Couverture ElectroniqueS n°127

Plusieurs présentations de l'édition 2006 de Carts Europe ont été consacrées à l'étude des condensateurs tantales. Au menu, poursuite de l'amélioration des capacités volumiques, résistances série équivalentes en baisse et améliorations pour certains de la tenue en tension. La crise économique qui a perturbé l'industrie électronique au début des années 2000 a laissé une mauvaise image des condensateurs tantales dans les cerveaux des concepteurs et des acheteurs, avec une pénurie et une inflation des prix sans précédent, poussant les utilisateurs à recourir à des solutions alternatives, notamment aux condensateurs céramiques, voire aux condensateurs électrolytiques aluminium. Toutefois les fabricants de condensateurs tantales ne sont pas restés ces dernières années sans rien faire. Si certains ont choisi une solution radicale en revendant leur activité tantale, comme l'Allemand Epcos, qui l'a cédée à l'Américain Kemet, plusieurs autres ont décidé de prendre le chemin de l'innovation, comme cela a été présenté à plusieurs reprises lors de la dernière édition de la manifestation Carts (voir EI n° 634), ou de poursuivre sur des marchés de niches, stratégie qui réussit par exemple au Français Firadec.Du polymère pour réduire la résistance sans faire chuter la tension !Le premier à ouvrir le bal des présentations sur les améliorations des performances des condensateurs tantales a été Udo Merker, du département de recherche et développement du fournisseur de matériaux H. C. Stark. Ses travaux ont porté sur une technologie de réduction de la résistance série du condensateur tantale, valeur conditionnant les performances en matière d'utilisation en régulation d'alimentation et permettant dans certains cas d'utiliser des condensateurs de capacité plus faible pour la même fonction, si leur résistance série est plus faible.Le polymère offre une conductivité bien plus élevée que le classique dioxyde de manganèse (MnO2), mais, selon Udo Merker, le processus de dépôt du polymère sur le c&oelig;ur tantale/ pentoxyde de tantale se réalise actuellement avec des méthodes de polymérisation chimique ou électrochimique nécessitant un contrôle particulièrement précis des réactions dans un traitement par lot. De plus, la présence de microtrous inévitables dans le pentoxyde de tantale qui entoure l'anode tantale entraîne, via la polymérisation chimique des molécules de base du polymère, l'existence de quasi-courts-circuits limitant la tenue en tension de tels condensateurs à 20 V et en pratique, vu les fiches techniques des fabricants, à moins encore. La méthode développée par le centre de recherches d'H. C. Stark consiste à utiliser une suspension de particules nanométriques de 30 nm de diamètre d'un polymère conducteur (500 S/cm) dans de l'eau, les polymères conducteurs n'étant pas solubles. Avec un tel produit, la cathode polymère est formée par enduction puis séchage, ce qui simplifie grandement, selon la société, le procédé de production du film de 10 nm qui recouvre le diélectrique et constitue la cathode. Les condensateurs ainsi réalisés avec différents types de poudres tantales atteignent des valeurs de tenue en tension inhabituelles pour des modèles à faible résistance série : 22 µF/25 V/38 m, 15 µF/35 V/44 m ou 6,8 µF/50 V/46 m. « Un tel condensateur tantale 6,8 µF/50 V n'est pas réalisable en faible résistance série par polymérisation chimique », assure Udo Merker. Il reconnaît cependant quelques limitations à sa méthode pour les dernières poudres à très forte capacité de l'ordre de 100 000 µC/g et plus, pour lesquelles les tailles de pores de l'anode, de l'ordre de 0,3 µm, rendent plus difficile le dépôt de polymère par suspension et procurent donc des performances électriques en léger retrait. Mais des travaux seraient en cours pour améliorer ces dernières.Jonathan Paulsen, de l'équipe de recherche et développement en condensateurs tantales de Kemet, a, lui, mis l'accent sur différentes méthodes permettant de minimiser la résistance série et l'inductance série du condensateur. L'une des solutions, maintenant presque classique, consiste à mettre en parallèle dans le boîtier plusieurs condensateurs élémentaires. La société a également étudié la fabrication de condensateurs dont l'anode tantale est pressée par un moule dentelé, formant ainsi une sorte de peigne, afin de doubler ou tripler la surface de la cathode sans avoir à assembler plusieurs condensateurs élémentaires dans le boîtier. Autres études, la section du fil de tantale, autrefois ramenée à 0,41 mm sans doute pour réduire les coûts, conduisant pour un condensateur test à une résistance de 9 m, peut être portée à 0,61 mm pour atteindre 6 m. De même, des variations dans la part du cuivre dans le peigne métallique qui accueille le condensateur élémentaire avant moulage arrivent à faire gagner quelques milliohms. Enfin, une conception de ce peigne dite facedown réduit la distance des connexions et donc l'inductance série induite.Un véritable fusible intégré pour fiabiliser le condensateur tantaleLe premier fabricant de condensateurs tantales à dévoiler des nouveautés disponibles commercialement sur la conférence a été AVX par la voix de Tomàs Zednicek, directeur marketing technique. Cet ardent promoteur des condensateurs tantales, auteur de nombreuses contributions à leur sujet, reste persuadé que, même si tous les malheurs ont été prédits aux condensateurs tantales, leurs performances et leur fiabilité restent imbattables pour une multitude d'applications. Il reconnaît toutefois que, dans certaines conceptions où lors d'un défaut d'un composant critique comme un transistor de puissance, il est possible que, par exemple, la tension d'entrée se retrouve en sortie.Dans un tel cas de figure, le condensateur tantale trouve ses limites et doit être doublé d'un fusible afin de ne pas prendre feu. Cette intégration, effectuée classiquement par l'ajout d'un fil métallique, a été perfectionnée par la société en créant une structure capable d'accepter un fusible couche mince au format pavé. L'avantage de cette méthode réside dans la précision du comportement du fusible en temps de réaction, en résistance série ajoutée plus faible et en fiabilité. La construction permet également d'insérer deux fusibles en parallèle pour réduire encore l'impédance. Par exemple un 6,8 µF/50 V en boîtier D doté d'une solution de fusible classique est caractérisé par une résistance de 1 O alors que la solution d'AVX permet de descende à 0,5 mO.

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