Condensateur
Guide des condensateurs
Technical Report Evolving Capacitors - Multilayer Ceramic Capacitors Part 1 Trend (part 1 of 2)
Condensateurs céramiques multicouches indispensables aux dispositifs à semi-conducteurs de haute performance
Les résistances, les condensateurs et les inductances sont des éléments passifs souvent considérés comme des composants mineurs, mais en fait, ils sont indispensables à l'électronique de pointe. En particulier, les condensateurs céramiques multicouches sont cruciaux pour les dispositifs à semi-conducteurs de pointe. Sans eux, nous ne pourrions pas compter sur le bon fonctionnement des appareils. Certains acteurs de l'industrie électronique ont prédit que les condensateurs finiraient par être intégrés dans les dispositifs à semi-conducteurs. En réalité, l'importance des condensateurs céramiques multicouches tend à augmenter au fur et à mesure de l'évolution des dispositifs à semi-conducteurs.
Un condensateur céramique multicouche est plus petit qu'une particule de sucre. Connaissez-vous le rôle que joue ce minuscule composant dans les appareils électroniques ? Il joue un rôle important en assurant l'alimentation électrique nécessaire aux dispositifs à semi-conducteurs et en éliminant les bruits susceptibles d'entraîner un dysfonctionnement ou une dégradation des performances. Sans condensateurs céramiques multicouches, les dispositifs à semi-conducteurs fabriqués à l'aide d'une technologie de pointe, tels que les microprocesseurs, les DSP, les micro-ordinateurs et les FPGA, ne pourraient pas fonctionner correctement.
Histoire de la réduction de la taille et de l'amélioration de la capacité
La taille du marché des condensateurs céramiques multicouches est actuellement la plus importante parmi les marchés des différents types de condensateurs, à savoir les condensateurs électrolytiques à l'aluminium, les condensateurs électrolytiques au tantale et les condensateurs à film. En 2008, 627,8 milliards de condensateurs céramiques multicouches ont été expédiés au Japon et les ventes intérieures ont atteint 305,9 milliards de yens (selon l'"Annuaire des statistiques sur les machines" publié par le ministère japonais de l'économie, du commerce et de l'industrie). Les condensateurs électrolytiques à l'aluminium ont pris la deuxième place avec des expéditions de 18,2 milliards d'unités et des ventes de 174,3 milliards de yens. L'écart entre la première et la deuxième place est important.
Les condensateurs céramiques multicouches sont actuellement le produit le plus vendu sur le marché des condensateurs, mais leur acceptation par le marché a été lente à se développer lorsqu'ils ont été introduits pour la première fois. C'est une entreprise américaine qui a eu la première l'idée d'un condensateur céramique multicouche. Au beau milieu du programme Apollo, lancé en 1961, un condensateur céramique multicouche a été inventé pour répondre au besoin d'un condensateur compact à haute capacité. Le nouveau condensateur a été conçu de manière à ce que les électrodes soient formées dans un certain nombre de couches diélectriques laminées afin d'obtenir une capacité élevée pour une taille réduite (fig. 1).
Les couches du matériau diélectrique et des électrodes internes sont superposées, ce qui permet d'obtenir une plus grande capacité.
Murata Manufacturing Co., Ltd. a introduit cette technologie avant les autres et a mis le premier produit sur le marché en 1965. Il s'agissait d'un modèle de 100pF ciblant les circuits résonnants LC dans les radios AM et composé de couches de film diélectrique de 50μm. Le produit utilisait de l'oxyde de titane (TiO2) comme matériau diélectrique. "Lorsque nous avons lancé le produit pour la première fois, il ne s'est pas du tout vendu", a déclaré Kiminori Yamauchi, directeur de l'unité commerciale Composants de Murata. "Mais après la sortie d'une radio ultramince surnommée "radio papier", le marché des condensateurs céramiques multicouches s'est rapidement développé car ils étaient plus petits que tout autre type de condensateur."
Depuis lors, l'histoire des condensateurs céramiques multicouches peut être décrite comme "l'histoire de la réduction de la taille et de l'amélioration de la capacité" En général, la capacité C d'un condensateur s'exprime comme suit :
où ε, S et d désignent respectivement la constante diélectrique, la surface des électrodes et la distance entre les électrodes (l'épaisseur du corps diélectrique). En résumé, il n'y a que deux façons d'augmenter la capacité dans un certain volume : soit utiliser un matériau ayant une valeur ε plus élevée, soit réduire l'épaisseur du corps diélectrique.
Murata a utilisé l'oxyde de titane comme matériau diélectrique au cours de la phase initiale qui a suivi le lancement du produit, mais a introduit le titanate de baryum (BaTiO3) à un stade relativement précoce. Depuis lors, la constante diélectrique relative n'a cessé d'augmenter grâce aux améliorations apportées au matériau. Jusqu'à présent, elle a atteint une valeur d'environ 3 000. La constante diélectrique relative de l'oxyde de titane est de quelques dizaines au maximum. En d'autres termes, celle de BaTiO3 est devenue supérieure de deux ordres de grandeur à celle de l'oxyde de titane.
L'épaisseur du matériau diélectrique a été progressivement réduite de 50 μm pendant la phase initiale à 0,5 μm actuellement. Ainsi, par rapport aux valeurs initiales, la constante diélectrique est 100 fois plus élevée, tandis que l'épaisseur est de 1/100. Avec une épaisseur réduite à 1/100, le nombre de couches peut être multiplié par 100. Par conséquent, en termes de capacité, cela équivaut à une augmentation d'un million de fois avec la même taille. En termes de taille, en revanche, cela signifie qu'une réduction de 1/1 000 000 est possible avec la même capacité.
La suite dans la "partie 2 sur 2", qui décrira les tendances des applications et le rôle des condensateurs dans chacune d'entre elles.
※Les noms de sociétés et de produits indiqués sont des marques commerciales ou des marques déposées de chaque société.
* Le contenu de cet article, tiré du numéro de février à mars 2010 de "Tech On !" de Nikkei Business Publications, Inc. a été restructuré.
* Pour plus de détails sur les condensateurs céramiques multicouches de Murata Manufacturing, veuillez vous référer à ce qui suit :
▼Capacitor WEB site
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