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RÉSUMÉ
L'article expose les performances de composants céramiques semi-conducteurs appartenant à la catégorie des résistances non-linéaires, dont la valeur de résistance varie avec la température. Deux types de composants sont présentés: -les thermistances à coefficient de température négatif (CTN). -les thermistances à coefficient de température positif (CTP). Pour chaque catégorie de composants, l'article traitera des propriétés physico-chimiques des matériaux utilisés, du mode d'élaboration des poudres et des capteurs céramiques, de leurs caractéristiques électriques et enfin de l'utilisation de ces composants dans les différents secteurs de l'industrie. Une section sera également consacrée à l'évolution des composants céramiques en fonction des exigences actuelles des circuits électroniques et des nouvelles applications.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain BEAUGER : Docteur en chimie-physique, Ingénieur en R à TPC AVX Corporation, Dijon, France
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Alain LAGRANGE : Doctorat de 3e cycle Électronique, ancien Responsable marketing Recherches et développement à Thomson-LCC, Dijon, France
INTRODUCTION
Les résistances non linéaires appartiennent à la famille des composants électroniques passifs et sont utilisées, de par leurs propriétés uniques, dans de nombreux domaines de l’électronique. Elles sont caractérisées par leur grande sensibilité à la température, inconvénient majeur pour les composants électroniques, mais défaut exploité et même renforcé dans le cas des résistances non linéaires.
Elles sont utilisées en tant qu’éléments de protection série des circuits électroniques, limiteurs de courant, détecteurs et régulateurs de température, éléments chauffants, etc.
Les propriétés particulières de ces semi-conducteurs polycristallins sont principalement liées soit aux caractéristiques intrinsèques des cristallites (thermistance à coefficient de température négatif) soit aux caractéristiques des joints de grains (thermistances à coefficient de température positif).
Cet article permet de résumer les principales propriétés des thermistances céramiques et de montrer que les développements récents dans les domaines de la technologie des poudres et des méthodes de mise en forme sont applicables à ce type de composants afin de les insérer dans des applications électroniques performantes.
La demande toujours croissante de ces composants est due à leur faible coût, leur simplicité de montage et leur sensibilité thermique. L’évolution technique actuelle est orientée vers la miniaturisation, et plus particulièrement la présentation de ces composants sous forme de « chips » adaptés à la technologie de report en surface sur circuits imprimés.
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- Version archivée 1 de févr. 1997 par Alain LAGRANGE
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Propriétés des thermistances
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5. Glossaire
Autoéchauffement (Self-heating effects)
Phénomène d’échauffement d’une céramique CTN par effet Joule (dans la zone des tensions élevées de la courbe I = f (V)), entraînant une diminution de la résistance et une augmentation du courant
Céramique polycristalline (polycrystalline ceramic)
Matériau dense obtenu à partir d’une poudre mise en forme et frittée à une température inférieure à sa température de fusion
Coefficient de température B ou β (parameter equation : B or β) exprimé en K
Relation calculée entre deux températures :
B = T 1 T 2/(T 2 – T 1) × log (R 1/R 2)
Température de basculement (switching temperature)
Pour une CTP élaborée avec un matériau à base de BaTiO3, on observe un saut de résistivité important autour de la transition de Curie
Température de Curie (Curie point temperature)
Pour un diélectrique, c’est la température de la transition ferro-électrique-paraélectrique (quadratique-cubique)
Thermistance CTN (Coefficient de Température Négatif) (thermistor NTC – Negative Temperature Coefficient)
Thermistance dont la résistance diminue de façon uniforme quand la température augmente
Thermistance CTP (Coefficient de Température Positif) (thermistor PTC – Positive Temperature Coefficient)
Thermistance dont la résistance augmente avec la température
Thermistance multicouche céramique (ceramic multilayer thermistor)
Composant CTN constitué d’une alternance de couches céramiques et métalliques cofrittées à une température inférieure à la température de fusion des éléments du capteur.
Titanate de baryum (BaTiO3) (barium titanate (BaTiO3))
Structure ferroélectrique isolante utilisée dans la fabrication des condensateurs ; si un dopage approprié rend le système semi-conducteur, utilisation dans les domaines des CTP ou des condensateurs de type 3
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CAFFIN (J.P.), ROUSSET (A.), CARNET (R.), LAGRANGE (A.) - Chemical preparation of NTC thermistors with low resistivity and high stability - , High Tech Ceramics. Elsevier (1987).
-
(2) - LAGRANGE (A.) - Conception of electronic ceramics in relation to their functional reliability : Applications to multilayer ceramic capacitors and semiconductor ceramics, - Materials Science and Engineering. A 109, p. 113-119 (1989).
-
(3) - PROHAMMER (M.), ZETTL (F.), et ZODL (H.) - Nonlinear resistors in multilayer technology - Carts Europe (1992).
-
(4) - ROUSSET (A.), LEGROS (R.), et LAGRANGE (A.) - Recent progress in the fabrication of ceramic negative temperature coefficient thermistors - , Journal of European Ceramic Society 13.
-
(5) - HOUIVET (D), BERNARD (J), HAUSSONNE (J-M) - High temperature NTC ceramic resistors (ambient-1000°C) LUSAC - , Journal of the European Ceramic Society 24 (2004) 1237-1241.
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