Brevet FR2690003A1 — publié le 19931015

Résistance pastille à couche métallique La présente invention concerne une résistance en forme de pastille à couche métallique et en particulier une résistance en pastille à couche métallique>qui peut montée sur la surface d'une carte imprimée. Des résistances à couche métallique sont connues dans l'art antérieur et un exemple d'une telle résistance est représenté dans le brevet US 4 467 311 La résistance selon ce brevet, comprend une plaque métallique plane, présentant une pluralité de fentes s'étendant vers l'intérieur de ses bords latéraux Un couple de conducteurs électriques est soudé ou fixé autrement, fonctionnellement, aux extrémités opposées de la plaque. Dans des résistances à conducteur axial de l'art antérieur, comme ceux connus par le brevet 4 467 311, l'élément ou plaque de résistance à couche métallique est généralement formé à partie d'un matériau présentant un faible coefficient de température de résistance (TCR), souvent compris dans la plage de 25 p p m /0 C Les conducteurs axiaux soudés à la résistance sont usuellement formés en cuivre ou autres métaux fortement conducteurs, présentant un TCR très élevé, qui se situe généralement au-dessus de 150 p p m /0 C. Les conducteurs axiaux des résistances de l'art antérieur influencent à la fois la valeur de résistance globale et le TCR global de la résistance Les conducteurs affectent le TCR global de la résistance, en proportion directe avec le rapport entre la valeur de résistance des conducteurs et la valeur de résistance de l'élément résistant Dans des résistance de valeur plus faible (par exemple 1 ohm ou moins), la valeur de résistance des longs conducteurs axiaux est particulièrement comparée avec la valeur de résistance de l'élément résistant à faible valeur Il s'ensuit que dans ces résistances à valeur plus faible, les conducteurs augmentent significativement le TCR global de la résistance> à une valeur supérieure au TCR plus faible de l'élément résistant. Un autre inconvénient des résistances à conducteur axiaux de l'art antérieur réside dans la manière selon laquelle la chaleur est dissipée à travers les conducteurs de la résistance vers la plaquette sur laquelle est montée cette résistance La longueur des conducteurs retarde la conduction de chaleur, de telle sorte que la résistance présente une puissance nominale inférieure à celle souhaitée pour une taille donnée quelconque. Par conséquent, un but principal de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée qui élimine la nécessité de bornes s'étendant axialement à ses extrémités opposées. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée qui utilise des bornes exerçant un effet négligeable sur le TCR de la résistance finale (comportant l'élément résistant plus les conducteurs) et qui entraîne le fait que la résistance résultante entière présente un TCR s'approchant à peu près du TCR de l'élément résistant. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée qui soit réalisée à partir d'une pièce contiguë de métal résistant. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée qui réduise le coût du matériau résistant, en éliminant les bornes séparées. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique améliorée qui réduise le coût du travail en production, en réduisant le nombre de parties à assembler. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique qui augmente les capacités de dissipation de chaleur de la résistance, en présentant le matériau résistant même à proximité immédiate de la plaquette sur laquelle il est monté et en bon contact de conduction de la chaleur avec cette dernière, de manière à permettre une très bonne dissipation descalories. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance à couche métallique dans laquelle sa taille et sa conception même lui permettent d'être montée sur la surface d'une plaquette. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance pastille à couche métallique qui puisse être facilement soudée sur la surface d'une plaquette. Un autre but de la présente invention est de proposer une résistance pastille à couche métallique améliorée qui soit de fabrication simple, d'utilisation efficace et de construction durable. La présente invention utilise un élément résistant constitué d'une plaque rectangulaire allongée, réalisée en matériau résistant Un matériau préféré pour ce but est un produit fabriqué par Carpenter Technology Corporation sous la dénomination commerciale "Evanohm" Ce produit est désigné "Evanohm Alloy R" et est composé de 75 % de nickel, de 20 % de chrome, de 2,5 % d'aluminium et de 2,5 % de cuivre Ce matériau présente un TCR d'à peu près p p m /0 C La première étape dans la construction de la résistance consiste à revêtir l'élément résistant angulaire avec une sous-couche de nickel et une sous-couche de conducteur mince, en disposant la plaque dans un dispositif de dépôt électrolytique au tonneau, de manière que le matériau de plaquage recouvre toute la surface Ce procédé rend l'opération de plaquage plus économique que dans les procédés de l'art antérieur Le revêtement est ensuite retiré de la partie centrale de la plaque rectangulaire, de manière à laisser deux éléments de borne aux extrémités opposées de la plaque résistante Une manière d'éliminer le plaquage du centre de l'élément résistant est d'utiliser un faisceau laser pour découper des rainures dans les bords de la partie centrale de la plaque résistante, de manière que cette plaque présente la valeur de résistance souhaitée Le laser va consumer le plaquage au niveau de la partie centrale de la résistance, de manière à empêcher les plaquages présents sur les deux extrémités opposées d'être en contact électrique l'un avec l'autre, excepté par l'intermédiaire de l'élément résistant "Evanohm". Il est également possible de retirer le plaquage en utilisant une brosse pour gratter la surface centrale plane de l'élément résistant, de manière à éliminer le plaquage conducteur situé au centre de l'élément résistant De même, le découpage des rainures dans les bords latéraux de l'élément résistant peut être réalisé par d'autres moyens, tels que l'estampage, le découpage à l'aide d'une roue en diamant, l'usinage ou la gravure chimique. La partie centrale de l'élément résistant peut en option être recouverte par un matériau diélectrique isolant, qui fournit une structure et un support à l'élément, mais il n'est pas essentiel qu'un tel matériau isolant soit utilisé, à moins que la feuille ne soit trop mince. Dans la forme préférée de la résistance, les extrémités de l'élément résistant sont pliées vers le bas, de manière que la partie centrale de cet élément résistant soit supportée au-dessus de la plaquette sur laquelle le dispositif est monté. Une forme modifiée de l'invention envisage l'enroulement des extrémités de l'élément résistant plaqué autour des extrémités d'un substrat et leur rabattement sur place, de manière que le substrat fournisse un support structurel à l'élément résistant Puis, le plaquage conducteur est retiré du centre de l'élément résistant et un matériau isolant est appliqué sur le centre exposé de l'élément résistant. Une autre forme modifiée de l'invention envisage l'utilisation d'un élément résistant plat avec le revêtement métallique de bornes sur les extrémités de cet élément résistant, mais sans plier l'élément comme dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus Au lieu de cela, l'élément résistant reste sous forme de simple plan Ceci est le mode de réaliation le plus simple de l'invention des demanderesses. Une autre forme modifiée de l'invention envisage la mise en place de bornes séparées à chacun des quatre angles de l'élément résistant, chacune des quatre bornes étant séparée de l'autre Ceci permet l'utilisation d'une résistance pastille à couche métallique à quatre conducteurs. La figure 1 la figure 2 la figure 3 la figure 4 la figure 5 la figure 6 la figure 7 la figure 8 la figure 9 est une vue en perspective du mode de réalisation préféré de la présente invention, est une vue de dessus en plan de l'élément résistant utilisé dans la première étape du procédé de fabrication, est une vue en plan de l'élément résistant de la figure 2, après qu'un revêtement en matériau conducteur ait été placé sur lui, est une vue en coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 3, est une vue en plan de l'élément résistant représenté sur la figure 3, mais représentant la partie centrale du revêtement conducteur éliminé, pour exposer l'élément résistant d'origine, est une vue en coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la figure 5, est une vue de dessus en plan de l'élément résistant après que les rainures aient été découpées dans cet élément et après que les extrémités de celui-ci aient été pliées vers le bas, est une vue en coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la figure 7, est une vue de dessus en plan de la résistance après que le revêtement isolant ait été placé sur elle, la figure 10 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 10-10 de la figure 9, la figure 11 est une vue en perspective d'une forme modifiée de la présente invention, la figure 12 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 12-12 de la figure 11, la figure 13 est une vue de dessus en plan d'une forme modifiée de la présente invention, la figure 14 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 14-14 de la figure 13, la figure 15 est une vue de dessus en plan d'une forme modifiée de la présente invention, la figure 16 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 16-16 de la figure 15, la figure 17 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 17-17 de la figure 15. En se référant aux dessins, le numéro de référence 10 désigne généralement une résistance pastille à couche métalliquetqui constitue le mode de réalisation préféré de la présente invention La résistance 10 comprend un élément 12 (figure 2), qui est de forme rectangulaire et comprend des bords latéraux 20, 22 opposés, une première extrémité 24 et une seconde extrémité 26 Sur les extrémités de la résistance 10 se situe un couple de bornes conductrices 14, 16, qui comprend un revêtement de matériau conducteur de l'électricité ayant été appliqué sur les extrémités 24, 26 de l'élement 12 Un matériau isolant 18 est moulé autour de la partie centrale de l'élément résistant 12. Les étapes de construction de la résistance 10 sont représentées sur les figures 2 à 10 Initialement, l'élément 12 est réalisé en une forme rectangulaire représentée sur la figure 2 L'élément 12 est fabriqué à partir d'un matériau résistant, tel que le matériau "Evanohm Alloy R" décrit ci- dessus Ce matériau résistant présente une épaisseur allant de 25,4 x 10- 3 mm à 177,8 x 10-3 ou 203,2 x 10-3 mm, en fonction de la valeur de la résistance résultante qui est souhaitée pour la résistance finale Si le matériau présente une épaisseur de 76,2 x 10-3 mm ou plus, il présente généralement une rigidité suffisante pour être auto-portant, mais un matériau résistant doté d'une épaisseur inférieure à 76,2 x 10-3 mm peut nécessiter un support supplémentaire à partir d'un substrat, comme représenté dans les modes de réalisation suivants, décrits ci-dessous Par exemple, une résistance fabriquée par ce procédé peut être formé avec un élément résistant de 76,2 x 10-3 mm d'épaisseur et présentant des dimensions allant de 6,35 mm à 2,54 mm Des fentes peuvent être découpées dans les côtés de cet élément résistant pour augmenter sa valeur de résistance d'origine d'à peu près 0,04 ohms jusqu'à une résistance résultante aussi élevée que 2,6 ohms Des valeurs plus faibles peuvent être obtenues en utilisant un matériau résistant plus épais. L'épaisseur préférée va être d'à peu près 152,4 x 10-3 mm, car ceci va fournir une résistance plus qu'appropriée et produit encore une plage de résistances allant de 0,02 ohms à 1,4 ohms, dans la gamme de tailles allant de 6,35 mm à 2,54 mm Des tailles de résistance pastilles différentes vont présenter des plages de valeur différentes. La deuxième étape dans la fabrication de la résistance est le revêtement de l'élément résistant 12 avec un revêtement conducteur 28 (figures 3 et 4) Ce revêtement conducteur est de préférence obtenu par deux couches utilisant une sous-couche de nickel et une sous-couche de conducteur mince Le plaquage recouvre toute la surface de la partie et peut être réalisé en plaçant les éléments de résistance 12 dans un dispositif de dépôt électrolytique à tonneau Ceci rend l'opération de plaquage très économique et simple L'épaisseur du revêtement résultant 28 est sensiblement inférieure à l'épaisseur de l'élément résistant 12, ce qui ressemble à une couche de peinture conductrice. Les figures 5 et 6 représentant l'étape suivante dans le procédé de fabrication Le matériau de revêtement 28 est retiré de la partie centrale exposée 34 de la résistance, en laissant deux bornes 14, 16 aux extrémités opposées de l'élément résistant La partie exposée 34 peut être produite en effectuant un brossage par grattage de l'élément résistant, ou peut également être produite en utilisant des faisceaux lasers pour découper des rainures ou des fentes dans les bords de l'élément résistant 12 Cette étape de découpage est représentée sur les figures 7 et 8 Une pluralité de rainures ou de fentes 36 est alternativement découpée dans les bords opposés de la partie centrale 34 de l'élément résistant 12, de manière à augmenter la résistance de l'élément résistant 12 à la valeur souhaitée De même, les extrémités de l'élément résistant 12 sont pliées vers le bas comme on peut le voir sur la figure 8, de manière à permettre aux bornes 14, 16 de s'engager et de venir directement en contact avec les plages de contact situées sur une carte imprimée, telle que la carte imprimée 37 représentée sur la figure 1 Les fentes 36 sont découpées dans la partie centrale 34 de la résistance, de manière à atteindre la valeur de résistance souhaitée Ces fentes 36 peuvent être découpées au moyen de faisceaux lasers ou elles peuvent être découpées par estampage, découpage à l'aide d'une roue en diamant, usinage ou gravure chimique. L'étape finale de construction implique le moulage d'un matériau isolant diélectrique 18 autour de la partie centrale 34 de la résistance, comme représenté sur les figures 9 et 10, de manière à protéger l'élément résistant 12 contre les éléments extérieurs. Plusieurs avantages uniques sont obtenus par la résistance pastille à couche métallique 10 décrite ci- dessus Etant donné que la résistance est réalisée à partir d'une pièce contiguë de métal et que les bornes 14, 16 comprennent un matériau conducteur plaqué, revêtu sur les extrémités de l'élément résistant 12, la chaleur produite par les pertes par effet Joule est rapidement conduite du centre de la résistance aux bornes, sur lesquelles elle est dissipée vers la plaquette de circuits imprimés 37 Ceci permet de présenter une puissance nominale plus élevée pour sa taille que celle que l'on pourrait obtenir avec une résistance à conducteur axial, comme décrit dans le brevet US 4 467 311. Les bornes 14, 16 sont courtes et larges, ce qui permet à la conception d'être utilisée pour un montage en surface. Le revêtement de la partie avec du matériau isolant 18 aide à conserver son intégrité mécanique et les bornes 14, 16 sont légèrement pliées pour s'assurer que la résistance va se souder facilement sur une plaquette de circuits imprimés plane. Le TCR de l'élément résistant 20 est d'à peu près p p m /0 C, tandis que le TCR du matériau de plaquage conducteur 28 est sensiblement plus élevé, de l'ordre de 1500 à 2000 p p m /0 C Cependant, du fait que les bornes 14, 16 sont pourvues d'un revêtement très mince du matériau conducteur 28, la distance sur laquelle le courant doit passer comprend seulement l'épaisseur du matériau de revêtement 14, 16 et est relativement faible, en comparaison avec toute la longueur de l'élément résistant 20 Suite à ces dimensions, le TCR résultant de toute la résistance 10 est très proche du TCR du matériau résistant 20 C'est-à- dire que le matériau conducteur de l'électricité des bornes 14, 16 exerce un effet négligeable sur tout le TCR résultant de la résistance Ceci permet de réaliser une résistance à faible valeur (par exemple d'l ohm ou moins), présentant un TCR beaucoup plus faible que des résistances de taille comparable, fabriquées avec des conducteurs s'étendant axialement, tels que décrits dans le brevet US 4 467 311. En se référant aux figures 11 et 12, une forme modifiée 38 de la résistance est représentée La résistance 38 utilise un substrat 40 en oxyde d'aluminium ou autre matériau céramique ou synthétique Un élément résistant rectangulaire 42, comprend des extrémités en forme de U 44, 46, qui sont enroulées autour et rabattues sur les extrémités du substrat 40, de manière à fixer l'élément résistant 42 au substrat 40 Les conducteurs 48, 50 sont revêtus avec un matériau conducteur plaqué sur l'élément résistant 42, de la manière décrite ci-dessus pour le dispositif représenté sur les figures 1 à 10 L'élément résistant 42 peut être monobloc comme représenté sur les dessins ou être découpé pour présenter des fentes, en vue dratteindre la valeur de résistance souhaitée de la même manière que celle décrite pour le mode de réalisation des figures 1 à 10 Un matériau isolant 52 est appliqué sur la partie centrale de l'élément résistant 42, de manière à le protéger. En se référant aux figures 13 et 14, la forme la plus simple de l'invention des demanderesses est représentée et désignée par la référence 54 La résistance 54 est de construction analogue à la résistance représentée sur les figures 1 à 10, avec l'exception qu'elle ne comprend pas de couche protectrice isolante sur la partie centrale de la résistance et que les extrémités de la résistance ne sont pas pliées vers le bas, comme c'est le cas pour la résistance 10 représentée sur les figures 1 à 10 La résistance 54 comprend un élément résistant rectangulaire 56, présentant des bornes conductrices 58, 60 formées à ses extrémités opposées Des fentes 62 sont découpées dans les bords de l'élément résistant 56, de manière à atteindre la valeur de résistance souhaitée pour la résistance 54. La résistance de la présente invention peut également être construite de manière à présenter quatre bornes plutôt que deux Cette forme modifiée de l'invention des demanderesses est représentée sur les figures 15 à 17 et est désignée par le numéro 64 La résistance 64 comprend un élément résistant 66, analogue à celui représenté dans les résistances de l'art antérieur des figures 1 à 14 Des rainures ou fentes 76 sont découpées dans les bords de l'élément résistant 66 Les quatre angles de l'élément résistant 66 sont pourvus d'une première borne 68, d'une deuxième borne 70, d'une troisième borne 72 et d'une quatrième borne 74 Ces bornes sont réalisées en matériau conducteur, de la même manière que les résistances représentées sur les figures 1 à 14 Cependant, les bornes 68, 70, 72, 74 sont séparées l'une de l'autre en grattant ou il en éliminant autrement le matériau de plaquage conducteur situé entre elles, de manière que chacune des quatre bornes soit dépourvue de liaison électrique l'une par rapport à l'autre Une variante de construction (non représentée) peut être réalisée en utilisant un laser pour découper une fente s'étendant axialement dans les extrémités appropriées de l'élément résistant 66, en vue de séparer les bornes 68, 72 et les bornes 70, 74 Un exemple d'une utilisation d'une résistance à quatre bornes utilise les bornes 68, 70 comme conducteurs de courant et les bornes 72, 74 comme conducteurs de tension, pour mesurer la tension appliquée sur la résistance. Toutes les formes modifiées précédentes de l'invention permettent la production d'une résistance à faible valeur finale, qui présente un TCR s'approchant à peu près du coefficient de température de l'élément résistant Les bornes situées aux extrémités des résistances exercent un effet négligeable sur le TCR global de la résistance résultante Bien que les bornes soient décrites comme ayant été réalisées par le mode préféré de culbutage dans un dispositif de dépôt électrolytique au tonneau, d'autres procédés de revêtement peuvent être utilisés, comme l'impression ou autres Ainsi, on peut voir que le dispositif atteint au moins tous les objectifs indiqués. REVENDICATIONS 1 Résistance comprenant: un élément résistant ( 12) allongé, présentant des première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées et une partie centrale située entre elles, ladite résistance ( 10) étant de construction monobloc et constituée d'un matériau résistant adapté à produire une valeur de résistance prédéterminée entre lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées; des première et deuxième bornes ( 14, 16) respectivement en contact électrique avec lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) dudit élément résistant ( 12), lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) étant constituées d'un matériau conducteur de l'électricité présentant une conductivité électrique supérieure à celle dudit matériau résistant dudit élément résistant ( 12), lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) étant dépourvues de contact électrique entre elles, de manière que ledit élément résistant ( 12) forme la seule liaison électrique entre lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16); lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) comprenant chacune une couche dudit matériau conducteur de l'électricité sur lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées dudit élément résistant ( 12). 2 Résistance selon la revendication 1, dans laquelle le coefficient de température de la résistance (TCR) dudit élément résistant ( 12) est sensiblement inférieur au TCR dudit matériau conducteur desdites première et deuxième bornes ( 14, 16), les bornes présentant une valeur en ohms par surface inférieure à celle de l'élément résistant ( 12) et l'élément résistant ( 12) à TCR combiné, lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) s'approchant à peu près dudit TCR dudit élément résistant ( 12). 3 Résistance selon la revendication 1, dans laquelle lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées dudit élément résistant ( 12) sont pliées par rapport à ladite partie centrale, de manière que lorsque lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) reposent sur une surface de support horizontale, elles assurent le support de ladite partie centrale en relation espacée au-dessus de ladite surface de support. 4 Résistance selon la revendication 1, comprenant en outre un substrat diélectrique ( 40), ledit élément résistant ( 12) étant supporté sur et fixé fonctionnellement audit substrat, de manière que ledit substrat fournisse un support structurel audit élément résistant ( 12). Résistance selon la revendication 4, dans laquelle ledit élément résistant ( 12) comprend un plan rectangulaire et ledit substrat ( 40) présente une forme rectangulaire dotée d'une surface supérieure, d'une surface inférieure et d'extrémités ( 24, 26) opposées, ladite partie centrale ( 34) dudit élément résistant ( 12) étant supportée sur ladite surface supérieure dudit substrat et lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) dudit élément résistant ( 12) s'enroulant autour desdites extrémités ( 24, 26) opposées dudit substrat ( 40) et venant au contact de ladite surface inférieure dudit substrat. 6 Résistance selon la revendication 1, dans laquelle ledit élément résistant ( 12) présente une surface supérieure et une surface inférieure espacées entre elles d'une première épaisseur, lesdites couches dudit matériau conducteur formant lesdites première et deuxième bornes ( 14, 16) présentant une épaisseur de couche sensiblement inférieure à ladite première épaisseur. 7 Résistance selon la revendication 6, dans laquelle ladite première épaisseur est inférieure à 25,4 mm. 8 Résistance selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie centrale dudit élément résistant ( 12) est de forme rectangulaire et présente une surface rectangulaire supérieure, une surface rectangulaire inférieure et des bords latéraux rectangulaires ( 20, 22) opposés s'étendant entre lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées dudit élément résistant ( 12), au moins une découpure ( 36) étant réalisée complètement à travers ladite partie centrale depuis ladite surface rectangulaire supérieure à ladite surface rectangulaire inférieure, ladite découpure ( 36) s'étendant vers l'intérieur de l'un desdits bords latéraux ( 20, 22) de ladite partie centrale ( 34). 9 Résistance selon la revendication 8, dans laquelle ladite découpure ( 36) est formée à l'aide d'un laser pour découper ladite partie centrale ( 34) dudit élément résistant ( 12). Résistance selon la revendication 8, dans laquelle ladite découpure ( 36) est formée par l'un des procédés sélectionnés dans le groupe composé essentiellement de l'estampage, du découpage à l'aide d'une roue en diamant, de l'usinage et la gravure chimique. 11 Résistance selon la revendication 1, dans laquelle lesdites couches de matériau conducteur de l'électricité sont placées sur lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) dudit élément résistant ( 12) par plaquage. 12 Résistance selon la revendication 1, comprenant en outre des troisième et quatrième bornes ( 72, 74) en contact électriques avec lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) dudit élément résistant ( 12), lesdites première ( 68), deuxième ( 70), troisième ( 72) et quatrième ( 74) bornes étant dépourvues de contact électrique entre elles, de manière que ledit élément résistant ( 12) forme la seule liaison électrique entre elles, lesdites troisième et quatrième bornes ( 72, 74) comprenant chacune une couche dudit matériau conducteur de l'électricité sur lesdites première et seconde extrémités ( 24, 26) opposées dudit élément résistant ( 12). 13 Résistance selon la revendication 12, dans laquelle ledit élément résistant ( 12) est de forme rectangulaire et comprend quatre angles, lesdites première ( 68), deuxième ( 70), troisième ( 72) et quatrième ( 74) bornes étant chacune située de manière adjacente à l'un desdits quatre angles.