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Article de référence | Réf : E1820 v3

Propriétés des matériaux céramiques
Céramiques pour composants électroniques

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

Date de publication : 10 mai 2012

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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

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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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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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3. Propriétés des matériaux céramiques

Le terme « céramique » qualifie avant tout la technologie de fabrication d'un objet. Par extension, un matériau céramique est un matériau caractérisé en ce qu'il est élaboré selon la technologie céramique. On ne peut donc pas a priori associer des propriétés à des céramiques, dont la technologie de fabrication permet de mettre en œuvre un très grand nombre de matériaux distincts dont les propriétés physiques peuvent être très éloignées les unes des autres. Nous allons dans ce paragraphe établir une liste non exhaustive des différentes propriétés de divers matériaux céramiques, que l'on peut exploiter lors de leur utilisation dans l'élaboration de composants électroniques. Outre l'obtention des caractéristiques brutes des divers matériaux, nous verrons que la technologie céramique présente l'originalité de permettre la maîtrise de composants inhomogènes : inhomogénéité dans la composition permettant d'appliquer les lois des mélanges pour la définition de la caractéristique considérée, inhomogénéité dans la microstructure du matériau permettant l'exploitation de phénomènes d'interface au niveau des joints de grains, inhomogénéité dans la structure du composant qui rassemble dans un même volume différents matériaux distincts dans le but de réaliser une ou plusieurs fonctions complexes.

3.1 Propriétés directement exploitées dans la fonction composant

Nous allons succinctement passer en revue les diverses propriétés de matériaux susceptibles d'être élaborés et mis en forme par la technologie céramique, et qui sont exploitées dans la fonction composant. Certaines de ces propriétés peuvent être cumulatives, par exemple un condensateur de type 3 présente également un effet varistance ou bien un ferrite doux pourra être caractérisé par sa résistivité, mais ce n'est pas le cas général. Certains matériaux peuvent être utilisés pour des fonctions différentes pouvant être contradictoires selon les ajouts – dopants venant en substitution dans le réseau cristallin ou bien secondes phases – qui leur ont été faits ou selon la technologie de mise en œuvre que l'on exploite.

Par exemple, le titanate de baryum peut être isolant et diélectrique pour ses...

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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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