Brevet FR2558007A1 — publié le 19850712

RESISTANCE DE PRECISION ET PROCEDE DE FABRICATION CORRESPONDANT La présente invention concerne de façon générale les composants électroniques, et en particulier des résis- tances de précision formées en définissant un chemin résis- tif dans une pellicule mince de matière résistive fixée sur un substrat. On connaît bien la fabrication de résistances par photogravure d'un motif approprié sur une pellicule mince collée sur un substrat rigide (par exemple en verre, en cé- ramique ou en métal), le motif gravé correspondant à la va- leur de résistance désirée. On peut ensuite ajuster davan- tage le motif, si nécessaire, pour qu'il respecte la tolé- rance appropriée, en coupant des lignes dans le motif ou en réduisant son épaisseur. Il résulte de ceci qu'on crée en- tre deux zones de bornes de la pellicule un chemin allongé de la matière résistive qui présente la valeur de résistan- ce désirée. Des résistances de précision de ce type et divers aspects de ces résistances ont constitué le sujet d'activi- tés inventives antérieures. On pourra se référer à titre d'exemple aux brevets des E.U.A. no 3 4505 381, 3 517 436, 3 718 883, 4 138 656 et 4 172 249. Un problème important dans la fabrication de ce type de résistance de précision consiste dans la fixation de conducteurs au motif résistif. On a utilisé dans le pas- sé un certain nombre de techniques donnant de plus ou moins bons résultats. Une technique utilise un ruban mince en tant que liaison de connexion entre la pellicule mince et un gros conducteur en cuivre. Cette technique procure à la fois un moyen pour souder à la pellicule mince la liaison de connexion sous forme de ruban, et une diminution des efforts qui peuvent être transmis du gros conducteur en cuivre à la résistance. D'autres problèmes apparaissent ce- pendant. Du fait des matières très différentes qui sont utilisées dans la pellicule, le ruban et le conducteur, des FEN thermiques élevées sont engendrées. De plus, le ruban est relativement fragile et peut se rompre. En outre, le ruban ne procure pas le support ou le positionnement né- cessaire de la résistance dans une cavité de moule, pour permettre l'encapsulation de l'ensemble par des procédés de moulage automatiques. D'autres techniques de fixation, utilisées dans le passé, comprennent le soudage thermique et ultrasonique de fils. Comme l'utilisation d'un ruban mince, ces techni- ques présentent les problèmes de fragilité et d'absence de support. Un perfectionnement par rapport à la liaison de connexion à ruban a été apporté par le développement d'un conducteur unitaire directement connecté à la pellicule. Les brevets des E.U.A. n 4 286 249 et 4 138 656 décrivent et illustrent cette technique. Dans ces deux brevets, les conducteurs en cuivre sont aplatis à leurs extrémités et sont directement soudés par points aux zones de bornes en- tre lesquelles s'étend le chemin résistif. En utilisant des conducteurs rigides, fixés au substrat, on peut utili- ser effectivement des procédés de moulage automatiques pour encapsuler l'ensemble. Bien que la technique de fixation décrite et re- présentée dans les brevets des E.U.A. n 4 286 249 et 4 138 656 ait apporté un perfectionnement considérable, il demeure le problème qui consiste à souder ensemble deux matières ayant de grandes différences d'épaisseur et de résistivité. L'épaisseur de la pellicule est de façon ca- ractéristique d'environ 2,5 pm, tandis que l'extrémité aplatie du conducteur a une épaisseur d'environ 127 pm à 254 Pm. La pellicule consiste de façon caractéristique en un alliage nickel-chrome ayant une résistivité élevée, tan- dis que le conducteur est de façon caractéristique un fil de cuivre revêtu de soudure ayant une faible résistivité. Cette discordance entre la pellicule et le con- ducteur exige une très grande maîtrise de l'opération de soudage pour produire des soudures fiables de façon homogène dans des conditions de production. Parmi les problèmes asso- ciés à la combinaison d'une pellicule en alliage nickel- chrome et d'un conducteur de cuivre revêtu de soudure, figu- re celui qui consiste en ce que l'alliage de nickel-chrome forme une oxydation de surface qui affecte le soudage,avec ou sans utilisation d'un alliage fusible. Pour surmonter ce problème, il est nécessaire d'employer des paramètres de soudage qui produisent une température et une pression éle- vées, pour garantir la réalisation d'une bonne soudure. La température et la pression nécessaires pour établir les con- ditions d'interface appropriées entre une pellicule revêtue d'oxyde et un conducteur revêtu de soudure ont pour effet de ramollir la résine de fixation qui maintient la pellicule sur son substrat. Le ramollissement de la résine de fixation avec l'application d'une pression exercée par l'électrode de soudage et dirigée vers le bas, produit une dépression dans la matière du conducteur, un mouvement de la pellicule et éventuellement une déformation, une déchirure ou une craque- lure importantes de la pellicule, du fait du mouvement de la résine et de l'absence de support. Si on réduit la tempéra- ture et la pression de soudage pour éviter ces problèmes, on augmente le risque de formation d'une soudage "froide", dans laquelle les deux matières ne sont pas jointes de façon in- time. Le soudage avec un alliage fusible est une autre technique pour fixer un conducteur sur un motif résistif. Le soudage avec un alliage fusible présente cependant éga- lement d'autres problèmes. Par exemple, il exige des surfa- ces très propres. De plus, on utilise des flux qui peuvent être corrosifs. De plus, des joints de soudure "froids" se forment pour diverses raisons, à une fréquence inacceptable. Le brevet des E.U.A. n 4 176 445 décrit et repré- sente une résistance sous forme de pellicule dans laquelle un conducteur en cuivre est soudé au moyen d'un alliage fu- sible à une pellicule de nickel-chrome qui a été revêtue préalablement d'un placage de cuivre, d'or ou de nickel. Le placage d'or procure certaines améliorations par rapport au soudage du conducteur sur une pellicule nue, recouverte d'oxyde, mais le joint reste une connexion soudée au moyen d'un alliage fusible qu'on ne considère pas comme aussi souhaitable qu'un joint soudé sans alliage fusible. L'invention a donc pour but de procurer une ré- sistance de précision nouvelle et perfectionnée, du type dans lequel une pellicule mince de matière résistive est fixée à un substrat et définit un chemin résistif qui s'étend entre deux zones de bornes, et des conducteurs de connexion revêtus de soudure sont fixés aux zones de bornes. Un autre but de l'invention est de procurer une telle résistance dans laquelle les jonctions des conducteurs de connexion et des zones de bornes sont fiables, électrique- ment et mécaniquement. Conformément à l'invention, on parvient à ces buts, ainsi qu'à d'autres qui apparaitront, en établissant une couche d'interface métallique entre les zones de bornes de la pellicule mince et les conducteurs de connexion revêtus de soudure, et en soudant par points les conducteurs aux zones de bornes, dans des conditions telles que la chaleur du soudage par points (a) soude les conducteurs à la pel- licule mince et (b) fasse en sorte que le revêtement de soudure des conducteurs mouille également la pellicule mince, en produisant ainsi un joint de soudure. Un aspect de l'invention porte sur une résistance de précision caractérisée en ce qu'elle comprend: un subs- trat; une pellicule mince de matière résistive fixée au substrat et définissant un chemin résistif qui s'étend entre deux zones de bornes; une couche d'interface métallique sur chacune des zones de bornes; et un conducteur en cuivre ayant une extrémité qui repose sur la couche d'interface mé- tallique et qui est soudée par point et soudée avec un al- liage fusible sur la zone de borne. Un autre aspect de l'invention porte sur un procé- dé de fabrication d'une résistance de précision caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on définit dans une pellicule mince de matière résistive fixée sur un substrat un chemin résistif qui s'étend entre deux zones de bornes; on applique une matière d'interface métallique sur chacune des zones de bornes; on place sur la matière d'in- terface métallique des conducteurs revêtus de soudure; et on soude par points les conducteurs aux zones de bornes, dans des conditions telles que la chaleur du soudage par points(a) soude les conducteurs à la pellicule et (b) fasse en sorte que le revêtement de soudure des conducteurs mouille la pellicule, pour souder les conducteurs à la pellicule au moyen d'un alliage fusible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en plan de la configuration de base d'un substrat portant une pellicule, avec des conduc- teurs de cuivre aplatis fixés aux zones de bornes; et La figure 2 est une représentation en élévation et en coupe selon la ligne 2-2, à plus grande échelle, de la structure de la figure 1, encapsulée dans ses divers éléments protecteurs. Les figures 1 et 2 montrent une structure 10 formée par un substrat 12, qui peut par exemple être en céramique, et sur lequel se trouve une pellicule 14 de matière résistive, par exemple du nickel-chrome. La pellicule 14 est fixée au substrat 12 par une couche d'adhésif 16. Initialement, la pellicule 14 peut s'étendre de façon continue sur la quasi- totalité du substrat 12. Cependant, lorsqu'on est arrivé au stade de fabrication représenté sur la figure 1, la pellicule a déjà été soumise à une série de traitements de type connu, qui ont eu pour effet de former dans la pellicule un chemin allongé en méandres, séparé par des divisions fines. On peut également former le motif de la pellicule avant le collage, en utilisant un support temporaire. Il existe également le long du bord de la pellicule 14 des languettes 16 au niveau desquelles il est possible d'effectuer des découpes dans la pellicule au cours du processus d'ajustage de la résistance du composant, dans un stade de fabrication ultérieur. La pellicule 14 comporte également des zones de bornes auxquelles se terminent les extrémités opposées du chemin en méandres. On réalise des connexions externes avec la pellicule 14 au moyen de conducteurs 20. Ceux-ci consistent en conduc- teurs en cuivre revêtus de soudure qui sont lats et relative- ment minces et étroits au niveau des parties d'extrémités 20a qui s'étendent sur la structure de substrat. Ces parties d'extrémités 20a des conducteurs tournent ensuite vers le bas devant le bord long 21 du substrat 12. A la partie inférieure du substrat 12, les conducteurs 20 tournent à nouveau et tra- versent la face arrière du substrat. Ces parties 20b des con- ducteurs 20, indiquées en pointillés sur la figure 1, sont également planes mais de préférence à la fois plus épaisses et plus larges que les parties d'extrémités 20a. Enfin, les conducteurs 20 comportent des parties 20c qui peuvent être rondes, carrées ou rectangulaires. En pratique, on peut for- mer les parties de conducteur 20a, 20b et 20c à partir d'un même fil de cuivre. On peut former les parties 20a et 20b à partir de ce fil en aplatissant de façon appropriée les ex- trémités. La partie intermédiaire élargie 20b peut simple- ment résulter automatiquement de l'étalement latéral du con- ducteur pendant l'aplatissement. D'autre part, on peut for- mer la partie d'extrémité plus étroite 20a en découpant de façon appropriée des parties du bord latéral du conducteur aplati, sur la longueur de la partie 20a. Comme indiqué précédemment, on peut fixer les con- ducteurs 20 à la structure 10 par le soudage par points, qui est la technique préférée pour réaliser la connexion élec- trique et la fixation mécanique désirées. Pour obtenir une connexion électrique et une fixation mécanique plus fiables, on établit, conformément à l'invention, une couche d'interfa- ce métallique 22 entre les zones 18 et les extrémités 20a des conducteurs. La couche d'interface 22 peut être en or ou en un autre métal approprié (voir ci-après) qui est appliqué sur les zones 18 par placage ou par d'autres moyens appropriés. En établissant la couche d'interface 22, on peut diminuer les paramètresde soudage exigespour réaliser la jonction désirée. Les températures produites sont inférieures, ce qui minimise l'écoulement de la résine et une pression plus faible est exigée, ce qui minimise le mouvement de la pellicule, ceci réduisant à son tour la déformation et la détérioration de la pellicule. L'utilisation d'une couche d'interface sur les zones de bornes de la pellicule élimine également le problème de la présence d'une couche d'oxyde sur la pellicule, du fait que la couche d'oxyde est enlevée pendant le nettoyage de la surface, avant le dépôt de la couche d'interface, et cette dernière protège la surface de la pellicule contre une réo- xydation. Outre le fait qu'elle produit une meilleure jonc- tion soudée, la couche d'interface favorise le "mouillage"de la pellicule par le revêtement de soudure des conducteurs, dans les zones périphériques autour de ce site soudé, ce qui produit une jonction au moyen de soudure entre les conduc- teurs et les zones d'extrémités. Ceci augmente la résistance mécanique et l'intégrité du joint, dans la mesure o il se forme à la fois une jonction soudée sans alliage fusible et une jonction soudée avec un alliage fusible. On peut utiliser différentes matières pour la cou- che d'interface 22. On peut employer de l'or, du cuivre, du platine, du rhodium, du palladium ou des placages multicou- ches tels qu'une sous-couche de nickel suivie par un placage d'or. On peut également employer des techniques de dépôt au- tres que le placage pour appliquer la couche d'interface 22 sur les zones 18. A titre d'exemple, on a montré qu'on ob- tenait le résultat désiré avec un film de cuivre déposé par pulvérisation cathodique Sur une pellicule de nickel-chrome. On peut également employer des techniques de dépôt sous vide ou en phase vapeur. Dans un exemple spécifique de l'invention, on a plaqué des couches d'or d'une épaisseur de 2,5 pm sur les zones de bornes de la pellicule mince. On a effectué le pla- cage à froid en utilisant une préparation du commerce fabri- quée par la firme Selrex Corporation qui comprenait: (a) une solution de formation d'une sous-couche d'or, Aurobond TCL; (b) une solution de placage d'or, Autronex CI. On a formé la sous-couche d'or en soixante secondes à 3,2 A/dm2, et on a effectué le placage d'or en trente minutes à I A/dm2. On a effectué le soudage avec un système de soudage à énergie directe (en alternatif). On a utilisé des tensions de soudage d'environ 0,8 volt et des forces d'environ 12,2 N. On a dé- terminé la meilleure intégrité des joints soudés par des es- sais de traction destructifs, pour indiquer la résistance mécanique des joints et pour observer visuellement la condi- tion à la jonction surface contre surface au site de la sou- dure. Dans un second exemple, similaire au premier, on a plaqué des couches de cuivre de 25 pm sur les zones de bornes de la pellicule mince. On a appliqué le placage de cuivre en utilisant un bain de fluoroborate de cuivre de type classique. On a appliqué tout d'abord une sous-couche de cuivre à 0,75 A/dm2 pendant 60 secondes, et on a fait suivre cette opération par l'application d'un placage de cuivre à 3,2 A/dm2 pendant 30 minutes. Comme le montre la figure 2, un revêtement pro- tecteur 24, de préférence en époxyde, est placé au-dessus de la pellicule 24 pour protéger le chemin en méandres. Le revêtement 24 ne s'étend pas sur les zones d'extrémités 18 qui sont recouvertes par la couche d'interface 22. Un matelas 26 en caoutchouc souple ou en une ma- tière semblable au caoutchouc enveloppe la structure, en étant en contact à la partie supérieure avec le revêtement protecteur 24, et à la partie inférieure avec la surface inférieure du substrat 12, comprenant des parties 20b des conducteurs. Le matelas 26 est lui-même enfermé dans une en- veloppe extérieure 28, qui peut être en matière plastique moulée, comme de l'époxyde, ou qui peut consister en un boîtier en matière plastique dans lequel les autres éléments ont été introduits préalablement, et qui est ensuite empli d'une matière d'enrobage, comme de l'époxyde. L'utilisation de boîtiers hermétiques, emplis ou non, est également accep- table. Les conducteurs de cuivre 20, et en particulier leurs parties classiques 20c, font saillie à l'extérieur à partir de l'enveloppe extérieure 28 et ils font fonction de connexions externes pour la résistance. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Résistance de precision caractériséen ce qu'elle comprend: un substrat (12); une pellicule mince de matière résistive (14) fixée au substrat et définissant un chemin résistif qui s'étend entre deux zones de bornes (18) ; une couche d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18); et un conducteur en cuivre (20) ayant une ex- trémité qui repose sur la couche d'interface métallique (22) et qui est soudée par point et soudée avec un alliage fusible sur la zone de borne (18). 2. Résistance de précision selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur en cuivre (20) est formé par une partie d'extrémité aplatie (20a, 20b) d'un fil de cuivre classique. 3. Résistance de précision selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal de la couche d'interface (22) est sélectionné parmi le groupe comprenant l'or, le cuivre, le platine, le rhodium et le palladium. 4. Résistance de précision selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un revêtement protec- teur (24) qui couvre au moins une partie du chemin résistif de la pellicule (14). 5. Résistance de précision selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: (a) un matelas souple (26) en une matière semblable au caoutchouc qui enveloppe le substrat (12), la pellicule (14), la couche d'interface métallique (22), les extrémités des conducteurs en cuivre (20a, 20b) et le revêtement (24); et (b) des moyens (28) définissant une encapsulation extérieure pour la résistance, les fils de cuivre (20) faisant saillie à travers les moyens d'encapsulation extérieure (28). 6. Procédé de fabrication d'une résistance de précision, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on définit dans une pellicule mince (14) de ma- tière résistive un chemin résistif s'étendant entre deux zones de bornes (18); on applique une couche d'interface métallique (22) à chacune des zones de bornes (18); on fixe la pellicule (14) sur un substrat (12) (a) avant ou après la définition du chemin résistif (14) et des zones de bornes (18), et (b) avant ou après l'application de la couche d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18); on place sur les couches d'interface métalliques (22) des conducteurs revêtus de soudure (20); et on soude par points ces conducteurs (20) aux zones de bornes (18) dans des con- ditions telles que la chaleur du soudage par points(a) soude les conducteurs à la pellicule (14) et (b)fasse en sorte que le revêtement de soudure des conducteurs mouille la pellicule (12) pour réaliser une soudure des conducteurs (20) à la pellicule (14) au moyen d'un alliage fusible. 7. Procédé de fabrication d'une résistance de pré- cision caractérisé en ce qu'il comprend les opérations sui- vantes: on définit dans une pellicule mince (14) de matière résistive fixée sur un substrat (12) un chemin résistif qui s'étend entre deux zones de bornes (18); on applique une matière d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18); on place sur la matière d'interface métal- lique (22) des conducteurs revêtus de soudure (20); et on soude par pointsles conducteurs (20) aux zones de bornes (18), dans des conditions telles que la chaleur du soudage par points(a) soude les conducteurs (20) à la pellicule (14) et (b) fasse en sorte que le revêtement de soudure des con- ducteurs mouille la pellicule, pour souder les conducteurs (20) à la pellicule (14) au moyen d'un alliage fusible. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on applique la couche d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18) par placage. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on applique la couche d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18) par dépôt en phase vapeur. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on applique la couche d'interface métallique (22) sur chacune des zones de bornes (18) par dépôt sous vide. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé en ce qu'on effectue le soudage par pointsà une tension d'environ 0,8 volt et avec une force d'environ 12,2 N. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération supplémentaire qui consiste à enlever une couche d'oxyde présente sur les zones de bornes (18), avant l'application de la matière d'interface métallique (22). 13. Résistance de précision, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée par le procédé de l'une quelconque des revendications 7 à 12.