Brevet FR2303442A1 — publié le 19761001

La présente invention concerne la technologie de fabrication des composants imprimés des circuits électriques et a notamment pour ob,)ut un résistance impY née et un procédé de fabrication de celle-ci. On connaît des résistances imprimées ayant une structure à couches qui comporte un support rigide - un substrat - et une ni site conductrice de courant en feuille rince métalli eue fixée au support. Le dessin de cette piste est réalisé selon un circuit électrique déterS!ine 9 et elle est dotée de deux connexions de courant et d au moins une connexion de potentiel Les procédés de fabrication de ces résistances comprennent en général des opérations essëntielles telles au'un traitement thermique de la feuille métallique, son collage au substrat, la formation du dessin de la piste en un alliage à haute résistivité par photogravure, le décapage du métal dans une solution appropriée et l'ajustage de la valeur de la résistance à celle exigée par modification du circuit électrique formé par la piste conductrice de courant. Un des problèmes principaux à résoudre au cours de l'étude et de la fabrication des résistances imprimées est la réproduction de la variation de la résistance en fonction de la température (y compris les procédés de compensation thermique). On résout d'ordinaire ce problème par un choix approprié des matériaux nécessaires à la fabrication de la résistance imprimée : d'un matériau à résistivité à coefficient de température déterminé et des matériaux de substrat, d'isolement et des colles ayant des coefficients de dilatation linéaire déterminés, ainsi qu'en respectant un ordre déterminé de disposition successif et en choisissant convenaelemnt l'épais seur de ces matériaux.Pourtant, une attention particulière est portée au coefficient de température de résistance du matériau à haute résistivité et aux coefficients de dilatation linéaire du matériau a haute résistivité et du substrat (du support) On connaît, par exemple, la réalisation d'une compensation thermique d'une résistance imprimez, par un choix c'onvenable des matériaux du substrat et de la piste conductrice de courant. Le matériau du substrat de cette résistance est choisi avec un coefficient de dilatation linéaire thermique dsensiblement inférieur au coefficient dfo dilatation linéaire fler.rioue du matériau à haute résistivité (du matériau de la piste conductrice de courant) ; notamment, le suéstrat a eté réalisé et un verre dont le coefficient de dilatation linéaire thermicue est 'gal 0-6 I/F . Or, cette solution constructive comporte deux inconvenient D'une part, on doit utiliser des matériaux à parametres de haute précision et stables 5autre part, la tenue des caractéristiques de telles résistances dans le temps n'est. pas assurée, car une grande différence des coefficients de dilatation linéaire thermique de la résine époxy (colle), du matériau à haute résistivité et du verre provoque des contraintes mécaniques dans le matériau à haute résistivité de la piste conductrice de courant, qui provoquent son altération irréversible. On connaît bien des schémas de résistances imprimées où la compensation thermique est obtenue par la mise en série des portions de résistances à coefficients de température de résistance de signes opposés. Cependant, on ne connait pas à l'heure actuelle un matériau à haute résistivité à coefficient de température de résistance négatif, c'est pourquoi les portions de résistances à coefficient de température de résistance négatif sont réalisés en matériau semi-conducteur. On connaft une autre résistance imprimée réalisée en matériaux de départ à coefficients de dilatation linéaire thermique sensiblement égaux nette résistance présente une haute tenue des caractéristiques dans le temps, ais le problème de la compensation thermique de cette résistance n'est pas résolu Un bas coefficient de température de résistance du matériau à haute résistivité n'est obtenu qu'en employant des processus métallurgiques déterminés suivis de traitement thermique de la feuille métallique. La valeur du coefficient de température de résistance de la feuille métallique ainsi obtenue détermine essentiellement la variation de la valeur de la résistance en fonction de la température. De ce qui précède il résulte que ces procédés ne permettent pas de fabriquer des résistances imprimées à compensation thermique maximale sans altérer la tenue des caractéristiques dans le temps, ni sans être obligé de choisir soigneusement les matériaux à paramètres techniquffis détermines L'invention vise à mettre au point, en utilisant les matériaux à haute résistivité existants et en assurant la conservation des avantages des résistances imprimées connues, une résistance imprimée et un procédé de sa fabrication qui permettraient la production industrielle des résistances imprimées à variation voulue de la résistance en fonction de la température. Ce problème est résolu du fait que dans une résistance imprimée ayant une structure à couches qui est constituée par un substrat et une piste conductrice de courant en feuille métallique fixée audit substrat et munie de deux connexions de courant et d'au moins une connexion de potentiel, selon l'invention la piste conductrice de courant est formée d'après un circuit à branches en série parallèle, un tronçon d'une des branches parallèles au moins étant réalisé en matériau à coefficient de température de résistance supÉrieur à celui du matériau de l'autre partie de la riste conductrice de courant qui est un alliage de résistance, ce tronçon étant relié d'un côté à l'une des connexions de courant, et de l'autre côté, à l'une des connexions de poterltlele Le problème précité est aussi résolu > race au fait que dans le procédé de fabrication de cette résistance imprimée consistant en un traitement thermique de la feuille métallique, son collage au substrat, la formation de la piste conductrice de courant de la résistance, selon l'invention on applique, avant le tralteMeFt thericue de la forme métallique, sur une superficie quelconque de cette feuille, assez grande pour recevoir 1 partie à thermocompensation de la résistance fabriquée, un revtement métallique à coefficient de température de résistance supérieur à celui de La feuille métallique et ayant une plus grande vitesse de dissolution dans le décapant on effectue le traitement thermique de l feuille m étal li que revêtue à une température suffisante-pour l'achèvement du processus ce diffusion à l'inter-t)-ice de la feuille et de ce revCtement, on colle la feuille au substrat par sa surface revêtue et on forme la piste conductrice de courant d'après le schéma des connexions sére-parallèle des branches de façon à disposer une partie au moins d'une des branches parallèles de la piste sur la partie revêtue de la feuille métallique. Il est rationnel d'ajuster, après la formation de la piste conductrice de courant, le coefficient de température de résistance résultant de la résistance imprimée à celui voulu par modification de la valuer de ré 51 stance de la partie à thermocompensation de la résistance Il est aussi possible d'ajuster, aprés la formation de la piste conductrice de courant, le coefficient de température de résistance résultant de la résistance imprimee à celui voulu par modification de la résistance de la partie sans compensation thermique de la résistance La résistance imprimée selon l'invention est caractérisée par une faible variation de la résistance en fonction de la température, même en cas d'utilisation d'un matériau à grande variation de la résistivité en fonction de la température Elle peut être fabriquée avec une valeur de coefficient de température de résistance déterminé indépendemment des paramètres du matériau à haute résistivité de départ.Pour sa fabrication, cette résistance n'exige pas un choix sévere des paramètres du matértas a haute résistivité et du substrat en fonction des conditions de connensation thermique La résistance est aussi caractérisée par une haute tenue des caractéristiques dans le temps, une bonne évacuation de chaleur et une solidité mécanique élevée. Le procédé proposé de fabrication de ladite resistance imprimée comporte des opérations technologiques réalisées à l'aide de moyens simples et accesibles. L'invention ressortira plus clairement de la descrintion suivantè de modes de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe de la pièce brute pour résistance imprimée - la figure 2 représente une vue en coupe de la résistance selon l'invention - la figure 3 représente un schéma électrq'.ie agrandi de la piste conductrice de courant d'une résistance imprimée selon l'invention - la figure 4, idem, pour une autre variante de la résistance imprimée - la figure 5, représente un schéma électrique de principe de la piste conductrice de courant de la résistance imprimée schématisé sur la figure 3 - la figure 6, idem, après l'ajustage du coefficient de température de résistance de la résistance. La pièce brute pour résistance imprimée représentée en coupe sur la figure 1 est constituée d'une feuille métallique 1, d'un matériau à haute résistivité avec un revêtement métallique 2 porté sur une partie de la feuille, et d'un substrat rigide 3 fixd par des couches de colle 5 et 6 à la feuille 1 par l'intermédiaire d'une couche électriquement isolante 4. En tant que matériau à haute résistivité on peut utiliser le nichrome ou le manganine, le revêtement métallique 2 peut être réalisé et nickel ou en argent, le substrat 3 en acier ou en aluminium, en manganine, etc. La couche isolante 4 est fabriquée en tissu de verre. Sur la figure 2 est représentée en coupe une résistance imprimée où, à la' différence de l'ébauche de la figure 1, dans la feuille 1 est formée par décapage une piste conductrice de courant 7 divisée en tronçons , 9 et 10. Le tronçon 10, qui constitue la partie à thermocompensation de la résistance, porte le revêtement métallique ?. Sur la figure 3 est représenté un schéma électrique agrandi de la piste conductrice de courant 7. Les tronçons 8, 9 et 10 de la piste 7 sont interconnectés électriquement de façon fon.e', rar rapport aux connexions de courant I1 et 12, des branches parallèles, une des branches comportant le troncon b et l'autre branche comportant le tronçon 9 fabriqué en un matériau principal à haute résistivtté, avec lequel est mis an série le troncon 10 à revêtement tallique 2 dont le coefficient de température de rssi:;tance est supérieur a celui du matériau à haute resistivttè. outre cela, la résistance est munie de deux connexions ce potentiel V1 et V2.Le tronçon 1G de la résistance se trouve inséré entre la connexion de courant et et la connexion de potentiel Y? Sur la figure 4 est représenté un schéma électrique agrandi d'une résistance imprimée comportant, à la différence de la variante schématisée sur la-figure 3, un tronçon 11 de la piste électroconductrice mis en série avec les branches parallèles de la résistance. Le tronçon 11 a une résistivité plus haute que les tronçons 9 et 8 (tronçon plus long de la piste). Les tronçons 11 #, 99 8 forment la partie sans compensation thermique de la résistance. Sur la figure 5 est représenté le schéma électrique de principe de la piste conductrice de courant, où l'on voit que les tronçons 8, 9 et 10 sont formés par des sections 12 mis en série, chaque section 12 étant formée par des branches parallèles. Le tronçon 11, qui n'est pas montré sur la figureS, est formé d'une façon identique. Sur la figure 6 est représenté le même schéma après l'ajustage du coefficient de température de résistance de la résistance. Certaines sections 12 ont une des branches parallèles coupée aux endroits 13. La résistance imprimée décrite est fabriquée de la façon suivante. Sur une partie déterminée de la feuille 1 obtenue par un procédé métallurgique on porte un revêtement métallique 2 par un procédé quelconque, soit galvanoplastique, soit par vaporisation, etc. Le matériau du revêtement 2 doit avoir un coefficient de température de résistance sensiblement supérieur à celui de la feuille 1 et se dissoudre dans le décapant plus vite que la feuille 1. L'épaisseur et la superficie du revêtement ? sont choisies en fonction du rapport resistivité-coefficients de temprature de résistance de la feuille 1 et du matériau du revêtement 2, et doivent suffire pour recevoir la partie à thermocompensantion de la résistance. Après l'obtention du revêtement métallique ', l'ébauche est soumise à un traitement thermique en regimbe optimal afin d'assurer le coefficient de température de résistance voulu de la feuille ;; et du revêtement . et l'achèvement de la diffusion à l'interface feuille métallique 1 - revêtement métallique 2. La conduite du traiterent thermique de la feuille métallique 1 arrès le dépôt du revêtement métallique 1 est avantageuse parce que, outre la diminution Su coefficient de température de résistance de la feuille métallique 1 , on obtient une élévation importante du coefficient de température de resistance du revêtement métallique 2 et sa meilleure adhésion à la feuille métallique La 'l diffusion complètement finie assure une haute tenue des caractéristiques de la résistance imprimée dans le temps. L'opération technologique suivante est le collage de la feuille métallique 1 par sa surface avec revêtement : sur le support rigide (substrat 3) avec une couche isolante 4. Ainsi, on obtient un produit à couches (ébauche) comportant (voir figure 1) ; la feuille 1 le revêtement métallique 2, les couches 5 et ô de colle # le couche isolante 4 et le substrat rigide 3. L'opération suivante de fabrication de la résistance est la réalisation du dessin de la ciste conductrice de courant 7 (figure 2) par photogravure. Cette opération consiste à éliminer des parties superflues de la feuille métallique 1 et du revêtement métallique 2.L'élimination de ces parties et la réalisaticn du dessin de la piste conductrice de courant 7 sont faites selon le schéma de connexion série-parallèle des branches, de façon à disposer une partie d'une des branches parallèles au moins de la piste 7 sur la partie de la feuille métallique avec revêtement ' Après Le décapage on obtient un dessin déterminé de la piste conductrice de courant de la résistance Les troncons , 9, 10 de la piste condlictrlce de courant 7 ont chacun une valuer de résistance déterminée et sont reliés electriement entre eux.Des exemples de connexion électrique des tronçons à thermo-compensation ae la résistance sont montres sur les figures 3 et 4, où les tronçons de résistance, par exemple 8, 9 et 11, n'ont pas de revêtement métallique, tandis cue le tronçon 10 en possède Les troncons 8, 9 et 1C de la piste conductrice de courant (en coupe) sont schématisés sur la figure W. Le troncon 1 1 d la résistance n'est pas montré sur la figure 2. Après le décapage on effectue le lavage et le séchage. L'opération technologique suivante est l'ajustage des résistances à la valeur nominale par modification des valeurs de résistance des troncons , 9 et 11. Après l'ajustage de la valeur de la résistance à la valeur nominale, on réalise l'ajustage du coefficient de température e re sistar.ce résultant de le # résistance imprimée à la valeur donnée en fonction du principe de compensation thermique oui consiste en ce qui suit. Lés tronçons b a et 10 (voir figure 8) de la résistance forment un montage à bruches parallèles par rapport aux bornes de courint I1 et 12 Le tronçon 10 avec le revêtement métallique 2 est mis en sorie avec le tronçon o dans une des branches ; sur le tronçon q on ci avoir une chute de tension constante indépendemment de la variation de la température de la résistance imprimée bn cas de variation de la température, on observe une redlstributlon des courants dans les branches parallèles de la résistance Par exemple, lorsque la température augmente on observe une élévation de la résistance de tous les tronçons oie la résistance, ce qui entraîne le changement de la tension sur ces tronçons Toutefois, étant donne que le tronçon 10 a un revêtement métallique 2 à coefficient de température de résistance sensiblement supérieur à celui de la feuille métallique 1, la résistance du tronçon 10 ereît brusquement, ce qui diminue le courant dans cette branche. Lorsque la température diminue, la resistance du tronçon On diminue brusquement par rapport au tronçon 3, ce qui entrîne une redistribution des courants dans les branches parallèles et, en particulier, une croissance il courant passant par le tronçon 9. Ainsi, la dépendance de la chute de tension sur le tronçon 9 de la température diminue. Afin de réaliser une résistance de très grande valeur mais de faible encombrement, il est rationnel d'avoir quatre tronçons de résistance reliés comme le montre la figure , ou seul le tronçon 11 est à haute résistivité. L'ajustage du coefficient de température de résistance et l'ajustage de la valeur de résistance à la valeur nominale se font de la même façon : par coupure des branches de dérivation. Pour que le coefficient de température de résistance de la résistance imprimée soit égal à zéro, il faut respecter le rapport (pour le schéma de la figure 3). R10 = (R8 + R9) 10 où R8, R9, R10 sont les résistances des tronçons 8, 9, 10 8, 9 est le coefficient de température de résistance du matériau résistant de départ respectivement est est le coefficient de température de résistance du tronçon 10 avec revêtement 2. Conformément à la solution proposée du problème, on choisit des matériaux pour lesquels 910 5 > En général, après la formation, par exemple par décapage, de la piste conductrice de courant 7, les valeurs initiales des résistances R8, Rg et R10 sont sensiblement inférieures aux valeurs de résistance nominales exigées ; les valeurs de 9 et t10 sont deerminées par les matériaux de départ, le processus de dépôt du revêtement 2 et le traitement thermique. Ainsi, après le décapage, ces coefficients restent les mêmes. Par conséquent, l'ajustage se fait par augmentation de la résistance des tronçons 8, 9, 10. L'augmentation de la résistance des tronçons 8, 9 et 10 de la piste conductrice de courant peut se faire par différents procédés, par exemple par variation du schéma de connexion des sections 12 de la piste 7 en coupant le-s branches parallèles aux endroits 13. n noter que l'ajustage du coefficient de température de résistance et de la valeur de la résistance se fait par action sur différents tronçons de la résistance. La résistance équivalente mesurée sur les bornes Vss et V2 est déterminée essentielle: ent par le rapport des résistances des tronçons Es et 9. On peut négliger l'action de la résistance du tronçon 10. Au contraire, le coefficient de température debésistance résultant de la résistance par rapport aux mimes bornes V1 et V2 sera déterminé par le rapport de la résistance du tronçon 10 et de la somme des résistances des tronçons 8 et 9. On va maintenant montrer comment on ajuste le coefficient de température de résistance par action sur le tronçon 10 (partie à thermo-compensation de la résistance). En faisant passer le courant par les bornes I1 et 12 et en mesurant la tension sur les bornes V1 et V2 on ajuste la valeur de la résistance à la valeur voulue. La résistance du tronçon 10 reste, dans ce cas, insignifiante et le coefficient de température de résistance résultant de la résistance est approximativement égal au coefficient de température de résistance du matériau à haute résistivité & g. En augmentant la résistance du tronçon 10 et en contrôlant la tension à deux températures, par exemple à 20 et 300C, on obtient que la variation de la tension soit égale à zéro ou à une valeur déterminée, ctest-à-dire U2000 = U300C ou U300C U20oC daU, où QU est la valeur déterminée voulue.Ensuite, par variation insignifiante de la résistance des tronçons 8 et 9, on ajuste la valeur de la résistance à la valeur nominale avec la précision exigée. Le coefficient de température de résistance de la rési-stance reste alors intact. On va maintenant montrer comment on ajuste le coefficient de température de résistance de la résistance en question par action sur le tronçon 8 ou 9 (partie sans compensation thermique de la résistance). Après le décapage comme dans le cas précédent, la résistance des tronçons 8 et a est inférieure à celle exigee, la résistance du tronçon 10 étant proche de la valeur calculée. Dans ce cas, on a le rapport R10 > &alpha; 8,9 R8 + R9 &alpha; 10 et l'ébauche de la résistance est surcompensée. Afin d'obtenir la compensation optimale, l'ajustage se fait par augmentation des résistances des tronçons 8 et 9. L'ajustage continue jusqu'au moment où l'une des égalitées U2000 =U3000 ou U3000 U20 C = #UPo est obtenue, mais seule la résistance ou trcncon 10 reste inchangée. ur mieux comprendre l'essentiel de la présente invention, on décrit plus loin à titre non limitatif, un exemple concret de fabrication de la rt,sistance inirirée selon l'invention. 1. On découpe des ébauches longues de 10 mm et larges ne 70 mm (chaque ébauc?'e pour trois résistances) en feuille d'alliage nichrome de 0,02 mm d'épaisseur. 2. On trace à l'aide d'un gabarit les contours de trois aires 10 x 15 mm pour appliquer le revêtement métallique. 30 On protège toute la surface de l'ébauche, sauf ces trois aires, par un vernis résistance à l'électrolyte de nickelage 4. Sur ces aires non protégées on applique par galvanoplastie une couche de nickel épaisse de 0,01 me Les ébauches avec revêtement de nickel sont soumises au traitement thermique à une température de 400 à 600 C. 6. On coupe l'ébauche lonque de 210 mm en trois ébauches longues de 70 mm chacune. 7. Sur chanque ébauche ainsi obtenue, on porte par découpage un repère par raport au revêtement de nickel. 8. La feuelle est collée au substrat d'acier par sa surface rev^tement, un çount on verre se trouvant entre la feuille et le coustrat. 9. On applique une couche photorési tante sur la feuille métallique. 10. On imprime l'image de la piste conductrice de courant avec connexions, en orientant un misque photographique afairès ledit repère. 11. On realise la formation de lapiste conductrice de courant par décapage. 12. On protège avec un vernis la piste conductrice de courant ainsi obtenue. 13. On ajuste la résistance des pièces fabriquées à la valeur nominale. 14.On ajuste la coefficient de réisistance à la valeur désirée. Les résistances thèrmocompensée fabriquées par ce procédé peuvent être utilisées en tant qu'étalon précis de la résistance électrique dans différents circuits électriques, en assurant en même temps la compensation thermique des erreurs des autres éléments, par exemple les stabilisateurs de tension alternative et c ontmnue Outre cela, le domaine d'utilisation des résistances thérmocompensées décrites peut être étendu si l'on prévoit des prises supplémetaires pour connecter une resistance extérieure variaolse en parallèle avec un des tronçons 8, a ou 10. Dans ce cas, on peut changer le coefficient de témperature de résistance de la résistance imprimée au cours de leur fonctionnement. Les résistances thermocompensées fabrlsuées Industriellement on-b une h:-ute précision de la valeur de résis- tance donée, de l'ordre de #0,002%, des coefficientes de température &alpha; = + 0,5 # 10-6 I/ C, ss = -0,05 # 10-6 I/ C, et une tenue annuelle des caractéristiques non inférieure à # 0,001%. Bien entendu, l'invention n'est nullement la mottée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre l'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalentes techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaison, si cellles-ci sont exécutée suivant son eserit et mise en oeuvre dans le cadre des revendications que suivante RiVEND TCATioe S 1. Résistance imprimée, du type présentant une structure à couches constituée par un substrat et une piste conductrice de courant en feuille métallique fixée au substrat et munie de deux connexions de courant et d'au moins une connexion de potentiel, caractérisée en ce que la piste conductrice de courant est formée de branches en série-parallèle, un tronçon 10 d'au moins l'une des branches parallèles de ladites piste étant réalisé en un matériau à coefficient de température de résistance supérieure à celui du matériau dont est constitué le reste de ladite piste et qui est un alliage résistif, ledit tronçon étant relié d'un côté à l'une des connexions de courant, et de l'autre côté, à l'une des connexions de potentiel. 2. Procédé de fabrication de la résistance imprimée selon la revendication 1, du type comprenant un traitement thermique d'une feuille métallique, son collage sur un substrat, -et la formation d'une piste conductrice de courant de ladite résistance, caractérisé en ce que, avant ledit traitement thermique de la feuille métallique, on applique, sur une aire de cette feuille assez grande pour recevoir la partie à thermocompensation de la résistance à fabriquer, un revêtement métallique à coefficient de température de résistance supérieur à celui du matériau de la feuille métallique et se dissolvant plus rapidement dans le décapant que le matériau de la feuille métallique, le traitement thermique de la feuille métallique ainsi revêtue étant réalisé à une tempéréture assurant l'achèvement du processus de diffusion à l'interface de la feuille et du revtement, ladite feuille métallique étant collée au substrat par sa surface revêtue, et la formation de la piste conductrice de courant étant réalisée selon un schéma de connexion série-parallèle de façon à disposer au moins une des branches parallèles de la piste sur la partie de la feuille métallique portant ledit revêtement. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après la formation de la piste conductrice de courant, on procède à un ajustage du coefficient de température de résistance résultant de la résistance imprimée à la valeur désirée par par modification de la résistance de la partie à thermocompensation de la résistance. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après la formation de la piste conductrice de courant, on procède à l'ajustage du coefficient de température de résistance résultant de la résistance imprimée à la valeur désirée par modification de la résistance de la partie sans compensation thermique de la résistance.