Brevet FR2313846A1 — publié le 19761231

la présente invention a trait à un mbyen électronique comportant un boîtier à obturation inattaquable par des substances corrosives. B}le concerne plus particulièrement un tel moyen constitué par un condensateur électrolytique dont le boîtier contient une substance corrosive et peut constituer une électrode du condensateur. Dans les réalisations d'un moyen électronique contenant un fluide corrosif susceptible de provoquer une action indésirable et même destructive provoquée par la fuite du fluide, un problème important se pose pour réaliser une fermeture étanche du bottier contenant ce fluide. De telles fuites se produisent rarement en une position verti- cale stab-De du moyen électronique, l'accès du fluide étant orienté vers le haut, le fluide étant de nature peu corrosive et ce composant étant utilisé dans ses conditions normales de fonctionnement. Par contre la difficulté d'obturation se complique dès que ce moyen électronique est soumis à diverses sortes de vibrations, accélérations, ou fonctionne en une position renversée, par exemple dans un système électronique monté à bord d'un mobile aérien. L'obturation est beaucoup plus ardue lorsque l'ensemble est soumis à des contraintes -thermiques et que le fluide utilisé est constitué par un liquide fortement corrosif tel que l'acide sulfurique. L'invention se situe principalement dans le domaine des moyens électroniques ayant un boîtier muni d'un ensemble d'étanchéisation permettant de pallier aux difficultés rencontrées. -Dansl'art antérieur connu il a été proposé, par exemple dans le brevet américain Noi 3 264 015, de réaliser un scellement métalverre dit "scellement à trois éléments. Dans le dispositif décrit, une armature du condensateur est constituée par un tube conducteur en fer-nickel constituant la cathode, l'anode est enfermée dans le tube et sa sortie à travers l'ensemble du scellement s' effectue par un tube de connexion lui-meme entouré par un disque en verre entouré d'un anneau métallique ; cet ensemble réalise un scellement par compression dans lequel les matières utilisées sont accordées entre elles et les interfaces des matériaux juxtaposés sont scellées par diffusion mutuelle provoquée par échauffement en présence d'un agent mouillant. Cette réalisation est généralement satisfaisante dans le cas d'électrolytes à faible action corrosive , toutefois, elle n'apporte pas une garantie suffisante contre la fuite d'un électrolyte corrosif du type à acide sulfurique. Par ailleurs, dans un brevet français No. 1 227 260 sont décrites des traversées isolantes, étanches réalisées sur un métal malléable, ces traversées pouvant être désignées par "scellement à quatre éléments", à savoir : un conducteur central pris dans un disque en verre, lui-même entouré par un anneau en cuivre terminant le dispositif de montage de la traversée, et, en outre, sur lequel est monté un anneau de frettage. Cet anneau en acier possède un coefficient de dilatation supérieur ou égal à celui du verre ; les forces mécaniques produites par 1'anneau de frettage et la connexion centrale s'exercent dans une même direction. Dans ce brevet français il est mentionné que de telles tra.versées électriques isolantes étanches sont susceptibles d'être utilisées pour des moyens électroniques tels que des condensateurs, toutefois aucune mention n'est faite sur le cas d'utilisation avec des condensateurs électrolytiques ayant un électrolyte corrosif tel que de l'acide sulfurique. La présente invention se propose de réaliser un moyen électronique comportant un boîtier à obturation inattaquable par des substances corrosives, notamment pour la réalisation d'un condensateur au tantale à électrolyte corrosif du type acide sulfurique dans lequel l'étanchéité quasi parfaite est obtenue dans tous les cas possibles d'utilisation, un tel condensateur devant supporter sans inconvénients des fortes variations brusques de température, par exemple, de - 600 C à + 2000 C associées à des vibrations, chocs, etc. Par ailleurs, l'invention se propose de réaliser des systèmes de fermeture par scellements étanches des composants électrioues, notamment tels que des condensateurs électrolytiques, qui empêc > rt toute pénétration dans et toute fuite d'un liquide ou de la vapeur, hors du bottier ; ces scellements sont avantageusement réalisés en utilisant une traversée métal-verre de fabrication conventionnelle du type "scellement à quatre éléments" sus-mentionné. En outre, on se propose de réaliser un bottier pour condensateur polarisé ou non polarisé à électrolytes solides, fluides ou Visqueux dont l'agressivité chimique implique l'utilisation de maté riaux -adaptés par leur résistance mécanique et leur inertie chimique même dans les conditions de contraintes mécaniques et climatiques les plus sévères imposées par les normalisations existantes et dont la réalisation assure une étanchéité quasi parfaite dans tous les cas d'utilisation. les diverses réalisations connues présentent - soit une inertie imparfaite au niveau de jonction des raccordements au boîtier nécessitant l'utilisation de bouchons plastiques complémentaires diminuant de manière très sensible le volume utile disponible pour le montage du condensateur - soit un cotit très-élevé injustifiable pour la plupart des équipements électroniques. La réalisation technique suivant l'invention constitue par rapport à l'art antérieur connu, un progrès notable du fait que la production du bolier est faisable en grande série en deux parties séparées, l'une contenant l'ensemble du scellement à quatre éléments" ét le bottier du condensateur et, l'autre étant constituée par l'embase conductrice du condensateur à laquelle est connectée la connexion de la sortie cathode et dont l'autre face supporte l'anode du condensateur, ces deux parties étant assemblées et soudées ensemble après -soudure de la connexion de l'anode et remplissage du boîtier par 1' électrolyte. Grâce à cette réalisation parmi les avantages obtenus on peut mentionner une diminution sensible du coût pour le matériel qui offre une même sécurité, une diminution notable du volume total du condensateur pour une même valeur de capacité, une simplification des opérations de montage du condensateur, et un très net accroissement de performances réalisées jusqu a ce,jour dans des condensateurs de ce type. Selon une des carGctéristiques de la présente invention.# un moyen électronique comportant un boîtier à obturation inattaquable par ses substances corrosivea, ce moyen comportant un boîtier en métal malléable fermé à une extrémité par un fond métallique connectable à une connexion et muni à l'autre extrémité d'un ensemble de scellement métal-verre traversé par une connexion isolée de sortie, est principalement caractérisé en ce que ledit boîtier comportant ledit moyen électronique en contact avec une solution d'acide agressif, a ladite autre extrémité obturée par un ensemble du type "scellement à quatre éléments1! comportant successivement une chemise métallique centrale de connexion isolée entourée d'une perle isolante ayant sa périphérie encerclée par un meme métal malléable que celui du boîtier, ces trois matériaux ayant leurs interfaces respectives de jonction scellées par diffusion mutuelle et le tout étant pris dans un anneau de frettage, les forces produites par dilatation de ladite chemise et dudit anneau et appliquées sur ladite perle étant de sens opposé. Selon une autre caractéristique, le moyen électronique est caractérisé en ce que dans l'obturation par le scellement à quatre éléments, une partie façonnée ~~~ du métal malléable et une partie de l'anneau de frettage sont juxtaposées à la périphérie de la perle et la jonction par diffusion mutuelle est faite à la fois sur ces trois matériaux , la section droite de la perle étant de forme choisie. Selon une autre caractéristique, le moyen électronique est caractérisé en ce que à l'intérieur dudit boîtier est disposée une anode au tantale en contact avec une solution d'acide sulfurique formant l'électrolyte et réunie par une connexion en tantale à la chemise métallique traversant le scellement, le tout formant un condensateur polarisé au tantale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en se référant aux figures annexées qui représentent La figure 1, une vue en coupe du moyen électronique constitué par un boîtier à scellement étanche contenant des éléments coopérant à son fonctionnement et réalisant un condensateur électrolytique polarisé;; e La figure la, une variante de réalisation vue en coupe partielle d'un ensemble de scellement à quatre éléments Là figure 2, une autre variante vue également en coupe partielle La figure 3, une vue en coupe partielle d'une autre réalisation de la variante représentée sur la figure 2 montrant une soudure à l'intérieur du boîtier de l'anode avec un fil plein de sortie La figure 4,une réalisation vue en coupe partielle du scellement montrant notamment la jonction à la périphérie de la perle de verre avec les deux métaux participant à la diffusion mutuelle, et La figure 5, une réalisation semblable à celle illustrée par la figure 4 et montrant la perle de verre ayant#une section droite de forme tronconique. Le scellement par diffusion mutuelle métal-verre se fait suivant une technique conventionnelle, par exemple, semblable à celle mise en oeuvre dans l'invention décrite dans le brevet américain No. 3 264 015. La description qui va suivre s'applique d'une manière générale g la réalisation d'un moyen électronique comportant un boîtier à obturation inattaquable par des substances corrosives, cette attaaue pouvant venir de l'extérieur du boîtier et provenant principalement de l'intérieur de ce boîtier. Cette description portera sur des exemples de réalisation des moyens électroniques constitués par des condensateurs électrolytiques et notamment aux condensateurs comportant des anodes en poudre de tantale frittée et un électrolyte acide contenu dans un boîtier servant de cathode dans le cas d'un condensateur polarisé. La figure 1 représente la réalisation d'un condensateur électrolytique du type polarisé vu en coupe dans le cas d'un électrolyte corrosif contenu dans un boîtier étanche réalisé selon l'enseignement de l'invention. La description portera principalement sur la partie de réalisation concernée par le joint hermétique étant donné que la parti du boîtier contenant l'électrolyte et l'anode, inférieure sur la figure, est d'une réalisation conventionnelle. Sur cette partie inférieure, le fond 16 d'un boîtier 1, ou la coupelle métallique de fermeture et connexion de cathode, est réuni à une connexion extérieure de sortie 17 et comporte sur sa face interne un dispositif de centrage en plastique 15 sur lequel est disposée une anode au tantale 6. Le pourtour rabattu de ce fond 16 est soudé aux parois du boîtier 1 une fois que l'électrolyte liquide, sous forme de solution de 11 acide sulfurique dilué 2, a été introduit dans le boîtier après la soudure 11 de la connexion de sortie 1.4 de l'anode 6. Il est à remarquer que le tube 1 est en un métal inerte vis à vis de ltélectrolyte 2 et avantageusement réalisé en un métal malléable tel que de l'argent. En ce qui concerne la partie comportant le joint hermétique, les renseignements déductibles d'un ensemble d'obturation connu par l'art antérieur et désigné principalement par un "scellement à quatre éléments" sont mis à profit dans l'invention. Une extrémité façonnée 5 du tube 1 fait partie intégrante du scellement verremétal, une compression antagoniste étant appliquée sur les faces opposées d'une perle isolante 4 en verre de qualité physique choisie, vitrocéramique ou céramique, le scellement d'interfaces s'effectuant à chaud à une temp rature comprise entre 750 et 8500 C par diffusions mutuelles des matériaux utilisés sous une atmosphère neutre. Les coefficients de dilatation thermique de la perle 4, tige 12 ou tube 5 de métal destinés à la connexion de l'anode 6 et celui du boîtier 1 sont différents ; l'adjonction d'un anneau de frettage 7 en métal résiliant, de l'acier par exemple, applique une compression à à l'extrémité façonnée 3 concourant ainsi à l'étanchéité du scellement à quatre éléments. Ce scellement comporte un anneau de frettage 7, une extrémité façonnée 3 du tube 1, une perle isolante 4, et un moyen métallique, constitué par un tube 5 ou par un fil plein 12, qui est réuni d'une part à l'anode 6 et d'autre part à une connexion de tie 14 en nickel par exemple. Un tel ensemble de scellements peut être également assemblé au boîtier 1 en façonnant l'extrémité 3 de manière à la replier vers 11 intérieur du boîtier ; dans ce cas, l'anneau de frettage 7 est disposé à l'intérieur du boîtier 1 comme représenté sur la figure la. La soudure il entre le tube-métallique scellé 5, la connexion de l'anode 10 et la connexion de sortie 14 est effectuée à l'extérieur du boîtier 1. Malheureusement un effet de couple galvanique indésirable peut être constaté à la jonction des deux métaux. On remarquera qu'un ensemble semblable peut être assemblé au boîtier t comme indiqué sur la figure 2 ; dans ce cas il doit alors être rapporté à son extrémité 8 par une soudure du type électrique., compression à froid, etc. L'anode 6 en poudre de tantale frittée et oxydée est disposée à l'intérieur du tube t avec ses accessoires 9 de centrage et de butée telles que rondelles, coupelles , ... en matière plastique. Le tube 5, constitué dans les cas des figures 1, la et 2 par un tube de tantale, permet le passage du fil de connexion 10 également en tantale et leur soudure il avec la connexion 14 en nickel à ltextérieur du boîtier 1. Sans inconvénient un fil plein 12 peut être utilisé comme cela est représenté sur la figure 3, la soudure 13 le connectant à l'anode 6 doit alors être effectuée à l'intérieur du boîtier 1. L'électrolyte 2, par exemple une solution d'acide sulfurique, les agents gélifiants éventuels et les autres accessoires de centrage 15 sont alors disposés dans le boîtier 1 ; l'obturation du boîtier est effectuée par exemple par soudure électrique entra l'extrémité du tube I en argent et le fond ou coupelle 16 de même métal sur lequel est connectée par soudure une connexion de sortie 17 correspondant à la cathode du condensateur électrolytique. L'exemple de la réalisation préférée ainsi que les quelques variantes, n'excluent pas les solutions différentes de réalisation déduisibles des connaissances acquises par un homme de l'art, c'est ainsi que les connexions de sortie de l'anode et de la cathode sont réalisables avantageusement en nickel ou en cuivre, la connexion de cathode peut être prévue pour le montage du condensateur sur un circuit imprimé, etc. La réalisation d'un condensateur non polarisé ne présente pas de difficultés particulières et une description sommaire, non illustrée, est donnée ci-après. Dans un cas, deux condensateurs semblables à celui représenté sur la figure 1, sont réunis par leur fonds 16 de fermeture. Dans ce cas une connexion de sortie cathode est réalisable à la jonction de ces deux fonds 16 et les deux sorties d'anode 14 se trouveront aux extrémités opposées des deux condensateurs réunis ; en absence de connexion de cathode, les deux connexions de sortie 14 peuvent être connectées indifféremment à une source de tension sans tenir compte de sa polarité. On remarquera que l'obturation intégrant partiellement le boîtier assure une étanchéité-quasi parfaite aussi bien contre toute fuite du fluide intérieur, que toute pénétration d'un fluide extérieur au boîtier. Une réalisation# offrant une sécurité complémentaire du scellement verre-métal est représentée avec les mêmes indices de référence sur les figures 4 et 5. Dans ces deux cas, l'extrémité façonnée 3 arrive sensiblement à la moitié de la périphérie de la perle de verre 4. L'autre moitié de cette perle est juxtaposée à l'anneau 7. Le scellement simultané est effectué sur l'interface des trois matériaux en présence. Dans le cas de la figure 5 on remarquera que la forme de la section droite de la perle de verre est tronconique de manière à présenter sa base vers l'intérieur du boîtier 1, de sorte que toute pression interne est compensée. Une obturation par scellement du tantale sur tantale, par exemple tel que décrit dans le brevet américain 3 611 057, permet d'obtenir certaines performances, mais toutefois moyennant une certaine complication du montage et un prix relativement élevé. Le condensateur proposé à scellement à quatre éléments présente des caractéristiques performantes parmi lesquelles on peut citer la possibilité de fonctionnement continu à une température de 2000 C, essais de vibrations, d'étanchéité, et de chocs thermiques donnant des résultats égaux ou supérieul- X ceux qui sont prévus par les normes internationales applicables à ce type de condensateurs à électrolyte corrosif. Il est à noter que le boîtier étanche réalisé est principalement applicable pour des condensateurs à électrolyte du type à acide sulfurique ; il est également applicable pour des accumulateurs, ou est susceptible de constituer une enceinte en contact avec un fluide corrosif extérieur ou intérieur et contenant tout moyen électronique passif ou actif. REVENDICATIONS 1.moyen électronique comportant un boîtier à obturation inat taquable par des substances corrosives, ce boîtier en métal malléable, inerte vis à vis desdites substances, étant fermé à une extrémité par un fond métallique connectable à une connexion et muni à l'autre extrémité d'un ensemble de scellement métal-verre traverse par une connexion isolée de sortie, caractérisé en ce que dans la combinaison constituant ledit moyen électronique, ledit boîtier (1) renferme ledit moyen et est en contact avec une solution d'acide (2) agressif, et ledit ensemble de scellement est un ensemble du type "scellement à quatre éléments" comportant successivement autour d'une connexion centrale (14), une chemise métallique (5), une perle isolante (4) entourant ladite chemise, un élément façonné (3) en un même métal que celui du boîtier encerclant la périphérie de ladite perle, les matériaux de la chemise (5), de la perle (4) et de l'élément façonné (3) étant, à l'endroit des interfaces respectives de jonction, scellées par diffusion mutuelle et le tout étant pris dans un anneau de fréttage (7) exerçant sur ladite perle (4) un compression antagoniste à celle produite par la dilatation de ladite chemise (5). 2. Moyen électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'obturation par le scellement à quatre éléments, une partie dudit élément façonné (3) en métal malléable et une partie dudit anneau de frettage (7) sont juxtaposées à la périphérie de la perle (4) et la jonction par diffusion mutuelle est faite à la fois sur ces trois matériaux (3, 4, 7), la section droite de la perle (4) étant de forme choisie. 3. Moyen électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que à l'intérieur dudit boîtier (î) est disposée une anode au tantale (6) en contact avec une solution d'acide sulfurique formant l'électrolyte (2) et réunie par une connexion en tantale (10) à la chemise métallique (5) traversant le scellement, le tout formant un condensateur polarisé au tantale. 4. Moyen électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de frettage (7) est monté sur une partie façonnée (3) d'une extrémité du boîtier (1), cet anneau étant disposé à l'extérieur du boîtier. 5. Moyen électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie façonnée (3) d'une extrémité du boîtier (i) est rabattue vers l'intérieur et ledit anneau (7), réalisé en un matériau inerte à l'action de l'électrolyte, est disposé à l'intrieur du boîtier. 6. Moyen électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de frettage (7) est disposé à l'intérieur d'un Ut'une couronne profilée, les parois extérieures et-verticales de U étant, l'une scellée à la perle isolante (4) et, l'autre soudée (8) au boîtier (1). 7. Moyen électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la connexion d'anode (10) est soudée (il) hors du bottier (1) et forme une sortie positive (14). 8. Moyen électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce-qulun manchon scellé (12), de même métal que l'anode (6) du condensateur, est soudé (t3) à l'anode dans le boîtier. 9. Moyen électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux condensateurs sont réunis par leurs fonds de fermeture (16) et forment un -condensateur non polarisé ayant les connexions (14) de sortie isolées du boîtier.