Fiche Technologie

1. Objet et Périmètre

Cette fiche couvre les matériaux et technologies de composants électroniques clé entrant dans la composition du sous-ensemble de conversion et de gestion de l'énergie (AC/DC, DC/DC, LDO, gestion de batterie). Le document apporte des informations d'impacts environnementaux afin de guider les concepteurs dans la sélection de règles d'écoconception (cf. fiches opérationnelles).

2. Composants

Condensateurs

Inductances

Transformateurs

Diodes

Généralités technologiques

La diode est un dipôle non linéaire et polarisé à matériaux semi-conducteurs (jonction P-N) qui possède deux régimes de fonctionnement : bloqué et passant. Les principaux critères de choix d’une diode sont le courant direct maximal, la tension inverse maximale et la rapidité.

Le système européen de codification normalisé Pro Electron permet d'identifier le matériau (première lettre) et la fonction (deuxième lettre).

Codification du matériau semi-conducteur de base

• A : Germanium (Ge) – Rare aujourd'hui, utilisé dans l'ancien matériel.
• B : Silicium (Si) – Le plus courant pour les diodes de puissance et de signal.
• C : Arséniure de Gallium (GaAs) – Pour les diodes spécifiques (LED, haute fréquence).

Codification du type de diode (et de la fonction)

• A : Diode de signal (faible puissance)
• B : Diode de capacité variable (Varicap)
• C : Diode Zener (régulation de tension)
• L : Diode de puissance (rectification)
• S : Diode de commutation (switching)
• X : Diode multiplicatrice (ex: pour les doubleurs de tension)
• Y : Diode de redressement (puissance)
• Z : Diode Zener (parfois utilisé alternativement à C)
  

En écoconception, la codification Pro Electron est utile car elle permet d'identifier rapidement :

• Le matériau (impact minier : Silicium vs Germanium vs Gallium)
• La fonction réelle (éviter le surdimensionnement : utiliser une diode de signal là où une diode de puissance est spécifiée par erreur, ou inversement)
• La qualité (composant "grand public" vs "industriel"), ce qui influence directement la durée de vie et la réparabilité du système

Données d'impact environnemental

ee

Transistors de puissance

Régulateurs 

·         Module

o   Composants discrets VS semi-intégré

§  Version all-in-package, le circuit est intégré dans un boitier

§  Version montée sur PCB, composants accessibles

o   Inductance intégrée dans boitier

§  Nouvelles générations, gain de place, peu réparable

o   Conception optimisée

§  Versions miniature, large gamme de tension d’entrée et de sortie à rendement faible ou moyen et version très optimisées à très fort rendement mais généralement plus grosses et chère

o   Faible réparabilité

§  Dans les versions sur PCB, certains composants peuvent être changés (transistors, diodes)

§  Dans les versions intégrées, pas d’accès aux composants

·         Convertisseur (diodes et MOS intégrés)

o   Fortement intégré

o   Conception optimisée

o   Fiabilité élevée

o   Faible réparabilité

·         Contrôleur (Diodes et MOS externes)

o   Composants discrets

o   Conception personnalisée

o   Bonne réparabilité

·         Driver (complètement discret)

o   Composants discrets

o   Pilotage externe

o   Conception optimisée

o   Forte réparabilité

2)    Critères

·         Matériaux

o   Transistor :

§  Silicium

§  Composés GaN, SiC

o   Ferrites (filtres, transformateurs, inductances)

o   Condensateurs :

§  Tantale

§  Isolants (Condensateurs film)

·         Acrylique

·         Polycarbonate

·         Polyester

·         Polyéthylène

·         Polypropylène

·         Polyuréthane

§  Céramiques

§  Aluminium

o   Taille de PCB nécessaire

·         Occupation du PCB

o   Surface

o   Nombre de couches

o   Technologie (Standard 2, 4, 6-couches, IMS, Flex, Rigid-Flex)

o   Intégration des composants dans le PCB (inductances planar, condensateurs)

Exemples d'évaluation d'impacts environnementaux

comparatifs d'ACV de quelques technos emblématiques

Références bibliographiques

Pierre Mayé, Aide-mémoire composants électroniques, 6e édition, Dunod, Septembre 2021

Recommandations des industriels

à traiter, ventiler ...

Industriel	Verbatim	Etape Roue de Brezet
ATLANTIC	Quelle matière ? (dont CRM)        Piste de représentation: Matrice de choix ou radar par techno ?	1
BODET	Privilégier l'utilisation de condensateurs céramiques plutôt que chimique car leur durée de vie est supérieure	6
EMKA	privilégier des technologies non issues de terres rares	1
EMKA	privilégier des matériaux « courants » et recyclables comme le fer et l’aluminium	1
EMKA	privilégier les batteries à hautes densités énergétiques et les alimentations à haut rendement	1 ; 5
GUILLEMOT	Technologies de batteries : Li-Ion, NiMH … Piles vs. Accumulateur (rechargeable)	1 ; 5
EMKA	transmission d’énergie par ondes radio (sur porteuse AM)	0
EMKA	technologie sans fil par induction qui permet de « partager l’énergie » (CF Partage batterie Android)	0
EMKA	énergies renouvelables (cinétique, solaire, etc)	0
GUILLEMOT	Quelle technologie des transistors de puissance ? MOSFET vs. GaN ?	1 ; 5
GUILLEMOT	Types de condensateurs : électrolytique, tantale …	1