Brevet FR2598848A1 — publié le 19871120

CONDENSATEUR DE PRECISION A A3USTEMENT DE LA CAPACITE NOMINALE. La présente invention concerne des condensateurs multicouches dont la capacité nominale est ajustée finement pour atteindre des tolérances de 1 % et même de 0,5 %. Jusqu'a présent, deux techniques sont utilisées pour obtenir des 5 condensateurs multicouches de haute précision. Le principe est de partir d'un condensateur de valeur trop -élevée par rapport à la valeur désirée et de réduire graduellement la capacité jusqu'a la valeur désirée. Selon une première technique, les condensateurs sont percés à partir de l'une de leurs faces d'un trou réalisé par un jet de 10 sable micronisé dirigé perpendiculairement aux couches des condensateurs. Le jet de sable réalise un cône d'usinage profond et plus ou moins ouvert, enlevant la quantité de matière en surplus. Cette opération se fait en mesurant directement la capacité de l'élément au cours de son usinage. Cette technique présente 15 plusieurs inconvénients. Les épaisseurs des couches étant faibles, plusieurs couches actives doivent être attaquées et le trou provoqué dans l'élément doit ensuite être rebouché par un "verre" lequel après cuisson doit permettre au produlit fini de conserver toutes ses propriétés diélectriques. Le rebouchage du trou présente certaines 20 difficultés à cause de bulles d'air qui ont tendance à rester au fond du trou. La résistance d'isolement du verre, pris dans un certain nombre de couches actives et donc sous champ, s'écroule. Selon une seconde technique, on sable manuellement une électrode terminale réalisée en surface de l'élément capacitif par 25 exemple par sérigraphie. Cette opération se fait également en mesurant directement la capacité de l'élément au cours de son usinage. L'élément obtenu est ensuite enrobé complètement dans un verre de protection. Cette technique possède également ses inconvénients. Le procédé comporte une étape manuelle donc longue 30 et coûteuse. L'enrobage de verre est une opération très délicate. Le produit fini accepte mal les variations rapides de température du fait des coefficients de température différents entre le verre et l'ensemble céramique-métal. La tenue en tension à fréquence élevée est mauvaise. La résistance d'isolement est également mauvaise à cause de la porosité des verres employés en couches très épaisses. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention propose un condensateur multicouche réalisé de telle façon que la capacité nominale soit pratiquement atteinte grâce à un certain nombre de couches actives, que cette capacité nominale soit dépassée grâce à une couche supplémentaire déposée sur l'empilement de couches 10 actives et que la capacité nominale soit ajustée par sciage de l'armature déposée sur la couche supplémentaire. L'invention a donc pour objet un condensateur multicouche de précision constitué par un empilement alterné de couches diélectriques et d'armatures conductrices, les armaures impaires 15 étant connectées à l'une des électrodes du condensateur, les ai matures paires étant connectées à l'autre électrode du condensateur, une couche diélectrique comprise entre deux armatures successives définissant un élément capacitif élémentaire, caractérisé en ce que l'empilement comprend une premiere partie 20 formée d'éléments capacitifs élémentaires et constituant une capacité légèrement inférieure à la capacité nominale désirée, et une seconde partie complétant l'empilement et permettant à l'ensemble de l'empilement de dépasser légèrement la capacité nominale désirée, cette seconde partie comprenant une seule couche 25 diélectrique et son armature ou armature supplémentaire placée du côté externe de l'empilement étant interrompue à une distance donnée de l'électrode à laquelle elle est rattachée, cette distance étant déterminée en fonction de la capacité nominale désirée. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 30 apparaîtront au moyen de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure I est une vue en coupe d'un condensateur multicouche selon l'art connu, - la figure 2 est une vue en coupe d'un condensateur 35 multicouche selon l'invention. Les condensateurs multicouches sont essentiellement constitués d'un empilement alterné de couches diélectriques, par exemple en céramique, et de couches métalliques appelées armatures. L'empilement ainsi réalisé est de forme sensiblement 5 parallélépipédique et les armatures de même parité sont reliées entre elles par une couche conductrice appelée terminaison et destinée à former l'une des électrodes du condensateur. Ces deux terminaisons du condensateur sont situées sur deux faces latérales opposées du parallélépipède. Suivant les applications envisagées, le 10 condensateur multicouche peut être ainsi utilisé soit eri report direct sur un circuit électrique par l'intermédiaire des terminaisons, soit à l'aide de connexions soudées sur les terminaisons. La figure I est une vue en coupe d'un condensateur multicouche de précision selon l'art connu. La coupe effectuée 15 permet de voir l'empilement alterné des couches diélectriques I et des armatures 2 et 3. Les armatures 2 sont reliées entre elles par la terminaison 4 et les armatures 3 sont reliées entre elles par la terminaison 5. Sur la face supérieure du parallélépipède formant le condensateur, un jet de sable micronisé a permis de pratiquer un 20 cône d'usinage profond. Plusieurs couches actives ont été attaquées et l'opération d'usinage s'est effectuée en mesure directe. Le cône a été rebouché par du verre 6. En plus des inconvénients dcjà mer tionnés plus haut, on voit que cette coupure provoquée dans certaines couches du condensateur conduit à la formation d'un point 25 de rupture potentiel. La figure 2 est une vue en coupe, faite dans un plan identique à celui de la figure 1, d'un condensateur multicouche selon l'invention. La coupe permet de voir l'empilement alterné des couches diélectriques I0 et des armatures 11 et 12. Les armrnaturs 11 30 sont reliées entre elles par la terminaison 13 et les armatures 12 sont reliées entre elles par les terminaisons!14. L'empilement comprend une première partie formée de n éléments capaci ifs élémentaires ou couches actives. Le nombre n de couches actives est tel que l'ensemble présente une capacité légèrement inférieure à 35 la capacité nominale désirée. La capacité ainsi obtenue représente entre 97 et 99 % de la capacité nominale désirée pour le condensateur. L'empilement comprend également une seconde partie formée d'une seule couche diélectrique 15 comprise entre l'une des armatures du jeu d'armatures précédemment cité et une armature 16 5 dite armature supplémentaire. Cette seconde partie de l'empilement procure un élément capacitif supplémentaire et sa valeur est telle que l'ensemble de l'empilement possède une capacité légèrement supérieure à la capacité nominale désirée. Il est avantageux, pour des raisons qui seront exposées plus 10 loin, que la capacité de l'élément capacitif supplémentaire soit comprise entre le tiers et le cinquième de la capacité d'une couche active de la première partie de l'empilement. Cela revient à dire que, les couches actives ayant toutes la même épaisseur, l'épaisseur du diélectrique de l'élément capacitif supplémentaire sera de 3 à 5 15 fois supérieure à l'épaisseur du diélectrique d'une couche active. Le diélectrique de l'élément capacitif supplémentaire sera donc soumis à un champ électrique compris entre le tiers et le cinquième du champ appliqué aux couches actives. La couche diélectrique supplémentaire aura donc moins à souffrir que les autres couches 20 des effets du champ électrique. Sur la figure 2, on a également représenté les couvercles inférieur 17 et supérieur 18 du condensateur formes, par exemple, de feuilles diélectriques. Le condensateur ainsi constitué peut être ajusté très 25 précisément par découpe ou sciage de l'armature supplé-nentaire 16 qui se trouve près de la surface. En effet, on connaît l'épaisseur de diélectrique de l'élément capacitif supplémentaire et l'opération d'ajustement de la capacité nominale se ramène a: - une mesure précise de la capacité non ajustée, une découpe, par exemple par un trait de sciage a la meule diamantée, à une distance d de l'extrémité de référence (en l'occurrence la terminaison à laquelle l'armature suppiémenaire 16 est rattachée). La capacité de "correction" apportée par l'élément capacitif 35 supplémentaire à armature découpée peut s'exprimer pour un même format en picofarads par mm de distance d. On peut disposer de meules diamantées d'épaisseur descendant jusqu'à 0,05 mm. L'entaille réalisée par cette meule ne pénètre alors que très partiellement dans la couche active. Le matériau isolant 19 utilisé 5 pour reboucher l'entaille (par exemple du verre) ne sera pas dans ce cas sous champ. L'entaille effectuée ne concerne qu'une seule armature du condensateur. L'épaisseur préférée pour l'élément capacitif supplémentaire (entre 3 et 5 fois l'épaisseur d'une couche active) 10 permet d'obtenir un bon compromis entre l'épaisseur de cet élément supplémentaire et la valeur ajoutée de capacité. On choisira de préférence, pour ne pas altérer les propriétés du condensateur, un matériau de rebouchage possédant une constante diélectrique du même ordre que celle des couches diélectriques. Si 15 les couches diélectriques sont en céramiques, on peut trouver un verre possédant les propriétés requises. La découpe de l'armature supplémentaire peut s'effectuer autrement que par sciage, par exemple à l'aide d'un rayon laser dont la longueur d'onde et l'inclinaison sont choisies en fonction du 20 matériau constituant le couvercle 18. La présente invention présente encore les avantages suivants. La correction, se:c mant en pF/mm, peut être automatisée sur une machine trois axes. Le dépôt du matériau de rebouchage peut se faire a la seringue et de façon automatique puisque le volume de 25 l'entaille est toujours identique. Les essais effectués ont montré que la tenue aux variations rapides en température, à la chaleur humide, la tenue de la résistance d'isolement sous deux fois la valeur de la tension nominale d'utilisation et en haute fréquence restent excellentes. & L'invention s'applique particulièrement bien à la fabrication de condensateurs de forte ou moyenne puissance, de type I. La capacité nominale peut être ajustée à 1 % ou 0,5 % près. REVENDICATIONS 1. Condensateur multicouche de précision constitué par un empilement alterné de couches diélectriques (10) et d'armatures conductrices (1 1, 12), les armaures impaires étant connectées à l'une des électrodes (13, 14) du condensateur, les armatures paires étant connectées à l'autre électrode du condensateur, une couche diélectrique comprise entre deux armatures successives définissant un élément capacitif élémentaire, caractérisé en ce que l'empilement comprend une première partie formée d'éléments capacitifs élémentaires et constituant une capacité légèrement 10 -inférieure à la capacité nominale désirée, et une seconde partie complétant l'empilement et permettant à l'ensemble de l'empilement de dépasser légèrement la capacité nominale désirée, cette seconde partie comprenant une seule couche diélectrique (15) et son armature (16) ou armature supplémentaire placée du côté 15 externe de l'empilement étant interrompue à une distance (d) donnée de l'électrode à laquelle elle est rattachée, cette distance étant déterminée en fonction de la capacité nominale désirée. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature supplémentaire (16) est interrompue par une entaille. 20 3. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite entaille est rebouchée par un matériau isolant (19). 4. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche diélectrique (15) de la seconde partie a une épaisseur comprise entre 3 et 5 fois l'épaisseur des 25 autres couches diélectriques (10).