Couverture ElectroniqueS n°127

Sécuriser un condensateur tantale sans nuire à la résistance série et réduire le nombre de condensateurs pour l'alimentation des processeurs : tels sont les deux problèmes qu'AVX propose de résoudre avec des composants de construction originale. Assurer le découplage du bus d'alimentation d'un processeur moderne n'est pas une mince affaire. Entre la sortie du régulateur de tension dédié (module VRM) et le processeur, il est courant de rencontrer cinq types de condensateurs de natures différentes. Chacun d'entre eux assurant le filtrage des parasites de fréquence croissante à mesure que l'on se rapproche du processeur. Le boîtier de ce dernier est lui-même pourvu de condensateurs de découplage pour les très hautes fréquences. Les condensateurs électrolytiques aluminium, tantale et céramique ont des caractéristiques bien distinctes qu'il convient d'apprécier pour réaliser un filtrage efficace. Les fabricants de processeurs donnent heureusement des spécifications très strictes et des conseils de conception. Dans le cadre des ordinateurs portables, Intel préconise par exemple d'effectuer le filtrage des moyennes fréquences (250-300 kHz) sur un rail 1,5 V à l'aide de six condensateurs tantale polymère en boîtier Y (7,30 x 4,3 x 2 mm3) de 330 µF (2,5 V), ayant une résistance série inférieure à 10 mO et une inductance parasite de 1,8 nH. Pour les hautes fréquences, on fait appel à une trentaine de composants céramique multicouches (MLCC) ! Le premier condensateur de la famille CoreCap NPV d'AVX permet de remplacer ces six coûteux composants par trois condensateurs 560 µF/2,5 V ayant une résistance série de seulement 3 mO autour de 300 kHz et une inductance 2, 5 nH sous 10 MHz. Un autre atout du condensateur CoreCap est de fournir un niveau élevé de capacité brute sur une plage de fréquence plus étendue. Il est à même de se substituer ainsi aux autres types de composants cités plus haut. Cette polyvalence n'a rien d'étonnant lors que l'on comprend que le CoreCap n'est autre qu'un condensateur multianode hétérogène : il regroupe deux éléments OxiCap à l'oxyde de niobium ainsi qu'un pavé MLCC 1210. L'oxyde de niobium est l'alternative au tantale et à l'aluminium adoptée par AVX (la concurrence s'est intéressée au niobium sous sa forme métallique). AVX précise que certains inconvénients des techniques de base sont gommés au passage. Le fabricant évoque ainsi l'effet piézoélectrique des céramiques qui est éliminé par la technique d'encapsulation. Il en est de même pour les craquelures dans la mesure où le composant céramique est découplé mécaniquement de la carte. D'une manière générale, la concentration des composants réduit l'inductance parasite de routage par rapport à une conception classique, ce qui diminue le besoin en capacité totale. Le composant est caractérisé pour opérer de -55 °C à 105 °C, avec tout de même un déclassement à 1,7 V au-delà de 85 °C. Le fabricant spécifie un courant de fuite de 0,02 CV soit 16 µA sous 1,5 V pour le composant de 560 µF qui supporte en outre trois pics de refusions sous 260 °C. Cette seule capacité disponible pour le moment est présentée en boîtier V (7,3 x 6,1 x 3,45 mm3) et, compte tenu de sa construction, AVX devrait répondre aisément à des commandes spéciales visant à ajuster les caractéristiques d'impédance ou de capacité. Le tantale à fusible réinventé L'autre innovation présentée par AVX vise à sécuriser l'usage des condensateurs au tantale, bien connus pour leur risque élevé d'inflammabilité. Paradoxalement, ces composants très robustes grâce à la faculté d'auto-cicatrisation du diélectrique ont un mode de défaillance à faible résistance problématique en cas d'abus caractérisés. La parade consiste à les protéger par un fusible qui peut être intégré au composant avec plus ou moins d'effets pervers. Certains fusibles s'ouvrent très rapidement à haute température suite à une réaction exothermique initiée par un échauffement électrique ; d'autres, plus lents, fondent à plus basse température et sont de ce fait délicats à traiter en production. Dans tous les cas, ce principe trahit le caractère résistif du fusible qui doit être conçu selon plusieurs compromis. La réaction est difficilement maîtrisable. AVX a intégré un fusible à film mince CMS dans le boîtier des condensateurs tantale de sa série TBW. Cette technique confère à l'ensemble un meilleur comportement qu'avec un fusible filaire. Le procédé de fabrication mis en &oelig;uvre permet de plus de tester la capacité intrinsèque du composant et de déverminer la production sans tenir compte du fusible qui est court-circuité. C'est lorsque les plaques d'interconnexion sont repliées sous le pavé que le court-circuit est rompu. La patte d'accès direct au condensateur reste visible sur la tranche du composant, ce qui permet la vérification du fusible lors d'un diagnostic. Spécifiés en tension jusqu'à 50 V pour une température de -55 à 125 °C, les condensateurs tantale TBW sont disponibles en capacités allant de 4,7 à 47 µF. Ils sont disponibles en boîtiers D (7,30 x 4,30 x 2,80 mm3) et ont une RES maximale de 750 mO, dont 150 mO attribuables au fusible à film mince (soit moitié moins que les fusibles classiques d'après le fabricant). Le surcoût pour utiliser du tantale en toute sécurité serait de l'ordre de 10 %.

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