Étude et développement de matériaux céramiques à forte permittivité diélectrique dédiés à des applications RFID UHF fonctionnant entre -20 °C et +80 °C

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Électrocéramiques, Procédés d'élaborations, Propriétés micro-ondes, Rfid

Mots-clés

Céramiques électroniques,

Systèmes d'identification par radiofréquence,

Matériaux -- Propriétés électromagnétiques

La conception et la réalisation de tags RFID (IDentification par Radio-Fréquence) miniatures restent un domaine d'innovation visant à élargir les applications possibles, notamment en matière de traçabilité. L’objectif de cette étude, réalisée en collaboration avec AXEM Technology, initiateur du projet, était d’élaborer un tag miniature fonctionnel entre -20 °C et +80 °C à 867 MHz, avec une taille inférieure à 1,5 mm de côté. Pour qu’une antenne soit à la fois miniature et performante, elle doit avoir une permittivité diélectrique élevée (εr > 120), des pertes diélectriques les plus faibles possibles (QxF0 > 200 ou tan(δ) < 5x10⁻³), et un coefficient de température de la fréquence de résonance du tag (TCF ou τf) proche de zéro. Pour relever ce défi, une étude bibliographique approfondie a d’abord été réalisée afin d’évaluer la compatibilité de plusieurs structures cristallines et compositions avec le cahier des charges. Parmi les plus de 200 compositions étudiées et la vingtaine de matériaux céramiques élaborés, le matériau céramique Ag(Nb0,5Ta0,5)O3 (ANT50) s’est révélé le plus adapté au projet. Il présente une permittivité relative (εr) de 433, un facteur de qualité (QxF0) de 503 GHz (pour F0 = 2,02 GHz) et un TCF de 230 ppm/°C à 80 °C. Par ailleurs, des recherches ont été menées sur des matériaux céramiques biphasés afin d’ajuster le TCF. Parmi les systèmes développés, le matériau céramique [ANT35] – [ANT65] possède d'excellentes propriétés diélectriques. Cependant, des problèmes liés au cofrittage des deux composés ont été relevés, suggérant un axe de recherche important pour la suite. Enfin, une approche plus industrielle a guidé la fin de cette étude. Deux aspects essentiels ont été optimisés pour permettre un développement à grande échelle des tags RFID : la répétabilité des propriétés diélectriques et l’augmentation de l’échelle de production du matériau. Pour finir, ces travaux ont abouti à la fabrication d’un tag RFID miniature fonctionnel, dont les performances dépassent les attentes initiales, validant ainsi l’ensemble du travail effectué au cours de ces trois années.