Les améliorations des processus et des avancées dans le domaine des matériaux permettent aux condensateurs céramiques d'aujourd'hui de fonctionner à haute fréquence, à haute température et dans des environnements très transitoires. Ces condensateurs céramique manipulent des quantités plus élevées de charge dans des boitiers plus petits et permettent aux ingénieurs de conception d'atteindre des niveaux plus élevés de performance à l'aide de conceptions de condensateurs plus efficaces.
Les condensateurs céramiques sont des condensateurs à valeur fixe avec un diélectrique céramique. Le type le plus courant est le condensateur céramique multicouche pour montage en surface, bien que des condensateurs céramiques à disques au plomb traversants et des condensateurs céramiques micro-ondes à disque sans plomb soient également utilisés dans certaines applications. La composition du matériau céramique définit le comportement électrique et donc les applications.
Avec qu'on demande aux appareils électroniques d'aujourd'hui de fonctionner à des fréquences plus élevées, les fournisseurs de condensateurs ont amélioré les formulations céramiques pour les rendre capables de fonctionner en continu à ces fréquences plus élevées.
Par exemple, AVX Corp. propose la série GXOS de condensateurs ultra-large bande (figure 1) conçus pour répondre au blocage Db de 16 kHz à 40 GHz. Les condensateurs sont conçus pour être montés sur des lignes en forme de bande d'une largeur de moins de 20 millièmes de pouce. Les condensateurs sont évalués à 0,1 microfarads avec une tension nominale de 6,3 VCC à 85° C.
Figure 1 : les condensateurs de la série AVX GXOS à ultra-large bande. (Source : AVX Corporation)
La réduction du bruit piézo-électrique est un autre domaine d'intérêt pour les fournisseurs de condensateurs. Les condensateurs céramique à réduction de bruit piézoélectriques réduisent la génération de bruit en dans les circuits hauts dv/dt. KEMET Electronics Corp. a récemment introduit ce qu'il prétend être le premier condensateur 250 V-classé 0402 de taille boitier avec des valeurs allant jusqu'à 330 picofarads. Le matériau utilisé dans les condensateurs élimine le bruit piézoélectrique, offre une stabilité thermique élevée et aucun retard de capacité avec le temps.
La miniaturisation des condensateurs en céramique se poursuit. Selon Ron Demcko, de chez AVX, les formulations céramique continuent d'être développées et améliorées pour un fonctionnement stable à toute température et sont capables de résister à une brusque variation des contraintes de tension, ce que permet l'utilisation des couches diélectriques minces.
La technologie de traitement de précision a permis à Murata de développer une des plus petites tailles de boîtiers sur le marché, le 008004, qui mesure 0,25 x 0,125 mm (figure 2). Ces condensateurs ont besoin d'une zone de montage qui représente peu près la moitié de celle d'un boîtier 0,1005 (0,4 x 0,2 mm), ce qui était précédemment la plus petite taille de boîtier.
Figure 2 : condensateurs de taille de boîtier 008004 Murata (Source : Murata Amériques).
Murata a également appliqué cette technologie à conditionner davantage de capacité dans d'autres tailles de boîtiers standard de l'industrie. La société propose désormais condensateurs 2,2 microfarad dans des boîtiers 0201 (0,024 x 0,012 pouces.) Et des condensateurs 22 microfarad dans des boîtiers 0402 (0,039 x 0,020 pouces.).
Fonctionnement à haute température
La capacité de résister à des températures élevées durables est une autre caractéristique des nouveaux condensateurs céramiques. Les MLCC série AT de AVX sont capables de fonctionner durablement à 250 ° C à la fois pour des applications militaires et commerciales. Les condensateurs sont proposés dans des capacités allant de 100 pF à 1 microfarad, avec des tolérances de +/- 5, 10 ou 20 pour cent.
KEMET a également investit beaucoup d'efforts dans les formulations C0G (NP0) et X7R, produisant des condensateurs céramiques capables de fonctionner à des températures supérieures à 150° C et à des tensions supérieures à 200 V, a noté Scott Carson, directeur du marketing produit.
Selon Carson, KEMET a développé des formulations diélectriques personnalisées qui possèdent une grande fiabilité à des températures croissantes, a amélioré des matières premières en leur conférant une pureté ultra élevée, une haute cristallinité et des tailles de particules plus petites, a amélioré les méthodes de dispersion et les poudres de fraisage pour la réalisation des couches de céramique et des électrodes, ainsi que raffiné la technologie d'empilage et de laminage des couches plus minces.
Les environnements à haute température de soudure et assemblage de la carte que de nombreux condensateurs doivent supporter a également créé un besoin pour des condensateurs qui peuvent résister à une flexion de la carte. AVX, par exemple, propose une option de terminaison FlexiTerm™ qui permet à certains MLCC de gérer jusqu'à 5 mm de flexion de carte sans panne.
De même, la série VJ ….31X de condensateurs automobiles (figure 3) Vishay Intertechnology ont des terminaisons de polymère flexible pour une protection supplémentaire contre les dommages de flexion de carte. Ces condensateurs sont disponibles avec des matrices C0G (NP0), X7R et X8.
Figure 3 : série de condensateurs automobiles Vishay VJ ….31X. (Source : Vishay Intertechnology)
Condensateurs traversants
Bien que la plupart des améliorations a concerné les condensateurs en céramique pour montage en surface, certains de ces progrès se sont également diffusés en direction des condensateurs traversants. La nécessité de condensateurs céramiques traversants demeure, comme dans les environnements où de fortes vibrations, ou la soudure ou la forme personnalisées sont présentes ou lorsque des cartes PC sont impraticables, selon Frank Yang, ingénieur d'application pour Murata Amériques.
À cette fin, Murata a lancé sa série de condensateurs céramiques RCE monolithiques en forme d'axes pour les applications automobiles. Les condensateurs sont conformes aux exigences automobiles AEC-Q200 et au test de surtension ISO7637-2. Les appareils disposent d'une gamme de capacité de 1,0 picofarad à 22 microfarads, et d'une tension nominale de 25 V à 1 kV.
KEMET a élargi sa gamme de condensateurs à haute température axiaux Animax(Figure 4), en utilisant les mêmes technologies internes que celles utilisées sur les plateformes diélectriques de montage en surface X8L et X8R du même fabricant. Conçu pour les environnements à fortes vibrations, les condensateurs sont conçus pour résister à des températures aussi élevées que 150° C avec une capacité de 2,2 microfarads et des tensions jusqu'à 50 V.
Figure 4 : condensateurs axiaux Animax à haute température de KEMET. (Source : KEMET Electronics Corp.)
Les condensateurs Animax sont conçus pour le découplage, la dérivation et le filtrage dans des environnements tels que l'exploration pétrolière profonde, l'automobile, la défense et l'industrie aérospatiale.
Stabilité du marché
Comme d'autres secteurs des composants, le marché des condensateurs en céramique n'a pas été à l'abri de la récession économique et des événements mondiaux qui influent sur la chaîne d'approvisionnement électronique. Le tremblement de terre de Tohoku, au Japon il y a quatre ans a touché la fourniture de titanate de baryum et d'autres matériaux de titanate utilisés dans la fabrication des condensateurs en céramique, qui à son tour a incité les équipementiers à stocker ces condensateurs. Cela a finalement conduit à une offre excédentaire.
Les rapports d'études de marché actuels prévoient une croissance du marché des condensateurs céramiques au cours des prochaines années en raison de la demande des smartphones et appareils mobiles, téléviseurs et ordinateurs. L'érosion des prix a longtemps été une tendance des condensateurs, en particulier des condensateurs multicouche céramiques à puce (MLCC). Cela est particulièrement vrai avec des composants à haut CV, selon Mark Obuszewski, Directeur mondial commercial/marketing chez AVX.
L'atténuation de l'érosion des prix due à la forte demande, en particulier dans les secteurs de l'automobile et des smartphones, a contribué à stabiliser les prix, a noté Frank Yang de Murata. Les fournisseurs de condensateurs pensent que les principaux acteurs du marché vont demeurer inchangés dans un avenir prévisible.
« Nous ne prévoyons pas de consolidation majeure parmi les fournisseurs de céramique », déclare Mark Obuszewski de AVX. « Certains des plus petits fournisseurs peuvent être rachetés, mais nous ne prévoyons pas de grand bouleversement. »