Brevet FR2647587A1 — publié le 19901130

L'invention concerne le domaine de la fabrica- tion de pièces en céramique, et elle a trait plus par- ticulièrement à un procédé perfectionné pour appliquer des pistes conductrices ou des terminaisons conductrices sur des pièces en céramique telles que des condensateurs. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N' 3 235 939 et N' Re.26 421 décrivent des procédés de fabrication d'un condensateur céramique miniature, certains de ces procédés étant actuellement utilisés dans la technique. L'un de ces procédes utilise une électrode métallique finement divisée qui est appliquée sur une bande ou une feuille de céramique non frittée. Puis un grand nombre de ces feuilles revêtues et non revêtues sont assemblées les unes au-dessus des autres dans l'ordre et l'orientation appropriés. L'ensemble est ensuite coupé en pièces individuelles, les pièces sont comprimées sous une certaine pression, puis cuites pour fritter la céramique. Après la cuisson, une matière de terminaison composée d'un métal finement divisé dans un support organique est appliquée sur les extrémités d'électrodes exposées des condensateurs céramiques, formant ainsi les terminaisons. Puis les condensateurs sont portés à une température suffisante pour fixer par fusion les terminaisons au corps du condensateur. Des connexions d'armature peuvent ensuite être fixées (soudées, brasées, etc.) aux terminaisons conductrices. Dans le procédé antérieur décrit ci- dessus, un certain nombre de difficultés résultent de l'opération de formation des terminaisons. L'une des difficultés prin- cipales est qu'une mauvaise adhérence des terminaisons sur le corps en céramique du condensateur peut apparaitre, si bien que le contact est souvent ténu entre certaines électrodes du condensateur et les terminaisons cuites, ce qui peut faire varier les paramètres électriques du condensateur d'une manière imprévisible et erratique. Une autre difficulté principale de ce procédé de l'art antérieur est que, étant donné que la seconde cuisson doit avoir lieu à une température plus basse que celle de la première cuisson, la température maximale de fonctionnement du condensateur est abaissée à la tempéra- ture inférieure de la seconde cuisson. Dans un autre procédé de l'art antérieur, actuellement en service, la matière de terminaison est appliquée après la première cuisson et est constituée d'un métal finement divisé et de particules de verre finement divisées (fritte) dans un liquide ou une pâte organique. Bien que la fritte de verre améliore l'adhérence, elle diminue souvent l'aptitude au soudage des connexions électriques et, du fait de la teneur en verre, elle est fragile et est donc aisément brisée et résiste mal aux chocs thermiques. De plus, les métaux communément utilisés dans les terminaisons tendent à passer par dissolution (lixiviation) dans la soudure utilisée dams la fixation des connexions d'armature. Si la seconde cuisson uitlisée pour la fusion de la fritte de verre est effectuée a une température égale ou supérieure à celle de la première cuisson, la couche de terminaison risque alors de se séparer du condensateur céramique. Pour améliorer le comportement des terminaisons réalisées avec une fritte de verre, un procédé de métal- lisation est parfois utilisé pour achever et améliorer la couche de terminaison sur une pièce en céramique. Le procéde de métallisation peut introduire d'autres difficul- tés par le fait qu'il utilise des solutions fortes, qui attaquent les frittes de verre et la céramique, provoquant la formation d'interfaces non uniformes entre les. ter- minaisons et les corps en céramique, ce qui conduit de nouveau à une dégradation du joint, à la fois du point de vue mécanique et du point de vue électrique. De plus, le comportement du condensateur peut être dégrade par le 2647587; piégeage de solutions de métallisation ou d'autres contaminants étrangers introduits durant le processus de métallisation. Le résultat net est que les condensateurs sont compromis et que l'intégrité du dispositif disparait. Dans le brevet N 3 235 939 précité, on a proposé d'appli- quer les terminaisons métalliques finement divisées sur les condensateurs céramiques crus a titre de mesure d'économie avant le frittage de la céramique. Cependant, on a de nouveau relevé une mauvaise adhérence des terminaisons métalliques sur les corps de condensateur, et il en est résulté des variations inacceptables des paramètres prévus des condensateurs. Dans un autre procédé de l'art anté- rieur, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 4 246 625, les terminaisons d'extrémités sont composées de particules finement divisées de nickel ou de cuivre, associées a une fritte de verre et du dioxyde de manganèse, les terminaisons d'extrémités étant cuites en même temps que le corps du condensateur. Les terminaisons d'extrémités de ce type, qui contiennent une fritte de verre, sont affectées du même défaut que celui mentionné ci-dessus, à savoir une plus faible soudabilité de connexion, etc. L'invention a donc pour objet principal de fournir un procéde pour former une terminaison conductrice ou des pistes conductrices fiables pour des composants électroniques en céramique tels que des condensateurs, des résistances, des circuits hybrides, etc., lequel procédé évite les difficultés et les inconvénients rencontrés précédemment avec les procédés antérieurs d'application de terminaisons. Conformément à' l'invention, après que des pièces individuelles en céramique telles qu'un condensateur ont été fabriquées dans un état non fritté, une couche de terminaison composée d'un mélange de métal finement divisé et de céramique de la même composition ou d'une composition similaire à celle du condensateur céramique, dans un support organique à l'état de liquide ou de pâte, est appliquée sur les côtés à électrodes exposés des pièces de condensateurs. Puis les condensateurs sont frittés a leur température normale de cuisson. Durant le processus de frittage, la céramique se trouvant dans la couche de terminaison est simultanément frittée sur le corps du condensateur par des réactions à l'état solide et forme une liaison mécanique intégrée, ce qui a pour résultat une terminaison monolithique cuite simultanément. Une excel- lente conductivité électrique entre chaque électrode du condensateur et la terminaison frittee est obtenue avec la composition métallique se trouvant dans la couche de terminaison. La couche de terminaison nécessite les proportions appropriées de la céramique au métal dans la composition pour obtenir des caractéristiques optimales. Si la composition de la couche de terminaison est la même que celle de la céramique du corps, la céramique de la couche de combinaison constitue habituellement de 10% à 60% de céramique, en volume, dans la composition céramique- métal. Si une plus faible conductivité électrique du composant céramique est admise, le pourcentage de céramique peut alors être élevé à une valeur pouvant atteindre 75% en volume. Si le type de céramique dans la couche de ter- minaison diffère de celui du corps en céramique du fait de l'utilisation de composés de fondant, tels que des verres ou des argiles pour haute température, par exemple, de la stéatite, la teneur en céramique, en volume, de la couche de terminaison peut alors être abaissée jusqu'à 2%. Lorsque l'on utilise des pourcentages plus élevés de céramique pour améliorer le comportement physique, la soudabilité des couches de terminaison est réduite. Pour compenser cet état, une couche supplémentaire de métal finement divisé, avec un plus faible pourcentage de céramique ou sans céramique, est appliquée sur la couche initiale de terminaison céramique-métal, avant tout processus de frittage. Le condensateur et les couches de terminaison sont ensuite frittés, comme défini, en un bloc intégre monolithique. Cette technique de cuisson simultanée résout les problèmes de l'art antérieur posés par une mauvaise adhérence, une mauvaise soudabilité, une ins- tabilité du comportement électrique et d'autres difficultés rencontrées jusqu'à présent. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective à échelle très agrandie d'un élément de condensateur céramique non cuit comportant des électrodes espacées ayant des bords apparents, à un stade de fabrication du conden- sateur; - la figure 2 est une vue en perspective, à échelle encore plus agrandie, avec coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe horizontale suivant les lignes 3-3 et 4-4, respectivement, de la figure 1; - la figure 5 est une vue en perspective du bloc condensateur céramique de la figure 1 sur lequel des couches de terminaison sont appliquées, avant la cuisson simultanée; - la figure 6 est une vue analogue à la figure , montrant le bloc de la figure 5 sur lequel les couches supplémentaires de terminaison sont appliquées avant la cuisson simultanée; - la figure 7 est une vue de côté du bloc condensateur de la figure 5 ou de la figure 6 après la cuisson et l'application de connexions d'armature; et - la figure 8 est une vue en bout du bloc condensateur acheve, suivant la ligne 8-8 de la figure 7. En référence à présent au dessin, sur lequel les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments ou des éléments correspondants sur les diverses figures, les figures i a 4 représentent un condensateur désigné globalement par la référence numérique 10, à un stade de fabrication. Le condensateur 10 comporte un bloc ou corps céramique 12 composé d'une matière céramique non frittée. Les couches métalliques espacées 14, 16 sont situées dans le corps rectangulaire 12 et aboutissent alternativement par des extrémités opposées a des côtés 18, du corps 12. Le corps 12 est produit par l'assemblage vertical de plusieurs feuilles en un ensemble, la compres- sion de l'ensemble comme expliqué en détail dans le brevet nu 4 235 939 précité, et la coupe de l'ensemble en pièces ou corps individuels 12. A présent, conformément à l'invention, les côtés 18 et 20 du corps 12 sont revêtus de minces couches 22, 24, comme montré sur la figure 5. Chacune des couches 22, 24 est composée d'un métal finement divisé tel que du platine, du palladium, de l'or, etc., en mélange avec une matière céramique, avantageusement la même que celle du corps céramique 12, ou d'une composition sensiblement similaire à celle du corps 12, en une forme de pàte ou de liquide organique classique. Les couches 22, 24 sont habituellement d'une épaisseur qui ne dépasse pas 0,025 mm et elles peuvent recouvrir la totalité des côtés 18, 20 et déborder sur le corps 12, ou bien elles ne peuvent recouvrir que des parties de ces côtés, suffisamment pour recouvrir une extrémité ou un bord exposé 21, 23 de l'électrode respective 14, 16. A ce stade, le condensateur 10' montré sur la figure 5 peut être cuit pour amener à maturation le bloc ou corps céramique 12, les électrodes 14, 16 et les couches 22, 24 afin de former la structure monolithique intégrée de condensateur 10" montrée sur la figure 7. Puis, à un stade suivant, de la soudure 26 peut être appliquée sur les côtés extérieurs des couches de terminaison 22', 24' amenées à maturation et des connexions 28 sont appliquées pour achever le condensateur 10". En variante, les couches 22, 24 peuvent recevoir chacune de minces couches 25 et 25', comme montré sur la figure 6, avant la cuisson simultanée, pour améliorer le comportement ou pour adapter aux exigences les terminaisons du condensateur. Les couches 25, 25' sont composées d'un métal finement divisé, avec ou sans céramique, dans une forme de liquide et de pâte organique. Apres cuisson simultanée, les couches 22, 24, 25 et 25' sont intégrées les unes aux autres et avec les côtés du bloc ou corps 12' de céramique et avec les électrodes 14, 16. Ensuite, la soudure 26 et les connexions 28 peuvent être appliquées sur les terminaisons 22' et 24' du condensateur pour achever l'assemblage du condensateur 10" comme montré sur les figures 7 et 8. Si l'on souhaite améliorer la coupe de l'assemblage des couches céramiques non frittees, après compression des couches comme mentionné ci- dessus et comme décrit dans le brevet N' 3 235 939 précité, l'assemblage peut être soumis a un traitement thermique pour provoquer une coalescence de particules et éliminer le liant, ce qui permet plus aisément a l'assemblage d'être coupé en blocs 12 à l'aide de scies ou de couteaux. Dans la mesure ou la présente invention est concernée, le corps céramique du bloc 12, qu'il soit non cuit ou partiellement cuit pour éliminer le liant, est encore dans un état non fritté de manière que les couches 22, 24, 25 et 25' soient intégrées au bloc ou au corps 12 et aux électrodes 14, 16 après leur cuisson simultanée. Bien que l'invention ait été expliquée en association avec un condensateur a couches multiples, il est possible d'appliquer le même procéde a un condensateur comportant un corps céramique non fritté unique, tel que le condensateur illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 4 205 364, Les couches de terminaison composées d'un mélange de matière céramique et d'un métal finement divisé pour la couche principale et, si neces- saire, d'un métal finement divisé, avec ou sans la composition céramique, pour la seconde couche, sont appliquées et cuites simultanément avec le corps céramique 12 et son électrode, comme expliqué ci-dessus en regard des figures 5 et 6. Puis les condensateurs peuvent également recevoir l'addition de joints soudés et/ou de connexions comme expliqué en regard des figures 7 et 8. Il est préférable que la composition de la couche de terminaison de la piste conductrice soit la même que la composition céramique du corps 12 et, dans ce cas, la céramique de la couche de terminaison est habituellement de la céramique à raison de 10% à 60% en volume. Si le composant est une résistance ou un autre composant résistif, ou si une plus faible conductivité électrique est admise pour le composant céramique, le pourcentage de la céramique par rapport au métal dans la couche de ter- minaison et la piste conductrice peut alors être élevée à une valeur pouvant atteindre 75% en volume. De plus, si la céramique dans la couche de terminaison ou dans la piste conductrice diffère de celle du corps du fait de l'utilisa- tion d'un agent fondant, le pourcentage de céramique par rapport au métal dans la couche de terminaison peut alors être abaissé jusqu'à 2% en volume. Il convient de noter que, bien que l'invention ait été illustrée et expliquée en association avec des condensateurs, le procédé peut également être appliqué à d'autres composants électroniques en céramique tels que des résistances, des inductances, des réseaux, des circuits hybrides, etc. Le procédé mentionné ci-dessus, lorsqu'il est utilisé dans des circuits hybrides, peut être appliqué pour former des pistes conductrices de' manière que le circuit hybride achevé ressemble beaucoup à une plaquette à circuit imprimé sur laquelle les composants électroniques peuvent ensuite être posés. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procéde et au condensateur décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procéde d'application de plusieurs pistes conductrices sur l'extérieur d'un composant céramique (10) ayant un corps (12) en céramique frittée, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer lesdites pistes sur le corps, les pistes étant composées uniquement d'un métal finement divisé et d'une céramique finement divisée sensiblement identique à la céramique du corps, dans un support organique, à appliquer une couche (22, 24) de terminaison sur lesdites pistes, la couche de terminaison comportant un métal finement divisé dans un support liquide et des particules céramiques finement divisées, sensiblement de la même céramique que celle du corps, et à cuire simultanément le corps, les pistes et la couche de terminaison pour les intégrer en un bloc monolithique intégre. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le composant céramique est un conden- sateur. 3. Procéde selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les pistes conductrices sont composées d'une composition de céramique et de métal dans laquelle la proportion de céramique est comprise sensiblement entre 10% et 60% en volume. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le composant céramique est une résistance et en ce que les pistes conductrices sont formées d'une composition de céramique et de metal dont sensiblement 30% à 75% en volume sont constitués de céramique. 5. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la céramique finement divisée desdites pistes diffère de celle du corps par l'utilisation de composés fondants et les pistes sont formées d'une composition de céramique et de métal dont sensiblement 2 à % en volume sont constitués de céramique. 6. Procédé de fabrication d'un condensateur, caractérisé en ce qu'il consiste a réaliser un corps (12) en matière céramique non frittee contenant de minces électrodes espacées (14, 16) composées d'une matière métallique finement divisée ayant des bords exposés à des côtés espacés (18, 20) du corps, à appliquer une couche conductrice (22, 24) sur les côtés espacés du corps afin de recouvrir et de connecter électriquement lesdits bords exposés des électrodes, la couche étant constituée d'un mélange composé uniquement d'un métal finement divisé, de particules céramiques finement divisées et d'un support liquide organique, le procéde consistant en outre a cuire simultanément le corps, les électrodes et les couches pour les intégrer en un bloc monolithique intégré afin que les couches forment des terminaisons conductrices pour les électrodes. 7. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la céramique du mélange est sensiblement la même que celle du corps. 8. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que les particules de céramique constituent sensiblement entre 10% et 60% en volume du mélange à l'exclusion dudit support, afin d'assurer une intégration complète des couches avec le corps et les électrodes à la suite de la cuisson. 9. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il consiste en outre à fixer des connexions (28) aux terminaisons conductrices pour achever le condensateur. 10. Procédé de fabrication d'un condensateur, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un corps (12) en matière céramique non frittée contenant des électrodes espacées (14, 16) composées d'une matière métallique finement divisée et ayant des bords exposés à des côtés espacés (18, 20) du corps, à appliquer une première couche (24) de terminaison sur lesdits côtés du corps afin de recouvrir et de connecter électriquement les bords exposés des électrodes, chaque couche n'étant composée que d'un mélange de métal finement divisé, de particules céramiques finement divisées et d'un support organique liquide, le procédé consistant en outre a appliquer une seconde couche de terminaison (25, 25') sur la première couche, la seconde couche étant composée d'un métal finement divisé et d'un support organique liquide, et à cuire simultanément le corps, les électrodes et les première et seconde couches pour les intégrer en un bloc monolithique intégré afin que les première et seconde couches intégrées forment des terminaisons conductrices desdites électrodes. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les particules céramiques de la première couche de terminaison constituent sensiblement entre 10% et 60% du volume du mélange à l'exclusion du support, pour assurer que les première et seconde couches soient totalement intégrées entre elles et avec le corps et les électrodes à la suite de la cuisson. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde couche de terminaison contient des particules de céramique jusqu'à 60% en volume à l'exclusion du support. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à fixer des connexions (28) aux terminaisons conductrices pour achever le condensateur. 14. Procéde de fabrication de condensateurs, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un corps (12) à partir d'un ensemble de bandes de matière céramique non frittée contenant des premières couches espacées (14, 16) de matière métallique finement divisée, à cuire à tempéra- ture relativement basse le corps pour provoquer une coalescence des particules et éliminer le liant, à découper le corps pour former un grand nombre de blocs, les premières couches constituant des électrodes ayant des bords exposés aux côtés (18, 20) des blocs, a appliquer des deuxièmes couches conductrices (22, 24) sur les côtés de chacun des blocs afin de recouvrir et de connecter électriquement les bords exposés des électrodes, les deuxièmes couches étant composées uniquement d'un mélange de métal finement divisé, de particules céramiques finement divisées et d'un support organique liquide, et a cuire simultanément le bloc, les électrodes et les deuxièmes couches pour les intégrer en un bloc monolithique intégre et de manière que les deuxièmes couches forment des terminaisons conductrices des électrodes. 15. Procedé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à appliquer sur les deuxièmes couches, avant la cuisson simultanée des troisièmes couches (25, 25') constituées d'une matière métallique pour permettre aux connexions d'être aisément fixées aux troisièmes couches. 16. Procéde selon la revendication 14, caractérisé en ce que les particules céramiques des deuxièmes couches constituent sensiblement entre 10% et %, en volume, du mélange, à l'exclusion du support, pour assurer que les électrodes et les deuxièmes couches sont totalement intégrées entre elles et avec le bloc a la suite de la cuisson simultanée. - 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les troisièmes couches métalliques comprennent des particules céramiques finement divisées. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à fixer des connexions (28) aux deuxièmes couches pour achever le condensateur. 19. Condensateur céramique multicouche du type comportant plusieurs couches superposées verticalement (14, 16) en matière céramique non frittee, chaque couche contenant des électrodes, les électrodes de couches alternées s'étendant jusqu'à l'un de deux côtes exposés et espacés (18, 20) desdites couches, le condensateur étant caractérisé en ce qu'il comporte une couche conductrice (22, 24) appliquée sur chacun des côtés exposés desdites couches pour recouvrir et connecter électriquement les électrodes, la couche conductrice étant constituée d'un mélange uniquement de métal finement divisé et de par- ticules céramiques finement divisées dans un support organique liquide, les particules céramiques non frittées dans ladite couche étant identiques à la céramique desdites couches, les couches superposées verticalement et les couches conductrices étant cuites simultanément pour s'intégrer entre elles et former un bloc monolithique intégre (10).