Brevet FR2562711A1 — publié le 19851011

RESISTANCE HAUTE TENSION DE PRECISION A FAIBLE ENCOM- BREMENT EN TECHNOLOGIE COUCHES EPAISSES. La présente invention concerne un élément de circuit résistif réalisé selon la technologie dite des "couches épaisses" par superposition de deux couches, l'une conductrice, l'autre résistive, afin d'obtenir une résistance supportant de fortes tensions et amenée à une valeur ohmique précise par plusieurs découpes laser correctement réparties dans la couche résistive. La technologie hybride "couches épaisses" a comme principaux matériaux de base des encres résistives, conductrices et isolantes. Ces encres se présentent sous forme de pâtes qui contiennent les éléments suivants: verres spéciaux en poudre, métaux précieux pulvérulents, liant organique, diluant constitué par un mélange de solvants. Ces ingrédients qui sont mélangés pour former une pâte épaisse sont déposés sur des plaquettes de céramique appelées substrats, géné- ralement de l'alumine, par le procédé d'impression sérigraphique. Une fois la pâte déposée sur le subs- trat, la pièce est séchée à 100-150 C afin d'en éli- miner les solvants et cuite dans un four à 500-1 000 C, généralement 850 C. Durant la cuisson trois phéno- mènes se produisent: décomposition du liant organique, frittage des particules de verre sur la surface du substrat et vitrification de l'ensemble. Ainsi les éléments constitutifs du circuit adhèrent très forte- ment à la céramique. Une résistance réalisée en technologie hybride "couches épaisses" est représentée à la figure 1 des dessins annexés. Elle comprend deux couches différentes 49398 1 1676 256271 1 - 2 - déposées sur un substrat 1: la première 2a, 2b, faite d'une encre conductrice sérigraphiée, séchée et cuite éventuellement, sert de support et de bornes à la résistance; la deuxième 3, faite d'une encre résis- tive sérigraphiée, séchée et cuite, est en elle-même la résistance proprement dite. Ces deux couches, si le mode de fabrication le permet, peuvent être co-cuites c'est-à-dire cuites ensemble. Cette technologie permet de réaliser des résistances dans une gamme de valeur très étendue (10-106J,) dépendant du choix du type d'encre résistive utilisée et de la variation de la géométrie des résistances imprimées. Les matériaux entrant dans la composition de l'encre conductrice pour la couche conductrice sont à base de métaux ou d'alliages tels que argent, palladium, pla- tine, or, cuivre, aluminium. Le choix de ces diffé- rents métaux repose sur plusieurs critères: soudabi- lité, résistance au vieillissement, définition à l'im- pression, faible résistivité, adhérence au substrat, compatibilité avec l'encre résistive employée et pos- sibilité de recuisson. L'épaisseur de la couche con- ductrice est généralement comprise entre 5.4m et 50m. Les matériaux les plus utilisés entrant dans la compo- sition de l'encre pour la couche résistive sont des oxydes métalliques tels que l'oxyde ruthénium ou des pyrochlores telsque le ruthénate de thallium, dont les principaux paramètres sont la résistivité, le coeffi- cient de variation thermique, la stabilité dans le temps. L'épaisseur de la couche résistive est généra- lement comprise entre 10et 30./m. 49398 116 3 - Une telle résistance hybride "couches épaisses" peut être ajustée au moyen d'un faisceau laser de moyenne puissance (0-5 Watts). Cette technologie de découpe au laser consiste à vaporiser les matériaux résistifs par création d'impulsions de lumière cohérente de haute intensité et de très courte durée. Une succession d'impulsions laser qui se recouvrent plus ou moins crée un sillon de faible largeur (de l'ordre de 50 Pm) qui traverse la couche résistive juqu'au substrat et découpe ainsi la résistance. Cette découpe dévie les lignes de courant qui traversent la structure, aug- mentant de ce fait sa valeur ohmique, et la totalité de la tension appliquée à la résistance se retrouve de part et d'autre du sillon laser. Les deux problèmes majeurs rencontrés avec ce genre de découpe pour des résistances haute tension sont donc la création de un ou plusieurs points chauds accompa- gnés de microcraquelures au sommet de ou des découpes o se situe la concentration des lignes de courant, ainsi que l'apparition d'arc électrique en fonction- nement, d'un bord à l'autre de certaines découpes laser lorsque le champ électrique dépasse une certaine limite (de l'ordre de 3000 v/mm dans l'air sec). Les figures 2A à 2E des dessins annexés montrent plu- sieurs formes de découpesquiont fait l'objet d'essais expérimentaux sur des résistances hybrides "couches épaisses" de faible encombrement soumises à des ten- sions de plusieurs centaines de volts. Ces formes de découpes se sont avérées inadaptées car il en résul- tait, soit la création de points chauds en 4a, 4c, 4d, 4g, 4h, 4i, 4j, soit un tropfort gradient de tension entre les deux bords du sillon laser repéré 4b, 4e, 49398 11676 4- 4f, 4k, 41, susceptible d'entraîner une mauvaise stabilité ou la destruction de la résistance, par apparition d'un arc électrique. Avec ces formes de découpes, les problèmes précités ne peuvent être résolus qu'en surdimensionnant la résis- tance, ce qui n'est pas toujours compatible avec les possibilités d'implantation offertes et accroit les coûts de fabrication. L'invention vise donc à fournir une résistance haute tension réalisée selon la technologie hybride "couches épaisses", dont l'ajustage précis à la valeur désirée est assuré par des découpes ménagées dans l'épaisseur de la couche résistive suivant une configuration apte à permettre la tenue en tension de la résistance malgré un dimensionnement minimal de celle-ci. A cet effet, l'invention a pour objet une résistance haute tension de précision comportant un substrat plan en matériau isolant sur lequel ont été déposées par sérigraphie au moins une couche résistive de forme sensiblement rectangulaire, carrée ou analogue et une couche conductrice se présentant sous la forme de deux rubans parallèles s'étendant suivant deux bords opposés de la couche résistive et constituant des bornes reliées électriquement entre elles par ladite couche résistive, la couche résistive comportant des découpes rectilignes pratiquées dans son épaisseur, jusqu'au substrat isolant, parallèlement auxdits bords opposes à partir d'un troisième bord de la couche résistive, caractérisée en ce que les découpes rectilignes sont régulièrement espacées le long du troisième bord et ont des longueurs d'autant plus grandes qu'elles sont 5- plus proches du milieu du troisième bord, les extrémi- tés opposées au troisième bord des découpes rectilignes définissant à partir des intersections du troisième bord avec les bornes un contour présentant un sommet dans sa partie médiane. De préférence, ledit contour est sensiblement symé- trique par rapport à un axe parallèle aux bornes et passant par le milieu du troisième bord. Suivant une caractéristique, la longueur des découpes rectilignes est directement fonction de la distance qui existe entre la borne adjacente et la découpe considérée. Suivant une autre caractéristique, ledit contour pré- sente la forme d'un triangle isocèle dont la base coïncide avec le troisième bord et dont les deux côtés égaux s'étendent à partir desdites intersections jus- qu'audit axe de symétrie. Suivant encore une autre caractéristique, l'une des découpes conférant à la résistance sa valeur défini- tive présente une longueur telle que son extrémité opposée au troisième bord ne coïncide pas nécessaire- ment avec ledit contour. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'une résistance réalisée suivant la technologie hybride "couches épaisses"; 49398 11676 - 6 - - les figures 2A à 2E sont des vues en plan montrant différentes configurations de découpes conformes à l'état de la technique pour l'ajustage précis de résistances du type de la figure 1; - la figure 3 est une vue analogue aux figures 2A à 2E montrant une configuration de découpes conforme à l'invention; et - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 mon- trant une variante de réalisation de configuration de découpes suivant l'invention. La résistance hybride "couches épaisses" représentée à la figure 3 comprend une couche résistive 3 de forme rectangulaire (mais une forme carrée ou une forme polygonale approchante conviennent également) déposée sur un substrat isolant 1, par exemple en céramique à base d'alumine. Deux bords opposés de la couche résis- tive 3 chevauchent une couche conductrice se présen- tant sous forme de deux rubans parallèles 2a, 2b cons- tituant les bornes de la résistance. L'ajustage précis de la résistance à la valeur voulue est assuré par des découpes 5a à 5f pratiquées dans l'épaisseur de la couche résistive 3 jusqu'au substrat isolant. Ces découpes sont orientées parallèlement aux bornes 2a et 2b et s'étendent à partir de l'un 6 des deux autres bords de la couche résistive 3 perpendicu- laires aux bornes 2a, 2b. Les découpes rectilignes ou sillons 5a à 5f ont des longueurs progressivement croissantes des bornes vers le milieu du bord de réfé- rence 6, de sorte que leurs extrémités opposées à ce bord 6 définissent une enveloppe ou contour 7 49398 11676 2562 7 l -7- s'étendant depuis les intersections 8a, 8b du bord de référence 6 avec les couches 2a, 2b en présentant un sommet dans sa partie médiane. De préférence, les découpes rectilignes 5a à 5f sont régulièrement espa- cées le long du bord de référence 6 et sont réalisées au moyen d'un faisceau laser comme décrit précédemment. Grâce à cette configuration des découpes, on obtient une répartition des équipotentielles le long de la résistance telle que d'une part le gradient de tension de part et d'autre de l'extrémité de chaque sillon laser est inférieur à une valeur permettant la crea- tion d'arc électrique et telle que d'autre part les zones o les gradients de tension sont les plus forts sont situées au pied des sillons laser les plus longs (ceux proches de l'axe de symétrie de la résistance), les chemins d'accès à ces zones étant très longs et par conséquent suffisamment résistants pour empêcher l'alimentation en courant d'un arc électrique. La figure 4 montre une variante de réalisation dans laquelle l'enveloppe ou contour défini par les extré- mités des découpes et le bord de référence est trian- gulaire. Les longueurs des découpes sont directement fonctions de l'intervalle qui existe entre la borne 2a ou 2b adjacente et la découpe considérée, de manière à être à peu près régulièrement et symétriquement décrois- santes à partir d'un axe divisant en deux parties égales la longueur de la couche résistive 3. Cependant, il est à noter que la dernière découpe con- férant la précision désirée à la résistance peut avoir une longueur qui ne coincide pas avec le tracé du con- tour triangulaire 9. 49398 11676 256271 1 -- 8 -- Des essais expérimentaux ont été effectués sur une résistance de 10 kJD. de 2,9 mm de long et 2,7 mm de large réalisée avec une encre résistive de 10 k Je/ O. Cette résistance devait être ajustée avec une précision de 1 % et devait pouvoir supporter des impulsions de 400 v pendant 100 /4s entre ses deux bornes. Ces essais ont montré que la configuration des découpes suivant l'invention permettait de répondre à ces exigences alors que tel n'était pas le cas des configurations des figures 2A à 2E. Le choix d'une résistance de faible encombrement avec une configuration de découpe conforme à l'invention plutôt qu'une résistance surdimensionnée avec, par exemple, deux découpes droites présente entre autres les avantages d'une économie de fabrication due à un faible coût en matière et d'une miniaturisation de la structure se traduisant par un gain d'implantation. 49398 11676 -9- REVENDICATIONS 1. Résistance haute tension de précision comportant un substrat plan en matériau isolant (1) sur lequel ont été déposées par sérigraphie au moins une couche résistive (3) de forme sensiblement rectangulaire, carrée ou analogue et une couche conductrice se pre- sentant sous la forme de deux rubans parallèles (2a, 2b) s'étendant suivant deux bords opposés de la couche résistive et constituant des bornes reliées électrique- ment entre elles par ladite couche résistive, la couche résistive comportant des découpes rectilignes(5a à 5f) pratiquées dans son épaisseur, jusqu'au substrat iso- lant,parallèlement auxdits bords opposés à partir d'un troisième bord (6) de la couche résistive, caractérisée en ce que les découpes rectilignes (5a à 5f) sont régulièrement espacées le long du troisième bord (6) et ont des longueurs d'autant plus grandes qu'elles sont plus proches du milieu du troisième bord (6), les extrémités opposées au troisième bord (6) des découpes rectilignes définissant à partir des intersections (8a, 8b) du troisième bord (6) avec les bornes (2a, 2b) un contour (7; 9) présentant un sommet dans sa partie médiane. 2. Résistance suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit contour (7; 9) est sensiblement symé- trique par rapport à un axe parallèle aux bornes (2a, 2b) et passant par le milieu du troisième bord. 3. Résistance suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la longueur des découpes rectilignes (5a à f) est directement fonction de la distance qui existe entre la borne adjacente (2a, 2b) et la découpe consi- dérée. 49398 11676 2562 7 1 1 - 10 - 4. Résistance selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit contour (9) présente la forme d'un triangle isocèle dont la base coincide avec le troi- sième bord (6) et dont les deux côtés égaux s'étendent à partir desdites intersections (8a, 8b) jusqu'audit axe de symétrie. 5. Résistance suivant l'une quelconque des revendica- *tions 1 à 4, caractérisée en ce que l'une des découpes conférant à la résistance sa valeur définitive pré- sente une longueur telle que son extrémité opposée au troisième bord (6) ne coïncide pas avec ledit contour (9). 49398 1 1671