Brevet FR2677803A1 — publié le 19921218

PROCEDE DE FABRICATION DE CONDENSATEURS A FILMS DE POLYETIHYLENE NAPHTALENE METALLISES DE TYPE EMPILE OU BOBINE La présente invention concerne un procédé de fabrication de condensateurs de type empilé ou bobiné, plus particulièrement un procédé de fabrication de condensateurs utilisant des films de polyéthylène naphtalène métallisés. Actuellement, pour réaliser des condensateurs de type empilé ou bobiné, on utilise généralement un film plastique tel qu'un film de polyester, polypropylène, polysulfone, polycarbonate métallisé se présentant sous forme de galettes En général, les galettes sont issues d'un rouleau de film plastique de grande largeur qui a été métallisé, découpé de manière à former des galettes présentant une zone métallisée et une marge latérale non métallisée Pour réaliser un condensateur, on superpose au moins deux films du type ci-dessus, leur marge latérale non métallisée étant positionnée sur des côtés opposés afin d'obtenir une paire de films constituée d'un film de rang pair et d'un film de rang impair Pour obtenir un condensateur de type empilé, on enroule, de manière connue, sur une roue de grand diamètre, au moins une paire de films suivant un nombre de tours déterminés de manière à obtenir un ruban-capacitif comportant des couches de rangs pair et impair alternés Pour obtenir un condensateur de type bobiné, au moins une paire de films est enroulée autour d'un mandrin ou similaire Puis, dans les deux cas, on recouvre avec un matériau électriquement conducteurs chacune des faces latérales, soit du ruban capacitif, soit du condensateur bobiné, afin de réaliser les connexions électriques Ce recouvrement est réalisé par métallisation des couches de même rang lors d'une opération appelée "shoopage". Depuis de nombreuses années, on cherche à améliorer la stabilité des caractéristiques, notamment la stabilité en température, en utilisant d'autres types de films plastiques métallisés que les films plastiques mentionnés ci-dessus Or, ces dernières années, il est apparu sur le marché, des films de polyéthylène naphtalène métallisés Le polyéthylène naphtalène présente un certain nombre d'avantages, notamment au niveau de sa température de fusion et de sa température de transition vitreuse Toutefois, on s'est aperçu qu'en utilisant ce matériau tel quel dans la fabrication des condensateurs de type empilé ou bobiné, les condensateurs ainsi obtenus ne pouvaient pas être utilisés dans des applications telles que le montage en surface par soudure à la vague ou par phase vapeur ou dans toutes applications demandant une tenue à température élevée. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un nouveau procédé de fabrication de condensateurs de type empilé ou bobiné à films de polyéthylène naphtalène métallisés ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication de condensateurs de type empilé ou bobiné, réalisés par empilement et découpage en blocs unitaires ou par bobinage de films de polyéthylène naphtalène métallisés, caractérisé en ce que, au moins après la phase d'empilement pour les condensateurs de type empilé ou la phase de bobinage pour les condensateurs de type bobiné, les condensateurs sont soumis à au moins un recuit à une température comprise entre 2400 C et 2950 C pendant une durée d'au moins une heure. Ce traitement thermique permet d'augmenter le taux de cristallisation du film de polyéthylène naphtalène De ce fait, on augmente aussi l'enthalpie de fusion et donc le point de fusion du composant, ce qui permet d'améliorer la stabilité en température du produit ainsi obtenu La Demanderesse s'est aperçue que, pour obtenir des condensateurs présentant des caractéristiques mécaniques convenables, ce traitement thermique ne pouvait être réalisé qu'après la phase d'empilement pour les condensateurs de type empilé ou la phase de bobinage pour les condensateurs de type bobiné. Selon une autre caractéristique de la présente invention qui permet d'améliorer les caractéristiques électriques des condensateurs finaux, le ou les recuits sont réalisés sur les blocs unitaires dans le cas des condensateurs de type empilé, c'est-à-dire après la phase de découpe. Selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, les condensateurs sont soumis à plusieurs étapes de recuit, chaque étape étant réalisée à une température différente De préférence, les différentes étapes sont réalisées à des températures croissantes et les températures de deux étapes successives différent l'une de l'autre d'au moins 50 C. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, les différentes étapes de recuit sont réalisées de manière à répondre à la loi suivante Xi = (Ti 240) x ti x Ln 2 n Xi > 10 i = 1 dans laquelle Ti représente la température d'une étape et ti la durée de cette étape. Selon une autre caractéristique de la présente invention qui permet d'obtenir un ruban capacitif relativement rigide et compact, facilitant ainsi le tronçonnage en blocs unitaires sans phénomène de délaminage des couches, dans le cas des condensateurs de type empilé, avant la phase de découpe, on réalise un premier traitement thermique permettant de rigidifier l'empilement. Selon un mode de réalisation préférentiel, le traitement thermique est une cuisson à une température comprise entre 140 et 2400 C pendant une durée comprise entre une heure et six heures. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de la présente invention, faite avec référence aux figures ci-annexés dans lesquelles les figures 1 à 5 sont des représentations schématiques des différentes étapes d'un procédé de fabrication d'un condensateur à films de polyéthylène naphtalène métallisés de type empilé, et la figure 6 est une vue en perspective d'un condensateur unitaire de type empilé auquel sera appliqué le procédé de la présente invention. La présente invention sera décrite en se référant à la fabrication d'un condensateur à films de polyéthylène naphtalène métallisés de type empilé Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut aussi s'appliquer aux condensateurs à films de polyéthylène natphatlène métallisés de type bobiné Dans ce cas, le bobinage est réalisé de manière connue sur un mandrin ou similaire de façon à obtenir directement un condensateur individuel auquel sera appliqué le recuit conforme à la présente invention. On décrira maintenant, succintement, les différentes étapes de réalisation d'un condensateur du type empilé en se référant aux figures 1 à 5 qui concerne le procédé de fabrication standard, ce procédé étant bien connu de l'homme de l'art Comme représenté sur la figure 1, le procédé comporte une première étape qui consiste à métalliser un film plastique 1 de grande largeur constitué par un filn de polyéthylène naphtalène, sur toute sa largeur Cette métallisation est réalisée, par exemple, par évaporation du métal M tel que l'aluminium, le zinc, l'étain ou un alliage à base de ces métaux dans une machine d'évaporation sous vide 2 de type connu De manière connue, cette machine comporte des caches C pour obtenir directement sur le film de grande largeur des zones non métallisées. Dans une seconde étape, on réalise la découpe du film de polyéthylène naphtalène ainsi métallisé en des films présentant la largeur voulue de façon à obtenir les galettes utilisées dans la fabrication du condensateur Ces galettes doivent être constituées de galettes de films pair ou impair. Ainsi, comme représenté à la figure 2, on découpe le film 1 de polyéthylène naphtalène métallisé de grande largeur au milieu des marges m et au milieu de la partie métallisée m' entre deux marges, comme représenté par les références A et A'. Ensuite, de manière connue et comme représenté sur la figure 3, on réalise le bobinage de deux films f, f' respectivement pair et impair, sur une roue de grand diamètre référencée R En général, le bobinage des films pair et impair est réalisé en créant un décalage entre les deux films appelés débord pour éviter ultérieurement les courts- circuits Ce bobinage sur une roue de grand diamètre permet d'obtenir un ruban capacitif. Ensuite de manière connue et comme représenté sur la figure 4, on projette sur chaque côté du ruban capacitif ainsi réalisé une métallisation de manière à obtenir les connexions électriques latérales Cette métallisation est réalisée, de préférence, par Shoopage Le Shoopage permet de relier d'un côté les films pairs référencés f et de l'autre côté les films impairs référencés f t On obtient ainsi un condensateur-mère qui sera ultérieurement découpé en condensateurs individuels. De préférence, et conformément à la présente invention, les roues ainsi bobinées subissent une cuisson de stabilisation du film de polyéthylène naphtalène Cette cuisson est effectuée à une température comprise entre 140 'C et 2400 C pendant un temps compris, de préférence, entre une heure et six heures Cette cuisson de stabilisation permet d'obtenir une rigidité et une compacité des éléments empilés facilitant le tronçonnage en condensateurs unitaires en évitant les phénomènes de délaminage des couches et en permettant d'obtenir des faces de coupe bien isolées. Comme représenté sur la figure 5, les condensateurs- mère Rl obtenus suite au traitement thermique sont alors découpés en condensateurs unitaires Cette opération de découpe est réalisée, par exemple, à l'aide d'une scie circulaire S, le condensateur-mère Rl étant amené au contact d'une butée réglable telle que le système référencé B. L'extrémité du condensateur-mère Ri au contact de la butée B est maintenue en position, par exemple, par une pince P qui, une fois le condensateur individuel C découpé, le transfert vers une station de stockage non représentée o les condensateurs unitaires subiront un recuit conformément à la présente invention. Les condensateurs unitaires C sont en général de forme parallèlépipèdique, comme représenté à la figure 6 Chaque condensateur C est constitué d'un empilement de couches paires et impaires alternées référencées 1 et 2, chaque couche étant constituée par un film de polyéthylène naphtalène formant diélectrique Chaque film diélectrique possède sur une de ces faces une zone métallisée 7 et une marge latérale 3 non métallisée D'autre part, comme représenté sur la figure 6, il comporte des connexions électriques déposées par Shoopage sur chacune des faces latérales 4 et 5 du condensateur. Conformément à la présente invention, pour obtenir des condensateurs finaux pouvant être utilisés notamment dans le montage en surface par soudure à la vague ou par phase vapeur ou dans des montages nécessitant des tests de fiabilité haute température, les condensateurs unitaires C obtenus après la phase de découpe sont soumis à un recuit à une température comprise entre 240 'C et 2950 C pendant une durée d'au moins une heure Ce recuit permet d'augmenter la cristallisation du film diélectrique en polyéthylène naphtalène et en conséquence d'augmenter le point de fusion du composant De préférence, les condensateurs unitaires sont soumis à plusieurs étapes de recuit, chaque étape étant réalisée à une température différente comprise entre 240 'C et 2950 C Les différentes étapes sont préférentiellement réalisées dans l'ordre des températures croissantes avec une différence entre les températures des étapes successives d'au moins 50 C En fait le nombre d'étapes ainsi que la durée de ces étapes permettant d'obtenir les propriétés thermiques souhaitées sont variables Les propriétés thermiques souhaitées pour le composant sont atteintes quand la succession des différentes étapes vérifient la loi suivante Xi = (Ti 240) x ti x Ln 2 n > Xi > 10 i= 1 o ti représente la durée d'une étape de recuit à une température Ti, Ti la température d'une étape de recuit et Ln 2 le logarithme Neperien de 2 On donnera ci-après différents exemples de réalisation pratique de ces étapes de recuit. Exemple 1: les condensateurs unitaires C ont été soumis à trois étapes de recuit, à savoir une première étape à 2400 C pendant une durée de trois heures, puis une seconde étape à 250 'C pendant une durée de deux heures et ensuite une troisième étape à 2650 C pendant une durée de trois heures Les condensateurs ainsi obtenus sont soumis au test de soudure à la vague connu, à savoir soumis à une température de 260 'C pendant dix secondes Les condensateurs unitaires ainsi traités n'ont subit aucune modification suite à ce test, alors que les condensateurs unitaires utilisant un film de polyéthylène naphtalène sans traitement soumis au même test fondent. Exemple 2: les condensateurs unitaires obtenus après l'étape de découpe sont soumis à un recuit en trois étapes à savoir une première étape à 2400 C pendant une durée de trois heures, puis une seconde étape à 2650 C pendant une durée de deux heures, et une troisième étape à 2700 C pendant une durée de deux heures Les condensateurs obtenus soumis au test de soudure à la vague décrit ci-dessus n'étaient en rien modifiés suite à ce test. Exemple 3: les condensateurs unitaires obtenus après l'étape de découpe sont soumis à un recuit en deux étapes, à savoir une première étape à 2400 C pendant une durée de trois heures, et une seconde étape à 2600 C pendant quatre heures Les condensateurs obtenus à l'issu de ce recuit sont soumis au test de soudure à la vague mentionnés ci-dessus et ne présentent après ce test aucune modification. Ainsi, la Demanderesse s'est aperçu qu'en traitant les condensateurs unitaires après la phase de découpe, il était possible d'obtenir des condensateurs supportant un certain nombre de contraintes thermiques. Selon une variante de réalisation, ce traitement peut aussi être effectué, dans le cas des condensateurs de type empilé, après le bobinage sur la roue de grand diamètre et Shoopage, mais avant découpe en blocs unitaires Dans ce cas, la phase de découpe est plus délicate à mettre en oeuvre car il faut éviter les problèmes de délaminage des couches. Il est évident pour l'homme de l'art que le procédé de fabrication des condensateurs décrit ci-dessus n'est donné qu'à titre illustratif et ne limite en rien la portée des revendications. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de condensateurs de type empilé ou bobiné, réalisés par empilement et découpage en blocs unitaires ou par bobinage de films de polyéthylène naphtalène métallisés, caractérisé en ce que, au moins après la phase d'empilement pour les condensateurs de type empilé ou la phase de bobinage pour les condensateurs de type bobiné, les condensateurs sont soumis à au moins un recuit à une température comprise entre 240 'C et 2950 C pendant une durée d'au moins une heure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les recuits sont réalisés, pour les condensateurs de type empilé, après la phase de découpe. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le condensateur est soumis à plusieurs étapes de recuit, chaque étape étant réalisée à une température différente. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différentes étapes sont réalisées à des températures croissantes. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les températures de deux étapes successives différent l'une de l'autre d'au moins 50 C. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les différentes étapes de recuit sont réalisées de manière à répondre à la loi suivante Xi = (Ti 240) x ti x Ln 2 n X > 10 1 = 1 dans laquelle Ti représente la température d'une étape et ti la durée de cette étape. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans le cas des condensateurs de type empilé, avant la phase de découpe, on réalise un traitement thermique permettant de rigidifier l'empilement. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le traitement thermique est une cuisson à une température comprise entre 140 et 240 C pendant une durée comprise entre une heure et six heures.