Optimisation des thermistances C.T.N. en matériau KA.

1. Optimisation des thermistances C.T.N. en matériau KA. Soutenance de stage 3ème année Présenté par: Bourgerette Geoffroy Maitre de stage: Alain BEAUGER Tuteur universitaire: Jean-Pierre BOQUILLON

2. Plan 1. Introduction. 2. Vieillissement sous différentes contraintes. 3. Cuisson des terminaisons sous atmosphère contrôlée. 4. Refroidissement rapide après palier de frittage. 5. Conclusion et perspectives.

3. 1 Introduction. • Présentation de TPC. • Généralités sur les thermistances C.T.N. • Contexte et objectifs.

4. A Division of AVX Corporation Présentation de TPC Produits fabriqués :- Condensateur - RNL : Thermistances, Varistances. Chiffre d’affaires d’AVX en 2003 : 1 134 millions de $. 1700 employés (St Apollinaire, Penang, Hsin Chu). Secteurs d’activité et clients : automobile (Valeo, Delphi); téléphonie (Nokia, Sagem); militaire et spatial (Alcatel, EADS); biens de consommation (Bosch, Sony, Sharp).

5. Généralités sur les thermistances C.T.N. • Principe: thermistance à Coefficient de Température Négatif La résistance  quand la température 

6. Généralités sur les thermistances C.T.N. • Principales caractéristiques électriques : 0 = résistivité (en .cm) B = constante énergétique (en K) En pratique : T = température absolue (en K) R25 = résistance à 25 °C (en ) R85 = résistance à 85 °C (en ) S = surface de la céramique (en cm2) e = épaisseur de la céramique (en cm) Rx et R0 représentent respectivement les valeurs de résistance à t = x h et t = 0 h

7. Coulage en bande Empilement Thermo-compression Brûlage - Frittage Dépôt de terminaison Cuisson de terminaison Découpe au pas Soudure Enrobage Mise en bande Matériau KA: • Céramique spinelle à base d’oxyde de Mn, Ni et Co. • Process monocouche:

8. Contexte: - vieillissement à 25°C (+3% à +7% / an) - dérive de soudure non contrôlée • Matériau KA : Cuisson de terminaison sous atmosphère contrôlée Refroidissement rapide après palier de frittage Objectifs: Obtenir une dérive après soudure reproductible. Obtenir une dérive à l ’ambiante proche de zéro. Conserver les caractéristiques électriques et mécaniques.

9. 2 Vieillissement sous différentes contraintes. • Vieillissement sous différentes contraintes. • Vieillissement après soudure à l ’ambiante sous argon. • Vieillissement après soudure à l ’ambiante sous pression. • Vieillissement à 25°C dans un bain d ’huile siliconée. • Conclusion.

10. Vieillissement sous différentes contraintes. • But: Mieux comprendre le phénomène de vieillissement. • Démarche: • 3 tests différents: - sous Argon (pièces soudées) • - sous pression (pièces soudées) • - bain d ’huile siliconée (pavés) • 20 échantillons / test

11. Vieillissement après soudure à l ’ambiante sous argon. • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / test) Valeur de la dérive DR/R (%) Nombre de jours (après soudure) • Analyses: Vieillissement sous argon ~ Vieillissement à l ’air

12. (Ω) (Ω) • Vieillissement après soudure à l ’ambiante sous pression (30 PSI). • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / test) • Analyses: Vieillissement sous pression ~ Vieillissement à l ’air

13. Vieillissement à 25°C dans un bain d ’huile siliconée. • Résultats: (échantillonnage: 20 pavés / test) • Analyses: Vieillissement dans huile siliconée ~ Vieillissement à l ’air

14. Vieillissement sous différentes contraintes. Conclusion:  Pour les 3 tests de vieillissement : Vieillissement équivalent (Conditions expérimentales du labo) Le vieillissement semble ne pas être la conséquence d’un processus d ’oxydoréduction des phases

15. 3 Cuisson des terminaisons sous atmosphère contrôlée. • Cuisson des terminaison sous azote. • Essais de cuisson de terminaison. • Test d ’adhérence de la terminaison sur la céramique. • Conclusion.

16. Cuisson de terminaison sous azote Coulage en bande Empilement Thermo-compression Brûlage - Frittage Dépôt de terminaison Cuisson de terminaison Découpe au pas Soudure Enrobage Mise en bande

17. Cuisson de terminaison sous azote • Intérêt: vieillissement quasiment nul. • But: Tester la cuisson. Vérifier la reproductibilité des valeurs de dérive après soudure. Vérifier la dérive dans le temps. • Objectifs: Obtenir une dérive après soudure reproductible. Obtenir une dérive à l ’ambiante proche de zéro. Conserver les caractéristiques électriques et mécaniques.

18. Essais de cuisson de terminaison. • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / cuisson) • Analyses: Plus le taux d ’O2 , plus p et B Plus le taux d ’O2 , (DR/R)to Caractéristiques électriques correctes.

19. Essais de cuisson de terminaison. • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / cuisson) Valeur de la dérive DR/R (%) Nombre de jours (après soudure) • Analyses: Problème de vieillissement.

20. Test d ’adhérence de la terminaison sur la céramique. • But: Tester le tenue de la terminaison sur la céramique. • Résultats: (échantillonnage: 20 pavés / mode de cuisson) • Analyses: Tenue de la terminaison plus faible pour les échantillons frittés sous azote.

21. Cuisson des terminaisons sous atmosphère contrôlée. Conclusion:  Caractéristiques électriques correctes  Meilleure dérive après soudure en initiale  Mauvaise reproductibilité des dérives de soudure  Thermistances C.T.N. non stabilisées dans le temps NE REPOND PAS AUX OBJECTIFS

22. 4 Refroidissement rapide après palier de frittage. • Refroidissement rapide après palier de frittage. • Introduction. • Essais de trempe à l ’air après palier de frittage. • Effet du refroidissement sur la microstructure du matériau. • Conclusion.

23. Cuisson de terminaison sous azote Coulage en bande Empilement Thermo-compression Brûlage - Frittage Dépôt de terminaison Cuisson de terminaison Découpe au pas Soudure Enrobage Mise en bande

24. Introduction. • Intérêt: Trempe  Stabilisation de la céramique • But de l’étude: Tester le traitement thermique. Vérifier la reproductibilité des valeurs de dérive après soudure. Vérifier la dérive dans le temps. • Objectifs: Obtenir une dérive après soudure reproductible. Obtenir une dérive à l ’ambiante proche de zéro. Conserver les caractéristiques électriques et mécaniques.

25. 1400 1200 1000 800 Température en °C 600 Brûlage 400 Frittage Trempe à l'air 200 Refroidissement Standard 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 11500 12000 Temps (minutes) • Cycle thermique de frittage

26. Essais de trempe à l ’air. • Caractéristiques électriques: • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / mode de refroidissement) • Analyses: -  de p et B - Valeurs de dérive après soudure proches et plus faible

27. Essais de trempe à l ’air. • Vieillissement à 125°C: • Résultats: (échantillonnage: 20 échantillons / mode de refroidissement) • Analyses: Meilleure stabilité (dès 168 h)

28. 25 µm 25 µm • Effet du refroidissement sur la microstructure du matériau. Refroidissement lent Refroidissement rapide • Ø grains = 15 µm • microstructure homogène • Ø grains = 10 µm • grains plus arrondis • microstructure polyphasée Porosité équivalente

29. Refroidissement rapide après palier de frittage. Conclusion: • Caractéristiques électriques:  de p et B • Meilleure dérive après soudure en initiale: (- 0,3% céramique trempée / - 3% céramique standard) •  Reproductibilité des dérives de soudure (à confirmer) • Thermistances C.T.N. stabilisées dans le temps (microstructure polyphasée) une « solution » pour les CTN en matériau KA

30. 5 Conclusion et perspectives.

31. Conclusions • Vieillissement des C.T.N. ≠processus d’oxydoréduction. • Cuisson des terminaison sous atmosphère contrôlée: PAS UNE SOLUTION A NOTRE PROBLEME • Refroidissement rapide après palier de frittage: L’avenir des thermistances C.T.N. en matériau KA Enseignements Personnels: • Mener une étude R&D en entreprise • Travail en équipe en milieu industriel

32. Perspectives • Vieillissement après soudure sur 12 mois. • Reproductibilité des valeurs de dérive après soudure. • Influence du traitement thermique sur:  dérive d’enrobage  C.T.N. ainsi élaborée • Industrialisation du procédé.

33. Merci de votre attention.

34. Des questions ?

35. Dépôt de crème à souder sur les 2 plots Argenture Céramique • Test d ’adhérence de la terminaison sur la céramique. • Matériel utilisé : • 2 crèmes à souder 220°C: - Sn95.5AgCu0.7 de MBO - Sn60Pb40 de SOLDERCREAM • machine de traction ADAMEL LHORMARGY DY30, capteur 1 KN • Four POLYPOS Poly-sold 16 (250°C) • 20 échantillons pour chaque mode de cuisson. • Schéma de principe :

36. Vieillissement à 125°C pour les différents matériaux.

37. Essais d’industrialisation. Paramètres du four: • Pour un palier de 90 minutes  Tf = 1260°C • Vitesse de refroidissement à déterminer. Autres essai: • Brûlage & frittage standard + refrittage (1150°C) + trempe à l’air (14 400°C / h):  conserve les caractéristiques électriques du standard  meilleures valeurs de dispersion Procédé réalisable avec les moyens industriels présents.

38. Influence de la microstructure sur la stabilité électrique des C.T.N.A. Rousset, A. Lagrange, M. Brieu, J.J. Courderc, R. Legros Discussions: • Céramiques trempées: (Phases précipitées + défaults bidimensionnels)  même mécanisme de conduction  meilleure stabilité • Phénomène de vieillissement:  mécanismes intergranulaires