專利名稱：陶瓷金屬組件及陶瓷加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷金屬組件(ceramic-metal assembly)以及陶瓷加熱器。更具體地講，本發(fā)明涉及一種包括陶瓷金屬組件的電極板(electrodepad)的陶瓷加熱器，該電極板與陶瓷金屬組件的陶瓷基底和連接端子具有增大的粘附力。
背景技術(shù)：
通常，廣泛使用這樣的陶瓷加熱器，其中由諸如鎢或鉬這樣的難熔金屬制成的加熱電阻器被掩埋在由氧化鋁等制成的陶瓷基底里。例如，通過以下方式形成插入在氣敏元件的傳感器元件里的陶瓷加熱器將結(jié)合有加熱電阻器的陶瓷印刷電路基板卷繞在陶瓷管的周圍，并且燒制產(chǎn)生的組件以便形成一個(gè)整體。陶瓷加熱器在其外周表面上還具有電連接到所述加熱電阻器的電極板。同樣，用于將外部電壓施加到所述加熱電阻器上的連接端子被釬焊到相應(yīng)電極板上。與加熱電阻器類似，電極板由諸如鎢或鉬這樣的難熔金屬制成。
然而，由于陶瓷基底和電極板由不同金屬制成，所以就會(huì)產(chǎn)生涉及其間的粘附力的問題。特別地，陶瓷加熱器往往在高溫下重復(fù)使用，或者以接受機(jī)械載荷的方式使用。因此，一個(gè)陶瓷焊盤或者兩個(gè)陶瓷焊盤都可能從陶瓷基底上剝離。
鑒于上述情況，已經(jīng)提出了一種方法，在該方法中，在燒制過程中將玻璃成分從未燒制的陶瓷基底引入到未燒制的電極板中，從而通過玻璃成分的粘附能力來增加陶瓷基底和電極板的連接強(qiáng)度(JP-A-49-076711和JP-A-57-082188)。當(dāng)燒制完成時(shí)，未燒制的陶瓷基底和未燒制的電極板變成為陶瓷基底和電極板。已經(jīng)報(bào)道了另外一種方法，在該方法中，將包含有未燒制的陶瓷基底的陶瓷材料粉末和未燒制的電極板的金屬粉末的連接材料施加到未燒制的陶瓷基底和未燒制的電極板的連接表面上，然后進(jìn)行燒制，從而增加陶瓷基底和電極板的連接強(qiáng)度(JP-A-58-120579)。
陶瓷加熱器也往往在高溫下重復(fù)使用，或者以接受機(jī)械載荷的方式使用。因此，對(duì)于結(jié)合所述連接端子和電極板而言，在上述情況下，一個(gè)連接端子或者兩個(gè)連接端子都可能從電極板上剝離。在這個(gè)方面，已知有一種用于增強(qiáng)電極板和連接端子之間的結(jié)合強(qiáng)度的方法，在該方法中，確定釬焊材料的組成，從而獲得在電極板和連接端子之間的高結(jié)合能力(JP-A-11-292649)。
然而，特別是在最近使用陶瓷加熱器的方法中，在該方法中工作溫度設(shè)置為更高的溫度，且具有高的加熱和冷卻操作的重復(fù)頻率或循環(huán)速度，上述傳統(tǒng)技術(shù)就不能在陶瓷基底和電極板之間以及在電極板和連接端子之間提供足夠的結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)果，獲得具有足夠長(zhǎng)壽命的陶瓷加熱器已經(jīng)變得很困難。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供陶瓷金屬組件和陶瓷加熱器，其中，即使在包括高溫和低溫工作的高循環(huán)速度的苛刻工作條件下，也能在電極板和連接端子之間以及陶瓷基底和電極板之間維持高的粘附力。
上述目的已經(jīng)通過提供這樣一種陶瓷金屬組件而實(shí)現(xiàn)，所述陶瓷金屬組件具有陶瓷基底；電極板，其設(shè)置在所述陶瓷基底的表面上；連接端子，用于外部電連接；以及連接部分，其連接所述連接端子和所述電極板，其中，所述電極板包括與所述陶瓷基底接觸的第一層和與所述連接部分接觸的第二層；所述第一層包含體積百分比為20-50％的陶瓷成分的量；并且所述第二層包含所述連接部分的成分。所述第一層優(yōu)選地具有10至20μm的厚度，所述第二層優(yōu)選地具有10至20μm的厚度。
在本發(fā)明中，與所述陶瓷基底接觸的第一層的陶瓷成分含量的體積百分比為20-50％。這增加了在陶瓷基底和電極板(即第一層)之間的粘附力，由此可以防止電極板從陶瓷基底上剝離。如果陶瓷含量的體積百分比低于20％，則上述效果就很難獲得。另一方面，如果陶瓷含量的體積百分比高于50％，則電極板的電導(dǎo)率降低。本發(fā)明中使用的陶瓷成分的非限制性例子包括氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅、尖晶石、莫來石(mulite)等。
在另一方面，因?yàn)榕c連接部分接觸的第二層包含連接部分的成分(即，連接部分的一部分被引入了第二層中)，所以在連接部分和電極板(例如第二層)之間的粘附力增大，從而防止連接端子從電極板上剝離。
在根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件中，第二層優(yōu)選具有體積百分比為10-50％的孔隙率。將第二層的孔隙率設(shè)定在10-50％的程度上，允許連接部分的成分充分地滲入第二層中。如果孔隙率的體積百分比小于10％，連接部分的成分滲入第二層中的量就會(huì)太小，以至于不能獲得上述效果。在另一方面，如果孔隙率的體積百分比大于50％，在第一層和第二層之間的粘附力可能就變得太低了。這是因?yàn)椋B接部分的滲入成分的量太大，增加了電極板里的內(nèi)應(yīng)力。術(shù)語“孔隙率”意思是指能夠包含或者說是容納連接部分的成分的部分的總體積與第二層的整個(gè)體積的比率。第二層的整個(gè)體積是通過以假想方式連接第二層的脊獲得的區(qū)域的體積。第一層的整個(gè)體積也以同樣方式定義。能夠包含連接部分的成分的第二層的那部分是注入部分加上空隙(即，能夠固有地注入連接部分的成分但是由于滲入的實(shí)際量和其他因素導(dǎo)致還沒有注入的那些部分)。優(yōu)選地，連接部分的成分以達(dá)到第二層中存在的孔隙的體積百分比90％或更多的量方式滲入到第二層中(亦即第二層可以容納或確切地接收連接部分的成分的那些部分)。
在根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件中，第一層優(yōu)選具有體積百分比為3％或更低的孔隙率。通過設(shè)定第一層的孔隙率為3％或更低，可以降低滲入第一層中的連接部分的成分的量。
在根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件中，優(yōu)選的是，第一層基本不包含連接部分的成分。這使得能夠確保在陶瓷基底和第一層之間的足夠高的粘附力，從而防止電極板從陶瓷基底上剝離。術(shù)語“基本不包含連接部分的成分”意思是指，除了以不可避免的量含有以外，第一層不包含連接部分的成分。
在根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件中，優(yōu)選的是，電極板的孔隙率(體積百分比)優(yōu)選地在更接近(即靠近)連接部分(即在朝向連接部分的厚度方向上)的位置處增加。例如，當(dāng)電極板由兩個(gè)多孔層(第一層和第二層)組成時(shí)，第二層的孔隙率大于第一層的孔隙率。當(dāng)電極板由三個(gè)多孔層(以這種順序設(shè)置的第一層、中間層和第二層)組成時(shí)，中間層的孔隙率位于第一層和第二層的孔隙率的中間。如果中間層的孔隙率小于第一層的孔隙率，在第二層和中間層之間的粘附力就可能變得太低。這是因?yàn)?，雖然在第一層和中間層之間可以獲得高的粘附力，但是連接部分的成分不容易滲入中間層中。在另一方面，如果中間層的孔隙率大于第二層的孔隙率，在第一層和第二層之間的粘附力可能變得太低。但是，當(dāng)連接部分的成分很容易地滲入中間層中時(shí)，在第二層和中間層之間可以獲得更高的粘附力。因此，即使在三層或更多層的多層結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)置孔隙率分布使得孔隙率在更接近連接部分的位置處增加，可以在連接部分和電極板之間獲得更高的粘附力，同時(shí)還確保了在陶瓷基底和電極板之間的足夠的粘附力。
在根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件中，第二層優(yōu)選包含的陶瓷成分的量的體積百分比為10％或更少。通過設(shè)定低的陶瓷成分含量，可以在連接部分和電極板之間獲得更高的粘附力。這是因?yàn)?，在第二層和連接部分的熱膨脹系數(shù)之間的差別減小了。
在本發(fā)明中，在第一層中包含的陶瓷成分和在第二層中包含的陶瓷成分可以獨(dú)立地進(jìn)行合適選擇。然而，按照粘附力，其中包含與陶瓷體相同的陶瓷成分(根據(jù)組成)的第一層和第二層的配置是最優(yōu)的。
電極板的陶瓷成分的含量(體積百分比)優(yōu)選地在更接近陶瓷基底(即在朝向陶瓷基底的厚度方向上)的位置處增加。例如，當(dāng)電極板由兩個(gè)多孔層(第一層和第二層)組成時(shí)，第一層的陶瓷成分含量大于第二層的陶瓷成分含量。當(dāng)電極板由三個(gè)多孔層(以這種順序設(shè)置的第一層、中間層和第二層)組成時(shí)，中間層的陶瓷成分含量位于第一層和第二層的陶瓷成分含量的中間。如果中間層的陶瓷成分含量大致等于第一層的陶瓷成分含量，那么在第二層和中間層之間的粘附力就可能變得太低了。這是因?yàn)?，雖然在第一層和中間層之間可以獲得高的粘附力，但是連接部分的成分不容易滲入中間層中。在另一方面，如果中間層的陶瓷成分含量大致等于第二層的陶瓷成分含量，那么在第一層和第二層之間的粘附力可能就變得太低了。然而，當(dāng)連接部分的成分容易地滲入中間層中時(shí)，在連接部分和電極板之間可以獲得更高的粘附力。因此，通過設(shè)置陶瓷成分含量的分布使得陶瓷成分含量在更接近陶瓷基底的位置處增加，可以在連接部分和電極板之間獲得更高粘附力，同時(shí)確保在陶瓷基底和電極板之間有足夠粘附力。
優(yōu)選的是，陶瓷金屬組件優(yōu)選包括掩埋在陶瓷基底里的內(nèi)部布線線路以及連接內(nèi)部布線線路和電極板的通路導(dǎo)體(包括一個(gè)或多個(gè)通路導(dǎo)體)，所述內(nèi)部布線線路和所述通路導(dǎo)體包含所述陶瓷成分；所述內(nèi)部布線線路和所述通路導(dǎo)體的陶瓷成分含量低于或等于第一層的陶瓷成分含量。所述陶瓷金屬組件設(shè)置有諸如加熱體、電極等這樣的內(nèi)部布線線路以及電連接內(nèi)部連接線路和電極板的一個(gè)或多個(gè)通路導(dǎo)體。為了增加與陶瓷基底的粘附力，內(nèi)部布線線路和通路導(dǎo)體可以包含陶瓷成分。在這種情況下，通過將內(nèi)部布線線路和(單個(gè)或多個(gè))通路導(dǎo)體的陶瓷成分含量設(shè)置為低于或等于第一層的陶瓷成分含量，來維持內(nèi)部布線線路的功能以及內(nèi)部布線線路和(單個(gè)或多個(gè))通路導(dǎo)體的足夠的電導(dǎo)率。只要內(nèi)部布線線路和通路導(dǎo)體的陶瓷成分含量低于或等于第一層的陶瓷成分含量，亦即，前者的陶瓷成分含量不需要等于后者的陶瓷成分含量，就可以獲得令人滿意的結(jié)果。
此外，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的陶瓷金屬組件用于陶瓷加熱器時(shí)，即使在包括高溫和低溫工作的高循環(huán)速度的苛刻工作條件下使用時(shí)，也可以維持在電極板和連接端子和在陶瓷基底和電極板之間的高粘附力。
如此處所使用的那樣，冠詞“一個(gè)(a)”和“一個(gè)(an)”包括多個(gè)物體。因此，例如，“一個(gè)電極板”意思是指一個(gè)或多個(gè)電極板，“一個(gè)連接端子”意思是指一個(gè)或多個(gè)連接端子，等等。


圖1是陶瓷加熱器100的透視圖；圖2是陶瓷加熱器100的基底105的分解透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陶瓷加熱器100的電極部分120的放大剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的陶瓷加熱器200的電極部分220的放大剖視圖。
在附圖中用于標(biāo)識(shí)不同結(jié)構(gòu)特征的參考數(shù)字包括以下100陶瓷加熱器；105基底；110加熱部分；120，220電極部分；121，221電極板；122，222第一層；123，223第二層；224中間層；124釬焊材料部分；130連接端子。
具體實(shí)施例方式
下面將參考

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的陶瓷加熱器。然而，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為局限于此。
首先，將參考附圖1-3說明陶瓷加熱器100的結(jié)構(gòu)。圖1是陶瓷加熱器100的透視圖。圖2是陶瓷加熱器100的基底105的分解透視圖。圖3是陶瓷加熱器100的電極部分120的放大剖視圖。陶瓷加熱器100的加熱部分110側(cè)和電極部分120側(cè)分別被稱為頂側(cè)和后側(cè)。
陶瓷加熱器100插入在傳感器元件(未圖示)中，在該傳感器元件中電極層形成在具有封閉末端的圓柱形的固體電解質(zhì)管的內(nèi)表面和外表面上，這樣插入的陶瓷加熱器100用于加熱傳感器元件。如圖1所示，陶瓷加熱器100的基底105具有圓桿形狀。加熱電阻器141掩埋在基底105里。設(shè)置在頂側(cè)上的加熱部分110在被供應(yīng)了來自設(shè)置在后側(cè)上的電極部分120的電壓時(shí)產(chǎn)生熱量?；?05對(duì)應(yīng)于此處使用的術(shù)語“陶瓷基底”。
如圖2所示，通過將由高度絕緣的氧化鋁陶瓷制成的印刷電路基板140和146卷繞在由氧化鋁陶瓷制成且具有圓桿形狀的瓷管101的外周表面周圍，然后對(duì)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)進(jìn)行燒制，從而制造出陶瓷加熱器100的基底105。作為加熱模式的鎢基加熱電阻器141形成在印刷電路基板140上。加熱電阻器141包括熱量產(chǎn)生部分142，其形成在對(duì)應(yīng)于加熱部分110(參見圖1)的位置處；以及一對(duì)引線部分143，其連接到熱量產(chǎn)生部分142的兩個(gè)相應(yīng)末端上。通孔144形成在對(duì)應(yīng)于引線部分143的后端部的位置處。形成在基底105的外周表面上的兩個(gè)電極板121分別通過通孔144電連接引線部分143。為了增加與基底105的粘附力，在上述元件中，加熱電阻器141和在通孔144里的導(dǎo)體包含有和基底105(即印刷電路基板140和146)相同的體積百分比為35％的氧化鋁含量。加熱電阻器141和在通孔144里的導(dǎo)體分別對(duì)應(yīng)于此處所使用的術(shù)語“內(nèi)部布線線路”和“通路導(dǎo)體”。
所述印刷電路基板146是擠壓結(jié)合到其上形成有加熱電阻器141的印刷電路基板140的那個(gè)表面上的板。通過將氧化鋁糊劑涂敷到印刷電路基板146的與擠壓結(jié)合表面相反的那個(gè)表面上，在糊劑涂敷表面在內(nèi)側(cè)的情況下將印刷電路基板140和146卷繞在瓷管101的周圍，并且擠壓印刷電路基板140和146的組合的外表面，從而形成陶瓷加熱器形成本體。通過燒制陶瓷加熱器形成本體，形成陶瓷加熱器100的基底105。
此外，如圖1和2所示，所述兩個(gè)即陽極側(cè)和陰極側(cè)電極板121形成在陶瓷加熱器100的基底105的電極部分120里。電極板121形成在對(duì)應(yīng)于四個(gè)(即兩組)通孔144(參見圖2)的兩個(gè)相應(yīng)位置處的印刷電路基板140的外表面上。通過印刷在通孔144的內(nèi)表面上的導(dǎo)電糊劑，實(shí)現(xiàn)電極板121和加熱電阻器141的引線部分143之間的導(dǎo)電。
如圖3所示，每個(gè)電極板121包括兩個(gè)多孔層，亦即，連接到基底105的第一層122以及形成在第一層122上的第二層123。第一層122和第二層123主要由鎢、鋁等制成。第一層122包含有和基底105相同的體積百分比為45％的氧化鋁含量。如在這種情況下那樣，將第一層122的陶瓷成分含量設(shè)定為體積百分比20-50％增加了在電極板121(具體為第一層122)和基底105之間的粘附力，因此可以防止電極板121從基底105上剝離。
每個(gè)加熱電阻器141和在每個(gè)通孔144里的導(dǎo)體的陶瓷成分含量低于第一層122的陶瓷成分含量。在采用這種措施的情況下，維持了加熱電阻器141的良好加熱性能，加熱電阻器141和在通孔144里的導(dǎo)體保持導(dǎo)電。
第一層122基本不包含釬焊材料部分124(下面說明)的成分，這使其可以確保在基底105和第一層122之間有足夠粘附力，從而防止電極板121從基底105上剝離。在這個(gè)實(shí)施例中，第一層122的孔隙率設(shè)置為體積百分比低于或等于3％(例如1％)。
在另一方面，第二層123包含了釬焊材料部分124的成分。這增加了在釬焊材料部分124和電極板121之間的粘附力，因此可以防止連接端子130(下面說明)從電極板121上剝離。在這個(gè)實(shí)施例中，第二層123的孔隙率設(shè)置為體積百分比40％。如在這種情況下那樣，將第二層123的孔隙率設(shè)定為體積百分比10-50％使得能夠?qū)⑩F焊材料部分124的成分充分滲入第二層123中。
第二層123包含有和基底105相同的體積百分比為6％的氧化鋁含量。如在這種情況下那樣，將第二層123的陶瓷成分含量設(shè)定為體積百分比低于或等于10％有利于釬焊材料部分124的成分滲入第二層123中。因此，這使得可以在釬焊材料部分124和電極板121之間獲得高粘附力。如上所述，第二層123的陶瓷成分含量更低于通孔144里的導(dǎo)體的陶瓷成分含量。
用于將外部電壓施加到陶瓷加熱器100上的每個(gè)連接端子130的平臺(tái)部分131和連接部分132用銀基釬焊材料部分124(參見圖3)連接到對(duì)應(yīng)電極板121上。每個(gè)連接端子130具有平板桿形狀，且由鎳合金制成。通過彎曲原始為直的主干部分133的一個(gè)端部使得沿著厚度方向形成一個(gè)臺(tái)階，從而形成連接部分132和平臺(tái)部分131。更具體地講，通過將主干部分133的一個(gè)端部彎曲到一側(cè)，然后彎曲其頂部到另一側(cè)，從而形成臺(tái)階，來形成連接部分132和平臺(tái)部分131。用于在固化時(shí)連接連接端子130和電極板121的釬焊材料部分124對(duì)應(yīng)于此處所使用的術(shù)語“連接部分”。
將用于連接到外部電路的引線導(dǎo)線通過卷曲固定到卷曲部分134上，該卷曲部分134形成在主干部分133(參見圖1)的另一端部里。更具體地講，主干部分133的另外的寬端部圍繞主干部分133的縱向方向扭曲大約90°，其兩個(gè)側(cè)緣向相同的方向彎曲，以便形成用于固定引線導(dǎo)線的卷曲結(jié)構(gòu)。陶瓷基底105、電極板121、釬焊材料部分124以及連接端子130構(gòu)成了本發(fā)明的“陶瓷金屬組件”。
接下來，將說明每個(gè)相應(yīng)的電極板121和連接端子130的連接。首先，Ni等的電鍍層(未圖示)形成在電極板121(即第二層123)上。這個(gè)電鍍層可以促進(jìn)釬焊材料部分124的成分滲入第二層123中。然后，連接端子130的平臺(tái)部分131放置在電極板121上，施加銀釬焊合金，以便覆蓋平臺(tái)部分131，并在電極板121上延伸。當(dāng)銀釬焊合金固化時(shí)形成釬焊材料部分124。在這個(gè)實(shí)施例中，電鍍層和釬焊材料部分124混合，并溶解于其中(即，電鍍層作為一個(gè)獨(dú)立的層消失了)。為了防止釬焊材料部分124的腐蝕等，形成Ni等的電鍍層(未圖示)以覆蓋釬焊材料部分124。由此，電極板121和連接端子130彼此連接。
接下來，將參考圖4說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖4是陶瓷加熱器200的電極部分220的放大剖視圖。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的陶瓷加熱器200除了電極板221的結(jié)構(gòu)之外都和根據(jù)上面實(shí)施例的陶瓷加熱器100相同。陶瓷加熱器200的其他部分將給予和陶瓷加熱器100的對(duì)應(yīng)部分相同的參考數(shù)字，冗余的描述將予以省略。
如圖4所示，兩個(gè)即陽極側(cè)和陰極側(cè)電極板221形成在陶瓷加熱器200的基底105的電極部分220上。用于施加外部電壓到陶瓷加熱器200的每個(gè)連接端子130的平臺(tái)部分131用銀基釬焊材料部分124連接到對(duì)應(yīng)電極板221上。
每個(gè)電極板221由三個(gè)金屬層組成，即第一層222，其連接到基底105上；中間層224，其形成在第一層222上；以及第二層223，其形成在中間層224上。第一層222、第二層223以及中間層224主要由鎢、鉬等制成。第一層222包含體積百分比為45％的氧化鋁，且基本不包含釬焊材料部分124的成分。在另一方面，第二層223包含體積百分比為5％的氧化鋁，且包含釬焊材料部分124的成分。
中間層224包含體積百分比為25％的氧化鋁，并且具有體積百分比為20％的孔隙率。亦即，孔隙率沿著第一層222、中間層224和第二層223的順序增加，亦即，在靠近釬焊材料部分124的位置處增加。結(jié)果，在釬焊材料部分124和電極板221之間可以獲得高粘附力，同時(shí)確保了在基底105和電極板221之間有足夠的粘附力。陶瓷成分含量沿著第二層223、中間層224和第一層222的順序增加，亦即在接近基底105的位置處增加。這同樣對(duì)于在釬焊材料部分124和電極板221之間獲得高粘附力是有效的，同時(shí)在基底105和電極板221之間確保了足夠的粘附力。
例1通過混合氧化鋁材料粉末(重量百分比為93％)和燒結(jié)輔助劑(重量百分比為7％)制成漿體，通過刮漿刀方法由這種漿體制成0.3mm厚的平板。通過沖壓平板，制造長(zhǎng)度為60mm且寬度為10mm的平板狀印刷電路基板140。用于電連接電極板121的四個(gè)通孔144形成在印刷電路基板140中，通過從四個(gè)通孔的周圍施加主要由鎢制成的金屬糊劑，將加熱電阻器141印刷在印刷電路基板140的一個(gè)表面上。金屬糊劑也被注入通孔144中以便確保電連續(xù)性。
然后，通過用金屬糊劑進(jìn)行模式印刷，兩個(gè)兩層電極板121形成在印刷電路基板140的另一表面上，所述金屬糊劑對(duì)于每個(gè)樣品要獨(dú)立地進(jìn)行準(zhǔn)備。每個(gè)電極板121的尺寸大致為2.5mm×5mm。由和印刷電路基板140相同的材料制成的印刷電路基板146層疊在印刷電路基板140的形成有加熱電阻器141的那個(gè)表面上，印刷電路基板140和146卷繞在單獨(dú)制造的瓷管101上，該瓷管101由氧化鋁制成，且其長(zhǎng)度為60mm，外周為10mm，且內(nèi)周為3mm。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在焙燒設(shè)備里在1500℃-1550℃下燒制，從而制造出用于每個(gè)樣品的燒制體。燒制體的電極板121的厚度是大約15-20μm。
對(duì)于電極板121，對(duì)于每個(gè)樣品都測(cè)量第一層122(具有15μm的厚度)的氧化鋁含量、第一層122的滲入程度以及第二層123(具有15μm的厚度)的孔隙率。關(guān)于第一層122的氧化鋁含量，對(duì)于每個(gè)樣品取出一個(gè)燒結(jié)體，燒結(jié)體的橫截面被磨光并經(jīng)受EPMA(電子探針微觀分析)定量分析。更具體的講，沿著金屬化層的厚度方向調(diào)節(jié)具有指定直徑(等于金屬化層的厚度)的射束的位置，使得射束與金屬化層對(duì)齊。在四個(gè)位置測(cè)量氧化鋁含量，并采用其平均值。關(guān)于第一層122的滲入程度和第二層123的孔隙率，在上述燒結(jié)體上使用SEM反射電子圖像進(jìn)行測(cè)量。更具體的講，通過使用在金屬化部分和空隙之間的對(duì)比差異，測(cè)量第一層122的滲入程度。關(guān)于第二層123的孔隙率，通過分析在四個(gè)位置獲取的圖像來確定比率，并采用其平均值。表1顯示了測(cè)量結(jié)果。在表1中，關(guān)于滲入程度，標(biāo)注“○”意思是指第一層122被注入，標(biāo)注“×”意思是指第一層122沒有被注入。然后，用Ni鍍燒結(jié)體的電極板121。
更詳細(xì)地，發(fā)明人通過下面的方法確認(rèn)第一層122中沒有滲入釬焊材料部分的成分。
確定方法使用FESEM(場(chǎng)發(fā)射掃描式電子顯微鏡)(型號(hào)JSM6500F，JEOLLtd.制造)的EDS分析器(型號(hào)EX-23000UB，JEOL Ltd.制造)。
測(cè)量條件加速電壓15至20kV(15kV)探測(cè)電流1至3×10-10A(2×10-10A)工作距離10mm判斷標(biāo)準(zhǔn)取邊長(zhǎng)為第一層厚度大約一半的正方形作為測(cè)量區(qū)域，并且在三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行所述測(cè)量。如果在那些點(diǎn)處沒有檢測(cè)到連接部分(釬焊材料部分)的元素峰值，則該樣品被判斷為“×”(意味著未滲入)。
在另一方面，每個(gè)連接端子130都由一個(gè)小部件制成，所述小部件通過沖壓一個(gè)0.3mm厚的鎳板而進(jìn)行預(yù)備，所述鎳板長(zhǎng)度為15mm且寬度為1mm，并且具有大體為T形的頂部。連接端子130的平臺(tái)部分131放置在燒結(jié)體的相應(yīng)電極板121上，并用銀釬焊合金釬焊到電極板121上，從而形成釬焊材料部分124。然后，形成鍍Ni層，以便覆蓋釬焊材料部分124，從而完成了如圖1所示的陶瓷加熱器100。
對(duì)這樣制造的陶瓷加熱器100的粘附力進(jìn)行評(píng)估。更具體的講，每個(gè)樣品的陶瓷加熱器100都經(jīng)受500個(gè)加熱-冷卻循環(huán)，每個(gè)循環(huán)都包括在400℃下加熱5分鐘，然后冷卻即保持在室溫下5分鐘。在陶瓷加熱器100經(jīng)受了加熱-冷卻循環(huán)后，對(duì)樣品1-6的陶瓷加熱器100的連接端子130從電極板121的抗剝離性能進(jìn)行評(píng)估。更具體的講，每個(gè)連接端子130的主干部分133彎曲到與每個(gè)陶瓷加熱器100的基底105的軸線相垂直的方向上，沿著那個(gè)方向用3公斤的力拉連接端子130。觀察連接端子130從基底105上的剝離狀態(tài)以及剝離(如果剝離的話)發(fā)生的位置。結(jié)果表示在表1中。
表1

從表1中可以看出，在1號(hào)樣品中，第一層122的體積百分比為10％的氧化鋁含量太低，剝離發(fā)生在基底105和第一層122之間的邊界處。在4號(hào)樣品中，第二層123沒有被釬焊材料部分124的成分注入，剝離發(fā)生在釬焊材料部分124和第二層123之間的邊界處。另一方面，在2號(hào)和3號(hào)樣品中，電極板121沒有從基底105剝離，也沒有形成裂縫。在5號(hào)和6號(hào)樣品中，沒有發(fā)生剝離，但是局部形成了裂縫。
然后，測(cè)量1號(hào)到6號(hào)樣品的陶瓷加熱器100的電導(dǎo)率。更具體的講，測(cè)量在每個(gè)陶瓷加熱器100的陽極側(cè)和陰極側(cè)連接端子130之間的電阻。結(jié)果也表示在表1中。
從表1可以看出，1號(hào)、2號(hào)和4號(hào)到6號(hào)樣品具有6歐姆的電阻，3號(hào)樣品由于第一層122里的高的氧化鋁含量而具有較高的6.3歐姆的電阻。
雖然上面已經(jīng)說明了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是本發(fā)明并不局限于此，在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)可以作出各種改變。例如，雖然在上面實(shí)施例中連接端子130由鎳合金制成，但是本發(fā)明并不局限于此。例如，連接端子130可以由諸如銅、鎳、鐵等其他金屬和其合金制成。雖然在所述實(shí)施例中連接端子130通過彎曲平板材料形成，但是它也可以通過刮削金屬件、壓力加工、鑄造等而形成。連接端子130的形狀不限于類似平板形狀。例如，至少平臺(tái)部分131、連接部分132以及主干部分133可以形成為類似圓桿或多邊棱柱的形狀。釬焊材料部分124的釬焊材料可以為諸如銅、金、和鎳這樣的金屬中的一種或其合金。陶瓷加熱器100的基底105的形狀并不限于圓桿形狀，可以采用類似平板的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的連接端子連接的陶瓷加熱器可以作為壽命長(zhǎng)、可靠性高的加熱器用于廣泛的領(lǐng)域。本發(fā)明的陶瓷加熱器在處于高溫條件下重復(fù)使用且需要具有高的機(jī)械強(qiáng)度的環(huán)境下，例如用于傳感器的加熱器、半導(dǎo)體制造和其他用途，進(jìn)行精確溫度控制。
本申請(qǐng)基于2005年6月16日提出的日本專利申請(qǐng)JP2005-176903，特此參引上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，就如同將其詳細(xì)闡述一樣。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷金屬組件，包括陶瓷基底；電極板，其設(shè)置在所述陶瓷基底的表面上；連接端子，用于外部電連接；以及連接部分，其將所述連接端子連接至所述電極板，其中所述電極板包括與所述陶瓷基底接觸的第一層和與所述連接部分接觸的第二層；所述第一層包含體積百分比為20-50％的陶瓷成分；并且所述第二層包含所述連接部分的成分。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述第二層具有體積百分比為10-50％的孔隙率。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述第一層具有體積百分比為3％或更低的孔隙率。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述第一層基本不包含所述連接部分的成分。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述電極板具有在接近所述連接部分的位置處增加的孔隙率。
6.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述第二層包含體積百分比為10％或更低的量的陶瓷成分。
7.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述電極板具有在接近所述陶瓷基底的位置處增加的陶瓷成分含量。
8.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述陶瓷成分包括絕緣陶瓷。
9.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中，所述第一層的陶瓷成分具有和所述陶瓷基底的陶瓷成分相同的組成。
10.如權(quán)利要求1所述的陶瓷金屬組件，其中所述陶瓷金屬組件還包括設(shè)置在所述陶瓷基底里的內(nèi)部布線線路以及將所述內(nèi)部布線線路連接至所述電極板的通路導(dǎo)體；所述內(nèi)部布線線路和所述通路導(dǎo)體包含所述陶瓷成分；并且所述內(nèi)部布線線路和所述通路導(dǎo)體每個(gè)都具有低于或等于所述第一層的陶瓷成分含量的陶瓷成分含量。
11.如權(quán)利要求10所述的陶瓷金屬組件，其中，所述內(nèi)部布線線路和所述通路導(dǎo)體每個(gè)都具有低于所述第一層的陶瓷成分含量的陶瓷成分含量。
12.一種陶瓷加熱器，包括陶瓷基底；加熱電阻器，其設(shè)置在所述陶瓷基底里；電極板，其設(shè)置在所述陶瓷基底的表面上，用于所述加熱電阻器的外部電連接；以及連接部分，其將所述連接端子連接到所述電極板，其中所述電極板包括與所述陶瓷基底接觸的第一層和與所述連接部分接觸的第二層；所述第一層包含體積百分比為20-50％的陶瓷成分；并且所述第二層包含所述連接部分的成分。
全文摘要
一種陶瓷金屬組件，包括陶瓷基底；電極板，其設(shè)置在所述陶瓷基底的表面上；連接端子，用于外部電連接；以及連接部分，其將所述連接端子連接到所述電極板。所述電極板具有與所述陶瓷基底接觸的第一層和與所述連接部分接觸的第二層。所述第一層包含體積百分比為20－50％的陶瓷成分，并且所述第二層包含所述連接部分的成分。
文檔編號(hào)H05B3/10GK1882199SQ20061009373
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者櫻井喜久男, 高木保宏, 田中邦治, 鈴木正人 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社