Brevet FR2382825A1 — publié le 19780929

L'invention concerne un composant électronique étanche à l'air, et l'application de recouvrements terminaux pour la réalisation de tels composants. De tels composants électroniques étanches à l'air tels que des diodes et des condensateurs, sont connus entre autres du brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.458.783. Ils sont utilisés dans des conditions qui risquent d'affecter leurs propriétés. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique na83.810.068 et 3.307.134 décrivent des fouines de réalisation d'éléments d'impédance étanches à l'air. De tels composants contiennent des frittés céramiques et des cermets céramiques en vue de former des liaisons électriques et mécaniques entre l'élément de résistance et les fils de connexion. Dans certaines applications de telles connexions ne sont pas suffisamment fiables. De plus, llutilisation d'un terminal de réaction en magnésium requiert un autre procédé de fabrication que celui qui est usuel dans l'industrie. Il est connu d'utiliser un alliage de molybdène et de manganèse pour des substrats céramiques, mais non en relation avec des composants étanches a l'air ou avec le procédé de réalisation de tels composants. Or, l'invention vise à fournir un procédé de fabrication de composants étanches à l'air. De plus, l'invention vise à fournir un composant électronique, qui est muni d'un enrobage terminal soudable en un matériau à point de fusion élevé. De plus, l'invention vise à fournir un composant électronique étanche à l'air utilisant une technologie usuelle fiable pour la formation de connexions électriques et mécaniques avec l'élément principal du composant. L'invention vise en outre à fournir un élément de couplage entre un composant électrique disposé dans une enveloppe étanche à l'air et assurant un délestage de la tension provo tuée par la différence entre le retrait et la dilatation se produisant entre l'enveloppe et le composant électronique en cas de variation de la température. La présente invention fournit un procédé de fabrication pour un dispositif électrique- étanche à l'air , comprenant les étapes suivantes La fourniture d'un élément de noyau électrique présentant des terminaux aux extrémités opposées le recouvrement desdits terminaux d'un métal réfractaire l'application, autour dutit composant d'un enrobage étanche à l'air présentant des fils de connexion à relier auxdits terminaux ; et le scellement dudit enrobage. D'autres particularités sont considérées comme caractéristique pour l'invention et seront mentionnées en particulier dans les revendications ci-annexées. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre partiellement en coupe une résistan- ce étanche à l'air conforme à l'invention, la paroi étant partiellement enlevée. La figure 2 montre une vue éclatée de la résistance représentée sur la figure 1. La figure 3 montre partiellement en coupe une autre forme de réalisation de l'invention, illustrant l'utilisation d'une couche d'arrêt, la paroi étant partiellement enlevée. La figure 4 montre la disposition d'une plaque de localisation, d'une plaque de chauffage et d'une nacelle pour la réalisation de composants étanches à l'air conformes à la présente invention. La figure 1 montre en coupe un composant passif étanche à l'air conforme à la présente invention. Dans une forme de réalisation, le composant est une résistance à couche, formée par une couche 10, qui est appliquée sur toute la surface d'un noyau cylindrique massif 11. Le noyau Il est constitué par une céramique à base de Fosterite ou autre substance céramique à coefficient de dilatation élevé dans la gamme comprise entre 8,5 et 10,5 ppm par 'C. Les extrémités de l'élément de résistance 10, Il sont recouvertes d'un enrobage terminal métallique 19. Un élément de couplage 12, est constitué par un alliage métallique de soudage ou de brasage, est disposé aux deux extrémités de 11 élément de résistance 10, Il en vue de réaliser une connexion électrique et mécanique entre 11 enrobage terminal 19 de l'élément de résistance 10, Il et les fils de connexion 13, 16. La figure 2 est une vue éclatée du composant selon la figure 1 et elle montre plus nettement l'enrobage terminal métallique 19 et les éléments de couplage 12. De préférence l'élément de couplage 12 présente un point de fusion élevé, qui est adapté au procédé de fabrication. Des fils de connexion flexibles en acier enrobé de cuivre 13 et 16 sont prévus et 8 s'étendent axialemant par apport à l'élément de résistance 10, 11. Sur la figure, le fil de connexion 13 est fixé à une tête 14, de diametre plus grand, qui est en contact électrique avec l'élément de résistance, par l'intermédiaire de l'élément de couplage 12. La tête 14 peut également comporter une perle en verre en vue d'en former un joint en verre fondu du composant électrique ou peut être un bloc en Dumet présentant un coefficient de dilatation qui est adapté à celui du verre (Dumet est un alliage d'acier au nickel recouvert de cuivre). Le fil de connexion 13 muni de la tête 14, s'obtient par coupage d'un fil en acier enrobé de cuivre, de diamètre suffisant, à une longueur préalablement déterminée et fixa- tion par soudage de cette tête à une extrémité du fil en acier 13 enrobé de cuivre. Dans certains cas, il est également possible d'utiliser un fil d'acier enrobé de cuivre muni d'une pellicule d'oxyde pour la tête 14. Un tel traitement de la tête 14 permet d'obtenir un bon scellement entre cette dernière et le boîtier 15 et 18 pendant le scellement dudit bottier en verre 15. Le fil de connexion 13 doit s'é- tendre sur une longueur suffisante dans l'intérieur du boî- tier en verre 15 pour réaliser une connexion électrique en matériau de soudure avec l'élément de couplage 12.Une telle longueur convenable est comprise entre O,I et 0,5 . L'élément de résistance 10, 11, l'élément de couplage 12 et la tête 14 sont disposés dans un boîtier cylindrique 15, dont une extrémité peut être fermée. La figure 2 montre une forme de réalisation d'un boîtier cylindrique en verre 15, dont @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ Pour l'assemblage un fil de con- nexion en acier enrobé de cuivre 16 est appliqué par soudage à chaud dans l'extrémité 17 du boîtier 15, le fil de connexion s'étendant Jusque dans l'intérieur du boîtier pour réaliser un contact électrique avec l'élément de couplage 12.L'élément de couplage 12 est d'abord introduit dans le boîtier par ali guement automatique d'une série d'éléments de couplage au-dessus d'une nacelle par exemple en carbonne, cette derniere contenant une série de boîtiers, de façon qu'un seul élément de couplage tombe sur le fond de chaque boîtier dans la nacelle. Les composants sont introduits d'une façon analogue, comme le montre la figure 4. Après introduction dans le boîtier 15 du premier élément de couplage 12, du noyau 10 du deuxième élément de couplage 12 et de la tête 14 du fil 13, l'extrémité ouverte 18 du boîtier 15 est scellée à chaud, de façon à former un enrobage étanche à l'air de l'élément de résistance dans le boîtier 15. Le noyau cylindrique Il est constitué par un matériau réfractaire qui, en ce qui concerne le coefficient de dilation linéaire a à la température est compatible avec le boîtier en verre 15. Le noyau Il est de préférence constitué par une céra moque à base de Fosterite ou autre substance céramique à coefficient de dilatation élevé dans la gamme comprise entre 8,8 à 10,5 ppm. par 'C. La couche de résistance 10 est constituée par un filn électro-conducteur (un cermet ou fil métallique mince, comme une composition au chrone-nickel) présentant des propriétés de résistance préalablement déterminées, qui recouvre tout le noyau Il et qui peut être coupé ou spiralé de façon à présenter une valeur ohmique spéciale par des techniques connues du genre de résistance à couche. La couche peut également être foncée sans @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ l'assemblage du dispositif. La composi- tion spécifique de la couche de résistance est choisie de façon que les propriétés de la couche soient compatibles avec le pro cessus d'assemblage du dispositif.Un enrobage métallique 19 de résistance faible est déposé sur les extrémités de l'élément de résistance 10, il sur la couche de résistance 10 et elle peut chevaucher les bords latéraux sur une distance comprise entre 0,05 et 0,5 mm. Ce recouvrement terminal métallique 19 doit être compatible avec la couche de résistance 10 pour ce qui est des propriétés de dilatation thermique. Beaucoup de matériaux utilisés pour le recouvrement terminal, qui sont soudables en soi, réagissent avec la couche de résistance 10 à la température de scellement du verre ou réa- gissent lentement aux températures supérieures à la température de l'ambiance, ce qui peut se traduire par une rétrogradation des propriétés de résistance et/ou des autres propriétés électriques du composant électronique en fonction de la température et de la durée. Comme exemples de matériaux convenant moins à l'enrobage, on peut citer le cuivre et l'argent. La rétrogradation des propriétés électriques est tres indésirable pour les composants électroniques de précision. Il s'est avéré que l'utilisation de métaux "réfractaires" tels que nickel, cobalt, chrome, molybdène, tungstène, tantale titane et aluminium comme matériaux pour br3ouwonat terminal don- nent des résultats plus satisfaisants. On préfère utiliser le nickel du fait que ce métal se prête plus facilement au soudage ou au brasage sans flux et du fait aussi de sa valeur ohmique relativement basse et sa facilité d'usinage. En cas d'utilisation d'argent, de cuivre ou d'or comme matériau pour le recouvrement terminal, il est désirable d'utiliser d'abord une couche constituant barrière sur la couche de résistance au-dessous de la couche en or, en argent ou en cuivre.Le terme "couche constituant barrière" se réfère à la possibilité qu'un matériau ré fractaire utilisé ponr pourler3axnremmtterminal s'étende au-delà de l'enrobage en argent ou en or sur la couche de résistance 10. La couche de barrière empêche la diffusion d'atomes d'argent de cuivre ou d'or dans la couche de résistance 10. La figure 3 représente en coupe une résistance présentant une couche de barrière 19 appliquée sur la couche de résistance 10. Sur la couche de barrière 19 est appliquée une couche terminale 21 en or, en argent ou en cuivre, qui assure la connexion électrique et mécanique avec l'élément de couplage 12 et la tête 14 du fil de connexion. Comme le montre la figure la couche de barrière 19 s'étend sur une plus grande distance sur la couche de résistance 10 que la couche terminale 21 empêchant ainsi la diffusion d'atomes actifs de la couche terminale 21 dans la couche de résistance 10. Plusieurs mesures furent effectuées avec plusieurs matériaux comme recouvrement terminal à la température spécifique pendant de longues durées (par exemple 165 heures à 185-C). Pour ces essais, on utilisa notamment des résistances à couche - métallique présentant une puissance évaluée de 0,1 watt : une résistance de 650JlLprésentant un recouvrement terminal en cuivre, une résistance de 150 # présentant un recouvrement terminal en molybdène-argent (par exemple une couche constituant barrière en molybdène enrobée d'argent); une résistance de 150 # présentant unn# rneD terminal en nickel. Avant et après le processus de vieillissement par chauffage, on détermina la résistance et on calcula la variation de la valeur ohmique de la résistance provoquée par suite du processus de vieillissement. Les résultats de ces essais sur les trois genres de résistances sont mentionnés dans le tableau ci-après Recouvrement Cuivre Molybdène-argent Nickel Terminal pourcentage des 1,89% O. 191% o.i42oss variations de la résistance pendant le vieillissement Les éléments de couplage 12 en métal de soudure fournissent un bon contact électrique entre l'élément de résistance et les fils de connexion saIinthors de l'ensemble étanche à l'air. Les éléments de couplage 12 doivent fournir un bon éffet mouillant pour les fils de connexion et les connexions terminales de l'élément de résistance 10, Il dans le cas d'exposition aux températures convenables. La série d'étapes spécifiques pour la réalisation du composant conforme à la présente invention est représentée sur la figure 4. Le recouvrement terminal en métal réfractaire 19 est d'abord effectué par pulvérisation aux deux extrémités de l'élément de résistance 10, li. Les boîtiers 15 préalablement formés avec les fils de connexion 16 sont introduits dans des cavités 28 prévues à cet effet et ménagées dans une nacelle 22. La partie terminale ouverte supérieure 18 du bottier dépasse la surface supérieure 23 de la nacelle 22, afin de permettre le scellement. Un premier élément de couplage 12 suivi du noyau 10, suivi d'un deuxième élément de couplage 12, sont introduits dans chaque boîtier 15 de la nacelle 22. Les premier et second éléments de couplage sont assemblés sur une plaque de localisation sous vide (non représentée sur le dessin) qui est disposée de façon inversée sur la nacelle 22, le vide maintenant les éléments de couplage au-dessus de l'extrémité ouverte des boîtiers 15. Le vide est ensuite éliminé, ce qui permet à chacun des éléments de couplage de tomber librement dans l'un des boîtiers correspondants 15. Les noyauxll sont assemblés sur une autre nacelle, qui est également alignée au-dessus des boîtiers 15 dans la nacelle 22. Chacun des noyaux li peut alors tomber de façon similaire dans l'un des boîtiers correspondants 15. Une plaque de chauffage 24, qui présente une pluralité d'ouvertures 25, est placée sur la nacelle 22. L'autre tête 14 et le fil de connexion terminal 13 du composant sont alors disposés dans une nacelle d'alignement de fil 26, qui présente également des cavités prévues à cet effet 27, dont les positions correspondent à celles des cavités 28 dans la nacelle 22. L'ensemble de la tête 14 et du fil 13 étant introduit dans la nacelle 26, une plaque amovible en acier inoxydable (non représentée sur le dessin) est placée sur les cavités 27 de la nacelle 26 et cette dernière est disposée de façon inversée sur la plaque de chauffage 24. La plaque en acier anoxydable amovible ainsi situee entre la nacelle 26 et la plaque de chauffage 24 est alors enlevée de façon à permettre à la tête 14 de tomber librement dans le boîtier 15. Le boîtier est alors scellé à l'extrémité supérieure par apport de chaleur à la plaque de chauffage 24. L'extrémité ouverte 18 du boîtier 15 est ainsi scellée à l'aide de verre à la tête 14 et l'élément de couplage supérieur soit le second élément de couplage 12, fond-de façon à former une connexion électrique entre la couche de résistance 10 et la tête 14. Dans la première forme de réalisation de l'invention la chaleur provenant de la plaque de chauffage 24 est transmise à la nacelle inférieure 22 de façon que le premier élément de couplage 12 fonde à peu près en même temps que le second élément de couplage 12. La connexion électrique entre la couche de résistance 10 et le fil inférieur 16 est ainsi formée à peu près en même temps que la connexion avec la tête supérieure 14. Etant donné que des quantités de chaleur différentes peuvent être nécessaires pour ces deux opérations de fusion, les premier et second éléments de couplage 12 peuvent avoir des températures de fusion différentes. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention les composants assemblés sont extraits de la nacelle inférieure 22 et placés dans un four ou autre afin de subir un second chauffage dans le but de provoquer la fusion de la première partie (cseisà-ire pour sceller l'élément de couplage à l'une des ex trémités recouvertes du noyau, et au premier fil de connexion). Dans cette forme de réalisation, les premier et second éléments de couplage peuvent avoir ou pas la même température de fusion. Bien que l'invention soit illustrée et décrite à l'aide d'une résistance à couche a l'air, elle n'y est nullement limitée, du fait que plusieurs modifications et variations, du point de vue construction, sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication pour un dispositif électrique étanche à l'air, caractérisé par la fourniture d'un élément de noyau éléctrique présentant des terminaux aux extrémités opposées; le recouvrement desdits terminaux d'un métal réfractaire; l'application, autour dudit composant d'un enrobage étanche à l'air présentant des fils de connexion à relier auxdits terminaux; et le scellement dudit enrobage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément de couplage soudable est appliqué contre ledit composant1 afin de former une connexion électrique et mécanique entre l'un desdits fils et une connexion correspondante desdits terminaux. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le scellement dudit premier fil à l'un desdits terminaux par fusion dudit élément de couplage soudable. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit scellement et ladite fusion s'effectuent à peu près simultanément. 5. Procédé selon la revendicationl, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du nickel. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du cobalt. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du chrome. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du molybdène. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du tungstène. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du tantale. ll. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par du titane. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal réfractaire est constitué par de l'aluminium. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau électrique est une résistance électrique. 14. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit noyau électrique est un composant électronique passif. 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit recouvrement est appliqué par pulvérisation. 16. Procédé pour la réalisation d'un composant étanche à l'air, caractérisé par l'application d'un boîtier présentant un premier fil de connexion terminal une extrémité fermée dans une cavité d'une nacelle et l'introduction d'un premier élément de couplage soudable dans ledit boîtier dans ladite nacelle, puis l'introduction dans ledit bottier, d'un noyau électrique passif, dont les extrémités sont recouvertes d'un métal réfractaire, suivie de l'introduction d'un deuxième élément de couplage soudable dans ledit boitiez; puis l'introduction d'un second fil de connexion terminal dans ledit boîtier et le scellement dudit boîtier par apport de chaleur audit boîtier autour dudit second fil de connexion terminal. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit second élément de couplage est scellé à l'une desdites ex trémités recouvertes dudit noyau électrique et audit second fil de connexion terminal simultanément avec ladite étape de scellement. 18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit premier élément de couplage soudable est scellé à l'une desdites extrémités recouvertes dudit noyau électrique et audit premier fil de connexion terminal, simultanément avec ladite étape de scellement. 19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'ensuite, ledit premier élément de couplage soudable est scellé à l'une desdites extrémités recouvertes dudit noyau électrique et audit premier fil de connexion terminal.