Brevet FR2547946A1 — publié le 19841228

La presente invention concerne un element pour resistance variable à curseur qui possède un curseur conçu pour glisser le long de la surface d'un trace resistant forme sur un support isole de la résistance. La resistance dite en pellicule mince, qui possède une couche resistante en pellicule mince de metal formee sur un support isole, la couche etant formee par depot sous vide, pulveri sation cathodique ou placage, possède de meilleures proprietes que la resistance à email metallique ou la resistance imprimee de la technique anterieure en ce qui concerne le coefficient de tempe rature de la resistance, le bruit de glissement, et la dure d'utilisation en charge. Toutefois, la resistance en pellicule mince possède une très brève duree dutilisation en glissement et presente, par consequent, une utilite limitee pour les resistances variables à curseur. La resistance'en pellicule mince du type à substrat, que l'on obtient en soumettant à un traitement soustractif (par exemple une incision sous masque) une plaquette de circuit imprime à trois couches comportant une couche résistante en pellicule mince métallique déposée par exemple par placage sur un cote d'une feuille de cuivre, et qui possède un support isole superpose, est décrite dans le brevet des Etats-Unis dlAmerique n 4 220 945. Cette resistance se révèle superieure en ce qui concerne le coefficient de temperature et l'uniformité de sa valeur de résistance, ainsi que d'autres proprietes analogues. De plus, cette resistance presente les avantages d'avoir un poids leger, d'être exempte de craquelures et de piqûres et de pouvoir être produite à un coût reduit.Neanmoins, la couche resistante en pellicule mince metallique de cette resistance est très vulnerable au frottement mécanique. Par consequent, la valeur de résistance qu'elle offre augmente rapidement lorsque l'on a fait glisser le curseur à la surface de la couche resistante en pellicule mince metallique. En outre, cette couche resistante, en l'absence d'un revêtement de résine isolante, est médiocre vis-à-vis d'autres pro prietes, comme la resistance à lthumidite, la resistance à la chaleur, et la resistance au soudage. Ainsi, la resistance en pellicule mince du type à substrat ne peut entre utilisée cornus élément résistant dans une résistance variable à curseur. Il a également été utilise une résistance possédant plusieurs electrodes plaquées d'or disposées suivant un tracé en dents de peigne sur un tracé de couche résistance en pellicule mince métallique et possédant un curseur conçu pour être déplacé le long de l'ensemble d'électrodes. Toutefois, cette résistance ne convient pas lorsque des ajustements fins de la valeur de résistance sont necessaires, puisque la variation de la valeur de résistance realisee par le déplacement du curseur se produit par crans et non de façon continue. En outre, cette résistance présente 11 inconvénient de devoir incorporer une partie d'électrode destinée au curseur qui doit glisser sur elleo si bien qu'il est besoin d'un ajout proportionnel à la largeur globale de la resistance. De plus, les électrodes ayant un tracé en dents de peigne ne sont pas avantageuses, puisque la plaque d'or déposèe sur les electrodes subit une abrasion graduelle et est arrachée sous forme de fines particules au fur et à mesure que le nombre de deplacements du curseur augmente. Ceci a pour résultat final la mise en court-circuit des electrodes particulières. L'invention vise à l'élimination des inconvénients cidessus mentionnés des resistances classiques. Plus spécialement, l'invention se rapporte à un élément de résistance variable à curseur place sur un support isole associe à un tracé de couche resistante en pellicule conçu pour qu'une borne coulissante puisse glisser le long de la surface, laquelle partie se distingue en ce que le tracé de couche resistante en pellicule dispose sur le support isole comprend un trace de couche resistante principal lié au support isolé et un tracé de couche resistante protecteur dispose sur le tracé de couche resistante principal, le trace de couche resistante protecteur ayant une resistivite pelliculaire plus grande que le trace de couche resistante principal. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure comprehension de ses caracteristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels - la figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation préféré de l'invention - la figure 2 est une section droite prise suivant la ligne a-a' de la figure l - la figure 3 est une vue en.plan d'un autre mode de realisation de l'invention ; et - les figures 4 et 5 sont des sections droites respectivement prises suivant les lignes b-b' et c-c' de la figure 3. Selon l'invention, le tracé de couche resistante en pellicule possède une structure à plusieurs couches, et la résistivité pelliculaire globale résultant du trace de couche résistante en pellicule est la somme de la résistivité pelliculaire du trace de couche résistante principal et de celle du trace de couche résistante protecteur. Puisque la résistivité pelliculaire du trace de couche résis- tante principale est plus petite que celle du trace de couche resis- tante protecteur, elle domine la valeur de résistance globale du tracé de couche résistante en pellicule. En outre le tracé de couche résistante principal est revêtu par le tracé de couche existante protecteur.Ainsi, le tracé de couche résistante principal est protégé contre les forces exterieures, comme par exemple le mouvement de glissement. La resistance en pellicule mince metallique ci-dessus décrite, qui offre des performances remarquables en ce qui concerne par exemple le coefficient de temperature de la valeur de résistance, peut être avantageusement utilisée sous forme modifiee à la manière du tracé de couche résistante principal. La figure l est une vue en plan d'un mode de réalisation préfére de l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe prise suivant la lignè a-a' de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, la référence l designe un support isole, la référence 2 designe une electrode de cuivre, et la référence 3 est un tracé de couche resistante en pellicule. Le tracé 3 de couche resistante en pellicule est constitue d'un trace de couche resistante principal 31 et d'un trace de couche résistante protecteur 32. Lors de l'utilisation de la résistance, on fait glisser un curseur (non représente)le long de la surface du tracé de couche résistante protecteur 32.Ce curseur est électriquement connecte au tracé de couche résistante principal 31 par l'intermédiaire du tracé. de couche résistante protecteur 32. Puisque le trace de couche résistante protecteur 32 presente une epaisseur extrêmement petite, la valeur de la résistance suivant la direction de l'épaisseur est négligeable. La figure 3 est une vue en plan d'un autre mode de realisation préféré de l'invention, à savoir une résistance variable à curseur possédant une electrode de glissement commune. Les figures 4 et 5 sont des sections droites respectivement prises suivant les lignes b-b' et c-c' de la figure 3. Sur la figure 3, la référence 1 designe un support isole, la référence 2 désigne une electrode, la référence 3 designe un tracé de couche résistante en pellicule, la référence 4 designe une électrode de glissement commune et la refe- rence 5 designe des perforations servant à la fixation. Sur la figure 4, la référence 31 designe un tracé de couche résistante principal, la référence 32 désigne un trace de couche résistante protecteur, la référence 41 désigne une pellicule d'or deposee par exemple par placage sur la surface de l'électrode de glissement commune, la référence 42 désigne un tracé de feuillet en cuivre, et la réfèrence 43.désigne un trace de couche résistante principal. Sur la figure 5, la reference 21 est une pellicule d'or deposee par exemple par placage sur la surface de l'électrode, la reference 32 est un tracé de feuillet en cuivre, et la référence 23 est un trace de couche résistante principale. Le support isolé peut être fait par exemple d'un feuillet de céramique, d'un feuillet de verre, d'un feuillet stratifié verre-resine epoxy, d'un feuillet stratifie papier-resine epoxy ou d'un feuillet stratifié papier-résine phenolique. Le trace de couche resistante principal est fait en un materiau électriquement résistant sous une epaisseur de 0,01 à 7 /um et une resistivite pelliculaire de 5 ohms par carré à 30 kiloohms par carre. La couche résistante principale peut être formée de (1) une resistance en pellicule mince metallique obtenue par placage electrique, placage non electrolytique, pulverisation cathodique, dèpôt sous vide, ou dépôt en vapeur chimique ; ou (2) une résistance du type cermet réalisée par brûlage d'un mélange de métal et de cramique. Le tracé de couche resistante protecteur comprend un materiau électriquement résistant présentant une epaisseur de 10 à 30 /um et une résistivité pelliculaire de lOO ohms par carre à 300 kiloohms par carre. De manière souhaitable, la couche resistante protectrice est faite au moyen d'une matière resistant à l'abrasion, par exemple (1) une pate comprenant une poudre électriquement conductrice comme une poudre de carbone, une poudre d'argent ou une poudre de nickel, et une résine thermodurcissable comme la resine epoxy ou la résine de polyimide ; ou une pate comprenant un métal noble comme l'ors l'argent ou le palladium, une une base.metallique comme le nickel, et une fritte de verre.On produit le tracé en appliquant la matière resistant à l'abrasion sur un substrat donnê par impression, sêchage et cuisson du materiau applique. I1 est nécessaire que la résistivité pelliculaire du tracé de couche résistante protecteur soit supérieure à celle du tracé de couche resistante principal. De manière souhaitable, la résistivité du premier est de 5 à 300 fois plus élevée que celle du dernier. Dans la resistance variable d'un curseur ayant la structure à trois couches ci-dessus décrite, il est particulièrement souhaitable d'utiliser une resistance en pellicule mince métallique, en particulier une resistance réalisée par électroplacage, pour le tracé de couche résistante principal 31 et d'utiliser une couche resistante imprimee, obtenue par impression d'une pâte carbone-resine et durcissement thermique de la pâte appliquée, pour le tracé de couche resistante protecteur 32. La valeur de la resistance variable selon l'invention est la somme de la valeur de résistance du tracé de couche résistante principale 31 et de la-valeur de résistance du tracé de couche résistante protecteur 32. Dans une combinaison de traces de couches dans laquelle la résistivité pelliculaire du tracé de couche resistante protecteur vaut 100 fois celle du tracé de couche résistante principal, la diffe- rence entre la valeur de résistance totale et la valeur de résistance du trace de couche résistante principal est d'environ 1 %. Ainsi, la valeur de resistance du trace de couche résistante principal détermine principalement la valeur de la resistance variable. En outre les d'verses propriétés du trace de couche résistante protecteur telles que le coefficient de température de la resistance, la durée d'utilisation en charge, l'étanchéité à l'humidite et la résistance aux chocs thermiques, affectent de manière négligeable les propriétés de la resistance variable. Ainsi, les propriétés de la resistance variable sont déterminées par le tracé de couche résistante principal. Par consequent, un choix approprié des matériaux constituant le tracé de couche résistante principal et le trace de couche résistante protecteur permet la fabrication d'un élément pour resis- tance variable à curseur présentant les propriétés souhaitables et offrant une resistance remarquable au déplacement glissant du cur- saur. On va maintenant décrire de manière plus particulière des exemples de fabrication typiques. On notera que ces exemples ne limitent pas l'invention. EXEMPLE 1 On revêt un cte d'un feuillet de cuivre découpé suivant une taille prescrite au moyen d'une feuille adhésive masquante (produit de la Société Nitto Electrie Industrial Co., Ltd., vendu sous la marque deposee SPV n 224, qui consiste en une feuille de polychlorure de vinyle comportant un adhésif sensible à la pression à base de résine acrylique) On immerge ensuite cette feuille de cuivre revêtue dans une solution de nettoyage (solution de nettoyage du type surfactif neutre, obtenue par dilution avec de l'eau, dans un rapport volumetrique 1: :1, de Neutra-Clean 68 concentre, produit par la Societe Shipley) et on l'y maintient pendant 3 min à 400C. suite, on lave la feuille de cuivre revêtue à l'eau. On immerge alors la feuille de cuivre revêtue dans une solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 20 % pendant 3 min, on la lave avec de l'eau deionisee, et on lui fait subir un traitement dans un bain de placage comprenant 19,0 g/l de SnCl2.2H2O, 30,0 g/l de NiCl2.6H2O, 200 g/l de K4P2O7.3H2O 20 g/l de nitroêthane, 10 g/l de citrate d'ammonium, et une faible quantité d'une solution aqueuse d'ammoniac à 28 % servant à l'ajustement du pH (pH = 8,2 à 250C) à une temperature de 50 C et une densite de courant de 0,1 A/dm2, l'anode utilisant une plaque de nickel, le temps de placage etant de 20 s, et le bain ne subissant aucune agitation. On dépose de cette manière, par électroplacage, une couche résistante d'une épaisseur de 0,02 m sur un côté de la feuille de cuivra. La couche résistante déposée d'alliage Sn-Ni révèle une resistivite pelliculaire de 100 ohms par carre. Ensuite, on superpose à la couche resistante un tissu de verre imprégné de résine epoxy et on traite dans une presse à stratifier par application de chaleur et de pression, afin de produira un support isole. De cette manière, il est obtenu un substrat de circuit imprimé incorporant une couche resistante. On revêt, du côte feuille de cuivre, le substrat obtenu de la manière ci-dessus decrite au moyen d'un vernis photosensible du type pellicule (par exemple un produit de la Société DuPont vendu sous la marque déposée Liston 16S), après quoi on expose et on développe par des procédés classiques de manière à n'exposer que la partie de la feuille de cuivre qui correspond à l'électrode de cuivre 2 de la figure 1. On plaque ensuite la surface exposée de la feuille de cuivre au moyen d'une soudure jusqu'à une epaisseur d'environ 5 /um. Ensuite, on enlève la pellicule de vernis photosensible par des procédés classiques.On revêt alors toute la surface de la feuille de cuivre au moyen d'un vernis photosensible, on expose et on developpe de manière à permettre que seule la partie de vernis photosensible correspondant au tracé de couche résistante en pellicule 3 de la figure 1 reste intacte, tandis que la partie restante de vernis photosensible est éliminée par incision. On traite ensuite la surface de la feuille de cuivre ainsi obtenue à l'aida d'une solution d'attaque de cuivre du type ammoniac (un produit de la Société Yamatoya Shokai, vendu sous la marque déposée "Alkali Etch") pour éliminer par incision la partie correspondante de la feuille de cuivre. Puis, on traite la couche rbsis- tante mise à nu par ce traitement d'incision au moyen d'une solution d'incision formée de 12,5 molespar litre d'acide phosphorique, 4 x lO moles par litre de phosphate de cuivre, le reste étant de l'eau, à 850C pendant 10 min, de manière à inciser totalement le support isolé. On enlève alors la pellicule de vernis photosensible qui subsiste sur le substrat et on élimine par incision, comme ci-dessus dficrit, la feuille de cuivre se trouvant sur le tracé résistant. Pendant ce traitement d'incision, la partie d'électrode de la feuille de cuivre est protégée contre l'incision par le revêtement de soudura applique à l'avance par placage: Dans la couche résistante ainsi formee entre les électrodes de cuivre 2 (laquelle couche correspond au trace de couche résistante principal 31 de l'invention), la valeur de résistance existant entre les deux electrodes est de 20 kiloohms. Enfin, sur la couche résistante exposée se trouvant entre les deux electrodes de cuivre 2, on dépose une pâte de résine de carbone (par exemple un produit de la Société Nethod Devalopment Corp., vendu sous la marque deposee "LTR 2103", qui est une pâte graphite-resine epoxy) par impression au travers d'un masque serigraphique de numero de maille 200 (norme des Etats-Unis d'Amerique), puis on fait durcir à 1630C pendant 2,5 h pour obtenir un tracé de couche resistante protecteur d'une epaisseur de 20 m. Cette cauche resistante protectrice a révélé, seule au cours d'un essai distinct, une resistante pelliculaire de 10 000 ohms par carre, tandis que la résistance variable obtenue de la manière ci-dessus décrite révèle une valeur de résistance de 19,9 kiloohms par carre entre les deux electrodes. Ensuite, on fait glisser sur la rbsistance, 100 000 fois de suite en continu (un cycle etant-constitub d'un mouvement complet d'aller et retour) à une vitesse de 2000 glissements par heure, un curseur du type à plusieurs contacts possedant une pression totale de contact de 35 g. On mesure la valeur de résistance entre les deux electrodes avant et après l'essai de glissement. La comparaison des valeurs ainsi obtenues montre que la valeur de résistance après l'essai est superieure de 3,2 % à celle existant avant l'essai. Dans une expérience de comparaison, on répète les processus ci-dessus decrits de manière à produire un substrat sur lequel un tracé resistant de même forme est expose, mais ce substrat possède un tracé de couche resistante principal à n u par suite de l'omission de l'opération ci-dessus décrite d'impression à la pâte de carbone. On soumet la resistance ainsi obtenue à l'essai de glis- sement ci-dessus décrit. Dans ce cas, la valeur de résistance s'élève à environ 5 fois la valeur initiale après que le curseur a glisse sur la résistance variable 50 fois de suite en continu (soit 90 s) à la vitesse de 200 glissements par heure. La résistance obtenue selon l'invention dans le présent exemple, la resistance qui n'a pas été revêtue de la couche rbsis- tante protectrice comme ci-dessus indiquée (resistance de comparaison 1), et une résistance imprimée obtenue par impression et durcissement de la pâte de carbone utilisée comme agent de revêtement (resistance de comparaison 2) ont été soumises à des essais importants sur le coefficient de température de la rbsistance, la résistance aux températures élevées, la résistance à un degré élevé d'humidité, la résistance à l'humidité sous charge, et la résistance aux chocs thermiques, en plus des capacités de glissement ci-dessus indiquees. Les résultats sont indiqués dans le tableau l ci-après. EXEMPLE 2 Sur une plaque de verre de 40 mm de longueur, de 15 mm de largeur et de 0,5 mm d'épaisseur (produit de la Société Corning, vendu sous la marque déposée "1723" et constitué de silicate d'alumine et de chaux), on fait déposer sous vide un cermet (Cr-SiO). Avant le dépôt sous vide, on traite thermiquement le substrat à 3000C pendant 30 min pour assurer la dégazéification. Le dépôt sous vide s'effectue à 3000C sous une pression de 1 à 2 x 10-5 5 mmlig. Après le dépôt sous vide, on traite thermiquement le substrat à 3000C pendant 60 min afin d'obtenir une épaisseur de pellicule de 30 nm, et un motif de configuration 5 mm x 100 mm. La pellicule déposée sous vide ainsi obtenue révèle une résistivité pelliculaire de 300 ohms par carré et une valeur de résistance de 6 kilo-ohms par carré entre les electrodes. Sur la couche de cermet déposée sous vide ainsi obtenue, on fait déposer par impression, au travers d'un tamis serigraphique en acier inoxydable de numéro de maille 200 (norme des Etats-Unis d'Amérique) une pâte résistante en couche épaisse d'oxyde de ruthenium (produit par la Société Thermatronics Trading Co. Ltd, vendu sous la marque déposée Thermalloy 600). On laisse la pâte déposée par impression se mettre à niveau à 20 C pendant 20 min, puis on fait secher à 1200C pendant 20 min et on cuit à une temperature de 600 à 6300C pendant 7 min afin de produire un tracé de couche résistante protecteur d'une épaisseur de 20 m. La résistivité pelliculaire de la couche résistante protectrice seule est de 8700 ohms par carré et la valeur de resistance entre les deux électrodes de la résistance variable est de 5,8 kiloohms par carré. On fait ensuite glisser le curseur d plusieurs contacts ci-dessus décrit, d'une pression totale de contact de 35 g, le long de la resistance 100 000 fois de suite en continu à une vitesse de 2000 glissements par heure. On mesure la valeur de la résistance avant et après l'essai de glissement. La comparaison des résultats mesurés montre que la valeur de résistance après l'essai est supé- rieure d'environ 1 % à ce qu'elle était avant l'essai. Dans un exemple comparatif, on soumet à l'essai de glissement,ci-dessus décrit, dans les mêmes conditions, une résistance pelliculaire comportant le cermet ci-dessus décrit (une résistivité pelliculaire de 300 ohms par carre an l'absence de revêtement en couche épaisse par la pâte ci-dessus deerite. Après 10 000 glissements du curseur, la valeur de résistance s'élève dans une propor- tion de 30 % pour 8 sur 10 des éléments soumis à essai, et il apparaît une rupture de circuit complète pour les deux éléments restants. A l'exception des propriétés de glissement ci-dessus discutées, les proprietes generales, y compris le coefficient de température de la resistance, n'apparaissent pas être sensiblement affectees par la presence ou l'absence du revêtement en couche épaisse. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnee à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. TABLEAU Nature de l'essai Conditions de l'essai Résistance de Résistance de Résistance de l'invention comparaison 1 comparaison 2 Coefficient de tem- Gamme de température : +50 ppm/ C +50 ppm/ C +450 ppm/ C pérature de la -55 C à +155 C résistance Propriétés de glis- Curseur à pluseurs contacts (pres- +3,2% +500% +2,7% sement * sion totale de contact de 35 g) déplacé (100 000 fois) (50 fois) (100 000 fois) à raison de 2 000 glissements/heure Résistance aux tem- 100 C en acmosphère normale pendant +0,5% +2,3% +7,4% péracures élevées * 24 h sans charge Résistance à une 85 C et 85% d'humidité pendant +1,2% +14,3% +10,7% teneur élevée en humi- 500 heures sans charge dité * Résistance à l'humi- 40 C et 90% d'humidité avec charge de +0,3% +7,5% +13,4% dité sous charge * 1 W/cm2 d'sixe de résistance Résistance aux chocs 100 cycles de variation brutale de thermiques* température : de -55 C pendant 30 min +0,3% +1,2% +15,0% à +125 C pendant 30 min * Les pourcentages indiqués représentent les taux de variation de la valeur de résistance avant et après le traitement indiqué. R E V E N D I C A T I O N S 1. Element de résistance variable à curseur disposé sur un support isolant et comportant une couche résistante en pellicule (3) conçue pour qu'une borne formant un curseur glisse le long de sa surface, caractérisé en ce que ladite couche résistante en pellicule comprend un trace de couche résistante principal (31) lié audit support isolé et un trace de couche résistante protecteur (32) placé en revêtement sur ledit tracé de couche résistante principal, ledit trace de couche resistante protecteur ayant une résistivité pelliculaire supérieure à celle du tracé de couche résistante principal. 2. élément selon la revendication 1, caracterise en ce que ledit trace de couche resistante protecteur est forme d'un matériau résistant à l'abrasion qui possède une epaisseur de 10 à 30 m et une resistivite pelliculaire de 100 ohms par carré à 300 kilo-ohms par carré. 3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistivité pelliculaire du trace de couche résistante protecteur est de 5 à 300 fois celle du tracé de couche résistante principal. 4. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau résistant a l'abrasion est choisi dans le groupe forme de : (1) une pâte constituee (a) d'une poudre électriquement conductrice choisie dans le groupe de la poudre de carbone, de la poudre d'argent et de la poudre de niclcel, et (b) une resine thermodurcissable ; et (2) une pâte constituée (a) d'un métal noble choisi dans le groupe de l'or, du palladium et de l'argent, (b) d'un métal de base choisi dans le groupe du cuivre et du nickel, et (c) de la fritte de verre. 5. Element selon la revendication 1, caracterise en ce que ledit trace de couche resistante principal comprend une resistance en pellicule mince metallique ou une resistance en cermet ayant une epaisseur de 0,01 à 7 /um et une résistivité pelliculaire de 5 ohms par carre à 30 kilo-ohms par carré. 6. Element selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tracé de couche resistante principal est forme par electroplacage d'une résistance en pellicule mince métallique.