Brevet FR2556917A1 — publié le 19850621

"Chassis composite pour appareil électronique" La présente invention concerne la structure des châssis en général et en particulier un châssis composite en métal et matière synthétique destiné à un appareil électro- nique. On utilise depuis longtemps des châssis cons- titués principalement d'une feuille de métal pour les appareils électroniques, et ceci pour de nombreuses raisons d'ordre méca- nique et électrique. Tout d'abord, le châssis doit pouvoir être utilisé de manière structurelle en tant qu'élément de la carcasse du dispositif et un tel châssis fournitgénéralement une base sur laquelle les composants et les sous ensembles peuvent être montés. Du point de vue électrique, le châssis fourni une source appropriée de potentiel de masse et il peut également fournir un écran entre des éléments électriques, par exemple des composants et des cartes de circuits qui sont montés dessus. Du point de vue de la fabrication, la construc- tion de châssis en métal pose un certain nombre de problèmes. La préparation de la feuille de métal, y compris la découpe, le poinçonnage, le ceintrage et le soudage, nécessitent généralement un outillage et un équipement coiteux et cela constitue un procé- dé qui utilise beaucoup de temps. Il est difficile de maintenir des tolérances plus faibles que - 0,4 mm lors du processus de la préparation du métal. On utilise du matériel mécanique tel que des vis, des écrous, des rondelles, des étriers, des bornes, etc....pour assembler le châssis à d'autres éléments du bâti et pour monter les composants et les sous-ensembles sur le châssis. Par conséquent, le nombre des éléments et du matériel utilisé est élevé, le temps d'assemblage peut être long et dans des situations dans lesquelles on emploie des machines d'insertion automatique de matériel pour l'installation de ma- tériel prisonnier, il peut arriver que l'on ne découvre que des éléments sont mauvais ou absents ou que des eéléments sont montés à un mauvais emplacement qu'à un moment ou le travail de rectification serait pénible ou demanderait beaucoup de temps. Il est également connu de construire des bottiers et coffrets d'appareils électroniques en matière synthétique moulés par injection, cela constituant un moyen de réduire les coûts de fa- brication. Ceci est particulièrement vrai dans le cas d'appareils petits ou portables tels que des appareils de télévision et certains appareils de test et de mesure. Le coût de pièces en matière syn- thétique moulée est faible. De nombreuses pièces tels que des étriers des poignies et des entretoises peuvent être insérées lors du moulage ce qui élimine de nombreusespièces séparées, ce qui réduit le temps d'assemblage et réduit le coot du matériel. En outre, on peut réaliser des tolérances beaucoup plus serrées sur de grandes surfaces avec un procédé de moulage, ce qui permet d'obtenir une précision plus grande des éléments. Cependant, l'inclusion de maté- riel prisonnier pose au moins autant de problèmes avec un élément de base en plastique qu'avec un chassis en feuille de métal du fait que les erreurs humaines sont fréquentes lors du processus de moulage, par exemple des erreurs tel que l'oubli d'éléments à l'extérieur du moule ou l'insertion impropre d'éléments. Du point de vue électrique, les matières synthétiques sont des isolants et ne peuvent donc être utilisées pour réaliser la masse du circuit ou des écrans électriques. Des tentatives de métallisation de la matière thermo-plastique tede, que le placage ou l'application de peintures métalliques, ont entrat- nés d'autres problèmes et d'autres coûts. Le châssis composite selon la présente invention destiné à des appareils électroniques combine les avantages du métal et de la matière synthétique tout en diminuant fortement leurs in- convénients. Le châssis composite selon l'inventionest notam- ment remarquable en ce qu'il comporte: - un substrat comprenant une feuille relativement mince de matière métallique; - des éléments structurels en matière synthétique moulés sur ledit substrat en vue de réaliser une structure de châssis relativement rigide; et - des accessoires de montage en matière synthétique 23 2556917 3. moulés sur ledit substrat en vue de permettre le raccordement méca- nique de pièces extérieures audit châssis. La structure de base du châssis comprend une feuille de métal en tant que substrat et des éléments structurels en matière synthétique moulés par injection et d'autres accessoires qui sont ajoutés. La partie de feuille de métal peut être réalisée en une ou deux opérations d'estamage, ce qui réduit de manière si- gnificative le temps et le coCt de fabrication. Du fait que l'on utilise un renforcement en matière synthétique, la feuille de métal peut avoir une dimension plus mince que les feuilles métalliques normalement utilisées pour la construction des châssis, ce qui réduit le coût en matériel et le poids. Le substrat en feuille métallique est charge, en tant qu'insertion, dans une machine de moulage par injection qui ajoute des accessoires nécessaires tels que des brides, des étriers, des éléments-supports et des accessoires de montage, en réalisant de ce fait un châssis de faible poids tout en maintenant la solidité structurelle. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit, faite à titre il- lustratif en se référant aux dessins ci-annexes - la Fig. 1 est une vue de dessus en plan d'un substrat en feuille métallique utilisé dans un chassis composite pour appareil électronique. - la Fig. 2 est une vue en plan de dessus du subs- trat de la figure 1 comportant des accessoires en matière synthétique moulés de manière ponctuelle sur ce substrat. - la Fig. 3 est une vue en perspective partiel- lement déclate d'un élément support moulé de manière solidaireo - la Fig. 4 A et 4 3 sont respectivement des rues en coupe transversales et longitudinales d'un accessoire de montage destiné à assurer la continuité de la masse entre le châssis selon la présente invention et une pièce moulée antérieure ou postérieure et, - les Fig. 5 a 7 représentent des exemples d'ac- cessoires de montage du chàssis. 4. -La figure 1 est une vue en plan de dessus d'une feuille plate métallique qui est préparée pour être utilisée en tant que substrat 10 pour un châssis composite. Ce substrat 10 peut être fabriqué de manière convenable en toute matière métallique conduc- trice, bien que l'aluminium soit préférable du fait de son faible poids, en employant des techniques de fabrication de feuilles métal- liques connues tels que l'estampage, le poinçonnage, le découpage et le cintrage. Le but du substrat 10 est de fournir une masse métallique ou un écran là o cela est nécessaire et du fait que ce substrat n'est pas utilisé pour des raisons de solidité structurelle, cette feuille de métal peut avoir une épaisseur de 0,64 mm ou moins. Ceci est relativement mince par rapport aux épais- seurs de 1,27 mm ou plus qui sont communément utilisées pour toutes les applications de chassis métallique. Après la préparation re- présentée sur la figure 1, la substrat 10 est chargé en tant qu'in- sertion dans une machine de moulage par injection dans laquelle on ajoute de la matière synthétique pour réaliser des éléments culturels et les accessoires nécessaires. Si l'on se réfère également à la figure 2 on voit des rangées de trous 12 le long des bords de la feuille de métal ce qui permet le moulage sur place de nervures de renforcement 14 de telle manière que la matière plastique soit distribuée sur les deux côtés de la feuille métallique et se rejoigne à travers les trous afin de réaliser des accessoires plastiques unitaires moulés sur le substrat qui ne se séparent pas du substrat métallique. De manière similaire, des éléments d'ancrage en forme de X peuvent être ajoutés en vue de prévenir le gauchissement ou le flambage du partie de substrat de surface élevée. Sur cette figure 2 on voit la ligne de pliage 11 du substrat 10. La figure 3 représente un exemple, selon une vue en pers- pective partiellement éclatée, d'un élément-support 16 et de sa liaison inter i- tielle avec le substrat 10 ce qui donne une impression de "cousu". Des àléments terminaux ou étriers '8 et 20 sont,mulés sur place et reliés à l'autre structure en matière synthétique qui les maintie2ten place. Ceci est un exemple d'un procédé d'addition 5. d'éléments en matière synthétique sur la structure générale sans nécessiter de poinçonner ou de percer des trous dans le substrat métallique. De manière similaire, d'autres accessoires, tels que des brides, des étriers, des entretoises, des broches de montage, et ainsi de suite, peuvent être moulés sur le châssis composite en utilisant des techniques conventionnelles de moulage par injec- tion. La déposante a utilisé le terme "moulage par points" pour décrire l'effet de mouler des accessoires dans les points o ils sont nécessaires. Pour utiliser le substrat en feuille métallique soit comme écran, soit corme masse du circuit, on a conçu un acces- soire de montage qui fournit une solide liaison électrique aussi bien que mécanique aux parties moulées antérieures et postérieures du bâti. Une rangée de rainures est aménagée dans la feuille métal- lique de manière adjacente au bord de cette dernière et les bandes de métal 22 qui en résultent sont forméesen les déformant de manière alternative en créant un trou dans lequel on peut insérer une vis métallique auto-taraudeuse. Cet accessoire de montage du châssis est ensuite renforcé par moulage à injection d'un bloc plastique 24 pour fournir la solidité structurelle. Des. vues en coupe transversale et longitudinale de cet accessoire de montage de chassis sont re- présentées sur les figures 4A et 4B respectivement. Des essais de traction réalisés sur cet accessoire de montage de châssis ont montré que cet accessoire était plus solide qu'une vis auto-tarau- deuse. Avec un trou de 3,15 mm à l'état terminé et un engagement ou insertion de 12,7 mm d'une vis auto-taraudeuse n 6, la vis s'est cas- sé sous l'effet d'un test de tirage. On a également trouvé pendant certains tests d'environnement que l'humidité ou la température ne dégrade pas la solidité de cet accessoire de montage de chassis. D'autres accessoires de montage comprennent des entretoises 26 de montage d'une plaque de circuit sur le châssis composite. En fait, lorsque le montage est correct la plaque de circuit contribue à la solidité structurelie du châssis composite. Les entretoises de montage de plaques de circuit peuvent être réa- lisées selon toutes configurations parmi de nsobreuses weDicurations différentes 6. en fonction du matériel à utiliser ou en fonction du fait que l'on désire une liaison à la masse. Par exemple, l'entretoise 26 peut être une structure relativement simple en forme de manchon comme représenté en coupe sur la figure 5 dans laquelle on voit qu'un trou 28 tra- versant ladite structure change de diamètre pour réaliser un épau- lement 30. Pour cette configuration, on peut utiliser du matériel de montage métallique ou plastique, ce qui inclut des fermetures à poussoirs en matière synthétique, des boutons-pressions ou même des rivets. Certaines de ces fermetures qui viennent d'être mentionnées peuvent être interessantes parce qu'il n'est pas né- céssaire de prévoir du matériel prisonnier, ce qui simplifie l'as- semblage de la plaque de circuit sur le châssis composite. En outre, dans le plus grand nombre de cas, les attaches qui viennent d'être mentionnées peuvent être mises en place sans utiliser d'outil. La figure 6 représente une entretoise 26 qui est utilisée pour fournir une liaison entre la masse du châssis et une plaque de circuit. Dans ce cas, le substrat 10 est conformé de telle manière qu'un insert métallique 32 peut être inséré et engagé en contact électrique avec une partie 34 du chassis en forme de lèvre déplacé vers le haut. L'insert 32 peut être fileté intérieurement pour recevoir une vis métallique à métaux ou bien cet insert peut contenir un alésage lisse pour recevoir une vis auto-taraudeuse. La figure 7 représente une entretoise 26 qui est conçu pour éviter une contrainte de la matière synthétique en assurant q'aucune compression n'a lieu. Dans ce cas, un ou plusieurs doigts 36 sont réalisés à partir du substrat métallique et courbés vers le haut afin de fournir un support à une carte de circuit ou à un autre élément. Du fait que la matière synthétique n'est pas soumise à une compression, on assure un effort de traction constant pour des situations qui le nécessitent telles que, par exemple, pour assurer un joint étanche aux gaz. Les types de matériaux utilisés pour le substrat métallique et la structure en matière synthétique sont pour l'es- sentiel non critiques; cependant il existe quelques petits problè- mes parce que dans certains cas, il est désirable d'adapter le 7. métal et la matière synthétique afin d'éviter une contrainte appré- ciablequi serait due à des coefficients différents de température ce qui aurait pour résultat des taux d'expansion et de contraction différents pour les deux matériaux. Pour le substrat, on préfère l'aluminium du fait de son poids faible et de ses bonnes propriétés de conduction élec- trique. Pour la matière synthétique, on peut choisir un polycarbo- nate chargé de 15 % de Téflon et de 20 % de verre afin d'adapter de manière substantielle la matière synthétique et l'aluminium. Le coef- ficient de dilatation thermique de lal.uminium est de 2,3 10-5par C alors que pour le polycarbonate qui a été cité ci-dessus, le coeffi- cient de dilatation thermique est de 2,7 10-5par C. Si on suppose que la température de fonctionnement du moule est d'environ 71 O C que la température ambiante est d'environ 16 C pour des raisons d'explication, le substrat d'aluminium va se dilater d'environ 1,3mm par mètre lorsqu'il sera placé dans le moule ce qui correspond appro- ximativement au retrait du polycarbonriate, à savoir environ 1,5 mm par mètre pour la gamme de température de 55 C qui a été prise comme hypothèse. Cette similitude de retrait constitue une aide pour éviter que les pièces terminées ne se déforment après qu'elle aient été retirées du moule. En outre, les pièces terminées ne doivent pas présenter de contraintes internes appréciables sur une gamme choisie de température de stockage, par exemple de moins 62 C à plus C. La matière synthétique choisie est très rigide (module d'élas- ticité - 560 kN/cm2 ou 800 ksi), résistante (résistance à la rupture = 10 kN/cm ou 14,5 ksi et résistance à la pression = 15 kN/cm ou 21 ksi) et moyennement ductile ( 5 N/cm ou 9 livre-pied par pouce en essai sur barreau non entaillé). Avec ces propriétés structurel- les, le matériau en polycarbonate est adapté pour l'utilisation dans un châssis composite. En outre, ce matériau en polycarbonate choisi présente un degré de résistance à la flamme de 94-V0 sealon les normes de Under Writer's Laboratories. Alors que les matières qui ont été choisies et dicrits ci-dessus sont compatibles et sont adaptées approximativement du point de vue thermique, l'usage d'autres ma- tériaux n'est pas exclu. En fait, pour certainesapplications,il peut être désirable d'utiliser un plastique moins fragile que le 8. polycarbonate, en particulier si l'on a besoin de nombreux acces- soires du type à fermeture ou de nombreuses charnières. De la description qui précède, on peut comprendre qu'un châssis composite en métal et matière plastique peut être fabriqué de manière simple et peu couteux et présente des caractéristiques électriques et mécaniques qui sont désirables pour l'utilisation dans les appareils électroniques. En outre il est facile de fixer par moulage des éléments extérieurs tels que des outils spéciaux en vue de l'entretien, des pièces de rechange utilisées lors du montage (tels que des dipositifs de fixation rapide en matière plastique de cartesde circuit) des étiquettes, etc... La description ci-dessus n'a été fournie qu'à titre il- lustratif et nullement limitatif et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le châssis composite décrit peut être fabriqué de différentes manières et on peut utiliser d'autres ma- tériaux que ceux qui ont été décrits. 9. REVENDICATIONS 1 ) Chassis composite pour appareils électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend: - un substrat (10) comprenant une feuille relativement mince de matière métallique, - des éléments structurels en matière synthétique (14, 16,18,20,24) moulés sur ledit substrat (10) en vue de réaliser une structure de châssis relativement rigide et, - des accessoires de montage en matière synthétique (26,32) moulés sur ledit substrat (10) en vue de permettre le rac- cordement mécanique de pièces extérieures audit châssis.