Dans toutes les poches

DU NICKEL DANS CHAQUE POCHE DE MINUSCULES CONDENSATEURS POUR RESTER CONNECTÉS

Le nickel a permis de miniaturiser les condensateurs céramiques multicouches sans réduire leur capacité, simplement en réduisant l’épaisseur de leur couche diélectrique. Le téléphone intelligent, dont on ne se sépare plus, est un système électronique complexe incorporant une multitude de fonctions, toutes alimentées par la même batterie interne. Leurs circuits électroniques intègrent différents composants tels que diodes, transistors, résistances, inductances et condensateurs, raccordés par des fils conducteurs ou par des pistes imprimées sur une plaquette. Le condensateur sert à emmagasiner une certaine charge électrique (sa capacité), plus ou moins comme une pile rechargeable.

Les condensateurs sont essentiels au fonctionnement des circuits électroniques. Si les unités d’alimentation pouvaient fournir une tension constante quel que soit l’appel de courant et si aucun composant ne produisait de bruit électrique, il n’y aurait pas besoin de condensateurs. Mais les fluctuations de tension sont inévitables, et il faut bien les lisser. Le condensateur constitue un tampon de stockage servant à toujours fournir assez de courant pour alimenter tous les composants et à filtrer le bruit, afin que les différents sous-circuits électroniques fonctionnent comme prévu.

Les appareils électroniques grand public intègrent souvent des centaines de minuscules condensateurs, voire plus d’un millier pour des téléphones intelligents de pointe tels que l’iPhone. Il s’agit de condensateurs céramique multicouches, qui peuvent être aussi petits qu’un grain de sable. Ils servent à découpler les différents sous-circuits de manière à protéger chacun d’eux des fluctuations de courant d’alimentation causées par l’activité des autres.

Anatomie d’un condensateur céramique multicouches

Les condensateurs céramiques multicouches se composent pour l’essentiel d’au moins deux plaques de métal parallèles (les électrodes) séparées par un matériau isolant (le diélectrique). À l’heure actuelle, ils peuvent compter 600 électrodes parallèles de moins d’un micromètre d’épaisseur.

Ils ont été inventés il y a plus de 40 ans pour remplacer les condensateurs céramique à disque. Ces derniers présentaient seulement deux pattes se montant le plus souvent dans des trous sur la plaquette de circuit imprimé. Ils ne se prêtaient ni au montage rapide ni à la miniaturisation des circuits. Les condensateurs céramique multicouches, en revanche, présentent une forme rectangulaire permettant un montage à cadence élevée. Leurs électrodes se composaient au départ d’un alliage argent-palladium (Ag-Pd), qui a été remplacé par du nickel au début des années 2000. Le nickel présentait plusieurs avantages par rapport à

l’alliage Ag-Pd, dont les suivants :

• couches diélectriques plus fines ; • capacités plus élevées (plus grande densité d’énergie volumique) ; • moindre coût.

Le nickel est désormais le matériau de choix pour la fabrication des condensateurs céramique multicouches. Il a permis de les miniaturiser en réduisant l’épaisseur de la couche diélectrique sans modifier leur capacité. Les condensateurs céramique multicouches au nickel sont présents notamment dans les téléphones intelligents, les objets personnels connectés (tels que montres intelligentes et moniteurs d’activité physique), les systèmes d’avionique et les véhicules intelligents (en particulier ceux équipés de systèmes d’aide à la conduite). En fait, ils sont partout où se trouvent des modules électroniques miniaturisés. On en fabrique jusqu’à quatre mille milliards par an, dont 40 % rien que pour les téléphones intelligents. En 2020, 4 800 tonnes de nickel ont servi à la fabrication de ces

minuscules composants dont dépend le fonctionnement des appareils électroniques intelligents d’aujourd’hui. En 2020, 4800 tonnes de poudre de nickel ont servi à la fabrication de condensateurs céramiques multicouches, qui peuvent être aussi petits qu’un grain de sable.