Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée d’une partie de l’article E1925 intitulé « Condensateurs », rédigé par Alain BEAUGER, Jean-Marie HAUSSONNE, Jean-Claude NIEPCE, et paru en 2007.
RÉSUMÉ
Cet article traite des condensateurs céramiques, composants passifs, utilisés dans tous les domaines de l’électronique. Leurs performances et propriétés électriques dépendent de leur technologie de fabrication et de la composition de leurs matériaux, diélectriques et métalliques. Le choix du type de condensateur dépend de l’application visée : il s’effectue en tenant compte de la valeur de la capacité recherchée et du comportement du diélectrique en fonction des conditions d’utilisation sans oublier d’autres facteurs de choix tels que les technologies de mise en œuvre et de report, ainsi que les contraintes de fiabilité et de coût.
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This article concerns ceramic capacitors, passive components used in every domain of electronics. Their electrical performance and properties depend on their manufacturing technology and on the nature of their dielectric and metal materials. Choice of capacitor type depends on the desired application. It must take into account the value of the desired capacitance and the behavior of the dielectric according to the conditions of use. Implementation and bonding technologies together with reliability and cost constraints are other choice factors to consider.
Auteur(s)
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Alain BEAUGER : Docteur en chimie-physique - Ingénieur en R&D à TPC AVX Corporation
-
Jean-Marie HAUSSONNE : Ingénieur ENSCI de Sèvres, Docteur ès-Sciences - Professeur à l’Université de Caen Basse-Nomandie, DRRT Région Bretagne
-
Jean-Claude NIEPCE : Agrégé de Physique, Docteur ès-Sciences - Professeur à l’Université de Bourgogne
INTRODUCTION
Les condensateurs appartiennent à la famille des composants passifs, et ils sont utilisés dans tous les domaines de l’électronique : télécommunications, informatique, automobile, spatial, grand public, etc. De façon très basique, ils permettent d’emmagasiner transitoirement une charge électrique entre deux électrodes qui sont séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Leurs performances électriques dépendent de la nature du diélectrique et de la structure électrode-isolant-électrode. Ces considérations permettent de les classer en trois grandes familles :
-
condensateurs céramiques ;
-
condensateurs électrochimiques ;
-
condensateurs à film plastique.
Le choix du type de condensateur dépend de l’application visée : il s’effectue non seulement en tenant compte de la valeur de la capacité recherchée mais aussi du comportement du diélectrique en fonction de la température, de la fréquence, de l’amplitude du signal à traiter, de la tension de polarisation, des contraintes climatiques, etc. Enfin, les technologies de mise en œuvre et de report, ainsi que les contraintes de fiabilité et de coût sont à considérer.
L’évolution technologique des condensateurs est liée actuellement à une double sollicitation de miniaturisation et de baisse des coûts. Aujourd’hui, cette tendance a imposé, dans les domaines des télécommunications et des applications dites grand public, l’emploi exclusif des techniques de report en surface des composants sur circuits imprimés. Ainsi, les condensateurs destinés aux circuits électroniques de grande diffusion, qui ne peuvent pas suivre cette évolution pour des raisons économiques ou techniques, ont disparu ou sont condamnés à disparaître.
Ce dossier est une mise à jour du dossier du même nom, écrit par Alain LAGRANGE.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
ceramic | technology | dielectric | capacitor
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- Version courante de nov. 2018 par Henri LAVILLE
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Condensateurs électrochimiques2. Condensateurs céramiques
Une définition possible du condensateur céramique pourrait être : condensateur pour lequel le diélectrique est un matériau céramique fritté.
On appelle céramique un matériau inorganique, non métallique, qui a été mis en œuvre selon une technologie particulière, appelée technologie céramique : le matériau est au départ sous forme de poudres fines, microniques ou submicroniques, que l’on rassemble en un objet. On lui fait ensuite subir un cycle thermique à haute température (la cuisson ou le frittage), l’objet est alors dit « fritté », et sa microstructure a évolué pendant ce cycle ; celle-ci tend vers un ensemble compact de grains séparés par des joints de grains. Le matériau acquiert ainsi ses propriétés définitives (qu’elles soient mécaniques ou électriques). Les matériaux pour condensateurs céramiques sont généralement des oxydes de structure cristalline dite de type pérovskite et à base de titanates de baryum, strontium, calcium, plomb, etc.
On distingue trois classes de diélectriques.
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Diélectriques de type I
La permittivité varie linéairement ou, au moins, de manière monotone avec la température, et ne présente aucun effet non linéaire en fonction du champ électrique et de la fréquence. En outre, le matériau est stable dans le temps, et l’on ne peut noter qu’une évolution négligeable de la capacité et de la tangente de l’angle de pertes en fonction de celui-ci. Les matériaux sont le plus généralement des diélectriques dits linéaires, ou bien des matériaux non linéaires dans leur phase paraélectrique. Ces caractéristiques sont atteintes par la mise en œuvre de nombreuses compositions qui permettent de couvrir une large gamme de permittivités (typiquement comprises entre 10 et 500) et de coefficients de température. Ces derniers peuvent être positifs, négatifs ou nuls. Dans ce dernier cas, les matériaux sont dits NPO (Négatif Positif 0). Les pertes sont très faibles, tan δ < 0,1 % à 1 MHz.
Parmi les nombreuses compositions qui ont été développées pour couvrir une large gamme de valeurs de constantes diélectriques et de coefficients de température, celles dont la constante diélectrique est très faible sont essentiellement à base de MgTiO3 ou de TiO2 avec des adjonctions...
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Condensateurs céramiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ARLT (G.), HENNINGS (D.), DE WITH (G.) - * - J. Appl. Phys., 58, p. 1619-1625 (1985).
-
(2) - BERNABEN (N.), LERICHE (A.), THIERRY (B.), NIEPCE (J.-C.), WASER (R.) - * - 4th Euro Ceramics, p. 203-210 (1995).
-
(3) - Profile of the worldwide capacitor industry - . Elsevier Advanced Technology, Mayfield House (G.-B.) (1992).
-
(4) - Passive components workshop notes - . Electronic Components Institute Internationale. 4th CARTSEurope (8 oct. 1990).
-
(5) - LAVENE (B.) - Careful capacitor selection optimizes switcher performance - . EDN (19 avril 1984).
-
(6) - MOURIÈS (G.) - Condensateurs utilisés en électronique de puissance - . [D 3 280], bases documentaires Génie électrique, Techniques de l’Ingénieur (déc. 1995).
-
...
ANNEXES
Totalement ouverte à la compétition internationale, l’industrie des condensateurs est le théâtre d’une forte concentration mondiale. Le nombre de fabricants diminue rapidement et, corrélativement, la part de marché des leaders dépasse 20 %.
L’estimation de la répartition du marché pour les différentes familles de condensateurs est indiquée dans la figure 1. Les condensateurs céramiques (monocouches et multicouches) et les condensateurs électrochimiques représentent à eux deux plus de 85 % du marché mondial. Les condensateurs céramiques présentent la plus forte croissance et la plus grande quantité de pièces produites. À titre d’illustration, en 2002, le nombre de MLCC produits a été de 540 milliards de pièces, soit une valeur d’environ 10 milliards d’euros.
La répartition par région est indiquée dans la figure 3. On remarquera l’importance du marché chinois puisqu’il représenterait de l’ordre de 35 % du marché mondial à l’horizon 2022.
La répartition du marché des condensateurs par grands secteurs d’application est indiquée dans la figure 2. Le secteur grand public représente le tiers de la consommation de condensateurs ; ceci est dû à une très forte demande dans les pays du Sud-Est asiatique.
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