陶瓷加熱器及具備該陶瓷加熱器的氧傳感器及燙發器的制作方法

專利名稱：陶瓷加熱器及具備該陶瓷加熱器的氧傳感器及燙發器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于氧傳感器、空燃比傳感器、火花塞、燙發器等的陶器加熱器。
背景技術：
以往，陶瓷加熱器被使用在用于使發動起起動的熱源或室內供暖設備的輔助熱源 等熱 源、空燃比傳感器加熱用加熱器等。作為用于上述用途的陶瓷加熱器，例如專利文獻1 所示，公知有如下結構的陶瓷加熱器在陶瓷基體中埋設有發熱電阻，在與該發熱電阻的端 部電連接的外部電極上(電極焊盤)經由焊料連接有引線構件。專利文獻1 日本特開2005-332502號公報。在代表上述用途的陶瓷加熱器的使用時，在陶瓷加熱器上施加由于反復產生熱過 程或振動等引起的拉伸或扭轉的應力。在陶瓷加熱器上反復施加強的應力時，尤其在經由 焊料接合的外部電極與引線構件的接合面上強烈地表現出由上述應力產生的影響，從而焊 料與引線構件的接合可靠性可能降低。但是，近幾年，要求陶瓷加熱器即使在反復進行更快 速的或更高溫的升降溫的苛刻的使用環境下也具備足夠的耐久性。以往，陶瓷加熱器中的引線構件如專利文獻1中記載所示，與軸向平行的截面的 厚度一定。在使用這樣的引線構件時，為了提高與焊料的接合強度，必須通過增大引線構件 來使接合面積變大。

發明內容
本發明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供一種通過提高引線構件與焊料 的接合性而具有高的耐久性的陶瓷加熱器。本發明的第一陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電阻配 設于所述陶瓷基體的側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引 線構件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含該引線構 件的中心軸的截面中，與從所述引線構件的外周中的釬焊部分的一點到所述引線構件的中 心軸的距離相比，從所述釬焊部分的另一點到所述中心軸的距離大。另外，優選所述引線構件在所述陶瓷基體的一方的端部側引出，所述釬焊部分的 一點比所述另一點更靠所述一方的端部側。還優選在所述釬焊部分具有凹部。進而優選在 所述凹部中填充有焊料。還優選所述凹部向所述陶瓷基體側開口。還優選所述弓I線構件具有多個所述凹部。進而優選所述弓I線構件在一個與所述長 度方向平行且包含中心軸的截面中具有多個所述凹部。還優選所述引線構件的端部被所述 焊料覆蓋。本發明的第二陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電阻；配 設于所述陶瓷基體的側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引 線構件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含該引線構 件的中心軸的截面中，所述引線構件在與焊料相接的部分具有凹部。
另外，本發明的第三陶瓷加熱器具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電 阻；配設于所述陶瓷基體的外側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部 電極的引線構件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含 該引線構件的中心軸的截面中，所述引線構件在與焊料相接的部分具有凸部。另外，本發明的氧傳感器及燙發器的特征在于，具備上述任一項所述的陶瓷加熱
器o發明效果根據本發明的第一陶瓷加熱器，在與引線構件的長度方向平行且包含該引線構件 的中心軸的截面中，與從引線構件的外周中的釬焊部分的一點到引線構件的中心軸的距離 相比，從釬焊部分的另一點到中心軸的距離大。如此，由于截面中的引線構件的厚度不一 定，因此能夠增大引線構件與焊料的接觸面積。其結果是，能夠提高引線構件與焊料的接合 強度，具體地說，能夠提高抗拉強度及抗扭強度。由此，即使在反復進行快速升降溫的環境 下或反復進行在高溫中的升降溫的環境下也能夠具備高的耐久性。根據本發明的第二陶瓷加熱器，在與引線構件的長度方向平行且包含該引線構件 的中心軸的截面中，引線構件在與焊料相接的部分具有凹部。通過引線構件具有凹部，即使 對于向引線構件的中心軸方向的一側及/或另一側的引線構件的拉伸應力，也由于焊料中 的與引線構件的凹部相接的部分卡掛在引線構件上，因此能夠阻礙引線構件向中心軸方向 的一側及/或另一側移動。由此，能夠進一步提高引線構件與焊料的接合可靠性。根據本發明的第三陶瓷加熱器，在與引線構件的長度方向平行且包含該引線構件 的中心軸的截面中，引線構件在與焊料相接的部分具有凸部。通過引線構件具有凸部，即使 對于向引線構件的中心軸方向的一側及/或另一側的引線構件的拉伸應力，也由于凸部卡 掛在焊料上，因此能夠阻礙引線構件向引線構件的中心軸方向的一側及/或另一側移動。 由此，能夠進一步提高引線構件與焊料接合的可靠性。本發明的氧傳感器通過具備上述任一項所述的陶瓷加熱器，即使在更高的溫度下 使用時，也能夠穩定地向發熱電阻通電。其原因在于，由于能夠提高引線構件與焊料的接合 強度，因此對于在高溫下使用時因熱膨脹引起的更大的應力，也能夠維持高的耐久性。另外，本發明的燙發器通過具備上述任一項所述的陶瓷加熱器，由于能夠提高引 線構件與焊料的接合強度，因此能夠穩定地向發熱電阻通電。因此即使在快速升降溫時也 能夠維持高的耐久性。


圖1(a)是示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的一例的立體圖。(b)是圖1(a) 所示的實施方式的引線構件周邊的放大立體圖。圖2(a)是與圖1所示的實施方式的陶瓷加熱器的引線構件的長度方向平行的截 面的放大剖面圖。(b)是示出圖1(a)所示的實施方式的引線構件的端部周邊的放大剖面 圖。圖3(a) (c)是分別示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的另一例子的剖面圖。圖4(a) (b)是分別示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的另一例子的剖面圖。圖5(a) (b)是分別示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的另一例子的剖面圖。
符號說明1陶瓷加熱器2陶瓷基體3a 通孔5發熱電阻7電極焊盤(外部電極)9 焊料11引線構件13引出圖案15通孔導體17 凹部19填充材料21 凸部23陶瓷芯材25金屬鍍敷部A中心軸X釬焊部分的一點Y釬焊部分的另一點L1從一點X向中心軸A引垂線時的垂線的長度L2從另一點Y向中心軸A引垂線時的垂線的長度
具體實施例方式以下，使用

本發明的陶瓷加熱器的實施方式。圖1(a)是示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的一例的立體圖，圖1(b)是圖 1(a)所示的實施方式的陶瓷加熱器的外部電極(電極焊盤)周邊的放大立體圖。另外，圖 2(a)是與圖1所示的陶瓷加熱器的實施方式的引線構件的長度方向平行的截面的放大剖 面圖，圖2(b)是將圖2(a)所示的實施方式的引線構件放大的放大剖面圖。如圖1、2所示，本例的陶瓷加熱器1具備陶瓷基體3 ；埋設于陶瓷基體3中的發 熱電阻5 ；配設在陶瓷基體3的外側面且與發熱電阻5電連接的電極焊盤7 ；經由焊料9與 電極焊盤7連接的引線構件11。此外，發熱電阻5與在陶瓷基體3中埋設的引線圖案13連接。另外，引線圖案13 經由通孔導體15與電極焊盤7連接，其中，該通孔導體15配設在形成于陶瓷基體3的通孔 3a的內側面。這樣，發熱電阻5與電極焊盤7電連接。如圖2所示，本例的陶瓷加熱器1在與引線構件11的長度方向平行且包含引線構 件11的中心軸A的截面中，與從引線構件11的外周中的釬焊部分的一點X到引線構件11 的中心軸A的距離L1相比，從釬焊部分的另一點Y到中心軸A的距離L2大。如此，本例的 陶瓷加熱器1的引線構件11在包含與其長度方向平行的中心軸A的截面中具有彼此厚度 不同的部位。因此，與現有的引線構件比較，能夠在不大型化的情況下使表面積(與長度方 向平行且包含引線構件的中心軸的截面的外周)變大。由此，由于能夠增大引線構件11與焊料9的接觸面積，因此能夠提高引線構件11與焊料9的接合強度。在此，所謂引線構件11的中心軸A是從引線構件11的端面側觀察引線構件11時， 與通過由引線構件11的輪廓形成的圖形中心的引線構件11的長度方向平行的軸，在由輪 廓形成的圖形為圓時，是通過其中心的軸。此外，在由輪廓形成的圖形為正方形、長方形、平 行四邊形時，為通過上述圖形的對角線交點的軸，另外，梯形時為在距離上底及下底等距離 的線上的通過上底及下底以外的兩邊間的中間的軸，橢圓時為通過焦點間的中間的軸。另外，所謂從釬焊部分的一點X到引線構件11的中心軸A的距離Li，是指在觀察 與長度方向平行且包含引線構件11的中心軸A的截面時，從一點X向中心軸A引垂線時的 垂線的長度。同樣，所謂釬焊部分的另一點Y到引線構件11的中心軸A的距離L2是指從 另一點Y向中心軸A引垂線時的垂線的長度。如現有的引線構件所示，當在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中引 線構件 的厚度一定時，引線構件容易向中心軸方向移動，但是與此相對，本實施方式的引線構件11 中，由于與從釬焊部分的一點X到引線構件11的中心軸A的距離Ll相比，從釬焊部分的另 一點Y到中心軸A的距離L2大，因此在引線構件11的表面的一點X與另一點Y之間形成 有階梯部分。并且，即使對引線構件11賦予的拉伸應力，由于該階梯部分機械性地卡掛在 焊料9上，因此能夠阻礙引線構件11向中心軸A方向移動。如此，由于能夠機械性地提高 引線構件11與焊料9的接合強度，因此能夠提高引線構件11與焊料9接合的可靠性。圖3(a) (c)是分別示出本發明的陶瓷加熱器1的實施方式的另一例子的放大 剖面圖。作為與引線構件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面的優選的形狀，如圖 3(a)所示，列舉有在與引線構件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面中，引線構件11 的端部的厚度薄的形狀。如此，在為引線構件11的端部的厚度薄的形狀時，由于引線構件 11為簡單的形狀，因此能夠容易加工，并且能夠增大表面積。另外，由于形成有階梯部分，因 此即使焊料9與引線構件11之間由于裂紋而產生剝離，由于該階梯部分能夠有效地阻止裂 紋的前進，因此能夠抑制剝離的進行。另外，同樣，如圖3(b)所示，列舉有在與引線構件11的長度方向平行且包含中心 軸A的截面中，引線構件11的端部厚度厚的形狀。如此，在為引線構件11的端部厚度厚的 形狀時，不僅能夠增大表面積，而且能夠提高機械強度。其理由在于，即使引線構件11被向 從焊料9拉出的一側(圖3(b)中，右側)拉伸，由于端部的厚度厚，因此焊料9也能夠卡掛 在該端部上。另外，如圖3(c)所示，優選在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在引線構 件11與焊料9的接合部分具有凸部21。與圖3(a)、(b)所示的例子比較，能夠進一步增大 表面積。另外，通過具有凸部21，即使針對向中心軸A方向的一側及/或另一側的引線構 件11的拉伸應力，由于凸部21卡掛在焊料9上，因此也能夠阻礙引線構件11向與中心軸 A平行的方向移動。由此，能夠進一步提高引線構件11與焊料9的接合可靠性。另外，在引線構件11的除了凸部21的部分到中心軸A的距離的平均為R1、從凸部 21的頂部到中心軸A的距離為R2時，優選R2/R1為1. 1以上。通過具有這樣高度的凸部 21，能夠更加可靠地得到由凸部21實現的卡掛的效果。引線構件11的除了凸部21的部分 到中心軸A的距離的平均例如可以從與引線構件11的長度方向平行且包含中心軸A的截 面的表面中的除了凸部21的部分隨機地選擇10點而取其平均值。
圖4(a)、(b)是分別示出本發明的陶瓷加熱器的實施方式的另一例子的剖面圖。 如圖4所示，優選引線構件11在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在與焊料9接 合的部分具有凹部17。如此，通過引線構件11具有凹部17，能夠進一步增加焊料9與引線 構件11的接合面積。另外，通過引線構件11具有凹部17，能夠抑制引線構件11從焊料9的完全的剝 離。其原因在于，即使在引線構件11與焊料9的接合面上產生應力，在該接合面的一部分 上由于裂紋而產生剝離，也由于引線構件11表面中的凹部17的表面的曲率半徑小，因此該 凹部17能夠有效地阻止裂紋的前進，從而能夠抑制剝離的進行。因此，能夠抑制引線構件 11從焊料9的完全剝離，從而能夠穩定地向發熱電阻5通電。并且，此時，優選在凹部17內配設有引線構件11及焊料9這兩方和具有高的接合 性的填充材料19。通過配設這樣的填充材料19，能夠進一步提高引線構件11與焊料9的 接合性。作為這樣的填充材料19，例如可以使用硼硅酸玻璃、鉛玻璃、金、銀、鉬、銅、氧化釕、 鋁、鎳、鎢、科瓦鐵鎳鈷合金、鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金、鉭等。另外，作為填充材料19，優選導電性高的材料。由于焊料9和引線構件11在凹部 17中接合性高，且在該凹部17中配設導電性高的填充材料19，由此能夠在焊料9與引線構 件11之間穩定地通電。作為這樣的填充材料19，例如為上述中的金、銀、鉬、銅、氧化釕、鋁、 鎳、鎢、鉭。另外，作為填充材料19，優選熱膨脹率為焊料9和引線構件11的熱膨脹率之間的 值的填充材料。由于焊料9和引線構件11的熱膨脹率通常不同，因此，在陶瓷加熱器1升 溫時，在兩者的界面產生因熱膨脹引起的應力。然而，通過使用這樣的填充材料19，能夠緩 和凹部17中的因熱膨脹引起的應力。由此，能夠進一步提高凹部17中的焊料9與引線構 件11的接合性。作為這樣的填充材料19，例如為上述中的科瓦鐵鎳鈷合金、鎳鉻鐵耐熱耐 蝕合金。另外，如圖4(b)所示，更加優選在凹部17中填充焊料9。由于能夠進一步增大引 線構件11與焊料9的接合面積。另外，通過在引線構件11的凹部17中填充焊料9，焊料9 作為楔而起作用，從而能夠得到更高的錨效果。另外，在引線構件11的除了凹部17的部分到中心軸A的距離的平均為R1、從凹部 17的底部到中心軸A的距離為R2時，優選R2/R1為0. 9以下。如此，通過具有大的凹陷的 凹部17，能夠更加可靠地得到由凹部17產生的卡掛效果。引線構件11的除了凸部21的部 分到中心軸A的距離的平均例如可以從與引線構件11的長度方向平行且包含中心軸A的 截面的表面中的除了凹部17的部分隨機地選擇10點而取其平均值。另外，如圖4所示，優選凹部17的表面為曲面形狀。原因在于通過凹部17的表面 形狀為曲面且沒有形成銳角的部分，能夠抑制應力的集中。尤其更加優選凹部17為半球 狀。另外，如圖4(b)所示，優選引線構件11具有向陶瓷基體3側開口的凹部17。由于 焊料9容易進入凹部17，因此能夠更加可靠地向凹部17中填充焊料9。由此，不使用多于 必要以上的焊料9，就能夠將引線構件11穩定填充于焊料9。其結果是，能夠更加廉價地提 供耐久性優良的陶瓷加熱器。另外，還優選引線構件11在與長度方向平行且包含中心軸A的截面中，在釬焊部分具有凹部17，且該凹部17在與引線構件11的長度方向垂直的引線構件11的截面中為凹形狀。雖然在引線構件11上產生以中心軸A為軸而要使引線構件11旋轉的應力，但通過 具有上述形狀的凹部17，能夠提高相對于在該旋轉方向上產生的應力的耐久性。尤其在這樣的凹部17中填充有焊料9時，能夠將焊料9作為相對于與引線構件11 的長度方向平行的方向的應力的楔而起作用，并且，也能夠作為相對于在引線構件11的旋 轉方向上產生的應力的楔而起作用。由此，能夠很大地提高引線構件11與焊料9接合的可 靠性。圖5(a)、(b)是分別示出本發明的陶瓷加熱器1的實施方式的另一例子的放大剖 面圖。如圖5(a)、(b)所示，優選引線構件11具有多個凹部17。原因在于通過引線構件11 具有多個凹部17，能夠進一步增大引線構件11與焊料9的接合面積。另外，通過具有多個 凹部17，由于形成有多個作為楔的焊料9的凸部，因此能夠得到更加高的錨效果。另外，由 于能夠將在引線構件11和焊料9的接合面上產生的應力分散到各個凹部17，因此能夠進一 步提高耐久性。并且，如圖5(a)、(b)所示，優選引線構件11在一個與長度方向平行且包含中心軸 A的截面中具有多個凹部17。原因在于在與引線構件11的長度方向平行的方向上產生大 的應力時，能夠使各個凹部17 —起發揮作用。另外，如圖5(a)、(b)所示，優選引線構件11的端面與焊料9相接。在引線構件11 的端面與焊料9相接時，由于焊料9中與引線構件11的端面相接的部分成為障礙，因此能 夠抑制引線構件11向陶瓷基體3的另一方的端部側移動。由此，由于機械性固定引線構件 11的力變大，因此能夠進一步提高引線構件11與焊料9的接合可靠性。并且，如圖2(a)、圖5(b)所示，優選通過焊料9覆蓋引線構件11的端部。其原因 在于，通過這樣由焊料9覆蓋引線構件11，能夠抑制引線構件11向陶瓷基體3側的相反側 方向從焊料9剝離。接下來，對本發明的陶瓷加熱器1的制造方法進行說明。作為陶瓷基體3可以使用具備絕緣性的陶瓷。具體地說，可以使用氧化物陶瓷、氮 化物陶瓷、碳化物陶瓷。更具體地說，可以使用氧化鋁質陶瓷、氮化硅質陶瓷、氮化鋁質陶瓷 或碳化硅質陶瓷。尤其從耐酸性觀點出發，優選使用氧化鋁質陶瓷。將在上述陶瓷成分中以合計量4 12質量％含有Si02、CaO, MgO、ZrO2等助燒結 劑的陶瓷料漿成形為板狀來制作陶瓷板。陶瓷料漿中，例如Al2O3為88 95質量％，SiO2 為2 7質量％，CaO為0. 5 3質量％，MgO為0. 5 3質量％，&02為1 3質量％。此時，如上面所示，優選Al2O3的含有量為88 95質量％。其原因在于，通過為88 質量％以上，能夠抑制玻璃的含有量，從而能夠抑制通電時移動的產生。另外，通過為95質 量％以下，能夠使足夠量的玻璃成分在發熱電阻5中擴散。另外，作為陶瓷基體3，例如，可以例示外徑為2 20mm左右，長度為40 60mm左 右的圓柱狀的陶瓷基體。尤其作為機動車的空燃比傳感器加熱用的陶瓷加熱器，從抑制引 線構件11的接合部分的異常高溫的觀點出發，優選外徑為2 4mm，長度為40 65mm。并且，使用印刷等方法在作為陶瓷基體3的陶瓷板的一方的主面形成作為發熱電 阻5的導電性膏劑和引出圖案13。作為發熱電阻5可以使用具備導電性的材料，具體地說， 優選使用以W、Mo、Re等高熔點金屬為主要成分的材料。導電性膏劑例如可以通過在上述的高熔點金屬中混合陶瓷原料、粘結劑、有機溶劑等進行混勻而制作。另外，此時，通過根據 陶瓷加熱器的用途，變更作為發熱電阻5的導電性膏劑的折返圖案的距離或導電圖案的線 寬，能夠將發熱位置或電阻值設定為所希望的值。接下來，在陶瓷板上形成通孔3a，將導電材料作為通孔導體15填充到通孔3a。作 為該導電材料，例如可以使用以W、Mo、Re中的一種為主要成分的材料。然后，使用印刷或轉 印等方法在陶瓷板的一方的主面上形成電極焊盤7。作為電極焊盤7，可以使用W或M等然后，將該陶瓷板卷繞在陶瓷芯材23的周圍并使用密接液使陶瓷板與陶瓷芯材 23密接，由此得到柱狀的成形體。然后，將該成形體在1500 1650°C左右的還原氛圍中燒 成。在此，為了抑制由酸化引起的惡化，如圖2所示，優選在電極焊盤7的表面形成由 Ni、Cr等金屬形成的金屬鍍敷部25。該金屬鍍敷部25例如可以通過電解鍍法、非電解鍍 法、濺射、噴鍍或使含有亞微細的貴金屬粒子的材料涂敷干燥的方法形成。為了抑制電極焊 盤7的氧化，優選金屬鍍敷部25為1 y m以上。另外，為了抑制金屬鍍敷部25內的產生裂 紋，優選金屬鍍敷部25為5 y m以下。接下來，在電極焊盤7或金屬鍍敷部25上經由焊料9接合引線構件11。此時，優 選在含有水蒸氣的還原氛圍中接合引線構件11。作為焊料9，例如可以使用以Au-Cu、Ag、 Ag-Cu為主要成分的焊料。另外，作為引線構件11，可以使用Ni、Ni合金、鉬、銅等低電阻的
^^ o在此，本實施方式的陶瓷加熱器1使用如下這樣的引線構件11 在與長度方向平 行且包含中心軸A的截面中，與從引線構件11的外周中的釬焊部分的一點X到引線構件11 的中心軸A的距離L1相比，從釬焊部分的另一點Y到中心軸A的距離L2大。通過使用這 樣的引線構件11，能夠使引線構件11與焊料9的接觸面積變大。因此，能夠提高相對于在 將引線構件11拉伸或使引線構件11旋轉方向上產生的應力的強度。上述形狀的引線構件11例如為多棱柱形狀或圓柱狀的引線構件11，可以通過沖 壓加工或凹部加工形成釬焊部分。另外，優選在電極焊盤7、焊料9及引線構件11的表面還形成Au、Cr、Ni等的鍍敷 層。其原因在于能夠抑制由電極焊盤7、焊料9及引線構件11的氧化引起的惡化。另外，該 鍍敷層優選為1 10 ym。此外，本發明的陶瓷加熱器不局限于上述實施方式的例子，只要經由焊料9使引 線構件11與電極焊盤7接合即可。因此，能夠適用于圓柱狀、板狀等各種形狀的陶瓷加熱
o接下來，對本實施方式的氧傳感器進行說明。本實施方式的氧傳感器具備固體電 解質層；傳感器部，其具備配置在該固體電解質層的一方的主面的測定電極和配設在固體 電解質層的另一方的主面的基準電極；以及與該傳感器部接合的代表上述實施方式的例子 的陶瓷加熱器1。并且，本實施方式的氧傳感器中的陶瓷加熱器1具有上述那樣高的耐久 性。因此，本實施方式的氧傳感器能夠穩定地測定被測定氣體的濃度。其結果是，能夠提供 具有高的可靠性的氧傳感器。接下來，對本實施方式的燙發器進行說明。本實施方式的燙發器在金屬制的燙發鉗前端固定代表上述實施方式的例子的陶瓷加熱器1，該陶瓷加熱器1通過引線構件11與 溫度控制裝置等電路連接。由于本實施方式的燙發器具備代表上述實施方式的陶瓷加熱器 1，因此即使在使燙發器快速升溫或快速降溫的情況下也能夠維持高的耐久性。這樣制作的 燙發器能夠利用于釬焊作業用燙發鉗等。實施例 如下這樣制作本發明的陶瓷加熱器。首先，制作以Al2O3為主要成分，且調整成 SiO2, CaO, MgO, ZrO2為合計10質量％以內的陶瓷印刷電路基板。然后，在該陶瓷印刷電路 基板的表面形成通孔3a，并將以W為主要成分的導電性膏劑作為通孔導體15填充于通孔 3a。然后通過網板印刷法將以W-Re為主要成分的導電性膏劑作為發熱電阻5印刷到該陶 瓷印刷電路基板表面。此外，將導電性膏劑印刷成燒成后的發熱電阻5的長度為5mm且電 阻值為12 13 Ω。接下來，使用以W為主要成分的導電性膏劑，通過網板印刷法在通孔3a上形成電 極焊盤7。然后，在該板上涂敷使與上述的陶瓷印刷電路基板大致相同組成的陶瓷分散的 密接液。然后，使涂敷了該密接液的陶瓷印刷電路基板密接在陶瓷芯材23的周圍，并在 1500 1650°C的還原氣氛中燒成。接下來，利用電鍍在電極焊盤7上設置厚度為2 4 μ m的鍍鎳部25。并且，使用 Ag-Cu焊料作為焊料9將電極焊盤7與引線構件11接合。在此，引線構件11使用Φ0. SmmX 長度20mm的圓柱形狀的構件。對各試料號碼的陶瓷加熱器1的引線構件11預先實施沖壓 加工，加工成表1所示的形狀。此外，各陶瓷加熱器1的試料的尺寸為Φ3πιπιΧ長度55mm。 另夕卜，電極焊盤7為5mmX4mm，通孔直徑為500 μ m。進行基于以上那樣制作的陶瓷加熱器1的冷熱循環的耐久試驗。首先，將如下這樣的冷熱循環進行4000個循環，該冷熱循環為將各試料在設定 為焊料9的熔點的1/2的溫度(Ag-Cu焊料時，約400°C )的恒溫槽中保持10分鐘，之后利 用25°C的空氣進行強制空冷。然后，在施加該冷熱循環后，作為抗拉強度試驗，測定引線構 件11的抗拉強度。并且，作為抗扭強度試驗，測定相對于引線構件11的扭轉的強度。抗拉 強度通過固定加熱器，并利用測力傳感器以32mm/分的速度將引線構件11向垂直方向拉 伸，測定切斷時的加重而進行評價。另外，相對于扭轉的強度通過將引線構件11固定于電 動機，以5N的加重拉伸引線構件11，并以2轉/分使電動機旋轉直至引線構件11破壞來進 行評價。結果如表1所示。[表 1]
引線-焊料剝離如表1所示，試料號碼1的陶瓷加熱器1的抗拉強度弱，為12Ν，特別是，引線構件 11與焊料9的接合部分的耐久性低。這是由于，在試料號碼1的陶瓷加熱器1中，由于在與 引線構件11的長度方向平行且包含中心軸A的截面中引線構件11的厚度一定，因此引線 構件11與焊料9的接觸面積小而不能夠得到足夠的錨效果。因此，由于在熱循環中產生的 引線構件11與焊料9的熱膨脹差，在焊料9與引線構件11之間形成間隙，從此處使焊料9 氧化而使接合惡化。與此相對，確認了在試料號碼2-6的陶瓷加熱器1中，抗拉強度為22Ν以上，任一 試料的耐久性都提高，其中該試料號碼2-6的陶瓷加熱器1中，通過使引線構件11變形，與 在平行于長度方向且包含中心軸A的截面的從引線構件11的外周中的釬焊部分的一點X 到引線構件11的中心軸A的距離相比，從釬焊部分的另一點Y到中心軸A的距離大。若詳細確認各試料的試驗結果，則確認了截面形狀為端部凸形狀，且向陶瓷基體3 側開口的試料號碼2的陶瓷加熱器1的抗拉強度為22Ν，引線接合部的耐久性提高。并且， 相對于扭轉的強度也達到兩圈，耐久性提高。確認了向陶瓷基體3側開口，在引線構件11的側面設置有凹部17，并且在凹部17 中未填充有焊料9的試料號碼3的陶瓷加熱器1的抗拉強度為38Ν，引線接合部的耐久性進 一步提高。并且，相對于扭轉的強度也達到三圈，耐久性提高。此外，試料號碼3的陶瓷加 熱器1通過在凹部17內裝入玻璃珠作為填充材料19，形成在凹部17內完全不填充焊料9 的形狀。確認了向陶瓷基體3側開口，在引線構件11的側面設置凹部17，在凹部17內填充 焊料9的試料號碼4的陶瓷加熱器1通過在凹部17內填充焊料9，使得引線構件11與焊料 9的接合性提高，從而抗拉強度成為44Ν，引線接合部的耐久性進一步提高。并且，確認了相 對于扭轉的強度也達到四圈，耐久性提高。
另外，如圖5(a)所示，試料號碼5的陶瓷加熱器1具備引線構件11，該引線構件11 具有多個凹部17。由此，確認了抗拉強度為83N，引線接合部的耐久性進一步提高。并且， 確認了相對于扭轉的強度為五圈，耐久性提高。另外，如圖5(b)所示，試料號碼6的陶瓷加熱器1具備引線構件11，引線構件11 具有多個凹部17。并且，在試料號碼6的陶瓷加熱器中，引線構件11的端部由焊料9覆蓋。 因此，抗拉強度為108N，引線接合部的耐久性進一步提高。并且，相對于扭轉的強度為八圈， 耐久性提高。
權利要求
一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電阻；配設于所述陶瓷基體的側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含該引線構件的中心軸的截面中，與從所述引線構件的外周中的釬焊部分的一點到所述引線構件的中心軸的距離相比，從所述釬焊部分的另一點到所述中心軸的距離大。
2.根據權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構件在所述陶瓷基體的一方的端部側引出，所述釬焊部分的一點比所述另一 點更靠所述一方的端部側。
3.根據權利要求1或2所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構件在與所述長度方向平行且包含中心軸的截面中，在所述釬焊部分具有凹部。
4.根據權利要求3所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 在所述凹部中填充有焊料。
5.根據權利要求3或4所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述凹部向所述陶瓷基體側開口。
6.根據權利要求3 5中任一項所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述引線構件具有多個所述凹部。
7.根據權利要求6所述的陶瓷加熱器，其特征在于，所述引線構件在一個與所述長度方向平行且包含中心軸的截面中具有多個所述凹部。
8.根據權利要求1 7中任一項所述的陶瓷加熱器，其特征在于， 所述引線構件的端部被所述焊料覆蓋。
9.一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電阻；配設于所述 陶瓷基體的側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構件，所 述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含該引線構件的中心軸的截面中，所述引線構 件在與焊料相接的部分具有凹部。
10.一種陶瓷加熱器，其具備陶瓷基體；埋設于該陶瓷基體中的發熱電阻；配設于所 述陶瓷基體的外側面，且與所述發熱電阻電連接的外部電極；釬焊于該外部電極的引線構 件，所述陶瓷加熱器的特征在于，在與所述引線構件的長度方向平行且包含該引線構件的中心軸的截面中，所述引線構 件在與焊料相接的部分具有凸部。
11.一種氧傳感器，其特征在于，具備權利要求1 10中任一項所述的陶瓷加熱器。
12.一種燙發器，其特征在于，具備權利要求1 10中任一項所述的陶瓷加熱器。
全文摘要
本發明提供一種陶瓷加熱器，由于以往的引線構件在與長度方向平行的截面中的引線構件的厚度一定，因此很難使引線構件與焊料的接合面積變大。因此，為了增大有助于引線構件與焊料的接合性的上述的接觸面積，必須使引線構件自身增大。在與引線構件(11)的長度方向平行且包含引線構件(11)的中心軸(A)的截面中，與從引線構件(11)的外周中的釬焊部分的一點(X)到引線構件(11)的中心軸(A)的距離相比，從釬焊部分的另一點(Y)到中心軸(A)的距離大，由此能夠增大引線構件(11)與焊料的接觸面積。
文檔編號H05B3/48GK101874426SQ20088011760
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月25日 優先權日2007年11月26日
發明者竹之內浩 申請人:京瓷株式會社