Couverture ElectroniqueS n°127

En électronique, la tendance à la miniaturisation s'affirme toujours davantage. Cette tendance concerne au premier chef les composants passifs. Leur évolution entraîne ces composants vers toujours plus de performances alors qu'ils occupent des espaces de plus en plus contraints. Malgré tout, la miniaturisation n'est pas systématiquement la voie la plus rentable. L a miniaturisation des composants passifs ne consiste pas seulement dans la réduction de leur taille; c'est aussi, à facteur de forme constant, l'amélioration des performances. Malgré tout, au cours des 20 dernières années, force est de constater une diminution continue des tailles des boîtiers. Pour les condensateurs céramique multicouches (MLCC), par exemple, nous sommes ainsi passés des standards 1812 (4,50 x 3,20 mm) et 1206 (3,20 x 1,60 mm) aux 0603 (1,60 x 0,80 mm) et 0402 (1,00x0,50mm). Actuellement, le 01005 (0,4 x 0,2 mm) prend de l'ampleur alors que le 008004 (0,25 x 0,125 mm) a fait son apparition. Le tableau Rutronik et le graphique Murata relatifs aux MLCC ( voir page suivante ) illustrent clairement cette évolution. Passons maintenant en revue les différentes familles de composants passifs au plan de l'évolution de leurs empreintes. En ce qui concerne les résistances, depuis pas mal de temps, la tendance est à l'utili-sation de versions CMS (pour le montage en surface) à chaque fois que c'est possible. Les modèles 0201 (0,60 x 0,30 mm) et 01005 (0,30 x 0,15 mm) et en deçà peuplent notamment les téléphones mobiles et les tablettes. De même, les concepteurs de matériels électroniques font la place belle aux réseaux de résistances (plusieurs résistances encapsulées dans un même boîtier) et aux variantes « forte puissance » – dont les caractéristiques présentent des performances doubles de celles des modèles originaux. La miniaturisation concerne également les résistances CMS de mesure de courant; en effet, les avancées des technologies de fabrication permettent la production de résistances admettant, à facteur de forme égal, de plus grandes intensités de courant. La miniaturisation présente plus d'avantages que d'inconvénients. Les composants miniaturisés sont moins volumineux, plus légers et utilisent moins de matières premières - notamment de terres rares s'ils en sont constitués… Des améliorations conséquentes pour les tantales Les condensateurs au tantale ont toujours fait partie des composants les plus volumineux. Malgré tout, au cours des 20 dernières années, leur empreinte a été divisée par 4. Là aussi, la réduction de taille et l'augmentation, à volume constant, des performances sont à mettre sur le compte d'avancées au plan des matières premières, de la conception et des technologies de fabrication. L'évolution en 20 ans de l'empreinte d'un tantale 33 µF-10 V révèle que : cette empreinte était de 6 x 3,2 mm, soit 19,2 mm 2 ,en 1995 ; de 3,5 x 2,8 mm, soit 9,8mm 2 (la moitié de la surface de 1995), en 2005, c'est-à-dire 10 ans après ; et qu'elle atteignait 3,2 x1,6 mm, soit 5,12 mm 2 ,en2015. En 20 ans, donc, l'empreinte de ce condensateur a été divisée par 4. Dans le cas des tantales, la miniaturisation résulte de l'utilisation de meilleures poudres – caractérisées par la taille de leurs grains et la densité énergétique élémentaire stockée. Le ratio « capacité-tension par gramme » de la poudre de tantale (« CV/g » avec C en µF, V en volt et g pour gramme) progresse continûment ; il mesure l'efficacité énergétique de cette poudre. De façon similaire, dans le cas des condensateurs électrolytiques, des améliorations dans l'aluminium (utilisé sous forme de feuilles) et dans l'électrolyte ont permis, à facteur de forme constant, de meilleures performances – incluant la durée de vie–, et ont boosté la miniaturisation à performances constantes. Panasonic, qui est un leader mondial de la fabrication des condensateurs électrolytiques, dans le tableau des boîtiers des condensateurs électrolytiques ( voir page précédente ), montre ces changements. À noter, comme le décrit le tableau en question, que la miniaturisation affecte différemment les caractéristiques des condensateurs : il peut y avoir augmentation de la valeur de la résistance série équivalente ( Equivalent Series Resis-tance ou ESR) qui représente les diverses pertes résistives du condensateur –cas du passage d'une empreinte de 5 x 5,8 mm à une empreinte 4x5,8mm pour le condensateur 33 µF – et, simultanément, diminution du courant parasite d'ondulation ( Ripple Current )– dont l'action sur la résistance ESR se traduit par un échauffement parasite. Inéluctable miniaturisation Dans le cas des bobines et selfs, la miniaturisation a dû composer avec un compromis (« inductance élevée – résistance faible en continu – volume faible »). Une fois de plus, ce sont les innovations en technologies de fabrication (multicouche, remoulage…) qui ont permis de relever ce défi. Aujourd'hui, on fabrique des bobines hautes fréquences de dimensions 008004 (0,25 x0,125 mm) de même facteur de qualité (Q) que les modèles 01005. En ce qui concerne les oscillateurs à quartz, les empreintes de 3,2 x 2,5 mm (1210) sont courantes. Alors que des modèles 2,0x1,6mm sont déjà commercialisés et utilisés. D'ailleurs, de façon à pouvoir conserver un même routage de la carte électronique, des fabricants de quartz conseillent de braser les boîtiers « 2,0 x 1,6 mm » sur les plots destinés à accueillir les modèles « 3,2 x 2,5 mm ». Dans ce domaine, l'avènement de la technologie Mems a dopé la miniaturisation. Quant aux horloges temps réel encapsulées en boîtiers 3,2 x 2,5 x 1,0 mm, elles sont aujourd'hui couramment utilisées dans les téléphones mobiles ainsi que dans beaucoup d'autres applications alimentées par batteries. Toutefois, la miniaturisation ne présente pas que des avantages : d'abord, elle exige des technologies de fabrication de plus en plus pointues et donc plus coûteuses (au moins dans un premier temps). Au départ, l'achat de composants encapsulés «dernier cri» revient plus cher que l'achat de boîtiers « courants ». En outre, en-dessous d'une certaine taille, les composants ne sont plus remplaçables: alors, en cas de problème affectant le composant, il faut jeter la carte. D'où un risque de surcoût en production, lié à une augmentation des rebuts. En outre, au plan de la carte électronique, la miniaturisation, avec l'augmentation de la densité fonctionnelle qu'elle impose, peut favoriser l'apparition d'interférences électromagnétiques, augmenter la dissipation thermique et nécessiter de meilleures protections électrostatiques. D'où, davantage de précautions à prendre lors du design avec, par exemple, l'ajout d'antiparasites… À l'inverse, l'utilisation de composants miniatures peut favoriser l'immunité aux interférences électromagnétiques du fait des multiples possibilités de placements de tels composants sur la carte. Au final, toutefois, la miniaturisation présente plus d'avantages que d'inconvénients. Rappelons ainsi que les composants miniaturisés sont moins volumineux, plus légers et utilisent moins de matières premières – notamment de terres rares s'ils en sont constitués… Équipe Rutronik: Jürgen Geier, FAE pour les condensateurs; Christian Kasper, support technique pour les condensateurs; Jochen Neller, support technique pour les inductances; Bert Weiss, support technique pour les résistances

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