Brevet FR2539246A1 — publié le 19840713

Condensateur de découplage et Procédé de fabrication de celui-ci La présente invention concerne les condensateurs de découplage pour circuits intégrés Plus particulièrement, la présente invention concerne un condensateur de découplage nouveau et amélioré et un procédé de fabrication de celui- ci, particulièrement bien adapté au montage automatique dans des plaques à circuits imprimés, en rapport avec des cir- cuits intégrés du type double en ligne. La demande de brevet américaine no 403 408 décrit un condensateur de découplage pour un ensemble à circuits intégrés Le condensateur de découplage de cette demande antérieure est un mince chip rectangulaire en matériau céramique, qui est métallisé sur ses faces opposées et qui présente des conducteurs partant des revêtements métallisés sur les faces opposées du chip en deux-points adjacents à un couple d'angles diagonalement opposés du chip en céramique, de forme rectangulaire Les deux conducteurs sont cintrés vers le bas et l'ensemble du condensateur de découplage est enrobé dans une pellicule de matériau non conducteur. D'après l'exposé de cette demande antérieure, le condensa- teur de découplage est dimensionné de façon à pouvoir se loger dans l'espace compris entre les deux rangées de conducteurs provenant d'un circuit intégré classique du type double en ligne Les deux conducteurs provenant du condensa- teur de découplage sont connectés à une plaque à circuits imprimés, ces conducteurs provenant du condensateur étant insérés dans le circuit imprimé par des trous auxquels sont connectés les conducteurs de terre et d'alimentation de cou- rant Le circuit intégré associé est disposé ensuite sur le condensateur et est inséré dans la plaque, de façon à ce que les conducteurs d'alimentation de courant du circuit intégré soient disposés de la même manière à travers les trous de la plaque à circuits imprimés dans laquelle ont été insérés les deux conducteurs du condensateur. -2- Les conducteurs ou broches disposés en diagonale de ce condensateur de découplage, conforme à la demande de brevet 403 408, donnent lieu à une difficulté quand il est souhai- table d'insérer automatiquement les condensateurs de décou- plage dans la plaque à circuits imprimés Il existe des appareillages classiques pour l'insertion automatique des éléments de circuits intégrés dans les plaques à circuits imprimés Les têtes d'insertion des appareillages classiques d'insertion automatique -amèÈent le circuit imprimé devant les broches, ou conducteurs de bornes, cintrées du circuit imprimé Quand il existe deux rangées symétriques de broches sur l'élément de circuit intégré, l'appareillage d'insertion automatique peut saisir l'élément de circuit intégré d'une manière symétrique et stable, en vue de l'insertion Toute- fois, si l'on essaie d'insérer le condensateur de découplage conforme à la demande antérieure 403 408, avec le même appareillage d'insertion automatique, il en résulte un état d'instabilité et un défaut d'alignement, parce que le condensateur de découplage n'a que deux broches situées en des angles diagonalement opposés du condensateur rectangu- laire, au lieu d'avoir deux rangées symétriques de broches. La présence de deux broches seulement a pour effet de provo- quer un basculement du condensateur dans la tête d'insertion avec, pour résultat, un défaut d'alignement entre les broches du condensateur dans les trous correspondants de la plaque à circuits imprimés. Comme il est extrêmement souhaitable de réaliser l'insertion automatique des condensateurs de découplage dans les plaques à circuits imprimés, et comme il est également souhaitable de réaliser cette insertion automatique avec le même appareillage d'insertion automatique qui est utilisé pour les éléments à circuits intégrés, le condensateur de découplage, conforme à la demande de brevet antérieure, donne lieu à une difficulté sérieuse, non du point de vue de son efficacité et de son fonctionnement électronique, mais 3 2539246 plutôt du point de vue de son adaptation à des techniques de montage à haute productivité. La difficulté décrite ci-dessus et d'autres encore, propres à l'état antérieur de la technique, sont surmontées ou sensiblement réduites grâce au condensateur de découplage nouveau et amélioré, propre à la présente invention. Conformément à la présente invention, les conducteurs ou broches inactives ou factices, sont incorporées dans le condensateur de découplage dans le second couple d'angles diagonalement opposés Ceci crée une disposition symétrique des broches, qui élimine le problème d'alignement défectueux rencontré précédemment et rend le condensateur de découplage parfaitement adapté pour l'insertion automatique dans des plaques à circuits imprimés, avec un appareillage classique d'insertion automatique. Dans une réalisation conforme à la présente invention, les broches factices, qui peuvent être considérées également comme des broches de stabilisation, peuvent être incorporées au condensateur de découplage, avec différentes dispositions mécaniques, et en utilisant plusieurs méthodes différentes. Une des dispositions consiste à placer les deux broches factices dans une entretoise isolante au-dessus ou au-dessous d'une des surfaces conductrices du condensateur; ou bien chacune des deux broches factices peut être placée de chaque côté du chip et séparée du chip par une entretoise isolante Dans une autre disposition, les broches factices sont obtenues à partir d'une bande de matériau comprenant également les broches actives Les broches actives et factices sont disposées à l'endroit correct par rapport au chip en céramique, et les éléments sont ensuite coupés à longueur, les broches actives restant en -contact mécanique et électrique avec le condensateur, tandis que les broches factices sont fixées mécaniquement, mais sont électriquement isolées. L'avantage décrit ci-dessus et d'autres encore, propres 4 2539246 à la présente invention, apparaîtront et seront compris par tous ceux qui sont au courant de la technique, d'après la description détaillée suivante et les dessins correspondants. Si l'on se réfère maintenant aux différentes figures des dessins, o les éléments semblables sont numérotés d'une manière semblable dans les différentes figures, on voit que: Les figures 1 et IP représentent respectivement une vue en perspective et une vue en plan par le dessus, d'un condensateur de découplage conforme à la demande de brevet américaine 403 408. La fiîure 2 représente une vue en perspective d'un con- densateur de découplage conforme à la présente invention. La figure 3 représente une vue détaillée éclatée du condensateur de découplage de la figure 2. La figure 3 A est une vue semblable à la figure 3, mais représentant une variante. La figure 4 représente une bande de matériau, utilisée pour constituer les broches actives et factices, conformé- ment à une autre réalisation de la présente invention, représentée à la figure 5. La figure 5 représente une vue éclatée des pièces d'un condensateur de découplage, conforme à une autre réalisation de la présente invention. La figure 6 représente une vue en plan, par le dessus, de l'assemblage d'un condensateur suivant figure 5, avant le stade du parachèvement final. La figure 7 représente une vue en plan, par le dessus, d'un condensateur de découplage simple, conforme à la réali- sation de la présente invention, illustrée à la figure 5. Si l'on se réfère d'abord aux figures I et l A, on y voit un condensateur de découplage 10, ce condensateur de décou- plage 10 étant du même type général que le condensateur de découplage 20 de la demande de brevet américaine antérieure n O 403 408 Comme l'indiquent les figures 1 et IA, le conden- 3 r sateur 10 est enrobé dans une pellicule protectrice isolante 2539246 extérieure 12, réalisée, par exemple, en Mylar, Tedlar ou Nomex Le condensateur a généralement une forme rectangulaire et présente une paire de conducteurs, 14 et 16, partant d'angles du condensateur diaqonalement opposés Comme déjà décrit dans la demande de brevet américaine antérieure N O 403 408, la structure de la capacité dans la gaine exté- rieure isolante 12 peut être formée par un chip en matériau céramique de forme rectangulaire, par exemple en titanate de baryum (Ba Ti O 3) ou titanate de strontium (Sr Ti O 3) Les faces opposées du chip en céramique sont métallisées, par exemple au moyen d'un revêtement d'argent, d'encre à l'argent- palladium, de nickel déposé sans courant ou d'étain, de cuivre, d'aluminium ou de zinc Les conducteurs 14 et 16 sont raccordés aux surfaces métallisées ou aux plaques métalliques Les conducteurs 14 et 16 sont prolongés vers l'extérieur sur une courte distance, dans une direction qui est généralement parallèle aux plaques du condensateur aux- quelles ils sont connectés puis ils présentent un cintrage à 900, de façon à se diriger vers le bas, dans une direction généralement perpendiculaire au plan des plaques métallisées. Les conducteurs 14 et 16 présentent une section transversale rectangulaire, de façon à minimiser l'inductance et ils sont disposés et placés de façon à pouvoir être insérés dans les mêmes plaques par des trous dans une plaque à circuits imprimés, qui reçoit les broches de terre et d'alimentation de courant de l'élément à circuits intégrés. Comme mentionné précédemment, le condensateur de décou- plage des figures 1 et l A présente une excellente efficacité électronique et remplit la fonction requise en obtenant les résultats désirés Toutefois, il souffre de l'inconvénient de ne pas se prêter facilement aux techniques de montage faisant appel à -un appareillage d'insertion automatique. Si l'on se réfère maintenant aux figures 2 et 3, on voit qu'elles représentent une réalisation du condensateur de 3 V découplage, conforme à la présente invention Le condensa- 6 2539246 teur 10 des figures 2 et 3 est également de-forme générale- ment rectangulaire, avec des conducteurs ou broches actives 14 et 16 situées en des angles diagonalement opposés Ce condensateur de découplage présente également une paire de conducteurs inactifs ou factices 18 et 20 dans l'autre couple d'angles diagonalement opposés et le corps du condensateur est également enrobé dans une pellicule isolante extérieure 12 La présence des conducteurs factices 18 et 20 confère au condensateur la caractéristique de symétrie axiale; c'est-à- dire que le condensateur est symétrique par rapport à l'axe longitudinal 22; alors que ce n'était pas le cas avec les dispositions conformes à la technique antérieure et repré- sentée aux figures 1 et IA La présence des conducteurs factices dans une disposition qui crée une symétrie axiale rend le condensateur approprié pour son utilisation avec un appareillage d'insertion automatique dont les mâchoires du mécanisme peuvent saisir le condensateur par les cotés, c'est-à-dire qu'une mâchoire s'accroche aux broches 16 et 18 et que l'autre mâchoire s'accroche aux broches 14 et 20. La présence des broches factices crée des surfaces d'accro- chage des broches dans les quatre anales, ce qui rend le dis- positif stable quand il est contenu dans les mâchoires d'une machine d'insertion automatique. Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on y voit les détails de la construction du dispositif de la figure 2. Le condensateur de découplage 10 présente un chip 24 en matériau céramique et de forme rectangulaire, par exemple en titanate de baryum ou en titanate de strontium, constituant une couche d'assemblage Au niveau de cette même couche,-on peut disposer des entretoises isolantes 26, de façon à remplir les lacunes de cette couche Ces entretoises peuvent être des pièces rectangulaires en un matériau isolant tel que le Mylar Les première et seconde plaques conductrices 28 et 30 sont disposées au-dessus et au-dessous du condensa- teur en céramique 24 Les éléments conducteurs 28 et 30 sont 7 2539246 réalisés en un matériau électriquement conducteur, tel que, par exemple, le cuivre, et chacun d'eux peut avoir des dimensions correspondant sensiblement à la longueur de la couche centrale de l'assemblage stratifié comprenant le condensateur 24 et les entretoises 26 Les conducteurs 28 et sont solidement fixés aux faces opposées du condensateur et peuvent y être joints par collage Les conducteurs 28 et 30, et le chip en céramique situé entre ceux-ci, consti- tuent-un condensateur La borne active 14 part d'une extré- mité de la plaque 28 et la borne active 16 part de l'autre extrémité de la plaque 30, de façon à ce que ces broches actives partent d'angles diamétralement opposés de l'assem- blage Une entretoise isolante 32 (telle que Mylar) est dis- posée sur et peut-être fixée par collage à la surface supé- rieure de la plaque 28 Au-dessus de l'entretoise 28, et de préférence avec fixation par collage à celle-ci, il existe - une paire de plaques métalliques espacées (par exemple en cuivre), 34 et 36 La broche factice ou inactive 18 part de la plaque 34 et la broche factice ou inactive 20 part de la plaque 36 La présence de l'entretoise isolante 32 entre la plaque 28 et les plaques 34 et 36 isole électriquement les plaques 34 et 36 et broches 18 et 20 de la structure du condensateur; et la séparation entre les plaques 34 et 36 empêche la formation de tout circuit électrique entre celles-ci Par conséquent, les conducteurs factices ou inactifs 18 et 20 sont mécaniquement présents mais électri- quement inertes L'assemblage est complété par une pellicule plastique isolante 12 La pellicule 12 est représentée en deux pièces à la figure 3; mais il doit être entendu qu'elle peut être constituée d'une pellicule d'enrobage unique; et il doit être également entendu que la pellicule 12 doit s'étendre de préférence tout autour de l'ensemble du corps du condensateur, de manière à l'enrober, y compris les extrémités et les faces de celui-ci, de façon à ce que seulement les broches actives 14 et 16 et les broches 8 2539246 inactives 18 et 20 fassent saillie à travers la pellicule isolante d'enrobage Il doit être également entendu que les différentes couches de la structure stratifiée de l'assem- blage de la figure 3 (et de toutes les autres réalisations possibles) peuvent être assemblées entre elles par collage. Le condensateur de découplage sera assemblé, çomme l'indique 3, avec les conducteurs 14, 18 et 20 faisant saillie vers l'extérieur, dans un plan généralement paral- lèle au corps de la structure Après l'achèvement de ce mon- tage, les broches seront cintrées vers le bas à 900, comme l'indique la figure 2, de façon à ce que les broches se pro- longent dans une direction généralement perpendiculaire au plan du corps du condensateur Une entretoise isolante 38 - peut être disposée entre les plaques 34 et 36, de façon à protéger la surface plane de la partie supérieure de l'assemblage et à réaliser l'isolement électrique entre ces plaques Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on voit qu'elle représente une disposition en variante, dans laquelle un conducteur factice ou inactif se trouve sur chaque face de l'assemblage Avec cette disposition, la plaque 34 et le conducteur 18 sont dans la même position qu'avec la réalisation de la figure 3 Toutefois, la plaque 36 et la broche 20 sont disposées en-dessous de la plaque conductrice 30 et sont séparées de la plaque conductrice 30 part une autre couche isolante 40 (qui, une fois encore peut être du Mylar) Afin de protéger les surfaces exté- rieures planes de l'assemblage, les couches dans lesquelles sont situées les plaques 34 et 36 peuvent être complétées ou remplies par des bandes supplémentaires en matériau isolant, tel que le Mylar, 42 et 44 L'aspect extérieur d'un dis- positif construit conformément à la disposition représentée à la figure 3 A sera essentiellement le même que celui des figures 2 et 3, quoique l'épaisseur puisse être un peu plus grande, à cause de la présence d'une couche supplémentaire de matériau isolant 40. 9 2539246 Si l'on se réfère maintenant aux figures 4, 5, 6 et 7, on voit que cellesci représentent une autre réalisation de la présente invention et un procédé de fabrication de celle- ci particulièrement avantageux Conformément à cette réali- sation de la présente invention, une bande métallique conti- nue 46, par exemple en cuivre, est façonnée suivant la forme représentée à la figure 4 De préférence, la bande 46 sera façonnée par estampage d'une-bande de cuivre bobinée et rela- tivement fine La bande estampée présente une partie prin- cipale 48 qui devra constituer finalement une plaque conduc- trice du condensateur La partie principale 48 est située entre les bandes d'entraînement et de guidage 50 qui présen- tent de nombreux trous de guidage 52 La partie principale 48 est raccordée aux bandes d'entraînement et de guidage 50 par une paire de traverses 54 et 56 qui, après l'achèvement du montage, constitueront un conducteur actif et un conduc- teur factice,respectivement La traverse/conducteur 54 est séparée de la partie principale avoisinante 48 par une ouverture ou espace rectangulaire 53, alors que la traverse/ conducteur 56 est, dans la forme initiale de la bande, réel- lement fixée à la partie principale immédiatement voisine 48 ' et est réellement séparée par une fente 55 en forme de L de la partie principale 48, à laquelle elle est associée. Si l'on se réfère maintenant à la figure 5, on voit qu'une paire des bandes 46 est montée avec un chip céramique 24 et une paire d'entretoises isolantes 26 situées entre celles-ci à l'emplacement de chaque paire de parties princi- pales 48 Comme on le constatera à la figure 5, la bande inférieure 46 (b) est inversée, ou subit une rotation de 1800 dans son plan, par rapport à la bande supérieure 46 (a), de façon à ce que la traverse/conducteur supérieure active 54 (a) et la traverse/conducteur active 54 (b) se trouvent aux extrémités opposées des parties correspondantes 48 (a) et 48 (b) Un positionnement et/ou un alignement corrects sont obtenus grâce aux trous de guidage 52 qui s'ajustent dans 2539246, des éléments appropriés d'un dispositif de montage ou d'un gabarit Avec cette disposition, une paire de broches fac- tices 56 (a) et 56 (b) sera également située en des angles diamétralement opposés d'une unité de condensateurs Les parties principales 48 (a) et 48 (b) seront fixées par col- lage, respectivement aux faces opposées du chip en céramique 24 et aux entretoises 26. Comme on le comprendra mieux en examinant simultanément les figures 5 et 6, on façonne une bande continue d'éléments de capacité constituée de segments principaux 48 (a) et 48 (b), avec les chips et entretoises insérés entre ceux-ci. Les trous de guidage 52 permettent d'assurer un positionne- ment correct des éléments principaux et des bornes, par rapport les uns aux autres, au moment de l'assemblage Comme on voit le mieux à la figure 6, chaque unité de condensateur possédera une borne active 54 (a) et une borne inactive 56 (a) à l'extrémité gauche de la surface supérieure et une borne active 54 (b) et une borne inactive 56 (b) à l'extrémité droite de la face inférieure de l'assemblage Une gaine iso- lante extérieure 62 sera ajoutée afin d'enrober et de para- chever l'assemblage Les unités peuvent alors être coupées ou sectionnées suivant les lignes indiquées par 58 et 60, de façon à obtenir une unité de condensateur simple représentée à la figure 7 Comme on le comprendra en examinant les figures 6 et 7, le sectionnement de la bande suivant les lignes 58 et 60 a pour effet que chacun des conducteurs fac- tices 54 (a) et 54 (b) continue à constituer un élément méca- nique de l'unité de condensateur; mais la fente 55 en forme de L réalise un isolement électrique des broches factices 56 (a) et 56 (b) par rapport aux éléments principaux 48 (a) et 48 (b). Il en résulte, comme le montre la figure 7, un condensa- teur de découplage possédant une paire de bornes actives 54 (a) et 54 (b) partant de deux anqlesdiamétralement opposés et une paire de broches factices ou-inactives 56 (a) et 56 (b) partant de l'autre couple l'angles diamétralement opposés. Tous ces conducteurs seront ensuite cintrés vers le bas à 900, comme déjà mentionnés ci-dessus, afin de préparer le dispositif pour l'insertion automatique dans une plaque à circuits imprimés, à utiliser en rapport avec des circuits intégrés ou d'autres constituants électroniques Il convient de noter que la disposition et le procédé de montage repré- sentés aux figures 4, 5 et 6, sont particulièrement souhai- tables, tant du point de vue de la vitesse du montage que de l'économie Ce procédé et cette disposition permettent de fabriquer des condensateurs de découplage à partir d'une bande continue; on élimine également la nécessité de prévoir des bandes ou des entretoises isolantes supplémentaires, telles que les éléments 32, 38, 40, 42 et 44, propres aux dispositions précédentes. il - 12 2539246 REVENDICATIONS 1 Un condensateur, comprenant un élément céramique plat ( 24), une couche métallisée ( 28, 30) dans chacune des deux surfaces opposées dudit élément céramique ( 24), une paire de conducteurs de contact ( 14, 16), l'un desdits conducteurs de contact ( 14) étant relié électriquement à l'une desdites couches métallisées et partant du condensateur en un pre- mier endroit de celui-ci, et le second desdits conducteurs de contact ( 16) étant relié électriquement à l'autre couche métallisée et partant du condensateur en un second endroit écarté diagonalement dudit premier conducteur de contact, et une paire de conducteurs factices ( 18, 20), lesdits conduc- teurs factices étant électriquement isolés desdites surfaces métallisées ( 28, 30) dudit élément céramique ( 24), le premier desdits conducteurs factices partant du condensateur en un troisième endroit opposé audit premier endroit et le second desdits conducteurs factices partant du condensateur en un quatrième endroit opposé audit second endroit et écarté diagonalement dudit premier conducteur factice. 2 Un condensateur, selon revendication 1, caractérisé par un dispositif isolant ( 12), enrobant ledit élément céra- mique et des parties desdits conducteurs de contact et des parties desdits conducteurs factices. 3 Un condensateur, selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé par un dispositif isolant ( 32, ) entre lesdites surfaces métallisées dudit élément céra- mique ( 24) et lesdits conducteurs factices ( 18, 20). 4 Un condensateur, selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que chacun desdits conducteurs de contact ( 14, 16) part d'une surface prolon- gée, les surfaces prolongées étant en contact électrique -avec les couches métallisées opposées dudit élément cérami- que ( 24) et en ce que chacune desdites broches factices ( 18, ) est mécaniquement fixée dans ledit condensateur. 5 Un condensateur, selon l'une quelconque des revendi- 13 2539246 cations l à 4, caractérisé en ce que les deux conducteurs factices ( 18, 20) sont fixés mécaniquement au condensateur sur une face dudit élément céramique ( 24). 6 Un condensateur, selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que l'un desdits conduc- teurs factices est fixé mécaniquement au condensateur sur une face dudit élément céramique ( 24) et que l'autre desdits conducteurs factices est fixé mécaniquement au condensateur sur l'autre face dudit élément céramique ( 24). 7 Un condensateur, selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par un dispositif isolant ( 22, ) sur la face de chacune desdites surfaces prolongées, au-delà desdites couches métallisées dudit élément céramique ( 24) et par les surfaces prolongées ( 34, 36) desdites broches factices ( 18, 20), chacune desdites surfaces prolon- gées ( 34, 26) desdites broches factices ( 34, 36) étant main- tenue écartée desdites couches métallisées dudit élément céramique ( 24), par lesdits dispositifs isolant ( 32, 40). 8 Un procédé de fabrication d'un condensateur, compre- nant les phases du façonnage d'une bande métallique présen- tant des sections répétées, comprenant une partie principale de forme prédéterminée, une première partie en saillie, et une seconde partie en saillie, le placement d'un élément céramique sur une partie principale, ledit élément céramique présentant des surfaces opposées métallisées, le placement d'une seconde partie principale sur ledit élément céramique, ladite seconde partie principale étant inversée par rapport à ladite première partie principale, l'enrobage desdites premières et secondes parties principales et de l'élément céramique situé entre elles dans une gaine isolante et le sectionnement de chacune desdites parties principales de sa bande, de façon à obtenir un condensateur assemblé, caracté- risé en ce que lesdites parties principales et les premières parties en saillie desdites premières et secondes parties 14 2539246 principales sont reliées électriquement aux surfaces métal- lisées opposées dudit élément céramique, et que lesdites secondes parties en saillie sont fixées mécaniquement, mais isolées électriquement, lesdites premières parties en saillie constituant des conducteurs factices disposés en diagonale. 9 Un procédé, selon la revendication 8, caractérisé en ce que des entretoises isolantes sont disposées à proximité dudit élément céramique et entre les parties de ladite partie principale, qui s'étend au-delà dudit élément céra- mique. Un procédé, selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites premières et secondes parties principales se trouvent chacune sur des-bandes métalliques séparées, entre des bandes d'entraînement et de guidage, l'une desdites bandes métalliques étant inversée par rapport à l'autre.