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1. WO2018134509 - REMOVABLE DEVICE FOR RETAINING ELECTRICAL CONTACTS, AND METHOD FOR CONNECTING ELECTRICAL CONTACTS USING THIS DEVICE

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[ FR ]

Dispositif de maintien de contacts électriques amovible, et procédé de connexion de contacts électriques utilisant ce dispositif

La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de connexion électrique. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif amovible de maintien de broches de connecteur pour le positionnement de contacts électriques sur un circuit imprimé. Elle concerne encore un procédé d'installation de broches de connecteur sur un circuit électronique.

Les contacts électriques de type broche de connecteur et autres contacts électriques dits « plats » sont des éléments qui nécessitent d'être maintenus lors de leur positionnement et leur connexion sur un circuit électronique PCB de l'anglais « Printed Circuit Board ».

II existe principalement deux technologies pour la connexion de contacts électriques, telles que broches de connecteur, sur un PCB.

Le brasage de contacts électriques sur un PCB nécessite de positionner les extrémités distales desdits contacts électriques dans des orifices traversant ménagés dans ledit PCB et de remplir lesdits orifices, autour desdites extrémités distales, à l'aide d'un métal d'apport. Le jeu entre l'extrémité distale d'un contact électrique et la bordure de l'orifice recevant ledit contact électrique, nécessaire pour le métal d'apport servant à fixer le contact électrique sur le PCB implique que les contacts électriques doivent être maintenus. Il est connu, pour cela, d'utiliser une embase en matière plastique servant de support audits contacts électriques. Cette embase est munie d'une pluralité de logements aptes à recevoir plusieurs contacts électriques et à maintenir ces derniers pour leur connexion dans les orifices ménagés dans le PCB. Bien que le brasage permette de créer des connexions électriques avec une très bonne résistance aux courants de forte capacité, l'utilisation de ces embases présente plusieurs inconvénients comme la réduction de la surface effective disponible sur le PCB pour les composants électroniques (effet d'ombre).

Il existe encore la technologie dite press-fit utilisant des PCB munis d'orifices présentant un dimensionnement précis de sorte à recevoir un contact électrique inséré en force.

Cette technologie de press-fit, bien que présentant plusieurs avantages par rapport aux embases brasées tels que par exemple la possibilité de positionner des contacts électriques de manière unitaire et donc d'avoir une utilisation au plus juste de ces contacts électriques, présente toutefois plusieurs inconvénients, à savoir :

• un surcoût PCB qui nécessite des trous bien dimensionnés ;

• une capacité de passage de courants de forte capacité limitée ;

• un espace effectif d'utilisation réduit sur le PCB du fait de la nécessité de maintenir des espaces non utilisables autour des contacts électriques (l'espace étant réservé pour les mors de dépose) de sorte que, par exemple, il n'est pas possible de connecter d'autres contacts électriques en sous face des PCB, à proximité de ces connexions réalisées par press-fit

Il a été proposé des solutions permettant de maintenir des contacts électriques pendant leur connexion sur un PCB à l'aide d'un support de contacts électriques pouvant être retiré après la connexion desdits contacts sur le PCB. Bien que des dispositifs permettent de solutionner le problème de place effective disponible sur le PCB en ne nécessitant plus une embase qui reste à demeure, ces solutions sont très spécifiques. En effet, un exemple de tel support amovible est par exemple décrit dans le document US 5.373.626. Ce document décrit un porte-broches pour le positionnement de broches de contact mâle sur une carte de circuit imprimé (PCB). Le porte-broche présente une pluralité de logement tubulaires configurées, chacun, pour recevoir et maintenir une broche de contact mâle, cette dernière étant insérée dans un logement tubulaire de sorte que seule la portion extrémale destinée à pénétrer dans la surface du circuit imprimé est exposée. L'espace interne de ces logements tubulaires est dimensionné de sorte que les broches sont maintenues par une force de rétention de frottement juste suffisante pour maintenir les broches de contact mâles pendant la soudure sur un PCB, et pour mettre le retrait dudit porte-broche après le soudage des broches de contact mâle sur un PCB.

L'inconvénient de cette solution est que les logements doivent présenter un dimensionnement très précis et au plus juste selon les dimensions des broches à maintenir. De plus, il est clair qu'un tel dispositif ne peut être réutilisé indéfiniment. En effet, l'usure par frottement à l'intérieur des logements, et même dès la première utilisation, implique nécessairement une perte de la fonction de rétention permettant le maintien des broches, sauf à prévoir une très grande force de rétention au risque d'entraîner un arrachement de la broche soudée sur le PCB lors du retrait du support.

Un tel dispositif n'est donc pas adaptable d'un type de broche à un autre et ne peut être réutilisable. Et là encore, les solutions proposées ne sont pas adaptées pour la connexion de contacts électriques unitaires.

Ainsi, il n'existe aucune technologie permettant la connexion de broches unitaires sur un PCB comme le permet la technologie de press-fit tout en procurant un contact électrique résistant comme le permet le brasage.

Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de maintien et un procédé de connexion de broches sur un PCB, exempts des inconvénients susmentionnés.

Selon l'invention ce but est atteint grâce à un dispositif amovible de maintien de contacts électriques remarquable en ce qu'il comprend :

• un élément rigide de support de contacts électriques comportant une pluralité de logements configurés pour recevoir lesdits contacts électriques, les parois latérales dudit élément de support adjacentes aux logements présentant une pluralité d'ouvertures débouchant, chacune, dans un logement de la pluralité de logements de l'élément support ; et

• un élément élastique de maintien desdits contacts électriques dans l'élément de support comportant une pluralité de lames à effet ressort disposées en regard des ouvertures débouchant dans les logements de l'élément rigide de support de sorte à maintenir lesdits contacts électriques dans lesdits logements de l'élément de support.

Le dispositif de maintien de contacts électriques selon l'invention procure plusieurs avantages intéressants. Notamment :

· il permet de maintenir les contacts électriques pendant les opérations de brasage offrant ainsi une solution résistante sans utilisation d'embase encombrante ;

• il constitue une solution flexible équivalente à la technologie de pressfit permettant un placement unitaire au plus juste de contacts électriques sur un PCB sans surcoût (cette personnalisation étant gérée sur une machine automatique de mise en place des contacts sur le support) ;

• il permet un positionnement précis des contacts électriques suivant toutes les directions.

Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément de support est réalisé dans un matériau stable thermiquement.

Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément de support est réalisé dans un matériau de faible conductivité thermique.

Selon un autre exemple de réalisation préféré, l'élément de support est réalisé en céramique.

Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément de support est réalisé en matière plastique « haute température ».

Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément de support est réalisé en matière plastique « haute performance ».

Selon un exemple de réalisation, les ouvertures débouchant dans les logements s'étendent sur toute la hauteur desdits logements.

Selon un exemple de réalisation préféré, les lames à effet ressort de l'élément élastique de maintien sont réalisées en métal « haute performance ».

Selon un exemple de réalisation avantageux, la portion des lames à effet ressort de l'élément élastique de maintien destinée à être en contact avec un contact électrique est munie d'un isolant thermique.

Selon un exemple de réalisation avantageux, l'extrémité distale des lames à effet ressort de l'élément élastique de maintien présente une largeur supérieure à la largeur de la partie restante desdites lames à effet ressort.

La présente invention concerne encore un procédé de connexion de contacts électriques sur un circuit électronique, remarquable en ce qu'il met en œuvre un dispositif de maintien amovible présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées.

Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé selon l'invention présente les étapes suivantes :

• une étape d'insertion des contacts électriques juste nécessaire en nombre dans les logements de l'élément rigide de support ;

• une étape de positionnement du dispositif de maintien selon l'invention comportant les contacts électriques maintenus par les lames à effet ressort de l'élément élastique de maintien, sur le circuit électronique ;

• une étape de connexion des contacts électriques sur le circuit électronique ;

• une étape de retrait du dispositif de maintien, lorsque les contacts électriques sont fixés sur le circuit électronique.

Selon un exemple de mise en œuvre préféré, lors de l'étape d'insertion des contacts électriques dans les logements et de l'étape de retrait du dispositif selon l'invention après connexion des contacts électriques sur le circuit électronique, les lames à effet ressort sont écartées de leur position de repos de sorte à réduire, ponctuellement, leur contact avec les contacts électriques et ainsi réduire les risques d'endommagement de la surface des contacts.

Selon un exemple de mise en œuvre avantageux, l'étape de connexion des contacts électriques sur le circuit électronique est une étape de brasage.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description qui suit à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- La figure 1 est une vue en perspective d'un premier exemple de réalisation du support selon l'invention.

- La figure 2 est une vue en perspective éclatée du dispositif selon l'invention illustré à la figure 1 .

- La figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention illustré à la figure 1 .

- La figure 4 est une vue en perspective d'un second exemple de réalisation du support selon l'invention.

- La figure 5 est une vue de côté du dispositif selon l'invention illustré à la figure 4.

- La figure 6 est une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention illustré à la figure 4.

Selon l'invention ce but est atteint grâce à un dispositif 1 amovible de maintien de contacts électriques C remarquable en ce qu'il comprend :

• un élément rigide de support 2 de contacts électriques C ; et

· un élément élastique de maintien 3 desdits contacts électriques C dans l'élément de support 2.

L'élément rigide de support 2 de contacts électriques C comportant une pluralité de logements 4, constituées par des cavités borgnes, configurés pour recevoir lesdits contacts électriques C. Selon les exemples de réalisation illustrés, l'élément rigide de support 2 comporte deux rangées de logements 4 disposées longitudinalement. Par exemple, les logements 4 présentent une forme et des dimensions adaptées au type de contacts électriques C qu'ils sont amenés à recevoir afin de garantir un bon positionnement desdits contacts électriques C.

Avantageusement, les parois longitudinales de l'élément rigide de support 2 présentent une pluralité d'ouvertures ou fenêtres 5. Chaque ouverture 5 est agencée pour déboucher dans un logement 4. Sur les exemples de réalisation illustrés aux figures 4 à 6, les ouvertures 5 s'étendent sur toute, ou sensiblement toute, la hauteur desdits logements 4. Ainsi, des pollutions potentielles peuvent être chassées lors de l'insertion des contacts électriques C dans les logements 4. De plus, cette caractéristique rend possible la réalisation de certains contrôles (par exemple des contrôles de présence).

L'ouverture latérale des logements permet, dans le cas d'un support moulé, de réduire l'impact des dépouilles de moulage sur la géométrie des réceptacles.

Selon l'exemple illustré, l'élément élastique de maintien 3 des contacts électriques C comporte une lame longitudinale, de longueur sensiblement identique à la longueur de l'élément rigide de support 2. L'élément élastique de maintien 3 des contacts électriques C comporte encore une pluralité de lames 7 à effet ressort.

Lorsque l'élément rigide de support 2 et l'élément élastique de maintien 3 sont assemblés, lesdites lames 7 à effet ressort sont disposées en regard des ouvertures 5 débouchant dans les logements 4. Lesdites lames 7 à effet ressort présentent une forme courbe, par exemple décrivant un « S » droit pour les lames disposées d'un côté de la lame longitudinale 6 ou décrivant un « S » inversé pour les lames à effet ressort disposées de l'autre côté de la lame longitudinale 6, ou, autrement dit, chaque couple de lames 7a-7b à effet ressort présentant une forme de lyre. La courbure des lames 7 à effet ressort est telle que ces dernières traversent les ouvertures 5 et pénètrent dans les logements 4. Ainsi, lorsqu'un contact électrique C est positionné dans un logement 4 de l'élément rigide de support 2, les lames 7 à effet ressort appuient, unitairement, sur chaque contact électrique C de sorte à assurer son maintien dans son logement 4.

L'effet ressort des lames 7 à effet ressort permet notamment de compenser les variations dimensionnelles, soit d'un type de contact électrique C à un autre, soit d'un contact électrique C à un autre, pour un même type de contact électrique C (les variations dimensionnelles étant alors dues au variations habituellement rencontrées dans la production de grande série), et ceci avec un même élément élastique de maintien 3.

Les lames 7 à effet ressort peuvent présenter toute autre forme permettant d'obtenir la même fonction de maintien des contacts électriques C.

Ainsi, dans un procédé de connexion, par exemple par brasage de contacts électriques C sur un circuit électronique :

· les contacts électriques C, en nombre juste nécessaires, sont positionnés dans les logements 4, leur insertion dans lesdits logements entre une paroi interne 8 des logements 4 et les lames 7 à effet ressort écartant ces dernières de leur position de repos en direction de l'extérieur desdits logements 4, à travers les ouvertures 5 ;

· le dispositif 1 comportant les contacts électriques C ainsi maintenus par les lames 7 à effet ressort au niveau de leur partie active C1 , est amené en regard du circuit électronique et les extrémités de connexion C2 des contacts électriques C sont positionnés en regards de trous sur le circuit électronique destinés à les recevoir ;

· les contacts électriques C sont ainsi maintenus par le dispositif 1 le temps d'une étape de connexion, par exemple une étape de brasage connue en soi, permettant solidariser les contacts électriques C sur le circuit électronique ;

• lorsque les contacts électriques C ont été soudés sur la carte électronique, le dispositif 1 est retiré, laissant lesdits contacts électriques C soudés sur la carte électronique.

Ainsi, le dispositif 1 selon l'invention supporte les contacts électriques C le temps de l'opération de connexion, par exemple par brasage, et, lorsque ces derniers sont fixés sur le PCB, ledit dispositif 1 est retiré, laissant les contacts en place sur le PCB, le dispositif 1 pouvant alors être rechargé avec de nouveaux contacts électriques C à fixer et réutilisé, les étapes du procédé susmentionnées étant alors répétées.

Lors de l'étape d'insertion des contacts électriques C dans les logements 4 et de l'étape de retrait du support après fixation des contacts électriques C sur le circuit électronique, les lames 7 à effet ressort peuvent être légèrement écartées de leur position de repos de sorte à réduire, ponctuellement, le contact entre les lames 7 et les parties actives C1 des contacts électriques C, et ainsi éviter les risques de marque sur la partie active C1 des contacts électriques C.

De préférence, l'élément de support 2 est réalisé dans un matériau stable thermiquement et de faible conductivité thermique. Par exemple, l'élément de support 2 est réalisé en céramique.

Selon un autre exemple de réalisation, l'élément de support 2 est réalisé en matière plastique « haute température » et si possible en matière plastique « haute performance ».

De préférence, les lames 7 à effet ressort de l'élément élastique de maintien 3 sont réalisées en métal « haute performance » afin de ne pas coller à la partie active C1 des contacts électriques C, pendant le brasage à haute température.

Avantageusement, la portion 7' des lames 7 à effet ressort de l'élément élastique de maintien 3 destinée à être en contact avec la partie active C1 des contacts électriques C est munie d'un isolant thermique. De la sorte, les traitements de surface dont sont généralement munis les contacts électriques C ne sont pas endommagés lors du brasage (par exemple par refonte), évitant ainsi les risque de soudure entre les lames 7 à effet ressort et les contacts électriques C.

Le dispositif 1 ainsi réalisé supporte les contraintes de brasage, en conciliant tenue thermique et précision géométrique.

Avantageusement, l'extrémité distale 7" des lames 7 à effet ressort de l'élément élastique de maintien 3 présente une largeur supérieure à la largeur de la partie restante desdites lames 7. Cette extrémité distale 7" élargie prenant appui sur l'élément rigide de support 2 permet l'écartement des lames ressort lors de la mise en place des contacts électriques C ou du retrait du dispositif de maintien 1 après l'étape de brasage.

Le dispositif 1 selon l'invention présente plusieurs avantages intéressant, notamment il permet d'augmenter la densité de routage des circuits électroniques. En effet, les composants montés en surface peuvent être disposés au plus proche des contactés électriques, aussi bien sur la face supérieure que sur la face inférieure des circuits électroniques. En effet, avec le dispositif 1 selon l'invention, les plots de report des composants montés en surface peuvent être positionnés à moins d'un millimètre de la pastille de soudure d'un contact électrique alors qu'avec les solutions actuelles, leur proximité minimale est comprise entre 3 et 5 mm.

L'aspect réutilisable du dispositif 1 selon l'invention permet des économies importantes par rapport aux solutions actuelles. Notamment, la haute automatisation et

qualité du processus de brasage par refusion permet de réduire les rebuts tout en ayant une cadence de fabrication élevée.

Enfin, le dispositif selon l'invention permet une précision de placement des contacts électriques C meilleure que les solutions actuelles notamment par pressfit car moins tributaire de la qualité de perçage des trous sur le PCB pour ce qui est de la précision dans le plan du circuit imprimé. De plus, du fait de sa stabilité, le dispositif 1 selon l'invention permet une meilleure précision angulaire (en termes de tolérance au niveau de la partie active des contacts électriques C).