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Article de référence | Réf : E1820 v3

Conclusion
Céramiques pour composants électroniques

Auteur(s) : F. Jean-Marie HAUSSONNE, David HOUIVET, Jérôme BERNARD

Date de publication : 10 mai 2012

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RÉSUMÉ

Nombre de fonctions électroniques « passives » sont assurées par des composants réalisés par la technologie céramique : fonctions d’interconnexion, capacitives, résistives, inductives, de protection, capteurs (température, forces, déplacements, gaz…), etc.

Les propriétés physiques des matériaux mis en œuvre, le plus souvent covalents, peuvent être contrôlées par des substitutions dans la maille cristalline. La technologie céramique permet également la réalisation de microstructures inhomogènes et l’obtention de composants formés de plusieurs matériaux distincts tels les composants multicouches.

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ABSTRACT

A number of so-called "passive" electronic functions are performed with components developed by the ceramic technology: interconnection components, capacitors, magnetic components, protection components, sensors (temperature, forces, movements, gas...), etc.

The physical properties of the used materials, mainly covalent compounds, can be controlled by substitutions in the crystal lattice. Ceramic technology also allows the making of perfectly controlled inhomogeneous microstructures and permits to obtain components formed of several different materials such as multilayer components.

Auteur(s)

  • F. Jean-Marie HAUSSONNE : Ingénieur de l'École nationale supérieure de céramique industrielle - Docteur d'État - Professeur émérite, École supérieure d'ingénieurs de l'Université de Caen Basse Normandie ESIX Normandie - Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg, LUSAC EA 4253

  • David HOUIVET : Ingénieur de l'École nationale supérieure d'ingénieurs de Caen - Habilité à diriger des recherches HDR - Directeur de l'École supérieure d'ingénieurs de l'Université de Caen Basse Normandie ESIX Normandie - Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg, LUSAC EA 4253

  • Jérôme BERNARD : Docteur de l'Université de Caen Basse Normandie - Maître de conférences, École supérieure d'ingénieurs de l'Université de Caen Basse Normandie ESIX Normandie - Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg, LUSAC EA 4253

INTRODUCTION

Une céramique est un matériau inorganique polycristallin, présentant une microstructure complexe de grains et de joints de grains, et élaboré par une technologie particulière appelée technologie céramique. La structure et la microstructure en sont définies lors du cycle d'élaboration, qui transforme des matières premières le plus souvent pulvérulentes en un matériau dense, idéalement exempt de pores, et dont les propriétés tiennent de celles de ses grains mais aussi de son hétérogénéité. La phase technologique clé de l'élaboration d'une céramique est son frittage, qui est le cycle température-atmosphère-temps au cours duquel les grains initialement mis au contact les uns avec les autres par des opérations de mise en forme se lient à la suite de l'action de divers mécanismes de transport pour ensuite acquérir la microstructure recherchée.

Le terme générique « céramique » recouvre des domaines aussi variés que celui des céramiques traditionnelles (réfractaires, sanitaires, tuiles et briques, carreaux, etc.) ou que celui des céramiques dites techniques : céramiques utilisées dans le cycle des combustibles nucléaires, céramiques à applications thermomécaniques ou céramiques à applications électroniques.

Les technologies d'élaboration de ces divers composants présentent de nombreux points communs, mais des spécificités d'application ou de conception peuvent amener à avoir dans chaque cas particulier une approche sensiblement différente quant aux paramètres à étudier et à maîtriser. Il s'agit en fait de domaines techniques différents, même si les organigrammes d'élaboration sont semblables et la connaissance des autres indispensables à la maîtrise et à l'évolution de chaque domaine propre.

Cette spécificité tient essentiellement au fait que les propriétés recherchées du matériau tiennent autant de sa nature que de la technologie de mise en forme et de frittage. Selon les cas, les propriétés recherchées étant très éloignées les unes des autres, les philosophies menant à leur obtention sont applicables également aux diverses familles de céramiques pour l'électronique, bien qu'il soit souvent commode de les classifier ensemble.

Les technologies céramiques des domaines traditionnels ou des domaines des composants et matériaux à applications thermomécaniques ou nucléaires ont été développées, car elles permettent d'obtenir, soit des objets d'une forme et d'une fonctionnalité données pour un prix faible, soit des propriétés mécaniques alliées par exemple à un poids ou à une résistance aux hautes températures et/ou à un environnement chimique remarquable, ou bien elles permettent la manipulation et la mise en œuvre d'éléments fissibles. Par contre, dans le cas des céramiques pour l'électronique, ce sont directement les propriétés liées à la structure du matériau et aux possibilités de transformation de ces propriétés par, en particulier, des substitutions qui sont le plus souvent exploitées, de même que la possibilité offerte par la technologie céramique de réaliser des microstructures complexes formées éventuellement de l'assemblage de matériaux distincts .

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KEYWORDS

ceramic technology   |   passive component   |   active component   |   piezoelectric component   |   dielectric component

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-e1820


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5. Conclusion

Nous n'avons pu au cours de cet article qu'évoquer certains des aspects de la science ou de la technologie céramiques. Des éléments très importants tels que la notion de fiabilité ont été laissés dans l'ombre. Pour plus de détails concernant chacune des familles de composants passifs céramiques évoqués, le lecteur se reportera aux développements qui leur sont plus particulièrement consacrés, aux références rassemblées en fin de l'article, ou bien aux catalogues des constructeurs.

Cet article aura mis en évidence l'importance des céramiques dans le domaine des composants électroniques. Il est de plus en plus évident que cette importance ne fait que croître, étant donné toutes les spécificités qui les distinguent des autres matériaux.

Le tableau 6 rassemble, d'une manière non exhaustive, des compositions céramiques utilisées ainsi que certains résultats de travaux de recherches. On peut constater combien sont nombreuses les applications et les potentialités. Pour un certain nombre de matériaux, le dopage et la technologie céramique permettent également d'atteindre des propriétés différentes et, parfois même, a priori, contradictoires.

Souvent, la céramique est le seul matériau possible pour réaliser nombre de composants ou systèmes. Les possibilités potentielles des composants actifs sont même parfois limitées par les performances du composant céramique qui leur est obligatoirement associé. Si l'effort de recherche et de développement a été essentiellement consacré aux composants actifs, ceux-ci possèdent maintenant des potentialités, en particulier de vitesse, qui ne peuvent être exploitées dans l'état actuel des connaissances. Tout progrès à venir concernant l'exploitation des circuits intégrés très rapides et les systèmes à haute densité passe obligatoirement par une étude concernant l'élaboration de céramiques qui permettent en particulier l'interconnexion des circuits actifs, la conception de composants rassemblant des fonctions passives complexes, sans oublier l'émergence des composants passifs dits « intelligents ».

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HAUSSONNE (J.-M.) -   Céramiques pour l'électronique et l'électrotechnique.  -  Lausanne, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR), ISBN 2-88074-505-5 (2002).

  • (2) - HAUSSONNE (J.-M.), CARRY (P.), BARTON (J.), BOWEN (P.) -   Céramiques et verres.  -  Traité des Matériaux, vol. 16, PPUR, Lausanne, ISBN 2-88074-605-1 (2005).

  • (3) - FANTOZZI (G.), LE GALLET (S.), NIEPCE (J.-C.) -   Sciences et technologies céramiques.  -  sI EDP Sciences, ISBN 978-2-7598-0428-3 (2011).

  • (4) -   Électronique international.  -  Mai 2009.

1 Sites Internet

GFC/SF2M (Groupe Français de la Céramique/Société Française de Métallurgie et Matériaux) https://gf-ceramique.fr/

ECERS (European Ceramics Society) http://www.ecers.org

Pôle Européen de la Céramique – ESTER Technopole [email protected] http://www.cerameurop.com

Société Française de Céramique SFC http://www.ceramique.fr/

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