Brevet FR2579380A1 — publié le 19860926

La présente invention est relative à une borne de contact électrique thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé et au connecteur comportant de telles bornes. Les connecteurs électriques enfichables à force sur une carte de circuit imprimé actuellement connus sont constitués par un corps de connecteur comportant une pluralité de bornes de contact male ou femelle solidaires du corps du connecteur. Chaque borne de contact est prolongée à la base du corps de connecteur par une partie enfichable. L'ensemble des parties correspondantes des bornes de contact est destiné à être enfiché à force dans les orifices métallisés correspondants de circuits imprimés afin d'assurer le contact électrique correspondant et la rétention mécanique de l'ensemble du connecteur par interaction borne-trou. Dans ce type de connecteur, la connexion électrique et le blocage mécanique sont donc assurés par la déformation de la borne de contact et/ou de la carte de circuit imprime au niveau de l'oririce correspondant sans nécessiter d'apport de brasure. Pour cette raison, l'ensemble des bornes de contact du connecteur et la carte de circuit imprimé est soumis à des contraintes et à des frottements très importants, lors des insertions et extractions successives de ce type de connecteur, lesquels entraînent des détériorations rapides des métallisations des orifices et des parties correspondantes des bornes de contact. De plus, dans le cas de connecteurs comportant un grand nombre de bornes de contact, l'insertion ou l'extraction de ces connecteurs nécessite l'application d'efforts globaux très importants, lesquels ne peuvent être appliqués au moyen des procédés classiques d'insertion. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un connecteur thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé pour lequel l'effort global nécessaire pour la mise en place à l'insertion et/ou à l'extraction du connecteur est pratiquement supprimé. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un connecteur précité pour lequel, du fait de la quasi suppression de l'effort global de mise en place, les phénomènes d'usurpe et de détérioration des connecteurs de l'art antérieur et de leurs circuits imprimés associés sont supprimés. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un connecteur précité présentant, après mise en place, une rétention mécanique identique ou même superieure à celle des connecteurs enfichables à force de l'art antérieur. Le connecteur électrique thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé selon l'invention comprend une pluralité de bornes de contact mâles ou femelles enfichables rendues solidaires par au moins un support isolant. I1 est remarquable en ce que les bornes de contact comportent au moins une partie enfichable constituée en un matériau à mémoire de forme. La partie enfichable de chacune des bornes est conformée aux dimensions de sa forme finale d'utilisation après enfichage, correspondant à son état de mémoire de forme stable, de manière à assurer la rétention mécanique et le contact électrique avec l'orifice correspondant. La même partie enfichable est susceptible d'occuper un deuxième état de forme,. mémorisé ou non, de façon à pouvoir être introduite et/ou retirée de son orifice correspondant. L'invention trouve application dans le domaine correspondant des connecteurs enfichables à force sur une carte de circuit imprimé pour tout type de circuit imprimé et dans tout domaine d'utilisation de ceux-ci. D'autres détails et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels - la figure 1 représente en la et lb respectivement une vue en coupe selon la dimension transversale d'un connecteur de l'invention et d'une borne de contact constituant ce connecteur, - les figures 2a et 2b représentent des modes de réalisation avantageux d'une borne de contact telle que représentée en figure la, - la figure 3 représente une variante de réalisation non limitative d'une borne de contact susceptible d'équiper le connecteur de l'invention. Le connecteur électrique thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé, objet de l'invention, comprend une pluralité de bornes de contact 10 mâles ou femelles, enfichables, rendues solidaires par au moins un support isolant 2. Sur la figure la, représentant une coupe selon la dimension transversale du connecteur, les bornes de contact 10 sont noyées dans le support isolant 2 qui, de manière non limitative, est supposé en fait constituer la coquille ou corps du connecteur 1.Les bornes de contact 10, ainsi que représentées notamment en figure lb, comportent au moins une partie enfichable 100 constituée en un matériau à mémoire de forme.conducteur. La partie enfichable 100 de chacune des bornes est conformée tout d'abord aux dimensions de sa forme finale d'utilisation après enfichage, correspondant à un état de mémoire de forme stable, à la température d'utilisation du connecteur. Les parties enfichables 100 des bornes de contact mâles ou femelles 10 étant engagées dans la métallisation des trous correspondant de la carte de circuit imprimé, l'état de mémoire de forme stable précité permet d'assurer retention mécanique et le contact électrique avec l'orifice précité.Les parties enfichables 100 sont en outre conformées de façon à occuper, soit de manière non mémorisée, soit de manière mémorisée, un deuxième état de forme à température inférieure à la température de transition Ms du matériau. La température Ms est la température à laquelle la phase martensitique du matériau à mémoire de forme, commence à se former d'elle-même.De cette façon, et dans ce deuxième état de forme, non mémorisé ou mémorisé, le connecteur et les bornes de contact peuvent être introduites et/ou retirées des orifices correspondants, pratiquement sans effort notable. Le caractère non mémorisé ou mémorisé du deu-xième état de forme de la partie enfichable 100 de chaque borne de contact 10, sera expliqué de manière plus approfondie en liaison avec les figures 2a et 2b respectivement. Il faut tout d'abord indiquer que le premier état de mémoire de forme est stable à la température ambiante. Il faut également indiquer, que ce premier état de mémoire de forme est stable à basse température, c'est-à-dire jusqu'à la température la plus basse prévue au cahier des charges définissant le domaine d'utilisation de ce type de connecteur. A titre d'exemple non limitatif, le premier état de mémoire de forme est choisi stable jusqu'à des températures de -650C. Le deuxième état de forme lorsque celui-ci est non mémorisé, est un état de forme occupé par la partie enfichable 100, lorsque celle-ci est amenée à une température inférieure à la température de transition Ms du matériau constituant ladite partie enfichable, sous l'influence des contraintes exercées par l'orifice correspondant sur la partie enfichable considérée, ou plus précisément par la métallisation 210 de l'orifice correspondant, ménagé dans la plaquette de circuit imprimé 200 ainsi que représenté en figure 2a. Comme on pourra l'observer sur cette même figure 2a, l'état de forme occupé par la partie enfichable 100 sous l'influence des contraintes exercées par la métallisation 210, apparaît pour l'essentiel localisé au niveau de cette métallisation, c'est-à-dire de la zone de contact entre cette métallisation et la partie enfichable 100. Lors du retrait du connecteur et en définitive de chacune des bornes de contact 10 précitées, le deuxième état de forme se produit en outre successivement sur les autres parties de la partie enfichable 100, mises en contact au cours soit de l'enfichage, soit de la déconnexion du connecteur. Le deuxième état de forme, lorsqu'au contraire celui-ci est mémorisé, se produit sur la totalité de chaque partie enfichable 100 des bornes de contact 10, par seul abaissement de la température correspondante des parties enfichables, en deçà de la température de transition Ms en l'absence ou en présence de contraintes exercées par la métallisation 210 des orifices, ainsi qu'il apparaît en figure 2b. Bien entendu, les transitions du premier état de mémoire de forme au deuxième état de mémoire de forme sont réversibles et peuvent être provoquées sur un nombre important de cycles correspondant à l'utilisation du connecteur. Une description détaillée d'un mode de réalisation particulier de bornes de contact spécialement adaptées à la mise en oeuvre d'un connecteur selon l'invention sera maintenant donnéeau moyen des figures lb et 3. Chaque borne de contact 10 comporte une zone de raccordement 90 susceptible de recevoir un câble électrique à connecter. Une partie enfichable 100 allongée, est mécaniquement solidaire de la zone de raccordement et de la partie active de contact 101 mâle ou femelle-. La partie enfichable 100 comporte au moins une dimension transversale à son axe longitudinal, sensiblement variable.Par exemple, ainsi que représenté en figure lb, la partie enfichable 100 est sensiblement en forme de lame ou,ainsi que représenté en figure 3, en forme d'ovalset peut comporter un-ou plusieurs évidements 103. Bien entendu, la totalité de la borne 10 peut en outre être constituée en un matériau à mémoire de forme. Parmi les matériaux à mémoire de forme susceptibles de permettre la mise en oeuvre du connecteur de l'invention, les compositions métalliques choisies dans le groupe des composés nickel-titane. nicke1-1il- minium, nickel-titane-fer, cuivre-z inc-alumin inm, ^ vre- aluminium-nickel peuvent être utilisées sous forme de composés intermétalliques ou sous forme alliée. A titre d'exemple non limitatif, des bornes de connexion ont pu être réalisées, comportant 4 % d'aluminium, 28 % de zinc et le reste du pourcentage en cuivre, de manière à présenter une température de transition voisine de - 800C. Bien entendu, d'autres alliages tels que par exemple les alliages du type cuivre-aluminium-nickel peuvent être utilisés en raison de leur meilleure tenue aux phénomènes de corrosion et de vieillissement. Un mode de réalisation particulièrement avantageux de bornes de contact 10 mâles ou femelles, sera maintenant donné dans le cas ou la partie enfichable 100 comporte deux états de mémoire de forme mémorisés. Le matériau à mémoire de forme étant disponible sous forme de feuilles ou de bandes, les bornes de contact 10 sont tout d'abord obtenues par usinage conventionnel ou par découpage,lesdites bornes et en particulier la partie enfichable 100 de celles-ci est conformée aux formes et dimensions finales constituant le premier état de mémoire de forme, tel que représenté par exemple sur les figures lb et 3. La borne de contact 10 est alors soumise à un traitement thermique capable d'amener celle-ci en état de phase cristallographique de type austénitique. La borne de contact 10 est ensuite soumise à un refroidissement à une température voisine de la température ambiante, par exemple de manière non limitative au moyen d'un traitement du type trempage de de façon à éviter l'apparition de phase cristallographique parasite. La borne de contact 10 est ensuite soumise au niveau de sa partie enfichable 100 à un processus dit d'éducation. Le processus d'éducation consiste à imposer répétitivement à la partie enfichable 100, une contrainte mécanique telle que cette dernière soit,dans cette zone,déformée de manière à amener ladite partie enfichable 100 dans une position de forme voisine du deuxième état de mémoire de forme et à soumettre l'ensemble, la contrainte étant maintenue, à un abaissement de température susceptible d'amener la partie enfichable 100 en état de phase martensitique. L'abaissement de température peut être réalisé au moyen de toute source de froid appliquée soit à l'ensemble de la borne de contact 10, soit au niveau de la seule partie enfichable 100. La contrainte mécanique peut être appliquée par tout moyen, tel qu'une presse ou analogue jusqu'à obtenir la position de mémoire de forme souhaitée.Après suppression de la contrainte mécanique, la borne de contact 10 est soumise à un réchauffement progressif à température ambiante. La borne de contact 10 reprend alors son état de forme stable ou premier état de mémoire de forme. La répétition du cycle imposé pour l'éducation telle que définie précédemment, doit être suffisante pour obtenir un bon degré de reproductibilité des transitions entre le premier état et le deuxième état de mémoire de forme ultérieur par seul abaissement de la température de la borne de contact 10 mâle ou femelle, à une température inférieure à la température de transition Ms, puis par une élévation successive de la température de la borne de contact 10 à une température supérieure à la température Af pour le retour à la position ou étape à mémoire de forme initiale dans l'état austénitique. La commande en température du connecteur de l'invention peut être obtenue à partir de toute source froide normalement disponible en milieu industriel et en particulier au moyen de l'azote liquide. Bien entendu, le processus d'éducation précité et de fonctionnement des bornes de contact 10 enfichées dans les trous métallisés, pourra être divers et varié. Ainsi, il est possible de réaliser des connexions s'établissant par refroidissement ou par échauffement des bornes de contact correspondantes, lesquelles utilisent le changement de forme occasionné par les variations de température, ou qui travaillent dans les domaines de déformation des parties enfichables telles que domaines super-élastiques, pour T 5 Ms, ou dans le domaine dit-caoutchoutique pour TO( à Mf (Mf étant la température à laquelle la totalité de l'alliage est en phase martensitique), soit dans le domaine intermédiaire par composition des effets précédents, c'est-à-dire en fait pour Msf T Une variante de mise en oeuvre du processus dit d'éducation sera donnée à titre d'exemple non limitatif en liaison avec la figure 2b. Selon cette variante, le processus consiste à imposer, en l'absence de déformation à l'objet constitué par la borne de contact 10, conformée dans son état initial, une contrainte thermique consistant en une variation de température capable d'amener la borne de contact 10,ou au moins la partie enfichable 100 de celle-ci,en état de phase cristallographique martensitique.Puis, la partie enfichable 100 étant dans l'état précité, une contrainte mécanique,telle que la partie enfichable 100 soit déformée;est appliquée de manière à amener la partie enfichable 100 dans une position ou état de forme voisine du deuxième état de mémoire de forme II. L'abaissement de température et l'application de la contrainte mécanique peuvent être effectués à l'aide des moyens déjà cités, l'application de la contrainte mécanique pouvant être effectuée dans le bain d'azote lorsque la source de froid est constituée pâr un tel bain. Puis un état de forme dit intermédiaire, voisin de l'état de forme initial de la partie enfichable 100,est ensuite défini et imposé à celleci.L'imposition de l'état de forme intermédiaire à la partie enfichable 100 est effectuée par imposition des limites de changement ultérieur de forme de celle-ci aux limites corresDondantes de l'état de forme intermédiaire. Par état de forme intermédiaire voisin de l'état de forme initial, on entend un état de forme dans lequel le retour à l'état initial a été obtenu ou à une forme voisine de celui-ci. La définition et l'imposition des limites de changement de forme de la partie enfichable 100 peuvent être effectuées au moyen d'une matrice enserrant la partie enfichable 100, la matrice ayant des dimensions intérieures corressondantes aux dimensions de l'état de forme intermédiaire. La Partie enfichable- 100 en état martensitiaue à laauelle les limites de chanaement de forme ont été imposées est ensuite soumise à un réchauffement progressif à température ambiante pour ramener celle-ci en état de phase cristallographique de type austénitique. Du fait du réchauffement et du: maintien de la partie enfichable 100 à l'état de forme intermédiaire, des contraintes internes permettant la définition de l'état de forme intermédiaire comme premier état de mémoire de forme I sont alors induites dans la partie enfichable 100. Afin d'améliorer la tenue au vieillissement des bornes de contact 10 précédemment décrites, cellesci peuvent en outre être munies d'un revêtement protecteur conducteur pouvant consister en un dfpôt d'or, d'alliage de palladium, d'argent ou d'étain plomb réalisé selon les techniques habituelles. Dans le cas du dernier revêtement précité, celui-ci peut en effet être utilisé en élar-. gissement de son champ d'utilisation habituelle, puisqu'il n'existe pratiquement plus de problème de frottement ni d'usure, notamment lors de l'utilisation de deux états de mémoire de forme mémorisés. REVENDICATIONS 1. Connecteur électrique thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé munie d'orifices métallisés comprenant une pluralité de bornes de contact mâles ou femelles enfichables rendues solidaires par au moins un support isolant, caractérisé en ce que lesdites bornes de contact comportent au moins une partie enfichable, constituée en un matériau à mémoire de forme, ladite partie enfichable de chacune des bornes étant conformée, d'une part, aux dimensions de sa forme finale d'utilisation après enfichable, correspondant à son état de mémoire de forme stable, de manière à assurera rétention mécanique et le contact électrique avec ledit orifice, et, d'autre part, de façon à occuper, sous l'influence des contraintes exercées par l'orifice correspondant un deuxième état de forme non mémorisé à température inférieure à la température de transition Ms du matériau de façon à pouvoir être introduite et/ou retirée de son orifice. 2. Connecteur électrique thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé munie d'orifices métallisés comprenant une pluralité de bornes de contact mâles ou fenelles enfichables rendues solidaires par au moins un support isolant, caractérisé en ce que lesdites bornes de contact comportent au moins une partie enfichable, constituée en un matériau à mémoire de forme, ladite partie enfichable de chacune des bornes étant conformée d'une part, aux dimensions de sa forme finale d'utilisation après enfichage,correspondant sensiblement à un premier état de mémoire de forme stable, de manière à assurer la rétention mécanique et le contact électrique avec ledit orifice, et, d'autre part, de façon à pouvoir être introduite et/ou retirée de son orifice correspondant dans un deuxième état de mémoire de forme stable dudit matériau. 3. Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier état de mémoire de forme est stable à la température ambiante. 4. Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier état de mémoire de forme est stable à basse température. 5. Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque borne de contact comporte - une zone de raccordement (90) susceptible de recevoir un câble électrique à connecter, - une partie enfichable (100) allongée, mécaniquement solidaire de ladite zone de raccordement, ladite partie enfichable ayant au moins une dimension transversale à son axe longitudinal sensiblement variable. 6. Connecteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite partie enfichable est sensiblement en forme de lame et comporte un ou plusieurs évidements (103). 7. Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que la totalité de la borne est constituée en un matériau à mémoire de forme. 8. Connecteur électrique selon l'une des revendications 1 à 7 précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau à mémoire de forme est choisi dans le groupe des composés nickel-titane, nickel-aluminium, nickel-titane-fer, cuivre-zinc-aluminium, cuivre-aluminium-nickel, sous forme de composé intermetalliaue ou allié. 9. Connecteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des bornes de contact comporte un revêtement protecteur conducteur. 10. Borne de contact thermo-enfichable, sur une carte de circuit imprimé munie d'orifices métallisés, caractérisée en ce qu'elle est constituée en un matériau à mémoire de forme et qu'elle comporte - une zone de raccordement (90) susceptible de recevoir un câble électrique à connecter, - une partie enfichable (100) allongée, mécaniquement solidaire de ladite zone de raccordement, ladite partie enfichable étant conformée, d'une part aux dimensions de sa forme finale après enfichage, correspondant à son état de mémoire de forme stable, de manière à assurer la rétention mécanique et le contact électrique avec ledit orifice, et, d'autre part de façon à occuper sous l'influence des contraintes exercées par l'orifice correspondant, un deuxième état de forme non mémorisé à température inférieure à la température de transition Ms du matériau de façon à pouvoir être introduite et/ou retirée de son orifice. 11. Borne de contact thermo-enfichable sur une carte de circuit imprimé munie d'orifices métallisés, caractérisée en ce qu'elle est constituée en un matériau à mémoire de forme et qu'elle comporte - une zone de raccordement (90) susceptible de recevoir un câble-électrique à connecter, - une partie enfichable (100) allongée mécaniquement solidaire de ladite zone de raccordement, ladite partie enfichable étant conformée, d'une part, aux dimensions de sa forme finale d'utilisation après enfichage, correspondant sensiblement à un premier état de mémoire de forme stable, de manière à assurer la rétention mécanique et le contact électrique avec ledit orifice, et, d'autre part, de façon à pouvoir être introduite et/ou retirée de son orifice correspondant dans un deuxième état de mémoire de forme stable dudit matériau.