Brevet FR2662847A1 — publié le 19911206

L'invention concerne l'aménagement d'un fusible dans un condensateur à électrolyte solide tel qu'un condensateur au tantale et a trait à un perfectionnement au procédé et au condensateur décrits dans la demande de brevet français FR-2 633 770 ou dans la demande (non publiée) de brevet français 89-16820 déposée le 19 Décembre 1989. Il est rappelé tout d'abord qu'un condensateur à électrolyte solide, notamment du type au tantale, comporte principalement une anode poreuse d'o vient en saillie un fil d'anode, et qui est recouverte complètement ou partiellement de diverses couches (en pratique des couches de diélectrique/oxyde, de dioxyde de manganèse remplissant sensiblement les pores de l'anode et cons- tituant l'électrolyte solide, et une couche conductrice formant contr'électrode (cathode)) Ceci constitue un corps de condensateur que l'on enrobe dans une matière électri- quement isolante après avoir fixé aux électrodes des languettes de connexion terminées par des bornes de sortie On obtient ainsi des condensateurs très compacts de forme géométrique simple (cylindre ou plus généralement parallélépipède rectangle). Dans le but notamment de réduire les consé- quences fâcheuses d'un court-circuit dans un circuit comportant un ou plusieurs condensateur(s) à électrolyte solide, on a cherché à intégrer un fusible au sein même de ce(s) condensateur(s) tout en limitant le supplément d'encombrement qui en résulte. On connaît déjà divers types de tels conden- sateurs à fusible incorporé Des exemples sont donnés dans les documents US-4 107 762, US-4 224 656, EP-0 232 868 ou dans le document FR-2 633 770 précité. Les documents US-4 224 656 et EP-0 232 868 parviennent à un calibrage de la longueur efficace du fil fusible grâce à la mise en oeuvre d'un élément de support additionnel apparemment nécessaire, au cours de la fabrication, pour maintenir à un écartement prédéterminé les zones auxquelles doivent être fixées les extrémités du fil fusible. La document FR-2 633 770 précité a eu pour objet de simplifier encore plus l'intégration d'un fusible dans un condensateur à électrolyte solide, et donc d'en réduire le coût, tout en conduisant à un niveau comparable de performances, grâce à la suppression de tout élément intermédiaire de support rapporté entre la languette de connexion négative et la contr'électrode Il y est proposé à cet effet de disposer une longueur efficace prédéterminée de fil fusible calibré entre deux tronçons électriquement isolés de cette languette, laquelle est directement connectée par un de ses tronçons à la contr'électrode. En fait, ces diverses solutions précitées ont en commun l'inconvénient de ne pas permettre aisément le contrôle de l'intégrité du fusible puisque celui-ci (c'est nécessaire pour qu'il puisse assumer sa fonction) est monté en série avec le condensateur proprement dit. La demande de brevet 89-16820 précitée (non publiée) a visé à satisfaire l'objet du document FR- 2.633 770 en permettant en outre un contrôle aisé de l'intégrité du fusible. Elle a proposé à cet effet un condensateur à électrolyte solide comportant, noyé dans un bloc de résine électriquement isolante, un corps de condensateur muni de deux électrodes électriquement connectées respectivement, à deux languettes de connexion débouchant hors du bloc pour constituer des bornes de sortie (+, -), un élément fusible de longueur utile prédéterminée étant monté en série entre le corps de condensateur et l'une choisie (-) des bornes de sortie, caractérisé en ce que la languette de connexion comportant cette borne de sortie choisie est formée d'un premier tronçon fixé à l'une des électrodes du corps de condensateur et débouchant hors du bloc pour former une borne de test et d'un second tronçon, électriquement isolé vis-à-vis du premier tronçon et du corps de condensateur, et débouchant hors du bloc pour former ladite borne de sortie choisie (-), l'élément fusible établissant à lui seul une liaison électrique entre ces tronçons en étant enrobé d'une masse-support de résine rigide ou souple thermiquement isolante s'étendant de l'un à l'autre des deux tronçons, cette masse-support étant elle-même noyée dans la résine constitutive du bloc. Elle a également proposé un procédé pour la fabrication d'un tel condensateur. L'invention a pour objet d'atteindre les mêmes avantages que précédemment, notamment en ce qui concerne la précision et la reproductibilité des caractéristiques de fusion du fusible, mais pour un coût moindre et avec une plus grande facilité de conception Elle vise en par- ticulier à éviter le recours à un fusible rapporté, nécessitant des opérations de montage (en pratique par soudure). Elle propose à cet effet un condensateur à électrolyte solide du type précité dont le fusible incorporé est venu de matière avec les tronçons séparés électriquement par fusible (c'est-à-dire qu'il fait partie de la même pièce d'origine que ces tronçons). En d'autres termes l'invention propose un condensateur à électrolyte solide comportant, noyé dans un bloc de résine électriquement isolante, un corps de condensateur muni de deux électrodes électriquement connectées respectivement, à deux languettes de connexion débouchant hors du bloc pour constituer des bornes de sortie (+, -), un élément fusible de longueur utile prédéterminée étant monté en série entre le corps de condensateur et l'une choisie (-) des bornes de sortie, caractérisé en ce que la languette de connexion comportant cette borne de sortie choisie est formée d'un premier tronçon fixé à l'une des électrodes du corps de conden- sateur et débouchant hors du bloc pour former une borne de test et d'un second tronçon, débouchant hors du bloc pour ladite borne de sortie (-), ce second tronçon étant électriquement connecté premier tronçon et au corps de condensateur par seulement une bande allongée venue de matière avec ces tronçons et constituant ledit élément fusible, lequel est enrobé d'une masse-support de résine rigide ou souple thermiquement isolante s'étendant de l'un à l'autre des deux tronçons, cette masse-support étant elle-même noyée dans la résine constitutive du bloc. Selon des dispositions préférées: ces tronçons s'étendent parallèlement l'un à l'autre, depuis l'élément fusible qui leur est relié transver- salement jusqu'à l'extérieur du bloc pour former les bornes de test et de sortie; les premier et second tronçons de languette comportent deux pattes parallèles coplanaires reliées par l'élément fusible; la bande allongée formant fusible comporte une zone centrale de section minimale; lesdits tronçons et cette bande étroite ayant une même épaisseur, la bande allongée comporte de part et d'autre de la zone centrale des zones élargies de plus grande largeur que celle de la zone centrale, ces zones élargies étant reliées auxdits tronçons par des zones extrêmes de largeur comprise entre les largeurs de la zone centrale et des zones élargies, respectivement; les zones extrêmes ont une largeur égale à celle de la zone centrale; l'un au moins des flancs de la bande allongée est rectiligne; la masse-support est faite en une résine non carbonisable à la température de fusion de l'élément fusible; la masse-support est faite en une résine polymérisée sous rayonnement ultra violet; le corps de condensateur comporte un coeur poreux en tantale. L'invention propose en outre un procédé adapté à la fabrication d'un condensateur à électrolyte solide à élément fusible incorporé, selon lequel: on élabore un corps de condensateur muni d'électrodes; on délimite par découpe dans une plaque d'épaisseur constante, au moins une bande discontinue reliée à un cadre de référence et comportant d'une part, deux tronçons globalement parallèles reliés par une bande transversale formant fusible et, d'autre part un troisième tronçon, tous trois solidaires dudit cadre, l'un des tronçons parallèles étant plus long que l'autre; on plie les tronçons de la bande discontinue selon des lignes transversales de pliage en sorte de leur donner une forme définitive; on enrobe cette bande formant fusible dans une masse- support en résine rigide ou souple thermiquement isolante s'étendant de l'un à l'autre de ces tronçons parallèles; on enrobe par moulage ce corps de condensateur et une partie de ces languettes de connexion dans un bloc de résine électriquement isolante; et on dissocie les languettes vis-àvis du cadre de référence en sorte de former des bornes (+, -, test) pour le condensateur. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un condensateur au tantale comportant un fusible incorporé conforme à l'invention; la figure 1 A en est un schéma électrique correspondant; la figure 2 est une vue partielle de dessus d'une plaque dans laquelle sont découpées les languettes de connexion du condensateur de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle en perspective de la plaque de la figure 2, après des opérations de pliage; et la figure 4 est une vue agrandie du détailm IV de la figure 2. La figure 1 représente un condensateur au tantale 1 comportant un corps de condensateur 2 vis-à-vis duquel une tige d'anode 3 en tantale vient en saillie. Ce corps de condensateur 2 est de tout type connu approprié avec un coeur poreux au tantale oxydé superficiellement, enrobé dans un électrolyte solide formé de dioxyde de manganèse et recouvert partiellement de diverses couches appropriées dont une couche extérieure de contr'électrode 4 isolée électriquement vis-à-vis de la tige d'anode 3. La languette conductrice de connexion positive est fixée à la tige d'anode 3 (à la faveur d'une entaille A avantageusement prévue à cet effet) tandis qu'une languette conductrice de connexion négative notée 6 dans son ensemble est fixée à la couche de contr'électrode 4. Le tout est enrobé dans un bloc parallélépi- pèdique rectangle de matière isolante 7, en pratique une résine époxy de tout type approprié, de telle sorte que les languettes conductrices 5 et 6 viennent en saillie pour former des bornes de sortie + et - Des creux 8 et 9 sont ménagés près d'arêtes opposées du bloc 2 pour permettre que les extrémités libres des languettes 5 et 6 puissent se r- replier pour l'essentiel dans l'encombrement du bloc 7. La languette conductrice 6 (voir ci-dessous) est en fait dédoublée en deux tronçons 6 A et 6 B, dont la seule liaison électrique est une bande allongée (étroite) 10 formant fusible calibré (perpendiculaire au plan de la figure 1) Un seul (ici 6 B) de ces tronçons se prolonge jusqu'au corps de condensateur 2, mais tous deux débouchent à l'extérieur du bloc 7, la portion 6 A définissant une borne négative de sortie A et la portion 6 B une borne de test B. Ce fil fusible 10 est venu de matière avec les tronçons 6 A et 6 B, par découpe directe (estampage) ainsi que cela sera précisé plus loin. Les tronçons 6 A et 6 B comportent des pattes parallèles 12 et 13, respectivement, entre lesquelles est ménagé un espace de largeur constante prédéterminée (voir figure 3) qui détermine la longueur efficace du fusible 10. Cette bande étroite 10 est noyée dans une résine de protection 14 qui adhère par ailleurs aux pattes 12 et 13. Cette résine de protection 14 a essentiellement pour rôle une protection thermique de la résine isolante constitutive du bloc 7 en cas de fusion du fusible sous l'effet d'une intensité exagérée; cela permet une définition précise des caractéristiques de fusion (par exemple aux environs de 14250 C pour un fusible en ferro- nickel à 42 % de nickel) De manière préférée cette résine de protection 14 est choisie de manière à ne pas subir de carbonisation à la température de fusion du fusible, de manière à ne pas introduire de résistance résiduelle. Cette résine de protection, thermiquement isolante, non carbonisable à la température de fusion du fusible 10, est par exemple une résine de type CHIPBONDER 360 ou LID 1043 Il peut aussi s'agir d'une résine silicone (par exemple AMICON XS 2213/102). Cette résine peut aussi être similaire à la résine constitutive du bloc 7, étant précisé que, étant formée avant ledit bloc (voir plus loin), elle présente dans le condensateur 1 fini un interface qui permet d'en déceler l'existence. Un orifice 15 peut être avantageusement ménagé dans la languette 5 pour améliorer l'ancrage de celle-ci dans le bloc 7. Les figures 2 et 3 illustrent deux étapes successives dans la fabrication du condensateur 1, choisies de manière à montrer le détail de la formation des languettes 5 et 6 A/6 B du fusible 10. La figure 2 montre une portion d'une plaque 100 d'épaisseur constante en matériau électriquement conducteur (par exemple d'alliage Fer-Nickel de type FN 42) dans laquelle diverses découpes ont été pratiquées (zones hachurées à hachures espacées), par exemple par estampage. Cette plaque conductrice ajourée (en anglais "lead frame") comporte ici deux bandes horizontales 20 et 21, solidaires de bandes verticales 22, 23 etc et comportant des perçages 24 et 25 de positionnement Cette disposition est reproduite à l'identique de façon pério- dique le long des bandes horizontales. Dans le cadre de référence constitué des bandes 20 à 23 est ménagée une bande verticale discontinue 26 composée de tronçons à flancs coplanaires et destinés à devenir les languettes de connexion 5, 6 A et 6 B ainsi que le fusible 10 du condensateur 1 de la figure 1. Ainsi la bande 26 comporte, à partir de la bande horizontale 20 et du côté de la bande 22, un tronçon 26 A destiné à constituer la languette 6 A et, du côté de la bande 23, un tronçon 26 B destiné à constituer la languette 6 B. Ces tronçons 26 A et 26 B sont séparés par une fente 16 qui s'élargit entre deux portions de ces tronçons destinées à former les portions 12 et 13 de la figure 3 La bande transversale 10 sépare cette extrémité élargie de la fente 16 d'un espace débouchant latéralement vers la droite entre l'extrémité du tronçon 26 A et la tête élargie 26 B' du tronçon 26 B. Cette bande 26 comporte enfin un tronçon 26 C raccordé à la bande horizontale 21, destiné à constituer la patte 5 du condensateur 1 et dans lequel sont ménagés le perçage 15 et l'entaille 5 A du tronçon 5. Une bande 27 à gauche de la bande 26 comporte de même des tronçons 27 A, 27 B, et 27 C similaires, et ainsi de suite. Le détail de la languette 10 est donné à la figure 4. Cette languette y est représentée avec, du côté de la fente 16, un flanc rectiligne 40 et, du côté du tronçon 26 B, un flanc ondulé 41 présentant trois creux alternant avec deux sommets De la sorte la languette comporte trois zones de largeur minimale dont l'une, centrale, notée 42 est destinée à être la zone de rupture (bien localisée) du fusible, tandis que les zones extrêmes, notées 43 et 44, qui assurent le raccordement du fusible 10 aux bandes 12 et 13, ont pour objet de minimiser la diffusion thermique de la chaleur dégagée au moment de la fusion, vers les bandes 12 et 13. Les zones de plus grande largeur, notées 45 et 46 permettent un bon serrage de la bande 10 lors de la découpe Cela permet d'empêcher le métal de fluer dans la matrice d'estampage. C'est surtout la largeur 1 de la zone centrale 42 qui mérite d'être obtenue avec une grande précision; les zones extrêmes 43 et 44 ont une largeur égale ou supérieure à celle de la zone centrale Les zones 45 et 46 ont par exemple une largeur 1 ' voisine du double de celle, 1, de la zone centrale Le flanc ondulé 41 a en pratique un même rayon de courbure R dans ses creux et ses sommets. A titre d'exemple, la bande fusible a une longueur L de 0,8 mm avec des valeurs de 1 = 0,06 mm, l'= 0,1 mm et R = 0,2 mm et une épaisseur d'environ 0,1 mm. Avec les choix de matériaux indiqués ci- dessus, ces dimensions permettent d'assurer une fusion de la portion centrale du fusible sous un courant de 3,5 A en moins de 5 secondes. Selon une variante non représentée, le flanc 40 peut lui aussi être ondulé avec trois creux et deux sommets, le flanc 41 gardant son profil ondulé, ou étant rectiligne. Selon encore une autre variante, les flancs 40 et 41 peuvent tous deux être rectilignes. D'autres formes sont encore possibles pour la bande 10, avec par exemple une seule zone, centrale, d'épaisseur réduite, la largeur de la bande étant ailleurs sensiblement constante. La fabrication du condensateur se poursuit par le pliage de la plaque ajourée 100 selon les lignes de pliage A, B, C, D et E en sorte de donner aux tronçons des bandes 26 et 27 la configuration voulue pour les languettes , 6 A et 6 B Les lignes de pliage sont figurées sur la figure 3 Ce pliage n'est pas appliqué aux bandes 22, 23 et suivantes qui définissent ainsi, avec les bandes horizon- tales 20 et 21 un plan de référence. On applique alors la résine de protection 14 autour de la bande 10. Pour des raisons de facilité d'emploi cette résine de protection 14 est avantageusement d'un type propre à polymériser sous rayonnement ultraviolet Comme indiqué précédemment, il s'agit avantageusement d'une résine de type CHIPBONDER 360 ou LID 1043 Ce peut être aussi une résine SILICONE du type AMICON XS 2213/102 On prépare par ailleurs un corps de conden- sateur 4 dont on revêt avantageusement la tranche (généra- lement argentée) opposée à la tige d'anode 3 d'une couche 31 de résine isolante de tout type connu approprié de 1 1 manière à éviter tout courtcircuit entre cette tranche et la partie verticale des tronçons 6 B et 6 A de la languette 6 En variante cette résine isolante est directement appliquée à ladite partie verticale des tronçons 6 B et 6 A. On positionne alors le corps de condensateur 4 auprès des tronçons 6 A, 6 B et 5; on colle au corps 4 la partie horizontale du tronçon 6 B, en pratique avec de la colle à l'argent 32, tandis que l'on soude la languette 5 au fil de tantale 3. On dispose enfin l'ensemble, corps de conden- sateur et languettes 6 A, 6 B, 5 entre les parties d'un moule en utilisant les bandes 20 à 23 à des fins de positionne- ment On injecte la résine 7 et après polymérisation de celle-ci (en pratique sous température) on dégage le condensateur du moule. Cette opération de moulage est effectuée pour chaque bande 26, 27 etc délimitée par découpe dans la plaque 100. Il n'y a plus alors qu'à couper les zones de jonctions des languettes 6 A et 6 B aux bandes 20 et 21 Le condensateur 1 à fusible 10 incorporé est alors prêt à l'emploi Les extrémités + et A des bandes 5 et 6 A sont les bornes d'utilisation du condensateur à fusible 10 incor- poré L'extrémité B de la bande 6 B est la borne de test pouvant être utilisée pour vérifier la continuité du fusible (test à effectuer entre A et B). Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre illustratif non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées sans sortir du cadre de l'invention Ainsi par exemple la bande fusible peut être prévue dans la languette positive; elle peut aussi être disposée en bout du corps de condensateur et non pas sur un côté. REVENDICATIONS 1 Condensateur à électrolyte solide ( 1) comportant, noyé dans un bloc ( 9) de résine électriquement isolante, un corps de condensateur ( 2) muni de deux électrodes ( 3,4) électriquement connectées respectivement, à deux languettes de connexion ( 5, 6) débouchant hors du bloc ( 9) pour constituer des bornes de sortie (+, -), un élément fusible ( 10) de longueur utile prédéterminée étant monté en série entre le corps de condensateur ( 2) et l'une choisie (-) des bornes de sortie, caractérisé en ce que la languette de connexion ( 6) comportant cette borne de sortie choisie est formée d'un premier tronçon ( 6 B) fixé à l'une des électrodes ( 4) du corps de condensateur ( 2) et débouchant hors du bloc pour former une borne de test (B) et d'un second tronçon ( 6 A), débouchant hors du bloc ( 9) pour ladite borne de sortie (-), ce second tronçon étant électriquement connecté premier tronçon ( 6 B) et au corps de condensateur ( 2) par seulement une bande allongée ( 10) venue de matière avec ces tronçons et constituant ledit élément fusible, lequel est enrobé d'une masse-support de résine rigide ou souple thermiquement isolante ( 14) s'étendant de l'un à l'autre des deux tronçons, cette masse-support ( 14) étant elle-même noyée dans la résine constitutive du bloc ( 9). 2 Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces tronçons s'étendent parallèlement l'un à l'autre, depuis l'élément fusible ( 10) qui leur est rapporté transversalement jusqu'à l'extérieur du bloc pour relié les bornes de test et de sortie. 3 Condensateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les premier ( 6 A) et second ( 6 B) tronçons de languette comportent deux pattes parallèles ( 12, 13) coplanaires reliées par l'élément fusible ( 10). 4 Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande allongée formant fusible comporte une zone centrale ( 42) de section minimale. Condensateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits tronçons et cette bande étroite ayant une même épaisseur, la bande allongée comporte de part et d'autre de la zone centrale des zones élargies ( 45, 46) de plus grande largeur (l') que celle ( 1) de la zone centrale, ces zones élargies étant reliées auxdits tronçons par des zones extrêmes ( 43, 44), de largeur comprise entre les largeurs de la zone centrale et des zones élargies, respectivement. 6 Condensateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les zones extrêmes ont une largeur égale à celle de la zone centrale. 7 Condensateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins des flancs ( 40, 41) de la bande allongée est rectiligne. 8 Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la masse- support ( 14) est faite en une résine non carbonisable à la température de fusion de l'élément fusible. 9 Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la masse- support ( 14) est faite en une résine polymérisée sous rayonnement ultra-violet. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps de condensateur comporte un coeur poreux en tantale. 11 Procédé adapté à la fabrication d'un condensateur à électrolyte solide à élément fusible incorporé, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, selon lequel: on élabore un corps de condensateur ( 2) muni d'électrodes; on délimite par découpe dans une plaque d'épaisseur constante ( 100), au moins une bande discontinue ( 26, 27) reliée à un cadre de référence ( 20-23) et comportant d'une part, deux tronçons globalement parallèles ( 26 A, 26 B, 26 C; 27 A, 27 B) reliés par une bande transver- sale ( 10) formant fusible et, d'autre part, un troisième tronçon ( 26 C, 27 C), tous trois solidaires dudit cadre, l'un ( 26 B, 27 B) des tronçons parallèles étant plus long que l'autre ( 26 A, 27 A); on plie les tronçons de la bande discontinue selon des lignes transversales de pliage (A, B, C, D, E) en sorte de leur donner une forme définitive; on enrobe cet élément fusible dans une masse- support ( 14) en résine rigide ou souple thermiquement isolante s'étendant de l'un à l'autre de ces tronçons parallèles; on enrobe par moulage ce corps de conden- sateur et une partie de ces languettes de connexion dans un bloc ( 9) de résine électriquement isolante; et on dissocie les languettes ( 5, 6 A et 6 B) vis- a-vis du cadre de référence ( 20 23) en sorte de former des bornes (+, -, test) pour le condensateur. 12 Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce que l'on forme la masse-support ( 14) en soumettant à un rayonnement ultra violet une résine polymérisable sous rayonnement ultra-violet. 13 Procédé selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce que la bande allongée formant fusible comporte une zone centrale ( 42) de section minimale. 14 Procédé selon la revendication 13, carac- térisé en ce que lesdits tronçons et cette bande étroite ayant une même épaisseur, la bande allongée comporte de part et d'autre de la zone centrale des zones élargies ( 45, 46) de plus grande largeur (l') que celle ( 1) de la zone centrale, ces zones élargies étant reliées auxdits tronçons par des zones extrêmes ( 43, 44), de largeur comprise entre les largeurs de la zone centrale et des zones élargies, respectivement. Procédé selon la revendication 14, carac- térisé en ce que les zones extrêmes ont une largeur égale à celle de la zone centrale.