Brevet FR2351481A1 — publié le 19771209

La présente invention concerne de nouveaux condensateurs non-électrolytiques et leur procédé de fabrication. Dans toute la description et les revendications qui suivent il sera uniquement question de condensateurs non électrolytiques qui seront appelés ci-après simplement condensateurs. Il existe dans l'art antérieur de nombreux types de condensateurs et notamment des condensateurs de type bobiné. Ces condensateurs sont obtenus de façon générale par dépit d'une couche métallique sur un support qui constitue le diélectrique. Ce support peut être du verre, du papier éventuellement imprégné, le produit dit Mylar ou tout autre plastique. En particulier on a récemment utilisé le polychlorure de diphényle Dans tous Oes cas, et quelle que soit la nature du diélectrique, celui-ci doit avoir une épaisseur minimale relativement élevée, d'une part pour pouvoir assurer le ralle de support mécanique sur lequel effectuer le dépot, d'-autre part pour éviter la présence de trous.De faucon générale, cette épaisseur minimale est de l'ordre de 10 à 100 microns selon le matériau diélectrique. A partir de telles feuilles diélectriques revêtues de métal sur une de leur face, un condensateur est obtenu par superposition de deux feuilles et bobinage. Des electrodes sont ensuite fixées à chacune des feuilles métalliques. De façon générale, ceci est obtenu en plaçant les feuilles métalliques l'une sur l'autre avec un léger décalage de façon que chaque feuille déborde d'un cô- té du bobinage. I1 dépasse donc, d'un côté des enroulements de diélectrique revêtus de conducteur correspondant a une plaque du condensateur et de l'autre côté des enroulements de diélectrique revêtus de conducteur correspondant à l'autre plaque.Diverses techniques peuvent alors être mises en oeuvre pour fixer les électrodes par exemple en faisant pénétrer légèrement une goutte de soudure dar, chaque partie en débordement pour faire contact avec le plus grand nombre possible d'enroulements. On notera que ces procédés presnn- tent des difficultés pratiques de réalisation en raison de la préséi- ce de diélectrique dans les zones de contact. Comme cela est bien connu, la capacité d'un condensateur est définie par la formule c ò e 0e 8 O étant une constante, la permittivité relative ou constante o diélectrique- relative du matériau diélectrique disposé dans le condensateur, S la surface des plaques conductrices en regard l'une de l'autre, e la distance entre ces plaques qui correspond à l'épaisseur du diélectrique0 D'autres paramètres caractéristiques d'un condensateur sont l'angle de perte g du diélectrique qu'il contient et la rigidité diélectrique qui correspond à la tension de claquage du condensateur. De façon générale, dans le cas d'un condensateur à diélectrique organique, la valeur minimale de l'épaisseur e est déterminée par la rigidité diélectrique, c'est-à-dire qu'elle ne doit pas être inférieure à un certain seuil pour éviter d'avoir un claquage rapide du condensateur. Par contre dans le cas des diélectriques minéraux tels que des verres amorphes ou des verres céramiques, la rigidité diélectrique permettrait de choisir une valeur de e très faible,ce qui présente l'avantage pour un condensateur de capacité donnée de diminuer la surface des plaques en regard et ainsi la dimension d'ensemble du condensateur.Mais à ce moment là on se trouve limité comme cela a éte exposé précédemment par une valeur minimale de e liée au procédé de fabrication du condensateur, A titre d'exemple on peut lire dans "Les Techniques De l'Ingénieur" Electronique page E 291-11 que des épaisseurs de verre sont choisies entre 30 et 60 microns Cette valeur de 30 microns apparaît d'ailleurs quelque peu optimiste, et la demanderesse n'a pas connaissance de réalisations pratiques avec de si faibles épaisseurs de diélectrique. Si l'on considère un condensateur de l'art antérieur d'un point de vue purement géométrique, on peut dire que,en coupe,l'épaisseur de diélectrique est toujours supérieure ou égale à l'épaisseur de métal. En effet, l'épaisseur de diélectrique est, comme on l'a vu précédemment,comprise entre 30 et 100 microns au minimum alors que l'épaisseur du revêtement conducteur est de l'ordre de quelques microns. Un objet de la présente invention est de prévoir un condensateur dans lequel, en coupe, l'épaisseur de diélectrique soit plus petite que l'épaisseur de métal. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un condensateur dans lequel les épaisseurs de diélectrique soient très faibles, de l'ordre de quelques microns. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un condensateur dans lequel les électrodes soient particulièrement faciles à fixer. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication simple et économique pour un tel condensateur. Ces objets,ainsi que d'autres de la présente invention,sont atteints en prévoyant un nouveau procédé de fabrication de condensateur, selon lequel une bande métallique mince est revêtue sur une ou ses deux faces d'un diélectrique en couche mince, selon une épaisseur de quelques microns, puis dans lequel deux telles feuilles sont enroulées ou imbriquées de façon à former un condensateur. Dans le cas où le diélectrique est un verre amorphe ou un verre céramique, il sera ensuite procédé à une étape de recuit qui présente en outre l'avantage, comme on le verra ci-après, de permettre d'ajuster la valeur de la capacité du condensateur fabriqué. Le film support métallique peut Btre extremement mince,d'une part en raison des propriétés particulières des métaux, d'autre part, étant donné que, contrairement au cas où le support est un diélectrique, la présence de trous dans la feuille métallique ne nuit pas à la qualité finale du condensateur. On pourra ainsi, par exemple, choisir des épaisseurs de métal de l'ordre de 10 à 30 microns. L ' épaisseur de diélectrique déposée sur le métal pourra Btre de l'ordre de quelques microns à une dizaine de microns. L'ensemble conducteur plus diélectrique aura donc par exemple une épaisseur de 11 ordre de 30 microns, en supposant un revetement de 5 microns sur les deux faces d'un conducteur métallique de 20 microns, c"est-à-dire plusieurs fois moins que l'agencement classique dans le meilleur des cas. D'autre part, le diélectrique sera déposé de préférence en laissant une bande métallique libre sur un côté de chacune des feuilles destinées à former le condensateur. En décalant les deux feuilles binées ou imbriquées l'une par rapport à l'autre,on obtiendra ainsi de part et d'autre du bobinage un dépassement des enroulements DEtalliques correspondant à chacune des feuilles. Les opérations de fixation des électrodes sont alors considérablement simplifiées par rapport à l'art antérieur. Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les dessins joints dans lesquels : La figure I représente deux feuilles servant à la construction d'un condensateur selon la présente invention; La figure 2 représente un condensateur bobiné selon la présente invention; et La figure 3 représente un condensateur 'imbriqué" selon la présente invention. La figure S représente deux feuilles 1 et 2 servant de base à la construction d'un condensateur selon la présente inventison Selon une caractéristique fondamentale de la présente invention, chaque feuille est constituée d'un ruban métallique 3 revê- tu sur ses deux faces de couches diélectriques 4 et 5. un condensateur est formé en appliquant ces deux feuil les tune contre l'autre. De préférence, les deux feuilles appli quSs l'une contre l'autre sont bobinées comme cela est représenté en figure 2 ou pliées en accordéon (imbriquées) comme cela est représenté en figure 3. Bien entendu,d'autres façons de réaliser un condensateur de petites dimensions peuvent être envisagées par l'homme de l'art à partir de feuilles 1 et 2,tel que représenté en figure 1. Comme cela est représenté en figure 1, pour former un condensateur, on revêt de préférence les deux faces de la feuille métallique 3 de diélectriqUes 4 et 5. Toutefois, dans certaines configurations il suffira de revetir de diélectrique une seule des deux faces. En outre, on a représenté en figure 1 une partie de la feuille métallique 3 non recouverte de diélectrique. Cela permet, une fois que deux feuilles sont enroulées comme cela est représenté dans la figure 2 ou pliées en accordéon comme cela est représenté dans la figure 3,d'obtenir des parties en saillie de part et d'autre de l'enroulement ou du pliage uniquement métalliques. Il en résulte une beaucoup plus grande facilité de fixation des électrodes par rapport à l'art antérieur.Des perforations 6 sur un côté des feuilles 1 et 2 permettent éventuellement une manipulation plus facile de ces feuilles lors du traitement. Dans un mode de réalisation particulier, le diélectrique choisi sera du verre. Le dépôt de verre (amorphe ou céramique) est réalisé à partir d'ure poudre constituée de verre très fin (diamètre des grains inférieur à un micron) et d'un véhicule liquide. L'épaisseur du film de verre déposée sera réglée en ajustant la viscosité du mélange. Cependant, d'autres techniques peuvent étre utilisées. I1 est possible par exemple de pulvériser de la poudre de verre par l'intermédiaire d'un chalumeau, de façon à la fixer sur le support et à obtenir un pré-frittage du verre. Le verre utilisé aura de préférence un coefficient de dilatation voisin de celui du métal constituant le ruban support.Néanmoins, si les coefficients sont différents, on choisira des films de métal et de verre suffisamment minces pour rester dans la limite d'élasticité. Dans tous les cas, le verre devra se fixer au métal. Il faut donc choisir soigneusement les couples verre-métal. Afin d'améliorer la soudabilité et la mouillabilité, le ruban support pourra subir une préparation de surface telle qu'une oxydation ou un boratage. A titre d'exemple un ruban métallique ainsi préparé peut hêtre plongé dans une "solution" de poudre de verre et d'un liquide approprié. Le solvant, ayant permis la mise en place de la poudre est alors éliminé par un traitement thermique pour obtenir une feuille telle que représentée en figure 1. Après bobinage ou pliage en accordéon de deux feuilles, tel que représenté enfigure 1, le bobinage ou le pliage obtenu est recuit de façon à obtenir une "soudure" entre les couches de verre adjacentes. Dans le cas particulier d'un pliage en accordéon tel que celui représenté en figure 3, on peut prévoir des électrodes provisoires avant l'étape de recuit. Au cours de l'étape de recuit, le pliage sera placé à l'intérieur d'un dispositif presseur et la capacité aux bornes du condensateur mesurée. I1 est ainsi possible de fabriquer des condensateurs de très haute précision et/ou de réduire la dispersion d'une même fabrication. Des exemples détaillés de dispositifs pratiques sont donnés ci-après à titre illustratif et non limitatif. EXEMPLE 1 Une feuille 1 telle que représentée en figure 1 est obtenue à partir d'un ruban métallique de ferronickel (50-50) cuivré et boraté. De la poudre de verre du type Corning 8870 est mélangée à un solvant constitué d'un mélange de trichloréthylène, d'acétate d'éthyle et d'alcool isopropylique. La bobine ou 1'accordéon est formé et un recuit est fait à une température de 680 à 7000C pendant 10 minutes. On procède ensuite à un étamage (étain ou plomb) des extrémités du condensateur et à la fixation des connexions. EXEMPLE 2 Le ruban métallique est un ruban d'aluminium. Le verre est du verre en poudre Corning 1527, le solvant est de l'eau, la température de recuit est d'environ 5200C et les extrémités du condensateur sont soudées au zinc. Un condensateur tel que décrit précédemment dans lequel le diectrique est du verre présente notamment les avantages suivants - permittivité diélectrique élevée (4 - épaisseur de diélectrique très faible (inférieure à 10 microns); - tension d'utilisation élevée par exemple de l'ordre de 500 à 1.000 volts pour une épaisseur de verre de 10 microns; - ininflammable; - non polluant; - présentant une bonne dissipation thermique en raison de l'épaisseur du métal qui évacue mieux la chaleur; - faibles pertes diélectriques; - résistance a |isolation élevée; - température de fonctionnement pouvant aller uusqutà 150 à 2000C; - bonne stabilité dans le temps; - réglage facile des paramètres : capacité, tension, courant de surcharge; action sur 1' épaisseur et la nature du diélectrique ainsi que sur l'épaisseur du support métallique; - possibilité de faire un réglage fin de la valeur finale de la capacité au cours du recuit du verre; - prise de contacts simple. On notera que les modes de réalisation exposés ci-dessus ont été indiqués uniquement à titre d'exemple et que de nombreuses variantes de la présente invention sxt possibles, en ce qui concerne la réalisation de condensateur à partir de feuilles telles que celles représentées en figure 1. En particulier, on pourra réaliser des condensateurs en enroulant plus de deux feuilles ou en découpant les feuilles et en en superposant des morceaux. On pourra également réaliser des condensateurs variables en prévoyant deux ou plusieurs feuilles montées face à face et pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre; les feuilles seront alors recuites avant assemblage. On notera aussi que la présente invention peut apporter des perfectionnements à des condensateurs variables à air; en utilisant des feuilles revêtues de diélectrique comme dans la présente invention on pourra fabriquer des condensateurs à air à lames très rapprochées sans risque de court-circuit. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Condensateur non électrolytique, caractérisé en ce qu'il comprend des feuilles métalliques revêtues de diélectrique et enroulees, pliées, ou imbriquées de toute autre manière. 2 - Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce quril comprend deux feuilles revêtues de diélectrique, et en ce que les bords latéraux de chacune de ces deux feuilles sont non revêtus et dépassent de l'enroulement, de 1 t empilement ou du pliage réalisé. 3 - Condensateur selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que le diélectrique est du verre. 4 - Condensateur non électrolytique, caractérisé en ce que, en coupe, la somme des épaisseurs de métal est inférieure à la somme des épaisseurs de diélectrique. 5 - Procédé de fabrication dlun condensateur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - prévoir plusieurs feuilles métalliques; - revêtir ces feuilles métalliques d'un diélectrique; - rassembler par enroulement, pliage, ou empilement ces feuilles pour réaliser un condensateur; - munir la partie métallique de chacune de ces feuilles d'électrodes 6 - Procédé de fabrication de condensateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de revêtement comprend les étapes consistant à plonger partiellement ou totalement les feuilles métalliques dans une suspension comprenant de la poudre de verre dans un liquide porteur. 7 - Procédé de fabrication de condensateur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à recuire le condensateur fabriqué. 8 - Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à exercer une pression réglable sur le condensateur au cours du recuit et à mesurer simultanément ses caractéristiques électriques.