Brevet FR2529709A1 — publié le 19840106

La présente invention concerne les condensateurs à diélectrique céramique multicouches. Ces condensateurs sont formés d'un empilement fritté de feuilles de cernique posant des motifs conducteurs formant armatures élémentaires, avec interposition de feuilles de céramique morte (dépourvue de motifs conducteurs) formant diélectrique. Ces condensateurs ont la structure représentée figure 1 : les motifs 10, 20 portes par les feuilles de céramique 11, 21 (elles-mêmes séparées par des feuilles 30 de céramique morte) débouchent alternativement de part et d'autre de l'empilement. Les parties débouchantes sont reliées électriquement à une liaison électrique commune, par exemple une métallisation 12, 22. Cette liaison commune des armatures correspond à une mise en parallèle de l'ensemble des condensateurs élémentaires de 1 t empilement. Il a été constaté que, dans les condensateurs de ce type, le défaut qui survient le plus souvent, au cours Jas essais oupendant la durée de vie du composant, est un claquage entre une extrémité d'électrode (telle que l'extrémité 20a, représentée à pus grande échelle figure 2) et la liaison électrique commune (dans cet exemple, la métallisation 12) des électrodes opposées.Ces deux éléments étant en effet portés à des potentiels opposés, ie gradient de potentiel de la zone qui les sépare est levé. Or cette zone, du fait de la métallisation réalisée aux extrémités, est nécessairement hetérogène : cette métallisation est généralement réalisee par un alliage argent-palladium appliqué sur la céramique au moyen d'une substance vitreuse généralement à base de borosilicate de plomb et/ou d'oxyde de bismuth qui diffuse dans la zone 40 de la céramique frittée, pour assurer l'alliance métal- céramique.Cette zone de difusion ors correspond à un rassemblement des lacunes de la céramique (zone cristalline 4 1) et de la subs-ta-ce -8:itreuse (zone vitreuse 42) : elle est donc nécessairement hétérogène, ce qui explique sa sensibilité au claquage. En outre, il est clair qu'un seul claquage suffit pour mettre en court-circu-t le condensateur, le rendant inutilisable. Ce point est de nature à aggraver les conséquences du claquage pour ce type de condensateur. La présente invention a pour but de remédier à ces Inconvénients, et propose un condensateur à haute fiabilité et tension de service élevée, formé d'un empilement alterné de premières èuS es ît de secondes feuilles avec interpositions de couches isolantes intercalaires formant diélectrique. Les premières feuilles portent chacune deux motifs conducteurs séparés par un intervalle non conducteur et débouchant chacun de part et d'autre de la feuille sur un bord de celle-ci.Les secondes feuilles portent un motIf conducteur séparé,par un intervalle non conducteur, des bords correspondant aux bords ou débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles, l'étendue de ce motif conducteur lui permettant d'avoir des surfaces en regard avec l'un et l'autre des motifs conducteurs des premières feuilles voisines de i'empilement : les surfaces en regard des motifs conducteurs des premieres et secondes feuilles forment ainsi les armatures de deux condensateurs élémentaires reliés en série, par l'armature commune que forme le motif des secondes feuilles, entre les deux points où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles. Chacun des bords de 1 empilement où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles est pourvu d'une métallisation formant liaison électrique commune à ces motifs conducteurs. En variante, on peut juxtaposer plusieurs de ces empilements (en pratique, sous la forme d'un empilement unique de feuilles sur chacune desquelles les motifs conducteurs sont répétés et juxtaposés). En augmentant ainsi, pour un même composant, le nombre de condensateurs en série, on augmente dans les mêmes proportions la tension de service que peut supporter ce composant. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1 et 2, déjà citées, montren-t la structure d'un condensateur de la technique antérieure, la figure 3 montre l'empilement de feuilles formant le condensateur selon l'invention, les figures 4a et 4b sont des vues en plan d'une des premières et des secondes feuilles, respectivement, de l'empilement de la figure 3, la figure 5 est une courbe montrant la variation de la tension de claquage en fonction de l'épaisseur du diélectrique céramique, la figure 6 est une variante de réalisation, où l'on a juxtaposé deux empilements tels que ceux de la figure 3. Sur la figure 3, on peut voir le condensateur de l'invention, formé d'un empilement alterné de premières feuilles 100 et de secondes feuilles 200, séparées par des couches intercalaires 300 (ces couches intercalaires sont de préférence formées chacune d'au moins deux feuilles de céramique morte, pour diminuer le risque de superposition de défauts dans la céramique). Une épaisseur eO de céramique formant diélectrique sépare donc des feuilles 100 et 200 successives portant les motifs conducteurs décrits plus loin. La première et la dernière feuilles de l'empilement sont des feuilles 100, de manière qu'on ait toujours un nombre impair d'électrodes débouchantes. Enfin, des couches protectrices 300a et 300b de céramique morte sont ajoutées en parties inférieure et supérieure de l'empilement. Les feuilles 100 et 200 sont représentées, en plan, plus en détail figures 4a et 4b : une feuille 100 (figure 4a) porte deux motifs conducteurs 110, 120 séparés par un intervalle 130 non conducteur, de largeur d2. L'un et l'autre motif débouchent sur les bords 111 et 121 de la feuille, pour permettre, de manière connue, la liaison électrique à une métallisation 410 ou 420 (figure 3) assurant la mise en commun de tous les motifs conducteurs 110 ou 120, respectivement, de l'empilement. Les feuilles 200 (figure 4b) portent un motif conducteur unique 210, non débouchant. En particulier, il est prévu des espaces de garde 220, 230, de largeur dl, par rapport aux bords 211 et 221 homologues des bords 111 et 121 où débouchent les motifs conducteurs des feuilles 100. Les feuilles 100 et 200 superposées ont des surfaces en regard, respectivement 112 et 212 qui forment les armatures d'un premier condensateur élémentaire A (figure 3),et 122 et 222, qui forment les armatures d'un second condensateur élémentaire B. A et B sont reliés en série entre les métallisations 410 et 420, par l'inter médiaire de la zone conductrice 213 de la feuille 200. De cette manière, et à la différence des condensateurs de la technique antérieure, toutes les électrodes ou terminaisons situées d'un même côté de l'empilement sont portées au même potentiel : cette disposition permet donc d'éviter les problèmes précités lors de la diffusion à 11 intérieur de la céramique frittée au moment où l'on réalise la métallisation.On donne à l'espace de garde dl une largeur suffisante pour éviter les risques de court-circuit, par exemple une valeur comprise entre 1/20ème et 1/5ème de la largeur L de l'empilement ; cette valeur n'est cependant pas critique, d'une part parce que l'électrode centrale n'est portée qu'à la moitié du potentiel de service, et d'autre part parce que les risques de court-circuit se produisent surtout au voisinaye des retours de métallisation, donc pour la premiere et la dernière couche conductrice de l'empilement, qui sont, comme on l'a vu, toutes débouchantes et portées au potentiel de l'électrode adjacente. La largeur de l'intervalle d2 est du meme ordre que d1 ; il n'existe que très peu de risques de court-circuit à cet endroit, car la zone est homogène (pas de métallisation). En outre, la mise en série de deux condensateurs permet de diminuer l'épaisseur eO du diélectrique, qui peut etre la moitie de l'épaisseur classique. En théorie, il est même possible de descendre en dessous de cette valeur. En effet, comme on peut le voir sur le graphique de la figure 5 qui montre l'évolution de la tension de claquage V en fonction de l'épaisseur du diélectrique e (pour un diélectrique céramique), sl l'on diminue l'épaisseur de moitié de e2 à el, la tension de claquage ne s'abaisse, de V2 à V1, que dans une proportion beaucoup plus faible la tension de claquage de deux condensateurs en série ayant une épaisseur diélectrique donnez est donc plus élevée que celle dssun condensateur unique ayant ut ' diéIectriue d'épaisseur double. est pourquoi en pratique, on choisit pour eo une valeur de l'ordre de la moitié de l'épaisseur diélectrique d'un condensateur classique, pour augmenter la marge de sécurité. En outre, on peut, par un dimensionnement judicieux, limiter le gradientde potentiel à une valeur telle que, meme dans le cas où une électrode viendrait à se mettre en court-circuit, l'ensemble - notarninent le condensateur élémentaire en série avec celui. qui se met en court-circuit - peut supporter l'augmentation de tension résultante. L'avantage est important par rapport à la technique antérieure, où toute mise en court-circuit entraînait une mise hors service irrémédiable du composant Pour augmenter la tension de service, on peut augmenter l'épaisseur diélectrique ; on vient cependant de voir que, passé un certain seuil, l'accroissement de tension correspondant était minime.On préfère donc augmenter le nombre de condensateurs en serie, en juxtaposant plusieurs empilements tels que ceux de la figure 3 : on peut voir une telle juxtaposition figure 6, où l'on a juxtaposé, de part et d'autre d'un axe XX', deux condensateurs selon l'invention. On notera que cette juxtaposition est purement fonctionnelle ; il s'agit en fait d'un empilement de feuilles 100, 200 sur lesquelles les motifs des figures 4a et 4b ont eté répétés autant de fois (ci, deux fois) qu'il est souhaité : la feuille 100 porte ainsi un premier motif débouchant 101, un motif central 102 qui est la réunion des deux motifs contigus des deux condensateurs adjacents, et un motif débouchant 103. La feuille 200 porte deux motifs non débouchants 201 et 202 : l'ensemble est donc constitué de quatre condensateurs élémentaires A, B, C, D, tous reliés en série entre les métallisations extrêmes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Condensateur à diélectrique céramique multicouches, caractérisé en ce qu'il est formé d'un empilement fritté alterné de premières feuilles (100) et de secondes feuilles (200) avec interposition de couches isolantes intercalaires (300) formant diélectrique, - les premières feuilles portant deux motifs conducteurs (110, 120), séparés par un intervalle (130) non conduc teur et débouchant chacun de part et d'autre de la feuille sur un bord (111, 121) de celle-ci, - les secondes feuilles portant un motif conducteur (213), séparé, par un intervalle (220, 230) -non conducteur des bords correspondant aux bords où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles, l'étendue de ce motif conducteur lui permettant d'avoir des surfaces (212 , 222) en regard avec l'un et l'autre des motifs conducteurs des premières feuilles voisines de l'empile ment, - les surfaces en regard des motifs conducteurs des premières (112, 122) et secondes (212,222 ) feuilles formant les armatures de deux condensateurs élémentaires (A,B) reliés en série, par l'armature commune que forme le motif des secondes feuilles, entre les deux points où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des bords de l'empilement où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles est pourvu d'une métallisation (410, 420) formant liaison électrique commune à ces motifs conducteurs. 3. Condensateur, caractérisé en ce qu'il est formé d'une juxtaposition d'une pluralité de condensateurs selon la revendication 1, avec réunion des bords où débouchent les motifs conducteurs des premières feuilles, une continuité électrique étant assurée entre les motifs contigus de ces premières feuilles. 4. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que toutes les feuilles de méme niveau dans l'empilement sont juxtaposées en une feuille unique de céramique. 5. Condensateur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les couches isolantes intercalaires (300) formant diélectrique sont constituées chacune d'au moins deux feuilles superposées de céramique morte. 6. Condensateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur (dl, d2) des intervalles séparateurs non conducteurs des premières et des secondes feuilles est comprise entre 1/20ème et 1/5ème de la largeur (L) de la feuille entre les bords débouchant. 7. Condensateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches extrêmes de l'empilement sont des premières feuilles recouvertes d'une couche de feuilles de céramique morte (300a, 300b).