Brevet FR2625601A1 — publié le 19890707

PROCEDE DE PABRICATION DE CONDENSATEURS ELECTROLYTIQUES A L'ALUMINIUM A ELECTROLYTE SOLIDE ET CONDENSATEUR A ANODE MONOBLOC OBTENU PAR CE PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de condensateurs électrolytiques à l'aluminium et à électrolyte solide ainsi que les condensateurs obtenus par ce procédé. Les condensateurs électrolytiques sont surtout utilisés â cause de leur grande capacité dans un volume réduit. Actuellement, trois familles de condensateurs électrolytiques à faible produit CXV sont présents sur le marché. On trouve des condensateurs à l'aluminium et à électrolyte liquide l'anode est en aluminium et la cathode est un liquide électrolytique. On trouve aussi des condensateurs au tantale et à électrolyte solide : l'anode est au tantale et la cathode est un électrolyte semlconducteur soUde. On trouve enfin des condensateurs à l'aluminium et à électrolyte solide : l'anode est en aluminium et la cathode est un électrolyte semiconducteur solide. La dernière famille citée a connu récemment un développement certain. La Société Phllips a développé plusieurs gammes de condensateurs électrolytiques à l'aluminium et à électrolyte solide. L'anode est réalisée à partir d'une feuille enroulée ou pliée. Le procédé de fabrication à partir d'une anode en feuille comprend les étapes suivantes - découpe de la feuille d'aluminium, - gravure de la feuille, - pliage de la feuille d'aluminium gravée dans le cas de condensateurs radiaux ou enroulement dans le cas de condensateurs axiaux, - anodisation de la feuillue pour former une mince couche d'alumine, - formation de l'électrolyte solide (dioxyde de manganèse) par pyrolyse, - mise en place de la cathode. Le procédé de fabrication de ces condensateurs est assez compliqué. Il comprend une opération de pliage individualisé dans le cas des condensateurs radiaux ou d'enroulement individualisé dans le cas de condensateurs axiaux. L'étape de formation de l'électrolyte solide est la plus délicate. Plusieurs cycles de pyrolyse sont nécessaires (quatre en principe) et ces cycles doivent se dérouler dans des conditions de température et de durée bien déterminées. Ce sont des opérations très difficiles à maîtriser. En effet, le produit de base utilisé est une solution de nitrate- de manganèse très agressive. La conversion en dioxyde de manganèse doit être très rapide. Une opération de post-formation est nécessaire pour réparer la couche endommagée par le nitrate. L'invention propose, afin d'éviter au moins une partie de ces étapes délicates, un procédé de fabrication permettant d'obtenir des condensateurs électrolytiques à l'aluminium et à électrolyte sollde à partir d'un barreau d'aluminium. L'invention a donc pour - objet un procédé de fabrication de condensateurs électrolytiques à l'aluminium et à électrolyte solide, caractérisé en ce qu il comporte les étapes suivantes - obtention d'un barreau d'alutninium gravé, - fixation sur le barreau d'aluminium gravé de contacts d'anodes appartenant à une bande de connexions, - découpe du barreau d'aluminium pour obtenir des pavés, chaque pavé étant fixé à un contact d'anode, - anodisation des pavés d'aluminium, - imprégnation des parties oxydées des pavés par ledit électrolyte, - mise en place des contacts de cathodes. L'invention a encore pour objet un condensateur électrolytique à l'aluminium et à électrolyte solide, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un pavé d'aluminium gravé et oxydé, enrobé d'un électrolyte, le condensateur comprenant également un contact d'anode fixé sur le pavé d'aluminium et un contact de cathode fixé sur l'électrolyte. L'invention sera mieux comprise, et d'autres avantages spparaîtront, au moyen de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente une bande de connexion destinée à fournir les contacts d'anodes, - la figure 2 illustre l'étape de fixation du barreau d'aluminium sur la bande de connexion, - la figure 3 illustre l'étape de découpe du barreau, - les figures 4 à 6 sont illustratives de la préparation des pavés à l'étape d'imprégnation, - les figures 7 à 9 sont illustratives d'une variante de la préparation des pavés à l'étape d'imprégnation, - la figure 10 représente la structure d'un pavé de condensateur électrolytique selon l'invention. Selon l'invention, on part d'un barreau d'aluminium très pur pour pouvoir par la suite disposer d'une couche d'alumine de très bonne qualité. Ce barreau d'aluminium doit être gravé pour disposer d'une surface active importante. Sous le terme de gravure on comprendra tous les moyens mis en oeuvre pour augmenter cette surface active, que ce soit dans ltélsborstion proprement dite du barreau ou dans son usinage. Ce barreau peut être réalisé par frittage pour obtenir un produit de surface poreuse et de forme irrégulière. Dans ce cas la gravure du barreau est réalisée directement au cours de son élaboration. Ce barreau peut être aussi réalisé par schoopage d'aluminium sur un support froid. LÀ aussi la gravure du barreau est réalisée directement au cours de son élaboration. On peut encore obtenir un barreau d'aluminium gravé par gravure électrochimique d'un barreau plein. L'étape suivante consiste à fixer, par exemple par soudure, des contacts d'anodes sur le barreau gravé. Ces contacts d'anodes doivent alors être en un matériau soudable au barreau et ne pas poser de problèmes lors de l'étape d'oxydation. Ce peut être de l'aluminium pour pouvoir bénéficier d'un traitement collectif dans la fabrication des condensateurs, les contacts d'anodes étant réalisés à partir d'une même bande conductrice. Le barreau est ensuite découpé en autant de petits pavés qu'il y a de condensateurs à réaliser, à chaque petit pavé étant fixé un contact d'anode. la bande dans laquelle ont été réalisés les contacts d'anode peut alors servir au transport des pavés pour la suite du procédé de réalisation. La figure 1 représente, à titre non limitatif, une bande métallique destinée à fournir les contacts d'anodes. La bande 1 est percée de trous 2 de forme carrée ou rectangulaire et régulièrement espacés le long de l'un des bords de la bande. L'autre bord de la bande peut être percé de trous 3 régulièrement espacés et qui serviront à son entraînement par un dispositif approprié dans le cadre d'une fabrication automatisée. Sur la figure 2, on a représenté la bande métallique 1 sur laquelle est fixé le barreau d'aluminium gravé 4. La fixation se fait par exemple par soudure. Sous la référence 5, on a représenté les différents points de soudure. Les flèches indiquent les endroits où seront effectuées les découpes du barreau. Après découpe, effectuée par exemple par sciage ou par tout autre moyen connu de l'homme de l'art, on obtient la structure représentée à la figure 3. Dans cet exemple, la forme des contacts d'anode est déterminée par les trous 2 et par la découpe du barreau mais d'autres solutions sont également possibles. Par exemple, les contacts d'anode peuvent être prédécoupés avant la fixation du barreau sur la bande. La découpe du barreau en pavés conduit à avoir entre ceux-cl un espacement b qui dépend du type de découpe utilisé (tronçonnage à la scie circulaire, laser YAG). Cet espacement peut s'avérer trop faible pour la suite des opérations. On peut alors procéder de la manière illustrée par les figures 4 à 6. On part d'une bande métallique 10 dans laquelle des contacts d'anodes 11 ont été prédécoupés. Sur ces contacts d'anodes on a soudé le barreau d'aluminium qui a été ensuite découpé en pavés 12, les découpes étant faites entre deux contacts d'anodes consécutifs. La bande 10 étant, dans sa partie supérieure, pliée en accordéon (comme le montre la figure 5 qui est une vue de dessus de . la figure 4), il suffit d'étirer la bande 10 pour écarter les pavés 12 les uns des autres.La figure 6 représente le résultat obtenu Une variante de bande métallique est représentée à la figure 7. Cette bande possède deux séries de découpes 31 et 32, les deux séries étant décalées l'une par rapport à l'autre. Elle possède également deux zones latérales 30 et 33 percées de trous d'entrsmement 34. Comme précédemment, un barreau d'aluminium gravé 35 sera fixé sur la bande métallique. Après découpe du barreau effectuée selon les zones hachurées 36, on obtfent deux demi-bandes séparées longitudinalement puisque la découpe du barreau a également affecté l'espace central de la bande situé entre les découpes 31 et 32. La figure 9 représente l'une des demi-bandes obtenues. Les pavés 37, fixés à la bande métallique par exemple par des points de soudure 38, sont suffisamment espacés les uns des sutres pour qu'il ne soit pas nécessaire d'allonger la bande mAtallique . A titre d'exemple, l'épaisseur du barreau d'aluminium peut être de 1 à 10 mm et les pavés peuvent avoir 4,5 mm de côté. L'étape suivante du procédé consiste en l'anodisation (oxydatlon) des pavés obtenus. Cette étape peut être réalisée de façon classique au moyen d'une solution d'acide borique. Si on le désire, les contacts d'anodes peuvent être maintenus en dehors de la solution grâce à la bande métallique qui peut être placée à une distance déterminée au-dessus de la surface de la solution. L'oxydation se faisant après la découpe en pavés, il n'est pas nécessaire de reformer la couche d'oxyde contrairement aux procédés de fabrication collective selon l'art connu. Les pavés gravés et oxydés subissent ensuite l'opération d'imprégnation qui permet la formation de l'électrolyte. La bande métallique peul être également utilisée pour mener à bien cette opération en supportant les pavés de sorte que les parties non oxydées des pavés ne solent pas imprégnées. Plusieurs électrolytes peuvent être utilisés tout en restant dans le cadre de l'invention. On peut utiliser des sels de tétracyanoquinodiméthane (TCNQ), par exemple le Nn butyl isoquinollnium TCNQ. Ce produit peut etre mis en solution dans un solvant (lactone, acétonitrile, etc.). Les pavés sont alors trempés dans la solution. Après évaporation du solvant, les pavés oxydés se retrouvent enrobés d'électrolyte. On peut également réaliser l'imprégnation à partir de l'électrolyte en phase fondue. Dans le cas du Nn butyl isoquinolinium TCNQ, la température de cette phase sera choisie de préférence entre 240 et 2900C. D'autres électrolytes organiques ou inorganiques peuvent être -utilisés, par exemple le dioxyde de manganèse dont l'imprégnation peut être réalisée de façon comme en soi. L'imprégnation des pavés permet d'obtenir, après solidification de l'électrolyte, uh condensateur électrolytique entre une face d'un pavé qui constitue l'anode et un contact de cathode assurant la liaison électrique avec la masse de l'électrolyte. La figure 7 représente la structure d'un pavé de condensateur électrolytique selon l'invention. On distingue l'anode frittée 20, l'oxyde diélectrique 21 et l'électrolyte 22. Les contacts d'anode et de cathode n'ont pas été représentés. Les contacts de cathodes sont ensuite déposés. On peut implanter des contacts de cathodes (en cuivre étamé par exemple) à la fin de l'opération d'imprégnation, l'électrolyte étant encore suffisamment liquide pour adhérer aux contacts. On peut aussl, après l'opération d'imprégnation, déposer sur l'électrolyte une résine conductrice, par exemple du type époxyde chargée à l'argent, en même temps que les contacts de cathodes. On peut encore déposer un métal (l'aluminium par exemple) par schoopage. Le procédé peut ensuite comprendre différentes étapes de finition et- qui font partie de l'art connu. Certaines précautions peuvent être prises pour éviter les effets de l'humidité et les pollutions (huile siliconée et vitrification, etc). Les condensateurs selon l'invention 'se présentant sous forme de pavés, peuvent être facilement distribués en boîtiers cMS (composants pour le montage en surface). REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de condensateurs électrolytiques à l'aluminium et à électrolyte solide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - obtention d'un barreau d'aluminium gravé (4), - fixation sur le barreau d'aluminium gravé de contacts d'anodes (11) appartenant à une bande de connexions (1, 10), - découpe du barreau d'aluminium pour obtenir des pavés (12), chaque pavé étant fixé à un contact d'anode, - anodisation des pavés d'aluminium, - imprégnation des parties oxydées des pavés par ledit électrolyte (22), - mise en place des contacts de cathodes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau d'aluminium gravé (4) est obtenu par frittage d'une poudre d'aluminium. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau d'aluminium gravé (4j est obtenu par schoopage. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau d'aluminium gravé (4) est obtenu par gravure électrochimique d'un barreau plein. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bande de connexions (10) comprend des moyens permettant son allongement après la découpe du barreau en pavés (12). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens permettant l'allongement de la bande sont constitués de plis transversaux de la bande. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'opération d'imprégnation se fait par trempage des pavés dans une solution contenant un électrolyte organique et évaporation du solvant de la solution. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'opération d'imprégnation se fait à partir d'un électrolyte organique en phase fondue. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'opération d'imprégnation se fait par pyrolyse. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les contacts de cathodes sont fixés sur l'électrolyte à la fin de l'opération d'imprégnation. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les contacts de cathodes sont fixés sur l'électrolyte par l'intermédiaire d'une résine conductrice. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 å Q caractérisé en ce que les contacts de cathodes sont fixés sur l'électrolyte par schoopage. 13. Condensateur électrolytique à l'aluminium et à électrolyte sonde, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un pavé d'aluminium (20) gravé et oxydé, enrobé d'un électrolyte (22), le condensateur comprenant également un contact d'anode fixé sur le. pavé d'aluminium et un contact de cathode fixé sur l'électrolyte. 14. Condensateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'électrolyte utilisé est un électrolyte organique. 15. Condensateur selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit électrolyte est un sel de tétrecyanoquinodbitthane. 16. Condensateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit sel est le Nn butyl isoquinolinium tétraoyanoquinodlméthane. 17. Condensateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'électrolyte utilisé est le dioxyde de manganèse.