JPS60120593A - 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づるものである
。

〔従来技術］ 従来より、セラミック材からなる基板上に金）は白金属
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、電子回路の小型化、計量
化を図るといったことが行なわれている。

ここで、この種のセラミック基板における信号を入・出
力Ｊ−るための端子４ｍ造としては、例えば第１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１ａｓ’ｉｂ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
２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１−るものがある。

ところでこのようなセラミッ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がら使用できず
、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がら補強用のリ
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といった問題がある。

［発明の目的Ｊ 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４ｖＪ迄とすることによって
、例えば内燃機関のように高湿、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。

［発明の構成Ｊ かかる目的を達するための本発明の構成は第３図に示す
如く、 しラミック基板■と、該基板上に形成された貴金属を生
成分とするＭ極層Ｈ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、へりリア、ムラ
イト、スデ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■にお番プるリード線として
は例えば銅、銀、鉄等を主成分とするリード線、あるい
はニッケル、クロム等のメッキを施こしたものでよく、
通常用いられるリード線であればよいが、特に加工、価
格等の面が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■における白金
属メツ゛キとしては、白金、パラジウム、インジウム等
の白金属または金を用いたメッキが挙げられ、特に熱圧
着による接合強度の点から金のメッキが望ましい。

電極層■としては、上記貴金属メッキと同様に金または
白金属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更に増加させ
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
セラミック粉末を４％以下の割合にづることが望ましい
。従って電極層を２層とし、基板側電極層にはセラミッ
ク粉末を４ないし２０％、真金属リード線側電極層には
セラミック粉末を４％以下添加することによって、基板
、ｆｆｌ極層及びリード線の接合をより向上させること
ができる。更に上述の如く電極層を２層とする場合には
、前記した理由から基板側電極層に白金を用いた方がよ
く、また貴金属リード線側電極層にはリード線の貴金属
メッ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、この方法として例えば耐熱性の樹を高温に加熱し
、リード線の上から電極層方向に押圧することによって
行なうことができる。

以下、実施例を挙げてμ２明する。

［実施例］ まず上記セラミック基板工として、平均粒径１゜５μｍ
のへ立２０１１９２重量％、５ｉＯｚ４重量％、ＣａＯ
２田ｍ％及びＭ（１０２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重量部及びジブデル
フタレート６重量部を添加し、有機溶剤中で混合してス
リラーとし、ドクターブレードを用いて厚さ１ｍｍのグ
リーンシートを作った。次に電極層として白金〈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
た。その後厚膜印刷されたグリーンシートを大気中温度
１５００℃、保持時間２時間の条件で焼成することによ
り、電極層■を備えたセラミック基板工が得られた。

次に貴金属メッキリード線■として径が０．３ｍｍの銅
リード線上に２．５μｍの金メッキを施したものを用い
、５００℃に加熱された櫟を１０ｋｇの力で押圧し熱圧
着を行なった。

このようにして形成された端子の接合強度を、第３図破
線Ｂで示す如く、貴金属メッキリード線■をセラミック
基板■の垂直方向に引っ張り、巣板−電極面あるいは電
極−リード間の９１８強度として測定した。その測定結
果を次表に示す。

ここで表におけるＮＯｌないしＮＯ５は、上記電極層■
を１層とし、白金を主成分としてアルミナの割合を表に
示す如く変化させたもの、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ｂのである。またＮＯＩ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
１１１シた。

表から明らかな如く、電極層■を１層とした場合、１０
％のアルミナを含む電極層■が最も接合強度を有するこ
とがわかった。また電極層１■を２層とした場合には、
１層の場合よりもかなり強度を増すことがわかり、２層
目を金を主体とりる電極層にすれば、２層目が白金の場
合より６接合強度を得ることができるということＬ〉わ
かった。

［適用例］ 次に本発明の端子１ｆ４造を、内燃機関の排気中の酸素
濃度を検出する酸素センサに適用した場合について説明
づる。

第４図は酸素センサの部分断面側面図である。

図にＪ５いて１０はセラミッ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１２ａ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１０と共
に検出部１０を把持慢る１＝めの内筒であり、検出部１
０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１０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だめのもので
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
【よ１ノ１気ｈ＼漏れないようガスケツ１−１８が設け
らｔして（′Ｘる。

１９は内筒１４を覆うように主体金具１２にＩＩＲす（
＝Ｉけられる外筒、２０はシリコンゴムかうなるシール
材であって、リード線２１ないし２３と、第５図に示ず
ガラスシール１７より突出さｔした検出部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２３と端子３１なｔＩＸシ３３
との接続は、第６図に示す如く予め外筒１９内にシール
０２０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２
６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って行なわれる。

次に検出部１０は第７図に示１（イ）、（ロ）、（ハ）
の手順に従って作成される。

図において４０及び４１は、前述の実施例と同様に平均
粒径１．５μｍのへ立２０　ａ　９２重量％、５ｉＯｚ
４重量％、ＣａＯ２重間％及びＭｇＯ２重量％からなる
混合粉末１．００重量部に対してブチラール樹脂１２重
組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Ｉｎ１ｍ、グリーンシー１〜４１は
厚さ０゜２１１１１１１に形成されている。４２ないし
４７はｐｔに対し７％のＡ立ＺＯａを添加した白金ペー
ストで１９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、１４は検出索
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だめの
電極であって、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１−４１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
きによって川１０４９を形成し、グリーンシート４０に
おｔする電４Ｖパターン４２．４３及び電極４５な＆）
Ｌ　４７を除く全てのパターンを覆うべく、グリーンシ
ー１〜４０にグリーンシート４１を積層熱圧るする。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時間放置づることによってセ
ラミック基板を焼結させる。次（、：（〕＼）に承り如
く、間口４９に検出索子１１をムシｔノることとなるの
であるが、この検出素子１１（よ５１１均ネ立径１．２
μｍのＴｉ　０２粉末１００モル８１Ｉ１．：３シシ１
モル部の白金ブラックを添加し、更に仝Ｖ）末に対して
３ｍｍ％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３００　ｊｊζイスに粘１立−整した１−
ｉｏ２ペーストを、開１］４９を充塞しｂｌつ電極パタ
ーン４２及び４３の先端に被着づ゛るよう厚膜印刷した
後、１２００℃の大気中に１１１＆　Ｉ用放薗して焼き
イ４けることによって形成される。

次に検出部１０　ノ′Ｆｉｌ＆＋　４５ないし４７　ト
ｐＦＪ’　３１ないし３３との接続は第８図に承り如＜
　ｆｒなわれる。尚、端子３１ないし３３は、０．３ｍ
ｍの銅板を１ツヂング加工により一体成形され、その上
に厚さ２．５μＩｌｌの金メッキが施されている。

まず第８図〈イ）に示づ−如く、上記各端子３１ないし
３３を電極４５ないし４７上に夫々配設づる。そして（
ロ）に示ず模５０を５００℃に加熱し、各端子３１ない
し３３を１０に！＋の力で抑圧することによって熱圧着
され、熱や振動に強い端子の接続ができる。

このようにして作成された検出部１０は、上述した如（
ハウジング１２や内筒１４によって把持され、内燃機関
の排気中酸素ｍ度を検出づ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淵麿を得ることができるのであ
る。

以上説明したように本発明の端子構造を酸素センサに適
用した場合には、酸素ｍ喰を検出する検出素子が形成さ
れたセラミック基板の型棒と端子との接続を、加熱され
た楔によって熱圧着により行なうため、熱に強く、また
端子が銅板からなっているため振動にも強い端子４Ｆ４
造を有づる酸素センサとなり、耐久性のあるＭ素セン４
）−となり（ｑる。

また本酸素センサにおいてはＮ極と端子との接続部分を
低融点ガラスにて固定されるため、更に堅固な端子４１
１を造とすることができる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明のセラミック基板の端子構造
は、セラミック基板士に形成された貴金属を主成分とす
る電極層と、貴金属メッキリード線とを熱圧着により接
続してなること力日ら、熱に強く、また振動等にも強い
耐久性のある端子構造どなり得る。またセラミック基板
を焼結させた後、負金属メッキリード線を熱圧着するの
で端子を容易に接続することができ、更には端子に貴金
、属メッキを施づ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設【ノることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のセラミック基板の端子構造を
示ず斜視図、第３図は本発明のセラミック基板の端子構
造を示づ側面図、第４図ないし第８図は本発明の端子構
造を酸素センサに適用した適用例を示し、第４図ないし
第６図は本［ンサの構造を示づ部分断面図、第７図は検
出部１０の組み立て工程を示す正面図及びＡ−Ａ線断面
図、第８図は検出部１０の端子４１８造を示す正面図及
びＢ−Ｂ線断面図である。 ■・・・セラミック基板 ■・・・電極層 ■・・・真金属メッキリード線 代理人　弁理士　足立勉 ほか１名 第１図 １ 第２図 第３図 第４図 ２ 第５図　第６図 第７図 （イ）　（ロ） ４０　４Ｕ （ハ）

Claims (1)

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 を備えたことを特徴とするセラミック基板の端子構造。 ２　貴金属メッキリード線が銅を主成分とづるソーｌ：
   線である特許請求の範囲第１項記載のセラミンク基板の
   端子構造。 ３　貴金属メッキリード線が金メツキリード線である特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載のセラミック基板の
   端子構造。 ４　電極層の主成分となる貴金属が白金である特ｉｆ’
   ｌ請求の範囲第１項ないし第３項いずれか記載のけラミ
   ック基板の端子構造。 ５　電極層が２種の組成の異なる積層体であり、そのう
   ちセラミック基板側電極層がセラミック粉末を４ないし
   ２０％含む貴金属層であり、かつ貴金属メッキリード線
   側電極層が４％以下のセラミック粉末を含む貴金属層で
   ある特許請求の範囲第１項ないし第４項いずれか記載の
   セラミック基板の端子構造。 ６　電極層が２種の組成の異なる積層体であり、そのう
   ちセラミック基板側電極層が白金を主成分とした貴金属
   層であり、かつ貴金属メッキリード線側電極層が金を主
   成分とした貴金属層である特許請求の範囲第１項ないし
   第３項いずれか記載のセラミック基板の端子構造。 ７　貴金属メッキリード線の熱圧着部を、カラスを主成
   分とする保護層で覆ってなる特許請求の範囲第１項ない
   し第６項いずれか記載のセラミック基板の端子ｍ造。