Thermistance CTP pour le montage en surface

Abstract

 L'invention concerne une thermistance à coefficient de température positif pour le montage en surface, constituée d'un élément de céramique (10) et de deux terminaisons électriques. Chaque terminaison électrique est formée d'un revêtement conducteur (11, 12) déposé directement sur la céramique et procurant un bon contact ohmique, et d'une connexion électrique soudable (13, 14) rapportée sur l'élément de céramique et assurant un bon contact électrique avec le revêtement conducteur.

Description

[0001] L'invention concerne les thermistances à coefficient de température positif ou CTP et pouvant être montées en surface.

[0002] Les produits de base utilisés sont essentiellement des céramiques pérovskites (titanates alcalino-terreux) que l'on a rendues conductrices par induction de valence (dopage par des ions 3⁺ ou 5⁺). L'effet CTP résulte de la combinaison de trois causes : une microstructure polycristalline, un matériau semiconducteur et le changement de phase ferroélectrique/paraélectrique. Il est dû à la formation de barrières de potentiel électrique aux joints de grains. Le résultat global est une augmentation forte et brutale de la résistivité au passage du point de Curie. On a affaire dans cette zone à une thermistance à coefficient positif d'où parfois le nom de posistance. Le domaine à coefficient de température positif se trouve juste au-dessus du point de Curie. Sa largeur est de l'ordre de quelques dizaines de degrés et elle est d'autant plus étroite que le coefficient de température est plus élevé. Etant donné la grande variété des produits pérovskites (BaTiO₃ - SrTiO₃ - PbTiO₃), il est facile d'établir des posistances à point de Curie (ou point de basculement) situé à n'importe quelle température de service (25°, 50°, 120° C, etc.). Les coefficients varient, selon les cas, de + 5% à + 40% par °C.

[0003] On désire de plus en plus que les composants passifs traditionnels puissent être insérés automatiquement sur les circuits. Les avantages inhérents à l'insertion automatique sont la réduction des coûts de production et une meilleure sécurité d'implantation. La miniaturisation des équipements est une autre cause du développement de cette technologie.

[0004] Cette tendance n'est plus limitée aux seules applications professionnelles. C'est ici qu'il convient de prendre en considération la technologie CMS (composant pour le montage en surface) qui peut répondre à toutes ces exigences. Leurs faibles dimensions, la faculté de s'implanter entre les pistes d'un circuit imprimé, de passer sans dommage dans un bain de soudure sont en effet pour les CMS des atouts indiscutables.

[0005] De plus, grâce à l'action conjuguée de mécaniciens et de fabricants de composants, l'implantation automatique de ces composants est une technique maintenant maîtrisée convenablement.

[0006] Jusqu'à présent, le prix de revient d'un composant montable en surface, comparé à celui de son équivalent traditionnel, constituait un handicap. Mais l'accroissement des quantités à produire permettrait de réduire cette différence à condition de maîtriser les problèmes technologiques.

[0007] Dans le cas des thermistances CTP, le passage à une structure de composant montable en surface est beaucoup plus difficile qu'il n'y paraît. En effet, si on veut déposer des métallisations sur un pavé de thermistance CTP, certaines précautions doivent être prises afin d'obtenir un contact ohmique. Des connexions peuvent ensuite être fixées par soudure sur les métallisations mais cela s'avère très délicat à cause de la grande sensibilité de ces céramiques aux chocs thermiques.

[0008] La Société Siemens a commercialisé des thermistances CTP constituées d'un parallélépipède métallisé à ses extrémités. Chaque terminaison électrique comporte deux couches : une couche d'un alliage d'argent, d'indium et de gallium pour avoir un bon contact ohmique avec la céramique et, cette couche étant difficilement soudable, une couche d'argent pour fournir une surface présentant une bonne soudabilité (l'argent seul procurant un mauvais contact ohmique). L'inconvénient de ces produits est qu'ils ne tiennent pas aux essais de mouillabilité et aux tests de démouillage.

[0009] Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention propose des thermistances CTP sous forme de composant pour le montage en surface dont chaque terminaison électrique comprend une métallisation destinée à assurer le contact ohmique sur la céramique et une connexion ou un capot fixé sur la métallisation et permettant la soudure du composant sur un circuit.

[0010] L'invention a donc pour objet une thermistance à coefficient de température positif pour le montage en surface, constituée d'un élément de céramique et de deux terminaisons électriques, caractérisée en ce que chaque terminaison électrique est formée d'un revêtement conducteur déposé directement sur la céramique et procurant un bon contact ohmique, et d'une connexion électrique soudable rapportée sur l'élément de céramique et assurant un bon contact électrique avec le revêtement conducteur.

[0011] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront grâce à la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, en relation avec les figures annexées parmi lesquelles :

- les figures 1 et 2 sont des représentations de composants respectivement sous forme de chip et de melf,

- la figure 3 représente une thermistance CTP selon l'invention et élaborée à partir d'un chip,

- les figures 4 et 5 représentent des détails de réalisation de thermistances selon l'invention,

- la figure 6 représente une thermistance CTP selon l'invention et élaborée à partir d'un melf,

- la figure 7 est une variante d'une thermistance selon l'invention.

[0012] Les composants pour le montage en surface peuvent se présenter, dans leur structure la plus élémentaire, sous deux formes : sous la forme d'un parallélépipède supportant des métallisations aux extrémités (chip) ou sous la forme d'un bâtonnet ou d'un tube supportant des métallisations soudables aux extrémités (melf). La figure 1 représente un chip comprenant un parallélépipède 1 et deux métallisations 2 et 3 à ses extrémités. La figure 2 représente un melf comprenant un bâtonnet 4 et deux métallisations 5 et 6 à ses extrémités.

[0013] Si on veut réaliser des thermistances CTP pour le montage en surface, il faut que leurs terminaisons électriques présentent des contacts ohmiques avec la céramique, qu'elles soient soudables et qu'elles présentent des retours suffisants. L'invention propose de déposer une couche ohmique, aux endroits réservés aux terminaisons pour obtenir un chip ou un melf, puis de fixer des connexions électriques ou des capots sur ces terminaisons.

[0014] La figure 3 représente une thermistance CTP selon l'invention, constituée d'un parallélépipède 10 dont les extrémités sont recouvertes de revêtements conducteurs 11 et 12. Sur ces revêtements conducteurs on a fixé des capots 13 et 14. Les capots 13 et 14 sont soudables et ils doivent assurer un bon contact électrique avec ce revêtement. Sur la figure 3, on leur a donné une section en forme de U mais d'autres formes conviennent. On peut par exemple utiliser des capots qui recouvrent tous les côtés métallisés.

[0015] Les revêtements conducteurs peuvent être constitués de métallisations déposées au trempé à partir d'une encre assurant un bon contact ohmique. On peut ainsi déposer une couche d'aluminium ou d'un alliage d'argent, d'indium et de gallium, par exemple. Cette méthode de métallisation par trempé assure de bons retours. On peut encore déposer des métallisations par des procédés de pulvérisation.

[0016] Plusieurs solutions sont possibles quant à la fixation des capots. Ils peuvent être selon les cas engagés en force ou fixés par un moyen quelconque sur les parties métallisées.

[0017] La figure 4 représente, en vue de profil, un détail de thermistance CTP selon l'invention. On y reconnaît une partie du parallélépipède de céramique 20 et l'un des revêtements conducteurs d'extrémité et portant la référence 21. Sur ce revêtement conducteur on a engagé par pression un capot qui est un clip 22 par exemple en fer nickelé et étamé. Le contact peut être pris directement sur la métallisation ou bien par l'intermédiaire d'une crème à souder 23 déposée au fond du clip avant son engagement. La crème à souder doit avoir une température de fusion supérieure à celle de la soudure qui sera utilisée pour le report sur le circuit imprimé.

[0018] La figure 5 représente, en vue de profil, un détail d'une autre thermistance CTP selon l'invention. On y reconnaît une partie du parallélépipède de céramique 30 et l'un des revêtements conducteurs d'extrémité et portant la référence 31. Sur ce revêtement conducteur on a engagé un capot 32 du type représenté à la figure 3. Ce capot peut être en fer nickelé et étamé. Comme précédemment, le contact peut être effectué par l'intermédiaire d'une crème à souder 33 déposée au fond du capot avant son engagement. De même, la crème à souder doit avoir une température de fusion supérieure à celle de la soudure qui sera utilisée pour le report sur le circuit imprimé.

[0019] Les mêmes types de capots (capots simples ou clips) pouvent être fixés sur les bâtonnets cylindriques de la figure 2 en tenant compte bien sûr de leur géométrie.

[0020] La figure 6 est une vue en coupe d'une thermistance CTP selon l'invention et formée à partir d'un tube de céramique 40. Les métallisations internes et externes sont réalisées avec une encre à l'aluminium. On se sert d'un goupillon pour la métallisation interne. La valeur de la thermistance peut être ajustée par usinage d'une métallisation (jet de sable, faisceau laser, etc). On obtient ainsi un premier revêtement conducteur 41 qui recouvre presque tout l'intérieur du tube, ressort par l'une des extrémités du tube et recouvre une petite portion annulaire extérieure comme le montre la figure 6. On obtient aussi un second revêtement conducteur 42 qui recouvre la majeure partie de la surface cylindrique extérieure du tube et l'une de ses extrémités. On peut poser ensuite des capots 43 et 44 à chaque extrémité en utilisant de la crème à souder. Les capots utilisables peuvent aussi être des clips circulaires ou des bagues. Ils sont avantageusement réalisés en fer nickelé et étamé. Le tube permet d'obtenir des thermistances à faible valeur ohmique.

[0021] D'autres configurations sont possibles pour obtenir de faibles valeurs ohmiques. On peut pour cela déposer les revêtements conducteurs sur les plus grandes faces d'un parallélépipède de céramique comme le montre la figure 7 qui est une vue de côté d'une thermistance CTP selon l'invention. Les plus grandes faces du parallélépipède 50 sont recouvertes de métallisations 51 et 52 qui laissent subsister des marges alternées. Les métallisations sont par exemple en aluminium et obtenues par sérigraphie. La sérigraphie peut concerner une plaque relativement grande de céramique qui sera ensuite découpée pour obtenir des éléments individuels tels que celui défini par le parallélépipède 50. Avant de fixer les capots, il est avantageux de déposer une couche d'un matériau conducteur pour assurer la continuité électrique entre chaque métallisation et l'extrémité correspondante du parallélépipède. On a ainsi une couche conductrice 53 qui prolonge la métallisation 51 et une couche 54 qui prolonge la métallisation 52. Les couches 53 et 54 sont par exemple des couches d'argent déposées au trempé. Leur rôle est d'assurer un bon contact électrique avec les capots 55 et 56 qui viennent se fixer aux extrémités et qui peuvent être des clips en fer nickelé et étamé. On peut aussi utiliser de la crème à souder pour fixer les capots.

[0022] Il entre également dans le cadre de l'invention de monter une thermistance CTP dans un boîter. La thermistance étant constituée à partir d'un parallélépipède ou d'un disque supportant deux métallisations obtenues par exemple par sérigraphie d'aluminium. On peut alors en utilisant une bande de connexion telle que celle décrite dans la demande de brevet FR 2 581 827, fabriquer en série des composants pour le montage en surface. Le boîtier est alors constitué d'un bloc de résine surmoulée. Des connexions électriques, soudées (par exemple par soudure laser) sur les revêtements métalliques des éléments, émergent du bloc de résine et sont plaquées contre lui comme l'enseigne la demande de brevet citée. Lors de la soudure du composant sur son circuit d'utilisation, la résine protégera la céramique de la chaleur du bain de soudure.

[0023] Les composants selon l'invention présentent l'avantage de tenir aux essais de mouillabilité et de satisfaire les tests de démouillage.

Revendications

1. Thermistance à coefficient de température positif pour le montage en surface, constituée d'un élément de céramique (10) et de deux terminaisons électriques, caractérisée en ce que chaque terminaison électrique est formée d'un revêtement conducteur (11, 12) déposé directement sur la céramique et procurant un bon contact ohmique, et d'une connexion électrique soudable (13, 14) rapportée sur l'élément de céramique et assurant un bon contact électrique avec le revêtement conducteur.

2. Thermistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est une couche d'aluminium.

3. Thermistance selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite couche d'aluminium est déposée au trempé.

4. Thermistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite connexion électrique est un capot (32) ou un clip (22).

5. Thermistance selon la revendication 4, caractérisée en ce que le capot ou le clip sont en fer nickelé et étamé.

6. Thermistance selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le capot ou le clip sont fixés sur leur revêtement conducteur par l'intermédiaire d'une crème à souder (23, 33).

7. Thermistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément de céramique à la forme d'un parallélépipède (10, 50).

8. Thermistance selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque terminaison électrique est formée d'un revêtement conducteur (51, 52) s'étendant sur l'une des grandes faces dudit élément (50) et une connexion électrique (55, 56) rapportée à l'une des extrémités de l'élément, le contact électrique entre le revêtement conducteur et la connexion se faisant par l'intermédiaire d'une couche conductrice supplémentaire (53, 54).

9. Thermistance selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite couche conductrice supplémentaire (53, 54) est en argent.

10. Thermistance selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément de céramique à la forme d'un bâtonnet ou d'un tube (40).

11. Thermistance selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'élément de céramique est un tube (40), l'un des revêtements conducteur (41) s'étendant de l'intérieur du tube jusqu'à l'une des extrémités, l'autre revêtement conducteur (42) s'étendant sur l'extérieur du tube et sur son autre extrémité, des capots ou des clips (43, 44) étant fixés sur ces extrémités.

12. Thermistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'une résine de surmoulage enrobe l'élément de céramique.

Dessins