FR2554963A1

FR2554963A1 - Condensateur de decouplage et procede de fabrication de celui-ci

Info

Publication number: FR2554963A1
Application number: FR8417266A
Authority: FR
Inventors: Donald P Schilling
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1985-05-17
Also published as: GB2149970A; DE3441639A1; US4494170A; IT1177195B; BR8405807A; IT8423577A0; GB8428763D0; IT8423577A1; GB2149970B

Abstract

ON PROPOSE UN CONDENSATEUR DE DECOUPLAGE 10 ET UN PROCEDE DE FABRICATION DE CELUI-CI, OU LE CONDENSATEUR DE DECOUPLAGE EST OBTENU SUIVANT UN PROCEDE DE MOULAGE EN DEUX ETAPES. LE CONDENSATEUR DE DECOUPLAGE EST UN ELEMENT DE CONDENSATEUR HERMETIQUEMENT CLOS, COMPORTANT UN CONDENSATEUR CERAMIQUE 12, DES CONDUCTEURS ACTIFS 18, 29 FIXES AU CONDENSATEUR ET DES BROCHES FACTICES 28, 30 PERMETTANT L'AUTO-INSERTION DANS DES PLAQUES DE CIRCUITS IMPRIMES.

Description

DSF-53

Condensateur de découplaqe et procédé de fabrication de celui-ci

La présente invention est relative au domaine des condensa-

teurs de découplage pour circuits intégrés. Plus particuliè-

rement, cette invention concerne des condensateurs de

découplage nouveaux et améliorés et des procédés de fabrica-

tion de ceux-ci, les condensateurs étant obtenus par un procédé de moulage en deux étapes, de manière à fabriquer

des condensateurs de découplage à qui se prêtent à l'auto-

insertion dans les plaques de circuits imprimés, à utiliser en combinaison avec des circuits intégrés à double rangée de

connexions, ou tous autres constituants électroniques.

Le brevet DE-A-34 00 584 a déjà décrit un condensateur de

découpage pour un ensemble à circuit intégré. Le conden-

sateur de découplage de cette demande de brevet antérieure est une fine microplaquette rectangulaire de matériau céramique, qui est métallisée sur des faces opposées et qui présente des conducteurs partant des revêtements métallisés sur les faces opposées de la microplaquette en deux points voisins d'une paire d'angles diagonalement opposés de la microplaquette céramique de forme rectangulaire. Les deux conducteurs sont repliés vers le bas et l'assemblage du condensateur de découplage est encapsulé dans une pellicule de matériau non conducteur. Conformément aux principes de cette demande de brevet antérieure, le condensateur de découplage est dimensionné de manière à se loger dans l'espace compris entre les deux rangées de conducteurs provenant du circuit intégré classique à double rangée de

connexions. Les deux conducteurs du condensateur de décou-

plage sont enfichés dans une plaque de circuit imprimé, ces conducteurs du condensateur étant insérés dans le circuit

imprimé par les trous auxquels sont connectés les conduc-

teurs de raccordement à la terre et d'alimentation en courant. Le circuit intégré associé, ou tout autre 31 constituant électronique, est disposé ensuite au-dessus du

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condensateur et inséré dans la plaque de manière à ce que les conducteurs d'alimentation en courant du circuit intégré ou tout autre constituant soient disposés dans celui-ci en traversant les trous de la plaque de circuit imprimé, dans lesquels ont été insérés les deux conducteurs du condensa- teur. Les conducteurs ou broches, diagonalement disposés sur le condensateur de découplage, suivant le brevet DE-A 34 00 584, ont donné lieu à une difficulté quand on souhaite insérer automatiquement les condensateurs de découplage dans la plaque de circuit imprimé. Il existe des appareillages standard d'auto-insertion, permettant d'insérer des éléments de circuit intégré dans les plaques de circuit imprimés. Les

têtes d'insertion de l'appareillage ordinaire d'auto-

insertion, saisissent le circuit-intégré par les conducteurs ou broches de bornes cintrées du circuit intégré. Toutefois, si l'on tente d'effectuer l'insertion du condensateur de découplage suivant la demande de brevet antérieureDE-A 34 00 584 à l'aide du même appareillage d'auto- insertion, il en

résulte des conditions d'instabilité et de défaut d'aligne-

ment, parce que le condensateur de découplage présente seulement deux broches dans les angles diagonalement opposés du condensateur rectangulaire, plutôt que d'avoir deux rangées de broches symétriques. La présence de deux broches seulement a pour effet que le condensateur branle"dans la tête d'insertion avec, pour résultat, un défaut d'alignement

entre les bornes du condensateur dans les trous correspon-

dant de la plaque de circuit imprimé.

Vu qu'il est extrêmement souhaitable de réaliser l'auto-

insertion des condensateurs de découplage dans les plaques de circuit imprimé et vu qu'il est également souhaitable d'effectuer cette autoinsertion avec le même appareillage d'auto-insertion utilisé pour les éléments de circuit intégré, on rencontre une difficulté importante avec le condensateur de découplage propre à la demande de brevet antérieure, non pas pour ce qui concerne son efficacité et son fonctionnement électronique, mais plutôt pour ce qui concerne son adaptation aux techniques d'assemblage en

grande série.

Il existe donc un besoin pour une structure de condensateur de découplage qui soit auto-insérable, hermétiquement close et susceptible d'être fabriquée suivant des procédés

d'assemblage automatisés.

Le brevet DE-A-34 00 584 a déjà décrit une méthode visant à résoudre la difficulté d'auto-insertion décrite ci-dessus par l'incorporation de broches factices ou de stabilisation

dans un assemblage de condensateurs de découplage.

L'objectif de la présente invention est de proposer d'autres dispositions et d'autres méthodes permettant d'obtenir des condensateurs de découplage qui sont hermétiquement clos, qui se pretent à l'auto-insertion et qui peuvent être fabriqués suivant un procédé automatique de moulage en deux étapes. Une difficulté inhérente à de nombreuses dispositions propres à la technique antérieure est en rapport avec les

contraintes dimensionnelles imposées au système à condensa-

teur de découplage par l'usage envisagé de ce condensateur

sous un circuit intégré sur une plaque de circuit imprimé.

Ces condensateurs comprennent normalement une microplaquette de condensateur en céramique (un corps céramique avec des surfaces opposées de faces conductrices), une paire de plaques conductrices s'appuyant sur la surface de face la microplaquette avec une broche active partant de chaque plaque et une enveloppe extérieure isolante ou bottier. En particulier, l'épaisseur ou hauteur est limitée à environ 0,96 à 1 mm. Vu que la microplaquette de condensateur en céramique a environ 0,23 à 0,25 mm d'épaisseur et que chaque plaque conductrice a environ 0,18 mm d'épaisseur, il ne reste que 0,18 à 0,22 mm seulement par côté, disponible pour l'encapsulage ou pour le recouvrement avec un boltier

isolant. Compte tenu des tolérances de fabrication, l'enve-

loppe isolante peut être rompue, ce qui donne lieu à des

problèmes de contamination, de court-circuit, etc. Conformé-

ment à la présente invention, on propose une méthode de fabrication d'un condensateur de découplage comprenant les étapes de: former un sousassemblage de plusieurs broches de bornes actives, connectées mécaniquement-et électriquement aux surfaces d'extrémité conductrices opposées de faces conductrices d'un élément de condensateur à couches multiples, ledit élément de condensateur étant un corps diélectrique avec des surfaces d'extrémité conductrices opposées, effectuer une première étape de moulage dans laquelle ledit sous-assemblage est encapsulé dans un matériau de moulage, avec lesdites broches de borne actives faisant saillie sur celui-ci, ladite première étape de moulage comprenant également la formation de plusieurs cavités entièrement dans le matériau de moulage, insérer des broches factices dans lesdites cavités pour former un élément prémoulé intermédiaire, effectuer une seconde étape de moulage, afin de mouler une couche de matériau de moulage autour dudit élément prémoulé intermédiaire, afin de bloquer mécaniquement lesdites broches factices dans lesdites cavités, lesdites broches factices étant électriquement

isolées dudit élément de condensateur.

Les condensateurs de découplage du type auquel se rapporte

la présente invention, présentent des contraintes dimen-

sionnelles imposées par le fait qu'ils sont destinés à s'adapter entre un circuit intégré et une plaque de circuit sur laquelle est monté le circuit intégré. Ces condensateurs comprennent normalement une microplaquette de condensateur en céramique (un corps céramique avec des surfaces de faces conductrices opposées, une paire de plaques conductrices prenant appui sur la surface de face de la microplaquette avec une broche active partant de chaque plaque et une enveloppe extérieure isolante ou boitier. En particulier, l'épaisseur ou hauteur est limitée à environ 0,96 à 1 mm. Vu que la microplaquette de condensateur en céramique a environ 0,23 à 0,25 mm d'épaisseur et que chaque plaque conductrice a environ 0,18 mm d'épaisseur, il ne reste que 0,18 à 0,22 mm seulement par c6té, disponible pour l'encapsulage ou

pour le recouvrement avec un boîtier isolant.

Conformément à la présente invention, un sous-assemblage du condensateur de découplage comprenant des conducteurs ou broches actives reliés aux surfaces d'électrodes de la microplaquette de condensateur céramique. On utilise uniquement des conducteurs ou des broches, ce qui constitue une différence par rapport aux plaques conductrices utilisées dans le cas des réalisations suivant la technique antérieure. Ceci supprime l'épaisseur des plaques conductrices sur l'assemblage et augmente la dimension restant disponible pour le boitier isolant, jusqu'à environ 0,35 à 0,39 mm sur l'assemblage avec uniquement la zone du conducteur ou de la broche présentant un revêtement plus mince. Le sous-assemblage est utilisé ensuite comme insert dans un procédé de moulage de deux étapes, afin d'obtenir un condensateur de découplage hermétiquement clos. L'assemblage résultant présente un revêtement isolant plus épais (d'environ 0,35 à 0, 39 mm par c6té) sur l'assemblage, ce qui réduit d'une manière significative les risques de mise à nu accidentelle des éléments conducteurs et ce qui augmente la

fiabilité du condensateur de découplage.

Si l'on se réfère au dessin, o les éléments semblables sont numérotés d'une manière semblable dans les différentes figures, on constate que: La figure 1 est une vue en perspective d'un sous-assemblage

de condensateurs conforme à la présente invention.

La figure 2 est une vue en perspective du sous-assemblage de condensateurs après la première étape de moulage conforme à

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la présente invention.

La figure 3 est une vue en perspective du condensateur de

découplage achevé, propre à la présente invention.

La figure 4 est un diagramme schématique, représentant le procédé propre à la présente invention. Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, on voit que la microplaquette de condensateur en céramique est désignée généralement par 10. La microplaquette céramique de condensateur 10 est constituée d'un élément céramique de condensateur, tel que titanate de baryum, sous forme d'une plaque plate généralement rectangulaire 12. Les surfaces supérieure et inférieure 14 et 16 de la plaque 12 sont revêtues d'un matériau conducteur et de préférence de nickel ou d'alliage de nickel, conformément à la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique, série numéro 391.967. Les surfaces conductrices 14 et 16 et la plaque céramique comprise entre celle-ci constituent une microplaquette de condensateur. Les broches ou conducteurs actifs i8 et 20 sont disposées sur et fixées aux surfaces conductrices 14 et 16

respectivement, comme indiqué à l'étape A de la figure 4.

Cette fixation des broches actives est réalisée par un procédé de fixation métallique capable de résister aux températures de moulage pouvant aller jusqu'à 188 C. La fixation peut être réalisée par soudage aux ultrasons, soudure tendre, soudage par impulsion, soudage thermosonique ou tout autre procédé de fixation convenant pour des surfaces métalliques. On peut également utiliser une colle conductrice. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2 et à l'étape B de la figure 4, on voit que le sous-assemblage de la figure 1 sert d'insert pour le moule, le sous-assemblage étant placé dans un moule et un matériau isolant approprié, tel qu'une résine époxy, étant moulé autour de cette pièce. Cet élément moulé en époxy est désigné généralement par 22 à la figure 2. Il est d'une importance particulière, du point de vue de la présente invention, que l'élément moulé en époxy 22 soit réalisé avec une paire de cavités 24 et 26 dans celui-ci, afin de recevoir les broches factices du condensateur de découplage. Les cavités 24 et 26 sont réalisées entièrement à l'intérieur du moulage, c'est-à-dire que ce sont des poches dans le matériau de moulage, qui ne sont pas ouvertes ni au contact des surfaces conductrices 14 et 16 de la micromaquette de condensateur 10. L'élément moulé de la figure 2 sert de prémoule pour une autre étape de moulage

propre à la présente invention.

Si l'on se réfère ensuite à la figure 3 et aux étapes C et D de la figure 4, on voit que des broches factices 28 et 30 (qui peuvent identiques aux broches 18 et 20) sont insérées respectivement dans les cavités 24 et 26, afin de compléter l'élément prémoulé intermédiaire. Cet élément prémoulé intermédiaire, avec les broches factices dans les cavités, est placé ensuite dans un moule et de la résine époxy est moulée à nouveau au cours d'une seconde étape de moulage à époxy, afin de fixer les broches factices 28 et 30 et de terminer l'assemblage de condensateur de découplage final 32 comme représenté à la figure 3. Dans cet assemblage final, les deux couches moulées sont liées ensemble et les broches factices et actives sont maintenues rigidement en place. Vu que les broches factices 28 et 30 sont complètement enrobées dans le matériau isolant à base d'époxy, elles sont isolées électriquement du condensateur, tout en étant connectées mécaniquement à celui-ci. Une paire de nervures d'espacement 34 et 36 peut être réalisée sur la surface inférieure du

condensateur de découplage, afin de créer un léger écarte-

ment au-dessus de la plaque de circuit imprimé sur laquelle

doit être monté le condensateur de découplage.

Pour l'usage envisagé du condensateur de découplage propre à la présente invention, les quatre broches doivent être repliées vers le bas à des angles d'environ 900 par rapport à la position représentée à la figure 3 et le condensateur de découplage doit être monté sur une plaque de circuit imprimé, sous un circuit intégré. Les conducteurs actifs 18 et 20 doivent être insérés dans les mêmes trous de la plaque de circuit imprimé que les conducteurs d'alimentation en courant provenant du circuit intégré. Les broches factices 28 et 30 doivent s'introduire également dans d'autres-trous de la plaque de circuit imprimé, qui reçoivent les broches

du circuit intégré; mais il n'en résulte aucun effet élec-

trique. Les broches factices 28 et 30 servent de broches de stabilisation pour faciliter le montage du condensateur de découplage sur la plaque de circuit imprimé, en utilisant l'appareillage d'auto-insertion servant pour le montage des

circuits intégrés.

Les condensateurs de découplage du type auquel se rapporte

la présente invention présentent des contraintes dimension-

nelles strictes, imposées par le fait qu'ils sont destinés à s'ajuster entre un circuit intégré et une plaque de circuit sur laquelle est monté le circuit intégré. L'épaisseur ou hauteur du condensateur de découplage finalement assemblée doit être limitée à environ 0,96-1 mm. La microplaquette de

condensateur 10 à-utiliser conformément à la présente inven-

tion a une épaisseur "t" d'environ 0,23 à 0,25 mm; les conducteurs actifs 18 et 20 (normalement en cuivrel ont une épaisseur "t" d'environ 0,18 mm. Dans les dispositions conformes à la technique antérieure, telles que décrites au brevet DE-A-3400584, une disposition typique comporte des plaques conductrices fixées aux surfaces conductrices 14 et 16 de la microplaquette 10, les conducteurs actifs ou

broches étant des prolongements de ces plaques conductrices.

Par conséquent, avec la disposition propre à cette technique antérieure, il ne reste que 0,18 à 0,22 mm seulement de chaque côté disponible pour un revêtement isolant protecteur de l'assemblage final du condensateur de découplage. Cette épaisseur du recouvrement est si faible qu'elle donne lieu à la possibilité de mise à nu accidentelle de l'intérieur de l'assemblage du condensateur de découplage avec, par conséquent, des risques de contamination, de court-circuit, etc. La présente invention élimine cette difficulté en supprimant les plaques conductrices et en utilisant seulement des broches actives 18 et 20 pour réaliser la connexion électrique aux surfaces conductrices de la microplaquette de condensateur. De cette manière, l'espace disponible pour le revêtement isolant est augmenté d'une manière significative, Jusqu'à environ 0,35 à 0,39 mm de chaque côté excepté dans la zone des broches actives, o l'épaisseur du revêtement reste limitée à la gamme d'épaisseur antérieure d'environ 0,18 à environ 0,22 mm. Par conséquent, dans l'assemblage achevé (voir figure 3) le condensateur de découplage a une épaisseur totale t2 comprise dans la gamme de 0,96 à 1 mm, avec les surfaces supérieure et inférieure 38 et 40 pourvues de recouvrement isolant moulé, dont l'épaisseur varie de 0,35 à 0,39 mm. Outre les avantages exposés cidessus et propres à la présente invention, un autre avantage consiste en ce que la localisation de la microplaquette dans le moule est assurée avec précision au cours des deux étapes de moulage parce que les conducteurs actifs 18 et 20 sont fixés à la microplaquette avant l'une et l'autre de ces deux étapes de moulage. En effet, ces broches actives reposent dans des ouvertures ou passages appropriés dans le moule et contribuent à assurer un positionnement correct de la microplaquette dans le moule, au cours de chaque étape de moulage. Cette caractéristique augmente davantage la stabilité dimensionnelle de l'élément finalement assemblé, et contribue à garantir l'obtention d'un revêtement isolant

uniforme et de bonne qualité.

La présente invention a été exposée dans le cas de la

disposition générale d'un condensateur de découplage présen-

tant une symétrie axiale, avec une paire de broches de borne actives diagonalement opposées et une paire de

broches factices diagonalement opposés.

Toutefois, il est bien entendu que cette disposition est décrite uniquement à titre d'exemple de la disposition préférée à utiliser avec un circuit intégré présentant des broches d'alimentation en courant diagonalement opposées; mais la présente invention n'est limitée en aucune manière à cette seule disposition. Le condensateur de découplage propre à la présente invention peut présenter toute autre disposition imposée par le disposition et les impératifs du circuit imprimé ou de tout autre constituant électronique avec lequel il doit être utilisé. C'est ainsi, par exemple, que, si les broches d'alimentation en courant du circuit

intégré ne sont pas disposées en des emplacements.diagona-

lement opposés, les broches factices peuvent être disposées

en tout autre emplacement pouvant être imposé par l'emplace-

ment des broches d'alimentation en courant, afin de faire équilibre aux broches d'alimentation en courant; et le nombre de broches actives du condensateur de couplage peut supérieur à 2 (afin de correspondre à un circuit intégré présentant plus de deux conducteurs d'alimentation de courant); le nopmbre et l'emplacement des broches factices ne doit pas être toujours symétrique par rapport aux broches

actives; tout ce qui précède étant dans le cadre de l'exi-

gence générale suivant laquelle les conducteurs actifs et les broches factices doivent être disposées de manière à obtenir une série d'emplacements pour le contact stabilisé ou de surfaces pour le contact stabilisé avec les mâchoires

de l'appareillage d'auto-insertion.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un condensateur de découplage comprenant les étapes de: former un sous-assemblage de plusieurs broches de borne actives, mécaniquement et électriquement connectées aux surfaces d'extrémité conductrices opposées dans un élément de condensateur, ledit élément de condensateur étant un

corps diélectrique avec des surfaces d'extrémité conduc-

trices opposées; effectuer une première étape de moulage dans laquelle ledit sous-assemblage est encapsulé dans un matériau de moulage, avec lesdites broches de borne actives faisant saillie de celui-ci, ladite première étape de moulage comprenant également la formation de plusieurs cavités entièrement dans le matériau de moulage; insérer des broches factices dans lesdites cavités, de

manière à constituer un élément prémoulé intermédiaire.

effectuer une seconde étape de moulage, afin de mouler une couche de matériau de moulage autour dudit élément prémoulé intermédiaire, afin de bloquer mécaniquement lesdites broches factices dans les cavités, lesdites broches factices

étant électriquement isolées dudit élément de condensateur.

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape de:

disposer lesdites broches ou bornes actives dans les ouver-

tures correspondantes dans les moules, au cours de chacune

desdites première et seconde étapes de moulage.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites broches de borne actives sont disposées suivant un dessin prédéterminé et en ce que lesdites broches factices sont disposées suivant un dessin prédéterminé, afin de faire équilibre au dessin

des broches de borne actives.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'étape consistant à former un sous-assemblage avec

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connexion des première et seconde broches de borne actives aux surfaces de faces opposées dudit élément de condensateur et l'étape d'insérer des broches factices comprenant le positionnement des première et seconde broches factices dans les cavités situées en des emplacements tels qu'ils fassent

équilibre aux première et seconde broches de borne; actives.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'étape de former un sous-assemblage comprenant la connexion des première et seconde broches de borne actives audit élément de condensateur en des emplacements diagonalement opposés sur la surface opposée de face conductrice de celuici et ladite étape d'insertion de broches factices comprenant le

placement de broches actives en des emplacements diagonale-

ment opposés, afin de faire équilibre auxdites broches de

borne actives.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le condensateur de découplage présente une épaisseur totale d'environ 0,96 à 1 mm; que l'élément de condensateur présente une épaisseur d'environ 0,23 à 0,25 mm; que les broches de borne actives ont chacune une épaisseur d'environ 0,18 mm et que l'épaisseur de matériau moulé résultant de l'ensemble des première et seconde étape de moulage est d'environ 0,35 à environ 0,39 mm sur chaque face dudit élément de

condensateur sauf à l'emplacement des broches actives.

7. Condensateur de découplage comprenant: un élément de condensateur (12) présentant une première et une seconde surfaces opposées de faces électriquement conductrices (14, 16) opposées sur celui-ci: plusieurs broches de borne actives (18, 20) connectées mécaniquement et électriquement auxdites première et seconde surfaces d'extrémité opposées de face (14, 16) de l'élément de condensateur (12); une première couche de matériau isolant, moulée autour dudit élément de condensateur, avec lesdites broches de borne

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actives (18, 20), faisant saillie sur celui-ci; plusieurs broches factices (28, 30) disposées dans les cavités (24, 26) situées dans ladite première couche de matériau isolant et une seconde couche de matériau isolant moulée autour de ladite première couche de matériau isolant et bloquant

mécaniquement en place lesdites broches factices.

8. Condensateur de découplage selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites broches de borne actives (18, 20) sont disposées suivant un dessin prédéterminé et en ce que lesdites broches factices (28, 30) sont disposées suivant un dessin prédéterminé, de manière à faire équilibre

au dessin des broches de borne actives (18, 20).

9. Condensateur de découplage selon la revendication 7, caractérisé en ce que: une première broche de borne (18) est connectée dans ladite première surface de face (14) dudit élément de condensateur (12); une seconde broche de borne (20) est connectée à ladite seconde surface de face (16) dudit élément de condensateur une première broche factice (30) est disposée de manière à faire équilibre à ladate première broche de borne active (18) et une seconde broche factice (28) est disposée de manière à faire équilibre à ladite seconde broche de borne active (20).

10. Condensateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites première et seconde broches de borne

actives (18, 20) sont connectées audit élément de condensa-

teur en des emplacements diagonalement opposés et que lesdites broches factices (18, 20) sont disposées en des emplacements diagonalement opposés, de manière à faire

équilibre auxdites brocheslde borne actives.

11. Condensateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le condensateur de découplage (10) présente une épaisseur totale de 0,96 à environ 1 mm; l'élement de condensateur (12) présente une épaisseur d'environ 0,23 à environ 0,25 mm; les broches de borne actives (18, 20) présentent chacune une épaisseur de 0,18 mm et l'épaisseur du matériau moulé résultant de l'ensemble des première et seconde étapes de moulage est d'environ 0,35 à 0,39 mm sur chaque face dudit élément de condensateur à

l'exception de l'emplacement des broches actives.