Brevet FR2650431A1 — publié le 19910201

RÉSISTANCE DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE "COUCHE ÉPAISSE" La présente invention concerne le domaine des circuits fabriqués selon la technologie dite des couches épaisses dans laquelle les composants sont formés sur un substrat de céramique. La présente invention concerne plus particulièrement la fabrication de résistances. De façon classique, comme l'illustrent les vues de dessus des figures 1A et 2A et les vues en carpe des figures 1B et 2B, selon la technologie des couches épaisses, une résistance est faire en déposant initialement sur un substrat de céramique (par exemple Al2O3) 1, ayant couramment une épaisseur de quelques dixièmes à quelques millimètres, des plots de métallisations en couches épaisses, d'une épaisseur de l'ordre de la dizaine de micromètres, ces plots pouvant par exemple être en un métal noble tel que l'or permettant un cablage par ultrasons de fils d'or ou d'aluminium ou bien un alliage métallique étammable tel que PtAu, PdAu, PdAg ... Entre ces plots, on dépose une couche épaisse 4 d'une encre résistive.Cette couche a couramment une épaisseur de l'ordre de la dizaine de micromètres et est constituée d'une encre a base de verre et d ' d'oxydes métalliques. De telles sont disponibles auprès de divers fabricants et ont des carac téristiques de résistance qui s'échelonnent régulièrement entre 0,1 ohm et 10 mégohms par carré (on définit la valeur d'une résistance par le nombre de carres qu'elle cocupe, à savoir le rapport entre sa longueur L et sa largeur 1 - la résistance de la figure 1A a une valeur d'environ 4 carrés et la résistance de la figure 2A a une valeur d'environ 1/2 carré). Le pas élémentaire, c'est-à-dire la plus petite valeur d'un carré peut être de l'ordre de 100 micromètres, mais plus couramment les dimensions des résistances sont supérieures au mm. les rrotfs sont généralement de forme rectangulaire. De façon connue, étant donnée une résistance telle que celle de la figure 1A, pour lui conférer une valeur prédéterminée, on procède à un ajustage par gravure laser (l'échauffement apporté par un faisceau laser permet d'éliminer des zones de la résistance). Dans cette technologie, les résistances ne permettent pas de supporter de très fortes puissanoes. Par exemple, si l'on veut faire passer dans une résistance telle qu'illustrée en figure 1A ou 2A une puissance de quelques milliers de watts pendant des durées brèves (quelques dizièmes de seconde), la couche épaisse et même la céramique se fendent, sensiblement au milieu de la résistance comme cela est indiqué par la ligne de fracture 5 dans les figures 1A à 2B. Ce phénomène se produit même si l'on monte des radiateurs sur la face opposée du substrat de céramique ou même sur chacune des métallisations. Un objet de la présente ineention est de pallier cet inconvénient et de permettre l'obtention de résistances pouvant supporter de fortes puissances. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit une résistance de forte puissanoe et de faible valeur réalisée selon la technologie des couches épaisses sur substrat de céramique, dans laquelle la couche résistive est disposée selon un motif en couronne circulaire entre deux métallisations annulaires. Un secteur angulaire de la couronne peut être est de dépôt de couche résistive pour permettre un accès à la métalli sation in ; d'autres résistances similaires de plus faible diamètre peuvent être inclues dans la première ; au mins une des résistances internes peut présenter une électrode commune avec la résistance externe adjacente. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un Inde de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures LA à 25 destinées à illustrer l'état de la technique ont été décrites précédemment ; la figure 3A représente une vue de dessus d'un assemblage de résistances selon la présente invention ; et la figure 3B représente une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 3A. les figures 3A et 3B illustrent un substrat de cera- mique 10. Sur ce substrat sont formes deux anneaux concentriques de métallisation 11 et 12 et, entre ces metallisations et partiellement en contact avec celles-ci, est déposée une encre résistive 13 pour former une résistance R1. les anneaux ccnduc- teurs 11 et 12 et la couche épaisse résistive 13 peuvent former une couronne complète ou bien, comme l'illustre la figure 3A, un secteur 14 peut être laissé liire pour permettre d'établir une connexion vers le conducteur interne 12.Si la oeurcnne est plète, la connexion vers le conducteur interne pourra être prise par un fil ou par une traversée conductrice de la céramique. L'expérience montre qu'avec une telle structure de résistance, on peut dissiper des puissances très importantes. Par exemple, en prévoyant pour le conducteur annulaire extérieur un diamètre interne de 26 mm et pour le conducteur intérieur un diamètre externe de 10 mm, et en choisissant l'encre résistive pour que la valeur de la résistance soit de l'ordre de 0,5 dm, on a pu appliquer de façon répétée dans cette résistance des impulsions électriques d'une énergie de 2500 watts et d'une durée de l'ordre de 300 millisecodes avec une périodicité de 10 s ew::ron en l'absence de radiateur, cette périodicité pouvant être réduite par adjonction d'un radiateur. Une observation de la résistance en oours de fonctionnement montre que son échauffement était tel qu'elle arrivait à un rougissement, ce qui permet d'estimer que sa température atteignait une valeur supérieure a 500 C. Dans les mêmes conditions, les résistances de formes rec tangulaires classiques telles qu'illustrées en figures 1A et 2A entravaient une rupture de la céramique. Un tel phénomène n'a pas été observé avec une résistance ayant la forme de la figure 3A. Bien que les raisons théoriques pour lesquelles la structure selon la présente invention permet une telle améliora- tion du fonctionnement ne soient pas complètement expliquées, on considère actuellement que cette amélioration est liée au fait que les oontraintes thermomécaniques sont mieux réparties et sont relativement isotropes et non plus dirigées selon une direction préférentielle comme cela doit se produire dans le cas d'une structure allongée. D'autre part, outre cet t avantage de la présente inven- tion consistant en une possibilite de faire passer de fortes puissances dans une résistance fabriquée selon la technologie des couches épaisses sur substrat de céramique, un autre avantage de la présente invention résulte directement de la forme de la résistance et permet d'obtenir des résistances constituées d'un grand cambre de carrés en parallèle (ayant des valeurs de fractions de carré) avec un encombrement réduit. Cet avantage de réduction d'encombrement est d'autant plus important qu'il est possible, comme l'illustre également la figure 3A, d'insérer à l'intérieur de la résistance R1 d'autres résistances s annulaires. La figure 3A illustre une résistance R2 ayant une électrode commune (12) avec la résistance R', compre- nant une couche épaisse 15 et une électrode interne 16. A l'intê- rieur de la résistance R2 est formée une autre résistance R3 comprenant une métallisation externe 17, disjointe de la métallisation interne 16 de la résistance R2, une couche épaisse 18 et une métallisation interne 19. On notera que les encres des couches 13, 15 et 18 correspondant aux résistances R1, R2 et R3 peuvent être de même composition ou de compositions distinotes. une une application pratique, on a formé une résis- tance circulaire externe R1 de rayon externe 21,73 rrm et de rayon interne 14,68 mm, à l'intérieur de laquelle on a incorporé deux résistances internes à électrodes disjointes, la première (R2) ayant un rayon externe de 12,76 mm et un rayon interne de 5,72 mm, et la deuxième (R3) ayant un rayon externe de 4,78 mm et un rayon interne de 3,02 mm.La résistance externe permettait de supporter des impulsions d'une puissance de 2400 watts sous une tension de 28 volts, la résistance R2 pouvait alors supporter des impulsions d'une puissance de l'ordre de 300 watts et la résis taroe R3 des impulsions d d'une puissance de de l'ordre de 64 watts. On notera en outre que la structure selon la présente invention se prête facilement b un ajustage laser des valeurs de résistances, notamment quand la couronne résistive est ouverte selon un secteur tel que le secteur 14 illustré en figure 3A. Comme cala a été indiqué précédemment, l'homme de l'art pourra apporter diverses variantes et modifications à la présente invention, notamment en ce qui concerne les choix de matériaux. REVENDICATIONS 1. Résistance de forte puissance réalisée selon la technologie des coudes épaisses sur substrat de céramique, caractérisée en ce que la couche résistive (13) est disposée selon un motif en couronne circulaire entre deux métallisations annulaires (11, 12). 2. Résistance selon la revendication 1, caractérisée en oe qu'un secteur angulaire (14) de ladite couronne est exempt de dépôt de couche résistive pour permettre un accès à la métallisatin interne. 3. Résistance de puissance selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle inclut d'autres résistances similaires de plus faibles diamètres. 4. Résistance selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins une des résistances internes présente une élec toode ocmnune avec la résistance externe adjacente.