I componenti passivi, principalmente induttori, condensatori e resistenze, sono onnipresenti in qualsiasi applicazione del settore industriale e dell'elettronica di consumo, per realizzare l’indispensabile interconnessione tra i dispositivi attivi che formano i circuiti elettronici. A livello mondiale, le vendite complessive di componenti passivi, compresi i moduli, nel 2009 sono state pari a 22 miliardi di dollari e, anche con la crisi dell'economia mondiale, il mercato continua a crescere anche se un po' più lentamente rispetto al passato. I condensatori rappresentano di gran lunga il segmento più importante del mercato, circa il 60 percento (pari a 13 miliardi di dollari), mentre il resto è equamente suddiviso tra moduli (che integrano più componenti passivi di tipo diverso) e i comuni induttori e resistori, con una piccola quota di altri dispositivi classificati come componenti passivi.
I moduli passivi
I cosiddetti moduli, non sono in realtà veri componenti passivi ma realizzazioni circuitali a più componenti, in cui però la parte passiva ha un ruolo determinante e che vengono proposti dagli stessi produttori che propongono le varie linee di passivi e che dei passivi hanno sia la forma che le dimensioni e quindi per similitudine vengono aggregati alla stessa categoria merceologica: il classico esempio sono i convertitori CC/CC. Murata propone convertitori buck miniaturizzati (serie Lxdc2HL) con dimensioni pari a 2,5 x 2 x 1,1 mm (max), e tensioni d’ingresso comprese tra 2,3 e 5,5 V, che utilizzano un substrato di ferrite di nuova concezione che integra al proprio interno l’induttore di potenza, garantendo livelli di rumore particolarmente contenuti. Vishay ha annunciato di recente nuovi convertitori cc/cc Functionpak, ovvero moduli di controllo corrente in package BGA che integrano una ventina di componenti in un dispositivo di soli 15x15 mm, e spesso 3,2 mm.
La ricerca di nuovi materiali
Per quanto riguarda i componenti più tradizionali, l'evoluzione punta sempre nella stessa direzione: componenti più piccoli, meno costosi e con migliori caratteristiche; per progettisti e produttori di condensatori e resistori, questo significa ricerca di nuovi materiali (o combinazioni diverse di materiali tradizionali), tecniche di packaging innovative e processi di produzione migliori che si traducono in costi più bassi per singolo pezzo. Nel caso dei condensatori, la ricerca tecnologica punta a sperimentare una vasta gamma di materiali con proprietà dielettriche che permettano di migliorare la densità di energia, la risposta in frequenza, la temperatura di lavoro, la resistenza equivalente in serie e l’induttanza equivalente in serie, importante tanto quanto il dato di Esr in quanto in certi casi può addirittura determinare la comparsa di circuiti risonanti, ben più pericolosi dal punto di vista della stabilità di un circuito di un filtraggio non impeccabile dovuto alla Esr. Il condensatore ceramico multistrato è un esempio eccellente di un componente che ha goduto di una significativa diversificazione applicativa grazie alla grande varietà di materiali dielettrici e ai miglioramenti nella progettazione del dispositivo in modo da permettere di realizzare dispositivi adatti a soddisfare esigenze progettuali anche molto complesse. I dielettrici della Classe II EIA, con valori di k elevati, buona efficienza volumetrica anche se con stabilità in temperatura più bassa rispetto ai dielettrici in Classe I, hanno reso possibile la realizzazione di condensatori altamente specializzati proprio grazie alla disponibilità di diverse temperature e intervalli di tolleranza. Le ceramiche basate sui titanato di bario (Ba2 TiO3), che sono la maggioranza anche se altri composti stanno guadagnando spazio, erano considerate fino a poco tempo fa più complesse da gestire e meno affidabili; oggi invece anche i condensatori in X5R, X7R Y5P e Y5V sono una realtà. A proporli sono ormai molti costruttori, da TDK Electronics a Yageo, AVX, Kemet e altri.
I supercondensatori
Un altro esempio dell'importanza di nuovi materiali si trova nell'arena degli ultracondensatori o ultracapacitor, disponibili ormai in un range di capacità da 1 a 9000 F o più, con densità di energia che è andata gradualmente aumentando negli ultimi dieci anni grazie agli sforzi per rendere la densità di energia paragonabile a quelle delle classiche batterie al piombo. Tra i protagonisti in questo settore, il principale è sicuramente Maxwell con i suoi BoostCap, disponibili in una gamma di dimensioni e di configurazioni modulari che offrono alti livelli di efficienza (>95%) e di potenza (da 10 kW al MW) per una vasta gamma di applicazioni, inclusa l'elettronica consumer, i veicoli ibridi e le sorgenti di energia rinnovabile. Secondo alcune ricerche di mercato gli ultracondensatori (o supercondensatori) sono destinati a rimpiazzare rapidamente qualsiasi forma di immagazzinamento dell'energia elettromagnetica, se lo sviluppo di nuovi materiali proseguirà con l'attuale progressione e le maggiori prospettive sembrano provenire dall'ambito delle nanotecnologie; è recente l'annuncio da parte di Nanotek Instruments di un supercondensatore basato sul grafene, che ha una densità di energia paragonabile a quella delle batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4) ma con una velocità di trasferimento dell'energia rapidissima, con carica e scarica in pochi minuti o addirittura secondi, caratteristica questa comune a tutti i condensatori.
L’innovazione nel packaging
I condensatori multistrato ceramici sono anche un banco di prova per l'innovazione in fatto di packaging. La rigidità del substrato ceramico può diventare problematica quando si abbina alla (relativa) flessibilità del circuito stampato su cui il componente è montato o in presenza di sollecitazioni termiche e/o vibrazioni. Spesso questi problemi si traducono in rottura all'interaccia tra il substrato ceramico e i terminali metallici del componente; il problema è stato risolto con packaging che garantissero un minimo di "flessibilità" dei terminali. Antesignana di questa soluzione è Syfer, una tra le prime aziende a proporre terminazioni flessibili nei componenti della famiglia Flexicap. Da notare che, diversamente da altre soluzioni, la tecnologia Flexicap non trasferisce lo stress e le tensioni agli strati interni del condensatore (per non modificarne le caratteristiche elettriche) ma li assorbe totalmente.
