Brevet FR2244246A1 — publié le 19750411

La présente invention concerne de façon générale les condensateurs céramiques et leur procédé de réalisation. Plus précisément, elle concerne une composition de matières qui présente des propriétés céramiques maximales pour la réali- sation d'un diélectrique de condensateurs multicouches, la température de cuisson nécessaire à la formation de la matière céramique et à la production d'un ensemble monolithique étant infériseure à la température de fusion d'électrodes relativement peu coûteuses formées sur la céramique. Lors de la réalisation des condenseteurs céramiques multicouches monolithiques, il est nécessaire que le corps soit cuit à une température relativement élevée de l'ordre de 1200 à 12850C, de manière que les propriétés physiques de la céramique utilisée soient maximales, celle-ci constituant un support matériel des électrodes incluses Cepen- dant, lors de la cuisson des matières céramiques å ces températures élevées, les électrodes conductrices en metal re relativement peu coûteux, par exemple era argent, ne conviennent pas car elles fondent et deviennent discontinues. De plus,il est souhaitable que les condensateurs céramiques formés aient de faibles pertes et une stabilité analogue à celle du mica mais possédent un coefficient de température plus linéaire que celui du mica et une fiabilité améliorée. De plus, les éléments céramiques constituant de tels condensateurs doivent être fiables aux températures fai- bles et élevées et doivent pouvoir fonctionner de manière fiable à basse tension. L'invention concerne donc une nouvelle composition de matières destinée à la formation de corps céramiques qui peuvent entre cuits à des températures relativement basses et permettent l'utilisation de matières d'électrode relativement peu coûteuses pour la formation d'un condensateur monolithique multicouche. Une telle composition donne des propriétés électriques analogues à celles du mica7 avec un coefficient de température dont la linéarité est améliorée, le : fonctionnement à basse tension étant lui aussi amélioré.Une telle compo- sition permet la réalisation de corps céramiques ayant des di- mensions précises, à l'état cru, si bien que, après cuisson, les dimensions sont stables. L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d1un condensateur céramique permettant la cuisson simultanée de la céramique portant des électrodes déposées, à une température relativement faible. Plus précisément, le procédé de formation de condensateurs multicouches selon l'invention comprend la formation dtun corps céramique à l'aide dtun mélange de matières comprenant de l'oxyde de plomb, de l'alumine, de la silice, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de calcium en diverses quantités citées dans la suite, la composition comprenant dans certains cas des matières telles que le titanate de baryum, l'oxyde de titane ou le titanate de calcium, ainsi que CaZrO. Après formation d'un corps céramique, des électrodes en argent sont déposées lorsque la céramique est encore à l'état cru. Plusieurs couches de céramique portant des électrodes sont alors empilées et comprimées les unes contre les autres, et l'ensemble du condensateur, comprenant les électrobes, est cuit à une température inférieure à 9610C qui est la température de fusion des électrodes en argent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en plan d'un condensateur multicouche réalisé par mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 2 est une coupe du condensateur de la figure 1 ; et - la figure 3 est un diagramme synoptique représentantales diverses phases de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Sur les figures 1 et 2, un condensateur céramique multicouche réalisé selon l'invention porte la référence gé- nérale 10 et comprend plusieurs couches alternées diélectriques et d'électrode 12 et 14 qui sont associées ou stratifiées les unes aux autres. De préférence,les électrodes sont en argent et elles sont déposées par sérigraphie ou dépit en phase vapeur ou analogues. Les couches d'électrode sont décalées latéralement les unes des autres et elles parviennent jusqu'aux bords du corps 10 de manière qu'elles permettent la connexion électrique. De façon classique, une couche conductrice 16 est appliquée sur le corps 10 et relie électriquement les bords exposés des couches d'électrode des deux cotés du condensateur. Les couches céramiques sont formées d'un mélange de matières qui permet la cuisson du corps sous forme d'un ensemble céramique monolithique à une température inférieure à la température de fusion des électrodes. La température est avantageusement inférieure à 961 0C c'est-à-dire à la température de fusion de l'argent. Le procédé de l'invention est représenté schématiquement sur la figure 3, et il comprend quatre phases essentielles pour la formation du condensateur céramique. Une phase 17 correspond au mélange permettant la formation de la composition céramique avec les constituants voulus. Après mise sous forme d'une pâte céramique des quantités appropriées des matières particulières utiliséeset cuisson préalable destinée au retrait du solvant, la matière céramique étant alors à l'état cru, les électrodes d'argent sont appliquées comme indiqué par le rectangle 18. Les couches céramiques portant les électrodes sont alors empilées comme indiqué en 19, comprimées et découpées de manière qu'elles forment les ensembles multicouches ayant chacun plusieurs couches dlélec- trode et diélectrique alternées.L'ensemble est cuit alors à une température inférieure à 961 0C comme indiqué par le rectangle 20, de manière que la céramique soit totalement formée, et qu'elle entoure la totalité des couches alternées d'électrode, sauf les bords d'extrémité. Des compositions céramiques utilisées selon ltinven tion permettent une cuisson en général à une température comprise entre 891 et 9100C, si bien que des matières d'électrode telles que l'argent peuvent être utilisées, à la place de matières relativement coûteuses telles que le platine. Une matière céramique ayant les propriétés voulues comprend la combinaison des éléments suivants : 15 à 40 % en poids environ d'oxyde de plomb, 0,3 à 2 % en poids environ d'alumine, 10 à 60 % environ en poids de silice, 1 à 5 % environ en poids d'oxyde de baryum et 2 à 20 % environ en poids d'oxyde de calcium. D'autres constituants peuvent être ajoutés de manière qu'ils modifient des propriétés particùlières de la céramique. Par exemple, lorsque la matière doit avoir des coefficients de température différents, des matières peuvent être ajoutées, telles que le titanate de baryum en quantité comprise entre environ 0 et 13 % en poids, l'oxyde de titane en quantité comprise entre environ 0 et 36 % en poids, le titanate de calcium en quantité comprise entre environ 0 et 15 % en poids ou une composition CaZr03, en quantité comprise entre environ 0 et 15 % en poids. Bien que l'invention concerne des combinaisons différentes des constituants cités, la description qui suit concerne des exemples particuliers donnés à titre purement illustratif. Le second exemple correspond à la composition la plus avantageuse selon l'invention, mais il n1 est pas limitatif. EXEMPLE 1 en en poids Oxyde de plomb (PbO) 37,8 Alumine (Al203) 1,4 Silice (SiO2) 41,8 Oxyde de baryum (BaO) 4,5 Oxyde de calcium (CaO) 14,5 EXEMPLE 2 Oxyde de Plomb (PbO) 32,4 Alumine (Al2O3) 1,2 Silice (Si02) 43,2 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 19,3 EXEMPLE 3 Oxyde de plomb (PbO) 24,3 Alumine (A1203) 1,0 Silice (SiO2) 45,3 Oxyde de baryum (BaO) 2,9 Oxyde de calcium (CaO) 26,5 EXEMPLE 4 Oxyde de plomb (PbO) 32,4 en poids Alumine (Al2O3) 1,2 Silice (Si02) 32,8 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 9,7 Oxyde de titane (TiO2) 20,0 EXEMPLE 5 Oxyde de plomb (PbO) 32,4 Alumine (Al203) 1,2 Silice (Si02) 37,0 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 13,5 Titanate de calcium (CaTiO3) 12,0 EXEMPLE 6 Oxyde de plomb (PbO) 32,4 Alumine (Al2O3) 1,2 Silice (Si02) 37,3 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 13,8 Titanate de baryum (BaTiO3) 6,8 CaZrO3 4,6 EXEMPLE 7 Oxyde de plomb (PbO) 32,4 Silice (Si02) 37,0 Alumine (Al203) 1,2 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 13,5 SrTiO3 12,0 EXEMPLE 8 Oxyde de plomb (PbO) 32,4 Silice (Si02) 32,8 Alumine (Al203) 1,2 Oxyde de baryum (BaO) 3,9 Oxyde de calcium (CaO) 9,7 SrTiO3 20,0 Le tableau qui suit donne les caractéristiques électriques des condensateurs réalisés selon l'invention et, à titre comparatif, celles d1un condensateur comparable au mica. TABLEAU K DF TCC Constante (facteurde dissi- Coefficient diélectrique pation, %) de tempéra ~ ture Exemple 2 6,5 0,05 P130 Exemple 4 14,7 0,08 P 94 Exemple 5 9,2 0,05 P100 Exemple 6 7,1 0,08 P 99 EXemple 7 7,9 0,09 0 Exemple 8 9,5 0,1 N150 Mica 5,4-7,3 0,01-0,1 variable Comme le montre le tableau, les condensateurs monolithiques réalisés selon l'invention ont des caractéristiques électriques comparables à celles des condensateurs au mica, mais présentent l'avantage de permettre un réglage et une- sélection améliorés dans toute une plage de caractéristiques électriques. Le cas échéant, les compositions diélectriques peuvent être formées sous forme de sous-compositions, les quantités appropriées de SiO2 et CaO pouvant etre ajoutées par exemple sous forme de wollastonite (CaSiO3) aux autres ingrédients des compositions. Il est bien entendu que l'invention nta été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir dru cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Condensateur céramique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps diélectrique céramique comprenant 15 à 40 % en poids environ d'oxyde de plomb, 0,3 à 2 ffi en poids environ d'alumine, 10 à 60 % en poids environ de silice, 1 à 5 % en poids environ dioxyde de baryum et 2 à 20 96 en poids environ d'oxyde de calcium, et une matière d'électrode ayant une température de Susion généralement inférieure à 961 C et placée sur le corps céramique avant cuisson de celui-ci. 2. Condensateur selon la revendicatipn 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs couches de céramiques sur lesquelles est déposée la matière d'électrode, les couches alternées d'électrode étant décalées les unes des autres de manière qu'elles parviennent aux bords opposés du corps. 3. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière d'électrode est l'argent. 4. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de plomb est présent à raison de 32,4 % en poids, l'alumine à raison de 1,2 9'.en poids, la silice à raison de 43,2 % en poids, l'oxyde de baryum à raison de 3,9 % en poids et l'oxyde de calcium à raison de 19,3 % en poids. 5. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient O à 13 % environ en poids et de préférence 6,8 % en poids de titanate de baryum. 6. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 0 à 36 % environ en poids, et de préférence 20 % en poids d'oxyde de titane. 7. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 0 à 15 % environ en poids et de préfé- rence 12 % en poids de titanate de calcium. 8. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient O à 25 % environ en poids et de préférence 12 ou 20 % en poids de SrTiO3. 9. Procédé de réalisation d'un condensateur céramique monolithique multicouche,-caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un corps céramique à partir d'un mélange de ma tières contenant 15 à 40 % environ en poids d'oxyde de plomb, 03 à 2 % en poids environ d'alumine, 10 à 60 % en poids environ de silice, 1 à 5 % en poids environ d'oxyde de baryum et 2 à 20 % en poids environ d'oxyde de calcium, 1'application d'électrodes en argent sur le corps céramique, l'empilement de plusieurs corps céramiques, et la cuisson des corps céramiques et des électrodes d'argent à une température inférieure à la température de fusion de celles-ci. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cuisson est mise en oeuvre à une température comprise entre 891 et 9610C environ. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le condensateur céramique comprend 32,4 % en poids d'oxyde de plomb, 1, 2 % en poids dralumine, 43,2 % en poids de silice, 3,9 % en poids d'oxyde de baryum et 19,3 9' en poids dioxyde de calcium. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition d'environ O à 13 % en poids de titanate de baryum, d'environ O à 36 % en poids d'oxyde de titane, d'environ O à 15 fi en poids de titanate de calcium ou d'environ O à 6 9' en poids de CaZrO3. 13. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition de SrTi03 en quantité comprise entre O et 25 %, de préférence de 11 ordre de 12 ou 20 9'.