Brevet FR2496332A1 — publié le 19820618

BASCULEUR A LIQUIDE CONDUCTEUR POSSEDANT UNE SYMETRIE DE REVOLUTION ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL BASCULEUR La présente invention concerne un basculeur à liquide conduc teur comportant un bottier dans lequel sont disposés un liquide électriquement conducteur et au moins une première et une seconde électrodes reliées électriquement entre elles par le liquide conduc teur suivant l'inclinaison du bottier par rapport à la verticale. Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel basculeur. Les basculeurs actuellement disponibles sur le marché sont généralement constitués d'une ampoule de verre dans laquelle se déplace une goutte de mercure qui vient ou non mettre en court circuit deux électrodes suivant l'inclinaison de cette ampoule. Plusieurs types de réalisation de ces basculeurs sont actuellement disponibles, en particulier les basculeurs possédant deux électrodes à proximité l'une de l'autre et pour lesquels le contact est établi généralement en position verticale de celui-ci. De tels basculeurs présentent cependant un certain nombre d'inconvénients. En particulier de tels basculeurs ne possèdent pas de symétrie de révolution, I'angle d'inclinaison pour lequel s'effectue le contact électrique entre les électrodes n'étant alors pas le meme suivant le plan dans lequel s'effectue le basculement. Un autre inconvénient de ce type de basculeur est lié à son procédé de réalisation. En effet, L'ampoule de verre constituant le bottier de ces basculeurs étant obtenue par fusion, il est extrème- ment difficile de contrôler la géométrie interne dudit bottier et donc l'angle à partir duquel le contact s'établira ou se coupera. Par conséquent, pour des basculeurs identiques d'une même série, cet angle peut varier assez sensiblement d'un échantillon à l'autre, pour un même plan de référence. De plus, la forme de l'ampoule étant difficilement contrôlable, on ne peut régler aisément l'angle de basculement. Par ailleurs, les électrodes desdits basculeurs n'étant généra- lement pas mouillées par le mercure qui constitue le liquide conducteur, on constate un "bruit électrique" au moment de la commutation d'une position à l'autre. Dans une structure classique telle que décrite ci-dessus, si l'on traite lesdites électrodes pour les rendre mouillables par le mercure, on modifie angle de commuta- tion desdits b2scuXeurss La présente invention permet d'éviter cos inconvénients.A cet effet basculeur selon l'invention est caractérisé en ce ou'il comporte au moins une partie concave en norme de poche (13,14) possédant un axe de symétrie de révolutiosl, la première électrode (3) étant disposée le long dudit axe, tandis que la seconde électrode est disposée de sorte que, lorsque ledit axe de symétrie est placé verticalement, l'inclinaison suivant une direction quelconque du bottier provoque l'ouverture ou la fermeture du contact électrique entre les électrodes pour un angle sensiblement identique, quelle que soit la direction de l'inclinaison choisie. Selon un mode préférentiel de réalisation, ledit basculeur est caractérisé en ce que la partie concave du boîtier a la forme d'un cône. De préférence, chaque électrode sera symétrique par rapport à l'axe de symétrie de révolution de la partie concave en forme de poche. Ces différentes électrodes peuvent revêtir plusieurs formes: - la première électrode est généralement disposée au-dessus du liquide conducteur : elle est de forme cylindrique (cylindre plein ou creux) ou posséde toute autre forme ayant une symétrie de révolution adaptée au prcblème posé. Elle peut être traitée complètement ou partiellement pour être mouillée par le liquide conducteur. Au contraire, elle peut être traitée sur sa partie latérale pour éviter d'être mouillée par le liquide conducteur, - la seconde électrode est généralement disposée sous le liquide conducteur Elle possède également une symétrie de révolution par rapport à l'axe de symétrie de révolution de la poche. Elle peut être, soit de forme cylindrique disposée au sommet de la poche (ou du cône), soit présenter une autre forme ayant cette symétrie de révolution.En particulier, elle peut être constituée par le sommet du cône ou de la poche de façon symétrique par rapport à l'axe, par l'ensemble du cône et des parois latérales du bottier ou de préférence par ltensemble du bottier. Dans tous les cas, la partie du bottier servant d'électrode sera réalisée en matériau conducteur ou revêtue d'un tel matériau. Elle peut également être constituée par une couronne de matériau conducteur disposée dans Je boîtier, de façon symétrique par rapport à l'axe. Dans ce cas, on peut alors réaliser des basculeurs qui, en position verticale, n'assurent pas le contact électrique entre les électrodes, mais au contraire réalisent celui-ci à partir d'une certaine inclinaison du boîtier. De préférence, cette seconde électrode sera traitée sur toute sa surface- interne de manière à être mouillée par le liquide conducteur. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le basculeur selon l'invention sera réalisé à partir d'un boîtier de transistor du type TO 5 ou TO 39 par exemple, utilisé pour ltencapsulation. Le capot est de préférence préformé en lui donnant une forme de cône suivie d'une partie cylindrique, surmonté par une embase munie d'une traversée centrale uniquement. Le liquide conducteur, introduit avant ou après le scellement du capot et de l'embase, est donc situé en règle générale au fond du boîtier c'est-àdire à proximité de la pointe du cône. L'une des électrodes (appelée ci-avant première électrode) traverse l'embase en son centre et est isolée électriquement de celle-ci par exemple, à l'aide d'un scellement verre métal.Sa longueur est telle que lorsque ladite électrode, disposée sensiblement selon l'axe du cône, est verticale, son extrémité est immergée dans le liquide conducteur. De préférence, l'extrémité de la seconde électrode est directement fixée sur L'embase en matériau conducteur, généralement métallique. L'ensemble du boîtier étant alors conducteur (capot métallique, embase métallique, I'un et/ou l'autre étant rendus conducteurs de l'électricité), on réalise ainsi un basculeur pour lequel le contact électrique, qui s'établit entre l'électrode disposée le long de l'axe du cône et l'autre électrode constituée par le capot métallique lui-même, est rompu pour un angle sensiblement identique, quelle que soit l'inclinaison de l'axe du cône par rapport à la verticale, dans un plan quelconque.Cet angle d'inclinaison, au-delà duquel le contact elec- trique est rompu, dépend de plusieurs facteurs liés entre-eux. Il dépend tout d'abord de la longueur de la partie immergée dans le liquide conducteur de l'électrode disposée selon l'axe du cône. Il dépend de la hauteur du liquide conducteur. Enfin, il dépend de l'angle d'ouverture dudit cône, c'est-à-dire l'angle formé par l'électrode centrale et la paroi inclinée du cône. Ces différents éléments peuvent être réglés les uns en fonction des autres afin d'assurer une rupture de contact, ou l'établissement d'un contact, suivant un angle prédéterminé. Par de simples manipulations expérimentales, l1homme de l'art déterminera en fonction des paramètres cités plus haut, L'angle de rupture de contact de chaque basculeur. Par conséquent, cet angle pourra être réglé en fonction des désirs du client ainsi que du problème posé. Un tel basculeur présente bien entendu un grand nombre d'avantages par rapport- aux basculeurs actuellement disponibles commercialement: Ce basculeur peut être réalisé simplement et avec une automatisation poussée, ce qui réduit considérablement les coOts de ces dispositifs, compte tenu du fait que les capots et embases pour l'encapsulation des transistors tels que cités ci-dessus sont couramment disponibles dans le commerce, la seule opération à réaliser sur le capot étant le préformage afin de donner à la partie inférieure de celui-ci la forme d'un cône. La fermeture du boîtier, par soudage de l'embase et du capot ne pose aucune difficulté, ainsi que la fixation des électrodes à ladite embase, à l'aide des appareils couramment utilisés pour l'encapsulation des transistors. D'une manière connue en soi, on utilisera généralement comme Jiquide conducteur le mercure, et afin d'éviter son oxydation et donc la diminution corrélative de son pouvoir conducteur, on injectera un gaz sous pression de préférence réducteur ou inerte dans ledit boîtier. Cette injection pourra se faire soit avant la soudure de embase et du bottier, soit après cette opération de soudure par injection à travers l'électrode centrale sous forme de tube. Cette électrode centrale sera elle-même fixée à l'embase généralement métallique par une opération de scellement verre métal bien connue de l'homme de l'art. Par ailleurs, afin d'éviter les problèmes de "bruit électrique" au moment de la commutation, la partie interne du boîtier subira un traitement afin de la rendre mouillable par le liquide conducteur. Ces traitements de mouillabilité des métaux sont bien connus de l'homme de l'art, en particulier en ce qui concerne les interrupteurs mouillés au mercure. De la même manière, l'électrode centrale sera également traitée afin d'être complètement ou partiellement seulement, de préférence à son extrémité, mouillable par le liquide conducteur et en particulier le mercure. Il convient également de prendre certaines précautions afin d'éviter un contact électrique inter-électrode lorsque le capot et en particulier la pointe du cône est dirigée vers le haut. Afin d'éviter des court-circuits intempestifs, on recouvrira la partie de l'élec- trode située juste en dessous de l'embase, à l'intérieur du bottier, par une couche isolante sur une hauteur suffisante pour éviter les courtcircuits au cours d'une rotation, ou basculement de 180 degrés. Cette hauteur est notamment fonction de la quantité de liquide conducteur disposé dans le basculeur ainsi que de la surface de l'embase. De préférence, le matériau isolant utilisé sera du verre, amené en quantité suffisante lors du scellement de l'électrode centrale pour recouvrir celle-ci sur la hauteur désirée. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent : - la figure 1, un basculeur b mercure selon l'art antérieur, disposé en position verticale, - la figure 2, un basculeur selon li'sot antérieur, disposé en position horizontale, - la figure 3, un basculeur selon l'inventin, - la figure 4, une vue de l'électrode centrale et de ses différentes zones, - la figure 5, une yue du scellement de l'embase et de l'électrode centrale, munie d'un prolongement soldant. Sur la figure 1, qui représente un basculeur connu de l'art antérieur, ceiui-ci st constitué d'une ampcule 1 gnéralement en verre, dans laquelle est disposé le liquide conducteur 2 généralement du mercure, I'enveloppe 1 étant traversée par deux électrodes 3 et 4 en contact électrique l'une avec l'autre dans la position représentée sur cette figure 1. Un gaz réducteur ou inerte 1Q est généralement présent à l'intérieur de ladite ampoule afin d'éviter l'oxydation du mercure. Sur la figure 2, qui représente également un basculeur connu de l'art antérieur, les mêmes éléments que ceux de la figure l portent les mêmes références. Sur cette figure, l'enveloppe 1 du basculeur a une forme plus applatie que dans le cas du basculeur représenté sur la figure 1. Les deux électrodes 3 et 4 étant en position sensiblement horizontale, la goutte de mercure s'est déplacée, vers la droite sur la figure, rompant ainsi le contact électrique entre les deux électrodes 3 et 4. Ainsi qu'on peut le constater sur ces deux figures 1 et 2, l'angle pour lequel se produit la rupture de contact électrique entre les électrodes dépend du plan dans lequel s'effectue le basculement. En effet, les deux électrodes étant placées côte à côte, il n'existe aucune symétrie de révolution pour une telle configuration de basculeur. Sur la figure 3, est représenté un basculeur selon l'invention, vu en coupe, selon un plan passant par son axe de symétrie de révolution. Sur cette figure, l'enveloppe 1, vue en coupe, présente deux parties Jatérales sensiblement verticales 11 et 12, ainsi que deux parties inclinées 13 et 14, se rejoignant au point 17 constituant le sommet d'un cône de révolution dont l'axe porte l'électrode centrale 3. L'ensemble des parties 13,14 forment ainsi une poche, appelée encore partie concave du boîtier 1. L'embase 5 est percée en son centre pour le passage de ladite électrode centrale 3 qui est isolée de celle-ci par une bille de verre 6. La seconde électrode est constituée par le bottier conducteur 1 soudé en 8 à l'embase conductrice 5 sur laquelle un contact électrique 4 est fixé, ce contact facilitant la connexion de la seconde électrode avec le circuit de l'utilisateur.L'enveloppe extérieure 1 est soudée en 8 à l'embase 5, le mercure 2 étant introduit dans le bottier métallique 1 généralement avant scellement, ou sous pression à travers l'électrode centrale 3, après réalisation de la soudure 8. Le basculeur ainsi formé comporte un axe de symétrie de révolution disposé le long de l'électrode 3 (appelée encore première électrode). L'angle B d'ouverture du cône est l'angle formé, par exemple, par la paroi 13 et l'électrode 3. Un mince film de liquide conducteur 2 est disposé sur toute la surface interne du bottier 1. Sur la figure 4, est représentée une vue grossie de l'électrode centrale 3 du dispositif selon l'invention représenté sur la figure 3. Cette électrode centrale 3 fixée à l'embase 5 non représentée sur la figure, à l'aide de la bille de verre 6, est prolongée jusqu'à son extrémité par une zone traitée 15, interdisant le mouillage de cette électrode par le mercure ou d'une façon générale le liquide conducteur. Seule l'extrémité 16 de ladite électrode 3 est traitée pour être mouillée par le mercure. De cette manière, on a constaté une coupure beaucoup plus franche du contact inter-électrode et l'élimination du "bruit de commutation". Sur la figure 5, est représenté un détail de réalisation du dispositif de la figure 3, dans lequel la bille de verre 6 est prolongée par une partie 7 permettant d'éviter le contact entre le liquide conducteur et l'électrode 3 en cas de retournement du basculeur de la figure 3. La hauteur de cette partie 7 est calculée ainsi que cela a été indiqué plus haut. Elle est généralement réalisée en apportant une quantité plus importante de verre en fusion que dans le cas de la figure 3, au moment du scellement verre métal. EXEMPLE: On a pris un capot métallique en nickel habituellement utilisé pour l'encapsulation des transistors, ainsi que l'embase métallique correspondante munie d'une électrode centrale de diamètre- 0,6 mm isolée de celle-ci par une perle de verre, I'ensemble étant connu sous la dénomination TO 5. On fixe la seconde électrode sur embase afin de permettre une soudure aisée du basculeur sur un circuit imprimé. Ledit capot est placé avec sa partie ouverte disposée vers le haut et l'on forme sa partie inférieure sur une presse, de manière à obtenir une poche inférieure en forme de cône dont l'angle d'ouverture (B sur la figure 3) est égal à 60 degrés. Compte tenu des dimensions dudit capot, ayant un diamètre intérieur de 7,6 millimètres, le niveau de mercure est disposé sensiblement 2 millimètres au-dessus du sommet du cône. Le capot et l'embase sont ensuite soudés électriquement à l'aide d'une machine du type "PECO", vendue par la Société MESSER GRIESHIEM, bien connue pourl'encapsulation des transistors. On introduit ensuite de l'hydrogène sous pression à travers ladite électrode qui a la forme d'un cylindre creux, puis l'on ferme ce cylindre afin de maintenir le gaz à l'intérieur du bottier. L'électrode centrale est immergée d'environ 0,5 millimètre dans le mercure. Après différents essais de basculement dans différents plans, on constate que l'angle de basculement à ltouverture est sensiblement égal à 55 degrés, quel que soit le plan de basculement. REVENDICATIONS 1. Basculeur à liquide conducteur comportant un boîtier (1) dans lequel sont disposés, un liquide (2) électriquement conducteur et au moins une première et une seconde électrodes (3, 4) reliées électriquement entre-elles par le liquide conducteur suivant l'inclinaison du boîtier par rapport à la verticale, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une partie concave (13,14) en forme de poche possédant un axe de symétrie de révolution, la première au moins des électrodes (3) étant disposée le long dudit axe, tandis que la seconde électrode (4) est disposée de sorte que, lorsque ledit axe de symétrie est placé verticalement, I'inclinaison selon une direction quelconque du bottier provoque l'ouverture ou la fermeture du contact électrique entre les électrodes, pqur un angle sensiblement identique, quelle que soit la direction d'inclinaison choisie. 2. Basculeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque électrode (3, 4) est symétrique par rapport à l'axe de symétrie de révolution de la partie concave en forme de poche. 3. Basculeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bottier comporte une partie inférieure (11, 12, 13, 14) comprenant la partie concave (13,14) en forme de poche et une partie supérieure (5), la partie inférieure étant réalisée sur tout ou partie de sa hauteur en matériau électriquement conducteur et constituant la seconde électrode (4). 4. Basculeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie concave (13,14) du boîtier a la forme d'un cône. 5. Basculeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie supérieure (5) du bottier est de forme circulaire, la première électrode (3), disposée au-dessus du liquide conducteur, traversant la partie circulaire en son centre. 6. Basculeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie supérieure (5) du bottier est en matériau électriquement conducteur, la première électrode (3) étant isolée électriquement de celle-ci. 7. Basculeur selon l'une des revendications 1 ^ 63 caractérisé en ce que la partie concave (13,14) du boîtier est traitée de façon à être mouillée par ledit liquide conducteur. 8. Basculeur selon !'une des revendications 3 ç 7, car2ctzrisé en ce que seule l1extrémitê de la premzr?re électrode (3) est traitée pour être mouillée par le liquide conducteur, la partie restante de celle-ci étant traitée pour ne pas être mouillée par celui-ci. 9. Basculeur selon l'une des revendicatlons 4 à 7, caractérisé en ce que la première électrode (3) comporte une surface entière- ment traitée pour ê autre mouillée par le liquide conducteur. 10. Basculeur selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la surface interne de la partie inférieure du boîtier (1) est traitée pour être mouillée par le liquide conducteur 11. Basculeur selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la surface interne de la partie supérieure (5) du bottier (1) est traitée pour être mouillée par le liquide conducteur. 12. Basculeur selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la première électrode (3) est disposée au-dessus du liquide conducteur, caractérisé en ce que ladite électrode (3) est isolée électriquement sur sa partie supérieure (7) de façon à éviter le contact électrique entre celle-ci et la seconde électrode lors du basculement à 1800 du boîtier. 13. Basculeur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la seconde électrode a la forme d'un anneau disposé audessus du fond de la poche. 14. Procédé de fabrication d'un basculeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les étapes suivantes, dans un ordre quelconque: - prendre un capot métallique possédant un axe de symétrie de révolution du type de ceux utilisés pour l'encapsulation des transistors, - déformer le fond de celui-ci pour lui donner la forme d'une surface de révolution ayant le même axe que celui du capot, - introduire un liquide conducteur dans celui-ci, - prendre une embase assortie audit capot et y souder une électrode la traversant en son centre et isolée de celle-ci, - fixer une seconde électrode sur ladite embase, reliée électriquement à celle-ci, - assembler le capot et Embase hermétiquement. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un gaz réducteur ou inerte est introduit dans le bottier.