Brevet FR2668644A3 — publié le 19920430

FR 2668644 A3 19920430 FR 9109793 A 19910801 "Elément résistant à couches épaisses en cermet, ainsi que procédé pour sa fabrication " L'invention concerne un élément résistant ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Un procédé pour la fabrication d'éléments résistants, selon la technique des couches épaisses avec une surface lisse, est connu sous le nom de "Elektronik" 10/84, par la publication "Leftplastik- pressverfahren" page 104 Dans ce procédé, des pistes10 résistantes et des pistes conductrices sur base de ré- sine, sont tout d'abord rapportées sur un poinçon poli spéculairement, qui est ensuite comprimé dans un outil de pressage sous une pression élevée à une température élevée, avec un matériau de pressage sur base de rési- ne, renforcé par des fibres de verre Le procédé donne des surfaces à poli spéculaire, mais il est limité au cas o aussi bien l'agencement des couches rapportées sur le poinçon qu'également le matériau de pressage, sont établis sur base de résine. 20 L'invention a pour but de réaliser, d'une façon économique, des éléments résistants, peu sensi- bles à l'usure avec une surface lisse et dure, et qui peuvent également être mis en oeuvre à des températu- res élevées allant jusqu'à 8000 C, notamment en tant25 que détecteurs d'efforts et détecteurs de pression. A cet effet, l'invention concerne un élément résistant, notamment en technique de couches épaisses, avec au moins une couche résistante et au moins une couche de piste conductrice sur un substrat isolant, élément caractérisé en ce qu'une couche résistante en cermet est disposée conjointement avec la couche de piste conductrice sur un substrat en céramique, et la couche résistante en cermet ainsi que la couche de piste conductrice sont pressées dans le substrat en céramique et forment avec ce substrat en céramique une surface lisse. Les éléments résistants réalisés conformé- ment à l'invention, se caractérisent par une surface très lisse et très dure ainsi que par leur résistance à une température élevée La surface ne comporte ni structure en mailles dûe à la sérigraphie, ni d'inéga- lités causées par la constitution additive des cou- ches Grâce à la résistance élevée à l'abrasion de cette surface très dure, ces éléments résistants con- viennent particulièrement bien à des potentiomètres. On supprime un traitement ultérieur coûteux pour obte- nir une surface lisse Au lieu de cela, il suffit de polir spéculairement une seule fois, un support de compression qui pourrait être réutilisé pour un nombre quelconque de processus de fabrication Une pluralité de formes de réalisation géométriques est possible. C'est ainsi que grâce à une conception appropriée de l'outil de pressage, une forme extérieure quelconque peut être réalisée, telle que par exemple la forme d'une rondelle chanfreinée, c'est-à-dire avec un ajour médian, ou bien une forme de barreau La technique des couches épaisses permet également, pour une forme extérieure fixe des éléments résistants, de prévoir que seule la répartition de surface est variable. C'est ainsi que, par exemple dans le cas d'un élément résistant en forme de rondelle, la couche résistante pourrait, au choix, s'étendre parallèlement au bord ou bien être prévue en forme de méandres Les éléments résistants, fabriqués conformément à l'invention, conviennent en outre particulièrement bien comme détecteurs d'efforts ou détecteurs de pression du fait de leur surface lisse, de leur très bonne caractéristique de pressage de surface et de leur faible sensibilité à la température. Suivant une forme avantageuse de l'invention, le substrat en céramique qui porte l'agencement de couches épaisses est une feuille de céramique. Suivant une forme avantageuse de l'invention, il est utilisé comme partie d'un circuit électronique qui mesure la modification de la résistance électrique de la couche de cermet, sous l'effet d'une pression exercée sur la surface de cette couche de cermet. Suivant une forme avantageuse de l'invention, l'agencement des couches est pressé dans un outil de pressage avec le substrat en céramique, et un support de compression est enlevé après l'achèvement du processus de pressage. Suivant une forme avantageuse de l'invention, la face du support de compression tournée vers l'agencement des couches est soumise à un polissage spéculaire. Suivant une forme avantageuse de l'invention, la face polie spéculairement du support de compression est humectée avec un agent de démoulage. Suivant une forme avantageuse de l'invention, l'agencement des couches est pressé avec un substrat en céramique se présentant sous la forme d'une feuille. Suivant une forme avantageuse de l'invention, on utilise comme substrat une feuille de céramique flexible non cuite. Suivant une autre forme avantageuse de l'invention, le processus de pressage est effectué sous une température élevée. Suivant une forme avantageuse de l'invention, l'ébauche obtenue par compression de l'agencement des couches et du substrat est ensuite cuite. Suivant une forme avantageuse de l'invention, le processus de cuisson s'effectue à une température de 4000 C à 15000 C, de préférence à 8500 C. Les dessins montrent un exemple de réalisation qui va être exposé plus en détail dans la description ci-après. la figure 1 est une coupe du support de compression utilisé avec une couche d'agent de démoulage, la figure 2 montre le support de compression avec la couche d'agent de démoulage et l'agencement des couches avant la compression, la figure 3 est une coupe de l'outil de pressage avec l'agencement de couches mis en place, la figure 4 est une coupe de l'ébauche terminée obtenue lors du pressage. Dans une étape préparatoire du procédé, la surface 2 d'un support de compression 1 en acier ou en matériau céramique, est dans la mesure nécessaire adoucie à la meule et/ou polie spéculairement Le support de compression 1 peut, également, se présenter sous la forme d'une feuille de polyester La rugosité existante sur la surface se reproduira sous forme d'impressions négatives sur la surface de la résistance Le lissage de la surface 2 du support de compression doit pour présenter la qualité souhaitée pour la surface 30 de la résistance, être effectué avec un soin approprié. La surface 2 polie spéculairement du support de compression 1, est dans une première étape du procédé, figure 1, avantageusement humectée toute entière par une couche 11 d'agent de démoulage Un agent de démoulage approprié est par exemple l'huile de silicone Cette étape peut être supprimée lorsque, pour les couches suivantes 12 à 14, on utilise des pâtes ou un matériau auxquelles a déjà été mélangé un agent de démoulage 11 Une couche d'agent de démoulage n'est également pas nécessaire lorsqu'on met en oeuvre pour le support de compression 1, des matériaux qui n'entrent dans aucune combinaison adhésive avec l'agencement des couches, tels que certains matériaux céramiques, par exemple Ti N. Dans la seconde étape du procédé, figure 2, sur le support de compression 1, en général muni d'une couche d'agent de démoulage 11, on rapporte par sérigraphie une couche résistante 12 en cermet (mélange céramique-métal) qui constitue la couche résistante Ce que l'on rapporte est l'image réfléchi de la structure désirée pour l'élément résistant, et qui peut, notamment, être constituée par plusieurs pistes résistantes Comme matériau de départ pour la résistance, on peut utiliser des pâtes courantes du commerce, telles que celles pouvant par exemple être obtenues auprès de la firme DU PONT à Francfort. L'épaisseur de la couche est avantageusement de 20 à x 10-6 m, mais elle peut également s'écarter nettement de ces valeurs Lors de la transition vers des épaisseurs de couches plus importantes, il y a lieu de tenir compte qu'une épaisseur de couche plus importante pour la même largeur de la piste résistante, se traduit par une basse résistance de la piste, et donc par un signal de mesure plus réduit. Eventuellement, on doit utiliser dans ce cas, à titre de compensation, une pâte d'une résistance en conséquence plus élevée De façon correspondante, il y a lieu d'utiliser pour de faibles épaisseurs de couches, des pâtes de faible résistance ohmique et de granulation suffisamment fine. Après la couche résistante de cermet 12, est rapportée une couche électriquement conductrice en argent palladium ou autres (or, platine) qui constitue les pistes conductrices 13 En général, respectivement au moins deux pistes conductrices distinctes 13 doivent être en contact avec une piste résistante 12 Avantageusement, les pistes conductrices 13 sont rapportées le long des bords des pistes résistantes de cermet 12, de façon qu'elles chevauchent ces bords Les épaisseurs de la couche conductrice 13 doivent, comme celles de la couche résistante 12, être d'environ 20 à 25 x 10-6 m, grâce à quoi, d'une part, l'absence de porosité de la couche est garantie, et d'autre part, la pâte est mise en oeuvre aussi économiquement que possible. Pour la troisième étape du procédé, figure 3, un outil de pressage 20 à 22, constitué de parties latérales 21 et d'une partie de fond 20 mobile susceptible de se déplacer de préférence parallèlement par rapport aux parties latérales 21, est nécessaire. Le profil de la surface 22 tournée vers l'intérieur de l'outil de pressage 20 à 22, sera ultérieurement reproduit sous forme d'impressions négatives sur la face inférieure 31 de l'élément résistant La surface 22 de la partie de fond 20 doit, en conséquence, être adoucie à la meule La qualité recherchée pour la surface 22, en ce qui concerne la profondeur de sa rugosité, se détermine d'après l'application prévue pour l'élément résistant terminé Si pour la forme extérieure de l'élément résistant, on souhaite une forme avec des ajours, comme par exemple la forme d'une rondelle chanfreinée avec un trou dans son milieu, l'outil de pressage 20 à 22 doit être conçu de façon correspondante L'outil de pressage 20 à 22 peut être en acier, en aluminium, ou bien également en un matériau céramique approprié. Pour la mise en oeuvre de la troisième étape du procédé, figure 3, on place tout d'abord dans l'outil de pressage 20 à 22, une feuille de substrat de céramique flexible non cuite 14, pouvant être obtenue par exemple chez DU PONT sous la référence commerciale "Green Tape" 851 AT Ensuite, le support de compression 1, sur lequel se trouve l'agencement des couches 11 à 14, est mis en place dans l'outil de pressage 20 à 22, de façon que l'agencement des couches soit en face de la feuille de céramique 14. Dans ce cas, il est déterminant que l'agencement des couches 11 à 13 vienne s'appliquer sur la feuille de céramique lors du processus de pressage qui va suivre Il est en conséquence par exemple également possible de placer tout d'abord la feuille de céramique sur l'agencement des couches et des charges tous les deux conjointement dans l'outil de pressage. L'agencement des couches 11 à 14 est ensuite pressé sur le support de compression 1 et/ou la partie de fond 20 avec la feuille de céramique 14, grâce à la pression exercée de l'extérieur La pression doit être au moins de 25 N/m 2, avantageusement de 30 N/m 2 Des pressions notablement plus importantes sont également possibles, mais elles ne donnent pas de meilleur résultat que la pression recommandée Le processus de pressage doit, pour rendre la feuille de plastique déformable plastiquement, s'effectuer à une température de 1200 C à 2000 C, de préférence à 150 C. Après l'achèvement du processus de pressage, l'ébauche obtenue dans ce processus, figure 4, est séparée du support de compression et cuite dans un four La température de cuisson est, lorsqu'on utilise des matériaux standard, d'environ 800 C à 9000 C, la température précise et la durée de la pression se déterminant d'après la feuille de céramique utilisée et l'installation de four individuellement existante. Si on utilise comme support de compression, une feuille de polyester, on peut renoncer à séparer l'ébauche de pressage du support de compression La feuille de polyester brûle sans résidu lors de la cuisson. L'élément résistant terminé a une surface supérieure 30 très lisse et très dure ainsi qu'une face inférieure 31 également lisse et parfaitement parallèle à la surface supérieure On peut obtenir sans peine une profondeur de rugosité moyenne de la surface supérieure 30, inférieure à 1 x 10-6 m Un traitement ultérieur n'est pas nécessaire. Pour réduire le prix de revient, il est judicieux de rapporter simultanément sur un support de compression, plusieurs éléments résistants L'ébauche réalisée dans un premier déroulement du procédé est ensuite divisée en éléments distincts individuels. Selon une autre forme de réalisation, l'élément résistant peut être également prévu de façon que la couche électriquement conductrice ne fasse partie de la couche supérieure 30 La prise de contact s'effectue dans ce cas, à partir de la face inférieure 31 de l'élément résistant. Dans une autre application, l'élément résistant peut être mis en oeuvre en tant que détecteur de pression Pour cette application, une forme en méandres est notamment avantageuse pour les pistes résistantes En outre il est recommandé dans ce cas de rapporter tout d'abord sur la couche d'agent de démoulage 11, une couche isolante avant de rapporter ensuite sur celle-ci la couche résistante et la couche conductrice. REVENDICATIONS 1. Elément résistant, notamment en technique de couches épaisses, avec au moins une couche résistante et au moins une couche de piste conductrice sur un substrat isolant, élément caractérisé en ce qu'une couche résistante ( 12) en cermet est disposée conjointement avec la couche de piste conductrice ( 13) sur un substrat ( 14) en céramique, et la couche résistante ( 12) en cermet ainsi que la couche de piste conductrice ( 13) sont pressées dans le substrat en céramique ( 14) et forment avec ce substrat en céramique ( 14) une surface lisse. 2. Elément résistant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat en céramique qui porte l'agencement de couches épaisses ( 12, 13) est une feuille de céramique ( 14). 3. Elément résistant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme partie d'un circuit électronique qui mesure la modification de la résistance électrique de la couche de cermet, sous l'effet d'une pression exercée sur la surface ( 30) de cette couche de cermet. 4. Procédé pour la fabrication d'un élément résistant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, procédé caractérisé en ce que l'agencement des couches ( 12, 13) est pressé dans un outil de pressage ( 20 à 22) avec le substrat en céramique ( 14), et un support de compression ( 1) est enlevé après l'achèvement du processus de pressage. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face du support de compression ( 1) tournée vers l'agencement des couches ( 12, 13) est soumise à un polissage spéculaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la face il polie spéculairement du support de compression ( 1) est humectée avec un agent de démoulage (il). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'agencement des couches ( 12, 13) est pressé avec un substrat en céramique se présentant sous la forme d'une feuille ( 14). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme substrat une feuille de céramique flexible non cuite ( 14). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le processus de pressage est effectué sous une température élevée. 10 Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'ébauche obtenue par compression de l'agencement des couches ( 12, 13) et du substrat ( 14) est ensuite cuite. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le processus de cuisson s'effectue à une température de 400 e C à 1500 C, de préférence à 8500 C.