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EnglishNOTE 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 électrochimiques et films qui sont des composants passifs utilisés dans tous les domaines de l’électronique, en décrit les diverses technologies et présente leurs performances électriques en fonction de la nature du diélectrique et de la structure électrode-isolant-électrode. 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 selon les conditions d’utilisation. Les technologies de mise en œuvre et de report, ainsi que les contraintes de fiabilité et de coût sont d’autres facteurs de choix.
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Henri LAVILLE : Responsable Recherche et Technologie - Exxelia, GBU Capacitors, Chanteloup-en-Brie, France
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Tchavdar DOYTCHINOV : Directeur Recherche et Développement - Exxelia, GBU Capacitors, Chanteloup-en-Brie, France
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Antoine DIDION : Responsable Recherche et Technology Exxelia Tantalum - Exxelia, GBU Capacitors, Saint-Nazaire, France
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Gregory DOUGLADE : Directeur Technique Exxelia Sic-Safco - Exxelia, GBU Capacitors, Saint-Nazaire, France - Cet article est la version actualisée d’une partie de l’article [E 1 925] intitulé « Condensateurs », rédigé par Alain BEAUGER, Jean-Marie HAUSSONNE, Jean-Claude NIEPCE, et paru en 2007.
INTRODUCTION
Les condensateurs sont des composants passifs, utilisés dans tous les domaines de l’électronique : télécommunications, informatique, automobile, spatial, grand public, etc. Ils permettent d’emmagasiner transitoirement une charge électrique entre deux électrodes 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, hors technologies émergentes, de les classer en trois grandes familles :
-
condensateurs céramiques ;
-
condensateurs électrochimiques ;
-
condensateurs film.
Le choix du type de condensateur dépend des contraintes imposées par 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 à une double sollicitation de miniaturisation et de baisse des coûts. 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 vont disparaître, tandis que de nouvelles technologies (condensateurs « silicium » par exemple) se développent.
Par ailleurs, l’évolution de l'électronique vers une miniaturisation accrue implique une demande incessante vers des composants toujours plus petits. Ces derniers sont donc naturellement amenés à présenter un échauffement volumique plus élevé. Les tendances actuelles dans l’électronique de puissance professionnelle pour l’aéronautique, le spatial, la recherche pétrolière et d’autres, accentuent le besoin de condensateurs capables de fonctionner à des températures élevées, qui pourraient être comprises entre 150 °C et 200 °C, voire même au-delà. Face à de telles contraintes, on observe l’apparition de nouveaux matériaux spécifiques, performants et fiables, et de nouvelles approches technologiques.
Cet article présente les condensateurs électrochimiques et films, les condensateurs céramique faisant l’objet de l’article [E 1 925], ce dernier présentant également les aspects généraux sur les condensateurs, caractéristiques physiques et propriétés des matériaux et des principales familles.
À la fin de l'article, sont proposés un glossaire et un tableau des notations et symboles utilisés.
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4. Conclusion – Perspectives
Depuis les années 1990, le marché des condensateurs a été, pour l’essentiel, tiré par le développement des objets nomades et connectés qui requièrent toujours plus de miniaturisation. Indubitablement, c’est le condensateur céramique multicouches [E 1 925] qui se prête le mieux à cette évolution et qui, aidé par la mise au point de la technologie BME, a pris une part de marché prépondérante. Cela s’est fait, pour l’essentiel, au détriment des condensateurs films qui, outre une miniaturisation difficile, se prêtent mal au report en surface, maintenant généralisé pour la plupart des applications. De nouveaux films mieux adaptés aux sollicitations thermiques ont vu le jour, mais leur développement est gêné par un prix de revient assez important par rapport aux films classiques et, en conséquence, leur utilisation limitée à des applications de spécialités.
Au contraire des condensateurs films, les condensateurs électrochimiques ont, eux, vu leur marché se développer, tendance qui devrait se poursuivre dans les années à venir.
La course à la miniaturisation va se poursuivre avec pour conséquence une augmentation de la température de fonctionnement des équipements, d’où la recherche de nouveaux matériaux diélectriques moins dissipatifs ou capables de supporter avec les mêmes performances de plus hautes températures de travail. Ici encore, si la céramique est la mieux placée et que de nouvelles familles ferroélectriques adaptées à des ambiances de 250, voire 300 °C, sont programmées, les condensateurs tantale continuent aussi à progresser dans ce marché des hautes températures, car leur température maximale d’utilisation a pu croître grâce à des développements récents.
À côté de l’électronique nomade, digitale par essence et fonctionnant sous de très faibles tensions, l’électronique analogique résiste et continuera de résister dans un...
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Conclusion – Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Global Electric Capacitor Industry Situation and Prospects Research report – Worldwide Market Reports. - Seattle (2017).
-
(2) - Growth Opportunities in the Global Capacitor Market – Lucintel. - Dallas (2013).
-
(3) - Passive components workshop notes - Electronic Components Institute Internationale. - 4th CARTSEurope (1990).
-
(4) - LAVENE (B.) - Careful capacitor selection optimizes switcher performance. - EDN (1984).
-
(5) - BESSON (R.) - Technologie des composants électroniques. - Éditions Radio Paris (1980).
-
(6) - SAUVAGE (O.), SENEZE (J.J.) - Technologie CMS. - Éditions HERMES Paris (1988).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1 Fabricants (liste non exhaustive limitée à quelques acteurs principaux)
Marchés de volume
-
Condensateurs tantale
KEMET http://www.kemet.com
VISHAY http://www.vishay.com
-
Condensateurs aluminium
HITACHI http://www.hitachi.com
KENDEIL http://www.kendeil.com
KEMET http://www.kemet.com
VISHAY http://www.vishay.com
PANASONIC https://www.panasonic.com/fr/
-
Supercondensateurs
CAP-XX https://www.cap-xx.com/
LOXUS http://www.loxus.com
MAXWELL http://www.maxwell.com
NEC-TOKIN http://www.tokin.com
NESSCAP http://www.nesscap.com
Marchés de spécialité
-
Condensateurs tantale
KEMET http://www.kemet.com
VISHAY http://www.vishay.com
EXXELIA http://www.exxelia.com
-
Condensateurs aluminium
EXXELIA http://www.exxelia.com...
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