Brevet FR2599546A1 — publié le 19871204

CONDENSATEUR MULTICOUCHE La présente invention concerne les condensateurs multicouche et plus particulièrement un condensateur multicouche de forte valeur de capacité. Dans certaines applications et notamment dans les alimentations à découpage modulaires, la modularité a permis l'utilisation de condensateur de plus faible valeur par rapport aux condensateurs utilisés dans les alimentations monolithiques, mais ces condensateurs restent malgré tout des condensateurs de forte capacité de 0 10 à 100 tiF. Pour diminuer l'encombrement de ces alimentations modulaires on utilise de plus en plus des chips capacitifs, c'est-àdire des condensateurs plans constitués de couches conductrices, séparées par des couches isolantes. Or plus la capacité doit être importante et plus les dimensions du condensateur doivent éga15 lement être importantes. Il s'avère qu'à pa tir de certaines valeurs de capacité, il n'est plus possible d'obtenir un condensateur du type chip ayant les performances requises car l'inductance et la résistance qui sont proportionnelles aux dimensions des armatures sont nuisibles au fonctionnement. Ces deux éléments parasites contribuent 20 à diminuer la fréquence de coupure du condensateur d'une part et l'amplitude des courants efficaces par effet Joule d'autre part. Généralement, pour obtenir une diminution de ces deux paramètres on augmente la longueur de la connexion réalisée sur deux tranches opposées du chip, et on diminue la distance entre ces deux 25 connexions pour conserver une même surface d'armature. La longueur des armatures (définie par le trajet du courant) est réduite dans une proportion inverse à celle de la largeur, le condensateur a ainsi une forme allongée. La diminution de l'inductance est proportionnelle au rapport de la diminution de la distance entre les 30 connexions et la diminution de la résistance est proportionnelle au carré de ce rapport. Cependant, l'augmentation de la longueur (longeur des connexions) et la diminution de la largeur du chip capacitif (distance entre connexions) a des limites dues au fait que le condensateur devient trop fragile à la torsion. La réalisation de chip capacitif de forte capacité se trouve donc limitée par ce problème mécanique ce qui est un inconvénient dans la mesure ou on cherche de plus en plus à utiliser ce type de condensateur pour contribuer à la miniaturisation des alimentations à découpage. La présente invention permet de remédier à cet inconvénient en proposant un condensateur multicouche qui, pour une capacité 10 donnée, a une inductance parasite et une résistance parasite inférieure à celles de l'art antérieur tout en ayant le même encombrement. L'invention consiste à multiplier le nombre de connexions et à entrelacer les connexions de polarité opposées des deux tranches. La présente invention a donc pour objet un condensateur multicouche comportant un premier et un deuxième ensembles d'armatures, les armatures du premier ensemble étant reliées électriquement entre elles et étant intercalées entre les armatures du deuxième ensemble, ces dernières étant également reliées électri20 quement entre elles, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un deuxième ensembles de connexions correspondant respectivement aux liaisons électriques entre les armatures du premier ensemble et aux liaisons électriques entre les armatures du deuxième ensemble, ces connexions étant alternées. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: - la figure I représente le schéma d'un condensateur selon l'in30 vention; - la figure 2, représente le schéma de deux armatures vues de dessus du condensateur selon l'invention; - la figure 3, représente une vue de c8té du condensateur selon l'invention; la figure 4, représente un exemple d'implantation du condensateur selon l'invention; - la figure 5, représente le schéma électrique équivalent du condensateur selon la figure 4; - la figure 6, représente un autre exemple d'implantation du condensateur selon l'invention; - la figure 7, représente les courbes d'impédance de deux condensateurs selon l'art antérieur et une courbe d'impédance d'un condensateur selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en perspective le chip capacitif multicouche selon l'invention. Sur cette figure le chip est représenté sous la forme d'un microboîtier céramique permettant le montage à plat par exemple. D'autres représentations et modes de montage sont décrits dans ce qui suit la description de cette figure. Le condensateur comporte deux rangées de connexions externes 1. La distance entre les connexions 1 placées sur les deux tranches du 20 condensateur est référencée d, la longueur de la tranche est référencée L, L étant plus grand que d. Par rapport aux condensateurs multicouche de forme allongée de l'art antérieur ces deux valeurs restent les mêmes pour une capacité C donnée. Par rapport à la forme plus massive des condensateurs avant la conception d'un 25 condensateur de forme allongée, la largeur d est kI fois plus petite que la largeur du condensateur de forme massive et sa longueur L est kl fois plus grande pour une capacité donnée. Le condensateur est constitué d'une pluralité d'armatures 5, 6 superposées et séparées entre elles par un isolant 2. La forme des armatures 5 et 6 est telle que le condensateur comporte une pluralité de liaisons électriques correspondant aux connexions 1 situées sur les deux tranches 3, 4. La largeur de ces connexions est référencée e et l'espace entre deux connexions successives placées sur une même tranche est référencé a. La distance (e+a) est égale à d/k2 (le coefficient k2 étant supérieur à k). Soit donc C la capacité du condensateur selon une forme massive (de l'art antérieur), D sa largeur, 1 sa longueur, ce condensateur a une inductance propre LS et une résistance propre Rs. Pour cette même capacité C, un condensateur de longueur L = kl I et de D LS largeur d = D, l'inductance propre est égale à et la résistance RP propre est égale à - Pour cette même capacité C, le condenk.D sateur selon l'invention a une longueur L = kl1 une largeur d = D k' LS RS une inductance propre égale à k et une résistance propre -2 k2 2 k2 étant supérieur à k1. L'inductance propre et la résistance propre du condensateur sont donc diminuées dans le rapport k22, k2 défini par l'espacement entre deux points situés au milieu respectivement de la largeur de chaque connexion. Sur la figure 2, on a représenté l'exemple de réalisation des armatures du condensateur, deux armatures seulement ont été représentées pour simplifier. Les armatures 5 et 6 sont découpées respectivement sur leurs bords longitudinaux 10 et 11. Les bords constituent les deux tranches 20 3, 4 du condensateur lorsque les armatures sont toutes empilées. Les bords 10 et 11 présentent un découpage en forme de créneau de manière à présenter alternativement sur chaque bord une zone pleine 13, 23 et une zone vide 14, 24. Le découpage des deux armatures 5 et 6 est tel que lorsqu'elles sont superposées une zone 25 pleine 13 du bord 10 de l'armature 5 se trouve au dessus d'une zone vide 14 de l'armature 6 et inversement une zone pleine 13 de l'armature 6 se trouve au dessous d'une zone vide 14 de l'armature 5. Une zone pleine 23 du bord 11 de l'armature 5 se trouve au dessus d'une zone vide 24 de l'armature 6 et inversement une zone pleine 23 de l'armature 6 se trouve au dessous d'une zone vide 24 de l'armature 5. Le condensateur comporte donc un ensemble d'armatures du type de l'armature référencée 5, entre deux armatures de ce type est intercalée une armature du type de l'armature référencée 6. Les armatures sont bien entendu séparées entre elles par un isolant 2. Les parties pleines des armatures de même type qui se trouvent sur la même tranche sont reliées électriquement par des plaques 1 de manière à former une pluralité de connexions comme 10 cela est représenté sur la figure 3. En effet les languettes 13, 23 qui se trouvent superposées sont reliées entre elles par une plaque 1 pour former une connexion par exemple A6 ou AS ou B6 ou B3. Cette figure représente par exemple la tranche 3. Sur l'autre face, c'està-dire la tranche 4, la disposition des zones pleines et vides est 15 alternée. Comme cela a été décrit pour la figure 2 lorsque l'on a une zone vide 14 sur la tranche 3 formée par les bords 10 des armatures 5, on a une zone pleine 23, au même niveau, sur la tranche 4 formée. Lorsque l'on a une zone vide 14 sur la tranche 3 formée par les bords 10 de l'armature 5, on a une zone pleine 23, au même niveau, sur la 20 tranche 11. On obtient ainsi des connexions avec des polarités A, B opposées alternativement sur chaque tranche. Le condensateur est équivalent à une pluralité de chips en parallèle. La capacité totale est égale à la somme des capacités de 25 chaque chip, l'inductance propre et la résistance propre ont été diminuées dans le rapport k2, k22 indiqué précédemment (k1 = 1, k2 = 10). Sur la figure 4 on a indiqué un mode d'implantation du chip selon lPinvention. Les connexions de même polarité AI-A5 d'une 30 même tranche 11 sont connectées à la borne positive E+ d'une alimentation. Les connexions de polarité opposées BI-B5 sont reliées à la borne négative E-. Une tension VE est appliquée entre ces deux points. Deux fils d'une ligne 20 permettent d'appliquer cette tension entre les connexions. Sur l'autre tranche 10 les connexions de même polarité A6-A10 sont reliées à un fil d'une ligne 21, les connexions de polarité opposées B6- B10 sont reliées à l'autre fil de cette ligne 21. La tension de sortie VS est prise entre les deux points S+ et S-. Le report est effectué, par exemple, sur un circuit imprimé sur lequel sont imprimés les fils d'alimentation, le condensateur se présentant sous la forme d'un circuit intégré comportant deux rangées de picots 30 comme cela est représenté sur cette figure. 10 Les picots sont connectés à des plaques métalliques I reliant les armatures. Le condensateur se comporte comme un quadri pôle au lieu d'un dipôle (selon l'art antérieur). Son schéma électrique est représenté sur la figure 5, grâce à l'inductance L des armatures du 1 condensateur et au fait que les connexions de polarité opposées sont alternées. Le condensateur permet d'assurer un bon découplage entre un circuit permutateur placé à l'entrée du quadripôle et un circuit sensible placé à la sortie de ce quadrip8le. Le condensateur peut également être reporté sur le circuit imprimé à plat ou sur la 20 tranche. Sur la figure 6, on a représenté un exemple d'implantation sur la tranche du condensateur sur un circuit imprimé. On applique pour cela une tension VE entre les connexions AI, BI (entrée du quadrip8le) et on a la tension de sortie VS entre les bornes A3, B3 (sortie 25 du quadripôle). Sur la figure 7 on a représenté la courbe d'impédance Z2 du condensateur selon l'invention en fonction de la fréquence de résonance c'est-à-dire la fréquence de coupure. On a également représenté les courbes Z et ZI de condensateur selon l'art antérieur. 30 La courbe Z représente l'impédance d'un condensateur de forme massive, la courbe ZI représente l'impédance d'un condensateur de forme allongée selon l'art antérieur. On constate sur ces courbes que le terme résistif est plus faible que dans l'art antérieur et qu'il est égal à RS/k22 à la fréquence de résonance fc2 cette fréquence étant plus élevée. La diminution de ce terme résistif permet de passer des courants efficaces plus importants. Le condensateur se comporte comme une capacité pure au-delà des fréquences de résonance fc et fCl puisque sa fréquence de résonance fC2 est supérieure. Au-delà de cette fréquence fC2 il se comporte comme une inductance pure de valeur inférieure pour une même fréquence f (ou une même pulsation w). Les dimensions du condensateur sont parfaitement adaptées aux bottiers des circuits intégrés dual-in-line. Le condensateur peut par conséquent se présenter sans la forme d'un circuit intégré dualin-line, avec deux rangées de picots, chaque picot étant relié à une connexion comme cela est représenté sur la figure 4. Il peut 15 également se présenter sous la forme d'un microbottier céramique comportant deux rangées de connexions externes pour le montage à plat (figure 1) ou sur la tranche (figure 6). REVENDICATIONS 1. Condensateur multicouche comportant un premier et un deuxième ensemble d'armatures des couches d'isolant entre chaque armature, les armatures (5) du premier ensemble étant reliées électriquement entre elles et étant intercalées entre les armatures 5 (6) du deuxième ensemble, ces dernières étant également reliées électriquement entre elles, caractérisé en ce qu'il cormporte un premier (AI-AS, B1-B5) et un deuxième (A6-A10, B6-B10) ensembles de connexions correspondant respectivement aux liaisons électriques (1) entre les armatures (5) du premier ensemble et aux liaisons 10 électriques entre les armatures du deuxième ensemble (6), pour chacune des tranches (3, 4) ces connexions étant alternées. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque armature (5, 6) du premier et deuxième ensembles est constituée par une plaque de forme allongée dont les bords (10, 11) 15 les plus longs sont découpés de manière à avoir alternativement une partie pleine (13) et une partie vide (14) sur un bord (10), l'alternance étant opposée sur l'autre bord (11), et l'alternance étant également opposée entre une armature (5) du premier ensemble et une armature (6) du deuxième ensemble. 3. Condensateur selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que chaque liaison électrique est réalisée par une plaque conductrice (1) reliant entre eux les bords des parties pleines superposées de manière à former les deux ensembles de connexions. 4. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 25 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un circuit intégré comportant deux rangées de picots (DIL) (30). 5. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un microboîtier céramique comportant deux rangées de connexions externes (1).