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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION pour "Barre omnibus lamifiée perfectionnée et son procédé de fabrication" par la Société : ELDRE COMPONENTS, Inc.
1500 Jefferson Road, ROCHESTER,
New York 14823 (Etats-Unis d'Amérique).
EMI1.1
- : - : - : - : - : - : - : - : - : - Priorité d'une demande de brevet déposée aux EtatsUnis d'Amérique le 16 juillet 1982, sous le No 398877 au nom de Craig C. Bader, dont la Demanderesse est l'ayant droit.
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Barre omnibus lamifiée perfectionnée et son procédé de fabrication.
La présente invention concerne des barres omnibus lamifiées et, plus particulièrement, des barres omnibus lamifiéesdu type dans lequel de petits condensateurs en microplaquettes céramiques sont fixés entre les conducteurs des barres omnibus afin d'accroître sensiblement la capacitance de ces dernières.
Des barres omnibus lamifiées à plusieurs couches du type décrit dans la présente spécification sont habituellement utilisées pour alimenter les composants de circuits électriques pratiquement de n'importe quelle variété. Spécifiquement, ces barres sont conçues pour avoir la plus haute capacitance possible. Avant l'apparition de minces condensateurs en matière céramique, il était de pratique courante d'assurer cette capacitance désirée en fixant des condensateurs volumineux en des points choisis à l'extérieur de la barre et, dans certains cas, de lamifier un ou plusieurs condensateurs dans les extrémités de la barre.
Toutefois, plus récemment, le procédé préféré a consisté à lamifier, entre les conducteurs adjacents de la barre, plusieurs condensateurs espacés en matière céramique en galettes ayant spécifiquement une épaisseur se situant dans l'intervalle allant de 0,177 à 0,254 mm, ainsi que des surfaces opposées de l'ordre d'une fraction d'un pouce carré (1 pouce carré = 64, 5 mm2), ce qui non seulement rend la manipulation des microplaquettes difficile, mais a également tendance à compliquer l'assemblage des barres.
Hormis les difficultés rencontrées lors de l'assemblage des microplaquettes dans les barres, jusqu'à présent, la pratique a consisté à fixer les
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différents microplaquettes de condensateurs sur les surfaces opposées des conducteurs adjacents en utilisant un adhésif qui, dans certains cas, étaient conducteurs comme suggéré, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4. 236. 046 et 4.266. 091, et qui, dans d'autres cas, étaient non conducteurs comme décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4. 236. 038.
Toutefois, ainsi qu'on l'a souligné dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4.346. 257, la présence d'un adhésif entre les surfaces extérieures métallisées d'un condensateur et les conducteurs adjacents a tendance à réduire l'efficacité des condensateurs dans la barre omnibus associée.
En conséquence, il est souhaitable de minimiser la quantité d'adhésif utilisé à cet effet et, par conséquent, d'accroître la proportion des surfaces métallisées de chaque condensateur, ces surfaces venant s'engager directement sur les surfaces opposées des conducteurs adjacents.
En conséquence, un objet de la présente invention est d'éliminer pratiquement la nécessité d'utiliser un adhésif entre une microplaquette de condensateur en matière céramique et les surfaces opposées de conducteurs adjacents dans des barres omnibus lamifiées du type décrit.
A cet effet, une barre omnibus réalisée conformément aux enseignements de la présente invention comprend plusieurs condensateurs en microplaquettes qui sont fixés dans des ouvertures surdimensionnées pratiquées dans la couche d'isolation qui sépare des conducteurs adjacents de la barre. Dès lors, dans les barres omnibus réalisées conformément au procédé de fabrication perfectionné décrit dans la présente spécification, on utilise au maximum la capacitance fournie par des microplaquettes de con-
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densateurs en matière céramique qui sont intercalées entre les surfaces opposées de conducteurs adjacents des barres omnibus lamifiées.
On réalise un substrat portant des microplaquettes en découpant à l'emporte-pièce plusieurs ouvertures rectangulaires espacées dans une bande d'isolation en matière plastique que l'on doit utiliser pour séparer des bandes ou des conducteurs adjacents en cuivre dans une barre omnibus lamifiée.
Chacune des ouvertures comporte une paire de petites pattes de retenue espacées longitudinalement et ressortant de chacun des bords latéraux opposés de cette ouverture. Un petit condensateur en microplaquettes en matière céramique de forme rectangulaire, qui est légèrement plus court et plus étroit que chaque ouverture, est fixé au centre de celle-ci en chassant la microplaquette dans l'ouverture ménagée entre les paires associées de pattes de retenue qui viennent ainsi s'engager sur les bords latéraux longitudinaux de la microplaquette en des points espacés le long de celle-ci. Les bords marginaux extérieurs des microplaquettes sont ainsi maintenus à l'écart l'un de l'autre sur les bords périphériques des ouvertures pratiquées dans la couche de matière plastique, sauf aux points espacés sur lesquels viennent s'engager les pattes de retenue.
La couche de matière plastique renfermant les microplaquettes est ensuite durcie partiellement afin qu'une très petite quantité d'adhésif qui est appliqué sur les pattes, s'écoule pour venir s'engager sur les côtés longitudinaux de chaque microplaquette assujettissant ainsi davantage chaque microplaquette dans l'ouverture qui lui est associée. La bande de matière plastique partiellement durcie est ensuite introduite, éventuellement à la machine, entre
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une paire de bandes conductrices en cuivre ou analogues qui doivent faire partie d'un assemblage lamifié de barres omnibus.
L'assemblage est ensuite lamifié entre une paire de feuilles extérieures diélectriques qui forment une enveloppe étanche enfermant complètement les bandes conductrices empilées, ainsi que les bandes intermédiaires en matière plastique portant les condensateurs. Pour raccorder les conducteurs dans un circuit, plusieurs pattes métalliques ressortent de la manière habituelle d'un ou plusieurs des bords de chaque conducteur, ainsi qu'à travers l'enveloppe périphérique diélectrique, jusqu'à l'extérieur de celle-ci.
Dans les dessins annexés : la figure 1 est une vue partielle en plan d'une bande d'isolation diélectrique à haute capacitance réalisée conformément à la présente invention la figure 2 est une vue partielle en plan d'une barre omnibus lamifiée suivant une forme de réalisation de l'invention, cette barre omnibus comportant des bandes d'isolation diélectrique du type illustré en figure 1, certaines parties de la barre étant élaguées pour la clarté de l'illustration, et la figure 3 est une vue partielle en élévation latérale de cette barre omnibus lamifiée dont certaines parties sont élaguées et illustrées en coupe.
En se référant à présent aux chiffres de référence des dessins annexés et tout d'abord à la figure 1, le chiffre 10 désigne d'une manière générale, une bande 11 d'isolation diélectrique en matière plastique à travers laquelle sont pratiquées plusieurs ouvertures ou fenêtres rectangulaires espacées 13, cette bande pouvant être réalisée en une matière vendue, par exemple, par"E. I. DuPont de
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Nemours & Co., Inc"sous la marque commerciale "NOMEX". Deux paires coïncidentes de pattes ou de saillies espacées 15 ressortent de la bande 11 dans chaque ouverture 13 à partir des bords latéraux longitudinaux de celle-ci.
Ces deux paires de pattes 15 pratiquées dans chaque ouverture 13 assujettissent un mince condensateur en microplaquettes en matière céramique de forme rectangulaire 1 qui peut être réalisé à partir d'une composition à base de titanate de baryum et dont les faces opposées sont métallisées ou enduites d'une couche très mince de métal, comme suggéré, par exemple, dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4. 346. 257. Les microplaquettes 17 sont plus courtes et plus étroites que les ouvertures rectangulaires correspondantes 13, mais elles sont intentionnellement légèrement plus larges que la distance séparant les extrémités opposées de chaque paire de pattes 15 formées dans une ouverture respective 13.
L'assemblage des microplaquettes 17 dans les ouvertures 13 peut être effectué selon deux méthodes. Dans la première méthode, les parties de la bande 11 qui sont adjacentes aux côtés opposés de chaque ouverture 13, sont étalées légèrement, après quoi les microplaquettes 17 sont introduites dans les ouvertures dont les côtés opposés sont ensuite relâchés pour revenir à la manière d'un ressort dans leur position initiale et pour accrocher élastiquement les microplaquettes entre les extrémités opposées des deux paires de pattes 15 situées dans chaque ouverture. Cet assemblage est ensuite partiellement durci ou chauffé, simplement pour amener une partie du revêtement de résine déposé sur les pattes 15 à s'écouler et venir s'engager sur les bords latéraux opposés de la microplaquette associée
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17.
Lors du refroidissement, chaque microplaquette 17 est alors fixée dans chaque ouverture 13 à l'écart des bords latéraux marginaux de celle-ci, sauf à l'endroit où elle vient s'engager sur les pattes 15.
L'autre méthode en vue d'assembler des microplaquettes 17 dans les ouvertures 13 consiste à placer les microplaquettes directement sur les extrémités opposées des pattes 15 sans étaler tout d'abord les bords opposés de chaque ouverture. Ensuite, alors que chaque patte 17 prend appui sur deux paires de pattes espacées 15, la bande 11 est partiellement durcie ou chauffée au cours d'une période juste suffisante pour provoquer la fusion de la résine déposée sur les pattes 15 et qui vient alors adhérer sur une surface de la microplaquette en quatre points espacés le long de celle-ci.
Dans l'une ou l'autre des méthodes indiquées ci-dessus, lorsque les microplaquettes 17 ont été fixées dans les ouvertures 13, la bande associée 11 peut alors être manipulée à des fins d'assemblage.
Afin d'assembler la bande 11 portant des microplaquettes en une barre omnibus, on intercale une ou plusieurs de ces bandes (par exemple, deux, comme représenté dans les figures 2 et 3) entre des bandes conductrices de forme semblable qui, dans la pratique, ont habituellement une dimension générale légèrement plus petite que celle des bandes d'isolation intermédiaires 11. Comme représenté dans les figures 2 et 3, on peut réaliser une barre omnibus lamifiée 20 à partir de ces bandes 11 en intercalant deux de celles-ci entre trois conducteurs allongés de forme rectangulaire 21, 22 et 23 d'un ou de plusieurs bords desquels ressortent les pattes habituelles 21', 22'et 23'respectivement pour le raccordement à un circuit.
Comme on l'a indiqué ci-dessus,
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la dimension globale de chaque bande 11 est supérieure à celle des bandes conductrices associées 21-23, si bien que les bandes 11 ressortent au-delà des bords marginaux des bandes conductrices devant être lamifiées de la manière habituelle avec les bords d'une paire de couches extérieures d'isolation 25 qui peuvent être réalisées avec la même matière diélectrique que les bandes 11.
Après l'assemblage effectué comme représenté dans les figures 2 et 3, les surfaces opposées des microplaquettes 17 sont en contact électrique direct avec les surfaces opposées des paires adjacentes de conducteurs 21, 22 ou 22, 23, augmentant ainsi sensiblement la capacitance globale de la barre lamifiée 20 comparativement à des barres de ce type selon la technique antérieure. De plus, les bords périphériques extérieurs de chaque microplaquette 17 sont légèrement espacés du bord marginal périphérique de l'ouverture associée 13, sauf aux endroits où les extrémités opposées des paires associées de pattes 15 viennent s'engager sur les bords latéraux longitudinaux des microplaquettes.
En conséquence, une résine ou un adhésif qui pourrait avoir été transféré des pattes 15 aux microplaquettes associées 17, viendra, en majeure partie, s'engager uniquement sur les bords latéraux longitudinaux des microplaquettes respectives plutôt que sur leurs surfaces opposées conductrices d'électricité. Comme on l'indiquera ci-après, c'est ce contact pratiquement exempt d'adhésif entre les surfaces opposées des microplaquettes 17 et les bandes conductrices adjacentes opposées qui, en définitive, assure la haute capacitance de la barre 20, capacitance à laquelle on ne pouvait s'attendre comparativement aux barres de ce type selon la technique antérieure.
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De plus, quelle que soit la méthode initiale adoptée pour assembler les microplaquettes 17 dans les ouvertures 13, lors de l'étape de lamification réelle, les paires opposées de pattes 15 se trouvant dans chaque ouverture 13 sont tirées latéralement à l'écart des faces opposées de la microplaquette associée 17 si bien que, dans l'assemblage lamifié définitif 20, les microplaquettes sont espacées des bords périphériques des ouvertures associées 13, sauf aux quatre points espacés où leurs bords latéraux sont engagés sur les extrémités des pattes associées 15.
Afin d'illustrer la meilleure capacitance qui a été obtenue suivant la présente invention, on a comparé les valeurs de capacitance de barres omnibus réalisées conformément à cette dernière avec les valeurs de barres omnibus réalisées conformément aux enseignements du brevet précité des Etats-Unis damé- rique n 4. 346. 257. On a effectué un premier essai (essai nO 1) sur quinze barres omnibus lamifiées conformément à ce brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4. 346. 257, tandis que l'on a effectué un deuxième essai (essai nO 2) sur quinze barres réalisées conformément aux enseignements de la présente invention.
Dans chacun de ces essais, on a adopté les mêmes paramètres concernant la durée, la température et la pression ; de même, chaque barre d'essai comportait huit plaquettes de condensateurs en matière céramique choisies parmi le même lot. De même, pour chaque essai, les valeurs de capacitance par barre ont été relevées à 210C avant l'assemblage, ainsi qu'à 21 C, 24 heures après l'assemblage.
Les résultats en microfarads étaient les suivants :
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ESSAI NO 1 ESSAI NO 2
EMI10.1
<tb>
<tb> Capacitance <SEP> Capacitance <SEP> Capacitance <SEP> Capacitance
<tb> avant <SEP> l'as-24 <SEP> heures <SEP> après <SEP> avant <SEP> l'as-24 <SEP> heures <SEP> après
<tb> semblage <SEP> lamification <SEP> semblage <SEP> lamification
<tb> Barre <SEP> nO <SEP> (microfarads) <SEP> (microfarads) <SEP> (microfarads) <SEP> (microfarads)
<tb> 1 <SEP> 0, <SEP> 361 <SEP> 0, <SEP> 266 <SEP> 0, <SEP> 352 <SEP> 0, <SEP> 328
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 347 <SEP> Insuffisante <SEP> 0, <SEP> 355 <SEP> 0, <SEP> 323
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 357 <SEP> 0,253 <SEP> 0, <SEP> 388 <SEP> 0, <SEP> 346
<tb> 4 <SEP> 0,374 <SEP> 0, <SEP> 270 <SEP> 0, <SEP> 351 <SEP> 0, <SEP> 315
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 385 <SEP> 0,285 <SEP> 0,341 <SEP> 0, <SEP> 315
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 347 <SEP> 0,
257 <SEP> 0, <SEP> 367 <SEP> 0, <SEP> 322
<tb> 7 <SEP> 0, <SEP> 405 <SEP> 0, <SEP> 276 <SEP> 0, <SEP> 384 <SEP> 0, <SEP> 348
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 367 <SEP> 0, <SEP> 251 <SEP> 0, <SEP> 361 <SEP> 0, <SEP> 338
<tb> 9 <SEP> 0, <SEP> 353 <SEP> 0, <SEP> 247 <SEP> 0, <SEP> 374 <SEP> 0, <SEP> 347
<tb> 10 <SEP> 0,357 <SEP> 0, <SEP> 257 <SEP> 0, <SEP> 373 <SEP> 0, <SEP> 353 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 0, <SEP> 377 <SEP> 0, <SEP> 254 <SEP> 0, <SEP> 362 <SEP> 0, <SEP> 337
<tb> 12 <SEP> 0, <SEP> 368 <SEP> 0, <SEP> 253 <SEP> 0, <SEP> 388 <SEP> 0, <SEP> 362
<tb> 13 <SEP> 0, <SEP> 340 <SEP> 0, <SEP> 243 <SEP> 0, <SEP> 380 <SEP> 0,354
<tb> 14 <SEP> 0, <SEP> 377 <SEP> 0, <SEP> 283 <SEP> 0, <SEP> 373 <SEP> 0, <SEP> 350
<tb> 15 <SEP> 0, <SEP> 370 <SEP> 0, <SEP> 266 <SEP> 0, <SEP> 359 <SEP> Insuffisante
<tb>
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Les résultats des essais indiquent que,
alors que la chute de capacité des barres réalisées conformément au brevet précité des Etats-Unis d'Amérique 4.346. 257 était de l'ordre de 29%, elle n'était que de l'ordre d'environ 8% pour les barres réalisées conformément aux enseignements de la présente invention. Chaque essai a été effectué en utilisant un appareil de mesure d'impédance modèle nO 252 de "Electro Scientific Industries".
Avant l'assemblage, les huit plaquettes devant être utilisées dans une barre respective ont fait l'objet d'essais afin de déterminer leur capacitance collective ; de même, 24 heures après l'assemblage et la lamification de ces plaquettes en une barre, la capacitance de cette dernière a fait l'objet d'un essai de la manière habituelle avec l'équipement indiqué ci-dessus afin d'obtenir un chiffre de comparaison avec la capacitance collective déterminée avant l'assemblage.
On comprendra que le nombre et la disposition des pattes ou des saillies 15 peuvent être modifiés sans se départir de la présente invention. De plus, on comprendra que chaque barre ne doit comporter que deux bandes conductrices ou plus pour réaliser une barre à haute capacitance conformément à la présente invention et que les trois bandes 21-23 ont été choisies simplement à titre d'illustration. De même, au lieu de chauffer toute la bande 11 et les micro- plaquettes 17 déposées sur cette dernière, on pourrait durcir partiellement cet assemblage simplement en chauffant les microplaquettes 17 elles-mêmes plutôt que toute la bande 11 ou en utilisant un solvant liquide pour dissoudre le revêtement de résine déposé sur la bande 11 aux endroits des pattes 15.