Brevet FR2662013A1 — publié le 19911115

La présente invention concerne les résistances électriques et les réseaux de résistances qui présentent des résistances de valeur réglable, ainsi que leur procédé de fabrication L'invention convient particulièrement bien à la réalisation de résistances en feuille ou film mince qui peuvent être ajustées par un laser afin que la valeur de la résistance soit ajustée ou sélectionnée. On connaît déjà des résistances et réseaux de résistances planes réglables au laser, et ils sont dispo- nibles dans le commerce auprès de divers fournisseurs, y compris Vishay Intertechnology Inc, avec diverses configu- rations Divers brevets concernent des résistances et réseaux de résistances de ce type général, par exemple les brevets des Etats-Unis d'Amérique N O 4 859 981, N O 4 782 320, N 4 785 277, N 4 772 774, N O 4 582 976, N O 4 565 000, N O 4 563 564, N 4 386 460, N O 4 375 056, N 4 362 737, N O 4 298 856, N O 4 146 867, N 3 983 528, N O 3 657 692 et N O 2 261 667. Au cours de la fabrication des résistances de précision, on attache une grande importance au dispositif d'ajustement de la valeur de la résistance ohmique à une valeur cible particulière, et à la réalisation de cette opération de manière précise et reproductible Il est souhaitable que ces opérations soient réalisées sur une gamme aussi large que possible de valeurs de résistance. Ces possibilités permettent la fabrication de résistances par ailleurs identiques, à un état semi-terminé, en grandes quantités, avec des économies correspondantes d'échelle De petites quantités de ces résistances semi-terminées peuvent alors être ajustées à une valeur finale particulière qui est nécessaire Plus la plage de réglages est grande et moins le nombre de types semi-terminés qui doivent être "stockés" pour couvrir toute la plage de valeurs de résis- tance qui sont nécessaires dans toutes les situations possibles est réduite. Cette nécessité de possibilité de réglage sur une large plage est particulièrement importante dans le cas des réseaux de résistances Ceuxci comportent plusieurs éléments résistifs, en général de valeurs différentes, qui sont utilisés habituellement comme diviseurs de tension. Dans ces conditions, l'efficacité du réseau dépend beaucoup de tous les éléments individuels qui possèdent des caracté- ristiques de performance presque identiques La caractéris- tique de performance désigne de façon générale le degré de stabilité présenté par la résistance sous l'action de diverses contraintes physiques ou chimiques nuisibles, créées extérieurement ou intérieurement L'uniformité à cet égard peut être assurée lorsque les résistances d'un réseau sont toutes fabriquées dans un lot commun de fabrication. Elles ne peuvent alors être différenciées que par la valeur de la résistance pendant l'opération d'ajustement Plus la plage de possibilité de réglage d'un type donné est grande et moins les lots différents de production font varier les caractéristiques potentiellement différentes de perfor- mances. L'invention a essentiellement pour objet la réalisa- tion de résistances ajustables ou qui peuvent être sélec- tionnées et de réseaux de résistances de ce type qui sont perfectionnés et donnent une précision extrêmement élevée et une très large plage de valeurs de résistance, ainsi que des procédés de fabrication de ces résistances et réseaux. En résumé, l'invention concerne une résistance plane ayant un substrat isolant muni de première et seconde bornes électriques placées sur le substrat Un dessin de pistes d'une matière résistive est déposé sur le substrat et forme plusieurs trajets résistifs reliés en série par des premières liaisons qui peuvent être formées du même matériau résistif que les pistes, par dépôt d'une feuille ou d'un film mince Plusieurs connexions qui peuvent être supprimées sélectivement (secondes liaisons) raccordent les pistes en parallèle entre les premières et secondes bornes électriques Ces secondes liaisons partent des premières liaisons qui relient l'une des extrémités opposées des pistes en série, et rejoignent la première borne et partent des autres premières liaisons, qui connectent les autres extrémités opposées des pistes, et rejoignent la seconde borne Pour que la valeur de la résistance soit précise entre Rn et R/n, R étant la valeur de la résistance des pistes et N le nombre de pistes, les secondes liaisons sont retirées sélectivement par enlèvement de connexions paral- lèles choisies donnant la valeur voulue de résistance entre la première et la seconde borne électrique Les pistes multiples formant des résistances sont placées parallèle- ment les unes aux autres de façon générale, avec une largeur uniforme et un espacement uniforme En outre, dans un mode de réalisation de l'invention, les diverses résis- tances ont des longueurs pratiquement identiques Dans un autre mode de réalisation actuellement préféré de l'inven- tion, les résistances ont des longueurs différentes Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, les connexions qui peuvent être supprimées sélectivement peuvent être retirées par un laser Dans une variante, on peut utiliser des connexions qui peuvent être fondues électriquement ou chimiquement ou mécaniquement. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure i représente une résistance dont la construction et le fonctionnement correspondent à un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente une résistance dont la construction et le fonctionnement correspondent au mode de réalisation actuellement préféré de l'invention; la figure 3 représente un réseau de résistances à cinq configurations différentes de résistances obtenu par fusion de connexions différentes 22 ayant la configuration générale représentée sur la figure 2, le réseau étant formé sur un substrat unique. On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente une résistance plane 10 Un substrat isolant est utilisé. Il est formé par exemple de silicium, de verre, d'une céramique ou de toute autre matière diélectrique conve- nable Une première et une seconde borne électrique 12 et 14 sont formées sur une surface du substrat et sont de préférence constituées d'un matériau très conducteur tel que l'aluminium, l'or, le nickel ou le platine. Un arrangement résistif 16 est placé entre les bornes 12 et 14 et est formé d'une feuille ou d'un film mince d'un matériau convenable de résistance connue avec précision, par exemple de "Nichrome" ou de nitrure de tantale ou de tout autre matériau ayant une bonne stabilité sur toute une gamme de températures et sur une longue durée L'arrangement 16 de résistances, lorsqu'il est sous forme d'un film mince, est de préférence formé par les technologies connues de dépôt sous vide, par exemple l'évaporation par effet Joule ou la pulvérisation catho- dique ou par des techniques de gravure photolithographique. Lors de l'utilisation d'une feuille, des techniques clas- siques de formation de dessins dans des feuilles peuvent être utilisées. L'arrangement résistif 16 a plusieurs éléments résistifs parallèles (pistes ou trajets), chacun sous forme d'une bande 18 et chacun de largeur, d'épaisseur, de longueur et d'espacement, par rapport à ses voisins, qui sont uniformes et identiques. Les bandes 18 sont connectées en série les unes aux autres entre les bornes 12 et 14 par des connexions séries ou liaisons 20 qui sont par exemple des prolongements des bandes 18 et qui partent des bandes en alternance entre leurs extrémités opposées Les bandes 18 sont aussi connec- tées en parallèle entre les bornes 12 et 14 par des con- nexions parallèles fusibles sélectivement 22 (secondes liaisons) qui sont aussi délimitées sous forme de prolonge- ments des bandes 18 et partent des connexions 20 Les connexions 22 sont de préférence fusibles par un laser par mise en oeuvre des techniques classiques de fusion par laser décrites dans les documents précités, incorporés au présent mémoire à titre de référence, ou par utilisation d'un appareil du type général commercialisé par Chicago Laser et par ESI Corporation, Portland, Oregon, Etats-Unis d'Amérique. Selon l'invention, la fusion sélective d'une ou plusieurs connexions parallèles respectives 22 forme un circuit ouvert à ce niveau, permettant ainsi une augmenta- tion de la résistance de l'arrangement par pas, avec conservation des autres caractéristiques de la résistance. En outre, dans un mode de réalisation de l'invention, un élément résistif supplémentaire 24 en forme de chapeau peut faire partie du dessin de résistance et il peut être découpé par les techniques classiques d'ajustement au laser de manière qu'un ajustement continu et donc plus précis de la résistance soit réalisé La découpe peut être réalisée le long de l'élément 24 dans la liaison 22 de connexion à partir de l'extrémité de l'élément 24 se trouvant du côté gauche de la figure. Dans la configuration de la figure 1, qui comprend n bandes résistives ayant une résistance individuelle R, il existe un grand nombre de combinaisons différentes de dessins de fusion qui peuvent donner des valeurs diffé- rentes séparées de résistance très nombreuses Lorsqu'au- cune des connexions parallèles (secondes liaisons) n'est découpée, la résistance globale est minimale et R min = R/n. Lorsque toutes les connexions parallèles 22 sont découpées, la résistance est maximale et R n R Il existe 22 n max combinaisons différentes de types série et parallèle, pouvant donner théoriquement 22 N valeurs différentes comprises entre R Max et R Min En pratique, des raisons de redondance et de réalisation pratique donnent moins de 22 n valeurs différentes de résistance Par exemple, le nombre n de bandes ou d'éléments résistifs est compris entre 2 et le nombre d'éléments résistifs qui peuvent être placés sur un substrat Pour obtenir des valeurs comprises entre les valeurs séparées obtenues par fusion des liaisons, d'autres variations de résistance peuvent être obtenues par ajuste- ment de l'élément 24 en forme de chapeau L'opération peut être réalisée par réalisation et prolongement d'une découpe longitudinale afin que la valeur de la résistance augmente de façon continue. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une résistance 30 dont la construction et le fonctionnement correspondent au mode de réalisation préféré de l'inven- tion Elle peut être réalisée de la même manière que la résistance de la figure 1 Un arrangement résistif 36 est disposé entre les bornes 32 et 34 et a des connexions en série 40 (premières liaisons) et en parallèle 42 (secondes liaisons) avec les bornes 32 et 34 L'arrangement 36 comprend plusieurs éléments résistifs parallèles (trajets ou pistes) ayant chacun la forme d'une bande 38 et ayant chacun une largeur, une épaisseur et un espacement par rapport aux voisins qui sont uniformes et identiques avec précision Les connexions en série 40 ont des liaisons 42 aux bornes 32 et 34 qui sont fondues sélectivement (décou- pées) afin que la valeur de la résistance varie progressi- vement L'élément 44 en forme de chapeau a la même fonction que l'élément 24 de la figure 1 L'élément 44 en forme de chapeau est découpé longitudinalement depuis la connexion de droite afin que la valeur élémentaire choisie par découpe des liaisons 42 subisse un ajustement analogique. Par rapport au mode de réalisation de la figure 1, celui de la figure 2 dans lequel les longueurs des éléments résistifs 38 diffèrent mutuellement, donne une plus grande redondance pour chaque valeur ajustée donnée de résistance. Cette plus grande redondance permet la sélection de dessins de fusion de connexions ayant des rapports relativement élevés de la surface de dissipation à la surface du sub- strat, avec limitation des gradients de température entre des parties de l'arrangement. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente un réseau de résistances comprenant cinq résistances identiques de façon générale, du type représenté sur la figure 2, avec N = 21, les valeurs des résistances des bandes étant une valeur nominale de 2000 ohms Les résis- tances sont formées chacune avec un dessin différent de connexions fondues, si bien que cinq valeurs différentes de résistance finale sont obtenues On note que, dans cet exemple, la résistance obtenue est comprise entre 95 ohms, lorsque toutes les connexions 42 restent intactes, et 42 000 ohms, lorsque toutes les connexions 42 sont fondues sauf les liaisons des deux extrémités de la chaîne Sur la figure 3, les cinq résistances sont représentées intercon- nectées, avec leurs bornes de sortie 46 Bien qu'on ait représenté cinq résistances, un nombre de résistances plus ou moins grand de toute configu- ration convenable et de tout dessin de fusion de con- nexions, peut être combiné sous forme d'un réseau de résistances, soit formé en une seule pièce sur un seul substrat tel qu'une tranche, soit formé par liaison par des fils de connexion entre des éléments physiquement indépen- dants Si un seul dessin de résistance ajustable sur une très large plage de résistance n'était pas disponible, il faudrait sélectionner des résistances individuelles à partir de lots différents de production fabriqués de manière classique avec des dessins individuels de plages très limitées de résistance Ceci nuirait à la fois à la rentabilité du procédé de fabrication du réseau et aux performances du réseau Dans de nombreuses applications, la fonction du circuit dépend d'une fixation et d'un maintien à une valeur précise du rapport des diverses valeurs des résistances A cet effet, il est important que toute variation de la valeur de résistance qui est postérieure à la fixation initiale soit aussi uniforme que possible parmi tous les éléments Ceci peut être facilement obtenu par disposition de toutes les résistances d'un réseau donné afin qu'elles proviennent du même lot de fabrication. Dans la description qui précède, on a décrit des éléments perfectionnés qui ont une valeur réglable de résistance, des résistances et des réseaux individuels. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux résistances et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Résistance, caractérisée en ce qu'elle -comprend un substrat isolant, une première et une seconde borne conductrice ( 12, 14) placées sur le substrat, plusieurs (n) éléments résistifs ( 18) montés en série, par interconnexion de premières liaisons ( 20) qui relient des éléments alter- nés à leurs extrémités opposées, et de secondes liaisons ( 22) formant des connexions qui peuvent être supprimées sélectivement et qui sont plus courtes que les éléments, les premières liaisons étant connectées en alternance aux première et seconde bornes, si bien que, lorsque toutes les secondes liaisons sont intactes, la résistance collective des éléments est la somme de celles de tous les éléments connectés en parallèle (R/n) et lorsque toutes les secondes liaisons sont supprimées et ne laissent que les premières liaisons, la résistance collective est la somme de celles de tous les tronçons placés en série (n R), la résistance collective étant ajustable par pas. 2 Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des éléments ( 18) a un trajet d'une matière résistive et tous les éléments sont des trajets de matière résistive qui ont des longueurs identiques de façon générale. 3 Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des éléments ( 18) est un trajet d'une matière résistive, les éléments formés de matière résistive ayant des longueurs qui diffèrent les unes des autres. 4 Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments ( 18) sont des trajets d'une matière résistive, l'un des trajets étant beaucoup plus large que les autres et pouvant être coupé suivant sa longueur afin qu'il permette l'ajustement de la valeur de la résistance de façon continue entre les pas. Résistance selon la revendication 1, caractérisé en ce que N est compris entre 5 et 30, si bien que la plage globale de résistances (rapport des valeurs maximale et minimale qui peuvent être obtenues) est égale à N 2 cette valeur étant de 400 lorsque N = 20. 6 Réseau de résistances ayant un groupe de résis- tances identiques selon la revendication 1, destinées à être interconnectées par les bornes ( 12, 14) afin qu'un réseau soit formé, caractérisé en ce que chaque résistance du groupe a initialement une valeur minimale de résistance R/n et est ajustable à une valeur voulue jusqu'à une valeur maximale égale à n R par découpe sélective des secondes liaisons ( 22), les résistances étant placées sur une surface d'un substrat commun, les résistances ayant des caractéristiques identiques sauf la valeur de la résistance obtenue par découpe des secondes liaisons ( 22), si bien que toutes les résistances peuvent avoir initialement une valeur minimale de résistance et peuvent constituer un réseau de résistances, chacune des résistances pouvant être ajustée à une valeur différente. 7 Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments ( 18) peuvent être sélectionnés dans le groupe qui comprend un film mince déposé sur le sub- strat, et une feuille fixée au substrat. 8 Réseau de résistances selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments ( 18) de chaque résis- tance du réseau sont sélectionnés dans le groupe qui comprend un film mince déposé sur le substrat, et des pistes formées d'une feuille fixée au substrat. 9 Procédé de fabrication d'une résistance ayant une valeur précise qui peut être sélectionnée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la disposition d'un substrat isolant, la formation de première et seconde bornes élec- triques ( 12, 14) sur le substrat, la formation de plusieurs résistances ( 18) sur le substrat, ces résistances étant reliées en série, la formation de plusieurs connexions ( 20, 22) qui peuvent être supprimées sélectivement et qui relient les il résistances adjacentes en parallèle entre la première et la seconde borne électrique, et la suppression sélective de connexions sélectionnées ( 20, 22) afin qu'une valeur voulue de résistance soit obtenue entre la première et la seconde borne électrique. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la suppression sélective des connexions comprend une fusion par un laser. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de formation des résistances comprend la formation de la totalité pratiquement des résistances ( 18) avec une largeur et une épaisseur pratiquement identiques. 12 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de fabrication des résistances comprend essentiellement la formation de plusieurs résistances ayant des longueurs pratiquement identiques. 13 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de formation des résistances assure la formation de plusieurs résistances ayant des longueurs différentes les unes des autres. 14 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les étapes sont mises en oeuvre afin qu'elles permettent la formation de plusieurs résistances solidaires sur le substrat, le procédé comprenant en outre l'intercon- nexion des bornes ( 12, 14) des résistances afin que ces dernières forment un réseau de plusieurs résistances.