Brevet FR2519201A1 — publié le 19830701

I La présente invention se rapporte à l'interface de liaison électrique de différents éé 16 ments conducteurs de 1 ' électricité entre eux Ces élements peuvent être: des conducteurs électriques tels que des câbles isolés à Ame conductrice monobrin ou multibrin, des brins non isolés, des queues de composants électroniques, des extrémités dénudées de conducteurs isolés IO des éléments de raccordement démontables tels que cosses, bornes. des éléments de contact enfichables tels que connexions mâles/ femelles à section cylindrique I 5 connexions mâles/ femelles à section méplate connexions de circuits imprimés des connexions de composants enfichables Lesdits éléments pouvent être reliés entre eux de façon permanente par sertissage, soudage, ou de manière démontable par: enfichage élastique pression mécanique. L'invention s'applique, plus particulièrement, aux éléments de liaison électrique fabriqués en grandes séries. Les éléments de conduction sont généralement réali- sés en un matériau bon conducteur de l'électricité tel qciue du cuivre et ses alliages ou l'aluminium et ses alliages. Comme ces différents matériaux sont sujets à la cor- rosion atmosphérique, celle-ci peut provoquer dans les cas extrêmes la rupture des éléments conducteurs (cas des brins conducteurs) et dans tous les cas une altération de la liai- son électrique avec d'autres éléments par accroissement de la résistance électrique du contact, il est habituel de protéger ces matériels par un revêtement métallique bon conducteur de l'électricité. Parmi les revêtements les plus utilisés, on connait: le cadmiagebichromatage qui s'applique principalement aux alliages d'aluminium et aux aciers, et qui n'est plus guère utilisé que dans des borniers, le nickelage qui s'applique aux raccordements démontables, et aux raccordements enfichables Il ne peut être déposé que sur des pièces terminées lorsque les zones de contact sont accessibles au bain chimique ou galvanoplastique (exclusion des trous borgnes) et lorsque les éléments de raccordement n'ont pas a être soudés. Io l'argenture qui s'applique aux Inducteurs (brins), aux rac- cordements démontables, aux raccordements enfichables, aux queues de composants, aux connexions de composants et parfois aux circuits imprimés Malgré ses avantages de malléabilité, et de soudabilité, on n'emploie plus guère l'argenture que pour des liaisons haute-fréquence o la conductibilité super- ficielle est primordiale, en raison du coût de la matière. des métaux précieux (or, palladium) qui s'appliquent aux éléments de raccordements démontables et enfichables, ainsi qu'aux plages de raccordements de circuits imprimés, par dépôt sur des sous-couches convenables. De tels revêtements sont de plus en plus chers et leur application est, par conséquent, de plus en plus limi- tée. les revêtements les plus utilisés sontdes revêtements métalliques d'étain ou d'alliages d'étain Ces revêtements assurent une bonne protection et, grâce à leur remarquable duc- tilité trouvent une application tout à fait intéressante dans le traitement en continu de fils conducteurs et de bandes destinées, après des opérations d 3 découpage, pliage et for- mage à réaliser des organes de raccordements démontables ou enfichables En effet, lors des différentes opérations d'usi- nage, la couche à base d'étain suit sans se fissurer les dif- férentes déformations du substrat et n'érode pas les outil-' lages, contrairement à d'autres revêtements. 535 Outre le fait que de tels revêtements à base d'étain sont d'un coût acceptable, ilsont l'avantage de permettre la soudure à la brasure tendre. On a toutefois constaté la formation, à moyen ter- me, d'une couche d'oxyde mauvaise conductrice entre des contacts traités avec un revêtement à base d'étain de sorte que pour le passage de courant de faible intensité ou de micro-cc 2 rant, on est obligé d'exercer une pression dé con- tact très élevée pour traverser la couche d'oxyde Cette pres- sion de contact qui, pour des micro-courants peut atteindre plusieurs centaines de grammes par élément de contact est IO peu compatible avec la technologie des connecteurs minia- turisés surtout lorsque ceux-ci comportent un grand nombre d'élements de contact. On a également constaté que les qualités de souda- bilité de tels revêtements décroissaient dans le temps, ce I 5 qui, bien entendu, pose un problème important pour des piè- ces qui risquent quelquefois d'être stockées pendant un laps de temps assez important. La présente invention a pour but de remédier aux divers inconvénients cidessus énoncés et vise un procédé de traitement de surface d'éléments de liaison électrique réalisés en matériau bon conducteur de l'électricité tel que du cuivre ou des alliages de cuivre, de l'aluminium ou des alliages d'aluminium ayant subi un traitement de sur- face à base d'étain Le procédé, objet de la présente in- vention prévoit de déposer sur le revêtement de surface à base d'étain une très mince couche de chrome. Ce traitement complémentaire assure la réduction des oxyde d'étain déjà présents sur la surface à traiter et une protection superficielle accrue de l'ensemble De plus, elle assure une augmentation de la dureté superfi- cielle de l'élément de contact et, comme son épaisseur est très mince, elle ne modifie pas la ductilité de la protec- tion à base d'étain ni sa soudabilité. L'invtntion va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de mise en oeuvre par- ticuliers, donnés à titre d'exemple seulement, et représentés aux dessins annexés dans lesquels: figure I est une vue partielle, agrandie, en coupe transversale selon la-flèche I de la figure 2 d'un conducteur traité selon l'invention, Figure 2 est une vue en perspective d'un conducteur rigide isolé, dénudé à son extrémité, Io figure 3 est une vue en perspective d'un câble sou- ple multibrins, dénudé à son extrémité, figure 4 est une vue en coupe selon les flèches IV de la figure 2 ou de la figure 3, figure 5 est une vue en perspective d'un cible sou- l 15 ple inultibrins, dénudé à son extrémité et étamé en reprise, figure 6 est une vue en coupe selon les flèche VI de la figure 5, figure 7 représente deux éléments de ontact enficha- bles avant insertion, figure 8 est une vue en position d'insertion des éléments de contact de la figure 7, figure 9 est une vue en coupe selon les flèches IX de la figure 8 montrant l'accouplement des deux éléments des figures 7 et 8, figure IO est une vue montrant un élément femelle de connexion électrique et un bord de carte de circuit impri- mé avant enfichage, figure 11 est une vue similaire à la figure 10 re- présentant les deux éléments accouplés, figure 12 est une vue partielle en coupe selon les flèches XII dé la figure 11. A la figure 1, on a représenté une coupe partielle agrandie du conducteur de la figure 2 montrant le détail de la protection En 1 on a fait figurer le substrat ou métal de base en matériau bon conducteur de l'électricité à la Surface 2 duquel on a déposé un revêtement, selon l'invention, repéré globalement par 3 et composé d'une couche 4 d'alliage à base d'étain à laquelle se superpose la très mince ccuehe de chrome. En 2 peut figurer une couche d'un matériau approprié destiné à empêcher la migration de eertains composants du substrats 1 dans le revêtement 4 ou à favoriser l'adherrnce' du revêtement 4. A la figure 2, on a représenté un conducteur rigide isolé 6 comportant un fil massif 7 logé dans un isolant 8. IO L'une des extrémités dudit conducteur 7 est dénudée et pré- sente un revêtement 3, selon l'invention, déposé sur un substra 1 qui est en un matériau bon conducteur de l'électricité (voir figure 4 et figure 1). A la figure 3, on a représenté un conducteur souple I 5 multibrins 8 comportant sept brins unitaires 9 logés dans une gaine isolante 10 L'une des extrémités dudit conducteur 8 est dénudée et laisse apparaître les brins 9 qui présentent chacun un revêtement 3, selon l'invention, déposé sur un sub- strat 1 en matériau bon conducteur de l'électricité (voir figure 4 et figure 1). A la figure 4, on a représenté une coupe transver- sale agrandie selon les flèches IV des figures 2 et 3 dé- taillant le conducteur unique 7 de la figure 2 ou un brin unitaire 9 de la figure 3 et faisant apparaitre la protec- tion 3 sur le substrat 1. A la figure 5, on a représenté un conducteur souple multibrins 8 a semblabl au conducteur 8 de la figure 3 compor- tant plusieurs brins unitaires 9 a logés dans une gaine iso- lante 10 a l'une des extrémités du conducteur 8 a est dénudée et laisse apparaitre les brins unitaires 9 a qui ne compor- tent pas de revêtement individuel mais ont reçu globalement après dénudage, un étamage 11 comparable au dépôt 4 de la figure 1 et revêtu ensuite d'une mince couche de chrome 5 semblable à celle de la figure 1 (voir figure 6). Aux figures 7 et 8, on a représenté un ensemble de contacts électriques enfichables comprenant un élément femel- c le 12 et un élément merle 13 de forme cylindrique dont l'une des extrémités comporte des pattes 14 pour la fixation d'un conducteur souple 15 L'élément mâle 13 est réalisé à partir d'une bande de matériau bon conducteur de l'électricité, la- dite bande étant revêtue, sur ses deux faces, de la protec- tion 3 composée d'une couche d'étain 4 d'une part, et d'une mince couche de chrome 5 d'autre part (Voir figure 1) L'élé- ment femelle 12 est également réalisé à partir d'une bande de matériau bon conducteur de l'électricité qui a été pré- Io alablement revêtue sur au moins sa face intérieure, de la protection 3 de la figure 1 Pour l'élément mâle 13 comme pour l'élément femelle 12, la forme définitive peut être obtenue par découpage, roulage et emboutissage de la feuil- le métallique préalablement traitée. I 5 -L'élément femelle 12 comporte à son extrémité libre une partie tubulaire de forme sensiblement cylindrique dans laquelle sont pratiqués trois emboutis oblongs 17 parallèles à l'axe du cylindre et dont les convexités sont tournées vers l'intérieur dudit cylindre en vue de coopérer avec la surface cylindrique de l'élément mâle 13 La pres- sion de contact est assurée par une fente 16 qui permet à la partie tubulaire de s'ouvrir élastiquement sur toute sa longueur lors de-l'introduction de l'élément mâle. Le contact électrique est assuré par les emboutis 17 de l'élément femelle et la partie cylindrique de l'élément mâle qui ont reçu le même traitement 3 composé d'un dépôt 4 à base d'étain revêtu d'une mince couche 5 de chrome. Aux figures IO et 11, on a représenté respective- ment en position de séparation puis en position d'accouple- ment, d'une part, un élément de contact femelle 18 raccordé à un conducteur I 5 a par des griffes de sertissage 19 et 20 et, d'autre part, le bord d'une carte de circuit imprimé simple face pour l'exemple 2 I revêtu d'une piste conduc- trice 2 ' et qui tient lieu d'élément de contact mâle. Le circuit imprimé est réalisé à partir d'une plaquette 23 en matière isolante comportant sur une de ses faces la piste conductrice 22 généralement réalisée en cuivre sur laquelle on a déposé le revêtement 3 de la figure 1, composé d'une couche d'alliage à base d'étain 4 revêtue d'une mince couche de chrome 5. L'élément de contact femelle 18 d'un type connu, est obtenu à partir d'une bande de matériau bon conducteur de l'électricité sur laquelle on a déposé, sur les deux faces, avant usinage le revêtement 3 de la figure 1, comme pour l'élément 13 des figures 7, 8 et 9. I O La partie enfichable de l'élément 18 se compose de deux branches 24 et 25 sensiblement symétriques par rapport au plan d'accouplement dont les extrémités libres 26 et 27 sont repliées vers l'arrière en formant des convexités 28 et 29 tournées l'une en regard de l'autre L'élasticité I 5 des branches 24 et 25 et des extrémités libres repliées 26 et 27 assurant au niveau des points de contact 28 et 29 et après introduction du circuit imprimé 21 une pres- sion P (figure 12) du côté de la piste conductrice 22 équi- librée par une contre-pression P' du côté de la face iso- lante dudit circuit imprimé 21. Le traitement de surface selon-l'invention est très avantageux en ce qu'il permet d'abord de conserver la duc- tilité du revêtement à base d'étain et par là autorise la réalisation d'éléments de contact par découpage, pliage, cambrage, emboutissage à partir d'une bande de métal pré- alablement traitée sur une ou ses deux faces, de manière continoe donc, dans des conditions économiques. Dans certains cas, il est souhaitable d'effectuer le traitement avant la réalisation de l'organe afin d'as- surer un revêtement uniforme sur des zones qui seraient inaccessibles si le traitement était effectué sur les pièces finies Il permet en outre de réduire considérablement la dégradation dans le temps des performances électriques des organes de liaison électrique ainsi protégés à température ambiante, en rhaleur z(he, ern chaleur humide, au brouillard salin ainsi qu'en atmospère industrielle. Des essais effectués, on a constaté que la dimi- nution importante de l'oxydation de surface autorise à utiliser des organes de liaison électrique traités selon l'invention dans des connexions destinées au passage de microcourant (de l'ordre de 10 microeampères) avec une pression de contact très réduite par rapport à celle nécessité pour un mhême résultat avec un revêtement connu à base d'étain Un tel revêtement peut s'appliquer parfai-: tement à des connecteurs miniatures même si ceux-ci compor- IO tent un grand nombre de contact. Compte-tenu des résultats obtenus avec l'invention, on peut généraliser le traitement de surface à une grande variété d'organes de liaison électrique différents, couvrant en particulier des plages de courant comprises entre le I 5 micro-ampère et plusieurs dizaines d'ampères. Des essais également effectués, on a con Staté que les organes de liaison électrique revêtus d'une mince couch de chrome pouvaient rester stockés un laps de temps impor- tant sans que leur soudabilité soit sensiblement modifiée dans le temps Cet intérêt particulier de l'invention s'applique également aux conducteurs électriques des figures 2, 3 et 4 traites en continu sur toute leur longueur, aux conducteurs électriques des figures 5 et 6 traités en reprise sur leurs extrémités dénudées, aux pattes à souder de composants électroniques, aux pastilles à souder étamées de circuits imprimés, 9 e qui permet de supprimer l'obligation de les proteger par le dépôt d'un vernis de stockage. La mince couche de chrome peut être dépos& par tout mode-approprié, par exemple par un procgdé galvanoplastque- chimique ou par évaporation sous vide. Le choix du procédé à utiliser, c'est-à-dire le traitement en continu d'un fil, d'une bande vierge, d'une bande pré découpée, le traitement en vrac de pièces termi- nées ou en reprise de partie, de pièces, dépendra de la nature de l'organe de liaison électrique a traiter. ien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de Rise en oeuvre qui viennent d'être d rits, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails sans sortir pour cela du cadre de l'inventiocn. IO R E V E M? D I C A T I O N Procédé de traitement de surface d'organes de liaison électrique du type dont la partie destinée à assurer la conduction est réalisée en un matériau bon con- ducteur de l'électricité tel que du cuivre, ou un alliage Je cuivre, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, ledit :1 atériau étant pourvu d'un revêtement d'étain ou d'un lliage d'étain caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur ce revêtement une très mince couche de chrome.