Brevet FR2004435A1 — publié le 19691121

082*) 1 1 2004435 La présente invention est relative à-un procédé pour la production d'un résonateur en céramique piézoélectrique ; et elle concerne, plus particulièrement, un procédé pour la production d'un résonateur en céramique piézoélectrique, du type à énergie 5 piégée, utilisable comme filtre d'ondes électriques ou comme transformateur d'impédance, ainsi qu'un procédé se prêtant à la production en grande série, dans des conditions très économiques et efficaces, d'un filtre en substance céramique de petites dimensions et possédant des caractéristiques remarquablement in-10 variables. L'expression "céramique piézoélectrique" telle qu'elle est utilisée au cours de la présente description doit s'entendre comme désignant des céramiques élaborées à partir de substances céramiques polycristallines cuites et qui acquièrent, sous l'ef-15 fet d'une polarisation électrique, des caractéristiques piézoélectriques analogues à celles que possèdent spontanément certains diélectriques naturels tels, par exemple, que des cristaux de quartz ou de sel de Rochelle (ou de Seignette), ou analogues. Parmi des céramiques piézoélectriques bien connues figurent des cé-20 ramiques à base de titanate de baryum et de zirconate-titanate de plomb. Dans le passé, on a utilisé d'une manière classique comme filtre d'ondes électriques un résonateur en céramique composé de telles céramiques piézoélectriques. Toutefois, les résonateurs 25 en céramiques classiques donnent lieu à des irrégularités de fonctionnement dans leur boîtier en cours d'utilisation pratique,par suite de l'utilisation de la vibration d'une céramique piézoélectrique, sous forme d'une plaque, selon le mode radial. En effet, il est nécessaire, pour enclore un résonateur en céramique 30 dans un boîtier, d'appliquer à la.plaque en céramique des connexions électriques assurant de bons contacts sans amortir la-vibration mécanique du résonateur en céramique. Parmi les méthodes classiques permettant d'assurer le maintien mécanique et la connexion électrique de l'élément actif d'un résonateur en céra-35 mique de la technique antérieure, on peut citer la méthode de montage sur fils métalliques qui consiste essentiellement : à prévoir des bornes en forme de tiges ou de broches sur un support ; à supporter le résonateur en céramique dans l'air par des fils métalliques conducteurs connectés entre les broches servant 40 de bornes et des électrodes prévues sur le résonateur en cérami 69 08291 2 2004435 que ; et à recouvrir l'ensemble de tels dispositifs d'enveloppes ou de boîtiers extérieurs. Il existe aussi un autre type de méthode où on assure la prise de contact par plaques métalliques, cette autre méthode consistant essentiellement à assurer des con-5 tacts aux électrodes du résonateur en céramique par des contacts ponctuels formés sur des plaques métalliques souples et élastiques agissant elles-mêmes comme bornes de connexion, et à loger l'ensemble d'un tel , dispositif à l'intérieur d'une enveloppe ou d'un boîtier. 10 Par conséquent, ces résonateurs en céramique de la tech nique antérieure, réalisés par mise en oeuvre des susdites méthodes classiques, présentent certains inconvénients résidant notamment dans le fait que les caractéristiques électriques des résonateurs en céramique sont rendues médiocres par les contraintes 15 supplémentaires résultant de la nature des moyens de maintien de leurs éléments actifs, et d'autre part, dans le fait qu'un tel maintien par de tels moyens mécaniques devient instable quand on force le régime des caractéristiques électriques, et cela parce que, dans les résonateurs en céramique de la technique antérieure, 20 les mêmes agencements doivent assurer à la fois la connexion électrique et le maintien mécanique des résonateurs. De tels résonateurs de la technique antérieure présentent encore d'autres inconvénients gênants : en particulier, leur encombrement extérieur est important en raison de la difficulté de leur miniaturisation, 25 et leur construction ne se prête pas à une production en grande série. Au contraire, il a été récemment proposé un résonateur en céramique du type à énergie piégée comme résonateur en céramique ne présentant pas les susdits inconvénients, et ensuite, 30 il a été proposé d'utiliser ce résonateur comme élément actif d'un filtre électrique à la place de résonateurs en céramique classiques. Le résonateur en céramique du type à énergie piégée utilise des phénomènes selon lesquels des énergies de vibration entre de petites électrodes établies sur des portions des deux 35 surfaces principales d'une mince plaque en céramique piézoélectrique ne peuvent être captées qu'entre ces petites électrodes et dans leur voisinage immédiat sans s'étendre vers l'extérieur au-delà des portions où se trouvent ces électrodes. Dans un tel •résonateur, étant donné qu'il ne vibre que dans les portions in-40 téressées par les électrodes, il est nécessaire de ne pas amortir 69 08291 3 2004435 les vibrations dans de telles régions ; pour cette raison, confor* mément à la technique antérieure, on a construit de tels résonateurs par mise en oeuvre de procédés consistant essentiellement: à établir des électrodes externes de connexion distinctes des 5 électrodes du résonateur formées sur une mince plaque en céramique piézoélectrique et à connecter des fils métalliques conducteurs auxdites électrodes externes de connexion ; à recouvrir les électrodes du résonateur avec des pièces d'épaisseur réalisées en substances isolantes telles que des résines synthétiques, 10 de façon à ménager certains espaces entre le résonateur et la pièce d'épaisseur ; et à enrober par moulage la totalité de la plaque en céramique dans une couche de résine isolante, ou à loger l'ensemble comprenant ladite plaque dans un boîtier à l'intérieur duquel on injecte ensuite de la résine pour l'y solidi-15 fier. Toutefois, la plaque en céramique piézoélectrique et les électrodes de résonateur formées sur cette plaque sont de très petites dimensions ; il est donc très difficile et compliqué de mettre en place l'une après l'autre les pièces d'épaisseur servant d'écarteurs sur les électrodes correspondantes du résona-20 teur et, par conséquent, de telles méthodes de fabrication s'accompagnent d'un très mauvais rendement de la main-d'oeuvre. Un but essentiel de la présente invention est donc de perfectionner la susdite méthode classique pour la production de résonateurs en céramique du type à énergie piégée, et de mettre 25 au point un procédé de fabrication de tels résonateurs permettant d'améliorer les rendements de la main-d'oeuvre et se prêtant à des productions économiques en grande série. Un autre but de la présente invention est de réaliser un procédé pour la production d'un résonateur en céramique ayant 30 des caractéristiques si stables qu'il soit pratiquement exempt des accidents résultant d'un mauvais soutien mécanique de l'élément actif et résultant de mauvaises caractéristiques électriques. Encore un autre but de la présente invention est de ré-35 aliser un résonateur en céramique adéquat comme filtre électrique, de plus petites dimensions et de construction plus simple que les résonateurs des types antérieurement connus. D'autres buts et particularités de la présente invention apparaîtront encore au cours de la description suivante et 40 à l'examen du dessin ci-annexé. 69 08291 4 20Ô4435 La présente invention a pour objet un procédé, pour la production d'un résonateur en céramique du type à énergie piégée, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : à attacher, sur les et autour des portions à électrodes de résonateurs pré-5 vues sur une plaque en céramique piézoélectrique, des substances destinées à former des espacements, telles que de la paraffine, lesquelles substances se trouvent dans un état solide ou semi-solide à une température normale, mais peuvent être fondues par chauffage à une température relativement basse ; à former en-10 suite une couche extérieure résineuse isolante, comportant de nombreux très petits pores ouverts, sur la totalité de la surface de la plaque en céramique, y compris .sur la surface des portions à électrodes du résonateur ; à y appliquer de la chaleur lors de ou après la formation de ladite couche extérieure 15 résineuse isolante de façon à fondre en même temps lesdites substances destinées à former des espacements et à permettre à ces substances de s'absorber dans ladite couche extérieure résineuse ; et à former ainsi au moins un espacement entre une électrode du résonateur et la couche extérieure résineuse iso-20 lante qui la recouvre. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin concernent différents modes de réalisation de l'invention choisis à titre d'exem-25 pies non limitatifs et sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La fig. 1, de ce dessin, montre en élévation la surface avant d'un filtre électrique à trois électrodes et trois bornes utilisant un résonateur en céramique du type à énergie piégée se-30 ion la présente invention, mais dont la couche résineuse isolante a été enlevée. La fig. 2 montre en élévation la surface arrière du filtre représenté fig. 1. La fig. 3 est une coupe selon 3-3 fig. 1 et fig. 2. 35 Les fig. 4 à 6 montrent, en coupe semblablement à la fig. 3, trois stades successifs de la production d'un filtre é-lectrique par mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la présente invention : la fig. 4 correspond au stade d'application de substances collantes, pour former ultérieurement des espace-40 ments, sur les et autour des portions à électrodes du résonateur 69 08291 5 2Ô04435 d'un filtre électrique ; la fig. 5 correspond', au stade de la formation d'une couche extérieure résineuse isolante sur les susdites substances destinées à former des espacements ï et la fig. 6 correspond au stade de formation de certains espacements, entre 5 les portions à électrodes du résonateur et la couche résineuse isolante, à la suite d'un chauffage. La fig. 7, enfin, représente en plan, portions arrachées, l'agencement sur un support d'un certain nombre de résonateurs en céramiques réalisés selon la présente invention pour 10 constituer des fils électriques. On se propose de décrire ci-après un filtre électrique du type à trois bornes en se référant au dessin ci-annexé à titre d'exemple de mise en oeuvre de la présente invention. Sur les fig. 1 à 3, on a représenté une lamelle 1 en céramique piézoélectri-15 que sur une surface (la surface avant) de laquelle on a formé deux électrodes 2a et 2b du type fendu,à partir de chacune desquelles sont prévues des électrodes extérieures de connexion 3a et 3b sur les portions extrêmes desquelles sont, à leur tour, connectés des fils métalliques conducteurs respectifs 4a et 4b. 20 Une électrode 5 située en regard des susdites électrodes 2a et 2b du type fendu est prévue sur la surface arrière de ladite plaquette 1 en céramique piézoélectrique, une électrode 6 de connexion extérieure partant de ladite électrode 5 et un fil métallique conducteur 7 étant à son tou£ connecté à une portion ex-25 trême de ladite électrode de connexion extérieure 6. La lamelle 1 en céramique piézoélectrique est polarisée sur la totalité de son étendue ou tout au iftoins entre les électrodes mutuellement en regard sur ses faces opposées, de sorte qu'il se trouve ainsi établi un résonateur du type à énergie 30 piégée à mode d'expansion dans l'épaisseur respectivement entre l'électrode fendue 2a et l'électrode 5 et entre l'électrode fendue 2b et l'électrode 5. En outre, deux des résonateurs du type à énergie piégée, établis entre l'électrode fendue 2a et l'électrode 5 et entre l'électrode fendue 2b et l'électrode 5, sont mé-35 caniquement couplés dans les portions intérieures de la lamelle en céramique. La présente invention consiste à former une couche protectrice en enrobant les portions à électrodes d'un tel filtre électrique avec une couche résineuse isolante, afin de ne pas entraver la vibration d'un résonateur faisant partie d'un 40 tel filtre. Par l'expression "portion à électrodes", on entend 69 08291 6 2004435 ici désigner non seulement une portion simplement située entre l'électrode fendue et les électrodes opposées, mais aussi une portion vibrant à la périphérie de cette zone» La fig. 4 montre le stade où, lors de la mise en oeuvre 5 du procédé de production selon la présente invention, des substances destinées à constituer ultérieurement des espacements sont admises à adhérer aux portions à électrodes d'un filtre électrique ; de telles substances sont choisies, par exemple, parmi des cires, paraffines ou analogues qui se trouvent dans un état 10 solide ou semi-solide à la température normale, mais qui sont faciles à ramollir par chauffage et fondent alors à une température relativement peu élevée. Les substances destinées à constituer ultérieurement des espacements sont collées sur les portions à électrodes du résonateur par mise en oeuvre de techniques 15 d'application de revêtements à la brosse, par impression ou par immersion,alors que ces substances sont à l'état fondu. Un mode opératoire par iiùmersion est plus particulièrement applicable pour la production d'une mince couche à la fois sur un grand nombre de plaquettes en céramique. La solidification des couches de 20 telles substances ainsi appliquées s'effectue en peu de temps dans l'air. La lamelle ou plaquette 1 en céramique piézoélectrique recouverte de la susdite mince couche 9 est ensuite plongée dans un liquide résineux isolant adéquat quelconque tel qu'une solu-25 tion, dans un solvant approprié, d'une des résines isolantes thermodurcissables de la famille phénolique, de la famille époxy, ou analogues ; à la suite de cette opération, une couche extérieure résineuse isolante 10 se trouve établie comme le montre la fig. 5. Cette couche 10 est rendue, après solidification, 30 poreuse par chauffage après un séchage naturel. En même temps, des substances propres à établir des espacements telles que de la cire, de la paraffine ou analogues constituant la couche 9 peuvent être dissoutes par suite du chauffage et absorbées dans les multiples pores ouverts que comporte la couche externe rési-35 neuse isolante 10, en suite de quoi des espacements 11 (fig. 6) se trouvent formés. La vibration des portions à électrodes n'est que très faiblement amortie grâce à la présence de ces espacements 11 ; il est ainsi possible d'obtenir des filtres avantageux du type à énergie piégée. 40 Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on a formé 69 08291 7 2004435 par immersion la couche résineuse isolante 10 ; il ne faut pas perdre de vue qu'on peut la former également bien par mise en oeuvre de techniques de moulage, et dans ce dernier cas, on peut opérer comme suit : on place dans un moule une lamelle en céra-5 mique piézoélectrique sur laquelle on a préalablement formé la couche de revêtement 9 en y faisant adhérer les substances destinées à former ultérieurement des espacements, on produit la couche résineuse isolante 10 par moulage de la résine poreuse, et,en même temps, on chauffe l'ensemble pour produire les espacements 10 11. Il convient encore de souligner un autre fait : on peut utiliser non seulement des résines thermoduccissables, mais aussi des résines qui deviennent dures à la température ambiante ordinaire. Dans ce cas, on peut mettre en oeuvre l'opération é-15 lémentaire de chauffage après la formation de la couche résineuse isolante 10. Dans le résonateur du type à énergie piégée, , il suffit que les espacements nécessaires entre les portions à électrodes et les couches résineuses isolantes mesurent quelques 20 microns ; on peut, si on le désire, choisir les sortes et les quantités de substances formant des espacements et les sortes de résines isolantes afin de pouvoir aboutir facilement à l'obtention des susdits espacements. On a décrit ci-dessus la présente invention appliquée 25 à la production d'un filtre électrique du type à trois bornes, mais il va de soi que ladite invention est tout aussi bien applicable à la production d'un filtre électrique du type à énergie piégée à deux bornes, ou à la production de portions de filtres en céramique constituant des éléments de circuits miniatu-30 risés hybrides en utilisant comme support ou sous-couche la lamelle en céramique piézoélectrique équipée d'un filtre électrique du type à énergie piégée. Outre le cas de production d'un filtre de la manière décrite ci-dessus, la présente invention permet aussi de pro-35 duire simultanément plusieurs filtres en agençant plusieurs filtres sur un seul et même support comme le montre la fig. 7 : il est ainsi possible de tirer parti des possibilités de l'invention en ce qui concerne la production en grande série. De l'explication précédente, il ressort que la présente 40 invention rend inutile le recours à des pièces d'espacement, 69 08291 8 2004435 difficiles à mettre en place, dont on se servait dans la technique antérieure ; permet de diminuer le nombre de pièces détachées pour l'établissement de résonateurs et de filtres ou analogues et de diminuer aussi le nombre d'opérations élémentaires 5 pour leur réalisation ; et permet de former très facilement et efficacement une mince couche par une opération d'immersion ou a-nalogue, en suite de quoi ladite invention permet la production de dispositifs des genres sus-spécifiés avec de meilleurs rendements et plus économiquement que par mise en oeuvre des opé-10 rations de fabrication classiques de la technique antérieure. De plus, la présente invention permet de produire des résonateurs en céramique de plus petites dimensions que par mise en oeuvre des modes opératoires classiques de la technique antérieure, parce qu'on forme, selon l'invention, des espacements sur 15 les portions à électrodes du résonateur sans recourir à des pièces d'écartement. Enfin, conformément à la présente invention, des fils métalliques conducteurs prévus sur le résonateur en céramique peuvent être attachés à des électrodes extérieures par soudure, 20 application de peintures conductrices et analogues, ces surfaces d'attachement étant elles aussi bien consolidées à la suite de l'application des couches résineuses isolantes ; il en résulte que les connexions électriques aussi bien que la rigidité mécanique deviennent plus sûres, en suite de quoi les caractéristi-25 ques du résonateur en céramique ont beaucoup moins tendance à varier au cours d'une durée de service utile très considérablement prolongée. Il convient en dernier lieu d'insister sur le fait que le spécialiste peut facilement imaginer et utiliser encore de 30 nombreuses autres variantes ou modifications tant des modes opératoires que des agencements et compositions sus-spécifiés, et ce sans s'écarter pour autant de l'esprit ni de la portée de la présente invention, laquelle portée s'étend bien entendu aussi à des résonateurs en céramique réalisés conformément à' l'inven-35 tion et à des dispositifs, notamment des filtres électriques, comportant au moins un tel résonateur. 69 08291 9 2004435 REVENDICATIONS 1. Procédé, pour la production d'un résonateur en céramique du type à énergie piégée, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : à recouvrir des portions à électrodes d'un 5 résonateur en céramique du type à énergie piégée formées,sur une plaquette en céramique piézoélectrique,de minces couches de substances destinées à former des espacements, lesquelles substances sont dans un état solide bu semi-solide à la température normale mais sont facilement fusibles par chauffage ; à former ensuite 10 une couche résineuse isolante sur la surface de ladite plaquette en céramique, y compris sur la portion superficielle ayant précédemment reçu les susdites minces couches ; et à éliminer par fusion lesdites minces couches par chauffage, de façon à former des espacements entre les portions à électrodes du résonateur et 15 la couche résineuse isolante en déterminant l'absorption de la matière constitutive des susdites minces couches dans la couche résineuse isolante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de la cire comme substance destinée à former des es- 20 pacements. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de la paraffine comme substance destinée à former des espacements. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'on forme lesdites couches résineuses isolantes par mise en oeuvre d'une opération d'immersion. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme lesdites couches résineuses isolantes par mise en oeuvre d'une opération de moulage. 30 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des résines thermodurcissables pour former la couche résineuse isolante, et on se sert de la chaleur, nécessaire pour durcir lesdites résines, afin d'éliminer par fusion lesdites substances destinées à former des espacements. 35 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'on forme ladite couche résineuse isolante à partir de compositions résineuses qui durcissent à la température ambiante ordinaire, et on élimine lesdites minces couches de substances destinées à former des espacements en les faisant fondre par apport 40 de chaleur après le durcissement de la susdite couche résineuse 69 08291 10 2004435 isolante» 8, Résonateur en céramique, du type à énergie piégée, caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 9. Dispositif, notamment du genre filtre électrique, ca ractérisé en ce qu'il comporte au moins un résonateur selon la revendication 7.