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Article de référence | Réf : E1820 v3

Technologie de fabrication et frittage
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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2. Technologie de fabrication et frittage

2.1 Qu'est-ce qu'une céramique ?

Le terme céramique ne recouvre pas un type de composition chimique mais qualifie un objet qui a été élaboré par une technologie dite technologie céramique. Ce procédé de fabrication consiste à façonner à la forme désirée un objet composé de poudres minérales, le plus souvent des matériaux de type covalents, puis, par cuisson (ou frittage) à haute température, à consolider cet objet dont la forme reste conservée. Il permet, soit d'atteindre sur un matériau massif de géométrie donnée les caractéristiques inhérentes au matériau lui-même, soit de créer, par la maîtrise de l'élaboration du matériau composite, des propriétés qui ne peuvent être celles d'un matériau homogène. Il permet de même la réalisation d'objets composites, formés de plusieurs matériaux distincts  .

Une des phases finales du cycle d'élaboration du matériau céramique est le frittage. Lors d'une série de conférences prononcées en 1968 à l'Institut de céramique française et à l'École nationale supérieure de céramique industrielle de Sèvres, il a été proposé une définition du frittage.

« Le frittage est la consolidation par action de la chaleur d'un agglomérat granulaire plus ou moins compact, avec ou sans fusion d'un ou de plusieurs de ses constituants ».

Cette définition est, à l'heure actuelle, toujours valable, et n'a été supplantée par aucune autre. Nous en reprenons dans le paragraphe 2.2.4...

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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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