Brevet FR2657490A1 — publié le 19910726

L'invention concerne un procédé de mise en boîtier scellé d'un substrat muni d'un circuit imprimé et de ses composants dans un boîtier en matière plastique constitué de deux parties réunies par leur pourtour et conformées de manière à maintenir en place ledit substrat. De plus en plus de petits appareils électroniques comprennent un circuit imprimé logé dans un boîtier. A titre d'exemple, on peut citer les calculatrices de poche et les télécommandes. Le substrat portant le circuit imprimé et ses composants est maintenu entre les deux parties du boîtier. Jusqu'ici, les deux parties du boîtier ont été fixées par clippage, par collage ou au moyen de vis, l'étanchéité pouvant être assurée au moyen d'un joint de colle. Il serait intéressant de souder les deux parties du boîtier par ultrasons, car un tel procédé est avantageux sur le plan économique et permet en outre d'obtenir une fermeture parfaitement étanche et inviolable du boîtier. Ce procédé n'a toutefois pas pu être utilisé jusqu'ici car il présentait l'inconvénient de soumettre le circuit imprimé, ses composants, notamment les circuits intégrés, et les liaisons de ces composants à des vibrations ultrasoniques capables de les détériorer et de provoquer des ruptures des soudures, des liaisons et des fils extrêmement fins qui sont utilisés pour les connexions. On a dès Lors été amenés à renoncer jusqu'ici au soudage par ultrasons, malgré ses avantages. La présente invention a pour but de permettre l'application du soudage par ultrasons sans que le circuit imprimé et ses composants soient soumis à une vibration ultrasonique. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on confectionne deux parties de boîtier destinées à être soudées par ultrasons, soit une première partie de boîtier munie d'un rebord pour son soudage et de moyens de soutien et de retenue latérale dudit substrat et une seconde partie de boîtier munie d'un rebord de soudure définissant une hauteur de soudure et de saillies sur sa face intérieure destinées à maintenir en place ledit substrat, qu'on applique la seconde partie du boîtier sur la première partie, rebord contre rebord, de telle manière que la distance entre lesdites saillies et le substrat placé dans la première partie soit sensiblement égale à la hauteur de soudure et inférieure à la hauteur mesurée entre le niveau des moyens de soutien du substrat et le bord supérieur desdits moyens de retenue latérale du substrat et qu'un jeu latéral subsiste entre le substrat et les moyens de retenue latérale, et qu'on soumet le joint ainsi réalisé entre les deux parties du boîtier à des vibrations ultrasoniques jusqu'à ce que lesdites saillies viennent en contact avec le substrat, l'application des vibrations ultrasoniques étant interrompue aussitôt que le contact est réalisé. Sous l'effet des vibrations ultrasoniques, le joint de soudure ou directeur d'énergie s'écrase sous la pression exercée sur le boîtier en permettant aux deux parties du boîtier de se rapprocher L'une de L'autre jusqu'à ce que les saillies viennent en contact avec le substrat. Durant tout le temps pendant lequel des vibrations ultrasoniques sont appliquées au joint des deux parties du boîtier, le substrat n'est pas pincé, ni maintenu rigidement latéralement et il n'est par conséquent pas entraîné en vibrations à la fréquence ultrasonique. Lorsque les saillies atteignent le substrat, c'est-à-dire ont parcouru une distance égale à la hauteur de soudage, l'application de vibrations ultrasoniques est immédiatement interrompue. Le substrat est alors maintenu entre Les deux parties du boîtier, parfaitement soudées entres elles. IL est possible de supprimer toutes vibrations du substrat en posant celui-ci sur un matelas amortisseur dans L'une des parties du boîtier, de manière à éviter tout contact du substrat avec le boîtier pendant la phase de soudage par ultrasons. L'invention est bien entendu applicable à un boîtier contenant plusieurs circuits imprimés empilés. Un exemple de mise en oeuvre du procédé sera maintenant décrit en relation avec le dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue en coupe d'un boîtier avant soudure aux ultrasons ; la figure 2 représente un détail de la figure 1 ; et la figure 3 représente le même boîtier après soudure aux ultrasons. La figure 1 représente un boîtier en matière plastique, de préférence thermoplastique, constitué de deux parties 1 et 2 en forme de cuvette de faible profondeur présentant respectivement un rebord 3 et 4. Le fond de La partie 1 présente des saillies telles que 5, 6, 7 et 8 destinées à supporter un substrat 9 portant un circuit imprimé sur lequel sont montés des composants non représentés. La face interne de la partie 2 du boîtier est également munie de saillies telles que les saillies 10, 11, 12 et 13, toutes de même hauteur.Le rebord 4 de la partie 2 du boîtier est conformé de manière à permettre son soudage par ultrasons et présente une hauteur de soudage hi. La tranche du rebord 3 de la partie 1 du boîtier présente une gorge 14 destinée à recevoir la partie amincie 41 du rebord 4 de la partie 2 du boîtier, constituant le directeur d'énergie pour le soudage aux ultrasons. Le substrat 9 est placé dans la partie 1 du boîtier sur les saillies 5 à 8, avec un jeu latéral e, de façon qu'il soit centré fonctionnellement dans la partie 1 sans être maintenu rigidement. On place ensuite la partie 2 du boîtier sur la partie 1, en appui sur le directeur d'énergie du joint de soudure 41. Dans cette position, la distance d entre les saillies 10 à 13 et le substrat 9 est sensiblement égale à la hauteur de soudage hl. D'autre part, la hauteur h2 entre le niveau des saillies de soutien 5 à 8 et le bord supérieur des moyens de retenue latérale 16 est supérieure à la distance d, de telle sorte que le substrat 9 ne peut pas s'échapper de son logement et venir s'appuyer sur le bord supérieur des moyens de retenue latérale. La hauteur h2 est donc également toujours supérieure à la hauteur de soudure hl qui est également la cote d'écrasement du directeur d'énergie ou joint de soudure 41. Au moyen d'une sonotrode 15, montée sur la machine à souder aux ultrasons, de forme et de dimensions adaptées à celles du boîtier, on applique ensuite une vibration ultrasonique au joint des deux parties du boîtier, en exerçant une Légère pression. La partie 2 du boîtier descend progressivement et lorsque la cote d'écrasement du directeur d'énergie atteint 0, c'est-àdire que la partie 2 du boîtier est descendue d'une hauteur hl, la soudure des deux parties du boîtier est parfaitement réalisée et l'application d'ultrasons peut cesser. Le substrat 9 est finalement parfaitement maintenu dans le boîtier, sans qu'il ait été entraîné en vibrations.Il convient en effet de considérer que seule la partie 2 est pratiquement entraînée en vibrations ultrasonique, le ramollissement quasi immédiat du directeur d'énergie 41 empêchant une transmission des vibrations ultrasoniques de la partie 2 du boîtier à la partie 1. Il serait possible d'éviter toutes vibrations du substrat 9 en interposant entre celui-ci et le fond de la partie 1 du boîtier un matelas amortisseur. Ce matelas pourrait être entre les saillies 5 à 8 ou à la place de ces saillies. Dans le cas où le matelas est disposé entre les saillies il est finalement comprimé et le substrat est finalement pincé entre les saillies des deux parties du boîtier. Le directeur d'énergie ou joint de soudure 41 et la gorge 14, c'est-à-dire l'ensemble des formes permettant de réaliser une soudure aux ultrasons, pourraient être de conceptions différentes. Les relations entre hl, h2 et d étant respectées, la hauteur des saillies 10 à 12 pourrait bien entendu être supérieure à la hauteur du rebord 4. Les moyens de retenue latérale du substrat 9 pourraient être constitués directement par le rebord 3. Le substrat 9 pourrait reposer directement sur le fond de la partie 1 du boîtier. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en boîtier scellé d'un substrat (9) muni d'un circuit imprimé et de ses composants dans un boîtier en matière plastique constitué de deux parties CI, 2) réunies par Leur pourtour et conformées de manière à maintenir en place ledit substrat, caractérisé en ce qu'on confectionne deux parties de boîtier (1, 2) destinées à être soudées par ultrasons, soit une première partie (1) munie d'un rebord (3) pour son soudage et de moyens de soutien (5 à 8) et de retenue latérale (16) dudit substrat et une seconde partie (2) munie d'une rebord de soudure (4) définissant une hauteur de soudure (hl) et de saillies (10 à 13) sur sa face interne destinée à maintenir en place ledit substrat, qu'on applique la seconde partie (2) sur la première partie (1), rebord contre rebord, de telle manière que la distance (d) entre lesdites saillies et le substrat placé dans la première partie du boîtier soit sensiblement égale à la hauteur de soudure (hl) et inférieure à la hauteur (h2) mesurée entre le niveau desdits moyens de soutien du substrat et le bord supérieur desdits moyens de retenue latérale du substrat et qu'un jeu latéral (e) subsiste entre le substrat et le moyen de retenue latérale, et qu'on soumet le joint ainsi réalisé entre les deux parties du boîtier à des vibrations ultrasoniques jusqu a ce que lesdites saillies (10 à 13) viennent en contact avec le substrat (9), l'application des vibrations ultrasoniques étant interrompue aussitôt que le contact est réalisé. 2. Boîtier pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de soutien du substrat sont constitués par des saillies ou nervures (5 à 8). 3. Boîtier pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de soutien du substrat sont constitués par un matelas amortisseur.