Brevet FR2513804A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne des condensateurs en céramique et, plus spécialement, se rapporte à un condensateur en céramique perfectionné et à son procédé de fabrication Plus spé- cialement, l'invention concerne un procédé nouveau de réalisation de bornes sur un condensateur en céramique ciite et le condensateur perfectionné ainsi obtenu 1 La fabrication de condensateurs en céramique est décrite de façon générale par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 3 004 197 et 3 235 939. En termes généraux, le procédé utilisé pour la fabri- cation de ces condensateurs en céramique fait appel à la formation d'une ou plusieurs feuilles de céramique crue constituées de poudre de céramique dans un liant organique Les feuilles reçoivent une impression, par sérigraphie ou par un processus analogue, au moyen d'une encre contenant des particules métalliques qui résistent à la désintégration aux températures élevées On empile plusieurs de ces feuilles de manière que les aires imprimées, ou aires for- mant les électrodes, soient en concordance partielle On découpe ensuite les feuilles empilées en unités élémentaires distinctes suivant des lignes de découpage telles que les unités élémentaires laissent voir une aire d'électrode sur deux en alternance d'un côté et du côté opposé. On traite ensuite les unités élémentaires par chauf- fage à une première température pendant une durée suffisante pour éliminer par calcination le liant organique On poursuit ensuite le chauffage à une température supérieure afin de cuire la céramique et d'amener les aires d'électrode formées par impression à se trans- former en électrodes métalliques conductrices entre les couches de céramique. Il faut alors former des bornes sur les sous-composants de condensateurs en céramique résultants, c'est-à-dire former une connexion conductrice efficace entre les bords des diverses couches d'électrode apparaissant aux bords opposés de la préforme de con- densateur. Jusqu'ici, on a réalisé ces connexions en appliquant une p Ate d'argent sur les bords respectifs et en chauffant le con- densateur pour provoquer le frittage de l'argent afin d'intercon- necter les électrodes des bornes respectives. Dans certains cas, on soude des fils conducteurs sur les bornes d'argent Plus spécialement, notamment lorsque les condensateurs ont une faible capacité, on revêt les condensateurs d'un revêtement isolant protecteur sur toute leur surface à l'excep- tion des parties borne, et c'est dans cet état qu'on les expédie aux utilisateurs. De façon évidente, le coût de ces condensateurs sans fils conducteurs à bandes en argent est sensiblement accru du fait de la nécessité d'utiliser des quantités considérables d'argent pour réaliser les bornes Les condensateurs à bornes d'argent sont en outre désavantageux en ce que, lorsqu'une connexion soudée est faite sur la borne d'argent, l'argent tend à se dissoudre et à passer dans l'alliage étain-plomb de la soudure A moins que le soudage ne soit réalisé avec soin, l'argent de la borne peut pas- ser si complètement dans la soudure qu'il survient une perte de contact électrique partielle ou complète avec les couches d'élec- trode. Un autre inconvénient des condensateurs en céramique à bornes classiques est que la bande d'argent présente une médiocre valeur structurelle en ce qui concerne le renforcement du conden- sateur vis-à-vis du risque de "déstratification", puisque l'argent adhère uniquement ou principalement à la matière formant les élec- trodes et non à la céramique Pour amener un effet particulier de renforcement, certaines des pâtes pour bornes à l'argent peuvent incorporer de la fritte de verre, laquelle forme une liaison par- tielle avec la céramique Toutefois, l'utilisation de fritte de verre entra Ine d'autres difficultés et complications de fabrication, notamment la nécessité de chauffer les unités jusqu'à une tempéra- ture suffisamment élevée pour fondre la composante fritte de la pâte d'argent La quantité élevée de chaleur nécessitée par ce processus, en plus d'être une cause de gaspillage d'énergie, augmente les risques que les condensateurs ne soient endommagés pendant l'opération Enfin, la conductivité de la pute pour bornes contenant de l'argent et de la fritte de verre est inférieure à celle d'une matière conductrice métallique pure. En termes généraux, l'invention concerne un procédé perfectionné de fabrication de condensateurs en céramique et le condensateur perfectionné ainsi obtenu Selon le procédé de l'in- vention, on charge un condensateur du type puce classique qui a été cuit dans un dispositif de masquage du type gabarit de montage qui ne laisse voir que les surfaces marginales du condensateur comportant les parties bords des électrodes On place les conden- sateurs ainsi masqués dans un appareil de pulvérisation, d'un type connu en lui-même, o des ions de gaz lourds sont envoyés contre une cible de façon à provoquer le bombardement de la surface exposée du condensateur par des atomes de la matière dont la cible est faite. De façon facultative, mais préférable, on peut réaliser un décapage par pulvérisation haute fréquence de la surface exposée du condensa- teur avant l'opération de pulvérisation indiquée ci-dessus, c'est- à-dire que les ions de gaz lourds sont envoyés directement contre la surface exposée du condensateur Ce décapage par pulvérisation, en plus d'éliminer les oxydes ou les impuretés de la surface, produit une surface rugueuse ou ondulée adaptée à la couche métallique ulté- rieurement appliquée par pulvérisation. Selon le procédé, on peut faire déposer à la surface du condensateur plus d'une couche métallique appliquée par pulvérisa- tion en fonction de l'utilisation finale visée du condensateur. A titre d'exemple, on peut réaliser une borne satisfaisante pour condensateur en faisant déposer par pulvérisation une couche de nickel, un alliage de nickel et de vanadium, une couche de cuivre; etc A titre facultatif, on peut commencer par faire déposer une couche de chrome de manière à améliorer l'adhésion de la couche pulvérisée de nickel ou de nickel-vanadium appliquée ensuite Pour faciliter le soudage ultérieur, on peut appliquer, au-dessus du nickel, une très mince couche d'argent, par exemple une épaisseur de l'ordre de 0,1 micron. Le condensateur selon l'invention présente une structure -hautement souhaitable en ce que l'absence d'argent au niveau de la jonction avec les électrodes du condensateur élimine la possibilité que le contact avec les électrodes ne soit perdu pendant le soudage. On obtient une réduction sensible de coût en éliminant l'emploi de bornes d'argent De plus, et de façon importante, la couche déposée par pulvérisation, notamment si la partie bord du condensateur a précédemment été décapée, fournit un revêtement qui adhère forte- ment aux électrodes aussi bien qu'à la céramique disposée entre elles, ce qui réduit sensiblement ou élimine toute tendance du condensateur à se Irdéstratifierli suivant les lignes de clivage définies par les interfaces céramique-électrode Le renforcement mécanique procuré par les bornes déposées par pulvérisation permet que le revêtement isolant ou encapsulant final fasse fonction, s'il est utilisé, de simple isolant électrique et non plus de renfort mécanique du condensateur On peut ainsi diminuer la dimension totale et l'encombrement du condensateur. C'est donc un but de l'invention de proposer un procédé perfectionné de fabrication d'un condensateur en céramique et, plus spécialement, un procédé perfectionné de réalisation de bornes sur un condensateur en céramique classique Un autre but de l'invention est de proposer un procédé nouveau de formation de bornes pour con- densateurs en céramique qui élimine l'utilisation de l'argent ou d'autres métaux nobles au niveau de l'interface avec les électrodes du condensateur Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de condensateurs en céramique qui comporte les opérations consistant à décaper par pulvérisation le bord du condensateur contenant les électrodes afin de le nettoyer et de produire une surface décapée ou "crépie", puis l'opération consis- tant à faire déposer par pulvérisation une mince pellicule de métal conducteur qui unifie électriquement les électrodes exposées et, dans le même temps, exerce une influence unificatrice ou de rigidi- fication mécanique au niveau du bord du condensateur. Un autre but de l'invention est de proposer un conden- sateur en céramique dont les bornes sont exemptes d'argent au niveau de l'interface avec les électrodes Un autre but de l'invention est de proposer un condensateur du type décrit dans lequel la couche servant de borne a une fonction de renforcement mécanique vis-à-vis des risques de déstratification du condensateur. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses avantages et caractéristiques; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: la figure 1 est une vue simplifiée en coupe verticale montrant un condensateur de céramique avant la mise en place des bornes; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant le condensateur dans un appareil de masquage; la figure 3 est une vue simplifiée du condensateur masqué pendant l'opération de dépôt par pulvérisation; et les figures 4 A, 4 B et 4 C sont des vues simplifiées se suivant qui montrent respectivement un condensateur non traité. un condensateur dont la surface supérieure a été décapée par pulvé- risation, et un condensateur dont la surface décapée par pulvérisa- tion est revêtue d'une couche déposée par pulvérisation. Telles qu'elles sont présentement utilisées, les expressions "revêtement par pulvérisation", "dépôt par pulvérisa- tion" ou "pulvérisation" désignent la désintégration d'une cathode cible par les ions d'un gaz, suivie par le dépôt d'atomes retirés à la cible sous forme d'une couche sur le bord du condensateur portant les tranches mises à nu des électrodes. Les expressions "décapage par pulvérisation" ou "décapé par pulvérisation" se rapportent à un processus dans lequel la cathode et les ions du gaz sont dirigés contre les bords du condensateur devant recevoir des bornes en présence d'un champ de haute fréquence. On passe maintenant à la description des dessins et, notamment, de la figure l, o est présenté, sous forme schématique, un condensateur en céramique de type classique qui a été fabriqué par exemple selon les enseignements du brevet des Etats-Unis d'Amé- rique N O 3 235 939 Le condensateur 10 comprend plusieurs couches de céramique 11 définissant les constituants diélectriques du con- densateur, les couches Il étant séparées par des couches d'électrode intermédiaires 12 et 13. Comme cela est classique, les couches d'électrode 12 et 13 s'étendent sur une moindre distance que toute la longueur du condensateur, mais se chevauchent sur presque toute leur étendue. Comme cela apparaît clairement sur la figure 1, les couches d'élec- trode 12 comportent des tranches qui sont exposées au niveau du bord 14 du condensateur 10, tandis que les électrodes 13 comportent des tranches qui sont exposées au niveau du bord 15 du condensateur. Selon le procédé de l'invention, on charge plusieurs condensateurs 10 dans une matrice, ou un gabarit de montage, 16 (figure 2) dont la fonction est de protéger toutes les surfaces du condensateur à l'exception de la surface supérieure, c'est-à-dire l'une ou l'autre des surfaces des bords 14 et 15 Comme cela apparalt sur la figure 2, la surface du bord 14 du condensateur est disposée en position haute dans le masque du gabarit de montage 16 On notera par conséquent que les tranches des électrodes 12 sont exposées en direction du haut. Alors que, sur les vues simplifiéesdes figures 1 à 3, on voit que les condensateurs 10 sont protégés dans des creux dis- tincts 17 du dispositif de masquage 16, on comprendra qu'il est possible de réaliser un effet de protection mutuel en entassant plusieurs condensateurs côte à côte. L'opération de traitement suivante des condensateurs protégés consiste à effectuer le décapage par pulvérisation de la surface supérieure 14 L'opération de décapage par pulvérisation est facultative, mais il s'agit d'une opération préférée en ce que, en plus de l'effet habituel de nettoyage de la surface exposée, l'opération de décapage par pulvérisation crée également une aire d'impact rugueuse, ondulée ou crépie en vue de l'application ulté- rieure d'une couche métallique L'effet du décapage par pulvérisa- tion est schématiquement illustré par comparaison de la figure 4 A (surface non décapée) et de la figure 4 B (surface décapée par pulvé- risation). On réalise ensuite le revêtement par pulvérisation de la surface 14 décapée par pulvérisation en faisant passer celle-ci au-dessous de la cible 21 d'un dispositif de pulvérisation. A titre facultatif, mais de façon préférable, il est utilisé un dispositif de pulvérisation en continu, par exemple le dispositif fabriqué par la société Materials Research Corporation des Etats-Unis d'Amérique sous le numéro de référence " 900 " Un dispositif de pulvérisation en continu est avantageux en ce qu'il permet de faire avancer progressivement les condensateurs au-dessous d'aires de la cible présentant des compositions différentes de façon qu'une couche d'un premier matériau déposé par pulvérisation puisse être directement forméesur la surface 14, après quoi une deuxième couche déposée par pulvérisation est formée au-dessus de la première couche A titre d'exemple, on peut d'abord faire déposer par pulvé- risation une couche d'alliage nickel-vanadium en faisant avancer le condensateur au-dessous d'une matière cible appropriée, la couche de nickel ou de nickel-vanadium étant ensuite revêtue d'une mince couche d'argent par passage sous un élément de cible en argent Il est également souhaitable dans certains cas, par exemple pour amé- liorer l'adhésion, de réaliser d'abord le dépôt d'une mince couche de chrome, puis de revêtir la couche de chrome en faisant déposer par pulvérisation une couche de nickel ou de nickel-vanadium, ces opérations pouvant être facilement réalisées dans un dispositif de pulvérisation en continu, dans lequel on fait progressivement avancer les condensateurs audessous de matières de cible convenablement choisies. Le dépôt par pulvérisation se poursuit d'une manière con- tinue jusqu'à ce que l'accumulation des couches voulues ait été obtenue En relation avec la figure 4, on voit clairement que la ou les couches 18 ayant subies un dépôt par pulvérisation définis- sent une masse cohérente dont la surface inférieure pénètre dans les évidements, interstices et pores 19 formés par l'opération de décapage par pulvérisation pour y adhérer fortement La couche 18 constitue une connexion électrique et mécanique efficace avec les électrodes 12 et une connexion mécanique avec les éléments de cdra- mique exposés au niveau de la surface 14 La couche 18 forme donc une borne et un renfort mécanique du bord 14, ce qui minimise les possibilités de séparation du condensateur suivant les lignes d'inter- face entre la céramique et les électrodes. On notera que l'on répète les opérations décrites de décapage et de pulvérisation en exposant à la cible le bord 15 du condensateur de céramique de façon à former sur le bord 15 une deuxième couche de borne 20. Le condensateur est alors prêt à être utilisé De façon facultative, on peut appliquer un revêtement isolant sur toutes les parties du condensateur, à l'exception des bornes. A titre d'exemple, on va maintenant indiquer les para- mètres de fonctionnement d'un mode de réalisation particulier de l'invention, étant entendu que les matières et les détails parti- culiers de cette description ne doivent pas être considérés comme limitant l'invention. Selon l'invention, on dispose plusieurs puces dans un moyen de fixation de manière que les extrémités des bornes soient tournées vers le haut On place le moyen de fixation ainsi chargé dans un sas, ou l'on fait un vide inférieur à 50 x 10 mm Hg avant d'introduire le moyen de fixation dans la chambre à vide principale servant à la pulvérisation On amène le moyen de fixation chargé jusqu'à un poste de décapage par pulvérisation sous haute fréquence, o la pression est inférieure à 5 x 10 6 mm Hg On introduit de l'argon très pur dans la chambre de décapage pour réaliser une pression d'environ 10 x 10 nmf Hg Les pièces qui, présentent une surface d'environ 311 mm 2 subissent un décapage par pulvérisation pendant 30 S sous un niveau de puissance de 1, 4 k W Le moyen de fixation portant les condensateurs décapés est ensuite amené à un poste o une pellicule d'une épaisseur de 0,12 micron est déposée sur l'extrémité borne La pellicule peut être constituée de nickel pur ou d'un alliage contenant, en poids, 93 % de nickel et 7 % de vanadium On réalise la pulvérisation sous un niveau de puissance de 4,2 k W avec une vitesse de balayage de 10,2 mn Is de l'aire de la cible La pulvérisation est exécutée dans un environnement d'argon gazeux sous une pression de 10 x 10 3 mm Hg On répète l'opération pour effectuer le décapage et le revêtement de la surface opposée des condensateurs. Lorsque des revêtements directs de nickel ou de nickel- vanadium sont effectués, il semble que l'épaisseur optimale de revêtement soit comprise entre 0,12 et 0,5 pm Lorsqu'on fait appel à un substrat de chrome pour assurer une forte adhésion, des épais- seurs de l'ordre de 0,02 à 0,05 pm se révèlent être les valeurs préférées Ainsi que cela a précédemment été noté, lorsqu'il est envisagé un soudage direct sur les bornes, on ajoute, de manière souhaitable, un très mince revêtement d'argent, c'est-à-dire d'une épaisseur d'environ 0,1 pm On notera que cette quantité d'argent ne représente qu'une très faible fraction de la quantité typiquement utilisée pour former les bornes d'un condensateur par des procédés classiques. Sur la base de la description qui vient d'être donnée, on note qu'il a été proposé selon l'invention un procédé nouveau et perfectionné de fabrication de condensateurs en céramique se distin- guant en ce que l'opération de mise en place des bornes est réalisée par un dépôt par pulvérisation faisant de préférence suite à un déca- page par pulvérisation On note en outre que le condensateur ainsi obtenu est économique à fabriquer est exceptionnellement résistant et n'a aucune tendance à perdre de l'argent pendant le soudage, ce qui est caractéristique des condensateurs classiques à bornes d'argent. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et du condensateur dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1 Condensateur en céramique comprenant des couches alter- nées de matériau électrique céramique ( 11), des couches de matériau pour électrode ( 12, 13) disposées entre les couches de céramique, les couches d'électrode ayant, en alternance, une première tranche qui se prolonge respectivement jusqu'au premier bord ( 14) et au deuxième bord opposé ( 15) du condensateur o la première tranche est à décou- vert, la tranche des couches d'électrode qui est opposée à la première tranche se terminant à une faible distance desdits bords, le conden- sateur étant caractérisé en ce que le premier et le deuxième bord 1 î du condensateur sont revêtus par une couche métallique ( 18, 20) déposée par pulvérisation, cette couche étant liée aux constituants de céramique apparaissant à découvert des bords et aux tranches à découvert des couches d'électrode, si bien que les couches apparais- sant à découvert au niveau des tranches sont électriquement connec- tées et que les constituants de céramique et d'électrode sont méca- niquement liés, les couches métalliques déposées définissant en outre- des bornes pour le condensateur. 2 Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords ont été décapés par pulvérisation de manière à présenter une surface rugueuse ( 19) avant le-dépôt de la couche métallique, si bien que la matière de la couche déposée par pulvé- risation pénètre dans les interstices des matières de céramique et d'électrode pour former avec les couches une liaison qui résiste à la séparation des couches ainsi qu'une liaison mécanique et élec- trique avec les parties à découvert des électrodes. 3 Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche est constituée de nickel. 4 Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche comprend du chrome, une deuxième couche métallique étant déposée par pulvérisation et recouvrant cette première couche. Condensateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième couche est constituée de nickel. 6 Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est déposé une couche d'argent par pulvérisation pour recouvrir la couche de nickel. 7 Condensateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche d'argent a une épaisseur d'environ 0,1 um. 8 Procédé de fabrication d'un condensateur en céramique, consistant à interposer entre des couches alternées de céramique crue des couches de matière pour électrode, les couches d'électrode ayant, en alternance, une première tranche qui se prolonge respecti- vement jusqu'au premier bord et au deuxième bord opposé du dispositif o cette première tranche apparaît respectivement à découvert, la tranche des couches d'électrode qui est opposée à la première tranche se terminant à faible distance des bords, et à cuire la céramique crue, le procédé étant caractérisé en ce que, ultérieurement, on place séquentiellement le premier, puis le deuxième bord du conden- sateur cuit à l'intérieur d'une zone de pulvérisation à une distance prédéterminée d'une cathode constituant une cible métallique tout en protégeant la totalité du condensateur sauf le bord à traiter par pulvérisation, de sorte qu'une couche pulvérisée électriquement conductrice de la matière de la cible est amenée à se lier à la céramique et aux aires d'électrode apparaissant à découvert qui définissent ledit bord de façon à ainsi électriquement connecter les couches d'électrode du bord traité, lesdites couches produites par pulvérisation définissant des bornes du condensateur. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on décape par pulvérisation les bords avant d'effectuer le dépôt par pulvérisation de ladite couche de façon à définir une surface rugueuse, les interstices de ladite surface étant au moins partiel- lement remplis par la matière de ladite couche. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite couche est constituée de nickel. il Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche comprend du chrome et en ce que la couche de chrome est revêtue d'une deuxième couche métallique de nickel déposée par pulvérisation. 12 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite couche est constituée d'un alliage nickel-vanadium. 13 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte l'opération consistant à déposer par pulvérisation une couche d'argent audessus de ladite couche métallique, la couche ayant une épaisseur de l'ordre de 0,1 pm environ.