JPH0343988A - 薄型高温ヒータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、高温加熱用小型ヒータ又は電子銃用ヒータ
のように使用温度が１０００℃程度の高温用ヒータの製
造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、甲板型ヒータは例えば、特開昭５５−２４６４６
号公報に記載されているように、スクリーン印刷等のい
わゆる厚膜回路形成技術を用いて製造されていた。第４
図に従来の薄型高温ヒータを利用した電子管カソード装
置の断面図を示す。図において、（１，０）はセラミッ
クス基板、（１１，）は発熱体、（１２）は絶縁層、（
１３）はベースメタル層、（１４）はカソードリード層
、（１５）はカソード材層である。まず、セラミックス
基板（１０）を構成する原材料膜を用意し、ロール間を
通す押し出し法、あるいはキャスティング法の印刷技術
によってシート」二に所望のパターン形状の発熱体（１
Ｍを形成する。この発熱体（１１）Ｊ？Ｑはヒータ材に
焼成助剤を添加したペーストを基板上にスクリーン印刷
して形成される。スクリーン印刷後、高温（１０００〜
２０００℃）で焼成処理され、平板型ヒータが形成され
る。

この方法では、製造時に高温処理過程が入るのでヒータ
をこの処理温度以下で使用する場合、抵抗の経時変化が
小さい等のヒータとしての高温長期安定性が期待されて
いた。しかし、スクリーン印刷によって得られるパター
ン精度は低く、シかも発熱体の厚さ制御（薄型化）が困
難なためＪｌｌ電電力人きく、シかも複数のヒータ間で
は抵抗のばらつきが大きかった。その為、精度良くパタ
ーンの形成ができる手法として、Ｐ　Ｖ　Ｄ　（Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｊｔｉｏｎ）や
ＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）による成膜法の開発が進められていた。

第５図（ａ）〜（ｂ）は従来の薄膜形成法による平板薄
型ヒータの製造方法を順に示す工程図である６例えばＡ
ｌ２Ｏ３等の平滑なセラミックス基板（１０）上にヒー
タ用の抵抗体膜（発熱体）　（１１）を−様に形成しく
第５図（ｂ））次にエツチングにより所望のヒータパタ
ーンを形成しく第５図（Ｃ））これにリード線（４）を
接合する（第５図（ｄ））という手法で平板薄型ヒータ
を実現していた。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような成膜法による平板薄型ヒータはリード線に
電圧を印加しヒータとして使用している間に抵抗の変化
が生じる。これは主として抵抗体（発熱体）が薄膜であ
ることに起因する。第６図は従来の平板薄型ヒータの抵
抗値の経時変化を示す特性図であり、図において縦軸は
抵抗値、横軸は使用時間である０図に示される様に、初
期に抵抗が低下するのは、薄膜の再結晶化が進み、膜中
の結晶粒がｆｉｌ大化するためである１例えば抵抗体（
発熱体）がＷ（タングステン）でありこれを１０００℃
で使用すると、１０００℃はＷの再結晶温度に相当する
ため、再結晶化は進む０次に時間経過に従って抵抗が増
加するのは使用中の雰囲気により膜中に不純物が混入し
たり、酸化することに起因する。そのためヒータとして
は不安定でしかも長期信頼性に欠けるものであった。

又、例えばＡｌ２Ｏ３等の酸化物系の基板は、単結晶状
態で入手し易く、シかも表面を鏡面仕上げすることが可
能なため、薄膜形成においては、ＳｉＣ，ＡＩＮ等の焼
結基板よりも、パターン精度が良いという利点があった
が、使用後の従来の平板薄型ヒータの端部の断面を示す
添付参考写真のように、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系の基板
を用いたヒータは使用時に酸素に起因した熱化学的、ま
たは電気化学的な作用によって抵抗配線端部下の基板が
選択的に損傷を受け、この損傷がヒータの長寿命化を妨
げる原因となっていた。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、使用時の抵抗変化の少ない、信頼性の高い薄膜高温
ヒータの製造方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の薄型高温ヒータの製造方法は所定ヒータパタ
ーンの薄膜抵抗体膜を、少なくともこの薄膜抵抗体膜に
対向する面が非酸化物系絶縁材料保護膜で形成された絶
縁基板に設ける工程、上記薄膜抵抗体膜の表面を非酸化
物系絶縁材料保護膜で覆う工程、および薄膜抵抗体膜を
焼成する工程を施すものである。

［作用コ この発明においては薄膜抵抗体膜の表面を非酸化物系絶
縁材料保護膜で覆うことにより、使用雰囲気による抵抗
体の酸化を防止し使用中の抵抗の変化を抑えると共に、
使用雰囲気による劣化が少ないため、パターン形状に依
存せず面内温度分布が少なく信頼性が高くなる。又、薄
膜抵抗体膜に対向する絶縁基板面が、非酸化物系絶縁材
料保護膜で形成されているため、使用中の基板と薄膜抵
抗体膜の化学作用による基板の損傷を防止し使用中のヒ
ータ機能の低下を抑制するように作用する。さらに、薄
膜抵抗体膜を焼成することにより、ヒータとして使用す
る前に抵抗体膜の再結晶化を促し、使用中の抵抗の変化
を抑えるように作用する。

［実施例］ 以下にこの発明の一実施例を図に基づいて説明する。第
１図はこの発明の一実施例の薄型高温ヒータの断面図で
ある１図において（１）は絶縁基板で、平滑なセラミッ
クス板（１００）と、非酸化物系絶縁材料保護膜（２）
で構成されており、（３）はヒータ用の薄膜抵抗体膜、
（４）はリード線である。それぞれの材料膜に対しては
、例えば、次のような要求を満たすことが望ましい、絶
縁基板は、熱伝導性が良く、熱膨張率が抵抗体膜のそれ
に近く、長線縁体で、高温で絶縁破壊し難く、平滑で使
用雰囲気により損傷を受は難いこと、その為例えば単結
晶状態で入手し易くしかも表面を鏡面仕上げすることが
可能なＡｌ２Ｏ３，ＢｅＯ等のセラミックスの酸化物系
絶縁材料に、熱伝導性が良く、熱膨張率が抵抗体膜のそ
れに近く、使用雰囲気により損傷を受は難い＾ＩＮ、ｌ
’３Ｎ等の非酸化物系絶縁材料保護膜を少なくとも薄膜
抵抗体膜に対向して設けることにより上記条件を満たす
絶縁基板を得ることができる。しかし、これに限らず単
一の非酸化物系絶縁材料で上記条件を満たすものは同様
に用いることができ、さらに第り図に示したように酸化
物系絶縁材料の全面に非酸化物系絶縁材料保護膜を設け
なくても、薄膜抵抗体膜対向面に非酸化物系絶縁材料保
護膜を設けたものも用いることができる。薄膜抵抗体膜
は、この発明においては従来のスクリーン印刷等による
厚膜抵抗体膜が数十μｍであるのに対して、１０μｍ以
下の厚さのものを対象とし、高温域での蒸気圧が低いこ
と、高温域での電気特性が安定なこと、そのため、Ｍｏ
、Ｗ、ＰｔｔＴａ等が考えられる。薄膜抵抗体膜を覆う
非酸化物系絶縁材料保護膜に対しては、高温での拡散が
小さいこと、使用温度以上の軟化点あるいは融点である
こと、使用雰囲気による損傷を受は難いためには上記と
同様ＡＩＮ、ＢＮ等が考えられる。リード線に対しては
、抵抗体膜の特性と同等なこと、抵抗体膜の拡散係数と
同等なこと、抵抗体膜と同材料膜が最も望ましい。

ここでは、上記条件を鑑み、セラミックス基板としてＡ
ｌ２Ｏ３（アルミナ、サファイヤ）を用い、薄膜抵抗体
膜としてＷをスパッタ法で形成し、非酸化物系絶縁材料
保護膜としてＡＩＮを用いた、薄型高温ヒータの製造方
法について述べる。

平滑なＡｌ２Ｏ３基板上にスパッタ法により所望の厚さ
（数μｍ〜１００μｍ）のＡＩＮ膜を一様に形成した後
、スパッタ法により所望の厚さ（数μｍ−１０μｍ）の
Ｗ膜を一様に形成する。その後、所望のパターン形状に
湿式あるいは乾式法でエツチングする８例えば湿式法で
あれば次の工程でエツチングを行う。

レジスト塗布 ↓ マスク設定 ↓ 露光 ↓ レジスト除去 ↓ Ｗのエツチング（Ｋ３　［Ｆｅ（ＣＮ）６１　＋　Ｎａ
ＯＨ液）↓ レジスト除去 次に、水素還元−雰囲気中またはアルゴン雰囲気中、８
００〜１０００℃で上記薄膜抵抗体膜の抵抗が安定する
まで焼成する。ここで、非酸化物系絶縁材料保護膜のＡ
ＩＮを平滑なＡｌ２Ｏ３基板上に被覆することにより、
通常ＡＩＮ基板として入手される焼結体では得難い平滑
度を実現できるため、その上に形成される抵抗体の面積
度がよくなリヒータの信頼性が向上する０次にリード線
を所望の場所に抵抗溶接等の手法で接合する０次にヒー
タ用薄膜抵抗体膜を覆うようにスパッタによりＡＩＮ非
酸化物系絶縁材料保護膜を形成してこの発明の一実施例
による薄型高温ヒータを得ることができる。

この発明の一実施例による薄型高温ヒータは、リード線
接合後のＷ膜の周りにのみ非酸化物系絶縁材料保護膜を
形成する例を示したが、第２図のこの発明の他の実施例
による薄型高温ヒータの断面図のように接合部を含めて
基板面全面に形成してもよい、高温での使用中に熱膨張
係数の違いにより基板、薄膜抵抗体膜、保護膜の間で歪
みが生じる可能性があるが、ＡＩＮを用いた場合、ＡＩ
ＮはＡｌ２Ｏ３と比べ熱膨張係数が臀のそれとほぼ等し
く、基板と抵抗体膜９− に生じる歪みを緩和するように作用するので、全面を被
覆しても、歪みが防止され望ましい。

また、第３図のこの発明のさらに他の実施例による薄型
高温ヒータの断面図に示すようにセラミックス基板の両
面をまた大面積に渡って処理することも可能である。

なお、実施例はＡＩＮ膜をスパッタ法により成膜した場
合を示したが、電子ビーム蒸着、レーザｐ　ｖ　Ｄ法、
イオンブレーティング法、クラスターイオンビーム法で
成膜する等ＰＶＤ、ＣＶＤの手法で成膜しても良いこと
は言うまでもない。

また、実施例ではＷ膜をスパッタ法により形成する方法
について説明したが、電子ビーム蒸着、レーザＰＶＤ法
、イオンブレーティング等のいわゆるＰＶＤ法やＷ　Ｆ
　ｓ　、　Ｗ　（ＣＯ）ａ　、　Ｗ　Ｃ１６ガス等を用
いたＣＶＤ法等の方法で形成することができることは言
うまでもない、またＷ以外の例えばＮｏ等の膜を形成す
る場合も同様である。

また、上記実施例では、薄膜抵抗体膜を絶縁基板に形成
した直後に焼成したが、焼成時期は限定され０ ず、使用前に薄膜抵抗体膜を少なくとも一回焼成すれば
良い。

［発明の効果コ 以上説明してきたように、この発明はよれば所定ヒータ
パターンの薄膜抵抗体膜を、少なくともこの薄膜抵抗体
膜に対向する面が非酸化物系絶縁材料保護膜で形成され
た絶縁基板に設ける工程、上記薄膜抵抗体膜の表面を非
酸化物系絶縁材料保護膜で覆う工程、および薄膜抵抗体
膜を焼成する工程を施すことにより、使用時の抵抗変化
の少ない、信頼性の高い薄型高温ヒータの製造方法を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄型高温ヒータの断
面図、第２図はこの発明の他の実施例による薄型高温ヒ
ータの断面図、第３図はこの発明のさらに他の実施例に
よる薄型高温ヒータの断面図、第４図は従来の薄型高温
ヒータを利用した電子管カソード装置を示す断面図、第
５図（ａ）〜（ｄ）は従来の薄膜形成法による平板薄型
ヒータの製造方法を順１ に示す工程図、第６図は従来の平板薄型ヒータの抵抗値
の経時変化を示す特性図である。 図において（１）は絶縁基板、（２）は非酸化物系絶縁
材料保＊ｆｆ１．（３）はヒータ用の薄膜抵抗体膜であ
る。 なお、各図中同一符号は同一部分または相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定ヒータパターンの薄膜抵抗体膜を、少なくともこの
   薄膜抵抗体膜に対向する面が非酸化物系絶縁材料保護膜
   で形成された絶縁基板に設ける工程、上記薄膜抵抗体膜
   の表面を非酸化物系絶縁材料保護膜で覆う工程、および
   薄膜抵抗体膜を焼成する工程を施す薄型高温ヒータの製
   造方法。