FR2713388A1 - Procédé de fabrication de condensateur et condensateur issu d'un tel procédé. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication de condensateur de type empilé constitué d'une alternance de couches diélectriques et de couches métalliques. Les couches diélectriques et métalliques sont déposées successivement. Les couches diélectriques sont déposées par polymérisation d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un gaz organo-silicé ou organo-germané et les couches métalliques sont réalisées par dépôt métallique d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un complexe métallique à haute tension de vapeur.
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication de condensateur de type empilé ainsi que le condensateur issu d'un tel procédé.
La fabrication de condensateurs de type empilé peut s'effectuer de différentes manières. L'une d'entre elles consiste à utiliser des films plastiques souples métallisés.
Généralement les films plastiques souples présentent alors une zone métallisée et une marge latérale non métallisée et sont issus de la découpe d'un laize de film plastique souple métallisé de grande largeur.
Une des étapes du procédé de fabrication consiste à enrouler au moins une paire de films plastiques souples métallisés sur une roue de grand diamètre. L'enroulement est effectué de façon que les marges non métallisées de deux films qui se superposent se retrouvent sur des côtés opposés.
On obtient alors un ruban capacitif d'épaisseur voulue suivant le nombre de tours effectués. On recouvre ensuite avec un métal ou un alliage de métaux chacun des flancs du ruban capacitif.
C'est l'opération de shoopage destiné à créer les armatures de sortie des futurs condensateurs. Le ruban capacitif ainsi obtenu est appelé condensateur-mère. On procède alors à la découpe du condensateur-mère en blocs unitaires appelés condensateurs semi-finis.
Une autre manière de réaliser des condensateurs de type empilé consiste à assembler des feuilles céramiques métallisées. L'assemblage des feuilles métallisées s'effectue par frittage après avoir empilé à plat les feuilles les unes sur les autres.
II est ensuite nécessaire de découper les assembalges ainsi constitués et de réaliser les armatures des condensateurs élémentaires.
L'inconvénient de tels procédés consiste, d'une part, en leur grand nombre d'étapes et, d'autre part, en ce que les composants obtenus présentent des capacités volumiques relativement limitées du fait de la nature et de l'épaisseur des diélectriques utilisés.
A titre d'exemple, les diélectriques utilisés pour réaliser les films plastiques entrant dans la composition des condensateurs à films plastiques souples métallisés sont le polyester, le polycarbonate, le polysulfure de phénylène ou encore le polypropylène. La capacité volumique obtenue n'excède alors pas 10 nF par mm3.
L'invention ne présente pas ces inconvénients.
La présente invention conceme un procédé de fabrication de condensateur de type empilé constitué d'une altemance de couches diélectriques et de couches métalliques caractérisé en ce que dans un premier temps les couches diélectriques sont déposées par polymérisation d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un gaz organo-silicé ou organo-germané et en ce que dans un deuxième temps les couches métalliques sont réalisées par dépôt métallique d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un complexe métallique à haute tension de vapeur.
Un avantage de l'invention est de simplifier le procédé de fabrication des condensateurs de type empilé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait avec référence aux figures ci-annexées dans lesquelles:
- la figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention;
- la figure 2 est une vue de détail du schéma de principe de la figure 1;
- la figure 3 est une vue en coupe d'un fil tel que ceux utilisés pour réaliser un masque selon l'invention;
- la figure 4 est une vue en coupe d'une structure capacitive obtenue selon l'invention.
- la figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention;
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- la figure 3 est une vue en coupe d'un fil tel que ceux utilisés pour réaliser un masque selon l'invention;
- la figure 4 est une vue en coupe d'une structure capacitive obtenue selon l'invention.
Sur toutes les figures les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
La figure 1 est un schéma de principe du dispositif permettant les dépôts de diélectrique et de métal selon l'invention.
Quand l'opération de dépôt du diélectrique est sélectionnée, la vanne de commutation 9 est positionnée de façon à permettre l'accès du gaz organo-silicé ou organo-germané issu de la source 10 dans le réacteur 6 où le procédé est mis en oeuvre.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention et comme cela sera précisé ultérieurement, une source d'oxygène 11 et un élément dopant 12 sont aussi introduits dans le réacteur 6.
Selon l'invention, les couches diélectriques sont déposées par polymérisation d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un gaz précurseur du dépôt tel qu'un gaz organo-silicé ou organogermané.
Le plasma différé utilisé est un plasma froid différé en écoulement. Comme cela est connu de l'homme de l'art, un plasma froid différé en écoulement est obtenu sous une pression de quelques hPa, par extraction et détente dans un réacteur, en dehors du champ électrique, des espèces actives formées dans un plasma en décharge.
Dans le cas présent, une source 2 d'alimentation d'azote est envoyée dans une cavité micro-onde 4, par l'intermédiaire d'un tube 3. La pression de l'azote à l'intérieur du tube 3 est comprise entre 1 et 20 hPa.
Sous l'effet de l'onde générée par le générateur micro-onde 5, une décharge est entretenue dans la cavité 4. La fréquence de l'onde issue du générateur micro-onde 5 est, par exemple, égale à 2450 Mhz, à 433 Mhz, ou à 915
MHz. L'azote se trouve excité en sortie de la cavité. Le pourcentage d'azote dissocié est alors préférentiellement compris entre 0,5 et 3 pour cent.
MHz. L'azote se trouve excité en sortie de la cavité. Le pourcentage d'azote dissocié est alors préférentiellement compris entre 0,5 et 3 pour cent.
Le gaz organo-silicé ou organo-germané est introduit dans le réacteur 6 par l'intermédiaire d'un dispositif 8 dont le schéma sera détaillé en figure 2. L'extrémité évasée 7 du dispositif 8 permet au gaz issu de la source 10 de se répartir au-dessus de la surface 1 sur laquelle le dépôt de diélectrique doit s'effectuer.
L'azote excité se trouve donc mélangé au gaz précurseur du dépôt dans la zone située entre l'extrémité évasée 7 du dispositif 8 et la surface 1 où la polymérisation s'effectue. Le plasma froid différé en écoulement est alors obtenu par extraction des espèces excitées de la décharge (électrons, ions, atomes excités). L'écoulement est réalisé à l'aide d'une pompe à vide 14. Comme cela a été mentionné précédemment, le gaz précurseur du dépôt peut être un composé organo-germané. Ce peut aussi être un composé organo-silicé choisi parmi les alkoxysilanes, les siloxanes ou les silazanes. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, il s'agit de tetramethyldisiloxane.
L'utilisation d'un plasma différé est un avantage de l'invention. En effet, en opposition avec les plasmas de décharge, les plasmas différés sont des milieux actifs dépourvus d'électrons et exempts des radiations énergétiques provenant de la décharge. L'absence de champ électrique qui en découle favorise le dépôt des éléments lourds sur les couches métalliques et améliore la vitesse de dépôt.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dispositif 8 d'injection du composé gazeux organo-silicé est relié à une source d'oxygène Il. L'introduction d'oxygène dans le réacteur 6 en même temps que le composé organo-silicé accélère avantageusement la vitesse de formation de la couche de diélectrique sur la couche métallique. La teneur en oxygène est de l'ordre de quelques pour cent du mélange gazeux présent dans le réacteur 6.
Un autre agent dopant 12 peut être introduit dans le réacteur par le dispositif 8 d'injection du composé organo-silicé. II peut s'agir, par exemple, d'un gaz de la famille des tetrakysdialkylamidotitanium IV. Ce deuxième agent dopant permet alors d'accroître l'action du premier agent dopant.
Un avantage de l'invention est le dépôt d'une couche de diélectrique possédant d'excellentes qualités d'adhérence et d'homogénéité et dont l'épaisseur obtenue peut varier, selon les besoins, de 0,05 micron à quelques microns.
Les composés organo-silicés introduits dans le réacteur peuvent être:
un alkoxysilane de formule
avec n inférieur ou égal à 5 un siloxane de formule
avec n inférieur ou égal à 4 un silazane de formule
avec n inférieur à 4
La constante diélectrique relative des dépôts obtenus est alors supérieure ou égale à 30. Selon l'invention, la source d'oxygène 11 ou l'élément dopant 12 peuvent contenir de l'oxyde de titane, par exemple de l'isopropylate de titane (IV), afin d'augmenter encore la valeur de la constante diélectrique relative du dépôt. A priori, il est connu de l'homme de l'art que les diélectriques ayant des constantes diélectriques relatives élevées présentent souvent des pertes élevées, ainsi qu'une mauvaise tenue en température.
un alkoxysilane de formule
avec n inférieur ou égal à 5 un siloxane de formule
avec n inférieur ou égal à 4 un silazane de formule
avec n inférieur à 4
La constante diélectrique relative des dépôts obtenus est alors supérieure ou égale à 30. Selon l'invention, la source d'oxygène 11 ou l'élément dopant 12 peuvent contenir de l'oxyde de titane, par exemple de l'isopropylate de titane (IV), afin d'augmenter encore la valeur de la constante diélectrique relative du dépôt. A priori, il est connu de l'homme de l'art que les diélectriques ayant des constantes diélectriques relatives élevées présentent souvent des pertes élevées, ainsi qu'une mauvaise tenue en température.
Dans le cas présent, il a été constaté que le dépôt diélectrique selon l'invention ne présentait pas ces inconvénients.
La tenue en température se trouve améliorée, la température maximale d'utilisation pouvant atteindre de l'ordre de 300 c.
Les tensions de claquage des diélectriques se trouvent, elles aussi, fortement améliorées pouvant atteindre, par exemple, 2 000 Volts par micro.
De façon générale, le procédé selon l'invention conceme différents gaz précurseurs du dépôt (composé organo-germané, alkosysilane, siloxane, silazane).
Ainsi, le procédé selon l'invention permet-il avantageusement la polymérisation de différents diélectriques sur les couches métalliques.
A titre d'exemple, lorsqu'on introduit dans le réacteur 6 un silazane, on obtient une couche diélectrique formée des composés suivants:
- Si - NH - Si
-Si-O -Si
-Si-C -Si
Lorsqu'on introduit un siloxane, on obtient une couche diélectrique formée des composés suivants:
polymère (Si - O - Si) réticulé -Si-(CH3)I
-Si-OH
-Si-NH-Si pour une très faible teneur en oxygène. ou bien:
polymère (Si - O - Si) réticulé
- Si - (CH3)2
- Si - (CH3)2
-Si-OH -Sl-NH-Si pour une teneur en oxygène plus élevée.
- Si - NH - Si
-Si-O -Si
-Si-C -Si
Lorsqu'on introduit un siloxane, on obtient une couche diélectrique formée des composés suivants:
polymère (Si - O - Si) réticulé -Si-(CH3)I
-Si-OH
-Si-NH-Si pour une très faible teneur en oxygène. ou bien:
polymère (Si - O - Si) réticulé
- Si - (CH3)2
- Si - (CH3)2
-Si-OH -Sl-NH-Si pour une teneur en oxygène plus élevée.
Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, le gaz dopant est de l'oxygène. Selon d'autres modes de réalisation, il peut s'agir, plus généralement, d'un composé gazeux contenant de l'oxygène.
Selon l'invention, le dépôt de couche diélectrique alterne avec le dépôt de couche métallique. Ainsi quand une couche diélectrique a été déposée, la vanne de commutation 9 est-elle positionnée de façon à permettre l'accès du complexe métallique à haute tension de vapeur issu de la source 13 dans le réacteur 6.
Ce complexe métallique peut être un métal carbonyle tel que, par exemple, le fer carbonyle ou le nickel carbonyle, ou encore un acétyle acétonate ou un fluoro-acétyle acétonate.
Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de réaliser des couches métalliques ayant des épaisseurs faibles. Celles-ci peuvent en effet être de l'ordre de 0,05 Clam.
Selon l'invention, chaque dépôt est effectué avec la présence d'un masque constitué d'un ensemble de bandes ou de fils disposés parallèlement les uns aux autres et, préférentiellement, équidistants les uns des autres. La présence de ces masques sert à la constitution d'une structure capacitive telle que celle représentée en figure 4.
Les bandes ou fils constituant chaque masque sont déroulés par tout dispositif connu de l'homme de l'art de façon à se positionner au contact de la surface où doit être effectué le dépôt.
La figure 2 est une vue de détail du schéma de principe de la figure 1.
Cette vue représente le dispositif d'injection 8. Un ensemble de tubes d'injection 16 est contenu dans une gaine 15, laquelle comprend, par exemple, une partie évasée 7 à son extrémité. Chaque tube d'injection 16 débouche sur un orifice 17 de la partie évasée de la gaine.
Lors de l'étape de dépôt de diélectrique chaque tube d'injection 16 véhicule le gaz précurseur du dépôt issu de la source 10, accompagné, préférentiellement, de l'oxygène issu de la source Il et de l'élément dopant du gaz précurseur issu de la source 12.
Lors de l'étape de dépôt métallique chaque tube d'injection 16 véhicule le complexe métallique à haute tension de vapeur. Dans tous les cas, comme cela a été mentionné précédemment, I'évasement 7 permet aux éléments véhiculés par les tubes d'injections 16 de se répartir uniformément au-dessus de la surface ou s'effectue le dépôt.
La distance entre les orifices 17 et la surface où s'effectuent les dépôts est préférentiellement de l'ordre de quelques centimètres. Elle peut être, par exemple, comprise entre 5 et 10 cm.
La figure 2 représente le dispositif d'injection 8 selon le mode de réalisation préférentiel. De façon générale, le dispositif d'injection 8 peut être tout système connu de l'homme de l'art et permettant de répartir les gaz et complexes métalliques précurseurs du dépôt uniformément au-dessus de la surface où s'effectue le dépôt.
La figure 3 est la vue en coupe d'un fil tel que ceux utilisés pour réaliser les masques selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention.
De façon générale, la section droite des éléments - bandes ou fils - constituant le masque est de géométrie quelconque. II suffit que chaque élément ait par exemple une largeur de masquage utile de l'ordre de 100 à 200 clam.
De façon préférentielle, cependant la section droite du fil est en forme d'étoile à trois branches, lesdites branches étant équidistantes les unes des autres. Cette géométrie est avantageusement choisie afin d'éviter la torsion du fil lors de son déroulement.
Afin d'assurer une zone de masquage de l'ordre de grandeur cité ci-dessus, la longueur I d'une branche varie d'environ 50 à 100 clam.
La figure 4 est une vue en coupe d'une structure capacitive obtenue selon le mode de réalisation préférentiel du procédé décrit en figure 1.
Sur la figure 4 sont aussi représentés de façon symbolique les masques utilisés lors des quatre étapes successives (El, E2, E3, E4) dont la répétition conduit à ladite structure.
Lors de la première étape El, un premier niveau de diélectrique D1 est déposé sur la surface 1 d'un substrat non conducteur 18 dont la fonction est d'assurer le support de la structure capacitive. Ce support non conducteur est de faible épaisseur, par exemple 100 clam. II peut être réalisé en tout matériau dont les caractéristiques électriques ne perturbent pas les caractéristiques électriques des condensateurs issus du procédé selon l'invention. La surface 1 présentée par le substrat 18 peut être, par exemple, de l'ordre de 200 cm2. Lors de la première étape El, un premier masque MAI est utilisé de façon à ne permettre le premier dépôt de diélectrique D1 que sur les zones autorisées. Comme cela a été mentionné précédemment, ce masque est constitué préférentiellement de différents fils Fl disposés parallèlement les uns aux autres et préférentiellement équidistants. Leur distance peut être, par exemple de l'ordre de 1 à 2 mm.
Lors de la deuxième étape E2, un deuxième masque MA2 constitué de fils F2 est utilisé de façon à ne permettre le premier dépôt de métal Ml que sur les zones autorisées. Les fils F2 sont plus larges que les fils F1. De façon préférentielle, la largeur des fils F2 est de l'ordre de 20 à 30 % supérieure à la largeur des fils Fl.
Chaque fil F2 définit un axe. II en est de même pour les fils F1.
Ainsi les fils F2 sont-ils disposés de façon que chaque axe défini par un fil
F2 se juxtapose à un axe défini par un fil F1, la distance séparant les axes définis par deux fils F2 voisins étant le double de celle séparant les axes définis par deux fils Fl voisins.
F2 se juxtapose à un axe défini par un fil F1, la distance séparant les axes définis par deux fils F2 voisins étant le double de celle séparant les axes définis par deux fils Fl voisins.
Lors de la troisième étape E3, un troisième masque MA3 est utilisé de façon à permettre le dépôt du deuxième niveau diélectrique D2. Ce troisième masque MA3 est identique au premier masque MA1. Le diélectrique se dépose alors sur les zones métalliques et diélectriques non masquées.
Lors de la quatrième étape E4, un quatrième masque MA4 est utilisé de façon à permettre le dépôt du deuxième niveau métallique M2.
Chaque fil F4 du masque MA4 est de dimension identique à la dimension des fils F2 définis précédemment. Deux fils F4 voisins sont séparés de la même distance que deux fils F2 voisins. Cependant, I'axe que définit un fil
F4 ne se superpose pas avec l'axe que définit un fils F2, mais se situe à équidistance entre les axes définis par deux fils F2 voisins.
F4 ne se superpose pas avec l'axe que définit un fils F2, mais se situe à équidistance entre les axes définis par deux fils F2 voisins.
II se constitue donc une structure capacitive qui résulte de la répétition des quatre étapes successives décrites ci-dessus. Sur la figure 4, la structure capacitive ne comprend, pour des raisons de commodité de représentation, que six couches diélectriques et six couches métalliques.
Ainsi les quatre étapes El, E2, E3, E4 ont-elles été répétées trois fois.
De façon plus générale, le nombre de répétitions de ces quatre étapes peut-être beaucoup plus grand et le nombre de couches peut atteindre plusieurs milliers.
La structure capacitive selon l'invention se présente sous forme d'un ensemble de N structures capacitives élémentaires Si (i = 1, 2,..., N) en parallèle. Avantageusement, ces structures sont séparées les unes des autres par des puits Pi (i = 1,2, .. , N-1). Ces puits sont autant de zones permettant de faciliter la découpe de la structure capacitive en structures capacitives élémentaires.
Selon le mode de réalisation préférentiel, cette découpe est effectuée par un ensemble de fils, de dimensions ajustées, tels que ceux utilisés pour réaliser les masques MA1 ou MA3.
Selon l'invention, les parois latérales de chaque structure capacitive élémentaire sont métallisées. II suffit alors soit de passer chaque structure capacitive élémentaire dans une vague d'alliage en fusion, soit de déposer un alliage de brasage ou crème à braser sur les parois latérales de chaque structure capacitive élémentaire afin de réaliser les armatures des futurs condensateurs. L'opération de shoopage qui était nécessaire, selon l'art antérieur, pour la fabrication des condensateurs à feuilles de films plastiques métallisés n'est plus nécessaire selon le procédé de l'invention.
Plus généralement, le procédé de l'invention réduit avantageusement le nombre d'étapes successives permettant de réaliser des condensateurs de type empilé.
Une fois les armatures réalisées, le procédé selon l'invention comprend une étape de découpe des structures capacitives élémentaires afin de réaliser des condensateurs élémentaires.
Avantageusement les condensateurs ainsi réalisés sont des composants de volumes très faibles dont la capacité volumique peut atteindre, par exemple, 20 000 nF par mm3
Claims (14)
- 1. Procédé de fabrication de condensateur de type empilé, ledit condensateur étant constitué d'une alternance de couches diélectriques et de couches métalliques, caractérisé en ce que, dans un premier temps, les couches diélectriques sont déposées par polymérisation d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un gaz organo-silicé ou organogermané et en ce que, dans un deuxième temps, les couches métalliques sont réalisées, par dépôt métallique d'éléments issus de la dissociation par plasma différé d'azote d'un complexe métallique à haute tension de vapeur.REVENDICATIONS
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organo-silicé est choisi parmi les alkoxysilanes de formule:
avec n inférieur ou égal à 5 les siloxanes de formule
avec n inférieur ou égal à 4 ou les silazanes de formule
avec n inférieur à 4 - 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composé organo-silicé est du tétraméthyldisiloxane.
- 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le complexe métallique à haute tension de vapeur est un métal carbonyle.
- 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le complexe métallique à haute tension de vapeur est un acétyle acétonate ou un fluoro-acétyle acétonate.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend la présence d'oxygène lors du dépôt des couches diélectriques de façon à accélérer la vitesse du dépôt desdites couches.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une fois la succession des quatre étapes (E1, E2, E3, E4) suivantes:- dépôt d'une couche diélectrique en présence d'un premier masque MAI constitué de bandes ou de fils (Fi).- dépôt d'une couche métallique en présence d'un deuxième masque MA2 constitué de bandes ou de fils (F2), I'axe défini par une bande ou un fil (F2) du masque MA2 se superposant à un axe défini par une bande ou un fil (Fl) du masque MA1, la distance séparant les axes définis par deux bandes ou fils voisins du masque MA2 étant le double de celle séparant les axes définis par deux bandes ou fils (Fl) voisins du masque MAl.- dépôt d'une couche diélectrique en présence d'un troisième masque MA3 identique au masque MAl.- dépôt d'une couche métallique en présence d'un quatrième masque MA4 constitué de bandes ou de fils (F4), deux bandes ou fils (F4) voisins du masque MA4 étant séparés par la même distance que deux bandes ou fils voisins (F2) du masque MA2, I'axe défini par une bande ou fil (F4) du masque MA4 étant situé à équidistance des axes définis par deux bandes ou fils (F2) voisins.
- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lors de la première succession desdites quatre étapes (El, E2, E3, E4), le dépôt de la première couche diélectrique est effectué sur un substrat non conducteur dont la fonction est de servir de support à la structure capacitive issue de la répétition desdites quatre étapes successives (E1, E2, E3, E4).
- 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les largeurs des bandes ou fils (Fl, F3) des masques MA1 et MA3 sont égales entre elles et en ce que les largeurs des bandes ou fils (F2, F4) des masques MA2 et MA4 sont égales entre elles, la largeur commune des bandes ou fils (F1, F3) des masques MAl et MA3 étant sensiblement inférieure à la largeur commune des bandes ou fils (F2, F4) des masques MA2 et MA4.
- 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de découpe de ladite structure capacitive en structures capacivites élémentaires à l'aide de fils dont les axes se superposent aux axes définis par les bandes ou fils du masque MA1.
- 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend le passage de chaque structure capacitive élémentaire issue de ladite découpe dans une vague d'alliage en fusion afin de constituer les armatures des futurs condensateurs.
- 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend le dépôt d'un alliage à braser sur les parois latérales de g chaque structure élémentaire issue de ladite découpe afin de constituer les armatures des futurs condensateurs.
- 13. Procédé selon la revendication Il ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend la découpe de chaque structure capacitive élémentaire en condensateurs élémentaires.
- 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que les fils (Fl, F2, F3, F4) contituant les différents masques MAI, MA2, MA3, MA4 ont une section droite en forme d'étoile à 3 branches.
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