Brevet FR2886449A1 — publié le 20061201

L'invention concerne un condensateur film multicouche destiné notamment à être monté en surface sur un circuit imprimé. L'invention concerne également un condensateur bobiné destiné à former un condensateur film multicouche. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel condensateur film multicouche. Dans le domaine de l'électronique, il est connu d'utiliser des composants électroniques de plus en plus compacts de manière à réduire au maximum la taille des circuits imprimés sur lesquels sont montés lesdits composants. En particulier, une demande croissante est apparue pour des condensateurs compacts et possédant une grande capacité, lesdits condensateurs étant destinés à être montés en surface sur des circuits imprimés. Un condensateur répondant en particulier à ces exigences est le condensateur à film métallisé multicouche. Ce type de condensateur consiste en un empilement de couches rectangulaires d'un film diélectrique en polymère, chaque couche de film étant recouverte d'une couche de métal de manière à définir des électrodes planes débouchant alternativement sur les faces transversales opposées dudit condensateur, lesdites faces transversales étant également munies d'une terminaison. Ces terminaisons sont généralement obtenues par pulvérisation d'un métal en fusion sur les tranches d'une couronne bobinée, formée par enroulement en alternance desdits films métallisés. Une fois cette opération dite de shoopage effectuée, on étame cette couche de métal pulvérisé à chaud, par immersion dans un métal en fusion à base d'étain ou d'étain-plomb (étamage dit à la vague). On découpe ensuite ladite couronne en éléments individuels sensiblement rectangulaires, lesdits éléments constituant des condensateurs aptes à être montés en surface sur des circuits imprimés. Ce montage s'opère généralement par soudage des terminaisons du condensateur sur les parties conductrices correspondantes du circuit imprimé. Divers inconvénients limitent toutefois l'aptitude au TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 2 - report en surface des condensateurs film ainsi réalisés, notamment dans le cas de condensateurs film de petites tailles. En particulier, du fait des tensions de surface s'exerçant sur le condensateur au moment et suite à son montage sur le circuit, il se produit fréquemment des phénomènes de déplacement ou de soulèvement, dit en pierre tombale de ces condensateurs film. Ces phénomènes sont d'autant plus accentués que le condensateur présente une dissymétrie dans sa structure, notamment au niveau de la soudabilité de chacune de ses terminaisons. La différence de soudabilité existant entre les terminaisons du condensateur conduit en effet à soumettre ledit condensateur à une tension plus importante sur un de ses bords latéraux, ce qui, du fait de la masse relativement faible de ces condensateurs, peut engendrer un décollement du condensateur de la surface du circuit au niveau dudit bord ou une modification du positionnement ou de l'orientation du condensateur sur le circuit. De tels problèmes n'ont pas pour l'instant, à la connaissance de la demanderesse, été résolus de manière fiable et simple par les condensateurs film de l'art antérieur. L'objet de la présente invention permet de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en mettant en oeuvre un condensateur film qui présente une meilleure soudabilité sur le circuit imprimé, et donc un meilleur report en surface du condensateur film sur le circuit. A cet égard, et conformément à l'invention, il est proposé un condensateur film multicouche comprenant: - une structure capacitive sensiblement parallélépipédique formée d'un empilement de couches de film diélectrique, chacune des couches comportant au moins une zone métallisée débouchant sur l'une des faces transversales de la structure et au moins une zone non métallisée débouchant sur la face transversale opposée, lesdites couches étant disposées à l'intérieur de la structure de manière à faire déboucher leur zone métallisée TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 3 respective alternativement sur chacune des faces transversales de ladite structure, des couches conductrices de l'électricité, communément appelées terminaisons, formées sur chacune des faces transversales de la structure capacitive de manière à recouvrir totalement lesdites faces transversales, ledit condensateur étant remarquable en ce qu'au moins une couche de nickel électrolytique et au moins une couche d'étain ou d'étain/plomb recouvrent chacune des terminaisons. Ainsi configurée, l'invention permet d'obtenir un condensateur film ne présentant pas les inconvénients des condensateurs film de l'art antérieur et, en particulier, présentant une bonne aptitude au montage en surface du fait leur soudabilité améliorée. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un condensateur film selon la présente invention, en référence aux dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un condensateur film de l'art antérieur, -la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un condensateur film conforme à l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'un segment d'une bande de film diélectrique utilisé lors de la fabrication d'un condensateur film conforme à l'invention, - les figures 4A à 4C sont des représentations schématiques des premières étapes de fabrication d'un condensateur film conforme à l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe selon AA de la figure 4A, - la figure 6 est une courbe représentative des variations de la capacité en fonction du temps d'un condensateur film de l'art antérieur et d'un condensateur film conforme à l'invention, dans des conditions de température et d'humidité particulières. En référence à la figure 1, il est représenté un condensateur 1 selon l'art antérieur. Ce condensateur 1 est TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE_DD/CS -4 constitué d'une structure capacitive 2 sensiblement parallélépipédique formée d'un empilement de couches de film diélectrique 20 et 21, chacune des couches 20 ou 21 comportant au moins une zone métallisée 3al ou 3bl débouchant sur l'une des faces transversales 4 ou 5 de la structure 2 et au moins une zone non métallisée 3a2 ou 3b2 débouchant sur la face transversale opposée 4 ou 5, lesdites couches 20 et 21 étant disposées à l'intérieur de la structure 2 de manière à faire déboucher leur zone métallisée respective 3a1 et 3bl alternativement sur chacune des faces transversales 4 et 5 de la structure 2. Chacune des faces transversales opposées 4, 5 de la structure capacitive 2 est recouverte totalement par une couche conductrice de l'électricité 6 ou 7, communément appelées terminaisons. Afin de renforcer la soudabilité de ces terminaisons, il est en général appliqué sur les terminaisons 6 et 7 une couche additionnelle 8 formée d'un alliage métallique brasé. Cette couche 8 s'avère toutefois inapte à conférer au condensateur 1 de bonnes caractéristiques de soudabilité nécessaires à son montage en surface. En référence à la figure 2, il est représenté une variante de réalisation d'un condensateur 1 conforme à l'invention. Ce condensateur 1 est formée, comme précédemment, d'une structure capacitive 2 sensiblement parallélépipédique formée d'un empilement de couches de film diélectrique, chacune des couches comportant au moins une zone métallisée 3a1 et 3bl s'étendant parallèlement aux faces longitudinales de ladite structure 2 et débouchant alternativement sur les faces transversales de ladite structure 2. Les faces transversales de la structure 2 sont par ailleurs recouvertes totalement de terminaisons 6, 7. Chacune des terminaisons 6, 7 est par ailleurs recouverte par au moins une couche de nickel 9 et au moins une couche d'étain ou d'étain/plomb 10. Dans la variante représentée, il est prévu d'insérer une couche intermédiaire 11 entre chacune des terminaisons 6, 7 et la couche de nickel 9. Cette couche TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE_DD/CS - 5 - intermédiaire 11 sera formée en un matériau conducteur de l'électricité et présentera notamment des caractéristiques facilitant le dépôt d'un métal par électrolyse, en particulier le dépôt d'une couche de nickel électrolytique. A cet effet, il sera avantageux de choisir comme matériau constitutif de la couche intermédiaire 11 un matériau composite comportant au moins une poudre métallique, au moins un polymère et au moins un solvant. Dans une variante préférée de l'invention, la poudre métallique sera une poudre d'argent et le polymère sera une résine époxyde. Par ailleurs, il pourra être avantageux de déposer les couches intermédiaires 11 de manière à ce qu'elles recouvrent totalement les terminaisons 6, 7 et débordent légèrement sur les faces supérieures et inférieures de la structure capacitive 2, chacune des extrémités des couches intermédiaires 11 étant alors en contact avec respectivement les faces supérieures et inférieures de la structure 2. De ce fait, lors du dépôt électrolytique des couches de nickel 9 et d'étain ou d'étain/plomb 10, chacun des bords latéraux des faces supérieures et inférieures de la structure capacitive 2 sera également recouverte par au moins la couche de nickel 9 et au moins la couche d'étain ou d'étain/plomb 10. Ces extensions des faces transversales soudables du condensateur 1 assureront en particulier un meilleur maintien du condensateur 1 lors de son montage à la surface d'un circuit imprimé. En outre, la couche intermédiaire 11 présentant un profil arrondi au niveau des angles du parallélépipède formé par la structure 2 permet d'obtenir un condensateur 1 facile à manipuler et ne présentant pas les défauts des condensateurs de l'art antérieur, notamment un amincissement excessif des terminaisons 6, 7 au niveau des arêtes vives de la structure 2 pouvant conduire par la suite à l'absence de couches conductrices au niveau desdites arêtes vives. Par ailleurs, il pourra être avantageux de conférer à la couche intermédiaire 11 une relative souplesse de manière à permettre une meilleure absorption des contraintes mécaniques éventuellement appliquées sur le TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 6 condensateur 1. A cet effet, la couche intermédiaire 11 possédera une élasticité supérieure à celle des terminaisons 6, 7. Dans la variante préférée de l'invention, il est également prévu d'imprégner la structure capacitive 2 avec au moins un moyen d'étanchéification non conducteur de l'électricité. Ce moyen d'étanchéification permet en particulier d'éviter une infiltration de nickel, d'étain ou d'étain/plomb à l'intérieur de la structure capacitive 2 lors du dépôt par électrolyse des couches de nickel 9 et d'étain ou d'étain/plomb 10. Ce dépôt parasite à l'intérieur de la structure 2 serait notamment susceptible de produire un court-circuit entre les deux terminaisons 6, 7 de polarités opposées. Cette imprégnation est rendue possible du fait de la relative porosité des films 20 et 21 constitutifs de la structure capacitive 2. Par ailleurs, la demanderesse a pu constaté, suite à d'importantes recherches, qu'un moyen d'étanchéification particulièrement adapté aux besoins de l'invention est constitué d'un composé organique liquide polymérisable, en particulier de benzocyclobutène. En référence à la figure 6, il est représenté une courbe représentant les variations de la perte de capacité en fonction du temps d'un condensateur A conforme à l'invention et d'un condensateur B selon l'art antérieur sous une température de 70 C et à un taux d'humidité relative de 93%. On constate que le condensateur selon l'invention se caractérise par une perte de capacité sensiblement inférieure à celle d'un condensateur selon l'art antérieur. En particulier, on observe qu'après 2000 h sous ces conditions particulières, le condensateur selon l'invention présente une perte capacitive inférieure à 30%. En référence aux figures 3 à 5, il va maintenant être décrit un procédé de réalisation d'un condensateur film conforme à l'invention. Dans une première étape de fabrication, représentée à la figure 4A, on constitue une couronne bobinée 22 en superposant et en enroulant autour d'un mandrin 19 au moins TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 7 - deux bandes de film 20 et 21 déroulées à partir d'au moins deux bobines 18 disposées l'une au-dessous de l'autre à une certaine distance du mandrin 19. En référence à la figure 3, il est représenté en perspective un segment de la bande de film 21. On observe que la bande 21 comporte au moins une zone métallisée 3bl s'étendant à partir d'un de ses bords latéraux et au moins une zone non métallisée 3b2 s'étendant à partir de l'autre de ses bords opposées. Cette métallisation peut notamment se faire soit par dépôt préalable d'une couche de métal sur un film plastique, soit par projection de particules métalliques sur le film plastique lors de l'enroulement ou lors du déroulement de la bobine 18 correspondante. La zone non métallisée 3b2 a de manière avantageuse une largeur inférieure à celle de la zone métallisée 3b1 et, de préférence, une largeur inférieure au quart de la largeur de la bande 21. En référence à la figure 5, on utilise des bandes 20 et 21 de largeur sensiblement identiques, lesdites bandes 20 et 21 étant disposées à l'intérieur de la couronne 22 de manière à aligner leurs bords respectifs et de manière à faire déboucher la zone métallisée 3al de la bande 20 sur l'une des faces latérales de la couronne 22 et la zone métallisée 3bl de la bande 21 sur l'autre des faces latérales de la couronne 22. Dans cette configuration particulière, les zones non métallisées 3a2, respectivement 3b2, de la bande 20, respectivement 21, sont disposées au droit des zones métallisées 3b1, respectivement 3a1, de la bande 21, respectivement 20. Dans une seconde étape de fabrication, représentée à la figure 4B, on forme une couche conductrice 24 de l'électricité sur les faces latérales de la couronne 22 par pulvérisation d'un métal fondu à l'aide d'un moyen de projection 23 équipé d'une buse par exemple. Cette couche conductrice 24 est notamment destinée à former les terminaisons des condensateurs 1. Dans une troisième étape de fabrication, non représentée sur les figures annexées, on découpe la TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 8 -couronne 22 en segments de longueur déterminée, et, dans une quatrième étape de fabrication, représentée à la figure 4C, on découpe ces segments en composants unitaires 1 au format des condensateurs à obtenir en utilisant un moyen de découpe 25, de type scie circulaire par exemple, comportant des zones coupantes 26 à sa périphérie. Dans une cinquième étape de fabrication, on imprègne chacun des composants unitaires avec un moyen d'étanchéification, lequel est de préférence choisi parmi les composés organiques liquides polymérisable. Ce moyen d'étanchéification est, dans une variante préférée de l'invention, du benzocyclobutène. Dans une sixième étape de fabrication, on forme une couche intermédiaire sur les terminaisons conductrices de chaque composant en trempant chacune des terminaisons dans un bain liquide contenant une laque conductrice polymérisable suivi de la polymérisation par voie thermique de la laque conductrice déposée ainsi sur lesdites terminaisons. Dans une dernière étape de fabrication, on dépose par électrolyse au moins une couche de nickel et au moins une couche d'étain ou d'étain/plomb sur les couches intermédiaires de chaque composant. I1 va de soi que le procédé de fabrication tel que décrit précédemment est une variante avantageuse de l'invention mais ne constitue en aucun cas une limitation quant aux modes de mise en oeuvre de l'invention. En particulier, il est envisageable de prévoir d'autres étapes additionnelles ou un autre ordre dans la mise en oeuvre des étapes sans sortir du cadre de l'invention. A ce titre, le procédé de fabrication pourra prévoir de former d'abord un condensateur bobiné avant de procéder, dans une étape finale, à la découpe de ce condensateur bobiné en un condensateur film conforme à l'invention. TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE_DD/CS - 9 - REVENDICATIONS 1 - Condensateur film multicouche (1) comprenant: - une structure capacitive (2) sensiblement parallélépipédique formée d'un empilement de couches de film diélectrique (20, 21), chacune des couches (20, 21) comportant au moins une zone métallisée (3a1, 3b1) débouchant sur l'une des faces transversales (4, 5) de la structure (2) et au moins une zone non métallisée (3a2, 3b2) débouchant sur la face transversale opposée (4, 5), lesdites couches (20, 21) étant disposées à l'intérieur de la structure (2) de manière à faire déboucher leur zone métallisée (3a1, 3b1) respective alternativement sur chacune des faces transversales (4, 5) de ladite structure (2), - des couches conductrices de l'électricité (6, 7), communément appelées terminaisons, formées sur chacune des faces transversales (4, 5) de la structure capacitive (2) de manière à recouvrir totalement lesdites faces transversales (4, 5), caractérisé en ce qu'au moins une couche de nickel (9) et 20 au moins une couche d'étain ou d'étain/plomb (10) recouvrent chacune des terminaisons (6, 7). 2 - Condensateur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure capacitive (2) est imprégnée d'au moins un moyen d'étanchéification non conducteur de l'électricité. 3 - Condensateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéification est un composé organique liquide polymérisable. 4 - Condensateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le composé organique polymérisable est du benzocyclobutène. - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une couche intermédiaire (11) conductrice de l'électricité est interposée entre chacune des terminaisons (6, 7) et la couche de nickel (9) correspondante, ladite couche TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 10 - intermédiaire (11) étant apte à métalliques par électrolyse. 6 - Condensateur (1) selon précédente, caractérisé en ce intermédiaires (11) recouvrent totalement les terminaisons (6, 7) de telle sorte qu'elles soient au moins en contact par leurs extrémités avec respectivement les faces supérieures et inférieures de la structure capacitive (2). 7 - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (11) présente un profil arrondi au niveau des angles de la structure capacitive (2). 8 - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (11) possède une élasticité supérieure à celle des terminaisons (6, 7). 9 - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (11) est constituée d'un matériau composite, comportant au moins une poudre métallique, au moins un polymère et au moins un solvant. - Condensateur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la poudre métallique est 25 une poudre d'argent. 11 - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le polymère est une résine époxyde. 12 - Condensateur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une perte capacitive inférieure à 30% après 2000 h à 70 C et pour un taux d'humidité relative de 93%. 13 - Procédé de fabrication d'un condensateur film multicouche (1) selon l'une quelconque des revendications 35 précédentes, comportant les étapes suivantes: i) constitution d'une structure multicouche (22) par superposition d'au moins deux bandes (20, 21) d'un film diélectrique TPCFR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS recevoir des dépôts la revendication que les couches - 11 - comportant au moins une zone métallisée (3a1, 3bl) s'étendant à partir d'un de leurs bords latéraux et au moins une zone non métallisée (3a2, 3b2) s'étendant à partir de l'autre de leurs bords latéraux, les bandes (20, 21) étant disposées à l'intérieur de la structure (22) de manière à faire déboucher la zone métallisée (3a1, 3bl) d'une des bandes (20, 21) sur l'une des faces latérales de la structure (22) et la zone métallisée (3a1, 3b1) de l'autre bande (20, 21) sur l'autre des faces latérales de la structure (22), ii) formation des terminaisons conductrices de 15 l'électricité par pulvérisation d'un métal fondu sur les faces transversales de la structure (22), iii) découpe de la structure (22) en segments de longueur déterminée, iv) découpe des segments en composants unitaires au format des condensateurs, v) imprégnation des composants unitaires avec un moyen d'étanchéification, vi) formation d'une couche intermédiaire sur les terminaisons de chaque composant par trempage desdites terminaisons dans un bain liquide contenant une laque conductrice polymérisable suivi de la polymérisation par voie thermique de la laque conductrice, vii) dépôt par électrolyse d'au moins une couche de nickel et d'au moins une couche d'étain ou d'étain/plomb sur les couches intermédiaires de chaque composant. 14 - Procédé selon la revendication précédente, 35 caractérisé en ce que le moyen d'étanchéification est un composé organique liquide polymérisable. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéification est du TPC-FR-2 TEXTE DEPOSE DD/CS - 12 benzocyclobutène. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la laque conductrice comporte de la poudre d'argent et de la résine époxyde. TPC-FR-2_TEXTE DEPOSE DD/CS