Brevet FR2509086A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne les condensateurs à diélectrique céramique et, pluls particulièrement, les condensateurs céramique multicouches ainsi que des compositions diélectriques utilisées pour leur fabrication. Un condensateur céramique multicouche comprend fondamentalement une pile de plusieurs éléments diélectriques en matériau céramique et des électrodes intercalées entre ces éléments Les électrodes peuvent être imprimées par sérigraphie sur le matériau céramique non encore cuit, en utilisant des encres conductrices telles que des encres au platine, au palladium, à l'or ou à des mélanges d'or et de palladium Une pile de feuilles diélectriques imprimées est constituée, puis elle est pressée, coupée en composants individuels s'il est nécessaire et cuite. Avec les diélectriques habituellement utilisés, les condensateurs doivent être cuits à des températures de l'ordre de 1200 à 14000 C, de sorte que leurs électrodes internes doivent être faites d'un matériau capable de supporter de telles températures et que, par conséquent, on doit utiliser des métaux nobles et coûteux, comme le platine et le palladium Les condensateurs sont cuits à une température comprise entre 1200 et 1400 %C jusqu'au frittage du matériau afin d'éliminer toute porosité Les électrodes internes peuvent être de forme rectangulaire et recouvrir totalement ou partiellement les couches diélectriques adjacentes Dans les couches successives, les électrodes internes peuvent être décalées latéralement l'une par rapport à l'autre ou comporter des parties allongées qui se croisent, comme décrit dans le brevet britannique N O 78 41677. On a déjà indiqué que les matériaux classiques pour céramique diélectrique exigent des températures de cuisson élevées et que cela oblige d'utiliser des métaux nobles pour les électrodes internes Cependant, si la température de cuisson pouvait être réduite par un choix approprié du matériau diélectrique, des électrodes internes à haute teneur en argent ( 50 à 100 % d'argent) pourrait alors être utilisées, ce qui réduirait les coûts du matériau et de la fabrication. C'est, par conséquent, l'objet principal de la présente invention que de fournir une composition diélectrique pouvant être cuite à une température notablement plus basse que les compositions diélectriques con nues. Un autre objet de l'invention consiste à produire un condensateur céramique, plus particulièrement un condensateur céramique multicouche, qui peut être cuit à une température bien plus basse que les condensateurs céramique' classiques, afin que des matériaux d'électrodes à point de fusion plus bas qu'auparavant puissent être utilisés. Un autre objet de l'invention réside dans une méthode de fabrication de condensateurs 'céramique multicouches qui permette l'obtention de condensateurs de haute qualité à un coût réduit. Selon la présente invention, ces objets sont atteints par une composition diélectrique pouvant être cuite à une température de 950 à 11000 C et comprenant du magnéso-niobate de plomb et au moins un élément du groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb. Dans cette composition, le niobate et magnésate de plomb constitue entre 60 et 99 % du poids, plus particulièrement une partie en poids de 83,3 à 94,1 %. Après cuisson, la constante diélectrique de cette composition est avantageusement comprise entre 7500 et 000 On obtient des résultats particulièrement intéressants quand le pourcentage en poids de magnéso- niobate de plomb est compris entre 83,3 et 94,1, celui du titanate de plomb entre O et 8,3, celui du stannate de plomb entre O et 11,1 et celui du zirconate de plomb entre O et 9,1. Selon une autre caractéristique de l'invention, on fournit un condensateur céramique comprenant une composition diélectrique cuite à une température allant de 950 à 1100 %C et contenant du magnéQo-niobate de plomb ainsi qu'au moins un élément dl groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb. Ce condensateur comprend de préférence des électrodes internes à haute teneur en argent qui sont cuites en même temps que la composition diélectrique. Une application particulièrement avantageuse de l'invention est un condensateur céramique multicouche qui comprend une pluralité de couches d'une composition diélectrique cuite à une température comprise entre 950 et 1100 'C et contenant du magnéso-niobate de plomb et au moins un des éléments du groupe constitué par les titanate, stannate et zirconate de plomb, ainsi qu'une pluralité d'électrodes internes à haute teneur en argent, intercalées entre lesdites couches de diélectrique. Une caractéristique supplémentaire de la présente invention réside dans une méthode de fabrication d'un condensateur céramique multicouche comprenant les opérations de déposition d'au moins une électrode sur chaque élément d'une pluralité d'éléments diélectriques en feuilles, faits d'une composition diélectrique contenant du magnéso-niobate de plomb et au moins un élément parmi les titanate, stannate et zirconate de plomb, d'assemblage de la pluralité de feuilles diélectriques en une pile et de cuisson de la pile à une température de l'ordre de 950 à 11000 C Les feuilles de la pile peuvent être pressées ensembles puis divisées en condensateurs individuels avant la cuisson, ou bien la pile peut être divisée avant pressage et cuisson. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, de quelques réalisations préférentielles de l'invention. On a trouvé qu'il était possible de fabriquer de nombreuses compositions diélectriques pouvant être cuites à des températures de 950 à 11000 C et qu'elles étaient particulièrement appropriées à la fabrication de condensateurs céramique,, certaines d'entre-elles ayant des constantes diélectriques de 7500 à 10 000 Ces matériaux sont utilisables dans des condensateurs céramiques avec électrodes internes à haute teneur en argent Par l'expression "haute teneur en argent" on entend ici un pourcentage d'argent allant de 50 à 100 %. Les électrodes peuvent ainsi contenir, par exemple, % d'argent et 301 % de palladium Les céramiques habituellement employées pour les condensateurs ne sont pas compatibles avec des électrodes à haute teneur en argent et ont souvent des constantes diélectriques inférieures à la gamme 7500-10 000 En produisant des diélectriques à constante diélectrique plus élevée que les céramiques classiques pour condensateurs, on obtient notamment des condensateurs plus petits, ce qui satisfait les besoins actuels de l'industrie électronique en composants de plus en plus miniaturisés. Des exemples de compositions diélectriques proposées par la présente invention sont donnés dans le tableau 1 suivant Elles sont à base de magnéso-niobate de plomb avec additions d'un ou plusieurs des éléments suivants: titanate, stannate ou zirconate de plomb. Le diélectrique peut comporter entre 60 et 99 % en-poids de magnéso-niobate de plomb. Composition (''en poids) A B t: D k Ln A- Température de cuisson onr 88,9 0 11,1 O 8000 0,3 950 1 8500 o;i 1000 8000 0,2 1050 ,9 0 9,1 O 7500 0,4 950 2 8500 0,3 i OOO 7700 0,25 1050 94,1 O 5,9 0 9000 i 950 3 9000 0,3 1000 9000 0,15 1050 9000 0,5 1100 88,9 O O 11,1 0000 0,38 1050 4 77502 1100 90,9 O O 9,1 4000 1,9 1000 94,1 O O 5,9 9000 1,9 950 6 8000 1,2 1000 9500 0,95 1050 0000 0,5 1100 83,53 8,3 8,3 0 6500 1,9 950 7 I 8000 0,9 1000 ____ __ ___ _____ 9000 1,1 1050 TABLEAU I magnéso-niobate de plomb titanate de plomb Pb Ti O 3 stannate de plomb Pb Sn O 3 zirconate de plomb Pb Zr O Pb(MgNb,) 03 A - B - C - Des c Or'ps de céramiques ayant ces compositions ont été cuits pendant une heure aux températures indiquées et leurs propriétés électriques tangente de l'anqle de perte du diélectrique: tgc&, et constante diélectrique: K ont été mesurées Les coefficients de température des capacités ont également été mesurés (non indiqués dans le tableau I) et on a trouvé que les variations de capacité avec la température de ces compositions ont les mêmes caractéristiques que les céramiques Z 5 U Plus précisément, la capacité s'écarte de sa valeur à 251 C de + 22 % à -56 % pour la plage de températures de 10 à 851 C. Bien qu'on ait fait spécifiquement mention de condensateurs multicouches à électrodes internes, le matériau diélectrique de l'invention peut aussi être utilisé avec d'autres types de condensateurs céramique, avec ou sans électrodes cuites avec la céramique, en fournissant des réductions similaires du coût et de la taille des composants De manière analogue, la référence à des électrodes à haute teneur en argent n'est pas limitative et la composition diélectrique de l'invention peut être associée à d'autres matériaux d'électrodes, comme le platine ou le palladium. Une méthode conforme à l'invention pour fabriquer un condensateur céramique multicouche utilisant les compositions diélectriques précédentes peut comprendre les opérations d'impression à l'écran d'une pluralité d'électrodes sur une pluralité de feuilles diélectriques non cuites, avec une encre à haute teneur en argent d'assemblage d'une pile de feuilles ainsi imprimées, les électrodes des couches alternées étant placées dans des positions relatives appropriées à la structure particulière envisagée, par exemple avec décalage latéral ou chevauchement des électrodes adjacentes; de pressage de la pile de feuilles en ajoutant des feuilles de céramique supplémentaires en dessous et au-dessus de la pile pour fournir une marge de tension appropriée, si nécessaire; de découpage des feuilles pour constituer des condensateurs individuels et de cuisson de ces derniers à une température comprise entre 350 et 11000 C Les électrodes intercalées entre les feuilles peuvent ensuite être connectées de façon classique par l'application adéquate d'une peinture conductrice, par exemple sur les côtés opposés de la pile. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée 4 1 è titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Composition diélectrique caractérisée par le fait que sa cuisson peut être effectuée à des températures de 950 à 1100 C et qu'elle comprend du magnéso-niobate de plomb et au moins un élément du groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb. 2 Composition diélectrique selon la revendica- tion 1, dans laquelle le magnéso-niobate de plomb entre pour 60 à 99 % en poids. 3 Composition diélectrique selon la revendica- tion 1, dans laquelle le magnéso-niobate de plomb constitue 83,3 à 94,1 % de son poids. 4 Composition diélectrique selon la revendica- tion 1, dont la constante diélectrique aprbs cuisson est comprise entre 7500 et 10 000. Composition diélectrique selon la revendica- tion 1, dans laquelle on trouve 83,3 à 94,1 % en poids de magnéso-niobate de plomb, O à 8,3 % en poids de titanate de plomb, O à 10,1 % en poids de stannate de plomb et à 9,1 % en poids de zirconate de plomb. 6 Condensateur céramique caractérisé par le fait qu'il comprend une composition diélectrique cuite à une température comprise entre 950 et 1100 C et contenant du magnéso-niobate de plomb et au moins un élément du groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb. 7 Condensateur céramique selon la revendica- tion 6, qui comprend aussi des électrodes internes à haute teneur en argent et cuites avec ladite composition diélectrique. 8 Condensateur céramique multicouche caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de couches d'une composition diélectrique cuite à une température comprise entre 950 et 1100 C et contenant du magnésoniobate de plomb et au moins un élément du groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb, ainsi qu'une pluralité-d'électrodes internes à haute teneur en argent, intercalées entre lesdites couches de la composition diélectrique. 9 Méthode de fabrication d'un condensateur céramique multicouche caractérisée par le fait qu'elle comprend les opérations de déposition d'au moins une électrode sur chaque élément d'une pluralité d'éléments diélectriques en feuilles, faits d'une composition diélectrique contenant du magnéso-niobate de plomb et au moins un élément du groupe constitué par le titanate de plomb, le stannate de plomb et le zirconate de plomb, d'assemblage de la pluralité de feuilles diélectriques en une pile et de cuisson de ladite pile à une température comprise entre 950 et 11001 C. Méthode selon la revendication 9, dans laquelle ladite pile est pressée avant d'être cuite. il Méthode selon la revendication 9, dans laquelle ladite pile est divisée en condensateurs individuels et l'opération de cuisson s'applique à chacun desdits condensateurs.