La pénurie de MLCC
Le secteur traverse une période difficile marquée par une pénurie mondiale actuelle en matière de condensateur céramique multicouche (MLCC). Cette situation n’en finit pas. En effet, de nombreuses raisons contribuent à cette pénurie.
Tout d’abord, le secteur électronique connaît un développement à grande vitesse. De nouvelles technologies sont mises au point, les produits de consommation sont remplacés plus rapidement et leur cycle de vie s’en trouve réduit. En outre, de nombreux produits, tels que les voitures intègrent des technologies plus intelligentes. De ce fait, de plus en plus de composants électroniques sont utilisés, et donc, de plus en plus de condensateurs sont utilisés à l’intérieur de chaque appareil.
Par conséquent, les grands fabricants de MLCC ont atteint leur limite de capacité et sont dans l’incapacité de produire la quantité nécessaire pour répondre à la demande. Les grandes entreprises investissent actuellement dans le développement de condensateurs de meilleure qualité, ce qui pourrait permettre de réduire ou d’arrêter la production de MLCC de type standard. Les produits dont la production serait soit arrêtée, soit réduite, sont ceux dont les petites et moyennes entreprises qui axent leur production sur de petites séries ont cruellement besoin.
Toutefois, lorsqu’une porte se ferme, une autre s’ouvre. Les fabricants tels que KEMET et Panasonic ont développé des condensateurs polymère qui pourraient servir d’alternatives à l’utilisation des MLCC afin de répondre aux besoins du marché. Qui l’aurait pensé? Cette technologie polymère peut maintenant non seulement remplacer les MLCC, mais aussi permettre d’améliorer les performances de votre application!
Les condensateurs polymère: une alternative aux MLCC
En considérant les condensateurs polymères comme une alternative aux MLCC, on distingue quatre types de polymères les plus courants couvrant la plupart des applications :
- Les condensateurs aluminium polymère
- Les condensateurs tantale polymère
- Les condensateurs hybrides aluminium polymère
- Les condensateurs aluminium polymère à couches
La gamme de produits propose également des condensateurs à film.
Le récapitulatif suivant présente les différentes conceptions de condensateurs polymère.
Les condensateurs aluminium polymère à couches
- MRésine de moulage
- Pâte d’argent
- Borne de connexion
- Borne de connexion
- Pâte d’argent
- Carbone
- Polymère
- Film d’aluminium
- AI2O3
Les condensateurs tantale polymère
- Résine de moulage
- Borne de connexion
- Borne de connexion
- Pâte d’argent
- Carbone
- Polymère
- Tantale fritté
- Ta2O5
Les condensateurs aluminium polymère
- Boîtier en aluminium
- Plaque de support
- Joint en caoutchouc
- Borne de connexion
- Film d’aluminium
- AI2O3
- Electrolyte imprégné dans l’entretoise: Polymère
- Film d’aluminium
Les condensateurs hybrides aluminium polymère
- Boîtier en aluminium
- Plaque de support
- Joint en caoutchouc
- Borne de connexion
- Film d’aluminium
- AI2O3
- Electrolyte hybride imprégné dans l’entretoise: Polymère + liquide électrolyte
- Film d’aluminium
Stabilité, format compact et sécurité
Ces quatre types de condensateurs présentent certains avantages en commun:
- Stabilité: température constante pendant l’utilisation, polarisation DC stable, caractéristiques générales stables
- Taille: un condensateur polymère peut remplacer plusieurs MLCC
- Sécurité: grâce à son mode de protection contre les courts-circuits, un condensateur polymère permet de renforcer la sécurité de vos circuits imprimés
Shahrokh Kananizadeh, chef de produit en matière de condensateurs en Europe chez Panasonic a précisé les éléments suivants sur ces produits:
La constante diélectrique reste inchangée lorsque la tension change. C’est le principal avantage des condensateurs polymère (SP-caps). D’autre part, les MLCC sont sensibles à la déformation structurelle lorsqu’une tension DC est appliquée, réduisant ainsi leur fiabilité globale.
Pourquoi donc les condensateurs polymère n’ont-ils pas encore remplacé les MLCC?
Tout d’abord, les MLCC sont des produits véritablement tout-en-un. Ils sont très polyvalents et conviennent à la plupart des applications. Les condensateurs polymère, quant à eux, ne le sont pas. Leur utilisation doit être soigneusement définie. Toutefois, une fois le condensateur polymère approprié trouvé, celui-ci offre souvent des performances optimales, constantes et sur le long terme.
Le principal inconvénient des condensateurs polymère, c’est qu’ils sont polarisés. Par conséquent, ils ne peuvent pas être utilisés dans les circuits susceptibles de présenter une polarisation inverse ou un signal AC.
Adopter les condensateurs polymère
Si vous envisagez d’adopter les condensateurs polymère, définissez tout d’abord vos exigences pour les critères suivants:
Tension;
Pour les condensateurs MLCC, celle-ci est indiquée à 0/1 V. La capacitance réelle diminue en fonction de la tension appliquée. Les condensateurs polymère sont stables au-dessus de la tension appliquée, mais un déclassement de 10 à 20% doit être pris en compte.
Capacitance requise;
Vous devez connaître la capacitance d’un condensateur MLCC dans les conditions de l’application (tension appliquée, fréquence et usure), ainsi que le nombre de condensateurs parallèles nécessaires pour être en mesure de calculer la capacité nette totale.
Courant d’ondulation;
Les condensateurs polymère peuvent facilement prendre en charge des courants d’ondulation allant de 2 à 3 Arms (exigences d’ondulation plus élevées avec les produits ESR à un chiffre ou les structures empilées).
Fréquence de fonctionnement; Température de fonctionnement; Taille maximale;
Les condensateurs polymère sont légèrement plus grands que les MLCC, mais peuvent remplacer plusieurs MLCC.
Coût total de la solution;
Si un petit nombre de MLCC est nécessaire pour votre conception, utiliser un condensateur polymère peut être plus onéreux, mais sachant que celui-ci peut remplacer plusieurs MLCC, cette solution est généralement plus économique.
Shahrokh Kananizadeh de chez Panasonic a essayé de nous expliquer simplement le thème des ESR en nous recommandant une ligne de conduite générale concernant l’impédance et la fréquence ESR:
Plus votre condensateur présente une impédance ou une valeur ESR faible, plus son utilisation dans un circuit sera utile pour le lissage. Les MLCC présentent une ESR et une impédance les plus faibles, mais les SP-caps n’en sont pas loin. Pour les condensateurs envisagés, il est important d’évaluer la réponse en fréquence et, en particulier, la fréquence de résonance.
De plus, il est également important de vous assurer que les condensateurs sont utilisés à une fréquence inférieure à la fréquence de résonance. 1 MHz représente ici, grosso modo, le seuil critique, et vous devez examiner soigneusement les différences de réponse en fréquence.
En gardant ce cas d’utilisation à l’esprit, parmi les différents types de condensateurs polymère tels que les condensateurs aluminium polymères à couches, dénommés ici par Panasonic SP-Caps, examinons maintenant de plus près certains autres condensateurs polymère et leurs points forts:
Les condensateurs tantale polymère
Les condensateurs tantale polymère offrent une faible ESR, une capacité élevée ainsi qu’une tension élevée. Ils sont parfaitement adaptés pour des composants à haute fréquence. Les condensateurs tantale polymère actuels présentent un mode de défaillance sur non-allumage et un déclassement amélioré.
Caractéristiques principales:
- Tension moyenne: (24-7 V)
- Tensions nominales allant jusqu’à 75 V et tensions d’application allant jusqu’à 67.5 V
- Courants d’ondulation élevés
- Faible tension (5-0.9 V)
KEMET: T52X series inc. T521 T54 T59
Panasonic: POSCAP TXX series inc TVP TPC TQC
Les condensateurs aluminium polymère
Les condensateurs polymère aluminium présentent une faible ESR, une excellente réduction du bruit et des capacités élevées de courant d’ondulation. Ils sont généralement utilisés dans les applications qui requièrent une capacité élevée.
Caractéristiques principales:
- Capacité élevée: jusqu’à 2 700 microF, jusqu’à 100 V
- Tension élevée (jusqu’à 100 V)
KEMET: A759 series
Panasonic: OSCON series inc SVP and SEP
Les condensateurs hybrides aluminium polymère
Ces condensateurs hybrides utilisent l’aluminium comme cathode ainsi que l’association d’un liquide et d’un polymère conducteur comme électrolyte. Il en résulte une conductivité très élevée et une faible ESR. Ils peuvent résister à des tensions élevées et fournir des capacités plus élevées que celles fournies par la plupart des autres condensateurs.
Caractéristiques principales:
- Mode de défaillance bénin
- Longue durée de viee
- Capacité élevée 80F
- Tension élevée (jusqu’à 100 V)
Panasonic: Hybrid
Condensateurs à film
Pour les applications analogiques, les condensateurs à film peuvent constituer une alternative aux MLCC. Ces condensateurs montés en surface offrent une faible ESR, des facteurs de perte faibles, un bruit de choc inexistant, un effet piézoélectrique inexistant et un bruit audible inexistant.
KEMET: FIlm
Panasonic: Film
Q&R avec les experts de KEMET et de Panasonic
Matthias Harder, directeur de la gestion des opérations TBG dans la région EMEA chez KEMET, et Shahrokh Kananizadeh, chef de produit en matière de condensateurs en Europe chez Panasonic, nous ont appris des choses intéressantes concernant les condensateurs et ont même pris le temps de répondre à certaines de nos questions.
Distrelec: Comment convaincre un ingénieur qui effectue le prototypage d’un produit et doit répondre à certaines exigences en matière de MLCC de réfléchir à une solution alternative, comme les condensateurs polymère, puis de les intégrer dans sa nouvelle conception? Existe-t-il un outil/une méthode pour aider à cette prise de décision?
Matthias: Les produits de substitution sont déjà disponibles. En plus de cela, si l’on considère le coût total de la capacitance souhaitée et de la capacitance nette souhaitée, les solutions alternatives sont économiques et permettent de gagner de l’espace. Les condensateurs polymère peuvent offrir une capacitance plus stable pendant l’application d’une tension DC ainsi qu’une capacitance stable tout au long de leur durée de vie. Pour en savoir plus, nous avons créé un webinaire qui traite précisément de ce sujet: https://ec.kemet.com/knowledge/polymer-capacitors-your-solution-when-mlcc-lead-times-are-tight.
Shahrokh: Je vous invite également à consulter notre brochure S.O.S. sur les condensateurs polymère, qui constitue un excellent point de référence: https://eu.industrial.panasonic.com/download/sos-short-mlccs-choose-panasonic-polymer-series
Distrelec: S’agit-il d’un remplacement équivalent ou ai-je besoin de repenser/reconcevoir mon application?
Matthias: Nous proposons des produits qui peuvent remplacer de manière équivalente les MLCC 0805 et 1206. Cependant, nous ne recommandons pas de procéder ainsi, car les avantages de la technologie polymère ne sont pas exploités à leur maximum lors d’un tel remplacement. De manière générale, il est intéressant d’utiliser les polymères pour les cas d’utilisation suivants:
- Une capacitance nette >= 10 μF (pour les tensions d’application allant jusqu’à 14.4 V)
- 0.68-10 <1>μ F (pour des tensions d’application de 45 V et supérieures)
- Tensions d’application jusqu’à 67.5 V (60 V dans des conditions difficiles)
- Fréquences allant jusqu’à 1MHz
En outre, l’utilisation des condensateurs polymère est également possible pour d’autres cas d’utilisation.
Shahrokh: En raison des tailles de boîtier et des avantages des polymères sur les MLCC, une reconception est nécessaire. Celle-ci s’avère justement être un avantage pour votre conception, compte tenu du fait qu’elle permet de gagner de l’espace au niveau du circuit imprimé et de réduire les coûts.
Distrelec: Quel est l’état des ressources mondiales en matière de condensateurs polymère? Où se trouvent les installations de production? Si nous commençons à les utiliser à grande échelle, devons-nous craindre un risque imminent de pénurie?
Matthias: KEMET prévoit d’accroître sa capacité de production en matière de polymères tantale de plus de 50% d’ici mars 2020, par rapport à mars 2018. La demande annuelle actuelle se situe aux alentours de 1 100 tonnes dans le monde entier et les réserves sont de l’ordre de plus de 100 000 tonnes.
Shahrokh: Panasonic dispose pour tous ses condensateurs polymère de ses propres usine et service de R et D au Japon. Nous disposons d’une deuxième source de SP-Cap et POSCAP en dehors du Japon en cas de catastrophes naturelles et problèmes de livraison, ce qui signifie que nous ne prévoyons actuellement aucun risque de pénurie. Le fait de disposer d’une deuxième source d’approvisionnement pour les condensateurs OSCON et hybrides est à l’étude, mais nous disposons actuellement d’un fort potentiel de croissance.
Distrelec:Le tantale est considéré comme une ressource qui provient de zones de conflit. Quels pays fournissent KEMET en tantale?
Matthias: KEMET est le seul fabricant se fournissant uniquement dans les zones hors conflit pour les condensateurs tantale MnO2 et polymère conformément à la Règle finale de la SEC concernant les minerais des zones de conflit, Section 1502 de la loi américaine Dodd-Frank.
Nous nous approvisionnons uniquement en matériaux certifiés être hors toute zone de conflit. En effet, grâce à un «système de conduits fermé», nous sommes en mesure de nous approvisionner en République démocratique du Congo (RDC), mais aussi en minerai de tantale (coltan), K-sel (produit intermédiaire) ou poudre/fil de tantale provenant d’autres pays et certifiés hors de toute zone de conflit. Pour plus d’informations, rendez-vous à l’adresse http://www.kemet.com/conflictfree
