Brevet FR2606203A1 — publié le 19880506

Composant électronique résistif du type en métal massif et procédé correspondant. La présente invention concerne des résistances de précision et plus particulièrement des résistances en métal massif de haute précision du type utilisant une couche de métal massif résistive, gravée pour former une bande allongée qui serpente sur un substrat. De telles résistances sont déjà connues et présentent la particularité d'avoir un faible coefficient de température de résistance (CRT), égal par exemple à une partie par million par degré Celsius (ppm/OC). Comme cela est connu de la technique antérieure, la fabrication de résistances de précision du type considéré ici comprend le collage d'une feuille métallique résistive sur un substrat. Celui-ci, qui peut être rigide (par exemple en verre, en céramique) est formé d'un matériau électriquement isolant et bon conducteur thermique. On préfère actuellement un substrat d'oxyde d'aluminium. Le film métallique est donc rendu fortement adhérent au substrat, de sorte que toute contrainte subie par le substrat est transmise sans glissement ou fluage du substrat au film métallique. Celui-ci est photogravé par attaque chimique suivant un dessin approprié qui peut être en forme de serpentin. Le dessin est ensuite ajusté, si nécessaire, à la tolérance appropriée, en y coupant des lignes ou en réduisant son épaisseur. De préférence, le dessin comporte des points dits d'étalonnage, formés de courts-circuits entre les lignes du trajet résistif. Ce sont des plots en métal massif placés sur le substrat à l'opposé des surfaces de contact des connexions de sortie. La suppression d'un court-circuit en l'un des points d'étalonnage oblige le courant à effectuer un parcours plus long, ce qui a pour effet d'augmenter la valeur ohmique de la résistance d'une quantité donnée. Cette constitution de la feuille métallique portée par le substrat est connue en soi. La configuration spécifique du trajet serpentin, des points d'étalonnage, est choisie de façon à permettre un ajustement aisé de la résistance à la valeur souhaitée. Une progression logarithmique des différentes parties du trajet serpentin s'est révélée être très avantageuse. Plus précisément, cette valeur est atteinte par défaut. On donne d'abord au dessin du métal massif une configuration spécifique qui permette d'approcher la valeur brute la plus proche possible par défaut de la valeur souhaitée. Ensuite, les points d'étalonnage sont coupés de manière adéquate, de façon à atteindre la valeur souhaitée par échelons successifs de plus en plus faibles et pouvant atteindre 0,0018 (l0-). Une telle variation de la résistance se fait par valeurs discrètes. Cette configuration présente également l'avantage d'être non-inductive par nature. Les lignes conductrices adjacentes sont en effet traversées par le courant dans des directions opposées, ce qui permet la neutralisation efficace des champs magnétiques engendrés. I1 en résulte une valeur d'inductance très faible de la résistance du type considéré ici. Une telle configuration permet également de minimiser les effets capacitifs et confère au circuit résistif d'excellentes caractéristiques de réponse en fréquence ainsi qu'en régime impulsionnel. Ces résistances de haute précision ont des coefficients de température très faibles en raison de la neutralisation de deux phénomènes physiques. En effet, des variations de température tendent à produire des variations de résistance induites par contrainte dans le film métallique, lorsque le substrat, sous l'effet de cette variation de température, est soumis à une dilatation ou une compression relative. Pour obtenir une réduction très importante de la sensibilité à la température de la résistance de précision, ces variations de résistance induites par contrainte doivent être de sens opposé et, si possible, égales au coefficient de température du film métallique lui-même. Or, on sait que la résistivité d'un métal croit avec la température. I1 suffit donc que les contraintes induites par le substrat donnent un changement de résistance de sens négatif. Ces effets de signes contraires sont rendus égaux en valeur absolue par un traitement spécial du métal. Ces résistances de haute précision du type considéré ici peuvent être fixes ou variables. Enfin, pour protéger complémentairement la résistance des forces externes, on applique un coussin enveloppant en caoutchouc siliconé souple. Eventuellement, pour établir une barrière de protection contre l'humidité, l'ensemble substrat-couche métallique est préalablement revêtu de silicone. La résistance est enfin encapsulée dans un boîtier ou est moulée dans un enrobage époxy de protection complémentaire. Le cas d'une résistance de précision variable (ou potentiomètre) ne se distingue de celui d'une résistance fixe que par la présence d'un curseur relié à une connexion de sortie intermédiaire, actionné par une vis et pouvant se déplacer sur une piste métallique reliée aux éléments résistifs de la résistance. C'est alors la position du curseur le long de cette piste qui détermine la valeur ohmique de la résistance potentiométrique. Cependant, il apparaît que les procédés d'ajustement de la résistance de précision, aussi bien fixe que variable, ne donnent pas toute satisfaction. Dans les deux cas, la variation de la valeur de la résistance est échelonnée et discontinue, ce qui limite donc la précision des résistances en métal massif. En particulier, pour une résistance fixe, les pas d'ajustement sont de l'ordre de 0,001%. Il en est de même des résistances potentiométriques. Bien que la relation entre la valeur de la résistance et l'angle de rotation de la vis soit linéaire avec une très bonne précision, la valeur de la résistance varie de manière discontinue sous l'effet de la rotation de la vis, en raison même de la configuration des éléments résistifs. Les pas de réglage peuvent atteindre un minimum de 0,05%, ce qui limite sérieusement la résolution d'un potentiomètre en métal massif. C'est par conséquent un but de l'invention de fournir une résistance du type mentionné pour laquelle la précision du réglage de la valeur ohmique est bien meilleure. C'est également un but de l'invention de fournir un dispositif de réglage simple, économique et facile d'utilisation, qui permette un ajustement de la résistance en métal massif considérée. C'est encore un but de l'invention de fournir un potentiomètre en métal massif du type ci-dessus mentionné, de bien meilleure résolution que ceux de l'état de la technique actuel. C'est aussi un but de l'invention de fournir un procédé d'ajustage de résistances en métal massif qui permette d'approcher avec une précision d'au moins 10-6 une valeur souhaitée de ladite résistance. C'est enfin un but de l'invention de fournir un procédé d'ajustement de potentiomètre, en métal massif, qui permette une approche continue de la valeur souhaitée dudit potentiomètre, avec une précision d'au moins 10-4. Dans sa définition la plus générale, l'invention réside en ce qu'une résistance de précision du type comprenant une feuille de résistance en métal massif comprend un dispositif d'ajustage permettant de faire varier une dimension de ladite feuille de résistance, de façon à ajuster la valeur de ladite résistance de précision. Plus particulièrement, une résistance de précision du type comprenant - une couche de métal massif constituant le matériau résistif; - un substrat supportant la couche de métal auquel ladite couche est fixée fermement par une couche d'adhésif; - des connexions de raccordement électrique; - un enrobage d'isolant souple; comprend avantageusement, en outre, un dispositif d'ajustage permettant d'exercer une contrainte mécanique sur le substrat et par conséquent sur ladite couche de métal massif et d'ajuster ainsi la valeur de ladite résistance de précision. Plus particulièrement, le dispositif d'ajustage comprend une vis dont le support se trouve à l'intérieur de l'en- robage d'isolant souple de ladite résistance. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif d'ajustage exerce un effort linéaire mécanique de compression ou de traction du substrat et par conséquent de la couche métallique supportée par le substrat. Selon un second mode de réalisation, le dispositif d'ajustage exerce un effort mécanique de torsion du substrat et par conséquent de la couche métallique supportée par le substrat. Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif d'ajustage exerce un effort mécanique de flexion du substrat et par conséquent de la couche métallique supportée par le substrat. Avantageusement, la vis est revêtue d'un vernis, afin qu'elle puisse être bloquée dans la position désirée. La résistance de précision peut être une résistance fixe ou encore une résistance variable. L'invention réside aussi en ce qu'un procédé d'ajustage d'une résistance de précision fixe du type comprenant - une couche de métal massif constituant le matériau résistif, comportant un ensemble de courts-circuits d'étalonnage; - un substrat supportant la couche de métal auquel ladite couche est fixée fermement par une couche d'adhésif; - des connexions de raccordement électrique; - un enrobage d'isolant souple; comporte une première phase dans laquelle les court-circuits sont supprimés sur la couche de métal massif de façon à obtenir une valeur approchée par défaut de la valeur recherchée de la résistance, et une deuxième phase d'ajustage dans laquelle est effectué le réglage d'un dispositif comportant une vis et exerçant une contrainte mécanique sur le substrat de ladite résistance de précision, et par conséquent sur la couche métallique ellemême. Dans le cas d'une résistance de précision variable du type comprenant - une couche de métal massif constituant le matériau résistif, comportant un curseur actionné par une vis pouvant se déplacer le long de ladite couche de métal; - un substrat supportant la couche de métal auquel ladite couche est fixée fermement par une couche d'adhésif; - des connexions de raccordement électrique; - un enrobage d'isolant souple; ce procédé comprend plusieurs phases dans lesquelles - la première phase de l'ajustage est effectuée en réglant la vis associée au curseur de réglage, de façon à obtenir une valeur approchée par excès de la valeur recherchée de la résistance; - la deuxième phase de l'ajustage est effectuée par réglage d'un dispositif comportant une vis et exerçant une contrainte mécanique sur le susbtrat de ladite résistance de précision, et par conséquent sur la couche métallique elle-même. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de dessus d'une résistance en métal massif selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la résistance de la figure 1; - la figure 3a est une vue de dessus d'un substrat portant une feuille de métal massif; - la figure 3b est une représentation simplifiée du substrat portant la feuille de métal massif après ajustement à l'aide des points d'étalonnage; - la figure 4 est une vue en coupe d'un potentiomètre en métal massif selon l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1, 2, 3a et 3b. La figure 1 montre l'ensemble de la résistance en métal massif du type considéré. L'élément de base de la résistance comprend le film métallique 1 fixé par une couche d'adhésif 2 à la partie 3, appelée encore substrat. Le matériau du film est un métal massif, en particulier un alliage nickel-chrome. Le substrat peut être fait de céramique ou de verre, mais des métaux oxydés du type oxyde d'aluminium ou encore des polymères se sont révélés être très avantageux. Le substrat est dans tous les cas un isolant électrique. Le substrat et le métal doivent être choisis de façon que les variations de résistance induites par contrainte dans le film métallique sous l'effet d'un changement de température soient égales et de sens opposé à celles provoquées par le changement de résistance dans le film dû à un changement de température. On obtient ainsi de très faibles coefficients de température de résistance, de l'ordre de 1 ppm. 00C'1. Initialement, la feuille métallique 1 peut s'étendre de façon continue sur sensiblement la totalité du substrat 2. Cependant, au moment où l'étape de fabrication montrée sur la figure 1 est atteinte, la feuille 1 a déjà été soumise à une série de traitements connus, de type photogravure par attaque chimique, avec pour résultat la formation dans cette feuille d'un trajet serpentin étendu séparé par de fines divisions ainsi qu'il apparaît sur la figure 3a. L'ensemble substrat-film métallique est revêtu d'une couche de silicone 4 qui le protège contre l'humidité. Pour protéger complémentairement la résistance des forces externes, on applique un coussin enveloppant 5 en caoutchouc très tendre ou en un matériau du type caoutchouc siliconé et la résistance est enfin encapsulée dans un boîtier d'époxy 6 ou est moulée pour une protection complémentaire contre l'environnement. I1 est en outre nécessaire bien entendu de munir la résistance de conducteurs de connexion 7, soudés directement sur l'élément résistif 1. Ceux-ci sont soudés sur des plots 9 de métal massif, où se terminent les extrémités opposées du trajet serpentin. A l'opposé de ces surfaces de contact 9, sont prévues des languettes d'ajustement s ou encore points d'étalonnage. I1 est alors connu d'étalonner la résistance en métal massif en effectuant des découpes au travers de la feuille au cours du processus d'ajustement de la résistance du composant lors d'une étape ultérieure de fabrication. Lorsqu'on supprime le court-circuit qui existe entre deux boucles adjacentes du trajet serpentin, le courant doit parcourir un trajet résistif plus long, ce qui modifie et plus précisément augmente la valeur de la résistance. La figure 3b montre une feuille métallique dans laquelle la partie sombre représente l'élément résistif métallique 1 et la partie claire, le substrat 3 isolant sur lequel adhère le film de métal 1. En l'absence de découpe de la feuille, le courant passe par la partie la plus large 30 de l'élément résistif de bord, comme indiqué par les flèches. En revanche, lorsqu'un court-circuit 31 est supprimé (bloc supérieur), le courant doit parcourir les boucles 32 plus fines photogravées dans ce bloc, ce qui augmente la valeur de la résistance. I1 est habituel de prévoir une configuration du parcours résistif telle que les différentes parties du trajet serpentin sont en progression logarithmique. I1 est enfin prévu dans le corps du revêtement d'époxy 6 un support de vis 20 et une vis 19, dont la fonction sera définie ci-après. L'extrémité de cette vis affleure en position de repos un bord du substrat 3. L'ajustage d'une résistance selon l'invention se fait alors en trois phases. I1 est tout d'abord prévu une configuration spéciale du trajet serpentin qui approche la valeur brute la plus proche possible de la valeur souhaitée. Un tel procédé utilise en général la photogravure par attaque chimique et est bien connu. Dans une étape suivante, diverses découpes sont effectuées dans la feuille à partir des points d'étalonnage permettant une modification jusqu'à des échelons d'étalonnage pouvant atteindre 0,001%. La valeur recherchée est alors atteinte par défaut à 10-5 près. Dans une troisième phase, un ajustement encore plus fin est effectué en réglant la vis 19 lors du contrôle élec trique final sur une résistance ayant subi toutes les étapes de fabrication et donc complètement terminée. La rotation de cette vis exerce en effet alors une contrainte mécanique sur le substrat qui induit une variation mécanique de l'ensemble substrat-film métallique et donc un changement de résistance. Plus précisément, un effort de compression du substrat provoque une contraction du trajet serpentin métallique et donc une diminution de la valeur de la résistance. Réciproquement, un effort de traction à partir d'une position de compression, obtenu en fait en raison des propriétés élastiques du substrat, provoque l'effet contraire. I1 est apparu que la contrainte exercée par cette vis vis-à-vis du substrat permet un ajustage encore plus précis de la résistance que ne le permettaient les découpes des courts-circuits d'étalonnage. C'est pourquoi le réglage de la vis ne s'effectue qu'en dernier lieu, à savoir lorsque les modifications à apporter à la feuille métallique 1 ont été effectuées. Bien que les contraintes exercées par la vis relèvent en général de la compression ou de la dilatation, il peut être avantageux d'envisager un dispositif d'ajustage induisant une contrainte de flexion ou encore de torsion du substrat 3. Une fois terminée la phase terminale de l'ajustement de la résistance, il est prévu de bloquer la vis dans la position désirée à l'aide d'un vernis spécial qui garantisse une bonne immobilité de la vis. Tout autre matériau adhésif conviendrait. La résistance de métal massif ainsi obtenue pour une valeur ohmique désirée a un excellent CRT et une grande stabilité de fonctionnement. La précision obtenue par ce réglage est alors de l'ordre de 10-6. I1 est maintenant fait référence à la figure 4 qui montre une résistance potentiométrique de métal massif. Celle-ci comporte encore un substrat 10, de préférence en oxyde d'aluminium, auquel est fixée une feuille de métal photogravée 11. Des connexions 12 et 13 sont soudées aux deux extrémités de la feuille métallique. La feuille 11 a également été soumise à une série de traitements de type photogravure, avec pour résultat la formation dans cette feuille d'un trajet serpentin séparé par de fines divisions. I1 est également prévu un curseur 14, lequel est relié par un frotteur métallique à une connexion intermédiaire 15. Le curseur 14 est actionné par une vis 16 réglable de l'extérieur. Tout autre dispositif de déplacement de ce curseur serait également convenable. Ce curseur 14 se déplace le long d'une piste métallique reliée aux éléments résistifs de la résistance. La valeur ohmique du potentiomètre est alors définie par la position du curseur le long de cette piste. Contrairement à la résistance précédemment décrite, le potentiomètre ici considéré ne comprend pas de languettes d'ajustement, le curseur faisant office de réglage du potentiomètre. Le boîtier comprend encore, comme pour la résistance fixe préalablement décrite, un support de vis 22 et une vis, dont l'extrémité affleure un bord du substrat. La contrainte exercée par la pression de la vis sur le bord du substrat conduit à une déformation du substrat qui peut se manifester par une compression, une traction, une flexion ou encore une torsion du substrat. Cette déformation mécanique induit une variation de la dimension du trajet serpentin et donc une variation de résistance. Dans le cas du potentiomètre ici considéré, 11 ajustement s'effectue encore en trois étapes. La première étape fixe la configuration de la feuille photogravée et fournit alors la plage d'utilisation du potentiomètre. La deuxième étape consiste à déplacer le curseur à l'aide de la vis 16 jusqu'à obtenir une valeur approchée par défaut ou par excès de la valeur désirée. I1 est plus commode d'approcher cette valeur par excès car une compression du substrat par la vis d'ajustement fin 21 induit une diminution de la résistance de l'élément résistif. Cette seconde étape permet d'atteindre une bonne précision de l'ordre de l'ordre de 10-3. I1 ressort également que la variation d'angle de rotation de la vis 16 varie linéairement avec la variation de résistance enregistrée. La troisième étape est effectuée par rotation de la vis 21 de manière que celle-ci exerce une pression sur le substrat 11 et provoque une diminution de la résistance. La précision obtenue est bien meilleure et de l'ordre de Dans les deux modes de réalisation ci-dessus envisagés, les contraintes exercées par le dispositif d'ajustage 19;21 ne sont pas irréversibles en raison des propriétés élastiques du substrat. Par contre, comme dans tout système mécanique, il existe une certaine hystérésis car un système déformé par une contrainte ne revient jamais parfaitement à son état initial. Ceci est aisément rattrapable dans le cas d'un potentiomètre grâce au curseur. Dans le cas d'une résistance fixe, il faut s'assurer d'atteindre la valeur recherchée par défaut par exemple, car il est toujours possible d'augmenter la résistance en supprimant les courts circuits. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. Bien que l'utilisation d'un alliage nickel-chrome pour le métal massif et d'un substrat en oxyde d'aluminium soit particulièrement avantageuse, on peut bien sûr utiliser d'autres matériaux. Le substrat en particulier peut être en verre, en céramique ou encore un polymère. La même remarque s'applique au dispositif d'ajustement fin, car l'invention peut s'appliquer avec tout moyen permettant d'exercer une contrainte mécanique induisant un changement de dimension des éléments résistifs et par conséquent une variation de résistance de ces derniers. Cela peut être en particulier une pointe, un coin, etc. I1 convient cependant qu'un tel dispositif n'introduise pas de déformations irréversibles. La même remarque s'applique enfin à la nature des contraintes mécaniques qui peuvent être un effort de traction, de cisaillement, de flexion, de torsion, etc. Revendications 1.- Résistance de précision du type comprenant une feuille de résistance (1;11) en métal massif, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'ajustage (19;21) permettant de faire varier une dimension de ladite feuille de résistance (1;11) de façon à ajuster la valeur de ladite résistance de précision. 2.- Résistance de précision selon la revendication 1, du type comprenant - une couche de métal massif constituant le matériau résistif (1;11); - un substrat (3;10) supportant la couche de métal auquel ladite couche est fixée fermement par une couche d'adhésif (2); - des connexions de raccordement électrique (7;12,13,15); - un enrobage d'isolant souple (4,5,6;18); caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif d'ajustage (19,20;21,22) permettant d'exercer une contrainte mécanique sur le substrat (3;10) et par conséquent sur ladite couche de métal massif (1;11) et d'ajuster ainsi la valeur de ladite résistance de précision. 3.- Résistance de précision selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'ajustage (19,20; 21,22) comprend une vis (19,20) dont le support (20;22) se trouve à l'intérieur de l'enrobage d'isolant souple (6;18) de ladite résistance. 4.- Résistance de précision selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le dispositif d'ajustage (19,20;21,22) exerce un effort linéaire mécanique de compression ou de traction du substrat (3,10) et par conséquent de la couche métallique (1;11) supportée par le substrat. 5.- Résistance de précision selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le dispositif d'ajustage (19,20;21,22) exerce un effort mécanique de torsion du substrat (3;10) et par conséquent de la couche métallique (1;11) supportée par le substrat. 6.- Résistance de précision selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le dispositif d'ajustage (19,20;21,22) exerce un effort mécanique de flexion du substrat (3;10) et par conséquent de la couche métallique (1;11) supportée par le substrat. 7.- Résistance de précision selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la vis (19;21) est revêtue d'un vernis afin qu'elle puisse être bloquée dans la position désirée. 8.- Résistance de précision selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la résistance de précision est une résistance fixe. 9.- Résistance de précision selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la résistance de précision est une résistance variable. 10.- Procédé d'ajustage d'une résistance de précision du type comprenant - une couche de métal massif (1) constituant le matériau résistif, comportant un ensemble de courts-circuits (8) d'étalonnage; - un substrat (3) supportant la couche de métal (1 > auquel ladite couche (1) est fixée fermement par une couche d'adhésif (2); - des connexions de raccordement électrique (9); - un enrobage d'isolant souple (4,5,6) caractérisé en ce que - la première phase de l'ajustage est effectuée en supprimant les courts-circuits (8) sur la couche de métal massif (1) de façon à obtenir une valeur approchée de la valeur recherchée de la résistance;; - la deuxième phase de l'ajustage est effectuée par réglage d'un dispositif comportant une vis (19) et exerçant une contrainte mécanique sur le substrat (3) de ladite résistance de précision, et par conséquent sur la couche métallique elle-même (1). 11.- Procédé d'ajustage d'une résistance de précision variable, selon la revendication 10 du type comprenant - une couche de métal massif (11) constituant le matériau résistif, comportant un curseur (14) actionné par une vis (16) pouvant se déplacer le long de ladite couche de métal (11); - un substrat (10) supportant la couche de métal auquel ladite couche est fixée fermement par une couche d'adhésif; - des connexions de raccordement électrique; - un enrobage d'isolant souple (18); caractérisé en ce que - la première phase de l'ajustage est effectuée en réglant la vis (16) associée au curseur de réglage de façon à obtenir une valeur approchée de la valeur recherchée de la résistance; - la deuxième phase de l'ajustage est effectuée par réglage d'un dispositif comportant une vis (21) et exerçant une contrainte mécanique sur le substrat (10) de ladite résistance de précision, et par conséquent sur la couche métallique elle-même (11).