Les condensateurs au tantale tirent profit des nombreuses avancées d'autres types de condensateurs. Capacitance, température et fiabilité plus élevées, ainsi que dimensions moindres sont certaines des améliorations qu'ont connu les pièces au tantale. Il s'agit de condensateurs à puce SMD utilisés en électronique grand public, ou encore de condensateurs au tantale pour des applications industrielles, militaires ou aérospatiales à haute fiabilité.
Les condensateurs au tantale sont polarisés et sont constitués d'une électrode d'anode au tantale avec une couche isolante d'oxyde en guise de matériaux diélectrique, recouverte d'un élément électrolytique solide ou liquide qui joue le rôle de la cathode. Cet assemblage permet aux condensateurs au tantale d'associer capacitance élevée par volume et faible poids. Les avancées techniques permettent aux fournisseurs de condensateurs au tantale d'obtenir des niveaux de capacitance plus élevés, selon Dave Valletta, vice-président directeur des ventes mondiales chez Vishay Intertechnology.
Comme d'autres fournisseurs, Vishay a remplacé l'oxyde de manganèse par un matériau polymère dans ses condensateurs au tantale. Selon Valletta, cela permet aux condensateurs de fonctionner à 80 % du courant nominal au lieu de 50 %.
« Le polymère est plus solide et a été développé en raison de son niveau de sécurité plus élevé comparé à la poudre de tantale traditionnelle », explique Valletta.
Vishay Intertechnology a récemment amélioré sa série T55 de condensateurs à puce soudée au tantale polymère montés en surface vPolyTan™ (figure 1) qui proposent désormais huit nouvelles tensions, aux formats A, B et T. La série T55 propose une gamme de capacitances de 3,3 µF à 470 µF à des tensions comprises entre 2,5 et 10 V, et une tolérance de capacitance de +/-20 %. La plage de température de fonctionnement est comprise entre
-55 °C et +105 °C. Les cathodes en polymère des condensateurs produisent une résistance de série équivalente plus faible comprise entre 500 mΩ et 25 mΩ à +25 °C et 100 kHz. Les classes de courant d'ondulation peuvent atteindre 2,28 A IRMS.
Figure 1 : condensateurs au tantale vPolyTan™ série T55 de Vishay. (Source : Vishay Intertechnology)
En matière d'électronique, la tendance étant à la miniaturisation, les fournisseurs de condensateurs au tantale adaptent leurs conceptions de produits de manière à faire rentrer la performance des grands condensateurs dans de plus petits.
AVX a développé ce qu'il considère comme les plus petits condensateurs polymères du marché. La série F38 (figure 2) est disponible en plusieurs tailles : 1,6 x 0,84 x 0,79 (L x l x H en mm) ou 2 x 1,24 x 0,79 (L x l x H en mm). Leurs tailles sont identiques à celles des condensateurs céramiques 0402, 0602 ou 0805, ce qui permet aux ingénieurs de réaliser des conceptions dans des polymères de capacitance sans parasites et stables sans changer de taille de carte, selon Allen Mayar, responsable du marketing produit chez Tantalum Capacitors.
Figure 2: condensateurs polymères de la série F38 d'AVX. (Source : AVX Corporation)
KEMET a revu ses méthodes de fabrication d'anodes sur ses condensateurs au tantale à l'aide de ce que la société appelle une technique de « mise en place vers le bas », selon Ken Lai, directeur de la gestion des programmes pour KEMET en Asie. Cela permet à la société de produire des condensateurs de 1 mm de haut et des unités de seulement 1,8 mm de large sur 0,8 mm de long.
AVX emballe désormais ses condensateurs au tantale à haute fiabilité dans des sachets anti-humidité pour en minimiser l'impact rencontré avec les emballages époxy non hermétiques, selon Lizzie Geismar, responsable du marketing produit pour High Reliability Tantalum. Ceci réduit le niveau de retours de condensateurs à l'initiative des clients. La société a récemment présenté des emballages hermétiquement scellés à montage en surface pour les condensateurs polymères comme à ceux à oxyde de manganèse. Ces emballages permettent une utilisation dans des applications à haute température et à haute fiabilité. Le condensateur à oxyde de manganèse de la série TTH peut supporter des températures de fonctionnement jusqu'à 230 °C, ce qui est parfait pour des applications nécessitant un perçage. Le condensateur polymère hermétiquement scellé de la série TCH est conçu pour les satellites.
Nouvelles applications
Les condensateurs au tantale se frayent un chemin dans un certain nombre de produits, y compris les périphériques SSD et mobiles, ainsi que les équipements à hautes performances pour le Cloud. Selon Lai, de chez KEEMET, les condensateurs polymères au tantale servent à éviter la perte de données lorsque le SSD n'est plus alimenté. La longue durée de vie utile, la faible épaisseur et la densité de haute énergie des condensateurs polymères en font les produits parfaits pour ces applications.
Les condensateurs au tantale sont également utilisés dans des équipements pour le Cloud basés sur FPGA ou ASIC nécessitant le découplage et le filtrage de fréquences, ajoute Lai.
Le secteur de l'électronique pour l'automobile est également en croissance. La série KO-CAP T591 de KEMET (figure 3) est conçue pour le découplage et le filtrage de convertisseurs CC/CC dans des applications d'infodivertissement automobile et d'assistance au conducteur, ainsi que dans des conditions industrielles difficiles pour lesquelles humidité et température élevées sont à prendre en compte.
Le modèle KO-CAP T591 est disponible dans des capacitances jusqu'à 220 microfarads et des tensions jusqu'à 10 volts. La série tolère désormais des températures de fonctionnement jusqu'à 125 °C, mais les prochaines versions supporteront des températures jusqu'à 150 °C et des tensions jusqu'à 63 V.
Figure 3 :condensateur électrolytique au tantale T591 pour l'automobile par KEMET. (Source : KEMET)
Le domaine des appareils médicaux, particulièrement exigeant, est également le terrain de jeu des condensateurs au tantale. AVX a récemment développé la série T4J de condensateurs médicaux (figure 4). Ces derniers sont conçus pour une utilisation dans des applications médicales non implantables. La série T4J propose des condensateurs entre 1 et 680 µF. Ils sont disponibles dans des tensions de 6,3, 10, 16, 20, 25, 35 et 50 V. La température de fonctionnement varie de -55 °C à +125 °C.
Figure 4: condensateurs médicaux de la série T4J d'AVX. (Source : AVX)
Les condensateurs humides au tantale, utilisés dans des applications à haute fiabilité, tirent également profit des améliorations en matière de performance. Vishay propose désormais un condensateur humide au tantale approuvé pour le schéma 15005 de la Defense Logistics Agency (DLA), avec une tension inverse de 1,5 V à 85 °C et capable de supporter un choc thermique de 300 cycles. Le périphérique est initialement proposé dans une taille d'unité axiale T4 avec une valeur de capacitance de 1 000 µF, une tolérance de capacitance de +/-10 % et +/-20 % et une tension nominale de 75 V. Il peut fonctionner à 125 °C avec diminution de tension.
Approvisionnement en poudre de tantale
Au début de la décennie, la poudre de tantale vint à manquer, créant un défi pour les fabricants de condensateurs au tantale qui essayaient de suivre la demande. Ce n'est plus le cas désormais, car les approvisionnements en poudre de tantale sont constants, dit Dave Valletta de chez Vishay.
« En raison de la demande, la poudre de tantale a connu des fluctuations comme n'importe quel autre matériel », dit Valletta. « Parfois à la hausse, parfois à la baisse ». Mais la demande revient toujours ; aucune de ces fluctuations de l'approvisionnement ne dure longtemps ».
Les fournisseurs de condensateurs prennent également les mesures nécessaires pour éviter les interruptions de leur chaîne d'approvisionnement en tantale en raison de conflits politiques dans les régions d'origine du matériau. KEMET, par exemple, a développé une chaîne d'approvisionnement en tantale, à l'abri des conflits et intégrée verticalement, dont la société prétend qu'elle garantit un approvisionnement fiable de pièces à destination de l'industrie mondiale de l'électronique. La chaîne d'approvisionnement couvre tous les processus, de l'extraction minerai de tantale jusqu'à la fabrication des condensateurs.