FR2547453A1

FR2547453A1 - Barrette de condensateur multicouche et son utilisation dans les multiplicateurs de tension

Info

Publication number: FR2547453A1
Application number: FR8309419A
Authority: FR
Inventors: Michel Cantagrel; Serge Guichard; Pierre Frappart
Original assignee: EUROP COMPOSANTS ELECTRON
Current assignee: EUROP COMPOSANTS ELECTRON
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-12-14
Also published as: FR2547453B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE BARRETTE DE CONDENSATEUR MULTICOUCHE COMPORTANT UNE PLURALITE DE CONDENSATEURS INDIVIDUELS CONNECTES EN SERIE, CONSTITUEE D'UN EMPILEMENT DE COUCHES METALLIQUES 7, 8, 9, ... 30 SEPAREES PAR DES COUCHES DIELECTRIQUES 1, 2, 3, ... 6, CHAQUE COUCHE METALLIQUE ETANT CONSTITUEE D'UNE PLURALITE DE COUCHES METALLIQUES ELEMENTAIRES OU ELECTRODES 7, 8 DISPOSEES COTE A COTE, LES ELECTRODES SUPERPOSEES 7, 17, 27 DES COUCHES METALLIQUES DE RANGS PAIR ET IMPAIR ETANT RESPECTIVEMENT CONNECTEES ENTRE ELLES. SELON L'INVENTION, CHAQUE ELECTRODE 9 D'UNE COUCHE METALLIQUE N'EST EN REGARD QUE D'UNE SEULE ELECTRODE DE LA COUCHE METALLIQUE DE RANG PRECEDENT 7 OU SUIVANT 17. DES MOYENS DE LIAISON 41, 42, ... 46 ENTRE ELECTRODES DE COUCHES DIFFERENTES 9, 8 SONT PREVUS DE TELLE SORTE QUE DEUX ELECTRODES CONSECUTIVES 7, 8 DANS UNE MEME COUCHE METALLIQUE MAIS DE POLARITES OPPOSEES, NE SOIENT PAS SOUMISES A UNE DIFFERENCE DE POTENTIEL SUPERIEURE A CELLE EXISTANT ENTRE DEUX ELECTRODES 7, 9 EN REGARD L'UNE DE L'AUTRE DE DEUX COUCHES METALLIQUES SUCCESSIVES.

Description

BARRETTE DE CONDENSATEUR MULTI-COUCHES ET SON
UTILISATION DANS LES MULTIPLICATEURS DE TENSION
La présente invention concerne une barrette de condensateur multi-couches comportant une pluralité de condensateurs individuels connectés en série, constituée d'un empilement de couches métalliques séparées par des couches diélectriques, chaque couche métallique étant constituée d'une pluralité de couches métalliques élémentaires ou électrodes disposées côte à côte, les électrodes superposées de rangs pair et impair étant respectivement connectées entre elles.

Les multiplicateurs de tension sont utilisés pour la transformation sans l'utilisation de transformateurs d'une tension alternative du type Esinwt en une tension continue égale à n x E, ou n est le nombre d'étages du multiplicateur. Pour plus de détail sur les différents types de multiplicateurs de tension et leur fonctionnement, on se reportera par exemple à l'article intitulé Topological generation and analysis of voltage mulpliplayor circuits de P.M. LIN et Léon OSHUA Publié dans IEEE TRANSACTION ON CIRCUITS
AND SYSTEMS, volume cas 24, NO 10, octobre 1977, page 517 et suivantes.

Pour réduire l'encombrement de tels multiplicateurs de tension, il a déjà été proposé dans le brevet français 2 475 792 d'utiliser des barrettes de condensateur obtenues par la technique des condensateurs céramiques multi-couches, c'est-à-dire par sérigraphie d'électrodes sur une bande de céramique crue puis empilement de ces bandes et cuisson simultanée du bloc ainsi formé de manière à obtenir une barrette de condensateur fritté de type monolithique.

Dans le brevet cité plus haut, la connexion en série des condensateurs est réalisée par des électrodes communes à deux condensateurs successifs, électrodes communes ayant une surface légèrement supérieure à la surface des électrodes correspondantes de polarité opposée située face à elles dans la couche suivante.

L'inconvénient d'une telle disposition est que deux électrodes successives dans une même couche métallique d'électrodes présentent entre elles une différence de potentiel égale au double de la différence de potentiel existant entre les armatures d'un condensateur. Par conséquent, ces électrodes successives situées dans une même couche métallique doivent être suffisamment éloignées l'une de l'autre pour éviter tout claquage en cours de fonctionnement du multiplicateur de tension.

Le brevet US 4 313 157 décrit également une barrette de condensateur de ce type, dans lequel il existe une superposition partielle des électrodes d'une couche métallique et de celles de la couche suivante. Ce brevet décrit en particulier la réalisation de deux barrettes dans un même bloc de manière à réaliser ensuite simplement un multiplicateur de tension en connectant les diodes d'une barrette à l'autre. I1 décrit également une manière de réaliser la mise en parallèle des électrodes d'une même rangée et de même parité.

I1 a été proposé dans le brevet européen 0 068 927, de remédier à cet inconvénient en conservant cette électrode commune mais en disposant les deux autres électrodes dans des couches métalligues différentes de manière à avoir au moins une couche diélectrique séparant les couches métalliques contenant lesdites électrodes. De cette manière, on évite les claquages mais on perd une place considérable en supprimant pratiquement une électrode sur deux dans chaque couche métallique par rapport à la disposition décrite dans le brevet français cité plus haut.

Le but de la présente invention est d'améliorer à la fois l'efficacité volumique du bloc capacitif et réduire le coût de production d'un tel bloc en réduisant la quantité de métaux précieux constituant les électrodes dudit bloc, ainsi que la quantité de céramique utilisée.

Dans ce but, la barrette de condensateur multi-couches selon l'invention est caractérisée en ce chaque électrode d'une couche métallique n'est en regard que d'une seule électrode de la couche métallique de rang précédent et suivant et en ce que des moyens de liaison entre électrodes de couches différentes sont prévus de telle sorte que deux électrodes consécutives dans une même couche
métallique, mais de polarités opposées, ne soient pas.. soumises à une
différence de potentiel supérieure à celle existant entre deux élec
trodes en regard l'une de l'autre de deux couches métalliques successives.

De préférence, ces moyens de liaison sont constitués par une liaison électrique reliant au moins une électrode d'une couche métallique de rang pair à au moins une électrode d'une couche métallique adjacente, électrode non située en regard de la première.

La disposition la plus avantageuse consiste à relier chaque électrode d'une couche métallique à l'électrode située dans la couche métallique adjacente supérieure, électrode qui est ellemême adjacente à l'électrode en regard de la précédente.

Afin de simplifier les liaisons externes entre électrodes, liaisons externes du type de celles décrites dans les brevets mentionnés plus haut, il sera préférable de prévoir des électrodes portant sur l'un de leur côté des liaisons inclinées alternativement d'un côté ou de l'autre suivant la parité de la couche métallique, de telle sorte que les extrémités de ces liaisons venant affleurer la face avant de la barrette soient sensiblement alignées quelque soit la parité de la couche métallique.

La structure la plus simple consiste à réaliser des électrodes rectangulaires, disposées côte à côte, en couches métalliques de manière à former une barrette parallélépipédique, les bords des électrodes étant perpendiculaires aux faces latérales de celle-ci
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec
les figures qui représentent::
- la figure 1, un schéma de principe d'un multiplicateur de
tension en échelle,
- les figures 2a et 2b, respectivement la disposition des électrodes dans l'art antérieur et selon l'invention, des condensateurs, des barrettes,
- la figure 3, une vue schématique d'une barrette de condensateur selon l'invention,
- la figure 4, une vue schématique d'une barrette de condensateur selon l'invention dans un mode préférentiel de réalisation,
- la figure 5, les formes préférentielles de réalisation des électrodes de la figure 4.

Sur la figure 1, est représenté un schéma de principe d'un multiplicateur de tension en échelle. Un multiplicateur de tension permet à partir d'une tension alternative Esinwt d'obtenir une tension continue de sortie égale à n x E, n étant le nombre d'étages du multiplicateur de tension. Le multiplicateur de la figure en échelle de la figure 1 comporte un premier ensemble de condensateurs C1, C3, C5 et C7 connectés en série et un deuxième ensemble de condensateurs C2, C4, C6 et C8 également connectés en série. Les diodes CR1, CR2, CR3, CR4, CR5, CR6, CR7, CR8 sont connectées en échelle entre ces condensateurs, respectivement entre les points G et B, B et H, H et C, C et I, I et D, D et 3, 3 et F,
F et K.L'entrée du signal alternatif se fait entre G d'une part et la première électrode du condensateur C1 dont l'autre électrode est reliée au point B. La sortie du multiplicateur de tension s'effectue en règle générale par l'intermédiaire d'une diode Dn qui permet la charge d'un condensateur "tampon" C n dont l'autre électrode est reliée à ltentrée du condensateur C1. Pour plus de détail sur le fonctionnement de ce type de multiplicateur de tension, on pourra se référer à l'article cité ci-dessus. On remarquera que dans ce type de multiplicateur de tension, il existe deux groupes de condensateurs qui peuvent faire l'objet chacun d'une barrette de condensateurs selon l'invention, à savoir le groupe de condensateurs C1, C3, C5 et
C7 d'une part, et C2, C4, C6 et C8 d'autre part.

La figure 2a représente la disposition des électrodes d'une barrette de condensateur selon le brevet français 2 475 792 ou le brevet US 4 313 157. Une électrode A1 et une électrode A3 situées dans le même plan à une distance 2d, sont séparées d'une électrode
A2 par une couche diélectrique non représentée sur la figure.

L'électrode A1 et la partie de l'électrode A2 en regard de A1 forment avec ladite couche diélectrique un premier condensateur connecté en série avec un second condensateur formé des parties d'électrodes de A2 et de A3 en regard l'une de l'autre. La tension nominale de ces deux condensateurs étant d'une valeur V, la différence de potentiel entre l'électrode A1 et l'électrode A3 situées dans le même plan est donc égale à 2V. Ces deux électrodes sont donc disposées à une distance 2d suffisante pour éviter un claquage du diélectrique disposé entre elles dans leur plan. Par conséquent, il existe une zone A4 de l'électrode A2 de largeur 2d dont le seul rôle est de réaliser la connexion électrique de mise en série des deux condensateurs mais qui n'a pas de rôle capacitif puisqu'elle ne comporte pas d'électrode correspondante en regard.

Sur la figure 2b, on a représenté la disposition des électrodes dans la barrette de condensateur selon l'invention en conservant la même surface active pour chacune des électrodes des condensateurs connectées en série. Les électrodes B1 et B3 sont situées dans le même plan séparées des électrodes B2 et Bq par une couche diélectrique non représentée sur la figure (identique à celle de la figure 2a). Les électrodes B2 et B4 disposées dans le même plan, sont en regard respectivement des électrodes B1 et B3. On a matérialisé une liaison électrique entre les électrodes B2 et B3 par la référence L. Cette liaison de deux électrodes situées dans un plan différent s'effectue généralement par une connexion électrique extérieure.Si V est la différence de potentiel existant entre les électrodes B1 et B2 d'une part, B3 et B4 d'autre part, le fait que B2 et B3 soient reliées électriquement implique une différence de potentiel entre B1 et B3 égale à V. Par conséquent, et pour assurer un fonctionnement dans les mêmes conditions que précédemment, on peut placer les deux électrodes B1 et B3 à la distance d.

Cette façon d'arranger les électrodes permet d'une part pour la même capacité de réduire la surface occupée puisque la distance inter-électrodes dans un même plan est divisée par deux, toutes choses égales par ailleurs, et d'autre part de réduire considérablement les coûts de fabrication des barrettes selon l'invention puisque la zone d'électrodes telle que A4 représentée sur la figure 2a a été supprimée ce qui, compte tenu du coût des métaux précieux (généralement argent-palladium) utilisés pour réaliser les électrodes internes de ce type de condensateur permet une substantielle économie.

La figure 3 représente une vue partielle d'une barrette de condensateur selon l'invention et pouvant être utilisée par exemple pour réaliser l'ensemble des condensateurs C1, C3, C5 et C7 du multiplicateur de tension de la figure 1.

Sur cette figure, on a représenté, à titre d'exemple, six couches diélectriques 1, 2, 3, 4, 5 et 6, séparées par des paires d'électrodes disposées dans le même plan, 7 et 8 entre les couches 1 et 2, 9 et 10 entre les couches 2 et 3, 17 et 18 entre les couches 3 et 4, 19 et 20 entre les couches 4 et 5, 27 et 28 entre les couches 5 et 6, 29 et 30 sous la couche 6. I1 est préférable de rajouter sous ces électrodes 29 et 30 une autre couche diélectrique de protection. Les électrodes 7, 17 et 27 sont connectées entre elles par une liaison verticale 52 placée à l'extrémité des parties 12, 22 et 32 desdites électrodes qui viennent affleurer la surface latérale avant du bloc représenté sur cette figure.Cette métallisation externe 52 se prolonge sur la face supérieure du bloc par une métallisation 11 qui peut être par exemple connectée au point B du multiplicateur de tension de la figure 1. Les électrodes de rang pair 9, 19 et 29, en regard des électrodes de rang impair 7, 17 et 27, sont connectées entre elles par une terminaison verticale 41, qui vient au contact des parties 14, 24 et 34 desdites électrodes qui viennent affleurer la surface avant du bloc représenté sur la figure. Les électrodes de rang impair 8, 18 et 28, adjacentes et dans le même plan que les électrodes 7, 17 et 27, sont connectées entre elles par l'intermé diaire des parties 15, 25 et 35 par une métallisation externe 42 située sur la face latérale avant du bloc représenté sur la figure où viennent affleurer lesdites parties 15, 25 et 35.Selon l'invention, les métallisations 41 et 42 sont reliées électriquement entre elles. Sur la figure 3, on a représenté cette liaison électrique par des métallisations 44, 45 et 46, de largeur sensiblement identique à celle des métallisations 41 et 42, et placées sensiblement au niveau des parties d'électrodes qu'elles relient entre elles (par exemple 44 à proximité de 14 et 15). Bien entendu, différentes variantes de réalisation de cette connexion sont possibles. On peut, comme décrit dans le brevet US 4 313 157, réaliser des empilements de céramiques diélectriques crues revêtus d'électrodes sérigraphiées, céramiques crues dans lesquelles sont prévues des encoches qui sont ultérieurement entièrement métallisées. Ces encoches s'étendront sur toute la zone située entre 41 et 42.

La métallisation externe 42 se poursuit sur la face supérieure du bloc par une métallisation 13 qui sera reliée au point C de la figure 1 lorsque 11 est relié au point B de cette figure. Bien entendu, sur cette figure 3 comme dans les figures suivantes, chaque couche métallique, c'est-à-dire chaque ensemble d'électrodes situées dans un même plan entre deux couches diélectriques successives, peut comporter un nombre quelconque d'électrodes, bien supérieur à celui (deux) représenté sur ces figures.

La figure 4 représente un mode préférentiel de réalisation d'une barrette selon l'invention. Dans cette figure, les électrodes ont une forme particulière permettant de réaliser une seule connexion pour les métallisations externes 41 et 42 de la figure 3. Les électrodes 103 et 104 situées dans le même plan d'une part et 105, 106 et 107 situées dans le même plan mais séparées des électrodes 103 et 104 par une couche diélectrique, ont leurs liaisons d'extrémités 108, 109 respectivement reliées aux liaisons d'extrémité 111 et 112 des électrodes 106 et 107.Sur la figure 4, les électrodes 103 et 104, de forme sensiblement rectangulaire, ont leurs liaisons d'extrémités respectives 108 et 109 décalées vers la droite, tandis que les électrodes 106 et 107, de même forme rectangulaire, ont leurs liaisons d'extrémités 111 et 112 respectivement décalées vers la gauche, par rapport au bord latéral tel que 135 et 136 desdites électrodes situé d'avant en arrière sur la figure. La longueur de ces liaisons d'extrémités 108, 109, 110, 111 et 112 ainsi que leurs inclinaisons respectives vers la gauche ou vers la droite selon ledit bord d'électrode, sont telles que la liaison d'extrémité 108 vient affleurer sur la face avant du bloc sensiblement au droit de la zone où vient affleurer la liaison d'extrémité 111 de l'électrode 106 à laquelle l'électrode 103 doit être reliée.Ceci permet d'obtenir des terminaisons externes 113, 114 et 115 sous forme de bandes uniques de largeur sensiblement identique à celle des connexions telles que 41 ou 42 de la figure 3. Cette disposition et cette forme des électrodes permettant de réduire encore le coût des métallisations de la barrette en diminuant la surface de celle-ci. Chaque métallisation 113, 114 et 115 se prolonge sur la face supérieure du bloc par les métallisations 100, 101 et 102 reliées respectivement aux points A, B et C du multiplicateur de tension de la figure 1.

Sur la figure 5, sont représentées les formes préférentielles de réalisation des électrodes de la figure 4, électrodes représentées en vue de dessus. Les éléments de cette figure portent les mêmes références que ceux de la figure 4. Chaque électrode est distante de l'électrode adjacente située dans le même plan, d'une distance d fonction de la tension V à laquelle est soumis le condensateur en fonctionnement normal. Sur la figure 5, on a représenté l'alignement des bords 121 et 123 respectivement des électrodes 105 et 103 d'une part et 122 et 124 respectivement des électrodes 106 et 104 d'autre part. Le côté supérieur 125 de l'électrode 103 est relié au côté latéral 126 de ladite électrode par une partie inclinée 127, sensiblement à 450. Les liaisons d'électrodes telles que 108 s'écartent du côté 123 sensiblement au niveau de la ligne horizontale 137 sur laquelle se trouve également le point commun à 127 et 126, et s'élèvent sensiblement parallèlement à 127 jusqu'aux pointillés reliant les bords 122 et 124. La partie supérieure de cette liaison 108 a une largeur de l'ordre de d et est reliée au bord 125 de l'électrode 103 parallèlement à 127. Dans cette vue de dessus, la liaison d'extrémité 108 est décalée vers la droite par rapport au bord 123 de l'électrode 103. Inversement, la liaison 111 de l'électrode 106 de forme identique à 103, est décalée vers la gauche par rapport au bord 122, de manière à réaliser l'alignement sur la face latérale avant du bloc des extrémités des liaisons d'extrémités 108 et 111. La fonction de la partie inclinée 127 est de maintenir, en tout point de la surface des électrodes, une distance d avec l'électrode la plus proche. Par conséquent, en respectant cette donnée, I'inclinaison de 127 et des liaisons d'extrémités peuvent être quelconques et adaptées à chaque cas particulier suivant les besoins désirés. Comme précédemment, le nombre d'électrodes dans une couche métallique n'est pas limité. Ainsi qu'on peut le comprendre aisément de la description précédente, ce nombre dépend du nombre d'étages du multiplicateur de tension correspondant.

Claims

REVENDICATIONS I. Barrette de condensateur multi-couches comportant une pluralité de condensateurs individuels connectés en série, constituée d'un empilement de couches métalliques (7, 8, 9,... 30) séparées par des couches diélectriques (1, 2, 3, ... 6), chaque couche métallique étant constituée d'une pluralité de couches métalliques élémentaires ou électrodes (7, 8) disposées côte à côte, les électrodes superposées (7, 17, 27) des couches métalliques de rangs pair et impair étant respectivement connectées entre elles, caractérisée en ce que chaque électrode (9) d'une couche métallique n'est en regard que d'une seule électrode de la couche métallique de rang précédent (7) ou suivant (17) et en ce que des moyens de liaison (41, 42, ...

46) entre électrodes de couches différentes (9, 8) sont prévus de telle sorte que deux électrodes consécutives (7, 8) dans une même couche métallique mais de polarités opposées, ne soient pas soumises à une différence de potentiel supérieure à celle existant entre deux électrodes (7, 9) en regard l'une de l'autre de deux couches métalliques successives.

2 Barrette de condensateur selon la revendication I caractérisée en ce que les moyens de liaison (41, ... 46) sont constitués par une liaison électrique (41, ... 46) reliant au moins une électrode (8, 18, 28) d'une couche métallique à au moins une électrode (9, 19, 29) d'une couche métallique adjacente, non située en regard de la première.

3. Barrette de condensateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque électrode (104) a une forme telle que les extrémités de liaison (109), qui relient chaque électrode (104) aux moyens de liaisons (41,... 46), sont sensiblement alignées.

4. Barrette de condensateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque électrode (103, 104, ... 107) a une forme sensiblement rectangulaire et se termine dans l'un de ses angles par une extrémité de liaison (108, 109, ... 112), I'extrémité de liaison (108) d'une électrode (103) étant inclinée par rapport au bord latéral (123) de celle-ci, perpendiculaire à la face avant de la barrette sensiblement parallélépipédique, I'inclinaison des liaisons d'extrémité s'effectuant alternativement vers la gauche (110, 111, 112) ou vers la droite (108, 109), par couches métalliques successives, de manière à ce que les extrémités des liaisons d'extrémités destinées à être reliées entre elles par les moyens de liaison (113, 114,-115), qui affleurent sur la face avant de la barrette, soient sensiblement alignées verticalement.

5. Utilisation de la barrette de condensateur selon l'une des revendications précédentes pour la réalisation d'un multiplicateur de tension.