでもない。
発明の効果 以上述べた様に、本発明のセラミックヒータの製造方法
は、従来のものと比較して、安価な卑金属酸化物を出発
原料としており、かつ低温で作製する事が出来るため低
コスト化がはがれ、また、焼成雰囲気の制御が容易で、
さよに、発熱体とセラミック間に充分な接着強度が得ら
れ、緻密で、寿命が数段向上したセラミックヒータの作
製を可能にするものであり、工業上有用な発明である。
は、従来のものと比較して、安価な卑金属酸化物を出発
原料としており、かつ低温で作製する事が出来るため低
コスト化がはがれ、また、焼成雰囲気の制御が容易で、
さよに、発熱体とセラミック間に充分な接着強度が得ら
れ、緻密で、寿命が数段向上したセラミックヒータの作
製を可能にするものであり、工業上有用な発明である。
第１図は、本発明の実施例の未焼結積層体の斜視図、第
２図は、焼結剤のセラミックヒータの断面図、第３図
は、本発明の一実施例の製造プロセスにおける温度特性
図、第４図は、本発明の一実施例として示した焼成工程
の温度特性図、第５図は、本発明の製造方法により得ら
れるセラミックヒータの導体とセラミック接着強度を評
価するためのテストピースを示す斜視図である。 10……絶縁基板、20……導体配線、30……端子。
２図は、焼結剤のセラミックヒータの断面図、第３図
は、本発明の一実施例の製造プロセスにおける温度特性
図、第４図は、本発明の一実施例として示した焼成工程
の温度特性図、第５図は、本発明の製造方法により得ら
れるセラミックヒータの導体とセラミック接着強度を評
価するためのテストピースを示す斜視図である。 10……絶縁基板、20……導体配線、30……端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 祐伯 聖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡辺 寛敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−174576（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−182890（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】CuO 70〜98重量％に、添加物として耐熱性
絶縁材料を２〜30重量％加えた無機成分に有機ビヒクル
を加えた導体ペーストを、ホウケイ酸ガラスとアルミナ
を生成分とする無機成分に有機ビヒクルを加えたグリー
ンシート上に印刷し、導体配線を形成する工程と、乾燥
の後、前記グリーンシートとは別のグリーンシートを加
熱、圧力によるラミネートし、積層する工程と、積層
後、前記導体配線を電気的に取り出す端子を形成する工
程と、該未焼結体を炭素に対して充分な酸化雰囲気で、
かつ内部の有機成分を熱分解させるに充分な温度で脱バ
インダする工程と、さらに、これを還元雰囲気中で熱処
理する工程と、その後、窒素雰囲気中で焼成し、焼結さ
せる工程を有することを特徴とするセラミックヒータの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4761286A JPH0719644B2 (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | セラミツクヒ−タの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4761286A JPH0719644B2 (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | セラミツクヒ−タの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62206780A JPS62206780A (ja) | 1987-09-11 |
| JPH0719644B2 true JPH0719644B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=12780047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4761286A Expired - Lifetime JPH0719644B2 (ja) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | セラミツクヒ−タの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719644B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02158079A (ja) * | 1988-12-12 | 1990-06-18 | Chubu Electric Power Co Inc | 瞬間電気湯沸器用パネルヒータとパネルヒータを用いた瞬間電気湯沸器 |
-
1986
- 1986-03-05 JP JP4761286A patent/JPH0719644B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62206780A (ja) | 1987-09-11 |
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