JP6913493B2 - heater - Google Patents
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Description
窒化アルミニウム(以下、AlN)基板の表面に発熱抵抗体を設けたヒータに関するものである。 The present invention relates to a heater provided with a heat generating resistor on the surface of an aluminum nitride (hereinafter, AlN) substrate.
AlN基板の表面に発熱抵抗体を設けたヒータとして、特許文献1に記載の窒化アルミニウムヒータが知られている。特許文献1に記載の窒化アルミニウムヒータにおいては、AlN基板の表面に、ガラス成分および金属成分を有する発熱抵抗体が接合されている。
The aluminum nitride heater described in
また、特許文献2には、窒化アルミニウムとガラス成分とが密着している状態で加熱した場合には、窒化アルミニウムとガラス成分とが反応してしまい、発泡が生じてしまうことが記載されている。そのため、特許文献2に記載の発明においては、窒化アルミニウムとガラス成分との間にα-Al2O3から成る保護膜を設けている。
Further,
しかしながら、AlN基板にα-Al2O3から成る保護膜を設け、このα-Al2O3から成る保護膜の上にガラス成分を有する発熱抵抗体が接合されたヒータにおいては、ヒートサイクル下において、AlN基板と保護膜との熱膨張差に起因する熱応力が発生する場合があった。これにより、AlN基板から保護膜ごと発熱抵抗体が剥離するおそれがあった。 However, a protective film made of α-Al 2 O 3 in the AlN substrate provided in a heater where the heating resistors are joined with a glass component on the protective layer consisting of the α-Al 2 O 3 is under heat cycle In some cases, thermal stress due to the difference in thermal expansion between the AlN substrate and the protective film may occur. As a result, the heat generating resistor together with the protective film may be peeled off from the AlN substrate.
本開示のヒータは、表面にAl−O−N層を有するAlN基板と、前記Al−O−N層上に設けられ、ガラス成分および金属成分を有する発熱抵抗体と、を備えており、前記Al−O−N層は、前記AlN基板の表面において、膜状に存在しており、前記ガラス成分がSiO2を有する非晶質ガラスである。 The heater of the present disclosure includes an AlN substrate having an Al—ON layer on its surface, and a heat generating resistor provided on the Al—ON layer and having a glass component and a metal component. The Al—ON layer is an amorphous glass that exists in the form of a film on the surface of the AlN substrate and whose glass component is SiO2.
本開示のヒータによれば、AlN基板から発熱抵抗体が剥離するおそれを低減できる。 According to the heater of the present disclosure, the possibility that the heat generating resistor is peeled off from the AlN substrate can be reduced.
図1に示すように、ヒータ10は、表面にAl−O−N層2を有するAlN基板1とAl−O−N層2上に設けられ、ガラス成分および金属成分を有する発熱抵抗体3とを備える。ヒータ10は、例えば、シリコンウエハを加熱するためのヒータまたは複写機の加熱用のヒータとして用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
AlN基板1は、板状の部材である。板状としては、例えば、主面の形状が矩形状のものが挙げられる。AlN基板1は、例えば、大部分がAlNの焼結体である。AlN基板1は、例えば、ドクターブレード法またはカレンダー法で製造したグリーンシートを積層
して成形体を作製し、この成形体を脱脂および焼成することで得ることができる。基板を構成するAlN焼結体は焼結助剤となる副成分を含有してもよい。焼結助剤は目的に応じて選択すればよく、種類や量に特に制限されない。
The
AlN基板1は、表面にAl−O−N層2を有している。ここでいうAl−O−N層2とは、AlNと、AlNの結晶格子に酸素が固溶したAlON相またはAl2O3と、が不均一に混在している層である。なお、AlNにAlON相およびAl2O3の両方が混在していてもよい。
The
Al−O−N層2は以下の方法で形成することができる。まず、AlN基板1の表面には空気中に含まれる水分と反応して生じたAl(OH)3が存在していることから、AlN基板1を希塩酸に1〜3分の所定時間浸漬することで、表面のAl(OH)3を除去する。さらにAlN基板1を焼成する段階で結晶水の解離反応によって生じたAl2O3をフッ化水素酸と硝酸の混酸に数秒〜1分程度浸漬することで溶解除去する。
The Al—
その後、直ちに酸を水洗して、露点−70℃(Tetensの式による飽和水蒸気圧=2.4×10−4kPa)以下かつO2が0.1ppm以下の高純度N2ガスで基板表面の水分をブロー除去する。その後、大気圧環境下で、ガス流通式焼成炉にて0.5〜10L/minの高純度N2気流中で100〜200℃、1〜3Hrの乾燥を行なう。 Then, immediately washed with water acid, dew point -70 ° C. of (Tetens formula by saturated water vapor pressure = 2.4 × 10 -4 kPa) of less and O 2 is the substrate surface under the following high-purity N 2 gas 0.1ppm Blow off moisture. Thereafter, under atmospheric pressure environment, 100 to 200 ° C. with high purity N 2 gas stream of 0.5~10L / min at a gas flow type calcination furnace, the drying of 1~3Hr.
引き続き、高純度N2ガスに、露点−70℃(Tetensの式による飽和水蒸気圧=2.4×10−4kPa)以下の高純度O2ガスを分圧で1〜20kPaとなるように、ガス混合器を用い混合し炉内へ導入しながら昇温し、到達温度700〜1050℃、10〜24Hr処理する。こうすることで、AlN基板1の最表面はAl(OH)3由来のベーマイトが生成しにくくなり、低温でのAl2O3生成を抑制できる。その結果、AlNに酸素が順次固溶し、Al−O−N層2はAlNとAlON、またはα−Al2O3が混在した層となる。また、焼成条件とガス条件は目的とするAl−O−N層2の厚みに応じて選択すればよいが、Al−O−N層2の厚みは概ね0.1〜3μmであると、AlN基板1の熱伝導性を阻害しにくくすることができる。
Subsequently, a high-purity O 2 gas having a dew point of −70 ° C. (saturated water vapor pressure according to the Tetens formula = 2.4 × 10 -4 kPa) or less is added to the high-purity N 2 gas so that the partial pressure is 1 to 20 kPa. The temperature is raised while mixing using a gas mixer and being introduced into the furnace, and the treatment is performed at a reached temperature of 700 to 1050 ° C. and 10 to 24 hours. By doing so, it becomes difficult for boehmite derived from Al (OH) 3 to be formed on the outermost surface of the
ヒータ10は、AlN基板1に設けたAl−O−N層2の表面に発熱抵抗体3を有する。発熱抵抗体3は、電気を流すことによって発熱する部材である。図2に示すように、発熱抵抗体3は、例えば、複数の折返し形状を有する帯状に形成される。発熱抵抗体3は、ガラス成分および金属成分を有している。金属やガラスは目的に応じて選択すればよく、種類や量に特に制限されない。ガラスは、例えばSiO2−ZnO系ガラスやホウケイ酸系ガラスを用いることができる。
The
発熱抵抗体3は以下の方法で作製することができる。発熱抵抗体3となる金属−ガラス混合ペーストを、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の公知の手法を用い、所定の形状に形成した後に乾燥する。その後、シリカゲルと塩化カルシウムで水蒸気分圧を1kPa以下に脱水した環境下で、1100℃未満、例えば700〜1000℃,0.5〜3Hr焼成することで得ることができる。発熱抵抗体3は、表面にNiメッキが施されていてもよい。
The
金属−ガラス混合ペーストは、金属粉末とガラス粉末を、バインダー樹脂、溶媒、可塑剤、および分散剤、を所定の比率で公知の手法で混合し作製すればよい。金属粉末としては、例えば、銀、銀パラジウムまたはプラチナ等を用いることができる。バインダー樹脂としては、アクリル樹脂やエチルセルロース、ポリビニルブチラールまたはポリビニルアルコール等を用いることができる。溶媒としては、水、α−テルピネオールまたは酢酸エチル等を用いることができる。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル
またはポリエチレングリコール等を用いることができる。分散剤としてはリン酸エステルまたはポリカルボン酸等を用いることができる。
The metal-glass mixed paste may be prepared by mixing a metal powder and a glass powder with a binder resin, a solvent, a plasticizer, and a dispersant in a predetermined ratio by a known method. As the metal powder, for example, silver, silver palladium, platinum or the like can be used. As the binder resin, acrylic resin, ethyl cellulose, polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, or the like can be used. As the solvent, water, α-terpineol, ethyl acetate or the like can be used. As the plasticizer, dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, polyethylene glycol and the like can be used. As the dispersant, a phosphoric acid ester, a polycarboxylic acid, or the like can be used.
本実施形態のヒータ10においては、AlN基板1の表面にAl−O−N層2を有するとともに、Al−O−N層2上にガラス成分および金属成分を有する発熱抵抗体3が設けられている。これにより、AlN基板1とガラス成分とが反応することによって生じる発泡を低減しつつ、発熱抵抗体3が剥がれてしまうおそれを低減できる。発泡を低減できる理由としては、Al−O−N層2が酸化物および/または酸窒化物であることによって酸素との反応が低減されていることが挙げられる。また、発熱抵抗体3が剥がれてしまうおそれを低減できる理由としては、Al−O−N層2の熱膨張率がAlN基板1に近いためであると考えられる。
In the
また、Al−O−N層2におけるNの量がAlN換算で8mol%以下であってもよい。これにより、発熱抵抗体3がAlN基板1から剥がれにくくすることができる。8mol%以下であることの技術的な意義については実施例において後述する。
Further, the amount of N in the Al—ON
また、Al−O−N層2は、発熱抵抗体3との界面にSiO2含有領域を有していてもよい。Al−O−N層2が界面にSiO2を有していることによって、Al−O−N層2と発熱抵抗体3とのガラス成分とをSiO2で繋ぐことができるので、アンカー効果を生じさせることができる。これにより、発熱抵抗体3に剥がれが生じるおそれを低減できる。
Further, the Al—
Al−O−N層2にSiO2が存在することは、以下の方法で確認できる。具体的には、ヒータ10の断面のうち発熱抵抗体3直下のAl−O−N層2をArイオンミリング法にて試料作製し、暗視野電子線回折を含めTEMで観察しつつ、EDSで元素分析、およびEELSスペクトルを同定すればよい。
The presence of SiO 2 in the Al—
また、発熱抵抗体3におけるガラス成分がSiO2を有する非晶質ガラスであってもよい。非晶質ガラスは流動性が高く、Al−O−N層2へガラス成分であるSiO2が拡散しやすいため、Al−O−N層2と発熱抵抗体3との間に生じるアンカー効果をさらに生じやすくすることができる。
Further, the glass component in the
さらに、ガラス成分がSiO2−ZnO系ガラスであってもよい。発熱抵抗体3とAl−O−N層2との接合界面から、Al−O−N層2内部に向かってガラス成分自身が拡散することができるので、Al−O−N層2と発熱抵抗体3との間に剥がれが生じるおそれを低減できる。これは、ZnOが、フラックス成分として機能するためであると考えられる。
Further, the glass component may be SiO 2- ZNO-based glass. Since the glass component itself can diffuse from the junction interface between the
図2に示す構造を有するヒータ10について、以下の通り10種の試料(試料No.1〜10)をそれぞれ複数作製した。具体的には、最初にAlN基板1を準備した。
For the
AlN基板1は、縦50mm、横25mm、厚み3mmのAlN焼結体からなる。AlN基板1の作製方法は以下のとおりである。まず、純度99.9質量%、平均粒径D50が0.5μmのAlN粉末を用いて、この粉末100質量部に対し、トルエン80質量部および分散剤0.5質量部を加えて、ナイロン内張りを施したボールミル内でφ20mmの樹脂被覆ボールと共に48時間湿式粉砕混合をした。
The
続いて、この湿式粉砕混合スラリーに対し、可塑剤とバインダーとを添加した。可塑剤は、AlN粉末100質量部に対し、フタル酸ジブチルおよびフタル酸ジオクチルを各々
2質量部、バインダーとしてポリビニルブチラールを固形分換算で12質量部添加して、さらに30時間湿式混合をした。次に、混合された有機−無機混合スラリーを、ドクターブレード法によって厚み300μmのグリーンシートに成形した。次に、所定の厚みとなるようにグリーンシートを重ね、一軸プレス法にてグリーンシートの降伏応力以上の圧力、具体的には5MPaの圧力を印加しながら、80℃以上の温度で積層した。
Subsequently, a plasticizer and a binder were added to the wet pulverized mixed slurry. As the plasticizer, 2 parts by mass of dibutyl phthalate and 2 parts by mass of dioctyl phthalate were added to 100 parts by mass of AlN powder, and 12 parts by mass of polyvinyl butyral as a binder was added in terms of solid content, and wet mixing was performed for another 30 hours. Next, the mixed organic-inorganic mixed slurry was formed into a green sheet having a thickness of 300 μm by the doctor blade method. Next, the green sheets were laminated so as to have a predetermined thickness, and laminated at a temperature of 80 ° C. or higher while applying a pressure equal to or higher than the yield stress of the green sheet, specifically, a pressure of 5 MPa by a uniaxial pressing method.
次に、得られた積層体を、還元雰囲気中、2000℃で、3時間焼成してAlN焼結体を得た。得られたAlN焼結体は、ロータリー研削加工によって厚み加工を、平面研削加工によって寸法加工を施し、発熱抵抗体3を設ける面はラップ加工によって算術平均粗さRaを1.6μm以下に仕上げ、AlN基板1を得た。
Next, the obtained laminate was fired at 2000 ° C. for 3 hours in a reducing atmosphere to obtain an AlN sintered body. The obtained AlN sintered body is subjected to thickness processing by rotary grinding and dimensional processing by surface grinding, and the surface on which the
続いて、9種の試料(試料No.2〜試料No.10)に対して、AlN基板1を15質量%の希塩酸に2分浸漬し、続いて、さらにフッ化水素酸が10質量%、硝酸が20質量%となるよう純水を希釈媒とした混酸に10〜30秒浸漬しAl(OH)3とAl2O3の被膜を溶解除去した。その後、直ちに酸を純水で洗し流し、露点−77℃(Tetensの式による飽和水蒸気圧=8.0×10−5kPa)かつ不純物O2が0.09ppmの高純度N2ガスで基板表面の水分をブロー除去した。引き続き、試料を大気圧環境下で、ガス流通式焼成炉にて流量1L/min.の高純度N2気流中で150℃、3Hr乾燥した。乾燥後、炉は引き続き、高純度N2ガスに、露点−70℃(Tetensの式による飽和水蒸気圧=2.4×10−4kPa)の高純度O2ガスを、分圧で1〜20kPaとなるよう、ガス混合器を用い混合し炉内へ導入しながら昇温し、到達温度700〜1050℃、10〜24Hr処理した。処理終了後は室温まで自然冷却し、AlN基板1の表面にAl−O−N層2を形成した。
Subsequently, the
比較用として1種の試料(試料No.1)は、上記処理をせず、ガス流通式焼成炉にて、大気圧環境下で、流量1L/min.の圧縮大気を炉内へ導入しながら昇温し、到達温度1200℃、10Hr処理した。これにより、α−Al2O3層を表面に有するAlN基板1を得た。この圧縮大気は、炉内導入口の直前で、シリカゲルと塩化カルシウムで脱水し、さらに露点25℃(Tetensの式による飽和水蒸気圧=3.2kPa、従って圧縮大気のO2分圧=20.5kPa)となるようバブリング通水し、それから炉内へ導入した。 For comparison, one type of sample (Sample No. 1) was not subjected to the above treatment, and had a flow rate of 1 L / min in a gas flow type firing furnace under an atmospheric pressure environment. The temperature was raised while introducing the compressed atmosphere of No. 1 into the furnace, and the temperature reached 1200 ° C. for 10 hours. As a result, an AlN substrate 1 having an α-Al 2 O 3 layer on the surface was obtained. This compression atmosphere, just before the furnace inlet, silica gel and dried over calcium chloride, further dew point 25 ° C. (saturated vapor pressure by equation Tetens = 3.2kPa, therefore O 2 partial pressure of the compressed air = 20.5KPa ), And then introduced into the furnace.
この10種の試料において、以下の方法で分析を行なった。 The 10 kinds of samples were analyzed by the following method.
試料No.2〜10に対する、Al−O−N層2の分析・解析方法を説明する。Al−O−N層2に対してX線光電子分光分析(以下、XPS)を行なった。まず、Al−O−N層2に、測定領域φ100μmでX線を照射し、試料の元素組成(原子%)と化学結合状態を分析した。また、深さ方向についても、5nm刻みで、Arイオンスパッタし、それぞれの深さにおける元素組成、および化学結合状態を分析した。これにより、AlN基板1の組成が検出されるまでの深さを測定して、この深さをAl−O−N層2の厚みとする。この際、スパッタ深さは、熱酸化SiO2膜厚換算値を採用する。
Sample No. The analysis / analysis method of the Al—ON
また、Al−O−N層2における元素組成と化学結合状態、結晶状態を、より微視的に詳細分析する。ヒータ10の断面のうち、XPSと同じく、発熱抵抗体3の沿面近傍について、Al−O−N層2をArイオンミリング法にて試料作製し、透過型電子顕微鏡(以下、TEM)で観察しつつ、EDSで元素分析、および電子エネルギー損失分光分析(以下、EELS)を行なった。特に、検出したEELSスペクトルを同定するため、参照目的でα−Al2O3、Al(OH)3、AlONおよびAlN等の関連性のある化合物についてもEELSスペクトルを分析した。
In addition, the elemental composition, chemical bond state, and crystal state of the Al—ON
これらの結果、Al−O−N層2はAl,O,Nからなり、TEMの暗視野電子線回折とEELSスペクトルより、これらはAlN、AlONおよびα−Al2O3が混在した層であることを確認した。
As a result, the Al—ON
そこで、上記XPSスペクトルよりN量を以下のように求めた。まず、XPSで検出された各深さに対する元素種と元素カウント数を用い、Al−O−N層2の全区間でAl2p,O1s,N1s元素カウント各々について総和を求めた。次に、このうちN1sカウント総数は全てAlNになっており、かつ、Alカウント総数のうち、N1sカウント総数を除いた残カウント数は全てAl2O3になっていると仮定し、以下の式を定義した。
Therefore, the amount of N was determined from the XPS spectrum as follows. First, using the element species and the element counts for each depth detected by XPS, the sum of each of the Al2p, O1s, and N1s element counts was calculated in the entire section of the Al—ON
Al2pカウント総数:a
N1sカウント総数:b
O1sカウント総数:c
b=AlN分子数 ・・・(1)
(a−b)/2=Al2O3分子数 ・・・(2)
(2)式は(3)式を満たす場合、真とした。
Total number of Al2p counts: a
Total number of N1s counts: b
Total number of O1s counts: c
b = number of AlN molecules ... (1)
(Ab) / 2 = Al 2 O 3 number of molecules ... (2)
Equation (2) was set to be true when equation (3) was satisfied.
a ≧ b かつ
(a−b)/2 ≧0 かつ
c−{(a−b)/2}×3 ≧0 ・・・(3)
このとき、
{AlN分子数/(AlN分子数+Al2O3分子数)}×100
={2b/(a+b)}×100 [mol%] ・・・(4)
として、(4)式で、XPSで検出したN量を、AlN換算した場合のAl−O−N層2におけるNの量のAlN換算値と定めた。
a ≧ b and (ab) / 2 ≧ 0
c-{(ab) / 2} × 3 ≧ 0 ・ ・ ・ (3)
At this time,
{Number of AlN molecules / (Number of AlN molecules + Number of Al 2 O 3 molecules)} x 100
= {2b / (a + b)} × 100 [mol%] ・ ・ ・ (4)
As a formula (4), the amount of N detected by XPS was determined as the AlN-converted value of the amount of N in the Al—ON
試料No.1についても上記の方法と同様の方法でα−Al2O3層の分析を行なった。分析の結果、各種の試料において、XPSは複数箇所測定したが、AlN基板1の部位毎の分析値に特に差は無く、試料No.2〜10に関してはAl−O−N層2がAlN基板1の表面に0.1μm以上の膜厚で均質に形成されていた。試料No.1に関してはα−Al2O3層がAlN基板1の表面に形成されていた。
Sample No. For No. 1, the α-Al 2 O 3 layer was analyzed by the same method as described above. As a result of the analysis, XPS was measured at a plurality of sites in various samples, but there was no particular difference in the analytical values for each site of the
次に、10種の試料について切断し、断面方向でAl−O−N層2(試料No.2〜10)またはα−Al2O3層(試料No.1)が分析できる断面小片をArイオンミリング法にて作製した。この断面小片は、暗視野電子線回折を含め、TEMで観察しつつ、EDSで元素分析、およびEELSスペクトル分析した。検出したEELSスペクトルを同定するため、参照目的でα−Al2O3、Al(OH)3、AlON、AlN等、関連性のある化合物についてもEELSスペクトルを分析した。各測定の結果を表1に示す。なお、表1、表2においては、試料No.1におけるα−Al2O3層および試料No.2〜10におけるAl−O−N層2を接合下地層として記載している。
Then cut the 10 different samples, Al-O-N layer 2 (Sample Nanba2~10) or alpha-Al 2 O 3 layer in the cross direction a cross section pieces (sample No.1) can be analyzed Ar It was prepared by the ion milling method. This cross-section piece was subjected to elemental analysis and EELS spectrum analysis by EDS while observing by TEM, including dark-field electron diffraction. In order to identify the detected EELS spectrum, the EELS spectrum was also analyzed for related compounds such as α-Al 2 O 3 , Al (OH) 3, AlON and AlN for reference purposes. The results of each measurement are shown in Table 1. In Tables 1 and 2, the sample No. Α-Al 2 O 3 layer and sample No. 1 in 1. The Al—ON
試料No.2〜試料No.10の結果から明らかなように、Al−O−N層2はAlN
、AlON、α−Al2O3が混在した層であった。一方、水蒸気を制御した大気を雰囲気として焼成した試料No.1にはα−Al2O3層が形成されていた。
Sample No. 2-As is clear from the results of Sample No. 10, the Al—ON
, AlON, α-Al 2 O 3 were mixed in the layer. On the other hand, the sample No. which was calcined using the atmosphere in which water vapor was controlled as an atmosphere. An α-Al 2 O 3 layer was formed in 1.
上記のAl−O−N層2は、焼成時の雰囲気酸素分圧、焼成温度が高くなるほど、Al−O−N層2の厚みは増大し、さらにAlN換算濃度で現すN量は単調減少する傾向が見られる。これより、Al化合物が混在するAl−O−N層2において、α−Al2O3が単調増加し、相対的にAlNとAlONの量が単調減少していることがわかる。
In the above-mentioned Al—ON
また、試料No.1のα−Al2O3層および試料No.2〜No.10のAl−O−N層2について、試料を切断して、断面をクロスセクションポリッシャにてArイオンビーム加工し、走査型電子顕微鏡(以下、SEM)で詳細に断面の組織を観察し、さらに最表面の組織を観察した。試料No.1のα−Al2O3層には微細なクラックが複数見られた。一方、Al−O−N層2にはクラックが見られなかった。
In addition, sample No. 1 α-Al 2 O 3 layer and sample No. 2-No. For the Al—ON
続いて、10種類の試料について、発熱抵抗体3を以下の方法で作製した。
Subsequently, the
まず、AgとPdの金属比率がAg/Pd=70/30質量%であり、平均粒径D50が0.5μmのAg−Pd粉末を70質量%、および平均粒径D50が5.0μmのSiO2−ZnO−B2O3ガラス粉末を5質量%とを、所定量のエチルセルロースとα−テルピネオール、フタル酸ジブチル、分散剤と共に乳鉢で予混合し、三本ロールミルで解砕・混練処理して、発熱抵抗体3となる金属−ガラス混合ペーストを作製した。
First, a SiO having a metal ratio of Ag and Pd of Ag / Pd = 70/30% by mass, 70% by mass of Ag-Pd powder having an average particle size D50 of 0.5 μm, and an average particle size D50 of 5.0 μm. and 5 wt% to 2 -ZnO-B 2 O 3 glass powder, a predetermined amount of ethyl cellulose and α- terpineol, dibutyl phthalate, premixed in a mortar with a dispersant, and crushing and kneaded in a three-roll mill , A metal-glass mixed paste serving as the
次に、金属−ガラス混合ペーストをスクリーン印刷にて、所定の形状に形成し70℃で乾燥後、ガス流通式焼成炉にて、大気圧環境下で、流量1L/min.の圧縮大気を炉内へ導入しながら昇温し、到達温度850℃、3Hr処理した。なお、この圧縮大気は、炉内導入口の直前で、シリカゲルと塩化カルシウムで脱水し、水蒸気分圧は0.8kPaであった。以上の操作により、図2の構造を有するヒータ10を得た。図2には図示していないが、給電のための端子がハンダで固定されている。
Next, the metal-glass mixed paste was formed into a predetermined shape by screen printing, dried at 70 ° C., and then subjected to a flow rate of 1 L / min. The temperature was raised while introducing the compressed atmosphere of No. 1 into the furnace, and the temperature reached 850 ° C. for 3 hours. This compressed atmosphere was dehydrated with silica gel and calcium chloride immediately before the introduction port in the furnace, and the partial pressure of water vapor was 0.8 kPa. By the above operation, a
得られたヒータ10(試料No.1〜試料No.10)について、実施した評価は以下のとおりである。 The evaluations performed on the obtained heaters 10 (Sample No. 1 to Sample No. 10) are as follows.
0℃から150℃まで急速加熱した後、150℃から0℃まで、発熱抵抗体3の対向面から冷媒を用い強制冷却するサイクルを1サイクルとして、300サイクルの冷熱サイク
ル耐久試験を実施した。なお、耐久試験の前後で、ヒータ10を23℃の恒温室内に24時間放置し、発熱抵抗体3の抵抗値を測定した。耐久試験後の抵抗値について、初期抵抗値からの変化率ΔRを算出したが、変化率ΔRが0.5%以下であった場合には、発熱抵抗体3の特性劣化はないと判断した。
After rapid heating from 0 ° C. to 150 ° C., a 300-cycle thermal cycle durability test was carried out, with one cycle being forced cooling from the opposite surface of the
また、上記の耐久試験前後で、各ヒータ10は浸透探傷剤(レッドチェック液)を用いて探傷評価を行なった。本発明のヒータ10(試料No.2〜試料No.10)は、発熱抵抗体3のクラックや剥離はなく良好であった。比較対象の試料No.1は、耐久前、発熱抵抗体3にはクラックや剥離は見られなかったが、発熱抵抗体3を形成していない部分のα―Al2O3層で若干の浸透探傷剤の着色が見られた。ところが、耐久試験後は、発熱抵抗体3にクラックが発生しており、発熱抵抗体3のパターン沿面に剥離も確認できた。
In addition, before and after the above durability test, each
さらに、上記の耐久評価後のこれらの試料と、耐久評価前の試料No.1〜10の発熱抵抗体3を設けた小片について、以下の方法で発熱抵抗体3の接合強度を調べた。まず、試料の発熱抵抗体3にAuメッキを実施し、このメッキ面にφ3.5mmのポリイミドテープで任意の3ヶ所にマスキングを施し、ソルダーレジストを塗布した後、120℃、1Hr硬化した。レジスト硬化後、マスキングしたポリイミドテープを剥がし、各試料について3ヶ所のφ3.5mm強度測定部を形成した。続いて、素線径φ0.17mmのCu線を6本撚り線にしたリード線を、融点217℃のハンダを用いて、前述の強度測定部Auメッキ面に接合した。次に、リード線端部をプッシュプルゲージで垂直方向に引張り、発熱抵抗体3の剥離荷重を測定した。各測定の結果を表2に示す。
Furthermore, these samples after the above durability evaluation and the sample No. before the durability evaluation. The bonding strength of the
試料No.2〜試料No.10の結果から明らかなように、発熱抵抗体3の下地層であ
るAl−O−N層2がAlN、AlON、α−Al2O3が混在する層からなるヒータ10は、300サイクルの冷熱サイクル耐久試験後も発熱抵抗体3の抵抗値変化率ΔRが0.5%以下と非常に安定していた。一方、比較対象の試料No.1は上述のとおり、耐久試験後に発熱抵抗体3の断線が発生していた。
Sample No. 2. As is clear from the results of Sample No. 10, the
さらに、発熱抵抗体3の剥離強度を見ると、試料No.2〜試料No.10の結果から明らかなように、耐久前後で剥離荷重に変化は無く、かつ耐久試験後も発熱抵抗体3の剥離荷重は、6N以上と非常に強く維持されていることを確認した。一方、試料No.1は耐久試験前においても剥離荷重が1.7Nと小さく、耐久試験後はさらに低下していた。
Further, looking at the peel strength of the
特に、試料No.6〜試料No.10の結果から、Al−O−N層2中のN量がAlN
換算濃度で8mol%以下の場合においては、耐久試験前後における剥離荷重の変化が非常に小さくなっていることが確認できた。
In particular, sample No. 6-Sample No. From the result of 10, the amount of N in the Al—ON
When the converted concentration was 8 mol% or less, it was confirmed that the change in the peeling load before and after the durability test was very small.
1:AlN基板
2:Al−O−N層
3:発熱抵抗体
10:ヒータ
1: AlN substrate 2: Al—ON layer 3: Heat generation resistor 10: Heater
Claims (4)
前記Al−O−N層は、前記AlN基板の表面において、膜状に存在しており、
前記ガラス成分がSiO2を有する非晶質ガラスであることを特徴とするヒータ。 It includes an AlN substrate having an Al—ON layer on its surface, and a heat generating resistor provided on the Al—ON layer and having a glass component and a metal component.
The Al—ON layer exists in the form of a film on the surface of the AlN substrate .
A heater characterized in that the glass component is amorphous glass having SiO2.
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