專利名稱：：陶瓷加熱器及采用它的加熱用烙鐵的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及陶瓷加熱器及采用它構成的加熱用烙鐵。
背景技術：
：以往，陶瓷加熱器廣泛作為半導體加熱用加熱器、錫焊烙鐵、燙發(fā)烙鐵、石油風扇加熱器等石油氣化器用熱源等，或發(fā)光系統(tǒng)等中的發(fā)熱源使用。此外，近年來，在空燃比檢測傳感器(氧傳感器)加熱用等，尤其是向車載用陶瓷加熱器的用途增大。在此種陶瓷加熱器中，有平板狀圓柱狀圓筒狀等種種形狀，但都是例如通過在以氧化鋁為主成分的陶瓷基體中，埋設由W、Re、Mo等高熔點金屬構成的導體而構成。圖11作為其一例，表示圓柱形狀的陶瓷加熱器。該陶瓷加熱器由埋設導體的陶瓷體、設在其表面上的端子安裝電極部106、利用釬焊料111接合在其表面上的引線部件110構成。該端子安裝電極部106由包覆(metallized)層和Ni鍍層構成，為向埋設的導體供給電力，使埋設的導體和金屬包覆層連接(專利文獻l)。此外，近年來，為提高可靠性，還提出了具有如下特征的陶瓷加熱器，即，釬焊料外緣的釬焊料端部的接線、和電極外緣的與釬焊料端點接觸的點上的接線形成的角度在規(guī)定范圍(專利文獻2)。專利文獻l:特開平8-109063號公報專利文獻2:特開2000-286047號公報但是，近年來，在需求增大的車載用陶瓷加熱器中，由于處在高溫或振動或廢氣氣氛等嚴酷的使用環(huán)境下，因此要求可靠性，尤其是固定引線部件的接合部，要求高可靠性。此外，最近，在采用陶瓷加熱器構成的裝置中，要求快速升溫特性，要求如此快速升溫的陶瓷加熱器中，接合部的溫度變化也激烈，對接合部要求高的可靠性。即，因將引線部件固定在端子取出電極部的釬焊料和陶瓷基體的熱膨脹差，應力集中在該釬焊部，存在陶瓷加熱器的耐久性降低的問題。尤其例如如燙發(fā)器，在發(fā)熱區(qū)域廣、陶瓷加熱器整體夾持在保持部件內的陶瓷加熱器中，由于與加熱同時，電極取出部被急速加熱，因此耐久性的提高成為主要課題。
發(fā)明內容為此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使在高溫或振動或廢氣氣氛等嚴酷條件下耐久性也優(yōu)異的、對急速加熱冷卻具有高可靠性的陶瓷加熱器。本發(fā)明此外的目的在于提供一種具有高耐久性的加熱烙鐵。為達到上述目的，本發(fā)明的第l陶瓷加熱器，其特征是具備陶瓷體，具有內設的導體和與該導體導通的金屬包覆層；借助釬焊料與所述金屬包覆層接合的引線部件，并且，所述釬焊料的覆蓋所述引線部件的被覆區(qū)域的被覆高度設定為，所述引線部件上的離所述金屬包覆層最近的接近端和離所述金屬包覆層最遠的上端之間的距離即引線高度的4099%的范圍內。此外，本發(fā)明的第2陶瓷加熱器，其特征是具備陶瓷體，具有內設的導體和與該導體導通的金屬包覆層；借助釬焊料與所述金屬包覆層接合的引線部件，并且，所述釬焊料含有2種以上的金屬，該2種以上的金屬在所述釬焊料中以可識別的狀態(tài)分別存在。另外，本發(fā)明中所謂可識別，是指2種以上的金屬以不成為固容體的方式混入，例如，是指在通過用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察反射電子像(BEI)時能夠確認各金屬像。觀察時的倍率例如在50倍以上。此外，本發(fā)明的加熱用烙鐵，其特征是作為發(fā)熱機構，采用本發(fā)明的第1或第2陶瓷加熱器。如上構成的本發(fā)明的第1陶瓷加熱器，由于在接合部確定釬焊料在引4線部件上的被覆區(qū)域范圍，所以能夠確保引線和釬焊料的接合面積，能夠減小熱循環(huán)發(fā)生的應力。因此，根據(jù)本發(fā)明的第l陶瓷加熱器，能夠形成耐久性優(yōu)良的高可靠性的接合，能夠提供耐久性高陶瓷加熱器。此外，本發(fā)明的第2陶瓷加熱器，由于通過作為釬焊料含有2種以上的金屬，以可識別的狀態(tài)分別存在該2種以上的金屬，所述2種以上的金屬中的1種是楊氏模量為180GPa以下的第1金屬，該第1金屬位于所述釬焊料和所述引線部件的邊界部及所述釬焊料和所述金屬包覆層的邊界部中的至少一方的邊界部。構成釬焊料的2種以上的金屬的更低的電阻側的組成部分與通電相關，所以能夠降低電阻值。由此，能夠降低釬焊料上的發(fā)熱量，提高釬焊料與金屬包覆層及引線部件的接合的可靠性，能夠提供耐久性高的陶瓷加熱器。圖1(A)是本發(fā)明的實施方式1的陶瓷加熱器的立體圖。圖1(B)是實施方式1的陶瓷加熱器的剖面圖。圖2是表示實施方式1的陶瓷加熱器的引線部件10的接合部的剖面圖。圖3(A)是實施方式1的陶瓷加熱器的制造工序中的第1工序的立體圖。圖3(B)是實施方式1的陶瓷加熱器的制造工序中的第2工序的立體圖。圖3(C)是實施方式1的陶瓷加熱器的制造工序中的第3工序的立體圖。圖3(D)是實施方式1的陶瓷加熱器的制造工序中的第4工序的立體圖。圖4是本發(fā)明的實施方式2的陶瓷加熱器100的立體圖。圖5是圖4所示的陶瓷加熱器100的釬焊部的剖面示意圖。圖6是表示實施方式2的陶瓷加熱器100的釬焊部的一例的斷面的斷面照片。圖7是圖6所示的區(qū)域E的放大照片。圖8是圖6所示的區(qū)域D的放大照片。圖9是圖6所示的區(qū)域C的放大照片。圖IO是本發(fā)明的實施方式1的加熱用烙鐵的立體圖。圖11是以往的陶瓷加熱器的立體圖。圖12是以往的陶瓷加熱器的釬焊部的斷面照片。圖中1、100—陶瓷加熱器，2—陶瓷芯材，3—陶瓷片(ceramicsheet)，4—導體，5—引線引出部，6—端子取出電極，6a—金屬包覆層，6b—鍍層，7—通路孔(viahole),8—粘接層，9一陶瓷體，IO—引線部件，11一釬焊料，12—電極取出部，13—空隙(void)，14一引線部件的成分向釬焊料的擴散層，16—近位端，17—遠位端，18—被覆區(qū)域的被覆高度，22一陶瓷芯材，23—陶瓷生片(ceramicgreensheet)，24—導體，25—引線引出部，26—金屬包覆層，27—通路孔用的貫通孔，28—電極取出部。具體實施例方式以下，參照本發(fā)明的實施方式。實施方式1圖1A是示意性表示本發(fā)明的實施方式1的陶瓷加熱器的立體圖，圖1B是圖1A上的A-A線的剖面圖，圖2是表示接合部的詳細結構的剖面圖。本實施方式1的陶瓷加熱器l，如圖1A、圖1B所示，由圓柱形狀的陶瓷芯材2和通過粘接層8巻裝在該陶瓷芯材2上的陶瓷片3構成，在陶瓷芯材2和陶瓷片3的之間埋設導體4、引線引出部5和電極取出部12。然后，該電極取出部12，與設在陶瓷片3的外側的金屬包覆層6a連接。此外，在金屬包覆層6a的表面上形成由Ni構成的鍍層6b，由金屬包覆層6a和鍍層6b構成端子取出電極6，利用釬焊料11接合固定該端子取出電極6和引線部件10。此外，電極取出部12和金屬包覆層6a，如圖1B所示，通過設在陶瓷片3的金屬包覆層6a下面的通路孔7連接。在如此構成的陶瓷加熱器l中，通過經(jīng)由引線部件10向金屬包覆層6a通電，則導體4發(fā)熱，從而具有作為加熱器的功能。另外，在本實施方式1的陶瓷加熱器中，其特征在于作為釬焊料11覆蓋引線部件10的區(qū)域的被覆區(qū)域的被覆高度18，設定在引線部件10的最接近端子安裝電極6的接近端、和引線部件10的最遠離端子安裝電極6的上端之間的距離的4099%的范圍內。艮P，在端子安裝電極6和引線部件10的接合部，如果引線部件10的橫斷面上的被覆高度18，低于從最接近端子安裝電極6的接近端16到遠離端子安裝電極6的上端17的距離(以下，在本說明書中將該距離稱為引線高度)的40%，則由于引線部件IO和釬焊料11的接合界面的面積小，導致初期的引線接合強度低，不均度大。所以，如本實施方式l，在釬焊料11的被覆高度是引線高度的40%99%的情況下，能夠提高初期的引線接合強度，并且能夠減小不均。另外，如圖2所示，在引線部件IO是具有圓形的斷面的線材的情況下，引線高度成為引線部件10的圓形斷面的直徑。此外，釬焊料11覆蓋引線部件10的被覆高度18，如果超過高度的99%，在被釬悍料覆蓋的區(qū)域，在進行熱循環(huán)的情況下，在引線部件10和釬焊料11的界面易發(fā)生裂紋，降低引線接合強度。艮口，如果引線部件IO用釬焊料覆蓋到使被覆高度18相對于引線高度超過99%的范圍，則因引線部件10和釬焊料11的線熱膨脹差，在引線部件和釬焊料的界面產(chǎn)生應力，而由于沒有應力釋放場所，所以在界面發(fā)生裂紋。另夕卜，如果比較引線部件10和釬焊料11的線熱膨脹的值，則是引線部件10<釬焊料11。具體是，在用釬焊料沿全周方向覆蓋引線部件，進行熱循環(huán)試驗的情況下，在引線部件和釬焊料的界面發(fā)生裂紋。對此，如果將相對于引線高度的被覆高度18設定在40%99%的范圍，則由于釬焊料11不覆蓋引線部件10的一部分，因此在進行熱循環(huán)試驗的情況下，能夠緩和因引線部件IO和釬焊料11的熱膨脹而發(fā)生的應力，在熱循環(huán)試驗中不在引線部件和釬焊料的界面發(fā)生裂紋。在本陶瓷加熱器中，為了更有效地防止在熱循環(huán)試驗中在引線部件和釬焊料的界面發(fā)生裂紋，優(yōu)選相對于引線高度，將被覆高度18設定在60%99%的范圍。相對于引線高度的被覆高度18的范圍，能夠根據(jù)引線部件IO和釬焊7料的潤濕性控制，更具體地是，通過引線部件10的材質及表面粗糙度、釬焊料的材質、接合時的溫度、保護氣氛，進行控制。在本實施方式1中，更優(yōu)選通過引線部件10的表面粗糙度進行控制，如果如此控制，能夠比較簡易且確實地將被覆高度設定在規(guī)定的范圍。此外，在本實施方式1中，優(yōu)選在引線部件io和釬焊料的界面上存在空孔13。在引線部件IO和釬焊料的界面上無空孔的情況下，在陶瓷加熱器1的發(fā)熱時，從陶瓷體9向引線部件10的導熱良好，引線部件表面溫度增高，但在界面存在空孔13的情況下，阻礙從陶瓷體9向引線部件IO的導熱，引線部件表面溫度與無空孔時相比降低。因而，如果在引線部件IO和釬焊料的界面存在空孔13，接合部的熱應力減小，能夠減小熱循環(huán)試驗后的弓I線接合強度的劣化。確認了空孔13的尺寸和初期的引線接合強度后發(fā)現(xiàn)，在空孔13為0.1200Pm時，初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度高，幾乎沒有差別，但在空孔13大于200um的情況下，初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度低，在空孔13低于O.lum的情況下，由于引線部件11的表面溫度高，因此雖然初期的引線接合強度高，但熱循環(huán)試驗后的引線接合強度降低。此外，在空孔13發(fā)生在大于界面的40%的范圍內的情況下，初期的引線接合強度降低，由此，為降低引線部件的表面溫度并提高初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度，優(yōu)選在界面的20%40%的范圍內存在0.1200um的空孔13。另外，在本實施方式1中，在不具有引線部件10的成分向釬焊料11擴散的擴散層14的情況下，初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度低，在界面有擴散層14的情況下，初期的引線接合強度提高。這認為是，通過引線部件10的成分向釬焊料11的擴散，界面的一部分從物理接合向化學接合變化，提高了引線接合強度之故。因而，在本發(fā)明中，優(yōu)選引線部件10的成分向釬焊料11擴散。為了有效提高引線接合強度，優(yōu)選界面上的擴散層M的距離(厚度)為0.130txm，更優(yōu)選為330ym。在擴散層14低于0.1Um的情況下，提高引線接合強度的效果小，在擴散層大于30"m的情況下，由于引線部件10的成分向釬焊料11大量擴散，因此有提高釬焊料11的硬度，在熱循環(huán)試驗后，容易在釬焊料ll發(fā)生裂紋，降低引線接合強度的顧慮。此外，為了穩(wěn)定生成擴散層14,得到有效的固著效果(anchoreffect),提高引線接合強度，優(yōu)選引線部件10的表面上的算術平均表面粗糙度Ra在0.055um的范圍內。如果引線部件10的表面上的算術平均表面粗糙度Ra低于0.05um，則有時擴散層14只生成0.05"m厚，提高熱循環(huán)試驗后的引線接合強度的效果小，如果算術平均表面粗糙度Ra大于5um，在測定熱循環(huán)厚的引線接合強度時，有因熱循環(huán)裂紋從表面擴展，引起斷線的顧慮。下面，說明本實施方式1的陶瓷加熱器1的制造方法。在制造陶瓷加熱器1時，采用包含圖3A圖3D所示的工序的方法。首先，在制作了陶瓷生片23后，在該陶瓷生片23上形成通路孔用的貫通孔27(參照圖3A)。接著，在該貫通孔27內充填導體漿料(paste)后，形成成為導體24和引線引出部25的導體槳料層，然后進行干燥(參照圖3B)。然后，反轉陶瓷生片23，在背面形成成為金屬包覆層26的導體漿料層(參照圖3C)。接著，再反轉一次，通過在陶瓷芯材22上巻貼陶瓷生片23，制作由燒結前的原材料構成的生成型體(參照圖3D)。通過在15001650。C的還原保護氣氛中燒成如此成型的生成型體，得到陶瓷體9，然后，如圖1所示，在金屬包覆層6a的表面上形成由Ni構成的鍍層6b后，利用釬焊料ll固定引線部件IO，得到陶瓷加熱器l。關于陶瓷加熱器1的材質，能夠采用氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅、莫來石等。例如，作為氧化鋁(Alumina)，能夠使用由八1203:8895重量％、Si02:27重量％、CaO:0.53重量％、MgO:0.53重量％、Zr02:03重量％構成的氧化鋁。如果八1203含量比該值小，則由于玻璃質增多，通電時的遷移增大，因此不優(yōu)選釆用。此外，相反如果八1203含量比該值大，則由于向內藏的發(fā)熱電阻體4的金屬層內擴散的玻璃量減少，時陶瓷加熱器1的耐久性劣化，因此不優(yōu)選采用。作為氮化硅，可含有Si3N4:8595%重量％、Y203或Yb203、Er203等稀土元素氧化物212重量％、Ai203:0.32.0重量％、此外按Si02換算氧0.53重量％。作為氮化鋁，可使用以下構成含有A1N:8597重量％、Y203或Yb203、Er203等稀土元素氧化物28重量％、CaO:05重量％、其中作為雜質按八1203換算氧0.53重量％。作為莫來石，可采用由八1203:5875重量％、Si02:2542重量％、1重量％以下的不可避免的雜質構成。此外，關于陶瓷加熱器1的形狀，除圓筒及圓柱狀外，也可以是板狀。本發(fā)明的陶瓷加熱器，也不局限于此，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內，可進行多種變更。實施方式2下面，參照本發(fā)明的實施方式2的陶瓷加熱器100。圖4及圖5所示的本實施方式2的陶瓷加熱器100，與實施方式1同樣，形成以下構成，g卩，在陶瓷基體9的內部內設導體4，在延伸到陶瓷基體9的表面的電極取出部12上形成連接在該電極取出部12上的金屬包覆層6a，在通過該金屬包覆層6a構成的端子安裝電極6上，用釬焊料11焊接引線部件10。另外，根據(jù)需要，在金屬包覆層6a上形成鍍層(未圖示)，通過金屬包覆層6a和鍍層，'構成端子安裝電極6。此外，陶瓷基體9例如可通過以下方式獲得，即，通過利用刮片(doctorblade)法制作生片(燒成后成為片3的部分)，利用擠壓成型法制作成為陶瓷芯材2的成型體，使它們一體化，從而獲得。作為陶瓷基體9的材質，能夠使用氧化鋁、莫來石、鎂橄欖石等氧化物陶瓷，或氮化硅、氮化鋁等非氧化物陶瓷等，但是，其中優(yōu)選使用氧化物陶瓷。例如，作為陶瓷基體9的材質，在采用氧化鋁質陶瓷的情況下，采用由八1203:8895重量％、Si02:27重量％、CaO:0.53重量％、MgO:0.53重量％、Zr02:l3重量％構成的組成。另外，也不局限于氧化鋁質陶瓷，也可以采用氮化硅質陶瓷、氮化鋁質陶瓷、碳化硅質陶瓷等。此時，在生片上，利用網(wǎng)板印刷法印刷導體4，在通過沖裁等預先形成在生片上的規(guī)定的位置上的通路孔內，形成電極取出部12。導體4及電極取出部12的材質，以W、Mo、Re的單體作為主成分，添加它們的合金或TiN、WC等金屬硅化物、金屬碳化物。導體4及電極取出部12，最好以提高導體4的電阻、降低電極取出部12的電阻的方式調整這些材料，分別網(wǎng)板印刷。此處，為消除生片和導體4的錯差(高低差)，并使生片緊密粘接在圓筒狀的成型體上，優(yōu)選在導體4上利用網(wǎng)板印刷等涂布在以八1203為主成分，添加Si02、MgO等的混合物中加入粘合劑并用有機溶劑調制成膏狀的漿料。然后，通過在150(TC165(TC的還原保護氣氛中燒成被一體化的成型體，能夠得到所要求的燒結體。在得到的燒結體的電極取出部12上，涂布以W為主成分的漿料，在真空中燒結，形成金屬包覆層6a。關于金屬包覆層6a的材質，優(yōu)選作為導電成分，含有由高熔點金屬如W、Mo、Re及它們的合金構成的成分。關于金屬包覆層6a的厚度，優(yōu)選規(guī)定在10ym以上。如果厚度低于10ym，則電極取出部4的與陶瓷基體9的粘接強度低，使用中熱循環(huán)的相對于引線部件10的抗拉強度的耐久性降低，所以不優(yōu)選采用。更優(yōu)選厚度在15um以上，最優(yōu)選在20um以上。金屬包覆層6a的厚度影響引線部件10的抗拉強度的原因是因為，金屬包覆層6a是由W、Mo、Re等構成的高熔點金屬的多孔質燒結體，從陶瓷基體9向該孔擴散晶粒邊界上的玻璃成分，靠該固著效果增加強度。因而，越增加金屬包覆層6a的厚度，就越增大接合的引線部件10的抗拉強度。另外，在形成金屬包覆層6a后，也可以在金屬包覆層6a上實施鍍敷，該鍍敷優(yōu)選以Ni作為主成分。然后，利用真空釬焊，將引線部件10安裝在金屬包覆層6a上。作為引線部件10的材質，優(yōu)選使用耐熱性良好的Ni系或Fe-Ni系合金等。這是因為，有因來自導體4的導熱，在使用中引線部件10的溫度升高而引起劣化的可能性。其中，作為引線部件10的材質，在使用Ni系或Fe-Ni系合金的情況下，優(yōu)選將其平均晶體粒徑規(guī)定在400um以下。如果所述平均粒徑超過400um，則因使用時的振動及熱循環(huán)，釬焊部附近的引線部件疲勞，發(fā)生裂紋，所以不優(yōu)選釆用。關于其它材質，例如，如果引線部件10的粒徑大于引線部件10的厚度，則由于在釬焊料11和引線部件10的邊界附近的晶粒中集中應力，發(fā)生裂紋，所以不優(yōu)選釆用。為了使引線部件10的平均粒徑小于400ixm以下，只要盡量降低釬焊時的溫度，縮短處理時間就可以。而且，本發(fā)明的特征在于釬焊料ll中的結構。即，如圖69所示，釬焊料含有2種以上的金屬，優(yōu)選含有2種金屬，該金屬形成斑狀存在的結構，或點狀存在的結構。此處，在本說明書中，所謂"斑狀存在"、"點狀存在"是指這些2種以上的金屬以例如采用顯微鏡等可識別的狀態(tài)分別存在。此外，圖6通過采用矩形的引線部件10a的例子表示斷面。此外，該成為斑狀的金屬或點狀存在的金屬，作為主成分，最好至少從第10族(Ni、Pd、Pt等)、或第ll族(Cu、Ag、Au等)的元素中選擇2種。這是因為，因第10族及第11族的元素擴散系數(shù)比較小，能夠抑制金屬的擴散，難形成均勻的相，而且，由于固有電阻小，因此導電性也優(yōu)越的原因。作為如此的釬焊料ll，可列舉Ag-Cu釬焊料、Au-Cu釬焊料等，其中更優(yōu)選采用Ag-Cu釬焊料。如此，在將引線部件10釬焊在金屬包覆層6a上后，由于在釬焊料ll內部，斑狀或點狀存在2種以上的金屬(例如Ag和Cu)，因此需要調整釬焊料11的釬焊時的保持時間。例如，在采用Ag-Cu釬焊料中的BAg-8(JISZ3261)時，由于BAg-8的熔化溫度(熔點)在大約78(TC，因此優(yōu)選從釬焊溫度780'C到800°C，將保持時間規(guī)定在540分鐘，通過設定在此范圍內，能夠使Ag和Cu在釬焊料11內部以斑狀或點狀存在。由Ag和Cu構成釬焊料ll，如果在釬焊溫度保持60分鐘以上，就引起相互擴散，Ag和Cu容易形成均勻熔化的合金。如果均勻熔化，則與沿電阻值更低的Ag有選擇地通電的斑組織比較，釬焊料內部的電阻值增高，因伴隨釬焊料內部的發(fā)熱，耐久后的接合強度存在問題。因此，為了在釬焊料中形成Ag和Cu的斑組織，最好將在所述釬焊溫度的保持時間規(guī)定在小于60分鐘。另外，所述釬焊溫度下的保持時間，為了充分熔化釬焊料，至少需要5分鐘。以往，由于不調整保持時間，超出上述范圍，所以均勻熔化。圖12是在圖11所示的陶瓷加熱器中，表示釬焊料111形成的釬焊部的斷面照片。作為釬焊料lll，采用由2種以上的金屬構成的Ag-Cu系、Au-Cu系的釬焊料。釬焊后的釬焊料部的斷面，如圖12所示，沒有出現(xiàn)構成的金屬組成的偏析，以均勻的金屬存在。另外，本發(fā)明通過將保持時間調整在上述范圍內，在均勻熔化之前降到低于所述釬焊溫度，能夠得到斑組織。另外，為了在釬焊料中形成Ag和Cu的斑組織，除將在釬焊溫度下的保持時間規(guī)定在低于60分鐘，還優(yōu)選將Ag含量規(guī)定在6090重量％，更優(yōu)選將Ag含量規(guī)定在7075重量G/。。由此，Ag-Cu釬焊料的熔化溫度接近共晶點(Ag禾BCu熔合，任何一方都不以固體存在的溫度)，由于Ag和Cu相互成為液相的溫度降低，所以能夠降低釬焊溫度，也降低釬焊后的殘余應力。如此，通過在釬焊料11內部形成斑組織，在從引線部件10給陶瓷加熱器100供電時，由于在電阻值更低的Ag側有選擇地通電，所以降低釬焊料11的電阻值，抑制釬焊料11的溫度升高，提高接合的可靠性。此外，如圖6中的區(qū)域E(釬焊料和金屬包覆層的界面附近)的放大照片即圖7，圖6中的區(qū)域D(釬焊料和金屬包覆層及釬焊料和引線部件的界面附近)的放大照片即圖8，圖6中的區(qū)域C(釬焊料和引線部件的界面附近)的放大照片即圖9所示，在與釬焊料ll和金屬包覆層6a的界面、釬焊料11和引線部件10的界面的至少任何一方鄰接的部位，優(yōu)選形成不是斑狀的、楊氏模量在180GPa以下的金屬層，例如在由Ag及Qi構成的釬焊料11上，優(yōu)選形成Cu層6c。與該釬焊料11和金屬包覆層6a的界面鄰接的Cu層6c，由于相對于釬焊后的殘余應力具有作為應力緩和層的功能，因此降低該部分的殘余應力，提高釬焊引線部件7的接合強度。為了形成該Cu層6c，預先在金屬包覆層6a及引線部件IO通過釬焊與釬焊料11接觸的部分上，實施Cu鍍層是有效的。在Ag和Cu中，由于Cu—側的表面張力小，因此在釬焊時，在釬焊料11熔化、接觸的部分，Cu容易有選擇地潤濕。利用此現(xiàn)象，能夠在與釬焊料接觸的金屬包覆層6a及引線部件的界面鄰接的部位，形成Cu層6c。而且，該Cu層6c，在與金屬包覆層6a的界面的相反側具有凹凸，優(yōu)選該凹凸的厚度在lOum以下，優(yōu)選包括凸部的Cu層6c整體的厚度在20ym以下。由于Cu層6c，在與其接觸的異種材的界面上形成凹凸，凹凸具有作為應力緩沖層的作用，所以提高耐久后的接合強度。13此處，作為優(yōu)選的例，說明了Cu層6c的凹凸面，但是本發(fā)明并不局限于Cu，即使在界面上存在具有高度lOum以下的凸部且包含該凸部的層整體的厚度在20um以下的Cu以外的金屬層的情況下，也能夠提高界面上的緊密粘接強度，能夠提高可靠性，耐久性。但是，如果Cu層的凸部的厚度在10um以上，包括凸部的厚度在20wm以上，則由于降低釬焊料的緊密粘接強度，所以不優(yōu)選采用。在此種情況下，在釬焊料的熔化溫度的保持時間，優(yōu)選規(guī)定在520分鐘。金屬包覆層6a，在真空中燒結在陶瓷基體9上，但由于降低因與陶瓷基體9的熱膨脹差而形成的殘余應力，因此優(yōu)選采用熱膨脹系數(shù)小的導電材料。金屬包覆層6a的主成分，按熱膨脹系數(shù)講，更優(yōu)選在5.5X10—6/°C以下。具體是，優(yōu)選以具有上述物性的W或Mo作為主成分。由此，能夠緩和在陶瓷基體9和金屬包覆層6a的界面上發(fā)生的燒結金屬包覆層6a時的殘余應力。g卩，通過在釬焊料中擴散如此的金屬，釬焊料的熱膨脹系數(shù)降低，發(fā)生在與金屬包覆層的界面上的釬焊后的殘余應力也降低，能夠提高電極取出部與釬焊料及引線部件的接合可靠性，從而更加提高陶瓷加熱器的可靠性耐久性。但是，在金屬包覆層6a和釬焊料11中，由于熱膨脹系數(shù)的差極大，因此在釬焊后發(fā)生大的殘余應力。因而，需要降低釬焊料的熱膨脹系數(shù)。為降低釬焊料的熱膨脹系數(shù)，只要熱膨脹系數(shù)小的金屬包覆層6a的主成分向釬焊料中擴散就可以。這能夠通過在釬焊后進行熱處理來完成。該熱處理，優(yōu)選在含有氫氣等的還原保護氣氛中，在釬焊料的熔化溫度以下進行，更優(yōu)選在700'C75(TC進行。通過該熱處理，熱膨脹系數(shù)在5.5X10—6/x:以下的金屬或合金向釬焊料中擴散，降低釬焊料的熱膨脹系數(shù)，提高釬焊部的耐久后的強度。此外，優(yōu)選的是，在釬焊料ll的表面上形成由Ni構成的鍍層，用于釬焊料11的高溫耐久性提高及腐蝕防止。為使該Ni鍍層具有作為保護層的功能，可以將構成鍍層的結晶的粒徑規(guī)定在10um以下，能夠作為致密、密度高的鍍層存在于釬焊部的表面。如果將該粒徑規(guī)定在5iim以下，則表面的鍍層更加致密化，同時能夠使Ni向釬焊料11的內部擴散。由于Ni的楊氏模量大于250Mpa即很硬，所以向釬焊料11的內部的擴散的Ni，提高釬焊料11的內部的硬度，由于釬焊料ll的內部的強度提高，因此能夠提高電極取出部和釬焊料及引線部件的初期接合強度和耐久后的接合強度。由此，能夠提高陶瓷加熱器的可靠性耐久性。另外，作為鍍層，優(yōu)選采用硼系的無電鍍Ni。無電鍍的種類除硼系的無電鍍外，也能夠被覆磷系的無電鍍層，但在有在高溫環(huán)境下使用的可能性時，通常一般實施硼系的無電鍍Ni鍍敷。此外，圖10是采用本發(fā)明的陶瓷加熱器1或陶瓷加熱器100的一例加熱用烙鐵的立體圖。該加熱用烙鐵，在前端的臂桿32之間插入頭發(fā)，通過握住把手31，一邊加熱頭發(fā)一邊加壓，加工頭發(fā)。在臂桿32的內部，插入陶瓷加熱器1或陶瓷加熱器100，在與頭發(fā)直接接觸的部分，設置鋁等金屬板33、涂敷表面的金屬板、陶瓷板等。此外，形成在臂桿32的外側裝有用于防止燙傷的耐熱塑料制的罩的構成。實施例1利用下面所示的方法，制作本發(fā)明的陶瓷加熱器。首先，調制以氧化鋁(alumina)作為主成分，作為燒結輔助劑含有6重量％的Si02、2重量％的MgO、2重量％的CaO、1.5重量％的Zr02的原料。采用該調制的原料，利用擠壓成型及鑄帶法，準備外徑15mm的陶瓷芯材2及厚800Um的陶瓷生片23。接著，在陶瓷生片23的一方的主面，印刷由鎢(W)構成的導體24和引線引出部25和電極引出部28。然后，在電極取出部28的端部的背面印刷金屬包覆層26，接著在金屬包覆層26上形成通路孔用的貫通孔。然后，通過在貫通孔內埋入由鎢(W)構成的漿料，形成通路孔7，連接電極取出部28和金屬包覆層26。在還原保護氣氛中，用160(TC燒成準備的生的陶瓷體9，使其燒結，在金屬包覆層6a的表面上，利用由Ni構成的無電場鍍敷形成厚5um的鍍層6b。在按以上得到的試樣的端子安裝電極6上，釬焊引線部件IO，但在本實施例1中，變化由Ag釬焊料構成的釬焊料11的量，進行引線部件10的接合，制作釬焊料在引線部件10的表面上的被覆高度18，在引線高度的20100%的范圍內不同的評價用試樣。然后，對這些評價用的試樣，分別確認初期的引線接合強度、熱循環(huán)試驗(25°C3分鐘40(TC3分鐘)3000次后的引線接合強度、及界面的裂紋發(fā)生比例。引線接合強度的測定是，通過相對端子取出電極6向垂直方向拉伸引線部件IO而進行測定。表1表示在引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18和初期的引線接合強度及熱循環(huán)試驗(3000次)后的引線接合強度的判定結果。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>No.l、6，是本發(fā)明的范圍以外的試樣。此外，表中的熱循環(huán)試驗后的數(shù)據(jù)，是3000次循環(huán)重復熱循環(huán)試驗后的數(shù)據(jù)。另外，表1中的"相對于引線高度的被覆高度"的值，是測定在引線部件的長度方向上相對于引線高度的被覆高度最高的部分的值。初期引線接合強度在85N以上，且熱循環(huán)試驗后的引線接合強度為3550N的試樣判定為A，5060N的試樣判定為O，60N以上的試樣判定為。從表1看出，本發(fā)明的實施例1的范圍內的No25的引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18為4099%的試樣，初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度的平均值高，得到良好的結果。其中，No35的引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18為6099%的試樣，得到非常好的結果。但是，比較例的Nol的引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18為20%的試樣，初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度低，No6的引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18為100%的試樣，初期的引線接合強度高，但是熱循環(huán)試驗后的弓I線接合強度降低。本發(fā)明的實施例1的No25的引線部件10的表面上的被覆區(qū)域18為4099%的試樣，由于無界面上的裂紋，所以認為引線接合強度的降低小。但是，在作為比較例的No6的被覆區(qū)域18為100%的試樣中，由于在界面產(chǎn)生裂紋，所以認為引線接合強度降低。發(fā)生上在界面上的裂紋，認為是因引線部件IO和釬焊料11的熱膨脹系數(shù)的差而發(fā)生的。因此，認為覆蓋區(qū)域18為100%的試驗，難緩和因熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的應力，容易在界面產(chǎn)生裂紋。此外，確認了界面上發(fā)生的空孔13的尺寸界面上的空孔的占有率、初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度、陶瓷加熱器在80(TC發(fā)熱時的引線部件表面溫度之間的關系。判定結果如表2所示，初期引線接合強度在85N以上，且熱循環(huán)試驗后的引線接合強度為3550N的試樣判定為A，5060N的試樣判定為O，60N以上的試樣判定為O。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>以上都是被覆高度60%的試樣。在本發(fā)明的實施例1的No1315和1719的界面發(fā)生的空孔13的尺寸為0.1200um，界面的空孔13的占有率為2040%的范圍，熱循環(huán)試驗后的引線接合強度達到60N以上，得到非常好的結果。此外，No911的界面發(fā)生的空孔13的尺寸為0.1200iim，界面的空孔13的占有率為0.120%的范圍，得到熱循環(huán)試驗后的引線接合強度在5060N的非常好的結果。認為這是由于位于界面上的空孔13阻礙從陶瓷體9的導熱，引線部件表面溫度降低之故。但是，認為No7是由于引線部件表面溫度高，因此熱循環(huán)試驗后的引線接合強度降低；認為No2023是由于界面中的空孔13的占有率大于50%，因此雖然引線部件表面溫度達到-2(TC以下，但接合強度降低；認為No12、16是由于空孔13的尺寸大于250^m，因此引線接合強度降低。此外，制作通過變化接合的溫度及時間，來變化從界面到擴散層14的距離的試樣，測定初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度，結果如表3所示，初期引線接合強度為85N以上，且熱循環(huán)試驗后的引線接合強度為3550N的試樣判定為A，5060N的試樣判定為O，60N以上的試樣判定為。表3No.擴散層厚度(詣)接合強度(N)判定初期熱循環(huán)后2409441△250.111252〇26311463◎27511866◎281512062◎293011965◎304511838△從本發(fā)明的實施例1的No2629的界面到擴散層14的距離為330um的范圍，熱循環(huán)試驗后的引線接合強度高達60N以上，得到非常好的結果。此外，從No25的界面到擴散層14的距離為0.1um的尺寸，熱循環(huán)試驗后的引線接合強度為5060N，得到良好的結果。認為，這是由于通過引線部件的成分向釬焊料擴散，界面從物理接合向化學接合變化，所以引線接合強度提高。但是，完全無擴散層的No24是，初期及熱循環(huán)試驗后的引線接合強度低；有45um厚的擴散層14的No30，由于引線部件的成分向釬焊料11大量擴散，因此釬焊料11的硬度增高，熱循環(huán)試驗后釬焊料11發(fā)生裂紋，引線接合強度降低。此外，測定用于接合的引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra和初期和熱循環(huán)試驗后的引線接合強度，結果如表4所示，初期引線接合強度為85N以上，且熱循環(huán)試驗后的引線接合強度為3550N的試樣判定為A，5060N的試樣判定為O，60N以上的試樣判定為。表4No.算術平均表面粗糙度Ra(ym)擴散層的厚度(—接合強度(N)判定初期熱循環(huán)后310.010.0510443△320.05311663◎330.5912362◎341.01011965◎<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>所謂熱循環(huán)后，是進行3000次熱循環(huán)試驗后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的實施例1的No3237的引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra為0.055um的范圍，熱循環(huán)試驗后的引線接合強度高達60N以上，得到非常好的結果。從評價結果得出，隨著引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra增大，有容易從界面生成擴散層14的傾向，隨著引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra增大，有熱循環(huán)試驗后的引線接合強度通過固著效果增高的傾向。但是，認為No31是，由于從界面到擴散層14的距離小，引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra小，因而不能得到充分的固著效果，因此熱循環(huán)試驗后的引線接合強度低，No38是，從界面到擴散層的距離為m，具有充分的引線接合強度，但由于引線部件10的算術平均表面粗糙度Ra為7nm，因此通過熱循環(huán)試驗，從引線部件IO的表面擴展裂紋，因此用36N就以引線切斷的方式被破壞。實施例2以八1203為主成分，以合計達到10重量M以內的方式調整SiO2、CaO、MgO、Zr02，用刮片(doctorblade)法制作生片，在該生片的表面上印刷由W構成漿料，形成導體4和電極取出部12。此外，利用擠壓成型法，制作圓柱狀的成型體，在圓柱狀的成型體上密接巻裝印刷有導體4的陶瓷片，在160(TC的還原保護氣體中燒成，各準備20根陶瓷加熱器100。然后，在電極取出部12的表面上，實施厚5"m的無電場Ni鍍敷，另外，在電極取出部12上涂布以W為主成分的槳料，在真空爐中燒結。然后，采用Ag-Cu釬焊料，釬焊作為引線部件的O1.0mm的Ni絲。此時，釬焊條件分別規(guī)定為釬焊溫度780°C、800°C、820°C，保持時間5分鐘、10分鐘、40分鐘、60分鐘，實施釬焊。然后，為了確認連續(xù)使用時的耐久性，測定初期的抗拉強度和400°CX800小時連續(xù)通電后的抗拉強度。拉伸試驗是通過向與陶瓷加熱器100的主面垂直的方向拉伸引線部件4的端部，測定其剝離強度。此外，用電子顯微鏡觀察各組(lot)2個斷面，確認釬焊料內部的組織。表5示出其結果。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>此處，所謂釬焊料界面的層，是指在金屬包覆層和釬焊料間的界面、及弓I線部件和釬焊料間的界面上的層。此外，*標記的試樣，是本發(fā)明范圍外的試樣。從表5看出，看不見圖7圖9所示的斑組織的No.39、42、43、46、47、50是，疲勞試驗后的抗拉強度降到200N以下。對此，發(fā)現(xiàn)圖7圖9所示的斑組織的No.40、41、44、45、48、49，得到300N以上的高抗拉強度。權利要求1.一種陶瓷加熱器，其特征是具備陶瓷體，其具有內設的導體和與該導體導通的金屬包覆層；引線部件，其借助釬焊料與所述金屬包覆層接合，所述釬焊料是含有2種以上的金屬而構成，該2種以上的金屬在所述釬焊料中以可識別的狀態(tài)存在，所述2種以上的金屬中的1種是楊氏模量為180GPa以下的第1金屬，該第1金屬位于所述釬焊料和所述引線部件的邊界部及所述釬焊料和所述金屬包覆層的邊界部中的至少一方的邊界部。2.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是還包括配設在所述金屬包覆層及所述引線部件通過釬焊與釬焊料接觸的部分的所述第1金屬的鍍層。3.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是所述2種以上的金屬是從由元素周期表中的第IO族金屬及11族金屬構成的組中選擇。4.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是-所述第1金屬在與所述引線部件的界面、或在與所述金屬包覆層的界面的相反側具備凹凸結構，該凸部的高度為10um以下，包含該凸部的層整體的厚度在20um以下。5.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是所述金屬包覆層是作為主成分含有熱膨脹系數(shù)5.5X10—，C以下的金屬而構成，該金屬向釬焊料中擴散。6.如權利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征是向所述釬焊料中擴散Ni。7.—種加熱用烙鐵，其特征是作為發(fā)熱機構采用如權利要求16中任何一項所述的陶瓷加熱器。全文摘要一種陶瓷加熱器，具備陶瓷體，其具有內設的導體和與該導體導通的金屬包覆層；引線部件，其借助釬焊料與所述金屬包覆層接合，所述釬焊料是含有2種以上的金屬而構成，該2種以上的金屬在所述釬焊料中以可識別的狀態(tài)存在，所述2種以上的金屬中的1種是楊氏模量為180GPa以下的第1金屬，該第1金屬位于所述釬焊料和所述引線部件的邊界部及所述釬焊料和所述金屬包覆層的邊界部中的至少一方的邊界部。文檔編號H05B3/48GK101588655SQ200910128069公開日2009年11月25日申請日期2005年7月27日優(yōu)先權日2004年7月28日發(fā)明者丸山貴裕,鶴丸尚文申請人:京瓷株式會社