Brevet FR2461346A1 — publié le 19810130

L'invention concerne la fabrication des composants électroniques à base de céramique, en particulier des condensateurs à diélectrique céramique multicouches. On sait que la fabrication de ces composants comporte la formation d'un pavé de céramique crue logeant des électrodes, la cuisson à haute température de ce pavé, de manière à réaliser un frittage de la céramique, qui s'accompagne souvent d'un frittage du matériau des électrodes, ainsi que l'apposition sur le pavé fritté d'au moins deux métallisations terminales séparées qui viennent sélectivement en contact avec les électrodes afin de constituer deux connexions de sortie pour le composant. Suivant les applications, les condensateurs ainsi obtenus sont utilisés soit directement, dans des circuits hybrides (on les appelle alors chips" ou "puces"), soit dans des circuits câblés, après addition de fils de connexion sur les métallisations terminales, opération qui s'accompagne généralement d'un enrobage. Dans certains cas, notamment celui des "puces" destinées aux circuits hybrides, le pavé fritté porte des microfissures superficielles ou des porosités de surface qui, sans nuire la plupart du temps aux qualités électriques du composant, peuvent néanmoins le rendre inacceptable à l'égard des exigences d'aspect définies par les utilisateurs, et induire un certain nombre de difficultés en utilisation - possibilité d'incrustation en surface d'impuretés, par exemple lors des opérations de fixation du condensateur sur un substrat céramique - absorption superficielle de liquides polaires tels l'eau donnant une chute de résistance d'isolement. La présente invention a pour but d'apporter remède à ces inconvénients. Selon l'invention, entre la phase de cuisson pour frittage et la phase de métallisation, on soumet le pavé, au moins une fois, au cycle de traitement suivant a) tonnelage en présence de grains d'alumine, de grains de céra mique diélectrique, et de grains de verre fondant; b) tonnelage en présence de grains d'alumine c) cuisson à une température inférieure à la température de frittage de la céramique. Par tonnelage, on entend ici l'opération consistant à soumettre les composants à l'action d'une phase solide et/ou liquide à l'intérieur d'une enceinte de révolution entraînée en rotation sensiblement autour de son axe, avec, le cas échéant, des vibrations transversales à cet axe. Ce cycle est effectué de préférence deux fois, ou, mieux, trois fois. Dans une mise en oeuvre avantageuse, ledit cycle est précédé d'un tonnelage préalable destiné à arrondir les angles du pavé de céramique frittée, ce tonnelage préalable étant effectué en atmosphère sèche ou humide. Les angles arrondis ainsi obtenus permettent un meilleur contact sur les métallisations terminales, notamment dans le cas de soudures répétées. Dans un mode de réalisation particulier, la phase a) dure de 5 à 20 minutes, la phase b) de 1 à 5 minutes, et la phase c) de 5 à 20 minutes, la température de cuisson étant comprise entre environ 7000C et environ 900 C. L'invention concerne également les composants électroniques obtenus par le procédé de fabrication proposé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, donnée pour illustrer à titre non limitatif un mode de réalisation préférentiel de l'invention, et faite en référence au dessin annexé, sur lequel - les figures 1, 3 et 4 illustrent schématiquement des étapes classiques de la fabrication d'un condensateur multicouches - les figures 2A et 2B illustrent schématiquement deux variantes préférentielles utilisées dans le procédé selon l'invention; et - les figures 5 à 7 illustrent schématiquement les trois phases principales du procédé perfectionné selon la présente invention. La figure 1 illustre un pavé-condensateur, tel qu'il sort du four de frittage (1300 C en général). Dans une matrice de céramique 10, on distingue deux jeux d'électrodes il et 12. (Deux électrodes seulement sont représentées, mais chaque jeu en comporte généralement un nombre bien plus élevé). Le procédé selon l'invention fait intervenir de préférence un tonnelage préalable, effectué en présence de grains d'alumine assez gros, et destiné à assurer que les électrodes internes affleurent bien* ainsi qu'à arrondir les angles du pavé de céramique. Ce tonnelage préalable peut s'effectuer en atmosphère sèche (figure 2A) ou bien humide (figure 2B), le diluant étant par exemple de l'eau . Les angles arrondis, les métallisations terminales déposées (au pinceau, au trempé ou de toute autre façon ; figure 3) et cuites au four (figure 4, en général entre 700 et 9000C) ne présentent plus d'aspérités, ce qui assure une meilleure soudabilité, en particulier dans le cas de soudures répétées. Selon l'invention, entre la cuisson de frittage et le dépôt de métallisations terminales, et après le tonnelage préalable utilisé préférentiellement, on procède au moins une fois, de préférence deux ou, encore mieux, trois fois, au cycle de traitement suivant a) les pavés sont tonnelés en présence d'un mélange de grains d'alumine, de grains de céramique diélectrique, et de grains d'un verre fondant. La céramique et le verre fondant sont choisis compatibles avec ceux du pavé de céramique ; avanta geusement, mais non nécessairement, ce sont les mêmes. Ce premier tonnelage s'effectue entre 5 et 20 minutes, environ. Un tamisage permet après cela de séparer les pavés du mélange. b) les pavés sont ensuite soumis à une seconde opération de tonnelage en présence de grains d'alumine; plus brève que la précédente, cette seconde opération dure de 1 à 5 minutes, après quoi les pavés sont à nouveau séparés de l'alumine, comme précédemment, par exemple par tamisage. c) le cycle se termine par une cuisson des pavés traités au four, à une température comprise entre 700 et 9000C environ, et pendant 5 à 20 minutes. Après avoir subi une ou plusieurs fois ce cycle, les pavés sont ensuite soumis au dépôt de métallisations terminales 21 et 22, respectivement au contact des électrodes internes 11 et 12 (figure 3). Enfin, les métallisations sont soumises à une opération classique de cuisson à une température comprise entre 7000C et 9000C. On peut alors effectuer les opérations connues de finition des condensateurs, sous forme de "puces" ou "chips" pour circuits hybrides, ou bien sous forme de composants discrets, avec fixation de fils aux métallisations terminales, et enrobage, le cas échéant. Ces opérations de finition peuvent comprendre, avantageusement, une imprégnation sous vide à l'aide d'une résine silicone diluée. On donnera ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'invention. EXEMPLE A) Rodaqe préalable- I1 a été effectué en voie humide sur tourne-jarre, dans un flacon en polyéthylène 0 120 mm capacité 3L contenant - 200 mL de puces de condensateur - 200 mL de g-rains d'alumine (dimension 4-5 mm) - 50 mL d'alumine tabulaire fine (0,3 - 0,5 mm) - 200 mL d'eau de ville. Le temps de rodage, fonction de la vitesse de rotation, est d'environ 9 heures à 90 T/mn. Après rodage, les pièces sont lavées, séparées de l'alumine par tamisage, et séchées. B) Traitement Le traitement s'applique à des pièces très propres et sèches. A cet effet, elles sont nettoyées le cas échéant à 1 'acé- tone, aux ultrasons, puis soumises à un séchage en étuve. Ensuite, le traitement est effectué sur des lots de 1 000 puces de condensateur de taille 20 1) Enrobage : on fait tourner les pièces dans un flacon pendant 5 minutes, à la vitesse de 60 tours/mn avec un mélange de poudre constituée de - 6 mL de verre fondant, - 19 mL d'émail blanc, - 10 mL d'alumine tabulaire fine. 2) Tamisage pour la séparation poudre-pièces. 3) Nettoyage par rodage à sec des pièces dans flacon avec poudre Au203, grains fins, durant 3 minutes (60 T/mn). Cette opération permet de retirer l'excédent de poudre adhérent aux faces. 4) Tamisage. 5) Cuisson : en vrac dans un four à passage, température 8750, vitesse 12 cm/mn. Ce groupe d'opérations 1 à 5 a été répété trois fois. Enfin l'on métallise les extrémités des puces avec un alliage Argent-Palladium, cuit ensuite à 8750C. Le reste des opérations est classique. En pratique, le traitement étant répété N fois, les métallisations terminales sont ajoutées lors de la ème (N-1)ème séquence. Les condensateurs ainsi obtenus ne présentent plus de défauts d'aspect, et ont une excellente tenue à l'humidité. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée par les modes de réalisation décrits et s'étend à toute variante conforme à son esprit. En particulier on peut choisir l'émail de l'opéra- tion B1 pour que sa couleur s'accorde avec celle de la céramique du condensateur. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de composants électroniques base de céramique, tels que des condensateurs à diélectrique céramique multicouches, du type dans lequel on forme un pavé de céramique crue logeant des électrodes, on cuit à haute température ce pavé, de manière à réaliser un frittage de la céramique, et l'on appose ensuite sur le pavé fritté au moins deux métallisations terminales séparées venant sélectivement en contact avec les électrodes afin de constituer deux connexions de sortie pour le composant, caractérisé par le fait qu'entre la phase de cuisson pour frittage et la phase de métallisation, on soumet le pavé, au moins une fois, au cycle de traitement suivant : a) tonnelage en présence de grains d'alumine, de grains de céra mimique diélectrique, et de grains de verre fondant, b) tonnelage en présence de gains d'alumine c) cuisson à une température inférieure à la température de frittage de la céramique. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit cycle est effectué deux fois. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit cycle est effectué trois fois. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit cycle est précédé d'un tonnelage préalable destiné à arrondir les angles du pavé de céramique frittée, ce tonnelage préalable étant effectué en atmosphère sèche ou humide. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la phase a) dure de 5 à 20 minutes, la phase b) de 1 à 5 minutes, et la phase c) de 5 à 20 minutes, la température de cuisson étant comprise entre environ 700 C et environ 9000C. 6) Composants électroniques obtenus par le procédé de l'une des revendications 1 à 5.