FR2568053A1

FR2568053A1 - Procede de fabrication d'un condensateur ceramique multicouche et condensateur ainsi obtenu

Info

Publication number: FR2568053A1
Application number: FR8506957A
Authority: FR
Inventors: Ricardo Garcia; Robert H Marion
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1985-05-07
Publication date: 1986-01-24
Also published as: GB2162371B; US4584629A; DE3509593A1; JPS6132507A; GB2162371A; JPH0257326B2; CA1241078A; GB8432165D0

Abstract

DANS CE PROCEDE, ON FORME UN CORPS CERAMIQUE MONOLITHIQUE 10 PRESENTANT DES ZONES VIDES 11, 13 QUI DEBOUCHENT RESPECTIVEMENT SUR DES TRANCHES OU BORDS 12 ET 14 DE CE CORPS. ON REMPLIT ENSUITE LES VIDES 11, 13 D'UN METAL FONDU, LES TRANCHES 12, 14 AYANT ETE PREALABLEMENT REVETUES, NOTAMMENT PAR PULVERISATION CATHODIQUE, D'UNE MINCE COUCHE D'UN METAL (PAR EXEMPLE, DE CHROME) POUVANT ETRE MOUILLEE PAR LE METAL FONDU INJECTE. CE METAL INJECTE ADHERE A LA COUCHE METALLIQUE PREALABLEMENT DEPOSEE, DE SORTE QU'IL RESTE RETENU DANS LES ZONES VIDES 11, 13 DU CORPS CERAMIQUE SANS S'ECOULER AU DEHORS. L'INVENTION SE RAPPORTE EGALEMENT A UN CONDENSATEUR FABRIQUE SELON CE PROCEDE.

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication

d'un condensateur céramique multicouche (MLC) et le con-

densateur ainsi obtenu.

Les condensateurs multicouches comprenant un diélectrique céramique sont largement répandus, et ces condensateurss sont utilisés dans pratiquement tous les

dispositifs électroniques produits actuellement. On esti-

me que les ventes de condensateurs MLC se comptent par

milliards chaque année.

Des exemples types de moyens de fabrication de condensateurs MLC sont décrits d'une façon générale dans un ou plusieurs des brevets des E.U.A. 3 004 197 et

3 235 930.

Le procédé tel qu'il est décrit dans les bre-

vets cités consiste à former tout d'abord une mince cou-

che cohérente d'une poudre céramique finement divisée en suspension dans une matrice de liant organique. Ensuite, on imprime une couche ou feuille de céramique dite verte

avec une encre qui est typiquement composée d'un sol-

vant, d'une certaine quantité d'une matière constituant

une charge ou un liant organique et de particules fine-

ment divisées d'un métal noble tel que le palladium.

Cette composition d'encre est imprimée sur la couche de céramique verte selon un tracé prédéterminé

pour définir une multiplicité de zones discrètes espa-

cées situées dans des relations spatiales prédéterminées

les unes par rapport aux autres.

La phase suivante du procédé de fabrication con-

siste à empiler une multiplicité de feuilles imprimées

de telle manière que les tracés d'encre des feuilles ad-

jacentes se recouvrent sur la plus grande partie de leur

surface mais que chacun comprenne des parties qui débor-

dent latéralement au-delà de la zone imprimée de la

feuille superposée.

On soumet l'empilement résultant à une compres-

sion et, ensuite, on le découpe en unités individuelles.

Le découpage s'effectue dé telle manière que les bords

d'extrémités des parties débordantes des composants im-

primés soient mis à découvert sur les côtés opposés des unités découpées. Les unités individuelles sont ensuite chauffées de manière à chasser les composants organiques

de la matière liante céramique et de l'encre et, ensui-

te, soumises à un chauffage à des températures plus éle-

vées, ce qui entratne un frittage résultant de la cérami-

que et la transformation des particules métalliques en

armatures de condensateurs.

Un aspect des condensateurs MLC qui avaient jus-

qu'à présent augmenté considérablement le coût de la fa-

brication consistait dans le fait qu'il était exigé que le constituant métallique de l'encre qui joue le rôle d'une armature dans le condensateur fini, soit capable de résister aux hautes températures de frittage qui sont nécessairement imposées à la céramique. le choix des métaux utilisés pour la formation des armatures était

donc limité à des métaux nobles, coQteux et, en particu-

lier, au palladium.

Afin de se dispenser de la nécessité d'utiliser

des métaux nobles, on a tenté de fabriquer des condensa-

teurs MLC en formant tout d'abord un monolithe céramique fritté possédant des zones vides ou sensiblement vides

dans les positions destinées à être occupées par les ar-

matures. Ensuite, on remplissait ou on enduisait les zo-

nes vides d'une matière métallique de formation des arma-

tures. Etant donné que la matrice céramique avant déjà

été frittée et qu'on n'avait donc plus à la soumettre en-

suite à des températures excessivement élevées, les arma-

tures pouvaient dans ce cas être formées de métaux cou-

rants tels que le plomb, l'étain, l'aluminium, le cuivre

et les alliages de ces métaux.

Un procédé typique utilisé pour fabriquer le mo-

nolithe céramique présentant les zones vides désirées consiste à utiliser une série de feuilles ou couches de céramique verte du genre habituel et à interposer entre les couches des matières organiques ou des matières qui forment une structure poreuse lorsque la céramique verte

est cuite et frittée. Les procédés et articles permet-

tant de réaliser le monolithe céramique qui comprend les zones vides désirées sont décrits dans les brevets des E.U.A. suivants: 2 554 327, 2 861 320, 2 875 501,

2 919 483, 3 679 950, 3 772 748, 3 829 356, 3 879 645,

3 965 552, 4 030 004, 4 071 878 et 4 353 957. Un mode de

formation d'une céramique présentant des vides inté-

rieurs destinés à être remplis ensuite d'une matière con-

ductrice, qui est très proche des procédés ci-dessus, et

des moyens permettant d'introduire la matière conductri-

ce sont décrits dans le brevet britannique 1 178 745.

Les brevets de la technique antérieure qui ont

été cités plus haut décrivent de même des moyens permet-

tant de remplir les vides de matière conductrice pour former les armatures. D'une façon générale, on propose

deux types distincts de procédés de remplissage.

Selon un procédé, on imprègne les zones vides d'une matière liquide qui, soit, contient une suspension de particules conductrices, soit constitue une solution de sel métallique réductible, de manière à revêtir les surfaces limites des vides. Dans le cas de l'utilisation de sels réductibles, on chauffe la matrice céramique dans une atmosphère réductrice après le revêtement, de

manière à transformer les sels en métal pur.

Un autre procédé de formation de conducteurs ou d'armatures est décrit à titre d'exemple dans le brevet

britannique 1 178 745 précité. Selon ce brevet, on rem-

plit les zones vides d'un métal fondu, l'injection du mé-

tal s'effectuant par immersion de la matrice céramique

dans un bain de métal fondu sous des pressions inférieu-

res à la pression atmosphérique. Ainsi qu'on l'a proposé dans la référence britannique précitée, l'injection peut

faire suite à une phase antérieure dans laquelle on for-

me un revêtement mouillable de métal sur les surfaces in-

ternes des zones vides; ou bien on y forme un réseau mé-

tallique spongieux ou poreux, ces opérations facilitant

l'infiltration du métal fondu dans les zones vides.

Les deux modes de formation de régions conduc-

trices dans le corps céramique qui ont été décrits ci-

dessus présentent divers inconvénients qui, jusqu'à pré-

sent, ont fait obstacle à l'extension de leur utilisa-

tion. Dans le cas du procédé qui consiste à réduire à

l'état métallique des sels déposés en solution, le prin-

cipal inconvénient consistait dans la nécessité d'exécu-

ter des phases répétées d'injection de liquide et de ré-

duction pour obtenir un revêtement présentant la conduc-

tivité désirée. En outre, les principaux sels utilisés comprennent des sels à base d'argent qui sont également

coûteux. En outre, le condensateur résultant s'est révé-

lé difficile à munir de bornes ou connexions.

Dans le procédé de formation des armatures qui consiste à utiliser des remplissages composés de métaux

fondus, on n'éprouve pas de grandes difficultés à rem-

plir les vides contenus dans une matière céramique et

qui ont déjà été préalablement revêtus d'un film de mé-

tal mouillable ou d'un réseau de métal mouillable. Toute-

fois, l'introduction de films ou réseaux de métal mouil-

lable dans les substrats céramiques comprend des phases de fabrication additionnelles qui comportent une cuisson

dans des atmosphères réductrices, ce qui complique nota-

blement le processus de fabrication.

Bien qu'il constitue en principe le moyen le

plus efficace de fabrication des condensateurs, le procé-

dé consistant à remplir d'un métal fondu les zones vides

comprises entre des couches céramiques s'est révélé dif-

ficile à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle. Cet-

te difficulté résulte du fait que la matière fondue, qui est la plus habituellement le plomb fondu ou un alliage de plomb fondu, tend à s'écouler des zones vides, soit totalement, soit partiellement, dès que les condensateurs

ont été extraits du bain de métal fondu. En d'autres ter-

mes, bien qu'il soit facilement possible de forcer ou d'injecter un métal dans les zones vides comprises entre des couches diélectriques, il était jusqu'à présent pra- tiquement impossible de garantir que la totalité de la

matière injectée reste dans les zones vides.

Etant donné que la valeur d'un condensateur, c'est-à-dire sa capacité, est fonction de la surface de la matière des armatures, il est facile de comprendre que le fait que le métal fondu s'échappe de certaines des zones vides modifie considérablement la capacité du

composant fini.

Une autre difficulté qui est inhérente à la fa-

brication des condensateurs par le procédé d'injection de métal consiste dans la difficulté de la formation des bornes ou connexions sur les condensateurs. Il se pose

un problème en ce sens que, même si les zones vides si-

tuées à l'intérieur de la céramique restent remplies de

plomb fondu lorsqu'on extrait la céramique du bain d'im-

prègnation, la matière fondue tend à se rétracter sous l'effet du refroidissement, avec pour résultat qu'il se forme un espace libre entre l'extrémité du condensateur

et la surface extrême extérieure de la matière conductri-

ce. Lorsque la surface extrême extérieure de la matière conductrice est espacée du bord du condensateur, il est facile de comprendre que la formation des bornes doit

s'effectuer au moyen d'une matière de formation de bor-

nes qui pénètre dans la cavité intérieure du condensa-

teur sur une distance suffisante pour entrer en contact

avec le reste de la matière des armatures.

Pour éviter les problèmes inhérents au mode

dans lequel on remplit les corps diélectriques cérami-

ques d'une matière métallique fondue et o l'on procède

ensuite à la formation des bornes sur ce corps, il a dé-

jà été proposé de recouvrir les parties terminales ouver-

tes du corps de matière céramique d'un écran ou barrage

perméable avant l'imprégnation de ce corps, puis d'injec-

ter une matière fondue à travers les pores de l'écran

perméable. L'écran est réputé avoir pour fonction d'évi-

ter ou de limiter l'écoulement de la matière conductrice

à l'extérieur du corps céramique.

Dans le brevet des E.U.A. 4 030 004, on a dé-

crit un procédé utilisant de tels écrans perméables. Se-

lon ce brevet, on forme sur les parties d'extrémités du

corps céramique préalablement formé, une plaquette de cé-

ramique ou de fritte de verre dans laquelle est incorpo-

rée une matière conductrice, de sorte que les vides inté-

rieurs du corps céramique sont ainsi fermés à leurs ex-

trémités par un masque poreux. Le brevet indique qu'en adoptant des pressions élevées, on peut refouler le plomb fondu à travers les pores de l'écran perméable et le faire pénétrer dans les zones vides comprises entre

les couches diélectriques du corps céramique.

L'utilisation d'un masque céramique poreux en qualité d'écran perméable selon le brevet précité est d'un mauvais rendement et impossible à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle parce qu'après l'injection, il est nécessaire d'éliminer l'écran perméable par meulage

sur une épaisseur suffisante pour mettre à nu les par-

ties d'extrémités des armatures avant de pouvoir procé-

der à la formation effective des bornes. Naturellement, l'opération de meulage des deux parties d'extrémités d'un condensateur plaquette ou condensateur ultra-mince pour éliminer l'écran perméable constitue une opération

compliquée, en particulier si l'on tient compte de la pe-

tite dimension des condensateurs de ce genre, ce qui an-

nule dans une large mesure les économies réalisées par la suppression de l'utilisation de métaux nobles pour

les armatures.

Bien que, comme on l'a indiqué plus haut, le brevet précité propose d'injecter le métal à travers un écran perméable composé d'une fritte qui comprend des parties conductrices à base d'argent et d'utiliser

l'écran pour constituer une borne sur laquelle des con-

ducteurs peuvent être fixés, le mode opératoire n'est pas facile à mettre en oeuvre en raison de la difficulté

qu'on éprouve à réaliser une fritte acceptable. L'utili-

sation de ce procédé de frittage limite également le

choix des matières à utiliser pour la formation des bor-

nes, en ce sens que ces matières doivent être résistan-

tes au lessivage, mouillables et composées d'un métal no-

ble. Plus particulièrement, l'injection à travers les po-

res de la fritte ne s'effectue qu'avec les plus grandes difficultés. En outre, les constituants argentiques de

la fritte se dissolvent facilement dans la matière injec-

tée qui est à base de plomb, le résultat étant que l'opé-

ration d'injection élimine les constituants conducteurs de l'écran perméable, en laissant derrière lui un écran

sensiblement non conducteur, sur lequel il n'est pas pos-

sible de procéder à la formation des bornes avec une bon-

ne efficacité.

On peut dire en bref que l'invention a pour ob-

jet un procédé perfectionné de fabrication d'un condensa-

teur céramique opérant par injection de métal fondu. Se-

lon l'invention, un corps céramique connu en soi et com-

prenant une pluralité de couches diélectriques qui enca-

drent les vides intermédiaires, les vides des couches

successives débouchant alternativement sur deux côtés op-

posés du corps céramique, est tout d'abord traité par mé-

tallisation des extrémités du corps o les espaces vides débouchent, au moyen d'une mince couche métallique qui

est mouillable par la matière fondue à injecter. Le mé-

tal choisi pour la formation du revêtement de métallisa-

tion doit adhérer à la céramique et il doit être résis-

tant à un certain degré au lessivage par le métal à in-

jecter.

Bien que la couche de métallisation soit de pré-

férence déposée par une opération de pulvérisation catho-

dique, cette matière peut être déposée d'une autre fa-

çon, par exemple par galvanoplastie, évaporation, dépôt

chimique à l'état de vapeur ou par d'autres moyens analo-

gues quelconques. Selon une caractéristique facultative mais préférée, des franges du métal pénètrent légèrement dans les zones vides, bien que ceci ne soit absolument pas essentiel pour la réussite de la mise en oeuvre du procédé. La couche métallique est de préférence déposée pendant un temps o le corps du condensateur est emboîté dans ou protégé par un masque, de manière que la matière de métallisation n'entre en contact qu'avec les parties d'extrémités des condensateurs dans lesquelles les zones vides s'ouvrent et qu'elle ne forme pas un court-circuit

entre les surfaces d'extrémités.

Une caractéristique importante de l'invention consiste en ce que le métal doit être déposé de manière

que le dépôt du métal ne bouche pas les parties d'extré-

mités des zones vides ou ne les obstrue que dans une fai-

ble mesure, parce qu'on a constaté en effet que toute

obstruction notable accentue considérablement la diffi-

culté de l'imprégnation par le métal fondu.

Une condition critique pour la réussite de la

mise en oeuvre du procédé consiste en ce que le film mé-

tallique déposé doit être facilement mouillé par la ma-

tière fondue injectée et qu'il doit être raisonnablement

capable de résister au lessivage ou à la dissolution pen-

dant le temps nécessaire pour l'imprégnation.

La caractéristique essentielle de la présente invention consiste dans la découverte surprenante du fait que la tendance normale des métaux communs fondus tels que le plomb et les alliages de plomb à s'extruder

des espaces vides situés à l'intérieur de corps du con-

densateur lorsqu'on extrait ce corps du bain fondu est

pratiquement totalement éliminée lorsqu'avant l'immer-

sion, on forme une surface de film métallique mouillable laissée à découvert sur les surfaces d'extrémités des

corps des condensateurs. A la différence des écrans per-

méables utilisés selon les indications du brevet des E.U.A. 4 030 004, qui recouvrent physiquement les ouver- tures menant aux zones vides situées à l'intérieur du corps céramique et qui empêchent de cette façon le métal de refluer à travers les pores de l'écran, le revêtement

selon la présente invention ne fait pas obstacle à l'in-

troduction du métal fondu, il n'est pas pénétré physique-

ment par le métal et il empêche cependant le retour ou le reflux vers l'extérieur après l'imprégnation en dépit de l'absence totale d'écran ou barrage. Au contraire, le

métal fondu pénètre librement à l'intérieur du corps cé-

ramique et on pourrait normalement s'attendre à ce qu'il

s'écoule du corps céramique à l'extérieur.

Sans limiter l'invention à une théorie définie,

on peut proposer l'explication suivante. Lorsqu'on injec-

te un métal fondu dans un corps céramique et qu'on ex-

trait ce corps du bain de métal fondu, le métal tend sous l'effet de la tension superficielle, à prendre une configuration de boule sphérique ou quasi sphérique à

l'extérieur de la zone vide, ce qui provoque l'écoule-

ment à l'extérieur de cette zone. Cette tendance est ré-

duite mais non pas éliminée lorsqu'un écran poreux selon la technique antérieure est présent sur l'ouverture qui

débouche dans le corps céramique.

Lorsque la partie d'extrémité de la céramique

qui entoure l'ouverture est enduite d'une surface décou-

verte faite d'un film métallique qui est mouillable par le métal fondu, la tension superficielle du métal fondu est réduite à un minimum et la tendance du métal fondu à s'agglomérer en une boule sphérique ou quasi sphérique

à l'extérieur de la zone vide est pratiquement totale-

ment éliminée. La suppression de l'écran de la technique

antérieure a encore pour avantage de faciliter le rem-

plissage des zones vides puisque le métal fondu n'a pas

à pénétrer à travers une structure obturatrice.

Selon une forme préférée de réalisation de l'in-

vention, le film métallique est déposé par une Opération de pulvérisation cathodique, opération qui a pour résul- tat de former des franges microscopiques de la matière

métallique pulvérisée qui pénètrent dans le volume inté-

rieur des vides dans la région immédiatement adjacente

aux extrémités du corps du condensateur. La matière inté-

rieure ne gêne pas dans une mesure notable l'écoulement libre de la matière du bain d'imprégnation fondu vers

l'intérieur du corps céramique.

Un but de l'invention est donc de réaliser un

procédé perfectionné de fabrication d'un condensateur cé-

ramique.

Un autre but de l'invention consiste à réaliser

un procédé du type décrit dans lequel une matière d'im-

prégnation fondue puisse facilement être introduite dans

le volume intérieur d'un corps céramique et y être fia-

* blement retenue sans exiger l'injection forcée de la ma-

tière fondue à travers un écran ou rrage perméable.

Un autre but de l'invention est de réaliser un

procédé du type décrit qui comprenne, comme phase initia-

le, le revêtement des parties d'extrémités du corps céra-

mique, qui présentent les parties d'extrémités ouvertes des vides, d'une mince couche ou d'un film d'une matière métallique qui ne recouvre pas les vides mais qui revêt ou enduit la surface périphérique externe des parties d'extrémités ouvertes des vides, cette couche ou ce film métallique étant mouillable par le métal fondu et

relativement résistant au lessivage par le métal fondu.

Le procédé comprend la phase consistant à imprégner les zones vides de matière fondue, ensuite, à extraire les corps céramiques du bain d'imprégnation. Les cavités ou zones vides contenues dans le corps céramique restent sensiblement entièrement remplies de métal grâce au fait

que le film métallique empêche efficacement le métal fon-

du de s'échapper des cavités. En outre, en se refroidis-

sant, le métal fondu reste fiablement connecté électri-

quement au film métallique. En outre, le métal de l'im-

prégnation forme un conducteur continu aboutissant à la surface externe, de sorte que les bornes du condensateur peuvent être établies par soudage, soit sur la matière d'imprégnation; sur cette surface externe, soit sur des

franges du film métallique.

Alors que, dans les procédés antérieurs, on ob-

servait une tendance notable des constituants fondus, mê-

me lorsqu'ils restent à l'intérieur du corps céramique, à se rétracter par rapport à la surface du corps, et de cette façon, à se retirer par rapport à la surface du corps, ce qui rend difficile la formation de bornes sur

les constituants d'imprégnation retirés, le métal de rem-

plissage selon la présente invention reste fiablement connecté électriquement au film et forme un conducteur continu qui s'étend jusqu'à la surface externe, ce qui simplifie la formation des bornes et garantit que, étant donné que toutes les armatures restent en contact avec le film et qu'on obtient un conducteur ininterrompu, le

condensateur fini possède une capacité prévisible.

L'invention a encore pour objet un dispositif

condensateur fabriqué conformément au procédé de la pré-

sente invention.

Selon un autre aspect de l'invention, le film

métallique peut être composé d'une série de couches, no-

tamment, d'une première couche qui est fortement adhéren-

te à la matière céramique et d'une couche de recouvre-

ment capable de se fixer à la première couche et qui est

facilement mouillée par la matière d'imprégnation fon-

due. Une mince couche d'une matière résistante à l'oxyda-

tion est avantageusement déposée sur la deuxième couche de manière que la deuxième couche ne s'oxyde pas et ne

perde donc pas sa haute mouillabilité.

- 12

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la descrip-

tion qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue schématique en perspec- tive d'une matrice céramique dans l'état approprié pour

la formation des armatures et pour la formation des bor-

nes; la figure 2 est une coupe verticale prise selon la ligne 2-2 de la figure 1;

la figure 3 est une coupe partielle agrandie il-

lustrant l'opération de pulvérisation appliquée à une ex-

trémité de la matrice céramique; les figures 4 et 4a sont des vues en coupe de la matrice qui illustrent schématiquement les phases de remplissage ou de formation des armatures; la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 et qui illustre schématiquement l'état du condensateur sortant de la phase de formation des armatures après le

refroidissement.

Les figures 1 à 5 représentent un condensateur selon l'invention qui comprend un monolithe céramique 10

composé d'une composition céramique qui possède une hau-

te constante diélectrique, ou un K élevé, telle que le

titanate de baryum à titre d'exemple illustratif. La com-

position céramique, ainsi que les procédés et formules de mélange de cette composition, sont bien connus dans la technique, des exemples illustratifs de compositions

et- de procédés de ce genre étant décrits dans les bre-

vets des E.U.A. 3 004 197 et/ou 3 235 939, qui sont ci-

tés dans le présent mémoire à titre de référence. D'au-

tres formules et procédés de fabrication de ces formu-

les, qui peuvent être utilisés avec succès sont exposés

dans les références citées dans la partie technique anté-

rieure du présent mémoire.

Le monolithe céramique 10 qui est illustré à ti-

tre d'exemple sous la forme d'un parallélipipède allon-

gé, comprend une série de zones vides ou semi-vides qui se recouvrent, les zones vides 11-11 débouchant sur le

bord latéral 12 du monolithe et les zones 13-13 débou-

chant sur le bord latéral 14 du monolithe. Des moyens

permettant de former des vides 11-11 et 13-13 dans le mo-

nolithe sont décrits à titre d'exemple dans la partie

technique antérieure du présent mémoire.

L'expression "zones vides", telle qu'elle est

utilisée dans le présent mémoire, est destinée à dési-

gner des zones qui sont libres ou sensiblement libres de matière céramique dense et sont en conséquence sujettes

à être remplies par la matière métallique fondue desti-

née à la formation des armatures. Selon les procédés de la technique antérieure qui sont déjà connus, on forme de minces feuilles de céramique verte contenant chacune un liant organique. Les feuilles sont imprimées, par exemple, par impression à l'écran de soie ou équivalent,

avec une encre ou pâte qui peut comprendre un solvant or-

ganique, des agents de volume, tels que des liants, et des particules céramiques broyées, ces dernières ayant

pour fonction, d'une façon connue, d'empêcher l'affais-

sement des couches céramiques adjacentes pendant la cuis-

son consécutive; les feuilles sont ensuite chauffées progressivement pour éliminer par combustion le liant et

les composants organiques et pour assurer le frittage.

Les brevets des E.U.A. 2 554 327, 2 861 320, 2 875 501 et 2 919 483 cités plus baséconstituent des exemples représentatifs de moyens permettant de former un monolithe céramique possédant des zones vides par

l'incorporation de parties solides d'une matière organi-

que entre les couches de diélectrique.

Un trait commun à tous les procédés de forma-

tion de zones vides dans le diélectrique qui ont été ci-

tés réside dans le principe consistant à incorporer en-

tre les couches céramiques adjacentes formant le diélec-

trique, des concentrations de matières organiques ou ma-

tières analogues qui, lorsqu'elles sont soumises à la chaleur, se volatilisent et s'échappent de la céramique à travers les parties d'extrémités ouvertes, au niveau des bords latéraux 12 et 14 de la plaquette céramique précuite.

Pour simplifier, le monolithe 10 a été représen-

té sous une forme qui ne comprend que quatre zones vides 11-11, 13-13. Toutefois, en pratique, on peut former dans une seule plaquette jusqu'à soixante ou plus de

soixante zones vides de ce genre.

Des variantes de moyens permettant de former des vides ou sensiblementvides sont décrites dans les brevets des E.U.A. 3 679 950 et 3 879 645 cités plus bas. Selon le premier des deux brevets cités, les zones

vides sont composées de couches céramiques poreuses. Se-

lon le dernier des brevets cités, les zones vides sont

interrompues par une série de piliers ou granules de mé-

tal ou de matière céramique.

A titre illustratif et non limitatif, un exem-

ple représentatif d'un condensateur céramique selon l'in-

vention peut comprendre un monolithe céramique d'une lon-

gueur de 3,30 mm, les bords latéraux de ce monolithe

étant de configuration carrée et chacun de ces bords la-

téraux ayant une dimension d'environ 1,27 mm. Un conden-

sateur de la dimension précitée peut comprendre, par exemple, vingt zones vides 11 qui débouchent sur le côté 12 et s'enfoncent dans le monolithe en se dirigeant vers

le bord latéral 14, et se terminent en retrait par rap-

port à ce bord, et un nombre analogue de zones vides 13

qui s'enfoncent dans le monolithe à partir du bord laté-

ral opposé 12, mais se terminent en retrait par rapport à ce bord. Les zones vides peuvent être d'une largeur

d'environ 0,762 mm et d'une épaisseur ou hauteur d'envi-

ron 0,005 mm. Un condensateur utilisant une matrice fai-

te de titanate de baryum et possédant les dimensions pré-

citées peut posséder une capacité d'environ 0,1 microfa-

rad et une valeur nominale de tension de travail de 50 volts.

Le monolithe céramique 10 selon la forme de réa-

lisation des figures 1 à 5 est soumis ensuite à des pha- ses de pulvérisation cathodique qui ont pour fonction de

recouvrir les extrémités 12 et 14 sur lesquelles s'ou-

vrent respectivement les zones vides 11 à 13. Des moyens

appropriés pour exécuter la phase de pulvérisation catho-

dique sont décrits en détail dans la demande de brevet déposée aux E.U.A. le 15 Septembre- 1981 sous le numéro

de série 305 488. Etant donné que les modes de pulvérisa-

tion sont en soi connus de l'homme de l'art, on ne donne-

ra ci-après qu'une brève référence à cette phase. La pha-

se de pulvérisation est illustrée schématiquement sur la

figure 3.

En bref, les phases selon lesquelles les extré-

mités 12 et 14 sont revêtues par pulvérisation compren-

nent le montage d'une multiplicité de monolithes dans un dispositif de masquage qui les recouvre entièrement à l'exception de la surface à revêtir par pulvérisation, c'est-à-dire, à l'exception de la totalité de la surface ou des surfaces 12 et/ou 14. La surface représentée est

de préférence initialement décapée par pulvérisation ca-

thodique pour effectuer un nettoyage total et, de préfé-

rence, pour donner naissance à une zone d'impact rugueu-

se ou ondulée pour les couches métalliques déposées dans

la suite. Pour revêtir la surface nettoyée par pulvérisa-

tion, on la fait passer sous la cible T d'un dispositif de pulvérisation cathodique. Selon une caractéristique facultative mais préférée, on utilise un dispositif de pulvérisation en ligne tel qu'un dispositif connu sous

la désignation de SERIES 900 SPUTTERING DEVICE ("disposi-

tif de revêtement par pulvérisation cathodique série 900") tel que celui fabriqué par la Materials Research

Corporation of Orangeberg, New York, E.U.A..

Ainsi qu'on l'expose plus complètement dans la suite, un dispositif de revêtement par pulvérisation en ligne est avantageux en ce sens qu'il permet de faire avancer progressivement les surfaces 12 et 14 sous des zones de cibles possédant des compositions différentes, de sorte qu'une couche de première matière déposée par pulvérisation peut être formée directement au-dessus de la surface à revêtir par pulvérisation et que, ensuite, on peut déposer des couches additionnelles successives

sur cette couche.

A titre d'exemple non limitatif, on place un montage chargé d'une multiplicité de plaquettes dans un

sas de chargement à vide dans lequel on fait le vide jus-

qu'à une pression de moins d'environ 50 x 10-3 torr avant d'introduire le montage dans la chambre à vide principale de pulvérisation. Le montage chargé est amené

à un poste de décapage par pulvérisation à haute fréquen-

ce, dans lequel la pression est de moins de 5 x 10-6 torr. On introduit de l'argon gazeux de haute pureté dans la chambre de décapage de manière à obtenir une pression d'environ 10 x 10-3 torr. Les pièces peuvent être décapées pendant environ 30 secondes à un niveau de puissance d'environ 1, 5 kilowatt. Le montage portant le condensateur décapé est ensuite amené à un poste tel que

celui représenté sur la figure 3. De préférence, on dépo-

se une série de couches formées par pulvérisation, dont

chacune est faite d'un métal possédant une caractéristi-

que particulière désirée. Par exemple et selon une forme préférée, on peut déposer une première couche de chrome

pulvérisée à une épaisseur d'environ 0,05 micromètre. En-

suite, on dépose une couche de nickel, pulvérisée par dessus, d'environ 0, 12 micromètre. Finalement, on dépose

par dessus la couche de nickel une couche d'argent pulvé-

risée avec une épaisseur d'environ 0,1 micromètre.

Ainsi qu'on l'a représenté schématiquement sur la figure 3, le résultat de l'opération de pulvérisation

cathodique, qui est exécutée en utilisant la cible T, la-

quelle est disposée à peu près parallèlement à la surfa-

ce à revêtir par pulvérisation, consiste à arracher des ions à la cible métallique et à projeter ces ions sur la surface 12 ou 14. Sous l'effet de cette opération de pul- vérisation, et comme on l'a illustré par la figure 3,

les ions du métal de la cible sont dirigés vers la surfa-

ce revêtue par pulvérisation selon une série d'angles de sorte que l'opération de pulvérisation a non seulement

pour effet de former un revêtement sur la surface d'ex-

trémité des bords latéraux 12 et 14 mais également de

faire pénétrer le métal sur une petite distance à l'inté-

rieur des zones vides 11 et 13 respectivement, comme en 18, en laissant libre la majeure partie de la section de

l'orifice ou de l'extrémité de la zone vide.

On se reportera à nouveau à la figure 3 sur la-

quelle on a représenté schématiquement la formation d'un

revêtement C composé de trois couches, à savoir une cou-

che de base en chrome 15, une couche de recouvrement en

nickel 16 et une couche de surface en argent 17. La figu-

re 3 illustre également le fait que les couches 15, 16, 1-7 se prolongent ou pénètrent légèrement dans les zones

vides comme on l'a représenté en 18. La distance de péné-

tration de la matière déposée par pulvérisation dans les zones vides est naturellement fonction des conditions du

dispositif de pulvérisation et des dimensions des pla-

quettes soumises à la pulvérisation. Avec une plaquette

située dans l'intervalle de dimensions indiqué particu-

lièrement plus haut, le ou les revêtement(s) déposé(s)

par pulvérisation pénètre(nt) rarement dans les zones vi-

des sur une distance de plus d'une fraction d'une unité

de 25 micromètres (un millième de pouce).

Il est important de remarquer que la mise en oeuvre du présent procédé n'est aucunement limitée à

l'utilisation d'un procédé de dépôt par pulvérisation ca-

thodique et que l'efficacité du procédé n'est pas non plus limitée à des opérations d'enduction des extrémités dans lesquelles des parties du film métallique pénètrent à l'intérieur des vides. Le film métallique peut être

formé par galvanoplastie, par des techniques d'évapora-

tion des métaux, des techniques de dépôt chimique à

l'état de vapeur et équivalents. Actuellement, la pulvé-

risation cathodique est considérée comme le mode préféré en raison de son universalité, de son aptitude à déposer

des revêtements successifs composés de différents mé-

taux, et du fait que des parties du métal déposé tendent

à pénétrer légèrement dans les vides.

Sur les figures 4 et 4a, on a illustré schémati-

quement l'opération de production d'armatures consistant à introduire un métal de formation d'armatures par les extrémités ouvertes des zones vides 11 et 13. Selon ce

procédé, on dispose une multiplicité de plaquettes préa-

lablement soumises à l'opération de pulvérisation catho-

dique dans un panier B, par exemple, un panier en treil-

lis d'acier inoxydable, une plaquette étant représentée à titre illustratif. Les plaquettes supportées dans le

panier sont préalablement chauffées. La phase de pré-

chauffage peut s'effectuer en suspendant le panier B à grande proximité de la surface 20 d'un bain de matière fondue 21 de formation d'armatures qui est disposé dans la chambre 22 dans laquelle on peut faire le vide. La phase de préchauffage est de préférence exécutée dans un environnement d'hélium sous une pression d'environ 0,7 bar, l'hélium ayant pour fonction d'éviter l'oxydation

du revêtement pulvérisé et d'assurer la transmission ef-

ficace de la chaleur de la matière métallique fondue à

la plaquette, le préchauffage étant effectué principale-

ment pour éviter le bris des plaquettes lorsqu'on immer-

ge ces dernières dans la matière fondue 21, on réduit la pression gazeuse régnant dans la chambre 22 à un niveau d'environ 500 microns de mercure et on immerge le panier B contenant les plaquettes dans la masse métallique 21,

comme représenté sur la figure 4.

Bien que l'on puisse-utiliser de nombreuses ma-

tières métalliques fondues pour la formation des armatu-

res, un exemple préféré de composition métallique consis-

te en un alliage comprenant 97,5 % de plomb, 1 % d'étain

et 1,5 % d'argent.

Lorsque les pièces sont immergées dans le métal

fondu, on les agite lentement pendant une période d'envi-

ron 2 à 4 secondes, pendant laquelle la chambre est rapi-

dement mise sous une pression de 20,685 bars en utili-

sant de l'azote gazeux comme agent de mise sous pres-

sion. Le panier contenant les pièces reste dans le métal fondu pendant une nouvelle période de 3 à 6 secondes,

après quoi on relève le panier au-dessus du niveau du mé-

tal fondu et on le secoue énergiquement pour détacher le métal en excès des pièces. Les pièces refroidies et

munies de leurs armatures sont représentées sur la figu-

re 5.

On observe que la pièce finie et refroidie com-

prend des couches conductrices 23 formant des armatures

disposées entre les couches céramiques décrites précédem-

ment. En outre, on observera qu'une masse 24 de matière de formation d'armatures refroidie adhère à la surface externe du film C de métal pulvérisé, qui est défini par

les revêtements 15, 16, 17.

Il est important de remarquer que, sous l'effet

du refroidissement, en l'absence de la masse excédentai-

re 24 de métal qui adhère à la surface externe de la cou-

che pulvérisée, les couches 23 formant les armatures ten-

draient fortement à se contracter et à se retirer par rapport aux bords des condensateurs. En d'autres termes, la masse 24 agit à la façon d'un réservoir de sorte que, lorsque la matière intérieure formant les armatures se rétracte lors du refroidissement, des parties de cette masse réservoir 24 fluent avec les constituants internes de la matière de formation des armatures pour éviter qu'il ne se produise une rupture ou séparation entre la matière intérieure formant les armatures et la masse 24. Il est important de remarquer que l'aptitude à conserver un contact électrique entre les armatures inté-

rieures 23 et le réservoir extérieur 24 pendant la pério-

de de refroidissement n'est rendue possible que par le

fait qu'un excès de métal reste fixé à la surface exter-

ne du film métallique mouillable pour former un réser-

voir. Ceci est exactement l'inverse de la description du

brevet 4 030 004 précité, dans lequel l'inaptitude du mé-

tal fondu à mouiller la céramique poreuse fait obstacle à la formation d'une masse réservoir. En présence d'une

telle matière d'écran poreuse, il ne se forme pas de ré-

servoir de matière et le retrait de la matière intérieu-

re formant les armatures se traduit par une discontinui-

té entre la surface des armatures intérieures et la sur-

face extérieure.

Lorsque le condensateur fini s'est refroidi, il est possible de souder facilement des conducteurs 25, 26 aux parties bornes d'extrémités si le condensateur doit en être muni. Dans-de nombreux cas, le condensateur peut

être utilisé sans addition de conducteurs.

Lorsque, ainsi qu'il est préférable, on utilise

des couches multiples de matière déposée par pulvérisa-

tion, il est très possible d'utiliser pour la couche pul-

vérisée finale ou extrême extérieure un métal tel que l'argent qui se lessive dans la matière de remplissage fondue et se dissout dans cette matière. On observe alors que la couche d'argent se comporte comme un agent

de prévention de l'oxydation, application particulière-

ment importante lorsqu'il s'écoule un temps appréciable entre le revêtement par pulvérisation cathodique des

corps des plaquettes et l'immersion dans la matière fon-

due de formation des armatures. En outre, il semble qu'en se dissolvant dans la masse du plomb ou alliage du

plomb fondu l'argent, qui est hautement mouillable, ac-

centue l'aptitude de la matière fondue à mouiller les mé-

taux sous-jacents qui ont été appliqués par pulvérisa-

tion cathodique ou par d'autres procédés de métallisa-

tion, et à se lier à ces métaux.

* Ainsi qu'il ressortira de la description donnée

ci-dessus, on a décrit selon la présente invention un nouveau procédé pour remplir et munir de bornes d'une façon fiable et efficace des condensateurs du type dans

lequel les armatures sont formées de matières métalli-

ques fondues injectées. Le procédé constitue un progrès important comparativement aux procédés tels que ceux des brevets des E.U.A. 3 965 552 et 4 030 004, dans lesquels la retenue de la matière fondue injectée dans les vides du corps du condensateur est obtenue exclusivement par injection du métal fondu à travers les pores d'un écran

céramique ou d'une fritte de verre. L4 nécessité d'injec-

ter à travers les pores accroît considérablement les dif-

ficultés de l'exécution et se traduit dans de nombreux cas par un remplissage seulement partiel des cavités. En outre, lorsqu'on utilise une matière céramique poreuse

en qualité d'écran ou barrage perméable, il est nécessai-

re, après l'injection, d'éliminer l'écran perméable par meulage sur une épaisseur appropriée pour mettre à nu

les parties d'extrémités des couches formant les armatu-

res. En outre, dans les cas o l'écran perméable est composé d'une fritte de verre contenant des constituants

conducteurs, les éléments conducteurs sont dans une cer-

taine mesure éliminés de la fritte par lessivage au

cours de l'injection.

Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif et au procédé qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in-

vention.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1 - Procédé de fabrication d'un condensateur cé-

ramique multicouche caractérisé en ce qu'il comprend les

phases consistant à former un corps céramique fritté mo-

nolithique possédant une pluralité de couches parallèles d'une matière diélectrique céramique, ledit corps compre-

nant une pluralité de zones parallèles sensiblement vi-

des entre lesdites couches, lesdites zones vides débou-

chant alternativement au niveau d'orifices de sortie si-

tués sur un premier et un deuxième côtés opposés dudit

corps; former un revêtement métallique continu sur les-

dits premier et deuxième côtés, ce revêtement couvrant

les composants céramiques desdits premier et deuxième cô-

tés, et laissant lesdits orifices de sortie sensiblement totalement ouverts; immerger ledit corps métallique qui

présente lesdits revêtements dans un bain fondu d'une ma-

tière de remplissage métallique capable de mouiller les-

dits revêtements métalliques, pendant un temps suffisant pour remplir lesdits vides, ledit bain étant maintenu à

une température inférieure au point de fusion dudit revê-

tement; extraire ledit corps rempli dudit bain pendant que ladite matière métallique de remplissage reste à

l'état fondu, pour former de cette façon sur les surfa-

ces externes découvertes desdits revêtements métalliques une couche continue de matière métallique de remplissage

fondue qui est en communication avec les parties de ladi-

te matière de remplissage contenue dans lesdites zones

vides; et refroidir ensuite ledit corps rempli pour for-

mer de cette façon un condensateur.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que ladite matière métallique de remplissage

comprend du plomb.

3 - Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que ledit revêtement métallique est déposé par

pulvérisation cathodique.

4 - Procédé selon la revendication 3, caractéri-

sé en ce que ledit revêtement déposé par pulvérisation cathodique adhère aux parois définissant lesdites zones

vides dans des positions immédiatement adjacentes aux-

dits orifices de sortie. - Procédé selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que ledit revêtement métallique comprend une pluralité de couches métalliques, à savoir une première

couche qui adhère au corps céramique, une deuxième cou-

che qui adhère à ladite première couche et qui est faci-

lement mouillable par ladite matière de remplissage mé-

tallique, et une troisième qui adhère à ladite deuxième

couche et est résistante à l'oxydation, la matière de la-

dite troisième couche se dissolvant facilement dans ladi-

te matière de remplissage métallique fondue.

6 - Procédé selon la revendication 5, caractéri-

sé en ce que ladite matière de remplissage métallique

comprend du plomb, ladite première couche métallique com-

prend du chrome, ladite deuxième couche métallique com-

prend du nickel et ladite troisième couche métallique

comprend de l'argent.

7 - Procédé selon la revendication 1, caractéri-

sé par la phase consistant à fixer des conducteurs auxdi-

tes couches de matière de remplissage qui couvrent les-

dits revêtements métalliques.

8 - Condensateur comprenant un corps céramique monolithique (10), qui possède une pluralité de couches

parallèles faites de matière diélectrique céramique, le-

dit corps comprenant une pluralité de zones (11, 13) ini-

tialement sensiblement vides comprises entre lesdites

couches et qui se recouvrent mutuellement, lesdites zo-

nes vides débouchant alternativement sur les bords laté-

raux opposés (12, 14) dudit corps dans des régions de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement métallique (C), formé sur lesdits bords latéraux opposés

(12, 14) dudit corps et qui recouvre sensiblement la to-

talité de ces bords, y compris les zones qui entourent immédiatement lesdites régions de sortie, une matière de

remplissage métallique (23) qui remplit sensiblement com-

plètement lesdites zones vides et lesdites régions de sortie, et lesdites régions de sortie étant sensiblement

entièrement recouvertes par ladite matière de remplissa-

ge, ladite matière de remplissage métallique possédant

une température de fusion inférieure à celle du métal du-

dit revêtement (C) et étant choisie pour mouiller le mé-

tal dudit revêtement.

9 - Condensateur selon la revendication 8, dans lequel ledit revêtement (C) est déposé par pulvérisation cathodique. - Condensateur selon la revendication 9, dans lequel des parties dudit revêtement pénètrent dans

lesdites zones vides.

11 - Condensateur selon la revendication 9,

dans lequel ledit revêtement métallique comprend une pre-

mière couche métallique (15) qui adhère fortement à ladi-

te céramique et une deuxième couche métallique (16) qui

adhère à ladite première couche et recouvre delle-ci, la-

dite deuxième couche métallique étant iiée à ladite ma-

tière métallique coulée.

12 - Condehsateur selon la revendication 9 et comprenant un conducteur qui est connecté mécaniquement

et électriquement à chacune desdites sttuettes métalli-

ques coulées.