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
Comparatif technologique (composition) et d'impacts entre le Tantale, le céramique et l'électrolytique
Comparatif pour une capacité de 10 uF
Un condensateur est formé de deux armatures métalliques séparées par un isolant, le diélectrique. Le condensateur chargé forme donc une réserve d’énergie.
La grande variété des matériaux diélectriques employés implique de nombreux types de condensateurs aux propriétés diverses. En particulier, chaque type de composant a un domaine de fréquence qui lui est propre.
- Condensateurs à film plastique (polyester, polystyrène, polycarbonate, polypropylène…) : quel usage classique ?
- Condensateurs céramiques : usage en hautes fréquences
- Condensateurs électrolytiques à l'aluminium : usage en basses fréquences
- Condensateurs au tantale : ...
Domaines d’utilisation dans une fonction d'alimentation
- Accumulation d’énergie
- Filtrage d’une alimentation continue
Comparatif de Material Declaration
- Metallized Polyester Film (Kemet)
- Tantale (Kemet)
- Aluminium Electrolytic (TDK)
| Techno Film | |||||
| Element / Anode / Active Part | Metallized PET Film | PET | |||
| Alu | |||||
| Metal Spray | Tin | ||||
| Zinc | |||||
| Alu | |||||
| Copper | |||||
| Encapsulation / Molding Epoxy | Thermosetting Resin | Epoxy resin | |||
| Halogen free plastic case | PBT + Glass Fiber | ||||
| Termination / Leadframe | Core Metal | ||||
| Finish plating | |||||
| Masse totale |
Inductances
Transformateurs
Diodes
Généralités technologiques
Le système européen de codification normalisé Pro Electron permet d'identifier le matériau (première lettre) et la fonction (deuxième lettre) des composants semi-conducteurs dont les diodes.
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 fiabilité du sous-ensemble électronique
Exemples de Déclaration de Matériaux :
- Diode de signal, BAS16 : https://www.nexperia.com/chemical-content/BAS16.html
- Diode Schottky BAR43 : https://www.st.com/en/diodes-and-rectifiers/bar43.html#quality-reliability
Données d'impact environnemental
Comparatif simplifié de matériaux (extraction minière et procédés de fabrication des semi-conducteurs).
| Type | Boitier | Masse de réf. | GWP (kg CO2e) | ADP-e (kg Sb eq.) | POCP (kg NMVOC eq.) | EP-fw (kg P eq.) |
| Diodes Trisil, transil et Schottky; Fab. en Chine | SMA ; SMB ; SMC ... | 107 mg | 3,10E-01 | 6,99E-07 | 4,31E-04 | 6,59E-07 |
| Diodes de signal | SOT23 ; SOT89 ; SOT323 ... | 18 mg | 2,37E-02 | 2,41E-07 | 3,36E-05 | 4,99E-08 |
Note : indicateurs d'impacts de la base CODDE (méthode PEF EF 3.1). Score moyen de qualité des données. Voir le glossaire général pour les acronymes.
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 ...
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Industriel |
Verbatim |
Etape Roue de Brezet |
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ATLANTIC |
Quelle matière ? (dont CRM)
Piste de représentation: Matrice de choix ou radar par techno ? |
1 |
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BODET |
Privilégier l'utilisation de condensateurs céramiques plutôt que chimique car leur durée de vie est supérieure |
6 |
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EMKA |
privilégier des technologies non issues de terres rares |
1 |
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EMKA |
privilégier des matériaux « courants » et recyclables comme le fer et l’aluminium |
1 |
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EMKA |
privilégier les batteries à hautes densités énergétiques et les alimentations à haut rendement |
1 ; 5 |
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GUILLEMOT |
Technologies de batteries : Li-Ion, NiMH … Piles vs. Accumulateur (rechargeable) |
1 ; 5 |
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EMKA |
transmission d’énergie par ondes radio (sur porteuse AM) |
0 |
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EMKA |
technologie sans fil par induction qui permet de « partager l’énergie » (CF Partage batterie Android) |
0 |
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EMKA |
énergies renouvelables (cinétique, solaire, etc) |
0 |
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GUILLEMOT |
Quelle technologie des transistors de puissance ? MOSFET vs. GaN ? |
1 ; 5 |
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GUILLEMOT |
Types de condensateurs : électrolytique, tantale … |
1 |
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