JPH10172734A - セラミックスヒーター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 セラミックスからなる基材（１）上に抵
抗発熱体ペーストの焼成物よりなる抵抗発熱体層（２）
が形成され、かつこの抵抗発熱体層（２）の端子部に金
属端子板（３）が積層されてなるセラミックスヒーター
であって、前記金属端子板（３）が、前記抵抗発熱体ペ
ースト上に積層され、この抵抗発熱体ペーストの焼成に
より抵抗発熱体層（２）に一体に接合されたものである
ことを特徴とするセラミックスヒーター。 【効果】 電源を接合させるための挟み込みクリップな
どの電極部材を繰り返し取り付け、取り外しを行った場
合に、本発明による抵抗発熱体層上の端子部に金属板を
積層したセラミックスヒーターを用いれば、耐久性が高
く、品質劣化が起こりにくくなる。このようにすること
によって、電源部とヒーター端子部との接触抵抗も低減
することができる。また、本発明によれば、ペーストに
金属端子板を積層し、ペーストを焼成すると同時に金属
端子板を接合するので、その製造が容易であると共に、
接合性もよく、接触抵抗も小さいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高温用セラミックス
ヒーター、特に主として半導体工業で使用される高温用
セラミックスヒーターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ（化学気相堆積法）やスパッタリ
ングといった半導体プロセスを始め、様々な分野で加熱
を必要とする工程が存在する。従来より、このような被
加工物の加熱には、カーボングラファイトやセラミック
スを基材とし、その中に電熱線を構成するニクロム線や
タングステンなどを埋め込むような構造のヒーターが用
いられていた。

【０００３】このようなヒーターでは、電熱線を直ちに
電源に接続したり、或いはネジなどで固定した端子を介
して電源に接続することが可能であった。この場合、端
子部分での接触抵抗は殆んど０に近く、更にヒーター端
子部で結線し直すことによってヒーターが傷んだり、断
線するなどということは殆んどなかった。

【０００４】ところが近年、ヒーターの軽量化、均熱
化、パターンの自由度などの問題から、更にはヒーター
発熱部分から加工面まで有効に熱を伝えるという理由か
ら、基材上に数μｍ〜数十μｍ程度の導電性薄膜をスク
リーン印刷法などによって塗布し、焼成することによっ
て抵抗発熱体を積層させた面ヒーターが使われはじめて
きた。

【０００５】面ヒーターは、上記のニクロム線やタング
ステンなどを用いたヒーターとは異なり、直接抵抗発熱
体層から電源を接続することはできない。そのため、ネ
ジや挟み込みクリップなどの電極部材を用いて、電源に
接続するのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗発
熱体を形成する金属膜は、電極部材の取り付け時、及び
取り外し時に非常に傷つき易く、繰り返して取り付け、
取り外しを行うと電極端子部分にて抵抗発熱体層の膜が
擦り減ることがあり、ひいては断線を招く可能性もあ
る。

【０００７】また、基材にセラミックスなど硬い物質を
用い、更に抵抗発熱体層が非常に薄い場合には、電極部
材を通して電源を接続すると、電極部材の抵抗発熱体層
に接触する部分の凹凸により、それらの間の接触部分の
面積が小さくなって、接触抵抗が大きくなることがあ
る。このことは、特に抵抗率が低い金属を抵抗発熱体と
して用いた場合、上記接触部分での接触抵抗が無視でき
なくなり、その部分で局部的な発熱を招く可能性があ
る。このことはヒーター自体の寿命にも影響する可能性
がある。

【０００８】そのため、繰り返し行う電源等の取り付
け、取り外しに強く、更に接触抵抗の小さいような端子
部分、及びその製作方法が望まれていた。

【０００９】その解決策の一つとして、抵抗発熱体に金
属の電極部材をロウ付けする方法がある。この方法は、
上記のような電極部材による擦り減りや、接触抵抗の問
題に対してはほぼ解決できる。しかしながら、使用する
ロウ材の焼成温度の設定や膨張係数を最適化しなくては
ならないし、またヒーターが完成するまでに少なくとも
２回の焼成をしなくてはならず、工程が複雑であった。

【００１０】本発明は、このような不利、問題点を解決
し、耐久性が高く、接触抵抗の小さい端子部分を有し、
製作も簡単に行われるセラミックスヒーター及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明は、上記目的を達成するため、セラミックスからな
る基材上に抵抗発熱体ペーストの焼成物よりなる抵抗発
熱体層が形成され、かつこの抵抗発熱体層の端子部に金
属端子板が積層されてなるセラミックスヒーターであっ
て、前記金属端子板が、前記抵抗発熱体ペースト上に積
層され、この抵抗発熱体ペーストの焼成により抵抗発熱
体層に一体に接合されたものであることを特徴とするセ
ラミックスヒーターを提供する。

【００１２】また、本発明は、セラミックスからなる基
材上に印刷により抵抗発熱体ペーストを塗布し、このペ
ーストの所定位置に金属端子板を積層した後、前記ペー
ストを焼成して抵抗発熱体層を形成すると共に、このペ
ーストの焼成により前記金属端子板を抵抗発熱体に一体
に接合したことを特徴とするセラミックスヒーターの製
造方法を提供する。

【００１３】本発明のセラミックスヒーターは、端子部
分が金属板であるので、電源に接続するためのクリップ
を繰り返し着脱しても、電気的な損傷が生じ難く、接触
抵抗が小さいので、このクリップ挟持部分での高温化が
避けられ、また抵抗発熱体層の抵抗率などの品質に影響
を与えることもなく、常に安定した端子機能及び抵抗発
熱機能を与える。

【００１４】また、上記の金属端子板は、抵抗発熱体層
を形成する金属粉を主成分とし、バインダーを含む抵抗
発熱体ペーストによるパターン上の所定位置（端子部と
なる位置）に予め積層し、このペーストの焼成により一
体にペースト焼成物（抵抗発熱体層）に接合するので、
その製造が非常に簡単で、焼成も１回で良く、また別途
接合剤を介在することなく直接金属端子板が抵抗発熱体
層に密着、接合しているので、その間の接触抵抗も接合
によって上昇することは殆んどない。

【００１５】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明のセラミックスヒーターは、図１に示すよう
に、セラミックスからなる板状の基材１の一面に抵抗発
熱体層２が形成され、その端子部に金属端子板３が一体
的に積層しているものである。

【００１６】ここで、基材のセラミックスとしては、特
に制限されるものではないが、石英ガラス、窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、熱分解窒化硼素などが好適
に用いられる。

【００１７】また、抵抗発熱体は、金属粉を主成分と
し、エチルセルロース等のバインダーを含む抵抗発熱体
ペーストを焼成することによって形成される。この場
合、抵抗発熱体ペーストとしては公知のものを使用する
ことができるが、金属粉としては、銀、白金、銅、モリ
ブデン、タングステンやこれらの金属を含む複合物など
を好適に用いることができる。抵抗発熱体層の厚さは特
に制限されないが、通常４〜５０μｍである。

【００１８】抵抗発熱体層の端子部分に積層させる上記
金属端子板としては、焼成によって抵抗発熱体層との馴
染みを良好にするように、抵抗発熱体の金属主成分と同
じ元素からなる板を用いるとよい。その大きさとして
は、ヒーターの端子取り出し部として必要最低限にする
ことが望ましい。これはヒーター全体の均熱をできるだ
け保つことと、金属焼結体からなる抵抗発熱体層と金属
端子板との熱膨張差による応力をできるだけ少なくする
という理由からである。同様な理由から、金属端子板の
厚さはできるだけ薄いものが望まれるが、薄すぎると本
発明の目的である電極部材の繰り返しの取り付け、取り
外し耐久性や、接触抵抗の低減に対して、十分な効果を
発揮できない。具体的な金属端子板の厚さとしては、抵
抗発熱体層の厚さの２〜１０倍程度が適当である。

【００１９】本発明のセラミックスヒーターを得るに際
しては、上記セラミックスからなる基材上に、印刷によ
って金属粉を主成分とする抵抗発熱体ペーストを塗布し
て所定のパターンを形成し、その電極位置（端子位置）
となる部分に金属端子板を積層し、ペーストの焼成温度
にて焼成し、これによって金属端子板がペーストの焼成
物（抵抗発熱体）と接合一体化する。

【００２０】具体的な工程手順としては、セラミックス
基材上に、導電回路層を形成する所望のペーストを塗布
し、ペースト内の有機溶剤が揮発する前、即ち乾燥工程
の前に、適当な大きさに切断された金属端子板を積層さ
せて、乾燥，焼成するもので、こうすることにより、焼
成工程が１回で済み、工程は簡略化される。なお、乾燥
後に金属端子板を積層させても抵抗発熱体層に付着する
が、そのまま焼成したのでは密着性という点では非常に
弱い場合があるので、金属端子板上に荷重をかけながら
焼成することによって、抵抗発熱体層と金属端子板との
密着性が高くなり、良好なヒーター端子部が得られる。

【００２１】以上のようなヒーター端子部分に金属板を
積層させたセラミックスヒーターは以下のような利点が
ある。

【００２２】即ち、抵抗発熱体層は、通常金属粉を主成
分とするペーストを焼成した金属焼結体であり、これは
少しの傷でもよく目立ち、また傷つき易いものである。
このような抵抗発熱体層に、直接クリップなどの電極部
材を挟んだり当てたりすると、抵抗発熱体層自身が傷つ
くばかりでなく、膜厚の減少をもたらす場合がある。更
に、これはその部分でヒーターの異常発熱などをもたら
す場合もあり、製品の品質の劣化につながる可能性もあ
る。これに対し、本発明に示したような電極部分に金属
板を積層させた場合には、金属板が傷ついても抵抗発熱
体層の抵抗率などの品質には殆んど影響しない。

【００２３】また、一般的にはセラミックス基材よりも
金属板の方がヌープ硬度で１桁程度小さく（Ａｇ板の場
合、６０ｋｇｆ／ｍｍ²）、凹凸のある金属端子に対し
て接触面積が大きく取れることから、その部分での接触
抵抗が小さくなり、接触部分での高温化を避けることが
できる。これは特に、抵抗率の低い金属発熱体などを用
いた場合に有効である。

【００２４】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２５】〔実施例〕２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ２．
３ｍｍの合成石英基材の上に、スクリーン印刷法でＡｇ
−Ｐｔペーストを約３０μｍ塗布し、直後に５ｍｍ×５
ｍｍ×厚さ１００μｍのＡｇ板を上記ペーストとＡｇ板
の間に空気が入らないように積層させ、１２０℃にて乾
燥させた。その後、この試料を８５０℃にて焼成を行
い、通常ヒーターの端子に使われる付近の部分のみを作
成した。金属板を含む部分５ｍｍ×２０ｍｍに切断し、
評価を行った。

【００２６】上記のように１００μｍの厚さのＡｇ板を
用いたものは、抵抗発熱体層との接合性は良好であっ
た。電極部材として、ネジ止め型の挟み込みクリップを
上記Ａｇ板上部分に接合し、この取り付け、取り外しを
５回行った結果、Ａｇ板に傷は残るものの、抵抗発熱体
層よりも薄くなることはなく、品質的には何ら影響しな
かった。

【００２７】次に、前記と同様なネジ止め型の挟み込み
クリップの電極部材を用いて、端子部にＡｇ板を積層さ
せたヒーターに接合した場合の端子部での接触抵抗値を
測定した。この時、６回測定したときの平均値は、０．
２４７ｍΩであった。

【００２８】なお、上記と同様な合成石英基材、ペース
トを用い、同様な作成方法で行った試料において、端子
部分に積層させるＡｇ板の厚さを５００μｍとした場合
には、金属板と基材との間の応力に起因する、界面層で
クラックのような接合の悪い部分がみられた。

【００２９】〔比較例〕実施例で作成した試料におい
て、Ａｇ板が積層されていない抵抗発熱体層部分に電極
部材としてネジ止め型の挟み込みクリップを接合し、こ
れを５回取り付け、取り外しを行った結果、深さ５μｍ
以上の傷が所々についており、この部分の抵抗発熱体層
が擦り減って薄くなっていた。

【００３０】次に、前記と同様なネジ止め型の挟み込み
クリップの電極部材を用いて、導電体層に直接クリップ
を接合した場合の端子部での接触抵抗値を測定した。こ
の時、６回測定したときの平均値は、０．８９７ｍΩで
あった。

【００３１】

【発明の効果】上記実施例及び比較例からわかるよう
に、電源を接合させるための挟み込みクリップなどの電
極部材を繰り返し取り付け、取り外しを行った場合に、
本発明による抵抗発熱体層上の端子部に金属板を積層し
たセラミックスヒーターを用いれば、耐久性が高く、品
質劣化が起こりにくくなる。このようにすることによっ
て、電源部とヒーター端子部との接触抵抗も低減するこ
とができる。また、本発明によれば、ペーストに金属端
子板を積層し、ペーストを焼成すると同時に金属端子板
を接合するので、その製造が容易であると共に、接合性
もよく、接触抵抗も小さいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 抵抗発熱体層 ３ 金属端子板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスからなる基材上に抵抗発熱
   体ペーストの焼成物よりなる抵抗発熱体層が形成され、
   かつこの抵抗発熱体層の端子部に金属端子板が積層され
   てなるセラミックスヒーターであって、前記金属端子板
   が、前記抵抗発熱体ペースト上に積層され、この抵抗発
   熱体ペーストの焼成により抵抗発熱体層に一体に接合さ
   れたものであることを特徴とするセラミックスヒータ
   ー。
2. 【請求項２】 ヒーターの基材として、石英ガラス、窒
   化アルミニウム、酸化アルミニウム又は熱分解窒化硼素
   を用いた請求項１記載のセラミックスヒーター。
3. 【請求項３】 抵抗発熱体として、銀、白金、銅、モリ
   ブデン、タングステン及びこれらを含む複合物から選ば
   れる金属粉を主成分とするペースト焼成物を用いた請求
   項１又は２記載のセラミックスヒーター。
4. 【請求項４】 セラミックスからなる基材上に印刷によ
   り抵抗発熱体ペーストを塗布し、このペーストの所定位
   置に金属端子板を積層した後、前記ペーストを焼成して
   抵抗発熱体層を形成すると共に、このペーストの焼成に
   より前記金属端子板を抵抗発熱体に一体に接合したこと
   を特徴とするセラミックスヒーターの製造方法。