Brevet FR2209191A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne une structure de condensateurs miniaturisés à électrolyte solide destinés à tre incorporés dans des circuits hybrides. La fabrication des condensateurs au tantale à électrolyte solide fait appel à une technique connue, décrite notamment dans le brevet français nO 1 091 097 déposé au nom de la Société WESTERN ELECTtLIC COMPANY, le 25 novembre 1953. Toutefois, leur utilisation dans les circuits hybrides nécessite une réduction maximale du volume par unité de capacité, en outre leur forme doit btre adaptée au montage sur les circuits hybrides. Il est nécessaire que les connexions de sortie se piratent aux procédés de montage et notamment de soudure utilisés couramment dans cette technologie. Il est exclu, par exemple, du fait que le support du circuit est généralement une alumine, d'employer la soudure électrique.De méme la soudure à l'étain doit entre rejetée. Le but de la présente invention est de réaliser une structure de condensateur qui soit compatible avec les techniques habituellement employées à la fabrication des circuits hybrides et dont les dimensions soient compatibles avec les bottiers plats dutype flat-pack. La structure de condensateur au tantale à électrolyte 9o- lide selon l'invention, est caractérisée en ce qu'elle comporte : - une anode constituée par un parallélépipède de tantale poreux obtenu par frittage de poudre de tantale, dont les grains sont recouverts d'une couche continue d'oxyde isolant, solidaire sur l'une de ses grandes faces d'une feuille de tantale mince servant de connexion d'anode; - une cathode constituée par une couche continue de graphite recouvrant l'électrolyte solide - une métallisation d'argent déposée sur la couche de graphite recouvrant la face du parallélépipède opposée à la feuille de tantale - une rondelle métallique dorée de contact de cathode ; - une couche de vernis protecteur recouvrant au moins la métallisation d'argent. l'invention sera mieux comprise si on se réfère à la des cription ci-après illustrée par les figures 1 à 4 données à titre illustratif et nullement limitatif et dans lesquelles : les figures la et lb représentent deux variantes de réalisation du condensateur selon l'invention tandis que la figure 2 est une coupe du condensateur la figure 3 représente deux courbes de variation du courant de fuite de deux types de condensateurs selon l'invention, en fonction de la tension qui leur est appliquée la figure 4 représente deux courbes de variation du courant de fuite en fonction de la tension d'utilisation du condensateur. La structure de la première variante sur la figure la comporte une mince feuille en tantale constituant la sortie d'apode du condensateur. Sur cette feuille un parallélépipède 2 en tantale fritté de faible hauteur est fixé de telle sorte que la feuille 1 déborde de quelques dixièmes de millimètres tout autour de l'une de ses grandes faces. La structure de la deuxième variante représentée sur la figure lb comporte une mince feuille en tantale présentant des rebords de façon à constituer une petite cuvette à l'intérieur de laquelle est fixé le parallélépipède en tantale fritté. La coupe partielle à grande échelle représentée sur la figure 2 représente le dépôt 4 d'oxyde de tantale Ta205 tapissant les parois des cavités ouvertes du parallélépipède de tantale fritté. Une couche de bioxyde de manganèse 5 déposée sur l'oxyde de tantale est recouverte à son tour par un dépôt de graphite 6 pénétrant dans les cavités de façon à former la cathode. Une métallisation d' argent 7 déposée sur la face du parallélépipède opposée à la feuille de tantale est reliée à la rondelle métallique 3 de contact de cathode. Une couche de vernis protecteur-8 recouvre la métallisation d'arguent 7 en laissant libre la rondelle de contact cathodique 3. La fabrication du condensateur selon l'invention s'effectue de la façon décrite ci-dessous. La feuille de tantale mince 1 est fixée au parallélépipède de tantale 2, par exemple, au cours d'une opération de pastillage. L'ensemble subit ensuite un frittage sous vide à 18000 C qui lui confère la solidité mécanique nécessaire. Au cours de l'oxydation électrolytique qui recouvre chaque grain de métal d'une pellicule d'oxyde isolant, la feuille de tantale sert de prise de contact. Lorsque la couche est continue et qu'il ne subsiste plus qu'un faible courant de fuite, une imprégnation de nitrate de manganèse permet de remplir les porosités ouvertes. Une pyrolyse du nitrate transforme ce dernier en bioxyde de manganèse qui se dépose sur toute la surface de la pellicule isolante d'oxyde de tantale 4 et constitue l'électrolyte solide 5. Pour réaliser la cathode une suspension collovdale de graphite est introduite dans les pores puis séchée à l'étuve afin de recouvrir la surface du dépôt de bioxyde de manganèse dtune couche de graphite 6. Une métallisation d'argent 7, limitée à la surface du parallélépipède, permet d'obtenir un contact de faible résistance ohmique.La rondelle 3, préalablement dorée, est alors fixée au moyen de colle conductrice de l'électricité sur la métallisation 7 et la couche de vernis protecteur 8 est mise en place sur la métallisation. La surface externe de la feuille de tantale 1 recouverte d'oxyde pendant l'oxydation électrolytique est mise à nu, au moins partiellement, par exemple par sablage. Une variante du procédé de 'fabrication consiste à recou vrir partiellement la partie externe de la feuille de tantale après le frittage à 18000 C et avant l'oxydation électrolytique par une couche de protection temporaire constituée par une peinture ou un vernis facile à éliminer par la suite. le mode de fabrication du condensateur déjà décrit s'applique ensuite sans changement jusqu'a la mise en place du vernis protecteur 8 et la fabrication s'achève par élimination de la couche de protection temporaire, par exemple, au moyen de solvants sans action sur la couche de verris 80 Lors de l'utilisation du condensateur dans un circuit hybride la partie dénudée de la connexion d'anode est connectée au conducteur imprimé sur le substrat, par exemple, par l'intermédiaire d'lue colle conductrice chargée à l'argent colloïdal tandis que la rondelle le contact cathodique est relié au circuit par un fil d'interconnexion fixé, par exemple, par thermocompression. Dans un premier exemple de réalisation, une capacité de dix microfarad à la tension nominale de dix volts est obtenue avec un condensateur dont les dimensions sont de ),5 x 3,5 X 1,7 mm. le courant de fuite de ce conienscteur à 250 C, sous la tension nomi- nale, est de 0,1 micro-ampère. La figure 3 représente, en traiv3 pleins les courbes de variation t 25 et 850 C, du courant de fuite du condensateur en fonction de la tension appliquée réduite (la tension nominale étant l'unité de mesure). l'a figure 4 représente en traits pleins les courbes de variation relative de la capacité #C en fonction de la tenpérature. C tans un deuxième exemple de réalisation, les mêmes dinensions extérieures permettent d'obtenir une capacité de 2,2 micro- farads à la tension nominale de 40 volts. 3ans ce cas, le courant de fuite à 250 est de 0,01 micro-ampère. La figure 3 représente en traits pointillés les courbes de variation à 250 C et 850 C, du courant de fuite du condensateur du deuxième exemple en fonction de la tension appliquée réduite. La figure 4 représente en traits pointillés les courbes de variation relative de la capacité #C en fonction de la tempéra C ture. La structure de condensateur électrolytique solide selon l'invention possède les avantages suivants 1 ) elle permet la réalisation de condensateurs de dimensions très petites ayant une valeur de capacité importante 20) elle ne nécessite, pour la fixation du condensateur sur un circuit hybride, que l'emploi de techniques habituellement en usage pour la confection de celui-ci 3 ) elle permet la fixation des condensateurs par leur face la plus grande, ce qui assure une grande résistance mécaniaue aux vibrations et aux chocs 40) elle ne contient pas d'étain de sorte que la fixation du condensateur sur l'un des conducteurs généralement doré d'un circuit hybride ne pose pas de problème particulier de stockage en température. REVENDICBTIONS 1. Structure de condensateur au tantale à électrolyte solide comportant une couche isolante en oxyde de tantale, un électrolyte solide en bioxyde de manganèse, une cathode en graphite partiellement recouverte par une métallisation d'argent constituant une reprise de courant, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins les éléments suivants : - un parallélépipède plat en tantale poreux obtenu par frittage de poudre de tantale constituant l'anode - une connexion d'anode présentant une surface plane solidaire de l'une des grandes faces du parallélépipède - une rondelle métallique de contact cathodique fixée sur la métallisation d'argent. 2. Structure de condensateur au tantale àaectrolyte solide selon la revendication 1 caractérisée en ce que la connexion d'anode est constituée par une feuille de tantale d'au moins 0,05 millimètre d'épaisseur débordant de quelques dixièmes de millimètre tout autour de l'anode. 3. Structure de condensateur au tantale à électrolyte solide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la connexion d'a node est constituée par une feuille de tantale d'au moins 0,05 mm d'épaisseur présentant des rebords de façon à constituer une cuvette b l'intérieur de laquelle est fixé le parallélépipède. 4. Structure de condensateur au tantale à électrolyte solide selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le contact cathodique est une rondelle de molybdène doré d'au moins 0,1 mm dtépaisseur.