Brevet FR2504739A1 — publié le 19821029

L'invention concerne des terminaisons telles qu'utilisées avec des plaquettes à circuits imprimés pour l'interconnexion du circuit porté par la plaquette avec des composants extérieurs ou d'autres circuits Bien qu'il existe de nombreuses réalisations antérieures portant sur des pinces et des connecteurs femelles destinés à loger les bords d'une plaquette à circuit imprimé pour inter- connecter le circuit avec d'autres circuits, il existe des cas o l'on souhaite interconnecter mécaniquement un fil conducteur avec la plaquette à circuit sans avoir à le souder en position. Dans la plupart des cas, une plaquette à circuit imprimé non seulement porte un circuit imprimé sur sa sur- face, mais présente également plusieurs trous destinés à recevoir divers composants tels que des résistances, des condensateurs, des pastilles à circuits intégrés sub- miniatures et d'autres dispositifs multifonctionnels On a procédé à des essais pour constituer un dispositif con- nectant un ou plusieurs fils conducteurs à de telles pla- quettes à circuits imprimés mais, en raison de la nature généralement fragile de la matière fibreuse utilisée pour la formation de telles plaquettes, ces essais n'ont eu que peu de succès Ils ont porté sur des pinces métalli- ques comportant des moyens non amovibles destinés à saisir le fil, des rivets creux taraudés destinés à recevoir une vis, le problème posé généralement par un tel rivet étant qu'il tourne dans la plaquette lorsque des couples excessifs sont appliqués à la vis Il en résulte la mise au rebut de la plaquette avec, pour conséquence, la perte de travail et de matières entrant dans la fabrica- tion de la plaquette Un autre problème posé à l'industrie est que les plaquettes à circuit imprimé et les composants associés ne sont plus soudés à la main par des monteurs, mais plutôt soudés par immersion au cours d'une opération automatique continue Un tel soudage par immersion exige la mise en place d'un bouchon de matière plastique ou de cire dans les rivets creux utilisés jusqu'à présent, afin d'en obturer le trou, ou bien la pose en position finale d'une vis coûteuse en acier inoxydable avant le soudage par immersion afin que les filets intérieurs du rivet ne se remplissent pas par "capillarité" de soudure pendant l'opération de soudage par immersion Si la soudure remplit le rivet creux taraudé utilisé comme terminaison, il est nécessaire de mettre au rebut la plaquette ou de retirer la soudure, ce qui est difficile, pour permettre l'intro- duction de la vis dans la borne. Un autre problème posé par d'autres dispositifs est que la petite dimension de telles bornes exige l'uti- lisation d'une vis très petite Le travail demandé à un opérateur pour aligner convenablement, mettre en prise les filets et insérer une telle vis dans le petit rivet creux est difficile Ceci a souvent pour résultat d'incli- ner la vis, de fausser les filets et de provoquer géné- ralement une perte de temps et de matière, car il est pratiquement impossible de reprendre une telle plaquette une fois qu'une borne a été détériorée par un positionne- ment impropre de la vis. L'invention concerne un ensemble à borne com- prenant une coupelle métallique fermée à paroi polygonale, comportant une tête à bride à son extrémité ouverte, l'en- semble comprenant également une vis qui porte un revête- ment repoussant la soudure La vis est plus dure que la coupelle et elle est assemblée au préalable sur cette dernière par mise en place d'au moins deux filets héli- coldaux à l'intérieur de la coupelle, ce qui peut s'effec- tuer par l'application d'une force exercée axialement en ligne droite Le sous-ensemble est ensuite inséré dans une ouverture polygonale complémentaire d'une plaquette à cir- cuit imprimé qui peut être soudée par immersion sur l'une ou l'autre de ses faces afin d'établir une connexion entre la coupelle et le circuit, sans nuire au fonctionnement de la vis et sans provoquer d'introduction de la soudure par capillarité dans la coupelle, étant donné que cette der- nière présente une extrémité fermée et/ou que la vis, située à l'autre extrémité, porte un revêtement repoussant la soudure. L'assemblage préalable de la vis au moyen d'un équipement automatique assure l'alignement axial de la vis avec la petite coupelle et la matière durcie de la vis forme son propre filetage sur ses parois polygonales. Une présélection du revêtement approprié pour la vis assure le rejet de la soudure par incompatibilité et empêche ainsi la soudure de remplir les filets de la vis ou l'élément d'entraînement ménagé dans la tête de la vis, ce qui per- met une seule opération de positionnement du conducteur entre la tête à bride et la surface inférieure de la vis pour établir une connexion lorsque la vis est amenée dans sa position finale. L'invention a pour objet principal un dispositif du type décrit ci-dessus, qui élimine pratiquement tous les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur L'inven- tion a également pour objet un sous-ensemble fabriqué à bon marché, conçu pour se loger aisément, avec un travail minimal, dans une ouverture de forme polygonale complémen- taire ménagée dans une plaquette à circuit imprimé pour s'opposer fermement à toute rotation dans cette ouverture, pour être compatible avec le soudage par immersion d'une surface ou de l'autre de la plaquette à circuit imprimé et pour fonctionner de façon acceptable après un tel sou- dage par immersion. L'invention sera décrite plus en détail en regard = du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective du sous- ensemble selon l'invention; la figure 2 est une coupe du dispositif de la figure 1 montrant la vis dans sa position initiale, la coupe étant réalisée suivant la ligne 2-2 de la figure 3; la figure 3 est une vue de dessous du dispositif représenté sur la figure 2; la figure 4 est une coupe longitudinale partielle d'une forme de réalisation de l'invention représentée en position de fixation sur une plaquette à circuit imprimé; et la figure 5 est une coupe longitudinale d'un exemple de dispositif de l'art antérieur. Les figures 1 à 4 représentent un exemple d'une forme préférée de réalisation de l'invention qui comprend une coupelle métallique emboutie 10 et une vis revêtue 12 préassemblées l'une avec l'autre La coupelle est globale- ment de la forme décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 06/070 570, déposée le 9 Octobre 1979 au nom de John N Schavilje et collaborateurs Une telle coupelle comprend une bride 14 de tête et un corps polygonal 16 qui présente plusieurs parois latérales 18, à savoir trois dans la forme de réalisation décrite, re- liées entre elles par des parties arrondies 20 L'extrémité is inférieure des parois 18 et des parties arrondies 20 est courbée, respectivement, en 22 et en 24 pour se rejoindre et former une extrémité fermée 26 à des fins décrites plus en détail ci-après. Les parois 18 sont espacées de l'axe de la cou- pelle 10 d'une distance inférieure au grand diamètre de la vis 12 pour permettre une prise entre les filets de la vis et la surface intérieure des parois 18. La coupelle 10 est réalisée par emboutissage,ou par tout procédé connu et convenable, dans de l'acier, du cuivre au béryllium, du laiton ou toute autre matière com- patible avec les types de soudure normalement utilisés pour le soudage par immersion des plaquettes à circuits imprimés. La vis 12 comporte une tête 30 et une tige filetée 32 qui sont revêtues d'une matière résistant à la soudure. Ce revêtement est représenté de façon sensible- ment exagérée sous la référence numérique 34 Un tel revê- tement peut être formé d'une mince couche d'aluminium ou de titane appliquée par dépôt électrolytique sur la vis 12, par exemple par pulvérisation ionique, et qui con- vient pour empêcher l'adhérence de la soudure, soit sur la tige filetée 32, soit sur la tête 30 présentant son élément d'entraînement, par exemple une fente 36 Cette couche est cependant assez mince pour empêcher le grippage ou le blocage de la vis lorsqu'elle est tournée à l'inté- rieur de la coupelle Une autre matière convenable peut être une laque à base de silicone pour haute température ou toute autre matière repoussant la soudure et compatible avec les températures et les caractéristiques chimiques du soudage par immersion La vis 12 est de préférence en acier durci ayant une dureté supérieure à celle de la coupelle 10 afin qu'une rotation de la vis 12 provoque la formation, par la tige 32, de ses propres filets sur la surface intérieure des parois 18. Comme montré sur la figure 2, la vis est assem- blée au préalable avec la coupelle 10 Un procédé d'as- semblage consiste à utiliser une force axiale indiquée par la flèche F de manière qu'au moins deux spires du filetage de la vis soient prises à l'intérieur de la cou- pelle Ceci provoque un léger arrachement de la matière de la coupelle 18, mais assure le centrage coaxial ferme de la vis 12 par rapport à la coupelle 10 et empêche la vis d'être inclinée par un opérateur lorsqu'elle est amenée en position. Il convient en outre de noter que la vis 12 peut être revêtue par dépôt électrolytique d'une matière résis- tant à la corrosion, par exemple de zinc, de nickel, d'étain, de chrome, de cuivre ou de cadmium avant l'application du revêtement repoussant la soudure Il convient également de noter que lorsqu'on utilise une laque à base de silicone pour haute température comme matière repoussant la soudure, cette matière se détache des filets de la vis pendant le vissage de cette dernière et permet l'établissement d'un contact électrique convenable entre la vis et la paroi intérieure de la coupelle 18. Comme indiqué précédemment, la figure 5 repré- sente de façon générale une forme de réalisation utilisée jusqu'à présent Un tel dispositif comporte un rivet creux et rond 40, ouvert à ses extrémités, taraudé et inséré dans une plaquette 42 à circuit imprimé Un outil appro- prié de refoulement axial permet de réaliser des épaulements sous-jacents 44 qui portent contre une première surface de la plaquette 42 à circuit imprimé, tandis que la tête 46 porte contre la surface opposée Comme indiqué précé- demment, il est nécessaire de poser le rivet taraudé dans le trou rond de la plaquette à circuit imprimé et de former ou d'usiner les épaulements 44, puis il faut procéder selon l'une de plusieurs possibilités pour fermer l'extrémité ouverte du rivet avant de passer au soudage pour empêcher la pénétration par capillarité de la soudure 50 à l'inté- rieur du rivet Si une vis compatible avec la soudure est utilisée, cette pénétration par capillarité empoche le démontage de la vis Les procédés préférés coûteux alors à mettre en oeuvre consistent à utiliser une vis onéreuse en acier inoxydable, ou bien un bouchon irrécupérable en matière plastique ou en cire (non représenté) occupant l'espace intérieur taraudé du rivet Une seconde opération était ensuite nécessaire pour retirer ce bouchon du rivet après l'opération de soudage, et pour insérer une vis et l'amener jusqu'à une position de montage d'une borne, cette opération étant suivie de l'opération d'amenée en position finale Ainsi qu'on peut le noter, l'opération supplémen- taire d'amenée de la vis dans sa position d'engagement total à l'intérieur du rivet 40 risque de provoquer souvent l'application d'un couple excessif à la vis, ce qui fait tourner le rivet dans la plaquette 42 à circuit imprimé et entraîne la mise au rebut de cette plaquette, avec le gaspillage qui en résulte. L'ensemble selon l'invention, représenté en coupe partielle sur la figure 4, est obtenu par insertion du corps 16, de forme polygonale, comme mieux montré sur la figure 3, dans une ouverture polygonale complémentaire ménagée dans la plaquette 62 à circuit imprimé jusqu'à ce que la tête 14 soit juxtaposée à la surface supérieure de la plaquette 62, dans l'orientation de cette figure. L'une des surfaces de la plaquette 62 ou les deux surfaces de la plaquette 62 peuvent porter un circuit imprimé 64 qui, suivant la conception de la plaquette, peut être inter- connecté de façon franche avec la coupelle 10 par soudage par immersion au moyen de techniques connues, sur une sur- face ou sur les deux surfaces Dans un premier cas, la soudure 66 est appliquée sur la surface supérieure de la plaquette 62, comme montré sur le côté gauche de la figure 4, tandis que dans le second cas, montré sur le côté droit de la figure 4, la soudure 68 est appliquée sur la surface inférieure de la plaquette 62 La coupelle 10 est de pré- férence une pièce d'acier doux, emboutie et portant une couche 21 de finition déposée par voie électrolytique, résistant à la corrosion et compatible avec la soudure, des types mentionnés jusqu'à présent pour une utilisation avec la vis 12 Bien que la tête 14 soit représentée comme étant perpendiculaire aux parois 18 sur le dessin, il est évident à l'homme de l'art que la tête peut être reliée aux parois suivant un grand rayon de courbure (non repré- senté) Ceci a pour effet d'espacer légèrement la surface inférieure de la tête 14 de la surface supérieure de la plaquette 62 et du circuit 64 Cependant, les qualités particulières de mouillage de la soudure 66 provoquent son introduction par capillarité dans cet espace et la soudure réalise ainsi une connexion conductrice entre la tête 14 et le circuit 64 Après que la plaquette à circuit imprimé a été placée en position finale dans son milieu d'utilisation souhaité, un conducteur 70 peut être posi- tionné au-dessous de la tête 30 et la vis 12 peut être amenée en position par des moyens convenables d'entraine- ment, par exemple une fente 36, de sorte que, en une seule opération, la vis 12 forme des filets dans les parois 18, ce qui provoque une traction axiale de la vis vers le bas jusqu'à ce que la tête 30 serre le conducteur 70 contre la bride de la tête 14 de la coupelle 10 Cette formation de filets provoque une légère dilatation des parois 18 contre l'ouverture polygonale complémentaire 60 et apporte une protection Supplémentaire contre la rotation entre la coupelle 10 et La plaquette 62 tout en permettant à la vis 12 d'être dévissée pour que le conducteur 70 puisse être enlevé dans le cas o un remplacement de la plaquette 62, ou bien d'autres éléments connectés à l'extrémité opposée du conducteur 70, est nécessaire à des fins de réparation. L'ensemble à borne selon l'invention comprend donc une vis 12 repoussant la soudure et une coupelle poly- gonale 10 qui sont assemblées au préalable, qui sont peu coûteuses et d'un comportement très supérieur aux formes de réalisation correspondantes de l'art antérieur En raison de ses tronçons extrêmes libres et arrondis 22 et 24, la coupelle 10 facilite la mise en place automatique de ses parois 18, disposées en polygone, dans l'ouverture complémentaire 60, suivant un ajustement à force assurant le maintien de la coupelle avant l'opération de soudage. Les parois polygonales empêchent toute rotation lorsque la vis est amenée en position finale au cours de l'opéra- tion d'assemblage pour fixer le conducteur 70, et elles permettent une réutilisation de la borne sans détériora- tion de la plaquette 62 Par conséquent, les problèmes posés par les dispositifs antérieurs et consistant en une "rota- tion", un mouillage par capillarité et des opérations secondaires conteuses de bouchage et de débouchage sont résolus L'invention concerne un dispositif fiable et peu coûteux, pouvant être assemblé de façon automatique et offrant ainsi une plus grande diversité de choix aux per- sonnes concevant les plaquettes à circuit imprimé et à celles assemblant les équipements définitifs. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble à borne décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ensemble à borne destiné à être utilisé avec une plaquette perforée ( 62) à circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il comporte un élément ( 10) en forme de coupelle polygonale comprenant un corps formé par au moins trois parois latérales ( 18) qui s'étendent axialement, qui sont jointes circonférentiellement les unes aux autres et qui définissent un trou polygonal, une tête ( 14) à bride qui fait saillie latéralement à une extrémité de cet élément, l'extrémité opposée du corps de l'élément étant fermée par une paroi extrême pleine ( 26), l'ensemble comprenant également une vis durcie complémentaire ( 12) préalablement assemblée avec l'élément en forme de coupelle afin de for- mer ledit ensemble à borne, la vis étant revêtue d'un élé- ment ( 34) rejetant la soudure de manière que, lorsque le corps polygonal en forme de coupelle est assemblé dans une ouverture polygonale complémentaire ( 60) de la plaquette à circuit imprimé, cette dernière puisse être soudée par immersion sur une surface ou sur l'autre, la soudure n'adhérant qu'à l'élément en forme de coupelle et au cir- cuit adjacent, sans gêner le fonctionnement de la vis par rapport audit élément après l'opération de soudage. 2 Procédé de fabrication d'un ensemble à borne destiné à être utilisé avec une plaquette perforée ( 62) à circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il consiste à réali- ser par emboutissage un élément métallique creux ( 10) en forme de coupelle à parois ( 18) formant un polygone, ayant une extrémité fermée ( 26) et une tête ( 14) qui s'étend latéralement à proximité de l'extrémité opposée ouverte, à assembler au préalable une vis ( 12) à tête ( 30), portant un revêtement résistant à la soudure, en introduisant cette vis dans ladite extrémité ouverte jusqu'à ce qu'au moins deux spires du filetage de la vis soient en prise avec les- dites parois polygonales, à insérer l'élément en forme de coupelle polygonale dans une ouverture complémentaire ( 60) de la plaquette à circuit imprimé jusqu'à ce que ladite tête soit juxtaposée à une première surface de cette pla- quette, à souder par immersion au moins une surface de la plaquette afin que la soudure s'applique contre le circuit et au moins une certaine partie de l'élément en forme de coupelle ou la tête de cet élément, puis à faire tourner la vis pour former des filets sur les surfaces intérieures des parois polygonales et déplacer la tête de la vis vers la tête de l'élément en forme de coupelle afin de serrer fermement entre elles un conducteur ( 70) devant être asso- cié audit circuit. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vis est plus dure que ledit élément et reçoit un revêtement ( 34) d'aluminium appliqué par pulvérisation ionique avant son assemblage avec l'élément, le revêtement étant d'une épaisseur telle qu'il repousse la soudure, mais ne grippe pas ou ne bloque pas la vis lorsque cette der- nière est tournée à l'intérieur dudit élément. 4 Ensemble à borne destiné à être utilisé avec une plaquette perforée ( 62) à circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il comporte un élément ( 10) en forme de coupelle polygonale comprenant un corps formé d'au moins trois parois latérales ( 18) qui s'étendent axialement, qui sont jointes circonférentiellement les unes aux autres et qui forment un trou polygonal, une tête ( 14) à bride qui fait saillie latéralement à une extrémité de l'élément, l'extrémité opposée du corps de l'élément étant fermée par une paroi extrême pleine ( 26), l'ensemble comprenant également une vis durcie complémentaire ( 12) préalablement assemblée avec l'élément en forme de coupelle pour former ledit en- semble à borne, l'élément polygonal en forme de coupelle et la vis étant destinés à être montés sous forme d'un ensemble dans un trou complémentaire ( 60) de la plaquette à circuit imprimé. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'élément en forme de coupelle est un embouti en acier. 6 Ensemble selon la revendication 5, carac- térisé en ce que l'élément en forme de coupelle présente une dureté inférieure à celle de la vis afin que cette dernière forme ses propres filets dans les parois polygo- 1 1 nales lorsqu'elle est tournée. 7 Ensemble selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'au moins deux spires du filetage de la vis sont introduites à force dans l'extrémité ouverte du- dit élément pendant l'assemblage avec cet élément, cet assemblage préalable de la vis avec ledit élément en forme de coupelle pouvant notamment s'effectuer sous l'applica- tion d'une force dirigée axialement. 8 Ensemble selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la vis est revêtue d'un élément ( 34) rejetant la soudure, cet élément pouvant être un revête- ment d'aluminium, la vis étant réalisée en acier durci sur lequel peut être notamment appliquée, par pulvérisation, une couche d'aluminium assez mince pour empêcher la vis de se gripper ou de se bloquer lorsqu'elle est tournée, la couche étant cependant adaptée pour empêcher la soudure d'adhérer sur la vis, ledit élément rejetant la soudure pouvant-notamment être choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, le titane et un alliage d'aluminium et de titane. 9 Ensemble selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la vis est recouverte d'un revêtement ( 34) rejetant la soudure, constitué d'une laque à base de sili- cone pour hautes températures. 10 Ensemble selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la vis est revêtue au préalable, par dépôt électrolytique, d'une matière résistant à la corro- sion, puis revêtue d'une mince couche extérieure de matière repoussant la soudure, par exemple de l'aluminium ou du titane, la matière résistant à la corrosion pouvant notam- ment être choisie dans le groupe comprenant le zinc, le nickel, l'étain, le chrome, le cuivre ou le cadmium. 11 Procédé de fabrication d'un ensemble à borne destiné à être utilisé avec une plaquette perforée ( 62) à circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il consiste à réa- liser par emboutissage un élément métallique et creux ( 10) en forme de coupelle à parois polygonales ( 18), ayant une extrémité fermée ( 26) et une tête ( 14) qui s'étend latéra- lement à proximité de l'extrémité opposée ouverte, à assembler au préalable une vis ( 12) à tête ( 30) dans ladite extrémité ouverte jusqu'à 4 ce qu'au moins deux spires du filetage de la vis soient en prise avec lesdites parois polygonales, à insérer l'élément en forme de coupelle polygonale dans un trou complémentaire ( 60) de la plaquette à circuit imprimé jusqu'à ce que la tête s'étendant laté- ralement soit juxtaposée à une surface de ladite plaquette, à souder par immersion au moins une surface de la pla- quette afin que la soudure entre en contact avec au moins une partie de l'élément en forme de coupelle ou avec sa tête s'étendant latéralement, puis à faire tourner la vis pour qu'elle forme des filets dans les surfaces intérieures des parois polygonales et que sa tête soit tirée vers celle dudit élément pour serrer entre elles un conducteur ( 70) devant être associé au circuit de la plaquette. 12 Procédé selon la revendication 11, carac- térisé en ce que la vis est plus dure que ledit élément et reçoit, par pulvérisation ionique, un revêtement ( 34) d'aluminium, de titane ou d'un alliage d'aluminium et de titane avant d'être assemblée avec ledit élément, ce revê- tement étant d'une épaisseur telle qu'il repousse la soudure, mais qu'il ne grippe pas ou ne bloque pas ladite vis lorsqu'elle est tournée dans ledit élément. 13 Procédé selon l'une des revendications 2 et 11, caractérisé en ce que l'assemblage préalable de la vis avec l'élément en forme de coupelle s'effectue par l'application d'une force axiale qui fait mordre légère- ment la vis dans les parois polygonales de l'élément. 14 Revêtement rejetant la soudure, caractérisé en ce qu'il comprend une mince couche de matière choisie dans le groupe comprenant l'aluminium, le titane et un alliage de titane et d'aluminium. Revêtement selon la revendication 14, asso- cié à un revêtement résistant à la corrosion, caractérisé en ce que le revêtement résistant à la corrosion comprend une mince couche de matière choisie dans le groupe compre- nant le zinc, le nickel, l'étain, le chrome, le cuivre et le cadmium. 16 Revêtement selon l'une des revendications 14 et 15, associé à un articdle, caractérisé en ce que, lorsque ledit article est revêtu dudit revêtement rejetant la soudure, il peut être utilisé dans un milieu contenant de la soudure, sans être affecté par cette dernière. 17 Revêtement selon la revendication 16, caractérisé en ce que le revêtement résistant à la corro- sion est appliqué en premier sur l'article et en ce que le revêtement rejetant la soudure recouvre le revêtement résistant à la corrosion, ledit article pouvant notamment être une vis durcie ( 12) et le revêtement rejetant la soudure pouvant notamment être constitué d'un alliage de titane et d'aluminium. 18 Ensemble selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le trou complémentaire ménagé dans la plaquette à circuit imprimé est de forme polygonale, ce trou pouvant notamment avoir la même forme polygonale que celle de l'élément en forme de coupelle polygonale.