Brevet FR2011191A1 — publié le 19700227

la présente invention se rapporte à des condensateurs en oxyde métallique et à des procédés pour les fabriquer et, plus spécifiquement, elle se rapporte à la structure et à la fabrication de condensateurs en oxyde de nickel. Dans certains procédés pour la fabrication d'un condensateur en oxyde métallique, un revêtement d'une peinture en argent perméable est appliqué au métal de base et puis le métal est cuit à une température relativement élevée, à laquelle un film d'oxyde est formé en dessous. Ce procédé a été suggéré en vue de son utilisation avec d'autres métaux y compris le nickel. Pour de faibles températures de cuisson ( comprises entre environ 370 et 5380C ), il se forme un oxyde de nickel Ni203 qui est peu souhaitable en tant que diélectrique. À une température d'environ 760-982 C, il se forme un oxyde de nickel NiO ayant une structure de réseau souhaitable, qui est un bon diélectrique. On a également trouvé qu'après la cuisson du nickel pour former NiO, une trempe rapide fournira un diélectrique supérieur à'une trempe lente, refroidie à l'air. Par l'utilisation des étapes de procédé indiquées ci-dessus et d'autres encore à noter et en incluant l'utilisation de la nouvelle forme de nickel, c'est-à-dire l'alliage, on a fourni un procédé et un produit perfectionnés. En conséquence, c'est un objet de la présente invention de prévoir un nouveau procédé perfectionné pour la fabrication de condensateurs en oxyde de nickel. C'est un autre objet de prévoir une nouvelle construction perfectionnée de condensateurs en oxyde de nickel. C'est un autre objet encore de la présente invention de prévoir une nouvelle construction perfectionnée de condensateurs en oxyde de nickel, utilisant une forme impure de nickel. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un nouveau condensateur perfectionné en oxyde de nickel, utilisant du nickel allié au titane. C'est encore un autre objet de la présente invention de prévoir un nouveau procédé utilisant la forme impure de nickel, telle que préalablement notée dans les objets précédents. C'est encore un autre objet de la présente invention de prévoir un nouveau procédé perfectionné pour la fabrication de condensateurs en oxyde de nickel, dans lequel l'article est cuit et rapidement trempé. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront d'après la description suivante, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe schématique représentant un condensateur en oxyde de nickel, d'une forme selon des caractéristiques de la présente invention. La figure 2 est un diagramme en bloc représentant une séquence d'étapes selon des caractéristiques de la présente invention; A indique la cuisson ( 760-9820C ), B indique la trempe et C le revêtement. La figure 3 est un diagramme en bloc représentant une autre séquence d'étapes selon des caractéristiques de la présente invention, D indique la précuisson ( 760-9820C ), E la trempe, X le revêtement, G la cuisson (760-9270C ) et H la trempe, et La figure 4 est un diagramme en bloc représentant une autre séquence d'étapes selon des caractéristiques de la présente invention; les indications D, F, G, H sont semblables à celles de la figure 3 et I indique le refroidissement par l'air. Dans le procédé utilisé, on a trouvé avantageux d'employer une forme impure de nickel, ctest-à-dire ayant une pureté d'approximativement 97 fe. On a trouvé que, lorsque le nickel était allié avec à peu près 1 ss de titane, il en résultait un ccndensateur supérieur en oxyde de nickel. Be titane sert à augmenter la vitesse d'oxydation du nickel et, de ce fait, il fournit une meilleure couche de diélectrique résultante en oxyde de nickel; en outre, le bioxyde de titane formé à partir du titane a de bonnes caractéristiques diélec trique s. Il est souhaitable que la teneur en composants nuisibles, tels que le silicium,soit maintenue à un minimum, c'est-à-dire au total non supérieure à 1,2 . La teneur en silicium doit être de préférence non supérieure à 0,05 fe, Un condensateur perfectionné en oxyde de nickel a été obtenu, présentant 1' analyse : silicium 0,05, manganèse 0,10, cuivre 0,02, fer 0,02, aluminium 0,04,magnésium 1,0 et titane 1,0,le restant étant du nickel.Avec une composition telle qu'indiquée cidessus, on a formé un condensateur en oxyde de nickel ayant une capacitance de 400 picofarads à 25 C, ayant un faible facteur de dissipation, c'est-à-dire inférieur à 0,1 ss à 1 mégahertz ( à 250 C ). Alors que lton croit avantageux d'utiliser l'alliage de nickel noté ci-dessus dans le procédé selon des caractéristiques de la présente invention, le procédé n'est pas limité à cela. En se référant maintenant à la figure 1, dans le condensateur 10 en oxyde de nickel, le conducteur ou électrode central 12 èst du nickel ou de l'alliage de nickel. Le diélectrique 14 est formé par des composés crées par oxydation de l'alliage selon des caractéristiques de la présente invention, les composés étant sensiblement de l'oxyde de nickel NiO qui a de bonnes propriétés diélectriques. Un revêtement conducteur 16 est placé sur le diélectrique 14 et des fils conducteurs 18 et 20 sont respectivement connectés à l'électrode centrale 12 et à l'électrode ou revêtement extérieur 16.Toute la structure, sauf les prolongements des fils conducteurs 18 et 20, est encapsulée dans un revêtement convenable 22, tel qu'une résine épo - xy. On doit noter que l'oxyde de nickel IJiO est formé; les autres oxydes de nickel, rTi2o3, ne sont pas souhaitables et sont évités dans le revêtement de diélectrique. L'oxyde de nickel désiré GiO est formé à des températures élevées, de préférence entre 760 et .9820 C. Comme on l'a précédemment noté, on a suggéré que le condensateur en oxyde de nickel 10 soit fabriqué en revêtant d'abord une plaquette ou feuille en nickel avec un revêtement d'argent, perméable à ltoxygène, et puis en cuisant pour former de l'oxyde de niQ- kel. Dans la presente invention, on a trouvé qu'un diélectrique supérieur et, de ce fait, un condensateur supérieur pouvaient être fabriqués en formant la forme existant à haute température de diélectrique en oxyde de nickel ( RJiO ), avant ou à la fois avant et après le revêtement. Ainsi, dans la présente invention, dans la première étape (voir figure 2 ), la plaquette en nickel est chauffée jusqu'à une température d'approximativement 760 à 9820 C; dans une forme de la présente invention, la plaquette est chauffée à 9550 C pendant deux heures.La cuisson est de préférence réalisée dans une atmosphère riche en oxygène et, à cette température, il se forme l'oxyde vert Ni0, qui est la forme à haute température. On a trouvé que si la plaquette chauffée était mise à refroidir lentement, il en résultait un diélectrique inférieur; cependant, si la plaquette, tout en étant à température élevée, est rapidement trempée, il en résulte un bon diélectrique. On a trouvé qu'en trempant des plaquettes pendant un temps non supérieur à environ 5 secondes, à partir du temps où les unités sont à la couleur rouge cerise jusqu'à ce qu'elles soient essentiellement à une température de 11 ordre 1'environ 2600 Cw on produisait des résultats satisfaisants. Alors qu'une trempe satisfaisante peut être obtenue en plaçant la plaquette chaude sur une source froide, telle qu'une masse rela tivement grande de fer, on a trouvé avantageux de tremper les plaquettes en les immergeant dans un bain liquide, tel que de l'huile au silicone dite DC200. Le bain doit être inerte et ne doit pas former un réducteur ou un oxydant et il doit avoir une bonne conductibilité thermique. On a trouvé qu'un bain particulièrement avantageux était du perchloréthylène qui, en plus des caractéristiques précédentes, semble former un gaz autour des plaquettes lorsqu'elles sont refroidies, en fournissant ainsi un environnement protecteur empêchant l'oxydation ou la réduction de Nui0, formé à température élevée.Après la trempe, il est possible d'appliquer un revêtement conducteur, tel que de l'argent, à la surface de trio, entrainant un condensateur satisfaisant ( voir figure 1 ). Cependant, dans la forme préférée, des étapes de cuisson supplémentaires sont adoptées. .11 peut se produire que le revêtement de diélectrique exige des réparations et/ou une conversion ultérieure en tTiO à haute température. Dans ce cas, on peut adopter des étapes supplémentaires ( voir figure 3 ). Après la précuisson et la trempe rapide dans le perchloréthylène ( semblable aux deux premières étapes de la figure 2 ), une électrode d'argent et de palladium, mélangée avec une masse fittée qui est un donneur d'oxygène, est appliquée à la surface de NiO, l'argent étant perméable à l'oxygène. La masse frittée peut-être du trioxyde de bismuth. In rfflYthement est séchez à une température à peu près comprise entre 1490C et 2600C et, à cette température, les produits volatils sont retirés du revêtement d'électrode.La plaquette est alors cuite à une température comprise entre environ 76000 et environ 9270C, pendant une période de temps allant de 10 minutes à 2 heures, selon les résultats désirés et les caractéristiques du système fritté particulier utilisé. À ce moment, la masse frittée a fondu et-les imperfections dans le revêtement de diélectrique ont été supprimées; ensuite, la plaquette chauffée revêtue est rapidement trempée dans le perchîcréthylène ( comme dans l'étape 2 précédente ). Les étapes de procédé indiquées ci-dessus sont préférées et, en géné ral, entralnent un meilleur diélectrique ( voir figure 3 ) que celui résultant des étapes de procédé de la figure 2. Dans un procédé à titre de variante ( voir figure 4 ), la plaquette de nickel est cuite au préalable dans une atmosphère riche en oxygène ( de manière semblable àlétape 1 de la figure 2 ) jusqu'à une température d'environ 7600 C à 9820 C. Les plaquettes sont alors mises à refroidir lentement à l'air. Ensuite, l'argent et le palladium mélangés avec la masse frittée sont appliqués à la surface ( la masse frittée ayant un donneur d' oxygène), le revêtement d'argent étant perméable à l'oxygène et la plaquette revêtue est cuite à nouveau dans une atmosphère riche en oxygène jusqu'à une température comprise entre environ 7600 C et 9270 C, pendant environ 70 minutes. On croit que l'oxygène s'infiltre à travers le revêtement d'argent et est obtenu aussi à partir de la masse frittée pour former ITiO. Ensuite, la plaquette est rapidement cuite, de préférence dans un bain de perchloréthylène liquide, entraînant un diélectrique per fectionné. Dans certains cas, il peut être souhaitable d'imprégner les plaquettes. En utilisant l'huile au silicone dite DO200 comme trempe, l'imprégnation a été fournie en appliquant un léger vide, c'està-dire de l'ordre de 200 microns, les plaquettes étant dans l'huile pendant approximativement 30 minutes. Ensuite, les fils conducteurs 18 et 20 sont appliqués aux électrodes 12 et 16, respective ment. Dans l'étape finale, le dispositif est encapsulé dans un revêtement 22 par des plongées multiples dans une résine époxy pour réduire encore la sensibilité à l'humidité. I1 en résulte une construction perfectionnée de condensateurs et un nouveau procédé pour les fabriquer. La présente invention n1 est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparatront à l'homme de l'art. REVENDICADIONS 1 - Procédé de fabrication d'un condensateur en oxyde métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer un élément de nickel en présence d'oxygène pour former NiO à la surface de l'élément de nickel et à tremper rapidement l'élément de nickel chauffé. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trempe dure approximativement moins d'environ 5 secondes. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trempe se fait dans un fluide ayant une bonne conductibilité thermique et ne formant pas un réducteur ou un oxydant. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide est un bain liquide et, en outre, le procédé consiste à appliquer le vide au bain ; de ce fait, l'élément de nickel est imprégné. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de nickel est chauffé jusqu'à une température d'environ 7600 C à environ 9820 C. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à revêtir l'élément après la trempe avec un revêtement conducteur à la surface de agio, à chauffer l'élément revêtu en présence d'oxygène jusqu'à une température d'environ 7600 C à environ 9820 C, et à tremper rapidement l'élément de nickel chauffé. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première trempe dure approximativement moins d'environ 5 secondes. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la seconde trempe dure approximativement moins d'environ 5 secondes. 9 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement est perméable à l'oxygène et comprend une masse frittée qui et'ndonneur d'oxygène. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux trempes se font dans un bain liquide ayant une bonne conductibilité thermique et ne formant pas un réducteur ou un oxydant. 11 - Procédé de fabrication d'un condensateur en oxyde métallique selon les étapes de la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant l'étape de chauffage de la revendication 1, on chauffe l'élément de nickel en présence d'oxygène jusqu'à une température comprise entre environ 7500 C et environ 9820 C et on revêt l'élément avec un revêtement conducteur, le revêtement étant perméable à l'oxygène. 12 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend, en outre, l'encapsulation du condensateur formé dans un revêtement pour éloigner l'humidité. 13 - Condensateur, caractérisé en ce qu'il comprend une première électrode, qui est un élément comprenant essentiellement du nickel, un diélectrique défini par une couche d'oxyde constituée sensiblement par du NiO, formée à la surface de la première électrode, à partir de la matière de la première électrode, par une trempe rapide à partir d'une température de cuisson d'environ 7600 C à environ 9820 C, une seconde électrode étant placée sur le diélectri que.