Brevet FR2641896A1 — publié le 19900720

La présente invention concerne la micro- électronique, l'électronique et l'électrotechnique, et plus particulièrement, les procédés de fabrication d'un matériau anysotrope conducteur. os05 Les matériaux anysotropes conducteurs trou- vent leur application en tant que coupleurs des tron- çons conducteurs sur les cartes et platines assemblées. Lesdits matériaux contiennent des chaînettes de particules de conductibilité électrique élevée. Il est important que ces chaînettes aient les mêmes para- mètres électriques, autrement dit, leur conductibilité doit être la même, ce qui assure une haute qualité des matériaux anysotropes conducteurs. Outre cela, les maté- riaux doivent avoir une élasticité suffisante pour sup- porter la pression et des dimensions suffisamment gran- des. Les propriétés des matériaux anysotropes con- ducteurs électriques et leurs dimensions dépendent es- sentiellement du procédé de leur fabrication. Ainsi, par exemple, on connait un procédé de fabrication d'un matériau anysotrope conducteur élec- trique qui consiste en ce qu'une composition isolante électrique contenant un polymère (diélectrique) et des particules conductrices (particules magnétiques, par exemple, particules ferromagnétiques) est placée dans un champ magnétique (JP, B, 60-32285). Les chaînettes conductrices de particules magnétiques se forment dans le film de polymère aux endroits d'intensité élevée du champ magnétique crée par la configuration géométrique des extrémités du noyau d'un électro-aimant. Le procédé n'est applicable qu'à l'utilisa- tion des particules magnétiques. Lors de la réalisation de ce procédé, il est pratiquement impossible d'obtenir des paramètres identiques du champ magnétique tant au centre des pôles de l'aimant qu'aux extrémités des pô- les, ni par conséquent, d'obtenir des chaînettes avec la même conductibilité, d'o la fabrication d'un maté- riau de propriétés conductrices insuffisantes. Outre cela, le procédé exige une grande consommation d'éner- gie. Les dimensions du matériau obtenu sont limitées du fait qu'il est techniquement impossible de réaliser un électro-aimant avec des extrémités de poles de gran- des dimensions tout en assurant dans l'entrefer une va- leur d'intensité voulue du champ. Il existe un procédé de fabrication d'un ma- tériau anysotrope conducteur électrique avec utilisa- tion d'un champ électrique (Journal Appl. Phys. vol. , No 4, 1968, Jones T.B., Kraybill J.P. Active Feed- back-controled Dielectrophoretic Levitation, p. 1247- 1252). Le procédé consiste en ce qu'un diélectrique liquide avec des particules conductrices (composition isolante électrique) est placé dans un réservoir en verre installé entre deux électrodes. Ensuite, on ap- plique aux électrodes une différence de potentiel. En fixant optiquement une position verticale de la parti- cule conductrice ou d'un agglomérat de ces particules et en contrôlant la valeur de la différence de poten- tiel entre les électrodes, on obtient une lévitation stable des particules dans le diélectrique liquide ce qui forme une structure anysotrope du matériau. Ce procédé ne permet pas d'obtenir un maté- riau à grande quantité de chaînettes de particules con- ductrice d'électricité parce qu'il est techniquement impossible de réaliser un contrôle ininterrompu des en- droits de disposition des chaînettes en lévitation. Ou- tre cela, seule la présence d'un champ électrique assu- re le maintien de la structure anysotrope du matériau à obtenir ce qui limite fortement l'utilisation du ma- tériau obtenu par ce procédé. L'invention vise à créer un procédé de fabri- cation d'un matériau anysotrope conducteur de l'élec- tricité qui permettrait d'obtenir un matériau de con- ductibilité élevée, d'élasticité et de dimensions suffisantes. Le problème est résolu du fait qu'on propo- se un procédé de fabrication d'un matériau anysotrope conducteur de l'électricité qui consiste en ce qu'une composition constituée par un diélectrique avec des particules conductrices est placée entre deux électro- des auxquelles on applique une différence de potentiel, caractérisé en ce qu'entre les électroces et la compo- sition sont disposés des films isolants électriques dont l'épaisseur interdit l'accès des particules con- ductrices aux électrodes sous tension, la hauteur de chaque électrode étant supérieure à la distance entre lesdits films isolantes électriques d'au moins trois fois, et le matériau obtenu est durci. En tant que diélectrique, on peut utiliser différentes substances, par exemple, la paraffine, les polymères-diélectriques capables de durcir. En tant que particules conductrices, on peut utiliser n'importe quelles particules conductri- ces de l'électricité. Ces particules peuvent être métalliques, par exemple, en cuivre, en fer, en lai- ton, en titane, en nickel, etc., ainsi que non métal- liques, mais recouvertes d'une couche de métal, par exemple, des particules en verre recouvertes de cui- vre. Les films isolants électriques peuvent être n'importe quels films utilisés, par exemple, dans les installations HT. Ces films peuvent âtre en polytéré- phtalate d'éthylène, en polytétrafluor d'éthylène. Comme on l'a déjà dit, la hauteur de chaque électrode est supérieure à la hauteur entre les films isolants de trois fois, au moins. Ceci crée différen- tes tensions électriques dans le matériau à obtenir près des électrodes et aux endroits éloignés des électrodes ce qui provoque le rassemblement des par- ticules conductrices périphériques près des électro- des avec formation de chatnettes de particules con- ductrices. Afin d'intensifier le processus de forma- tion des chaînettes conductrices, on augmenb la va- leur du rapport de la hauteur de l'électrode à la hauteur entre les films isolants dont la limite supé- rieure est déterminée par les possibilités de l'ins- tallation. En fonction de la nature du diélectrique utilisé, le processus de durcissement se déroule dif- féremment. Si l'on utilise la paraffine en tant que diélectrique, la composition, avant l'application de la différence de potentiel, est chauffée au préalable jusqu'à une température de 60 à 70 C et le durcisse- ment se fait par refroidissement du matériau à obte- nir. Lors de l'utilisation du polydiméthylsi- loxane ou de la résine époxy en tant que diélectrique, on introduit dans la composition isolante électrique un durcisseur. Dans ce cas, le durcissement du maté- riau est simultané avec son obtention. On peut utiliser tout durcisseur connu em- ployé pour les polymères. Dans certains cas, il est recommandé lors de la fabrication du matériau anysotrope conducteur d'utiliser deux paires d'électrodes, au moins. Ceci peut être exigé lorsque, par exemple, il faut obtenir un coupleur électrique ou des coupleurs pour deux pat- tes conductrices sur les cartes. Pour relier une plus grande quantité de pattes conductrices sur les cartes, il faut avoir une grande quantité de paires d'électro- des. Le matériau anysotrope conducteur obtenu suivant le procédé proposé comporte des chaînettes de particules conductrices de conductibilité égale le long de tout le matériau. Le matériau est suffi- samment élastique et a de grandes dimensions. Le procédé d'obtention d'un matériau any- sotrope conducteur est assez simple technologique- ment et est réalisé de la façon suivante. Une composition contenant un diélectrique, des particules conductrices et un durcisseur est éta- lée sur un film isolant électrique disposé sur les faces d'extrémité des électrodes inférieures. On met un matériau isolant, par exemple, du verre organique, de la résine époxy, entre les électrodes. Sur la face supérieure de la couche de com- position, on place un autre film isolant électrique. Pour interdire l'écoulement de la composition, on a prévu une enceinte disposée sur le film inférieur et dont la hauteur est égale à la hauteur entre les. films isolants électriques. Au-dessus du film isolant électrique sont disposées des électrodes supérieures entre lesquelles est également placé un matériau iso- lant. Les électrodes supérieure et inférieure sont fixées. On applique aux électrodes une différence de potentiel. A la fin du durcissement de la composi- tion, la différence de potentiel est éliminée et on obtient le matériau anysotrope conducteur. Si l'on utilise en tant que diélectrique de la paraffine, la composition contenant la paraffine et les particules conductrices est portée au préalable jusqu'à une température prédéterminée. Ensuite, la technologie est la même que celle décrite plus haut, sauf que le durcissement du matériau obtenu se fait par refroidissement. Ensuite, on supprime la différence de potentiel. Pour mieux comprendre la présente invention, on donne ci-dessous les exemples concrets suivants. EXEMPLE 1 Du polyméthylsiloxane est mélangé avec des particules de cuivre. Apres le mélangeage, on introduit un durcisseur constitué d'octoate d'étain et de tétra- étoxysilane, et on met la composition obtenue sur le film isolant électrique en polyéthylènetéréphtalate. L'épaisseur du film est de 16 Fm. Sur la surface supérieure de la couche de composition, on place un film isolant électrique de la même épaisseur. La hauteur entre les films isolant, électriques est de 1 mmn. La composition est mise dans une enceinte disposée sur le film isolant électrique inférieur. Au-dessous du film inférieur et au-dessus du film supérieur sont fixées des électrodes (une pai- re). La hauteur de l'électrode est de 6 mm. Aux élec- trodes est appliquée une différence de potentiel égale à 4 kV. Au bout de 10 mn, la différence de potentiel est supprimée. Le matériau obtenu a une résistance électri- que de la chaînette de particules conductrices égale à 0,2 Ohm sous une pression mécanique extérieure sur le matériau de surface (0,5 x 0,5) mm2, de 0,5, N. EXEMPLE 2 On prépare un matériau anysotrope conducteur suivant la technologie décrite dans l'Exmple 1, sauf qu'on utilise deux paires d'électrodes. Les électrodes supérieure et inférieure disposées à une distance de 1,25 mm l'une de l'autre, sont isolées par de la rési- ne époxy. Le matériau obtenu a les mêmes propriétés que celui obtenu selon l'Exemple 1 et peut être uti- lisé pour coupler deux tronçons conducteurs de cartes. EXEMPLE 3 On prépare le matériau anysotrope conducteur suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1, sauf qu'on utilise 256 paires d'électrodes. La distance entre les électrodes supérieure et inférieure est de 1,25 mm. Les dimensions du matériau obtenu sont: x 20 mm2. EXEMPLE 4 On prépare le matériau anysotrope conducteur suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1, sauf que la hauteur des électrodes est de 3 mm et on utilise 256 paires d'électrodes. La distance entre les électro- des supérieure et inférieure est de 1,25 mm. Le matériau obtenu a une résistance de la chaînette de particules conductrices égale à 0,8 Ohm sous une pression mécanique sur le matériau d'une sur- face de (0,5 x 0,5) mm2 avec une force de 0,5 N. EXEMPLE 5 On prépare le matériau anysotrope conducteur suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1, sauf qu'on utilise en tant que particules conductrices des parti- cules de fer. La résistance électrique de la cha nette de particules conductrices du matériau obtenu est de 1,2 Ohm. EXEMPLE 6 On prépare le matériau anysotrope conducteur suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1, sauf qu'on utilise les particules conductrices de fer et que la hauteur de chaque électrode est de 3 mm. La résistance électrique de.la chaînette de particules conductrices du matériau obtenu est de 6 Ohm. EXEMPLE 7 On prépare le matériau anysotrope conducteur suivant le procédé décrit dans l'Exemple 1, sauf qu'on utilise la résine époxy en tant que diélectrique et le durcisseur est le polyéthylênepolyamine. La résistance électrique de la chaînette de particules conductrices du matériau obtenu est de 0,5 Ohm. EXEMPLE 8 De la paraffine est portée à une température de 60 C et on y ajoute des particules conductrices en laiton. A partir de la composition obtenue, on fabri- que un matériau anysotrope conducteur suivant le pro- cédé décrit dans l'Exemple 1, sauf que le durcissement du matériau se fait par refroidissement par air. Ensui- te, on supprime la différence de potentiel. La résistance électrique de la chaînette de particules conductrices du matériau obtenu est de 1,4 Ohm. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau any- sotrope conducteur qui consiste en ce qu'une composi- tion contenant un diélectrique et des particules con- ductrices est placée entre deux électrodes auxquelles on applique une différence de potentiel, caractérisé en ce qu'entre les électrodes et la composition sont placés des films isolants électriques d'une épaisseur interdisant l'accès des particules conductrices aux électrodes sous tension, la hauteur de chaque électro- de étant supérieure à celle entre lesdits films iso- lants électriques de trois fois au moins, et le maté- riau obtenu étant durci. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on utilise, au moins deux paires d'électrodes. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation de la pa- raffine en tant que diélectrique, la composition est portée à une température de 60 à 70 C avant l'appli- cation de la différence de potentiel et le durcisse- ment du matériau à obtenir se fait par refroidisse- ment. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation du polydimé- thylsyloxane ou de la résine époxy en tant que diélec- trique, on introduit auxiliairement un durcisseur dans la composition isolante électrique.