Brevet FR2601186A1 — publié le 19880108

La présente invention concerne la fabrication d'un condensateur au tantale et plus précisément la fabrication de l'anode d'un tel condensateur. Des condensateurs au tantale sont notamment décrits dans la 5 demande de brevet français NO 85.17382 déposée le 25 Novembre 1985 par la Demanderesse, qui concerne un procédé de fabrication d'un condensateur au tantale et à électrolyte solide sans fil ni ruban de sortie (parfois appelé condensateur chipse), un disposisif adapté à sa mise en oeuvre, et un condensateur ainsi obtenu. Ainsi qu'on le sait, un tel condensateur sans fil ni ruban de sortie (ou condensateur chipse) est un composant pour montage en surface (surface mount component, ou s.m.c., en langue anglaise) qui a la forme d'un barreau court sur les tranches duquel sont déposées deux couches conductrices isolées l'une de l'autre; l'une de ces couches 15 est reliée électriquement par une tige de tantale à un coeur poreux de tantale recouvert d'une couche diélectrique d'oxyde, tandis que l'autre de ces couches est en contact électrique avec une contre-électrode entourant une partie de ce coeur recouvert d'une couche d'électrolyte solide. Ce coeur recouvert de sa couche 20 diélectrique, de cette couche d'électrolyte solide et de cette contre-électrode est enrobé dans un bloc de résine isolante, en résine époxy le plus souvent. La fabrication d'un tel condensateur commence par la préparation d'un coeur ou corps poreux en tantale, cylindrique ou 25 parallélépipèdique, prolongé sur une face par une tige de tantale. On forme ensuite une couche diélectrique, on dépose une couche d'électrolyte solide puis la contre-électrode; on enrobe le corps poreux dans un manchon en matière électriquement isolante en laissant à nu une portion de la contreélectrode et on dépose des couches 30 conductrices terminales isolées l'une de l'autre, respectivement en contact avec la tiqe et la contreélectrode. La demande de brevet précitée recommande que l'on forme par moulage ledit manchon en masquant ladite portion de la couche de contreélectrode en sorte d'empêcher tout recouvrement. L'invention a trait tout particulièrement à la phase préliminaire de préparation du corps poreux en-tantale prolongé sur une face par un fil de tantale. Ce corps poreux est aussi appelé anode. Deux techniques sont principalement utilisées à ce jour pour la préparation d'une telle anode, quels que soient la structure et le mode de fabrication du condensateur au tantale qui comportera cette anode. Selon un premier procédé l'anode est obtenue par pressaqe de 10 poudre de tantale pour réaliser un comprimé parallélépipédique ou cylindrique,; ce comprimé est ensuite fritté sous vide à haute température; un fil de connexion en tantale est soudé électriquement sur une extrémité. L'ensemble est ensuite refritté dans des conditions analogues. Selon un autre procédé, l'anode est également obtenue par pressage de poudre de tantale pour réaliser un comprimé parallélépipèdique ou cylindrique; mais le fil de tantale est dans ce cas introduit dans le comprimé durant le pressage (technique du fil noyé). L'ensemble est ensuite fritté sous vide à haute température. Dans chaque cas il y a pressage et frittage, dans des conditions de pression et de température suffisantes pour assurer une bonne tenue mécanique du comprimé et du fil dans/sur le comprimé. Pour les poudres de surface spécifique élevée, il est pourtant souhaitable de diminuer au maximum les pressions et 25 températures de fabrication du comprimé poreux de tantale pour préserver au mieux cette surface spécifique, et obtenir un produit "capacité x tension" (C.V) élevé. L'invention a pour objet de permettre la mise en oeuvre de plus faibles pressions de pressage et températures de frittage que 30 dans Ies procédés connus tout en maintenant une bonne tenue mécanique du fil sur le comprimé. L'invention a également pour objet de permettre un masquaqe de la boule de soudure formée en cas de soudage du fil de connexion au comprimé. L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'une anode poreuse en tantale pour condensateur au tantale, muni sur une face d'un fil de connexion en tantale, selon lequel on presse de la poudre de tantale en sorte de réaliser un comprimé que l'on fritte 5 ensuite, et selon lequel le fil de connexion est rapporté sur une face de ce comprimé en une zone de fixation, caractérisé en ce que l'on effectue un compactaqe localisé de cette zone de fixation du fil au comprimé, avec formation d'une cavité. Selon une première version du procédé de l'invention, le 10 compactage a lieu lors du pressage. Ce compactage peut avoir lieu juste après introduction du fil do connexion dans le comprimé (technique du fil noyé). Ce compactage peut aussi être suivi d'une opération de soudage au cours de laquelle le fil est rapporté au comprimé avec remplissage de la cavité par la soudure. Cela a 15 l'avantage de supprimer les bourrelets de soudure connus jusqu'à maintenant, qui dépassaient de la face de l'anode sur laquelle est soudée le fil. Selon une autre version du procédé de l'invention, on compacte par impact ladite zone de fixation après une première phase 20 de frittage, mais avant soudaqe du fil de connexion. L'invention propose également une anode poreuse en tantale pour condensateur au tantale, comportant un comprimé poreux fritté de tantale à une face duquel est rapporté un fil de connexion en une zone de fixation, caractérisée ce que ce comprimé comporte une cavité en 25 cette zone de fixation. L'invention conduit généralement à une densification locale du comprimé, là o est rapporté le fil de connexion, d'o une meilleure tenue mécanique de celui-ci. Par ailleurs, la cavité, généralement accompagnée de 30 l'augmentation locale de densité, peut être remplie par la soudure, ce qui permet un raccourcissement d'ensemble pour les anodes à fil soudé, d'ou une augmentation, pour une longueur donnée, du produit C.V de l'anode. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe d'un comprimé poreux de tantale après pressage et compactage; - la fiqure 2 en-est une vue en coupe après soudage d'un fil de connexion et frittage; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un outillage adapté à la préparation du comprimé de la figure 1; - la figure 4 est une vue en perspective d'un autre comprimé poreux, de forme très aplatie; - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un outillage 10 adapté à la préparation du comprimé de la figure 4; - la figure 6 est une vue de dessus d'un outillage de compactage de comprimés préalablement pressés; la fiqure 7 est une vue en coupe d'un comprimé poreux conforme à l'invention dans lequel est noyé un fil de tantale; et - les figures 8A à 8D présentent quatre phases successives de la préparation du comprimé de la figure 7. Les figures i et 2 représentent des phases succesives dans la fabrication (technique du fil soudé) d'une anode poreuse de tantale pour condensateur en tantale, par exemple du type à électrolyte solide 20 sans ruban ni fil de sortie et décrit dans la demande de brevet indiquée ci-dessus. En une première phase (fiqure 1) on forme par pressaqe un comprimé 1 de poudre de tantale de forme géométrique simple, le plus souvent parallélépipédique ou cylindrique. C comprimé 1 comporte deux 25 faces parallèles 2 et 3 et une paroi latérale 4, cylindrique ou formée de pans - en pratique au nombre de quatre. Lors de cette phase de pressage on effectue un compactage localisé de ce comprimé en sorte de densifier localement une zone 5 en laquelle doit être rapporté un fil de connexion 6. Cette densification 30 locale, effectuée par tout outillage approprié, se traduit ici par la formation d'une cavité arrondie 7. Pour des raisons de symétrie, et de facilité de fabrication, on effectue la densification sur les deux faces opposées 2 et 3 du comprimé avec formation, outre la cavité 7, d'une cavité similaire 8. 2601 186 Dans une variante non représentée, seule la zone 5 de fixation du fil 6 au comprimé est densifiée, avec formation de la cavité 7 seulement. Les cavités 7 et 8 peuvent être de toute qéométrie 5 appropriée, ovoide, paraboloidale, parallélépipédique, ou en encoche aique notamment. On procède ensuite à une première phase de frittaqe (ou préfrittage) sous vide à haute température puis on rapporte le fil de connexion 6 au comprimé par soudure électrique; il se forme une 10 goutte de soudure 9 qui comble au moins partiellement la cavité 7, ce qui évite toute protubérance inutile par rapport au plan de la face 2. On effectue ensuite une deuxième phase de frittage. A titre d'exemple préféré, la cavité 7 est hémisphérique avec un rayon voisin ou égal au diamètre du fil de tantale à souder. 15 La figure 3 présente un exemple d'outillage pour le pressage du comprimé de la figure 1. Il consiste en une matrice 20 dont la section intérieure correspond à la section du comprimé à fabriquer. La partie inférieure de cette matrice est fermée par un poinçon inférieur 21 sur lequel est ménagée une protubérance 22 de volume complémentaire 20 de la cavité à former. Le volume délimité par la matrice 20 et ce poinçon inférieur est rempli avec de la poudre 23 de tantale. Au dessus de ce volume., dans le prolongement du poinçon inférieur 21, est disposé un poinçon supérieur 24 également muni d'une protubérance 25. Le pressage a lieu par rapprochement relatif des poinçons. On notera que, à la fiqure 2, le fil de tantale 6 est soudé parallèlement au sens de pressage. Les figures 4 et 5 présentent une variante dans laquelle le fil de tantale est soudé perpendiculairement au sens de pressage. La fiqure 4 montre un comprimé 1' globalement 30 parallélépipédique et très aplati, dans deux tranches opposées 2', 3' duquel sont ménaqées deux cavités 7' et 8', ici de forme semi-cylindrique; le rayon de ces cavités est de préférence égal au diamètre du fil de tantale à souder. La figure 5 montre un exemple d'outillaqe adapté à la mise 35 en forme de tels comprimés 1'. Ce dernier comporte une matrice 30 de 2 6 0 1186 section intérieure rectangulaire avec deux-nervures en saillie 31 et 32. Deux poinçons respectivement inférieur 33 et supérieur 34 munis de rainures 33A et 34A complémentaires des nervures, sont prévus pour le pressage. Selon une variante du procédé selon l'invention, également applicable dans le cas du fil soudé, on effectue normalement le pressaqe et le premier frittaqe, et ce n'est qu'ensuite, avant la phase de soudage, que l'on effectue par impact le compactage désiré avec formation d'une cavité ou encoche. La figure 6 représente, vue de dessus, un outillage adapté à un tel compactage entre les deux phases de frittage. Cet outillage comporte une cuve vibrante non représentée dont débouche une qoulotte de guidage 35 o les comprimés circulent en étant disposés transversalement. Cette goulotte de quidage se raccorde à angle droit 15 avec une seconde goulotte 36 o les comprimés circulent, en étant disposés longitudinalement, sous l'action d'un vérin d'entraînement 37, vers une station de soudure non représentée. Juste avant le raccordement des deux qoulottes, les comprimés passent entre un flan d'appui 38 et un poinçon 39 animé d'un 20 mouvement transversal alternatif. I1 se forme ainsi une cavité 40 dans chaque comprimé passant entre ce flan et ce poinçon. La figure 7 illustre une anode obtenue conformément à l'invention, selon la technique du fil noyé. Cette anode comporte, comme précédemment, un comprimé 41 avec deux surfaces opposées 42 et 25 43, une surface latérale 44 ainsi qu'une zone 45 de fixation d'un fil 46 de connection au comprimé. Des étapes de fabrication de cette anode sont illustrées aux figures 8A à 8D. On remplit d'abord avec de la poudre de tantale un volume délimité latéralement par une matrice 50 et inférieurement par 30 un poinçon inférieur 51 (voir figure 8A). Au dessus de ce poinçon inférieur 51 est disposé un poinçon supérieur 52 dans lequel peut coulisser verticalement un tube mobile 53 vis-à-vis duquel un fil de tantale 54 (destiné à former le fil 46 de la figure 7) vient en saillie vers le bas. Ce tube mobile est 35 d'abord escamoté à l'intérieur du poinçon supérieur 52; c'est dans cette configuration que le poinçon 52 est abaissé en sorte de comprimer la poudre (fiqure 8B). En une troisième phase (figure 8C) le tube mobile 53 est abaissé plus bas que le poinçon 52 en sorte de 5 compacter localement le comprimé, avec formation d'une cavité 55, tout en noyant une extrémité du fil 54. Le poinçon 52 est enfin relevé (figure 8D), le fil 46 est sectionné et le comprimé est éjecté par le poinçon inférieur. Un nouveau cycle peut alors commencer. O10 La cavité cylindrique 55 a de préférence un diamètre compris entre 2 et 3 fois le diamètre du fil 54 et une hauteur comprise entre 1 à 2 fois ce diamètre. On procède ensuite à une opération de frittaqe sous vide à haute température. En variante non représentée la cavité est parallélépipédique ou arrondie (sphérique, ovoîdale ou paraboloidale...). Il va de soi que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de 20 l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une anode poreuse en tantale pour condensateur au tantale, munie sur une face d'un fil de connexion en tantale, selon lequel on presse de la poudre de tantale en sorte de 5 réaliser un comprimé que l'on fritte ensuite, et selon lequel le fil de connexion (6, 6') est rapporté sur une face de ce comprimé (2, 2') en une zone de fixation (5, 5'), caractérisé en ce que l'on effectue un compactaqe localisé de cette zone (5, 5') de fixation du fil au comprimé, avec formation d'une cavité (7, 10). - 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on compacte ladite zone de fixation lors du pressaqe. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en -ce que l'on rapporte ensuite le fil de connexion (6) 15 par soudure en comblant la cavité (7). 4. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors du pressage, on introduit le fil de connexion (6') dans la zone de fixation et l'on compacte cette zone par formation d'une cavité (O10) autour de ce fil. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on compacte par impact ladite zone de fixation après une première phase de frittage, que l'on rapporte ensuite par soudure le fil de connexion (6) qui vient combler au moins partiellement la cavité, puis on effectue une seconde phase de 25 frittage. 6. Anode poreuse en tantale pour condensateur au tantale, comportant un comprimé poreux fritté de tantale (1, 1') à une face (2, 2') duquel est rapporté un fil de connexion (6, 6') en une zone de fixation (5, 5'), caractérisée en ce que ce comprimé comporte une 30 cavité (7, 10) en cette zone de fixation. 7. Anode selon la revendication 6, caractérisée en ce que cette cavité (7) entoure le fil et est remplie par la soudure (9) assurant la fixation du fil au comprimé. 260 1186 8. Anode selon la revendication 7, caractérisée en ce que la cavité (7, 7', 8, 8') a une profondeur sensiblement égale au diamètre du fil de connexion. 9. Anode selon la revendication 6, caractérisée en ce que 5 cette cavité (10) entoure le fil de connexion (6'), qui se prolonge à l'intérieur du comprimé (1'). 10. Anode selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux cavités (7, 8) ménagées sur des faces opposées (2, 3). O10