FR2464542A1 - Resistance electrique de precision a caracteristiques de temperature ameliorees et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

RESISTANCE ELECTRIQUE DE PRECISION COMPRENANT UN FILM METALLIQUE 11 CONSTITUANT LE MATERIAU RESISTIF ET UN SUBSTRAT 13 SUPPORTANT LE FILM AUQUEL IL EST FIXE FERMEMENT PAR UNE COUCHE D'ADHESIF 12. LE SUBSTRAT EST UN COMPOSITE D'AU MOINS DEUX PARTIES DE MATERIAUX DIFFERENTS 13, 14 DIRIGEES DE FACON GENERALE PARALLELEMENT AU FILM METALLIQUE RESISTIF, LA PARTIE LA PLUS PROCHE DU FILM METALLIQUE RESISTIF ETANT SENSIBLEMENT RIGIDE ET LA PARTIE LA PLUS ELOIGNEE DU FILM METALLIQUE ETANT EN UNE MATIERE PLASTIQUE D'UNE EPAISSEUR COMPARABLE A CELLE DE LA PARTIE RIGIDE.

Description

L'invention est relative aux composants électriques et

plus particulièrement aux résistances. Elle a plus particu-

lièrement pour objet une résistance électrique de haute préci-

sion du type utilisant un film métallique de matériau résistif grâvé pour former une bande allongée de forme serpentine portée

par un substrat.

Ce type de résistance est décrit, par exemple, dans les

Brevets des ETATS-UNIS n0 3 405 381 et 3 517 436 dont l'inven-

teur de la présente Demande est un des co-inventeurs et qui

sont l'un et l'autre cédés à la Demanderesse.

Une des caractéristiques que l'on souhaite fréquemment donner aux résistances électriques de précision de ce type général est celle d'avoir un coefficient de température de résistance aussi faible que possible. Une manière d'atteindre ce but - qui, incidement, est également divulguée en référence à certains exemples des deux Brevets des ETATS-UNIS mentionnés ci-dessus -, consiste à opérer un choix approprié du film métallique, du substrat et du matériau (adhésif) qui fixe le

film au substrat.

De manière plus précise il est connu d'utiliser, par exemple, un film métallique nickel-chrome dans lequel est formé le dessin serpentin souhaité. Ce film avant d'être fixé par

adhésif au substrat a un coefficient de température de résis-

tance "inhérent" de, par exemple, vingt parties par million par degré C (ppm/OC) à une valeur de température donnée. En outre, la caractéristique de variation de résistance en fonction des contraintes du film métallique, qui est donnée par l'expression: contrainte = K R

K R

ou E est le module d'élasticité du film, K est une constante, R est la valeur de résistance initiale,et AR est la variation de résistance,

est telle que K est, environ, de l'ordre de + 2.

Ce film métallique est rendu fortement adhérent du subs-

trat de sorte que la contrainte est transmise entre le film métallique et le substrat sensiblement sans glissement ou fluage. Le substrat lui-même est en un matériau tel, par exemp'e du vexre ou de la céramique. cDe la d4fférence entre son coefficient de dilatation de température ( as) et celui

du film ( "f) est, par exemple, sensiblement égale à 10 ppm/OC.

Par exemple af peut être de l'ordre de 16 ppm/OC et Cs peut être de l'ordre de 6 ppm/OC donnant une différence ( - as) égale à 10 ppm/CC.a est défini ici par l'expression Ai- par degré C et il est la dilatation ou la contraction relative. 1 Il en résulte que des variations de température tendent à produire des variations de résistance induite par contrainte dans le film métallique correspondant à 2 x 10 ou 20 ppm/aC (20 x 10î6 ohm par ohm par degré C). Cependant on notera que ces variations de résistance induites par contrainte doivent être de sens opposé à celles dues au coefficient de température

du film métallique lui-même. Dans ce cas le substrat a un coef-

ficient de dilatation thermique plus faible que celui du film métallique et par conséquent le film métallique est choisi ici

pour avoir un coefficient de température de résistance positif.

Par conséquent un changement donné de température produit un

changement de résistivité du film qui donne naissance à un chan-

gement de résistance dans un sens (positif) tandis que le change-

ment correspondant par contrainte induite du substrat donne un

changement de résistance de sens opposé (négatif).

En rendant ces phénomènes opposés sensiblement égaux on obtient une réduction très importante de la sensibilité à la

température de la résistance de précision.

Bien que les techniques décrites ci-dessus se soient révélées particulièrement efficaces, cela ne veut pas dire qu'aucun progrès supplémentaire ne soit possible. En particulier, on doit noter qu'une résistance de précision qui n'a pratiquement pas de sensibilité à la température ne peut être produite par la technique énoncée ci-dessus qu'à une valeur de température

donnée ou au voisinage de cette température.

Il en est ainsi parce que le coefficient de température du film métallique lui-même varie de manière non linéaire en fonction de la température tandis que la différence entre les coefficients de dilatation thermique du substrat et du film (ce qui crée les changements opposés, induits par la contrainte) varie de manière linéaire avec la température. Il en résulte qu'à l'exception d'un domaine de température relativement étroit autour de la valeur optimale la résistance est sensible

aux variations de température.

C'est, par conséquent, un but de l'invention de fournir une résistance électrique de précision perfectionnée du type à

film métallique fixé par adhésif à un substrat.

C'est également un but de l'invention de fournir une telle résistance qui montre une sensibilité à la température réduite sur un domaine de température plus grand que jusqu'à présent. C'est également un but de l'invention de fournir une telle résistance électrique de précision qui ait un coefficient

de température pratiquement nul à plus d'une valeur de tempéra-

ture. C'est également un but de l'invention de fournir un

procédé de fabrication d'une telle résistance électrique per-

fectionnée. Ces buts et d'autres sont atteints, selon l'invention, en utilisant pour le substrat de la résistance de précision non pas une seule couche de matériau, comme de la céramique, du verre ou du métal et comme utilisé jusqu'à présent, mais en employant une structure composite "à couches". Cette structure composite a l'une de ses parties, ou couches en un matériau très rigide par exemple de la céramique usuelle tout en ayant l'autre partie, ou couche en une matière plastique telle que de l'époxy, par exemple. La matière plastique et la céramique sont fermement fixées par adhésif l'une à l'autre de manière telle qu'il n'y ait pas de glissement de l'une par rapport à

l'autre lorsqu'elles sont soumises à des contraintes différen-

tielles au cours de changements de température. Ces matières plastique et céramique sont choisies de manière telle, eu égard

à leurs caractéristiques de dilatation en fonction de la tempé-

rature, à leurs caractéristiques géométriques (épaisseur et dimension de surface) à leurs modules d'élasticité, et à leurs coefficients de POISSON que la surface de la couche rigide (céramique) la plus distante de la couche de résine présente des variations de dimension non linéaires en fonction de la

température.

Le film métallique qui constitue le matériau résistif de la résistance de précision est fixé par adhésif à la surface de la céramique mentionnée cidessus qui est à distance de la

couche d'époxy.

Etant donné que les matières plastiques présentent des

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caractéristiques visco-élastiques (fluage en fonction du temps) l'on a d'abord pensé que la résistance ne présenterait des caractéristiques satisfaisantes qu'au voisinage de la température ambiante. De façon surprenante, la caractéristique de coefficient de température nonlinéaire de résistance men-

tionnée ci-dessus pour le film métallique lui-même est appa-

remment susceptible d'être contrebalancée de manière importante par le changement de résistance créé par le coefficient de dilatation thermique maintenant également non linéaire de la surface de céramique adjacente, comme imparti à cette surface

par la structure composite céramique plus matière plastique.

Il en résulte un coefficient de température de résistance qui est beaucoup plus faible sur une large gamme de températures

et non plus seulement autour de la température ambiante.

En pratique, il est nécessaire que la partie de matière plastique (par exemple de l'époxy) de la structure composite ait une épaisseur qui est du même ordre de grandeur que la partie rigide (par exemple céramique). Par exemple chacune d'entre elles peut avoir une épaisseur d'environ 0,5 mm tandis que le

film métallique résistif peut avoir une épaisseur usuelle d'en-

viron 0,0008 mm à 0,005 mm.

L'invention sera bien-comprise par la description qui

suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma, en coupe, d'une réalisation d'une résistance électrique selon la présente invention; - les figures 2a, 2b, 2c,2d et 2e sont des diagrammes

illustrant différents phénomènes mis en oeuvre dans la réali-

sation dé la présente invention; -

- la figure 3 est une vue partielle schématique d'une

autre réalisation d'une résistance électrique selon l'inven-

tion;et

- les figures 4a, 4b, 4c sont des illustrations schéma-

tiques d'autres formes de réalisation.

Les dimensions des différentes figures ne sont pas à la même échelle et il en est de même des divers éléments de

n'importe laquelle des figures o les mêlies références dési-

gnent des éléments analogues.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre, à échel-

le très agrandie, une coupe schématique d'une résistance de

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précision selon l'invention.

L'élément de base 10, de la résistance (quelquefois appelé "chip") comprend le film métallique 11 fixé par une

couche d'adhésif 12 à la partie 13 en céramique de substrat.

En outre, selon l'invention, une partie 14 en époxy du subs- trat est fermement fixée à la couche de céramique 13. Ceci peut être obtenu à l'aide d'un adhésif ou par coulée ou par

d'autres méthodes de dépôt. On comprendra que le film métal-

lique 11 présente le dessin résistif souhaité avant ou après

fixation au substrat.

La liaison électrique au chip 10 est faite par des conducteurs dont l'un, 16, est visible sur la figure 1 et qui

est soudé par points ou brasé à une extrémité 15 au film métal-

lique 11. L'autre extrémité du conducteur 16 est reliée à une aiguille d'extrémité 17 par une liaison 16a. Le conducteur 17

traverse le boîtier métallique externe 18 par un manchon iso-

lant 19. Une liaison thermique ou une liaison ultrasonique peut également être utilisée aux liaisons 15 et/ou 16a. Pour faciliter ceci le film métallique est plaqué d'or ou d'un

autre alliage dans la zone des liaisons.

Avant ou après insertion dans le boîtier 18 le chip est enrobé dans un coussin très souple 21 (par exemple en un caoutchouc ou silicone souple). L'espace 20 entre le coussin

21 et le boîtier 18 est rempli d'époxy.

En variante, le coussin de caoutchouc souple 21 peut sensiblement emplir l'intérieur du boîtier 18 ou le chip peut être suspendu à l'intérieur du boîtier 18 par ses conducteurs de liaison, qui doivent alors être solides et rigides et est entouré d'air, de gaz, par le vide ou d'huile à l'intérieur

du boîtier 18.

Une fine couche d'époxy de protection et de scellement

22 peut également être présente directement sur le film métal-

lique 11.

Les figures 2a à 2e montrent différents diagrammes

utiles pour la compréhension de l'invention. Sur ces cinq fi-

gures l'axe des abcisses est celui des températures, par exemple dans un domaine s'étendant de O à 1001C. Sur la figure 2a,

l'axe des ordonnées est celui des valeurs de dilatation thermi-

que sur la face 13a de la partie de céramique 13 de la figure

1 qui est la plus distante de la partie d'époxy 14. Le dia-

gramme de la figure 2a montre la variation du coefficient

de dilatation thermique de la surface 13a du substrat-

en fonction de la température. On remarquera en particulier

que la relation est non linéaire même si la variation du coef-

ficient de dilatation thermique de la céramique seule et

du film, en lui-même (non fixé), serait sensiblement linéaire.

La figure 2b montre le changement correspondant de résistance du film métallique 11 (figure 1) qui peut être attribué à la contrainte induite thermiquement et qui-est due à la différence entre les coefficients de dilatation thermique du substrat et du film ( as - af). Cette relation est également

non linéaire étant donné que as est non linéaire.

La figure 2c montre la variation en fonction de la

température de la résistance ->--du film métallique 11, lui-

même, comme si elle était non affectée par le fait d'être fixée au substrat composite céramique plus époxy de la figure 1. Cette relation de la figure 2ç est analogue à celle de la

figure 2b, dans sa forme générale, mais de polarité opposée.

L'effet résultant général est alors représenté sur les figures 2d (en trait plein) ou 2e o l'on prévoit que les influences représentées sur les figures 2b et 2c s'annulent

sensiblement l'une l'autre. Ceci laisse au chip 10 une varia-

tion de résistance en fonction de la température qui est rela-

tivement faible et qui demeure faible sur l'entier domaine de

températures considérée ici.

On notera que les courbes montrées sur le figures 2a à 2e sont des représentations de type de réalisations de la présente invention. Ces courbes ne doivent pas être considérées comme des formes de courbes précises ou des valeurs de mesure

spécifique.

Les formes à fluctuation sinusoïdale des courbes de la figure 2d (trait plein) et 2e indiquent qu'une compensation

parfaite à toutes températures peut ne pas être atteinte pra-

tiquement, même avec la présente invention. Ceci est du au fait que la dépendance à la température du film métallique résistif lui-même peut ne pas avoir exactement la même forme

(quoique de polarité opposée) que celle du substrat composite.

Par exemple, la courbure de l'une peut être exprimée approxi-

mativement par la formule y = ax + b et la courbure de l'autre par y = cx3 +dx2 + ex + f. Une superposition de ces deux

courbes fournit une courbe comme représentée sur la figure 2d.

Cependant, comme montré sur la figure 2e, le changement de résistance peut également être sensiblement O sur un domaine de températures relativement important; le résultat dépend principalement de la forme spécifique des courbes des figures

2b et 2c.

Par un choix approprié des différents matériaux et de leurs épaisseurs, différentes formes spécifiques de courbes représentatives de la résistance en fonction de la température peuvent être obtenues. Cependant, quel que soit le cas, on obtient une réduction à ce point importante de la variation de

résistance en fonction de la température, par rapport au résul-

tat obtenu à l'aide des résistances de la technique antérieure, que ceci constitue un progrès considérable dans la technologie

des résistances électriques de précision.

A titre d'exemple, on a!montré par la ligne en tirets de la figure 2d, la courbe de résistance en fonction de la

température qui est celle que l'on obtient à l'aide de l'inven-

tion objet des Brevets ETATS-UNIS 3 405 381 et 3 517 436. On remarquera que les figures 2d (ligne en trait plein) et 2e présentent un coefficient de température de résistance bien

meilleur que celui de la figure 2d (lignes en tirets).

On comprend que la présente invention permet essentiel-

lement de rendre linéaire la variation de la résistance du chip en fonction de la température, c'est-à-dire le coefficient de température C. T du chip (et de la résistance). Cependant, ce C.T linéaire n'est pas nécessairement parallèle à l'axe des

abcisses comme montré sur les diagrammes des figures 2d et 2e.

Il peut, au contraire, être incliné mais toujours généralement

linéaire par un choix approprié des caractéristiques du subs-

trat. A cet égard, il semble approprié de se référer à nouveau maintenant brièvement aux Brevets ETATS-UNIS n0 3 405 381 et 3 517 436 mentionnés précédemment. Les raisons

pour ce faire sont les suivantes:-

Dans ces Brevets antérieurs on divulgue un moyen de

fabriquer une résistance électrique de précision par utilisa-

tion d'un film métallique comportant un dessin qui, d'une

manière générale, est analogue à celui de la présente inven-

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tion et qui est fixé à un substrat. En outre, dans ces Brevets

antérieurs, on divulgue également l'utilisation de deux cou-

ches d'époxy l'une sur le film métallique comportant le dessin et l'autre sur la face du substrat qui est la plus distante du film métallique. A première vue, il semblerait qu'il y ait

quelque analogie entre ces deux Brevets antérieurs des ETATS-

UNIS et la présente invention, selon laquelle on prévoit éga-

lement un film époxy sur le film métallique et une couche d'époxy sur la face de la partie de substrat céramique qui est la plus distante du film. Par exemple, dans la réalisation de la figure 1 de la présente Demande, la première est constituée

par la couche 22 et la seconde par la couche 14.

Cependant, il y a une différence essentielle qui détruit

totalement toute analogie superficielle.

Dans les deux Brevets des ETATS-UNIS mentionnés ci-

dessus, les deux couches d'époxy sur les faces opposées de l'ensemble substrat plus film métallique sont choisies d'une manière telle qu'elles produisent des effets de flexion qui s'équilibrent, agissant de façon égale mais dans des directions opposées sur l'ensemble film métallique plus substrat qui est pris en sandwich entre les deux couches d'époxy. Un tel effet

d'équilibre s'oppose à la tendance à la flexion ou au gauchis-

sement du substrat qui aurait autrement lieu en raison des changements de température et/ou d'humidité dans le cas o l'un seulement de ces revêtements d'époxy de la technique antérieure

serait utilisé.

Selon la présente invention, le concept qui consiste à équilibrer la flexion au moyen de deux couches d'époxy ayant

sensiblement la même épaisseur est intentionnellement non uti-

lisé.

Dans la présente invention, la couche d'époxy 22 qui couvre le film métallique Il est du même ordre d'épaisseur que dans les Brevets des ETATS-UNIS mentionnés ci-dessus, et sert essentiellement au même but que dans ces Brevets antérieurs, à savoir protéger le film métallique. D'autre part, la seconde couche d'époxy de la présente invention, à savoir la partie 14 du substrat composite (voir figure 1), est plusieurs fois plus épaisse que la couche d'époxy de position analogue qui est utilisée dans les deux Brevets des ETATS-UNIS mentionnés ci-dessus pour équilibrer la tendance au fléchissement de la première couche d'époxy mentionnée. En fait, dans la présente invention, le substrat de céramique sera lui-même sujet à une flexion sensible, en raison de la présence de la couche

14, lorsque des changements de température se produisent.

Dans une forme de réalisation de la présente invention,

cette partie d'époxy 14 du substrat composite aura une épais-

seur qui est du même ordre de grandeur que celui de la partie de céramique 13 du substrat composite. Dans un cas type, la partie de céramique peut avoir une épaisseur d'environ 0,5mm, et dans ce cas l'épaisseur de la partie 14 d'époxy serait également d'environ 0,5 mm. Ceci est extrêmement différent

de l'épaisseur de la couche d'époxy ayant une position analo-

gue dans les deux BreVets des ETATS-UNIS-mentionnés ci-dessus, couche dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,02 mm, comme

l'était l'épaisseur de la couche d'époxy sur le film métalli-

que lui-même, qui demeure sensiblement la même dans la pré-

sente invention.

La raison de cette différence est, bien entendu, que

des objectifs différents sont atteints dans les deux situa-

tions, à savoir, dans les deux Brevets des ETATS-UNIS men-

tionnés ci-dessus d'une part et dans la présente invention

d'autre part.

Dans la présente invention le but spécifique de la partie d'époxy 14 beaucoup plus épaisse du substrat composite est de fournir à la surface 13a de ce substrat composite une dilatation thermique non linéaire. Ceci, à son tour, permet d'accorder approximativement quant à la forme, mais avec une polarité opposée, la caractéristique de résistance en fonction

de la température du film métallique lui-même qui est égale-

ment non linéaire. Dans les Brevets antérieurs, la surface correspondant à la surface 13a (à savoir l'interface entre le substrat et le film) était soumise à une dilatation linéaire en fonction de la température, tandis que dans la présente invention, cette surface 13a est soumise à une dilatation non linéaire en fonction de la température; la forme et le degré de non linéarité dépendent de la courbe non linéaire de

résistance en fonction de la température du film métallique.

Aucun aspect ressemblant à ce concept n'est divulgué dans

les deux Brevets des ETATS-UNIS mentionnés ci-dessus.

Différentes techniques peuvent être utilisées pour fabriquer des résistances électriques de précision selon

la présente invention.

Une technique appropriée consiste à partir d'une plaque de matériau céramique de l'épaisseur désirée pour la partie de céramique 13 du substrat composite, par exemple 0,5mm mais avec une aire qui est beaucoup plus grande que

celle requise pour un seul chip 10 de résistance. Les épais-

seurs de substrat de céramique peuvent être comprises entre

0,1 mm et 6,5 mm. La plupart de ceux utilisés ont une épais-

seur comprise entre 0,5 et 1 mm. Un revêtement d'époxy de 0,5 mm d'épaisseur, par exemple, est appliqué à une surface de la plaque de céramique. Ce revêtement d'époxy peut être appliqué à la spatule, ou par centrifugation ou par coulée ou par fixation d'une feuille d'époxy. Ce revêtement d'époxy

est destiné à former la partie d'époxy 14 du substrat compo-

site. Une résine époxy spécifique qui peut être utilisée est

celle qui est vendue dans le commerce sous le nom de "Photo-

lastic PL Ia.

Un film métallique est photogravé au dessin résistif serpentin souhaité et ensuite fixé sur la face de la plaque céramique opposée à celle précédemment revêtue de la couche d'époxy. En variante, le film métallique, d'abord fixé à la

céramique, peut ensuite être photogravé au dessin souhaité.

Suivant encore une autre forme de réalisation, le revêtement d'époxy peut être appliqué après que le film(photogravé ou -non encore photogravé) ait été fixé à l'aide d'adhésif à la

surface de la céramique.

Cette structure d'une plaque de céramique avec un revêtement épais d'époxy sur l'une de ses faces et le film métallique photogravé sur l'autre face est alors sectionné suivant des chips de résistance individuels à l'aide d'un laser ou à l'aide d'une scie à diamant ou à l'aide de tout autre technique de découpe appropriée de façon à obtenir des chips de résistance individuels. Bien entendu, un chip peut comprendre plusieurs résistances individuelles ou reliées

entre elles.

Egalement, après photogravure, le film métallique peut être revêtu de la fine couche d'époxy 22 de la figure 1 pour

la protection au cours du traitement et lors de la manipula-

il tion ainsi que pour l'ajustement de la valeur de résistance

de même que pour de meilleurs performances au cours de l'u-

tilisation.

Ensuite, si nécessaire, les chips sont ajustés indi-

viduellement (réglage fin) pour obtenir les caractéristiques de coefficient de température de résistance appropriées en modifiant de façon appropriée l'épaisseur du revêtement

d'époxy épais sur la partie de céramique du substrat compo-

site.

Ensuite, les conducteurs peuvent être fixés, par exem-

ple le conducteur 16, 17 de la figure 1 ou, en variante, de tels conducteurs peuvent être fixés avant réglage fin des caractéristiques de température. Les conducteurs 16 et 17 peuvent être deux pièces séparées ou peuvent être d'une seule

pièce (monolithique).

L'ajustement de la valeur de résistance des résistances électriques à l'intérieur du domaine de tolérance souhaité peut être exécuté de manière usuelle, avant, pendant ou après

ajustement des caractéristiques de température.

Enfin, la structure est placée dans une boîte herméti-

quement close, par exemple la boîte 18 de la figure 1 avec une protection appropriée contre les phénomènes perturbateurs mécaniques, comme par exemple à l'aide de la couche 21 de caoutchouc de silicone ou d'un autre coussin. Ainsi, lorsque des températures élevées apparaissent, le chip peut se dilater

ou se contracter sans être soumis à des contraintes externes.

Le coussin fournit également une protection contre les chocs et les vibrations. De la résine époxy 20 est placée autour du coussin 21. Si on le souhaite, de l'huile, de l'air ou un gaz inerte peut être utilisé autour du coussin ou au lieu du coussin. Une autre technique de fabrication consiste a d'abord

produire les chips sensiblement complets mais démunis unique-

ment de la partie 14 de résine époxy du substrat composite.

Ces chips sont alors revêtus individuellement d'une couche

épaisse d'époxy en déposant une épaisseur donnée de ce maté-

riau à l'emplacement de la partie d'époxy 14 par rapport à la céramique. Le coefficient de température de résistance (C.T) de la structure résultante est mesuré et l'épaisseur de ce revêtement d'époxy est ajusté en correspondance, si nécessaire. Dans l'un ou l'autre cas, que la couche d'époxy soit appliquée à la plaque céramique de grandes dimensions ou aux chips de céramique individuels, l'ajustement de l'épaisseur d'époxy est effectué en grattant une partie suffisante de

l'époxy si la couche est initialement trop épaisse ou en ajou-

tant d'autres couches relativement fines d'époxy pour obtenir l'épaisseur totale si la mesure montre que ladite couche est

initialement trop fine.

L'ajustement de la couche 14 est nécessaire uniquement pour de très fins réglages du coefficient de température de résistance étant donné qu'en raison de la non homogénéité du

film et des processus de fabrication tous les chips ne présen-

tent pas le même C.T. Par conséquent, si le chip ne montre

pas, initialement, le C.T. souhaité, un ajustement de l'épais-

seur de la couche 14 amènera le C.T. à la valeur souhaitée.

D'autres réalisations de la présente invention sont

également possibles.

Une autre réalisation est illustrée schématiquement sur la figure 3 à laquelle on se réfère maintenant. Cette figure est une vue en coupe d'un fragment de chip 30 selon

la présente invention. Ce chip comprend une partie de céra-

mique 31 sur une face duquel est fixé, par adhésif, un film métallique 32 au moyen d'une couche d'adhésif 33. Sur la face libre du film métallique 32 est prévue une couche d'époxy de protection 34. Sur la face de la partie de céramique 31 opposée à celle sur laquelle est fixé, à l'aide d'adhésif, le film métallique 32 est prévue une partie d'époxy épaisse dont l'épaisseur est du même ordre de grandeur que celle de la partie de céramique 31. A cet égard, la construction du chip de la figure 3 est analogue à celle du chip 10 de la figure 1. Cependant, il y a également une différence.

Cette différence consiste dans la présence, dans la réalisa-

tion de la figure 3, d'une feuille métallique 36 entre la partie de céramique 31 et la partie d'époxy 35 du substrat

composite. Cette feuille métallique 36 est prévue pour per-

mettre de mieux maitriser les caractéristiques de température

du chip.

Comme expliqué ci-dessus, le substrat composite à partie d'époxy et partie de céramique fournit une fonction

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non linéaire de dilatation thermique. Cette fonction composite de dilatation thermique peut être considérée comme résultant de la contribution de deux composants. L'un est un composant sensiblement linéaire, l'autre est un composant non linéaire qui peut être attribué à l'époxy. Il est possible que le composant linéaire ne soit pas parfaitement approprié pour

une bonne compensation. Supposons, par exemple, que le compo-

sant linéaire soit égal à 6 ppm/oC tandis que l'on préfèrerait

une valeur de 8 ppm/OC pour la compensation d'un film métalli-

que particulier 32. Dans ce cas, la présence de la feuille métallique 36 à épaisseur appropriée, coefficient de dilatation thermique et module d'élasticité convenables, est susceptible de fournir à la structure composite résultante de céramique et de métal un coefficient de dilatation thermique sensiblement linéaire de la valeur souhaitée de 8 ppm/oC à la surface 31a

de partie céramique 31 qui est en regard du film résistif 32.

Avec ce composant linéaire maintenant fourni à la valeur sou-

haité, la partie d'époxy 35 du substrat composite (partie d'époxy 35 plus partie céramique 31) peut à nouveau jouer son rôle, selon la présente invention. Ce rôle est de fournir au substrat composite le degré approprié de non linéarité qui

compense la caractéristique non linéaire de résistance en fonc-

tion de la température du film métallique résistif lui-même.

On notera que lorsqu'on se réfère à la dilatation thermique du substrat composite, l'on se réfère à la dilatation thermique de la surface du substrat qui est en regard du film métallique, c'est-à-dire la surface 13a de la figure 1 et la

surface 31a de la figure 3. Il en est ainsi parce que le subs-

trat est sujet à une flexion de sorte que la surface en question peut se dilater positivement tandis que d'autres surfaces du

substrat composite peuvent se dilater de manière différente.

Il a également été trouvé que la position séquentielle de la céramique 31, du métal 36 et de l'époxy 35 montrée sur la figure 3 peut être modifiée pour que la céramique et l'époxy 31 et 35 soient immédiatement adjacentes l'une à l'autre, comme montré sur la figure 1, tandis que la feuille métallique 36 est placée sur la surface la plus externe de la portion d'époxy 35, à savoir la sar-ace qui est la plus distance de la portion de céramique 31. En lieu et place de métal 36, il est possible

d'utiliser un autre matériau, par exemple du verre ou une céra-

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mique ayant un coefficient de dilatation thermique différent.

En outre, un substrat composite qui utilise non seule-

ment les parties de céramique et d'époxy comme montré en 13 et 14 sur la figure 1 mais également un composant métallique se prête bien à l'utilisation pour le réglage fin du coeffi-

cient de température de résistance du chip.

Des structures qui comprennent cette caractéristique de l'invention sont montrées schématiquement sur les figures

4a, 4b et 4c auxquelles on se réfère maintenant.

Dans chacune de ces figures est montré schématiquement en perspective un chip selon l'invention. Le film métallique résistif est désigné par la référence 40 sur chacune de ces figures. Le composant céramique du substrat est désigné par la même référence 41 sur les trois figures-4a, 4b, 4c. Une structure métallique est adjacente à chaque partie de céramique 41. Sur la figure de cette structure métallique prend la forme de barres ou côtes parallèles espacées 42. Sur la figure 4b elle prend la forme d'une grille de barres métalliques dont

celles qui se coupent l'une l'autre sont désignées respective-

ment par les référendes 43 et 44. Enfin, sur la figure 4c,

la structure métallique prend la forme d'une plaque 45 compor-

tant un dessin de perforations 46.

Dans chaque cas les barres métalliques ou la plaque

perforée sont fixées à l'aide d'adhésif à la céramique.

Dans chacune de ces réalisations, les interstices entre les parties de métal sont remplis d'époxy qui forme la

partie d'époxy du substrat composite selon la présente inven-

tion ou la structure métallique pourrait être fixée sur la couche d'époxy 35. Sur la figure 4a ces parties d'époxy sont

sous forme de bandes 47. Sur la figure 4b elles sont sous.

forme de rectangles 48 et sur la figure 4c elles sont sous

forme de parties rondes 49 remplissant les trous 46. La struc-

ture métallique peut également être fixée sur la couche d'époxy. Dans chaque cas, l'ajustement des caractéristiques de résistance du chip devient possible avec la structure

illustrée en agissant sur les parties métalliques.

Sur les figures 4a et 4b, par exemple, le coefficient de dilatation thermique du substrat composite (à la surface

adjacente au film métallique) peut être ajusté progressive-

ment en coupant à travers différentes parties des barres mé-

talliques 42 dans la figure 4a et de la grille 43, 44 dans la figure 4b. De même, dans la figure 4c, des découpes dans le métal 45 peuvent être faites pour faire se joindre des trous 46 avec un effet correspondant. Dans l'un quelconque de ces exemples, la découpe de métal produit un changement dans

le composant linéaire de dilatation thermique du substrat com-

posite (à la surface adjacente au film métallique). Ceci, en fait, fait pivoter autour de l'origine le type de courbe qui

est illustré sur la figure 2a des dessins.

Bien entendu, d'autres structures peuvent être utili-

sées pour produire le même effet. En modifiant la géométrie de la feuille métallique 36 ou la géométrie du substrat céramique, le composant linéaire de dilatation thermique changera à la surface 31a; modifiant la géométrie de la couche d'époxy on

change également le composant non linéaire de dilatation ther-

mique à la surface 31a. La combinaison de ces deux changements de géométrie permet un réglage fin du coefficient de température

(C.T.).

On connaît également des résistances électriques de précision du type considéré ici dans lesquelles les conducteurs de liaison au film métallique résistif sont en des bandes de métal monolithiques qui sont recourbées autour d'un bord du chip et passent ensuite sur la face du chip opposée à celle sur laquelle est placé le film métallique résistif. De telles résistances sont divulguées, par exemple, dans le Brevet des ETATS-UNIS n0 4 138 656 également cédé à la Demanderesse. Dans une telle structure, les conducteurs métalliques peuvent être fermement fixés à la partie époxy du substrat composite selon la présente invention. Un ajustement des caractéristiques de température peut alors être effectué en modifiant l'épaisseur de la partie d'époxy, les conducteurs de liaison monolithiques adjacents ou les deux ou en découpant des fentes partielles

dans les conducteurs.

En variante, lés conducteurs monolithiques tels que divulgués dans le Brevet des ETATS-UNIS mentionné ci-dessus n0 4 138 656 peuvent être pris en sandwich dans la partie d'époxy épaisse du substrat composite ou entre cette partie

d'époxy et la partie de céramique.

Des essais de résistances de précision selon la présente

invention ont montré qu'il est possible de produire une résis-

tance qui fonctionne de façon satisfaisante dans un domaine de températures généralement requis pour des applications militaires et qui est celui de - 55 degrés C à + 175 degrés C. Des domaines de températures plus larges, par exemple, de - 130 degrés C à

+ 250 degrés C ont également été couverts avec des perfectionne-

ments importants. En outre, la reproductibilité des résultats était excellente. Des cycles répétés du chaud au froid et du froid au chaud n'ont provoqué que de petites modifications des caractéristiques de résistance, en dépit du fait que la résine époxy est, de façon connue, sujette à un certain fluage. De telles petites modifications sont négligeables en utilisation pratique. Des essais en puissance et température ont également

montré qu'à l'aide d'un choix approprié des matériaux, la résis-

tance demeure opérationnelle pour plusieurs milliers d'heures.

Une stabilité encore plus grande peut être obtenue en

soumettant la partie d'époxy du substrat composite, après appli-

cation au chip, à une opération du genre vulcanisation à des

températures qui excèdent celles rencontrées au cours de l'uti-

lisation. Ceci est favorable à une réduction des apparitions de changement de dimension dans l'époxy au cours du temps et avec des changements de température. Après avoir été soumis à une telle opération de vulcanisation, la résistance finie présente

une stabilité encore plus grande.

La partie rigide du substrat composite peut également être en métal, pourvu qu'elle soit isolée électriquement du

film résistif et des conducteurs.

Le boîtier 18 peut être non métallique, par exemple en matière céramique ou en matière plastique. Cependant, un boîtier en matière plastique (ou moulé) n'est pas recommandé

si l'étanchéité hermétique est souhaitée. Le moulage peut éga-

lement être utilisé pour protéger le chip recouvert d'un coussin souple.

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Claims (31)

REVENDICATIONS

1. Résistance électrique de précision comprenant un

film métallique constituant le matériau résistif et un subs-

trat supportant le film auquel il est fixé fermement par une couche d'adhésif, caractérisée en ce que le substrat est un composite d'au moins deux parties de matériaux différents dirigées de façon générale parallèlement au film métallique résistif, la partie la plus proche du film métallique résistif étant sensiblement rigide et la partie la plus éloignée du film métallique étant en une matière plastique d'une Épaisseur

comparable à celle de la partie rigide.

2. Résistance électrique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que le film métallique a une résistivité qui varie comme une fonction non linéaire de la température sur un domaine opératoire prédéterminé et en ce que la partie rigide et la partie de matière plastique du-substrat composite sont choisies chacune en ce qui concerne leur épaisseur, leur module d'électricité et leur coefficient de dilatation thermique de manière telle que les dimensions de la surface de partie rigide adjacente au film métallique varient de manière non linéaire dans le domaine opératoire de température de la résistance pour que les changements de résistance induits par la contrainte impartie au film par la surface de la partie rigide adjacente audit film compensent le changement non linéaire de résistance

du film lui-même dans le domaine opératoire de températures.

3. Résistance électrique selon la revendication 2, carac-

térisée en ce que la compensation est telle que le coefficient de température de la résistance est sensiblement nul sur tout

le domaine opératoire.

4. Résistance électrique selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que la partie rigide est choisie dans le groupe

constitué par la céramique, le verre et les métaux.

5. Résistance électrique selon la revendication 4, carac-

térisée en ce que la partie rigide la plus proche du film

résistif est en un métal et est isolée du film résistif.

6. Résistance électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fixation du substrat composite au f1i Ca esc obtei ue à l'aide d'un adhésif qui est sensiblement

dépourvu de fluage.

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7. Résistance électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film métallique est revêtu d'une

couche de protection en matière plastique qui est de nombreu-

ses fois plus fine que la partie de matière plastique du subs-

trat composite..

8. Résistance électrique selon la revendication 7, carac-

térisée en ce que le film métallique, la couche de protection et le substrat sont tous enfermés dans un coussin souple qui

est en outre enfermé dans un bàîtier.

9. Résistance électrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que la partie rigide du substrat composite a une dilatation thermique généralement linéaire, tandis que la partie de matière plastique du substrat composite a une dilatation thermique non linéaire, et en ce que l'épaisseur de la partie de matière plastique a été ajustée préalablement à la mise sous bottier pour fournir les variations de dimension souhaitées en fonction de la température avec pour résultat le

coefficient de température souhaité.

10. Résistance électrique selon la revendication 9, carac-

térisée en ce que l'ajustement a lieu par au moins une pénétra-

tion au moins partielle dans l'épaisseur de la partie en matière plastique.

11. Résistance électrique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que la partie rigide du substrat composite est en céramique et en ce que la partie en matière plastique est en

résine époxy.

12. Résistance électrique selon la revendication 11, carac-

térisée en ce que la partie en céramique du substrat composite a une épaisseur d'environ 0,5 mm et en ce que la partie d'époxy

a également une épaisseur d'environ 0,5 mm.

13. Résistance électrique selon la revendication 12, ca-

ractérisée en ce que le film métallique résistif a une épaisseur d'environ 0,002 mm et en ce que la couche de matière plastique

de protection a une épaisseur d'environ 0,01 mm.

- 14. Résistance électrique selon la revendication 11, ca-

ractérisée en ce qu'elle comprend en outre une partie métallique

qui fait également partie du substrat composite, la partie mé-

tallique étant placée sur la face de la partie céramique qui est la plus distante du film métallique et en ce que la partie métallique a également une dilatation thermique généralement

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linéaire qui modifie le composant linéaire du substrat compo-

site.

15. Résistance électrique selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie métallique est sous forme d'une couche interposée entre la partie céramique et la partie

en résine époxy du substrat composite.

16. Résistance électrique selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie métallique est sous forme d'une couche sur la face de la partie époxy qui est la plus distante

du film métallique résistif.

17. Résistance électrique selon la revendication 16,

caractérisée en ce que la couche métallique est discontinue.

18. Résistance électrique selon la revendication 16, caractérisée en ce que la couche métallique est sous forme de

bandes constituant des parties des conducteurs de liaison mono-

lithiques pour la résistance électrique.

19. Résistance électrique selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'au moins une découpe partielle est faite à travers au moins un des conducteurs de liaison pour ajuster

le coefficient de température de la résistance.

20. Résistance électrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que la partie métallique est sous forme de bandes constituant des parties des cônducteurs de liaison monolithiques pour la résistance et en ce que les bandes sont placées entre la partie en céramique et la face de la partie

en époxy qui est en regard du film métallique.

21. Résistance électrique selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie métallique est sous forme de bandes sur la face de la partie en céramique qui est la plus distante du film métallique résistif et en ce que la partie

en époxy remplit les espaces entre lesdites bandes métalliques.

22. Résistance électrique selon la revendication 21, caractérisée en ce que les bandes métalliques sont sous forme

d'une grille de bandes se coupant les unes les autres.

23. Résistance électrique selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie métallique est sous forme d'une couche perforée et en ce que la partie en époxy remplit

les perforations.

24. RésistEance électrique selon les revendications 21

ou 23, caractérisée en ce que la partie métallique est telle

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qu'il est possible d'y ménager des découpes pour ajuster la variation dimensionnelle du substrat composite en fonction

de la température.

25. Procédé de fabrication d'une résistance électrique comprenant un film métallique constituant le matériau résistif

et un substrat auquel est fixé par adhésif le film, caracté-

risé en ce que l'on forme le substrat en tant que composite d'au moins deux parties généralement parallèles, une partie étant sensiblement rigide et l'autre étant en une matière plastique, en ce que l'on fixe fermement le film métallique résistif à la surface de la partie rigide la plus distance de la partie en matière plastique, soit avant, soit après formation du composite, et en ce que l'on donne à la partie en matière plastique une épaisseur comparable à celle de la

partie rigide.

26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que la matière plastique est de l'époxy et en ce que l'on

soumet en outre la partie en époxy à une opération de vulca-

nisation à une température qui est supérieure au domaine de

températures opératoire pour la résistance électrique.

27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en outre en ce qu'on ajuste l'épaisseur de la partie en époxy

pour le réglage fin du coefficient de température de la résis-

tance.

28. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'on prévoit une partie métallique adjacente à la partie céramique, et en ce qu'on coupe sélectivement à travers la

partie métallique pour le règlage fin du coefficient de tempé-

rature de la résistance électrique.

29. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en

ce que l'opération de vulcanisation est effectuée à une tempé-

rature supérieure d'au moins 100C au domaine opératoire

de la résistance électrique.

30. Chip propre à être utilisé pour la fabrication d'une résistance électrique de précision, ledit chip comprenant un film métallique constitutif du matériau résistif et un substrat supportant le-film et fermement fixé à celui-ci par une couche d'adhésif, caractérisé en ce que le substrat est composite d'au moins deux parties de matériaux différents s'étendant de façon générale parallèlement au film métallique résistif, la partie

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la plus proche du film métallique résistif étant sensiblement rigide et la partie la plus distante du film métallique étant

en une matière plastique d'une épaisseur comparable à l'épais-

seur de la partie rigide.

31. Procédé de fabrication d'un chip propre à entrer dans la constitution d'une résistance électrique de précision, le chip comprenant un film métallique massif constituant le matériau résistif et un substrat auquel le film est fixé par adhésif, caractérisé en ce que l'on forme le substrat en tant

qu'un composite d'au moins deux parties de matériaux générale-

ment parallèles, une partie étant sensiblement rigide et l'autre étant en une matière plastique, en ce que l'on fait adhérer fermement le film métallique résistif à la surface de la partie rigide la plus distante de la partie en matière plastique, soit après, soit avant de former le composite, et en ce que l'on donne à la partie de matière plastique une

épaisseur qui est comparable à celle de la partie rigide.