Brevet FR2519228A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne l'électrotechnique et a notamment pour objet un connecteur électrique. L'invention peut être utilisée en particulier dans les industries électrotechnique, radiotechnique et électronique, et en premier lieu, dans tout les cas ov l'on a besoin d'un moyen de connexion électrique fiable et résistant aux chocs. Cette invention présente le plus d'intérêt pour le montage de cristaux CI en enceintes sur plaques à conducteur s imprimés ou sur substrats de circuits intégrés hybrides. Elle se prête parfaitement à l'utilisation dans les indicateurs numériques à cristaux liquides pour horloges ou analogues électroniques etdsns différents appareils de mesure et d'essai. La tendance à la miniaturisation et à ltobtention de types toujours plus fiables de dispositifs de connexion a donné lieu, ces derniers temps, à l'apparition de toute une gamme de connecteurs à base d'un matériau élastique diélectrique dans lequel sont incorporés des éléments électroconducteurs (contacts) dont les dimensions, la forme et la disposition varient largement. Par exemple, on contact un connecteur électrique pour microcircuits, qui se présente sous forme d'une matrice de polymère diélectrique élastique dans laquelle sont disposés d'une manière discrète des contacts élémentaires métalliques en S ou en V dont les deux extrémités portent des billes microscopiques de contact (voir brevet d'invention Grande Bretagne Nb 1341037). Les billes microscopiques de contact font saillie au-dessus de la surface de la matrice diélectrique polymère ou bien se trouvent sur cette surface. Le connecteur électrique est utilisé de la manière suivante : on l'introduit entre les surfaces de contact des microcircuits, où on le serre ensuite de manière à obtenir la connexion électrique par l'intermédiaire des billes microscopiques serrées contre les surfaces deoentact respectives des microcircuits. En opérant ainsi, on obtient des contacts unitaires (ponctuels) qui exigent un positionnement très précis du connecteur entre les surfaces de contact des microcircuits (la moindre imprécision de ce positionnement peut conduire à la rupture de la liaison électrique), ce qui nuit sensiblement à-la fiabilité de la connexion électrique. On connatt un autre connecteur électrique (voir brevet d'invention France NO 2091247), qui comporte une matrice diélectrique élastique présentant deux surfaces opposées et au moins deux rangées de contacts parallèles l'une à l'autre. Les contacts se présent iL sous forme de bandelettes métalliques et sont disposés dans la matrice en sorte que les extrémités de ces bandelettes soient ouvertes et dépassent au-dessus de la surface correspondante de la matrice. En cas de vibrations, défauts de montage, surchages, ou bien en cas de fonctionnement dans la gamme des hyperfréquences, ce connecteur électrique connu ne peut, lui non plus, assurer la commutation,par exemple, des surfaces de contact appropriées des microcircuits, du fait que, dans ce cas aussi, lesoentacts sont unitaires, d'od la fiabilité insuffisante du connecteur. L'invention vise donc un connecteur électrique qui, grâce à l'utilisation d'une liaison électrique supplémentaire entre les contacts formant une même rangée, présenterait une meilleure fiabilité. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un connecteur électrique du type comportant une matrice élastique diélectrique avec deux surfaces auxquelles sont adjacents les extrémités d'éléments de contact qui sont disposés dans ladite matrice de manière à former au moins deux rangées parallèles, caractérisé, selon l'invention, en ce que les éléments de contact de chacune desdites rangées se présentent sous forme de tronçons de fil métallique élastique et sont reliés électriquement entre eux. Le connecteur ainsi conçu permet d'élever la fiabilité de la liaison électrique gracie à la formation d'un contact multiponctuel élastique. Il est préférable que lesdits tronçons de fil élastique soient reliés les uns aux autres par au moins un fil métallique élastique; Ce mode de réalisation simplifie la conception du connecteur et est très intéressant sur le plan tecnno- logique. Il est aussi possible d'utiliser des tronçons de fil élastique de forme curviligne. Ce mode de réalisation des tronçons de fil contribue à l'élasticité des éléments de contact lorsqu'ils sont en contact avec les éléments conducteurs d'électricité. Selon l'invention, les extrémités des tronçons de fil élastique peuvent être logées dans des creux pratiqués sur les surfaces de la matrice. Le fait de loger les extrémités des éléments de contact dans lesdits creux permet d'élever la fiabilité du connecteur et, d'autre part, de simplifier la séparation des éléments conducteurs, celle-ci étant obtenue par simple desserrage desdits éléments conducteurs D'autre part, le problème exposé plus haut peut aussi être résolu à l'aide d'un connecteur électrique, du type comportant une matrice élastique diélectrique avec deux surfaces auxquelles sont adjencentes les extrémités d'éléments de contact disposés dans ladite matrice de manière à former au moins deux rangées parallèles, carac térisé > selon l'invention, en ce que les éléments de contact de chacune desdites rangées se présentent sous forne de lamelles élastiques perforées. En ce cas, ceux des bords desdites lamelles qui se trouvent du côté des surfaces de la matrice peuvent titre disposés suivant des lignes traversant les ysforations, en formant de ce fait des saillies logées dans les creux précités. Ce mode de réalisation assure une connexion hautement fiable et efficace et, d'autre part, est de fabrication plus simple. Suivant un mode préféré de réalisation desdites lamelles, celles-cipeuvent ttredeformecurviligne, ce qui rend la structure encore plus élastique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux a la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un connecteur électrique conforme à l'invention (vue d'ensemble avec coupe partielle et à échelle agrandie) - la figure 2 représente une variante de réalisation du connecteur représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue d'ensemble du connecteur selon l'invention, serré entre les surfaces de contact des micro-circuits - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3, à échelle agrandie ; ; - la figure 5 représente un graphique illustrant le fonctionnement du connecteur électrique conforme à l'invention. Comme représenté sur la figure 1, le connecteur électrique conforme à l'invention comporte une matrice élastique diélectrique 1 présentant des surfaces 2 et 3 opposées l'une à l'autre. Les surfaces 2 et 3 peuvent aussi être disposées autrement, par exemple être sensiblement perpendiculaires l'une à l'autre. La matrice 1 est habituellement fabriquée à partir d'un composé à haut poids moléculaire, doué des mimes propriétés que les caoutchoucs vulcanisés (élasticité, flexibilité).Le connecteur électrique conforme à l'invention comporte aussi au moins deux rangées sensiblement parallèles d'éléments de contact 4 disposés entre les surfaces 2 et 3 de la matrice 1 de sorte que l'une des extrémités (5) de chacun desdits éléments de contact se trouve au voisinage de la surface 2 et que son autre extrémité (6) soit situé au voisinage de la surface 3. Selon l'invention, les contacts 4 de chacune desditesrangées se présentent sous forme de tronçons de fil métallique élastique 7 qui sont reliés électriquement les uns aux autres. La liaison électrique entre les éléments de contact 4 peut & re réalisée à l'aide d'au moins un tronçon de fil métallique 8.Ta section du fil 7, 6 est habituellement choisie dans les limites de I à 50 9 m. Les tronçons de fil 7 forment des rangées sensiblement parallèles entre lesquelles la distance est de 0,01 à 0,5 mm ou plus. Les tronçons de fil 8 s'entre croisent avec les tronçons de fil 7 dans le plan de chacune des rangées parallèles, suivant un pas arbitraire, de préférence suivant un pas de 1 à 50tlrm. Le fil 7, 8 peut autre fabriqué à partir des métaux suivants : or, argent, platine, palladium, nickel, cuivre, fer, de meme que des alliages de métaux, des métaux plaqués et des métaux recouverts de diélectrique. Cette conception du connecteur électrique conforme à l'invention assure le caractère continu de la connexion électrique suivant la longueur de chacune des rangées parallèles d'éléments de contact et le caractère discret des connexions entre lesdites rangées parallèles, du fait que ces dernières sont séparées les unes des autres par des couches de matrice diélectrique. La connexion électrique est assurée par une pluralité d'éléments de contact électroconducteurs disposés en rangées sensiblement parallèles et dont le nombre peut atteindre 1000 par mm2. Il en résulte une connexion fiable et efficace. Comme il ressort bien de la figure 1, pour donner aux tronçons de fil 7 une meilleure élasticité, ceux-ci peuvent être curvilignes, par exemple de manière à présenter une forme ondulée. Suivant une variante de réalisation de l'invention, les surfaces 2, 3 peuvent présenter des creux 9 dans lesquels font saillie vers l'extérieur les extrémités 5, 6 des éléments de contact 4. A l'état normal, les extrémités 5, 6 sont noyées dans les creux 9 et le connecteur ne conduit pas le courant électrique, mais quand le connecteur est comprimé, la matrice diélectrique élastique 1 (figure4) s'écrase et laisse apparattre les extrémités 5, 6 des éléments de contact 4, qui font alors saillie au-dessus de sa surface. La présence desdits creux permet d'augmenter la longévité du connecteur et, en outre, de simplifier le &commat;Esaccouplement des éléments conducteurs, qui est obtenu simplement en modifiant l'effort de serrage du connecteur. Suivant un autre mode de réalisation du connecteur conforme à l'invention, les ranges sensiblement parallèles d'éléments de contact 4, de même que les tronçons de fil 8 reliant ces éléments, peuvent se présenter sous forme de lamelles élastiques 10 (figure 2) pourvues de perforations 11. Suivant une variante préférée de ce mode de réalisation, ceux des bords des lamelles lo qui sont situés du cbté des surfaces 2, 3, peuvent passer suivant des lignes traversant les perforations 11. Il en résulte des saillies 12, 13 disposées au voisinage des surfaces 2, 3 et qui, en l'occurrence, jouent le rtle des extrémités 5, 6, respectivement, des fils métalliques 7 du mode précédent de réalisation de l'invention. Selon l'invention, les saillies 12, 13 en question peuvent elles aussi dtre logées dans des creux 9. Les perforations Il pratiquées dans les lamelles 10 servent à obtenir une matrice élastique diélectrique monobloc et à fixer les lamelles 10 dans ce bloc.Suivant encore une variante de réalisation, les lamelles 10 peuvent avoir une forme curviligne en vue de rendre la structure dudit bloc plus élastique. Le connecteur conforme à l'invention est utilisé de la manière suivante. On le place par exemple entre les surfaces de contact 14 des microcircuits 15, comme montré sur la figure 3. A l'état normal du connecteur, les extrémités 5, 6. sont noyées dans les creux C paewiqués du cbté des surfaces 2, 3 en regard des surfaces de ccetawt 14, de sorte que le connecteur ne conduit pas le courant électrique. Quand un effort de compression (flèches de la figure 4) est appliqué à la matrice t, celle-ci s'écrase et laisse apparattre les extrémités 5, 6 qui sortent des creux 9 et relient les surfaces de contact 14 opposées des microcircuits 15.Les avantages du connecteur électrique conforme à l'invention apparaissent plus clairement quand on examine le schéma représenté sur la figure 5. Pour des raisons de commodité, on n'a montré sur ce schéma qu'un nombre minimal d'éléments de contact, c'est-à-dire deux, représentés en 41 et 42 et, selon l'invention, reliés électriquement l'un à l'autre (cette liaison est représentée par un segment de droite passant pat les points C1et C2). L'une des extrémités a1 et a2 de chacun des éléments de contact 41 et 42 est orientée vers la surface de contact A, et son autre extrémité b1 et b2, vers la surface de contact B. Comme il ressort du schéma considéré, lorsque l'élément de contact 41, par exemple, he touche pas l'une des surfaces de contact (B par exemple) à cause de vibrations, d'un défaut de montage ou d'une surcharge,le connecteur conforme à l'invéntion assure une commutation fiable des surfaces de contact A et B du fait que le courant passe alors par le circuit a1-C1-C2-b2. Il en est de même dans ie cas où la rangée considérée est formée de plus de deux contacts, reliés non pas par un seul fil mais par plusieurs. Il est à noter -que plus les conducteurs reliant les contacts sont nombreux, plus le connecteur lui-même sera fiable.La conception proposée exclut toute commutation des surfaces de contact voisines, du fait que ces surfaces sont séparées l'une de l'autre par au moins une couche de matériau diélectrique constituant la matrice, ce qui assure une fiabilité élevée de la connexion lors des déplacements, vibrations ou surcharges et permet de commuter non pas n'importe quelles surfaces de contact, mais seulement celles qui sont situées l'une en regard de l'autre, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où les connecteurs électriques conformes à l'invention font partie de différents appareils d'essai. Le connecteur électrique selon l'invention a l'avantage d'assurer une conductibilité électrique fiable et un contact multiponctuel entre des surfaces de contact de dimensions limitées. Il se prête facilement à l'utilisation dans de nouveaux types de dispositifs de connexion, y compris les dispositifs fonctionnant en présence de courants de densité élevée, par exemple dans la gamme des hyperfréquences. Le connecteur conforme à l'invention assure jusqu'à environ 1000 contacts par mm2, la résistance de contact totale n'étant alors que de 10 2 à 10-6 ohms. Son encombrement et son poids sont suffisamment faibles. En outre, son prix de revient est très avantageux. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Connecteur électrique, du type comportant une matrice élastique diélectrique (1) à deux surfaces (2, 3) de laquelle sont respectivement adjacentes les deux extrémités (D, 6) d'éléments de contact (4) disposés dans ladite matrice en au moins deux rangées parallèles l'une à l'autre, caractérisé en ce que les éléments de contact (4) de chacune desdites rangées se présentent sous forme de tronçons de fil métallique élastique (7) et sont reliés électriquement entre eux. 2. Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tronçons de fil élastique (7) de chacune des rangées d'éléments de contact (4) sont reliés entre eux par au moins un tronçon de fil métallique élastique (8). 3.- Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tronçons de fil élastique (7, 8) sont de forme curviligne. 4.- Connecteur électrique selon 1'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que les extrémités (5, 6) des tronçons de fil élastique (7) sont logées dans des creux ou évidements (9) pratiqués sur les surfaces (2, 3) de la matrice (1). 5.- Connecteur électrique, du type comportant une matrice élastique diélectrique (1) à deux surfaces (2, 3) de laquelle sont respectivement adjaen*s les deux extrémités (5, 6) d'éléments de contact (4) disposés dans ladite- matrice en au moins deux rangées parallèles l'une à l'autre, caractérisé en ce que les éléments de contact (4) de chacune desdites rangées se présentent sous forme de lamelles élastiques perforées (10). 6.- Connecteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ceux des bords de chacune des lamelles (10) qui sont disposés du coté des surfaces (2, 3) de la matrice (1) passent suivantdes lignes traversant les perforations (11), en formant, de ce fait, des saillies (12, 13) logées dans les creux ou évidements (9). 7.- Connecteur électrique selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les lamelles (10) sont de forme curviligne.