Brevet FR2586105A1 — publié le 19870213

La présente invention a pour objet un circuit conducteur comprenant au moins une piste d'un matériau conducteur, dont une face est appliquée sur un substrat isolant. Un tel circuit est traditionnellement appelé "circuit imprimén". Les applications des circuits imprimés sont nombreuses dans le domaine de l'électronique, en par- ticulier pour interconnecter des composants électroni- ques. Elles comprennent également la réalisation de cap- teurs de grandeurs physiques, comme par exemple des son- des de mesure du niveau d'un liquide. Dans les applications courantes de ces circuits impri- més dans lesquelles seul le transport de charges élec- triques dans le matériau conducteur est important, le fait que la piste soit appliquée sur le substrat n'est pas un inconvénient. Cependant, dans certaines applications particulières, la présence inévitable du substrat constitue une gène. Il en est ainsi par exemple pour certains circuits micro- ondes, c'est-à-dire devant fonctionner à des fréquences très élevées, de l'ordre de quelques gigahertz. A ces fréquences, le passage d'un courant électrique dans une piste conductrice s'accompagne d'un rayonnement élec- tromagnétique notable au voisinage de la piste conduc- trice, qui a donc un comportement voisin de celui d'une antenne. La présence du substrat, dont la permittivité relative est différente de l'unité, perturbe en consé- quance la répartition du champ électromagnétique autour de la piste conductrice et rend difficile la prédiction de son fonctionnement. La présence inévitable du substrat constitue également une gène dans le cas des sondes de mesure du niveau d'un liquide, fonctionnant sur le principe des sondes connues dites "à fil chaud". Ces sondes comprennent une piste conductrice de longueur déterminée,réalisée dans un matériau dont la résistivité dépend fortement de la température, partiellement immergée dans le li- quide. Lorsqu'un courant parcourt la piste, celle-ci s'échauffe. L'échauffement est différent pour la par- tie immergée dans le liquide et pour la partie non immergée, à cause de l'inertie thermique du liquide. La mesure de la résistance totale, un certain temps après le début de la circulation du courant, renseigne donc sur le niveau du liquide. Dans une sonde réalisée à l'aide d'un circuit imprimé connu, la constante de temps avec laquelle s'échauffe la piste est élevée, car elle dépend, de manière rigide, du substrat sur lequel la piste est collée, ce qui peut, si on ne - prend pas de dispositions particulières, fausser la mesure. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents. Elle a pour objet, à cet effet,un circuit conducteur comprenant au moins une piste d'un matériau conducteur, dont une face est appliquée sur un substrat isolant, caractérisé par le fait qu'au moins une fenêtre est ménagée dans ledit substrat pour laisser libre une par- tie de ladite face. Dans le circuit de l'invention, les parties de la piste correspondant aux fenêtres sont immergées dans un milieu homogène, transversalement à la piste. Ainsi, dans le cas de circuits microondes, la répartition du champ électromagnétique autour de la piste peut être calcu- lée simplement, et le fonctionnement du circuit peut être en conséquence prédit. Dans la forme de réalisation préférée du circuit de l'invention, le matériau conducteur a une résistivité qui dépend de la température. Le circuit peut être utilisé en remplacement d'une sonde connue du type à fil chaud, pour la mesure du niveau d'un liquide, sans modifications du traitement du signal mesuré. Dans ce cas, en effet, l'échauffement de la piste, dans les parties correspondant aux fenêtres, ne dépend pas du substrat et peut être rapide et comparable, par exem- ple, à celui qu'on obtient avec une sonde à fil tendu. Avantageusement, le matériau conducteur est un alliage de fer, de nickel et de cobalt. La résistivité de ce matériau dépend très fortement de la température, ce qui donne une mesure précise. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel circuit conducteur, dans lequel, - on applique une feuille dudit matériau conducteur sur ledit substrat isolant, et on dépose un film d'un maté- riau photosensible sur la face libre de laidte feuille, - puis on expose certaines parties dudit film, - et enfin on soumet l'ensemble aux actions successives d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième composés, le premier composé étant choisi pour dissoudre le maté- riau photosensible non exposé, le deuxième pour dissoudre le matériau conducteur et le troisième pour dissoudre le matériau photosensible exposé,caractérisé par le fait que, - avant application de ladite feuille de matériau conduc- teur, on ménage au moins une fenêtre dans ledit subs- trat isolant, - après application de ladite feuille,et avant soumission à l'action du deuxième composé, on applique une couche d'une laque protectrice, insoluble dans ledit deuxième composé et soluble dans ledit troisième composé, sur la face libre dudit substrat et sur les parties de ladite feuille laissées libres par ladite fenêtre. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée' du circuit conducteur de l'invention, ainsi que de la mise en oeuvre préférée du procédé de l'invention, faite en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure I représente une vue de face du circuit de l'invention, - la figure 2 représente une vue de profil, en coupe, selon la ligne II-II, du circuit de la figure 1, et - les figures 3a, 3b, 3c et 3d représentent,chacune, une vue de dessous,en coupe, selon la ligne IIIIII, du circuit de la figure 1 en cours de fabrication, dans quatre états successifs, respectivement. Un circuit conducteur 1, destiné ici à être utilisé com- me sonde de mesure du niveau d'huile dans le carter d'une automobile, comprend une piste 2 d'un matériau conducteur, en l'occurence un alliage de 54 % de fer, de 29 % de nickel, et de 17 % de cobalt, dont la face 25 (non visible sur la figure 1) est appliquée sur un subs- trat isolant 3, en l'occurence du Kapton. La piste 2 comprend ici six segements rectilignes paral- lèles, dont les extrémités sont deux à deux réunies pour former un chemin continu, en zig-zag entre deux plots d'accès 21 et 22, voisins de l'extrémité supérieure, sur les figures 1 et 2, du circuit 1, et reliés aux deux segments extrêmes de la piste 2. Deux plots de fi- xation 23 et 24, similaires aux plots d'accès 21 et 22, mais non reliés à la piste 2, sont voisins de l'extré- mité inférieure du circuit 1. Une fenêtre 4, ici rectangulaire, est ménagée dans le substrat 3, sous la piste 2, pour laisser libre la par- tie 201 de la face 25 de la piste 2 qui correspond, ici, 2586 105 à la quasi-totalité des quatre segments centraux. La par- tie restante de la face 25 de la piste 2, qui correspond, entre autres, aux extrémités des quatre segments centraux, reste appliquée sur le substrat 3, et donc solidaire de celui-ci, au voisinage de deux bords latéraux opposés de la fenêtre 4. Le circuit qui vient d'être décrit est utilisé de la fa- çon suivante. Les plots 21 et 23 d'une part, et 22 et 24, d'autre part, sont soudés sur une première et une deuxième tiges métal- liques parfaitement conductrices, non représentées car classiques, solidaires d'un bouchon isolant pouvant s'adapter sur une ouverture pratiquée dans la paroi supé- rieure, horizontale, du carter de l'automobile. L'ensem- ble permet de monter le circuit verticalement à l'inté- rieur du carter, de façon à ce que chacune des six seg- ments de la piste 2 se trouve partiellement immergé dans l'huile, la longueur totale de piste 2 immergée étant va- riable avec le niveau de l'huile dans le carter. La sonde étant ainsi montée, on fait passer un courant constant dans le circuit formé par les tiges métalliques et la piste 2. Sous l'action de ce courant, la piste 2 s'échauffe. Toutefois, la partie de la piste 2 immergée se trouvant refroidie par l'huile, alors que la partie non immergée ne l'est pas, chacune de ces parties prend une température différente. L'alliage de fer, de nickel et de cobalt dans lequel la piste 2 est réalisée étant un matériau dont la résistivité dépend fortement de la tem- pérature, la résistance totale de la piste 2 dépend for- tement de la température de ses différentes parties, donc du niveau de l'huile dans le carter. Une mesure de la tension développée entre les deux tiges métalliques par- faitement conductrices renseigne sur la valeur de la résistivité totale de la piste 2 (puisque l'ensemble est parcouru par un courant constant) et donc sur le niveau de l'huile. Dans une telle sonde, le comportement en températures de la piste est pratiquement identique à celui d'un fil du même matériau tendu dans l'air, car la piste est presque partout libre, c'est-à-dire sans contact avec le substrat. Ainsi, la partie de la piste non immergée peut s'échauffer rapidement car les portions solidaires du substrat, dont l'inertie thermique est plus importante, et qui ne sont utiles que pour le maintien mécanique de la piste, peu- vent être de longueur très faible. Naturellement ceci n'est pas obligatoire et si, pour une raison particulière, on désire que l'inertie thermique de la piste se situe à une valeur intermédiaire entre celle de la piste libre et celle de la piste entièrement appli- quée sur le substrat, on peut prévoir des arrangements particuliers de fenêtres, pour rendre libre, par exemple, un segment sur deux, ou un sur trois.... L'alliage de fer, de nickel, et de cobalt dans lequel est réalisée la piste 2 peut être remplacé par tout matériau conducteur dont la résistivité dépend fortement de la température, et en particulier tout autre alliage ou mé- tal pur possédant cette propriété. La description qui précède se rapporte à une sonde de mesure de niveau d'huile, mais il est évidemment possi- ble d'utiliser un circuit selon l'invention pour des ap- plications diverses, en particulier pour des applications microondes. Dans ce cas, on utilise un matériau parfaite- ment conducteur pour réaliser une piste de largeur cons- tante comportant par exemple un segment rectiligne, dont seules les extrémités sont solidaires du substrat, et dont la majeure partie est laissée libre par une fenêtre. La face du substrat, opposée à celle sur laquelle est appliquée la piste, est placée sur un plan parfaitement conducteur. Le segment de piste forme alors, avec le plan parfaitement conducteur, une portion de ligne du type con- nu sous les noms "ligne à ruban" ou "microstrip" dont le diélectrique, en l'occurence de l'air, est parfaitement homogène. Le circuit de l'invention peut tre réalisé par le procédé qui va maintenant être décrit, en se reférant à la fi- gure 3. Une feuille 20 du matériau conducteur dans lequel sera réalisée la piste 2 est appliquée sur le substrat isolant 3, dans lequel a été ménagée la fenêtre 4. Un film 5 d'un matériau photosensible est déposé sur la face libre de la feuille 20 et une couche 6 de laque pro- tectrice est appliquée sur la face libre du substrat 3 et sur la partie 201 de la face 25 de la feuille 20 laissée libre par la fenêtre 4. A l'aide d'un masque 7 et d'une source lumineuse 8, on exposecertaines parties 51 du film 5 (figure 3a), qui se polymérisent sous l'action de la lumière. On retire le masque 7 et, à l'aide d'un premier composé, en l'occurence du trichlore, on dissout, de façon connue, les parties du film 5 non polymérisées. Seules les par- ties 51 subsistent alors sur la feuille 20 (figure 3b). A l'aide d'un deuxième composé, en l'occurence un mélange de perchlorure et d'acide nitrique, et de façon connue, on dissout les parties 202 de la feuille 20 non protégées par les parties 51 du film 5. Seules les parties 203, qui ont été protégées par les parties 51 du film 5, subsis- tent alors sur le substrat 3 (figure 3c). A l'aide d'un troisième composé, en l'occurence du chloru- re de méthylène dilué à l'alcool, et de façon connue, on dissout les parties 51 et la couche 6 de laque protec- trice, de façon à ce que seules les parties 203 subsis- tent (figure 3d). Naturellement, le matériau photosensible constitutif du film 5, la laque protectrice constitutive de la couche 6 et les trois composés doivent être choisis en relation les uns avec les autres. Ainsi, dans l'exemple précédent, le matériau photosen- sible non exposé doit être soluble dans le trichlore. Lorsqu'il a été exposé, il doit être insoluble dans le mélange de perchlorure et d'acide nitrique, et soluble dans le chlorure de méthylène dilué à l'alcool. De mime la laque protectrice doit être insoluble dans le trichlore, et dans le mélange de perchlorure et d'acide nitrique, mais soluble dans le chlorure de méthylène di- lué à l'alcool. Il est aussi possible d'utiliser une laque protectrice soluble dans le trichlore, à condition d'appliquer la couche 6 après dissolution au trichlore des parties non exposées du film 5. 2586 105 REVENDICATIONS: 1.- Circuit conducteur (1) comprenant au moins une piste (2) d'un matériau conducteur, dont une face (25) est ap- pliquée sur un substrat (3) isolant, caractérisé par le fait qu'au moins une fenêtre (4) est ménagée dans ledit substrat (3) pour laisser libre une partie (201) de ladite face (25). 2.- Circuit conducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau conducteur a une résistivité qui dépend de la température. 3.- Circuit conducteur (1) selon la revendication 2, dans lequel ledit matériau conducteur est un alliage de fer, de nickel et de cobalt. 4.- Sonde de mesure du niveau d'un liquide dans un ré- servoir, comprenant un circuit conducteur et des moyens de montage dudit circuit à l'intérieur dudit réservoir, agencés pour que se trouve immergée une longueur du cir- cuit variable avec le niveau dudit liquide, dans lequel ledit circuit conducteur est conforme à une des revendi- cations I à 3. 5.- Procédé de fabrication d'un circuit conducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel, - on applique une feuille (20) dudit matériau conducteur sur ledit substrat (3) isolant, et on dépose une film (5) d'un matériau photosensible sur la face libre de ladite feuille, puis on expose certaines parties (51) dudit film, - et enfin on soumet l'ensemble aux actions successives d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième composés, le premier composé étant choisi pour dissoudre le matériau photosensible non exposé, le deuxième pour dissoudre le matériau conducteur et le troisième pour dissoudre le maté- riau photosensible exposé. caractérisé par le fait que, - avant application de ladite feuille (20) de matériau con- ducteur, on ménage au moins une fenêtre (4) dans ledit substrat (3) isolant, - après application de ladite feuille (20), et avant soumis- sion à l'action du deuxième composé, on applique une cou- che (6) d'une laque protectrice, insoluble dans ledit deuxième composé et soluble dans ledit troisième composé, sur la face libre dudit substrat (3) et sur les parties (201) de ladite feuille laissées libres par ladite fenê- tre (4).