Brevet FR2508932A1 — publié le 19830107

L'invention concerne un activateur pour le dépôt chimique de nickel convenant particulièrement à une utilisation comme terminaisons sur des corps de condensa- teurs céramiques, et l'invention concerne plus particulière- ment un tel activateur à base de palladium. Des produits de céramique ou de verre destinés à recevoir un dépôt par voie chimique exigent généralement un traitement d'activation de surface avant d'être intro- duits dans le bain de dépôt Une activation typique consiste en une immersion dans des solutions de chlorures d'étain et de palladium. Une limitation sévère de cette technique anté- rieure est que les pellicules déposées adhèrent souvent de façon insuffisante à la matière de base, ce qui néces- site des étapes supplémentaires telles qu'un décapage, un sablage ou autre, pour accroître la rugosité de la surface et permettre un accrochage mécanique De plus, il est souvent souhaitable de n'effectuer le dépôt que sur une partie d'une pièce, ce qui exige un masquage protégeant contre la matière rendant la surface rugueuse, l'activas teur ou la solution de dépôt, ou bien contre ces trois substances Dans le cas de condensateurs céramiques en forme de disque, une pratique courante consiste à effectuer un dépôt sur l'ensemble du corps, puis à procéder à un meulage pour retirer le dépôt des zones o il est indésirable. Une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'un activateur pour dépôt chimique de nickel sur des corps en céramique et en verre qui adhèrent bien et réalisent un contact électrique intime avec cet activateur Une autre caractéristique de l'invention réside dans un procédé efficace et bon marché pour activer sélec- tivement un corps de condensateur céramique en vue du dépôt chimique ultérieur de nickel de terminaison Une autre caractéristique de l'invention réside dans un condensateur céramique bon marché comportant des terminaisons obtenues par dépôt chimique et réalisant un contact électrique intime et un contact physique solide avec le corps en céramique. Conformément à l'invention, une pâte de com- position pour activer le dépôt chimique de nickel comprend une dispersion homogène de palladium et de quantités pro- portionnelles de silicium et de zinc. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'un condensateur céramique à disque; la figure 2 est une coupe transversale du con- densateur de la figure 1; la figure 3 est une coupe transversale à échelle agrandie montrant un détail, indiqué en 27, du condensateur de la figure 2; et - la figure 4 est une coupe transversale d'un condensateur céramique monolithique. D'une manière générale, la composition pour activer un dépôt chimique selon l'invention, afin de sen- sibiliser un corps céramique, comprend, en association homogène, du palladium, au moins moitié autant de silicium et une plus grande quantité de zinc que de silicium, le tout en poids Les meilleurs résultats sont obtenus lors- que la quantité de silicium est inférieure à environ 36 fois celle de palladium. Cette composition peut être déposée sur la surface d'un corps en céramique par tous moyens (par exem- ple par dépôt sous vide, par pulvérisation, par projection, par sérigraphie et par brossage) permettant d'obtenir une couche uniforme dans laquelle les Pd, Si et Zn sont dis- persés de façon homogène. Une forme de la composition activatrice selon l'invention, convenant particulièrement à une application par projection, sérigraphie ou brossage, est obtenue par mélange d'organo-résinates du palladium coûteux avec le silicium et le zinc, chacune de ces dernières matières étant de préférence utilisée sous la forme d'un métal en poudre ou d'un oxyde en poudre ou sous toute autre forme oxydable/oxydée Le silicium et/ou le zinc peuvent égale- ment être introduits chacun sous la forme d'un organo- résinate, ce qui présente les avantages d'une facilité de mesure et de manipulation, d'une commodité de stockage et d'estimation, et d'une facilité de dispersion du métal dans la composition activatrice Que ce soit sous la forme d'une poudre de métal ou sous la forme d'un résinate, il est préférable d'introduire dans la composition activatrice de départ un liant organique tel que de l'éthylcellulose, et un véhicule organique tel que du terpinéol pour régler la viscosité, en particulier dans le cas de la sérigraphie. Lorsqu'on utilise un composant résinate, la couche de com- position activatrice déposée est chauffée entre 500 et 7500 C pour éliminer la matière organique, afin qu'il reste le palladium dispersé dans le silicium et le zinc, ces derniers étant principalement des oxydes de silicium et de zinc. Une petite quantité du silicium est retirée de la couche d'activateur et introduite dans les interstices intergranulaires du corps céramique à la surface On pense que ceci constitue un moyen par lequel le silicium permet efficacement d'améliorer la liaison sur la céramique -Le silicium restant sert à lier entre elles les particules de palladium. Le dépôt chimique de nickel sur un substrat céramique peut être utilisé dans des circuits imprimés sur des substrats d'alumine ou comme partie d'un conden- sateur céramique au titanate de baryum, comportant des terminaisons en nickel Pour ces produits, l'activateur selon l'invention rend possible un procédé maîtrisé de façon simple, fiable et aisé pour fabriquer des produits dans lesquels la couche de nickel est liée fortement à la céramique et présente une épaisseur uniforme d'environ 1 micromètre ou plus, comme souhaité. Dans un condensateur simple du type à disque, les couches de nickel déposées chimiquement et les pelli- cules correspondantes d'activateur peuvent servir comme électrodes de condensateur ainsi que comme terminaisons à souder Dans un condensateur céramique monolithique comportant deux groupes d'électrodes encastrées et inter- calées, chacune des couches de nickel déposées chimiquement peut être en contact avec un groupe des couches encastrées et servir de terminaison à souder pour ces couches. Comme représenté sur les figures 1, 2 et 3, un revêtement 10 de 35 micromètres d'épaisseur, constitué d'une pâte activatrice, est appliqué par sérigraphie sur une surface principale de disques de titanate de baryum de 0,5 mm d'épaisseur, par exemple le disque 12 L'opéra- tion de sérigraphie est répétée pour déposer une autre couche de pâte 14 sur la surface principale opposée des disques 12 Les disques revêtus 12 sont ensuite cuits par élévation de la température en 10 minutes jusqu'à une température maximale de 6150 C, puis refroidissement sensiblement au même rythme Un cycle de chauffage plus rapide tend à provoquer une fissuration par choc thermique du disque 12 en céramique Après chauffage, la pellicule d'activateur est presque complètement transparente Des essais ont montré que des températures de cuisson plus élevées ont pour résultat un revêtement de plus mauvaise qualité; une température de 750 'C est considérée comme un maximum pratique. Les disques céramiques sont ensuite immergés pendant environ 3 minutes dans une solution de nickelage chimique classique, à savoir un produit du type "N O 792 " fourni par la firme Allied Kelite Products Division, de la Richardson Company, Des Plaines, Illinois, E U A Le bain est maintenu à la température élevée de 90 'C Le revêtement est excellent, c'est-à- dire que les pellicules 16 et 18 de nickel obtenues présentent une épaisseur régulière d'environ 1,3 micromètre et un bon contact avec le disque diélectrique de condensateur est obtenu, comme indiqué par des mesures électriques Le corps est ensuite rincé à l'eau et séché par chauffage à 1200 C pendant 15 minutes. Des fils de cuivre 22 et 24 d'un diamètre de 0,5 mm sont soudés perpendiculairement l'un à l'autre sur les pellicules opposées 16 et 18 de nickel, respectivement. Les couches de soudure résultantes 26 et 28 comprennent 60 % de Sn et 40 % de Pb, toutes les quantités de matières indiquées dans cet exemple étant données en poids. On fabrique de cette manière quatre condensa- teurs 30 En serrant les extrémités des fils 22 et 24 de chaque condensateur 30 et en les tirant sous une force croissante, on détermine la force nécessaire pour arracher l'un des conducteurs 22 et 24 ou les deux On souhaite atteindre une force de traction d'au moins 5,55 N, afin d'éviter des détériorations au cours des opérations ulté- rieures consistant à courber ou redresser les conducteurs des condensateurs, ainsi que pendant les opérations d'en- robage des condensateurs ou d'assemblage de ces condensa- teurs dans des plaquettes à circuit imprimé ou autres. Dans les exemples donnés dans le tableau qui suit, un tamis à mailles de 0,105 mm est utilisé avec une émulsion de 13 miciomètres pour l'application par séri- graphie des compositions d'essai On obtient ainsi une pellicule humide de 35 micromètres d'épaisseur Si l'on utilise une technique d'application produisant une pelli- cule d'activateur humide d'épaisseur différente, les concentrations de Pd, Si et Zn peuvent être r 4 gldes afin que l'on obtienne la même masse par unité de s U rface pour parvenir au même résultat que dans l'un quelconque de ces exemples Le tableau suivant ne contient aucun exemple dans lequel les corps céramiques ont d'abord été décapés, mais seules des modifications de la composition activant le dépôt chimique sont indiquées à des fins de comparai- son. On prépare une pâte pour l'application par impression d'un activateur en mélangeant d'abord 100 par- ties de terpinéol du type "N O 318 " et 4 parties d'éthyl- cellulose du type "N-300 ", ces deux matières étant fournies par la firme Hercules, Inc, Wilmington, Delaware, E U A. On introduit ensuite dans cette pâte diverses quantités de résinate de palladium à 20 %, du type "N O 7611 ", pro- duit par la firme Engelhard Minerals and Chemicals, East Newark, New Jersey, E U A On ajoute, en plus du palladium, diverses quantités de silicium sous la forme de résinate de silicium Un troisième ingrédient, à savoir du zinc, est ajouté aux pâtes activatrices contenant du palladium et du silicium dans les exemples 1 à 4 Le zinc est ajouté sous la forme de résinate de zinc Pour tous ces condensa- teurs, l'adhérence du nickel sur la céramique est notable- ment améliorée et pour ceux des exemples 2 à 4, dans les- quels la quantité de zinc est au moins égale à la quantité de silicium (en poids), la qualité du revêtement est de passable à excellente A partir des données, on estime que le rapport du silicium au palladium doit descendre à environ 0,4:1 si du zinc est ajouté, pour obtenir des ter- minaisons de nickel solides et de bonne qualité L'exemple 2 montre, par ailleurs, que le rapport du zinc au silicium peut descendre à 1:1 pour donner des résultats satisfaisants. Comparés aux condensateurs des exemples 1 à 4, les condensateurs des exemples 5 à 9 possèdent une plus grande quantité de silicium et, de même que précédemment, des quantités variables de-zinc, tandis que la quantité de palladium reste la même Le rapport du zinc au silicium doit également être au moins égal à 1 pour obtenir un revê- tement de bonne qualité. La composition de l'exemple 7 est appliquée sur un corps d'alumine et un revêtement de nickel est appliqué par voie chimique par le même procédé Les résul- tats sont essentiellement les mêmes que ceux obtenus avec le corps en titanate de baryum. Un corps diélectrique en titanate de baryum, contenant environ 10 % de verre en phase intergranulaire, est utilisé comme corps au cours d'un essai similaire. On obtient un revêtement qui n'est que de qualité moyenne. Il apparaît qu'une quantité substantielle de zinc s'est dégagée de la couche d'activateur et s'est associée au corps de céramique et de verre Une composition de 0,08 Pd, 0,18 Si et 0,43 zinc est ensuite appliquée sur le verre- céramique et donne d'excellents résultats globaux. L'activateur et le procédé de l'invention peu- vent également être appliqués à un condensateur céramique monolithique tel que montré sur la figure 4, dans lequel un corps 40 en céramique comporte deux groupes 42 et 44 d'électrodes en feuilles entremêlées entre elles et noyées dans le corps 40 Les surfaces gauche et droite (comme montré) du corps 40 sont revêtues des pellicules 46 et 48 d'activateur qui sont en contact sur des parties éten- dues des électrodes 42 et 44, respectivement Les couches et 52 de nickel déposées chimiquement épousent les pel- licules 46 et 48 d'activateur, respectivement, et y adhèrent Les couches 54 et 56 de soudure épousent égale- ment les couches 50 et 52 de nickel et y adhèrent. Dans la pâte d'activateur utilisée pour la fabrication des condensateurs des exemples 10 à 13, le rapport du zinc au silicium est fixé à 1,5 et diverses quantités de palladium sont utilisées On en conclut que la couche 10 d'activateur doit contenir plus de 0,005 % en poids de palladium pour parvenir à un revêtement de bonne qualité dans une couche de 35 micromètres d'épais- seur (à l'état humide) appliquée par sérigraphie Cette quantité correspond à 0,18 microgramme de palladium par 1 O cm 2,. Dans les deux exemples 14 et 15, aucune quan- tité de palladium n'est utilisée Des corps céramiques uactivésu avec la pâte de l'exemple 14, pour laquelle le rapport du zinc au silicium est de 1,5, ne peuvent rece- voir aucun dépôt Cependant, par un contraste frappant, les condensateurs de l'exemple 15, préparés avec une pâte activatrice contenant uniquement du zinc, présentent un dépôt d'excellente qualité, mais une solidité de conduc- teurs insatisfaisante Il apparaît que le zinc se comporte sensiblement comme l'agent activatelir, à savoir le palla- dium Ceci n'est pas complètement compris; cependant, le zinc ne convient pas, en lui-même, à l'obtention à la fois d'un dépôt de bonne qualité et d'une bonne adhérence des électrodes. Aucune quantité de silicium n'est utilisée dans l'exemple 16 et, de même que précédemment et comme dans l'exemple 15, la qualité du dépôt est excellente, mais l'adhérence est juste satisfaisante. Les condensateurs des exemples 17 et 18 ainsi que ceux de l'exemple 10 présentent un rapport du silicium au palladium d'environ 2 et un rapport du zinc au silicium d'environ 1,5, tandis que les quantités absolues de palla- dium introduites dans la couche 10 d'activateur sont, respectivement, de 12, 0,8 et 3 microgrammes par cm 2 On obtient-dans tous les cas des résultats satisfaisants, quand bien même la densité de ces éléments dans la pâte d'activateur s'étend sur une large plage D'excellents résultats globaux sont obtenus avec les plus faibles quantités de silicium et de zinc, comme dans l'exemple 12, o le palladium est utilisé en quantité descendant 0,35 microgramme par cm 2, ce qui est considéré comme la limite pratique inférieure Comparé au coût total du condensateur, le co t de cette quantité infime de palla- dium est insignifiant. TABLEAU N Pd Si (%) Rapport d'ex (%) Si/Pd 1 0,04 0,06 2 0,04 3 0,04 4 0,04 0,04 6 0,04 7 0,04 8 0,04 9 0,04 10 0,08 1 il 0,02 12 0,01 13 0,005 0,06 0,06 0,06 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 1,5 1,5 1,5 1, 5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 2,3 9,0 18,0 36,0 14 O 0,18 O 16 0,08 17 0,34 18 0,02 o 0,73 0,05 2.1 2,1 Zn (%) Rapport Qualité du Zn/Si revêtement l É 0,04 0,7 Mauvaise- passable 0,06 1,0 Passable 0,08 1,3 Excellente 0,12 2,1 Excellente 0,08 0,4 auvaise- passable 0,17 1,0 Bonne 0,27 1,5 Excellente 0,35 1,9 Excellente 0,52 2,9 Excellente 0,27 1,5 Excellente 0,27 1,5 Excellente 0,27 1,5 Excellente 0,27 1,5 Mauvaise- passable 0,27 1,5 Pas de revê- tement 0,81 Excellente 0,18 Excellente 1,08 1,5 Excellente 0,07 1,5 Bcnne Les pourcentages sont donnés en poids et les initiales n d signifient "non déterminée. %dhérence u reva- :emant (N) ,9 21,8 18,7 26,3 n.d. n.d. 13,8 16,9 6,2 14,2 14,2 18,2 7,1 4, 9 7,6 ,7 9,3 Rétrospectivement et en étudiant avec une attention particulière les résultats donnés dans le tableau, il apparaît que la quantité de silicium peut être réduite à environ la moitié de celle du palladium pourvu que des quantités appropriées de zinc soient utilisées, car la zinc ajouté s'avère activer le dépôt à un degré limité, ainsi que s'opposer aux propriétés de détérioration que le silicium tend à présenter envers la qualité du revête- ment On en conclut qu'il faut une quantité de zinc au moins égale à celle de silicium. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la composition décrite et repré- sentée sans sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1 Composition pour activer un dépôt chimique afin de sensibiliser une surface céramique devant recevoir un dépôt chimique de nickel, ladite composition étant carac- térisée en ce qu'elle comprend essentiellement, en asso- ciation homogène, du palladium, au moins moitié autant de silicium que de palladium, et une plus grande quantité de zinc que de silicium, le tout en poids. 2 Composition selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le rapport du silicium au palladium est inférieur à 36, en poids. 3 Condensateur céramique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps céramique diélectrique ( 12), des pellicules ( 10, 14) d'une composition activatrice compre- nant du palladium, au moins moitié autant, en poids, de silicium, et un poids plus important de zinc que de sili- cium, le silicium et le zinc étant sous la forme d'un oxyde, les pellicules étant disposées directement sur des parties séparées de la surface du corps céramique, et des couches ( 16, 18) de nickel recouvrant, respectivement, les pellicules d'activateur et en épousant la forme. 4 Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les couches de nickel et les pelli- cules d'activateur correspondantes servent d'électrodes ainsi que de terminaisons pour le condensateur. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier groupe ( 42) d'électrodes parallèles et espacées, en feuil- les métalliques, noyées dans le corps céramique ( 40) et aboutissant à ladite première partie de la surface du corps, un autre groupe ( 44) d'électrodes en feuilles métalliques, noyées dans le corps et intercalées avec les électrodes du premier groupe desquelles elles sont espacées, les électrodes du second groupe aboutissant à l'autre partie de la surface du corps, les pellicules ( 46, 48) d'activateur étant, respectivement, en contact avec les premier et second groupes d'électrodes noyées. 6 Procédé de fabrication d'un condensateur céramique, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sélectivement, sur un corps céramique ( 12 ou 40) , deux pellicules ( 10, 14 ou 46, 48) d'une composition pour activer le dépôt chimique de nickel et constituée essen- tiellement, en association homogène, de palladium, d'au moins moitié autant, en poids, de silicium que de palla- dium, et d'un poids plus important de zinc que de silicium, à chauffer lesdites pellicules à une température de pointe de 500 à 7500 C, et à déposer chimiquement une couche ( 16, 18 ou 50, 52) de nickel sur chacune des pellicules. 7 Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la composition pour activer le dépôt chimique de nickel est associée à un véhicule organique liquide pour former une pâte, le dépôt consistant essen- tiellement en une application par sérigraphie de ladite pâte afin que le chauffage élimine le véhicule organique et lie plus fixement les pellicules d'activateur au substrat.