Optimisation des thermistances C.T.N. en mat

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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

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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.

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

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Présentation de TPC
Produits fabriqués - Condensateur - RNL
Thermistances, Varistances. Chiffre daffaires
dAVX en 2003 1 134 millions de . 1700
employés (St Apollinaire, Penang, Hsin
Chu). Secteurs dactivité et clients automobile
(Valeo, Delphi) téléphonie (Nokia, Sagem)
militaire et spatial (Alcatel, EADS) biens de
consommation (Bosch, Sony, Sharp).
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Généralités sur les thermistances C.T.N.

• Principe thermistance à Coefficient de
  Température Négatif

La résistance ? quand la température ?
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Généralités sur les thermistances C.T.N.

• Principales caractéristiques électriques

?0 résistivité (en ?.cm)
B constante énergétique (en K)
T température absolue (en K)
En pratique
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
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Matériau KA

• Céramique spinelle à base doxyde de Mn, Ni et
  Co.
• Process monocouche

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Contexte

• Matériau KA

- vieillissement à 25C (3 à 7 / an) - dérive
de soudure non contrôlée
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.
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Vieillissement sous différentes contraintes.
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• Vieillissement sous différentes contraintes.
• Vieillissement après soudure à l ambiante sous
  argon.
• Vieillissement après soudure à l ambiante sous
  pression.
• Vieillissement à 25C dans un bain d huile
  siliconée.
• Conclusion.

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• 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

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• 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
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• Vieillissement après soudure à l ambiante sous
  pression (30 PSI).

• Résultats (échantillonnage 20 échantillons /
  test)

• Analyses

Vieillissement sous pression Vieillissement à
l air
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• Vieillissement à 25C dans un bain d huile
  siliconée.

• Résultats (échantillonnage 20 pavés / test)

R25 (Ohm) Dérive à 3 jours
Huile Siliconée moyenne (dispersion ) 1737,67 (0.36) -0,17 (-0.26)
Air moyenne (dispersion ) 1736,05 (0.30) -0,14 (-0.29)

• Analyses

Vieillissement dans huile siliconée
Vieillissement à l air
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• 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 dun processus d oxydoréduction des
phases
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Cuisson des terminaisons sous atmosphère
contrôlée.
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• Cuisson des terminaison sous azote.
• Essais de cuisson de terminaison.
• Test d adhérence de la terminaison sur la
  céramique.
• Conclusion.

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• 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
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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.
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Essais de cuisson de terminaison.

• Résultats (échantillonnage 20 échantillons /
  cuisson)

Coulage PO2 R25 (av Soud) R25 (ap Soud) Dérive de soudure R85 (av Soud) B25-85 Résistivité
(ppm) (Ohm) (Ohm) () (Ohm) (K) (Ohm.m)
386 110 1800,00 1770,77 -1,62 233,90 3631,84 724
386 125 1768,01 1740,15 -1,58 229,70 3632,38 715
386 1200 1715,89 1654,33 -3,59 223,00 3631,63 690
386 C. Std 1414,53 1366,98 -3,36 184,50 3624,64 647

• Analyses

Plus le taux d O2 ?, plus p et B ? Plus le taux
d O2 ?, (DR/R)to ? Caractéristiques électriques
correctes.
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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.
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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.
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• 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
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Refroidissement rapide après palier de frittage.
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• 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.

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• 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
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• Introduction.

• Intérêt Trempe ? Stabilisation de la céramique
• But de létude

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.
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• Cycle thermique de frittage

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• Essais de trempe à l air.

• Caractéristiques électriques

• Résultats (échantillonnage 20 échantillons /
  mode de refroidissement)

Résistivité (Ohm.cm) B (K) R25 Av. Soudure (Ohm) R25 Ap. Soudure (Ohm) Dérive de Soudure () Dérive à 25C à n jours () n (jour)
Coulage A Standard moyenne (dispersion ) 6,53 (0.67) 3634 (0.03) 1590,70 (0.55) 1546,12 (0.78) - 2,80 (- 0.19) -2,13 (-0.26) 8
Coulage A Trempe à lair moyenne (dispersion ) 7,77 (0.67) 3662 (0.04) 1885,97 (0.58) 1880,88 (0.58) - 0,33 (- 0.13) -0,29 (-0.18) 22
Coulage B Standard moyenne (dispersion ) 6,56 (0.35) 3638 (0.03) 1637,83 (0.39) 1584,92 (0.44) - 3,23 (- 0.11) -2,56 (-0.15) 8
Coulage B Trempe à lair moyenne (dispersion ) 7,77 (0.39) -- 1963,20 (0.59) 1957,05 (0.59) -0,31 (-0.10) -0,33 (-0.10) 15

• Analyses

- ? de p et B - Valeurs de dérive après soudure
proches et plus faible
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• Essais de trempe à l air.

• Vieillissement à 125C

• Résultats (échantillonnage 20 échantillons /
  mode de refroidissement)

• Analyses

Meilleure stabilité (dès 168 h)
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• 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
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• 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
Conclusion et perspectives.
5
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Conclusions

• Vieillissement des C.T.N. ? processus
  doxydoréduction.
• Cuisson des terminaison sous atmosphère
  contrôlée
• PAS UNE SOLUTION A NOTRE PROBLEME
• Refroidissement rapide après palier de frittage
• Lavenir des thermistances C.T.N. en matériau KA
• Enseignements Personnels
• Mener une étude RD en entreprise
• Travail en équipe en milieu industriel

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Perspectives

• Vieillissement après soudure sur 12 mois.
• Reproductibilité des valeurs de dérive après
  soudure.
• Influence du traitement thermique sur
• ? dérive denrobage
• ? C.T.N. ainsi élaborée
• Industrialisation du procédé.

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• Merci de votre attention.

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• Des questions ?

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• Test d adhérence de la terminaison sur la
  céramique.

• Matériel utilisé 
• 2 crèmes à souder 220C - Sn95.5AgCu0.7 de MBO
• - Sn60Pb40 de SOLDERCREAM
• machine de traction ADAMEL LHORMARGY DY30,
• capteur 1 KN
• Four POLYPOS Poly-sold 16 (250C)
• 20 échantillons pour chaque mode de cuisson.
• Schéma de principe 

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• Vieillissement à 125C pour les différents
  matériaux.

Matériau DR/R à 1000h - 125C ()
KA 1,5
MN 0,8
ME 0,5
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• Essais dindustrialisation.

• Paramètres du four
• Pour un palier de 90 minutes ? Tf 1260C
• Vitesse de refroidissement à déterminer.
• Autres essai
• Brûlage frittage standard refrittage (1150C)
  trempe à lair (14 400C / h)
• ? conserve les caractéristiques électriques du
  standard
• ? meilleures valeurs de dispersion
• Procédé réalisable avec les moyens industriels
  présents.

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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