Explorer les avantages des MLCC X7S dans l’électronique de haute précision

Les équipementiers peuvent développer des MLCC avec des valeurs de capacitance plus élevées selon plusieurs méthodes, la plupart impliquant généralement des améliorations des matériaux céramiques. Par exemple, une granulométrie plus petite permet des couches plus fines, tandis qu’un traitement supplémentaire des grains peut améliorer l’homogénéité et la fiabilité. De plus, un dopage amélioré du matériau peut augmenter la constante diélectrique relative (εr). Tous ces facteurs peuvent produire des valeurs de capacitance supérieures, avec des résultats tangibles, notamment 10 µF/50 V dans un boîtier 1206.

Tous les ingénieurs concepteurs à la recherche d’une solution haute densité et haute efficacité dans un boîtier compact peuvent tirer profit de ce MLCC. Les applications qui demandent une précision, une stabilité et une fiabilité électriques élevées bénéficieront de gains importants, notamment les circuits de dérivation d’alimentation électrique, l’électronique grand public et les équipements de télécommunications.

Pour approfondir, la constante diélectrique relative (parfois appelée permittivité relative) est une mesure de la quantité d’énergie potentielle électrique, sous forme de polarisation induite, stockée dans un volume donné de matériau sous l’action d’un champ électrique. Cependant, l’augmentation de la permittivité relative d’un matériau céramique entraîne un effet secondaire particulier : les utilisateurs peuvent s’attendre à une variation plus importante de la permittivité relative avec des conditions de fonctionnement variables, à savoir la tension CC appliquée, le CTC et le temps. En termes simples, la stabilité de la capacitance est déterminée par un bon équilibre des propriétés MLCC permettant de tirer les meilleures performances de ces conditions d’utilisation.

Toutes les formulations MLCC de classe II (y compris X7R et X7S) varient en valeur de capacitance en fonction de la tension CC appliquée (polarisation CC), du CTC et du temps (vieillissement). Ce dernier cas, par exemple, se produit lorsque les grains de céramique perdent graduellement leur capacité à se réorienter, en grande partie à cause de la nécessité pour les domaines de trouver des états énergétiquement plus stables. Cette stabilisation de domaine entraîne une diminution de la permittivité relative, ce qui se traduit directement par une perte de capacitance.

Bien entendu, la plupart des ingénieurs concepteurs savent déjà que la polarisation CC diminue considérablement la capacitance effective des MLCC de classe II. Juste pour précision, les formulations X7S et X7R sont des céramiques « thermostables » qui font partie des matériaux EIA de classe II. Cette caractéristique, le CTC et le vieillissement sont interdépendants, si bien que l’amélioration de l’un de ces trois facteurs influera sur l’un ou sur les deux autres. Il est généralement reconnu que l’amélioration simultanée du CTC et de la polarisation CC ne sera possible que lorsque le système global de poudre de céramique sera amélioré à l’avenir.

Cependant, SEMCO annonce une bonne nouvelle en révélant que ses MLCC X7S actuels peuvent éventuellement offrir une meilleure polarisation CC que leurs homologues X7R. Pour le démontrer, la société a effectué une série de mesures définissant les caractéristiques de performances de polarisation CC d’un MLCC SEMCO X7S et d’un dispositif X7R d’un autre fabricant. Les spécifications de ces deux dispositifs étaient des MLCC 1 μF, 10 %, 6,3 V au format boîtier/caisse 0402.

Les mesures ont révélé que le MLCC SEMCO X7S présentait un taux de variation de capacitance d’environ -30,7 % à 4 V. En comparaison, les autres fournisseurs de MLCC X7R ont démontré un taux de variation de capacitance nettement plus important, d’environ -50,6 % à 4 V. Comme indiqué précédemment, cette amélioration de la polarisation CC a un certain impact sur le CTC. À 4 V et 85 °C, le MLCC SEMCO X7S a enregistré un taux de variation de capacitance de -6 %, contre +6 % (à 4 V, 85 °C) pour le MLCC de l’autre fabricant.

Comme le montre le graphique, le MLCC SEMCO X7S 1 µF reste globalement le plus performant, offrant toujours une capacitance de 0,59 µF à 4 V, 85 °C, contre seulement 0,52 µF pour le X7R.

Le marché connaît très bien la plage de tolérance de ±15 % du X7R, ce qui rend celui-ci difficile à remplacer comme technologie préférée, sans effectuer une analyse approfondie des spécificités du MLCC. Cependant, comme le montrent les mesures mentionnées ci-dessus, si l’on tient compte des conditions d’utilisation réelles (en comparant le CTC et la polarisation CC), le MLCC X7S peut démontrer une capacitance restante supérieure. Les facteurs examinés dans cet article valent pour des valeurs de capacitance élevées, où la polarisation CC est de plus en plus visible et contribue à réduire la capacitance effective. C’est également dans ce scénario que les ingénieurs concepteurs luttent souvent pour chaque nF supplémentaire avec des marges calculées étroites.