Présentation
En anglaisNOTE 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 addresses ceramic capacitors, passive components used in every domain of electronics. Their electrical performances and properties depend on their manufacturing technology and on the nature of their dielectric and metallic materials. The choice of the type of capacitor depends on the desired application; it must take into account the value of the desired capacity and the behavior of the dielectric according to the conditions of use. Implementation and sticking technologies as well as reliability and cost constraints are other choice’s factors to consider.
Auteur(s)
-
Henri LAVILLE : Responsable Recherche et Technologie - Exxelia, GBU Capacitors, Chanteloup-en-Brie, France
INTRODUCTION
Les condensateurs sont des composants passifs, et ils sont 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 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, hors technologies émergentes, de les classer en trois grandes familles :
-
condensateurs céramiques,
-
condensateurs électrochimiques,
-
condensateurs films.
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 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.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
ceramic | technology | dielectric | capacitor
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2007 par Alain BEAUGER, Jean-Marie HAUSSONNE, Jean-Claude NIEPCE
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Condensateurs céramiques
Une définition possible du condensateur céramique pourrait être : condensateur pour lequel le diélectrique est un matériau céramique fritté, c’est-à-dire densifié par traitement thermique à haute température.
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, de taille micronique ou submicronique, 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 obtenu est alors dit « fritté », et sa microstructure qui a évolué pendant la cuisson est 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 de type pérovskite et à base de titanates de baryum, strontium, calcium, magnésium, etc.
On distingue trois classes de diélectriques.
-
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 avec 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,...
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Condensateurs céramiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NIEPCE (J.C.), HAUSSONNE (J.M.) - BaTiO3 : matériau de base pour les condensateurs céramiques. - Vol. I et II. Éditions SEPTIMA (1994).
-
(2) - Global Electric Capacitor Industry Situation and Prospects Research report – Worldwide Market Reports. - Seattle (2017).
-
(3) - Growth Opportunities in the Global Capacitor Market – Lucintel. - Dallas (2013).
-
(4) - Passive components workshop notes - Electronic Components Institute Internationale. - 4th CARTSEurope (1990).
-
(5) - LAVENE (B.) - Careful capacitor selection optimizes switcher performance. - EDN (1984).
-
(6) - EPAND (D.), LIDDANE (K.) - Selecting capacitors properly. - Electronic Design 13 (1977).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Fabricants (Liste non exhaustive limitée à quelques acteurs principaux)
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Marchés de volume
-
MURATA http://www.murata.com
-
TDK/EPCOS http://www.tdk.com
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TAIYO YUDEN http://www.yuden.co.jp
-
YAGEO http://www.yageo.com
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AVX/KYOCERA http://www.avx.com
-
KEMET http://www.kemet.com
-
-
Marchés de spécialités
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KEMET http://www.kemet.com
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VISHAY http://www.vishay.com
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EXXELIA http://www.exxelia.com
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PRESIDIO http://www.presidiocomponents.com
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...
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