Brevet FR2710461A1 — publié le 19950331

DISPOSITIF DE CONNEXION ELECTRIQUE EMBROCHABLE L'invention concerne les dispositifs de connexion électrique embrochables destinés au montage d'un module ou sous-ensemble sur un support, tel qu'une carte de circuit imprimé. Elle trouve une application importante, bien que non-exclusive, dans le montage de sous- ensembles dans des équipements électroniques o par exemple on est souvent amené à munir une carte mère d'éléments de connexion destinés à se raccorder à des éléments complémentaires portés par des cartes filles parallèles les unes aux autres, placées orthogonalement à la carte mère. La plupart des dispositifs de connexion utilisés à l'heure actuelle réalisent une liaison électrique par insertion d'un élément mâle constitué par une tige cylindri- que ou une lame dans un élément femelle constitué par une douille ou une lyre. Un inconvénient grave de ces disposi- tifs est que l'insertion ne peut s'effectuer que s'il y a alignement précis des éléments mâle et femelle coopérents. Dans les circuits électroniques, o les contacts sont répartis avec un pas faible, l'alignement des éléments doit fréquemment être réalisé avec une tolérance de 50 gm. Cette exigence se traduit par des tolérances très serrées sur la fabrication et le montage. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif de connexion permettant les montages dits "à plat" sur un support, capable de tolérer des écarts entre les éléments mâle et femelle beaucoup plus importants que les dispositifs antérieurement connus. Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif de connexion électrique embrochable comprenant au moins un élément mâle en forme d'aiguille ou de lame et au moins un élément femelle montable à plat, caractérisé en ce que l'élément femelle est constitué par un ressort bobiné ayant au moins quatre spires d'écartement suffisant pour recevoir l'élément mâle entre deux spires, les extrémités du ressort étant coudées pour constituer des pattes soudables à plat sur un support. Avantageusement l'une au moins des parties terminales du ressort est repliée parallèlement à l'axe et s'appuie sur des spires adjacentes de façon à les mettre en court- circuit afin de réduire la self- inductance du ressort. En général, les deux parties terminales seront disposées symétriquement et les deux pattes seront alignées dans le plan médian du ressort. Cette constitution autorise une très grande tolérance de positionnement de l'élément mâle, dans toutes les direc- tions, et cela sans dégradation du contact électrique. En effet, surtout lorsqu'on donne une forme convergente à l'extrémité de l'élément mâle, ce dernier s'introduit aisément entre les spires centrales lorsque l'écart entre position réelle et position nominale est faible, dans l'intervalle latéral dans le cas contraire. Pratiquement, on gagne fréquemment un ordre de grandeur sur les tolérances habituelles de positionnement. Fréquemment, on donnera à l'intervalle entre deux spires successives une valeur approximativement égale au diamètre du fil constituant le ressort. On obtient alors en général de bons résultats en donnant à l'élément mâle un diamètre ou une épaisseur à peu près égal à deux fois le diamètre du fil. En règle générale également, il sera souvent souhaita- ble de donner au diamètre du fil constituant le ressort, au diamètre de l'élément de contact mâle et à l'intervalle entre les spires des valeurs relatives telles que les spires entre lesquelles vient s'insérer l'élément mâle sont forcées en contact avec les spires adjacentes par la présence de l'élément mâle. Quant au diamètre du ressort, il sera généralement compris entre 10 et 20 fois le diamètre du fil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemple non-limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - les figures 1 et 2 montrent, respectivement en élévation et en vue de gauche, les composants essentiels d'un dispositif de connexion à jeu de contacts unique, les éléments de contact étant séparés; - la figure 3 est une vue de dessous de l'élément femelle du dispositif des figures 1 et 2; - les figures 4 et 5, similaires à la figure 2, montrent deux dispositions possibles que peuvent prendre les éléments mâle et femelle lors de l'embrochage; - les figures 6 et 7, similaires aux figures 1 et 2, montrent un dispositif à plusieurs contacts; - - les figures 8 et 9, encore similaires aux figures 1 et 2, montrent un autre dispositif multi-contact. Le dispositif de connexion montré, à titre d'exemple, en figures 1 et 2 comporte un élément mâle 10 constitué par une aiguille. L'élément femelle du dispositif est constitué par un ressort bobiné en fil métallique, généralement en cuivre du béryllium revêtu d'une pellicule mince d'or. Le ressort représenté comporte quatre spires mais ce nombre n'est pas limitatif. C'est toutefois le nombre minimum qui autorise une tolérance sur la position de l'élément 10 supérieure ou pas e du ressort. Les deux parties terminales du ressort présentent trois coudes successifs. Le premier coude permet de constituer un tronçon qui s'appuie sur deux spires situées du même côté du plan médian, en réduisant ainsi la résistance et l'inductance de l'élément femelle dans l'état enfiché. Au-delà du dernier coude, les extrémités du fil constituant le ressort forment deux pattes situées dans le prolongement l'une de l'autre, dans le plan médian, permet- tant de fixer l'élément femelle par brasage ou soudure sur un support 14, constitué par exemple par une carte de circuit imprimé. Pour des applications en micro-électronique, on peut notamment utiliser un ressort ayant un diamètre D d'environ 3mm, constitué en fil de 0, 2mm de diamètre. L'intervalle entre deux spires successives peut être du même ordre de grandeur que le diamètre du fil. L'intervalle sera souvent approximativement égal à la moitié du diamètre ou de l'épaisseur de l'élément mâle. Toutefois ces dimensions ne sont nullement limitatives. Dans le cas d'un connecteur destiné à assurer un seul contact, l'élément femelle peut être placé dans un boîtier constitué par une cage 16 en matériau isolant de faible épaisseur, dans laquelle sont ménagées des encoches 18 destinées à livrer passage aux pattes. Cette cage évite le risque de court-circuit entre éléments femelles adjacents et limite les efforts latéraux sur les spires. L'élément-mâle peut lui-même être monté dans un corps isolant 18, de façon permanente ou amovible. Le corps 18 peut également avoir pour fonction de limiter l'enfoncement de l'élément mâle dans l'élément femelle. L'extrémité de l'élément mâle présente une forme générale tronconique, à extrémité pointue ou plus généralement arrondie. Lorsque, au cours de l'enfichage, l'écart le long de l'axe y (figure 2) ne dépasse pas e/2 par rapport à la position nominale, l'élément mâle s'introduit entre les deux spires médianes du ressort, qui s'écartent progressivement de leur position de repos. Le dispositif tolère également des écarts importants dans la direction de l'axe x (figure 1), notamment lorsque l'élément mâle est une aiguille. Si l'erreur de positionnement dépasse e/2, l'élément mâle s'engage entre deux spires latérales, comme indiqué sur la figure 5. Ainsi, avec un élément femelle constitué par un ressort en fil de 0,2mm de diamètre et avec des intervalles entre spires de 0,25mm, la latitude de positionnement suivant l'axe y peut atteindre 0,8mm. La course d'enfichage est prévue pour que, en fin de course, la partie cylindrique de l'aiguille s'appuie contre les spires (figure 4). Le glissement des surfaces l'une contre l'autre a un effet auto- nettoyant. Le dispositif peut également être à contacts multiples. Dans le cas illustré sur les figures 6 et 7 (o les organes correspondant à ceux déjà montrés sur les figures 1 à 5 sont désignés par le même numéro de référence), les éléments femelles sont montées dans une barrette en matériau isolant 20. Cette barrette sera généralement en un matériau thermo-durcissable ou thermo-plastique moulé (diallylphtalate par exemple). Dans la barrette 20 sont ménagés plusieurs passages parallèles répartis à intervalles réguliers et recevant chacun un élément femelle dont les pattes traversent la barrette par des fentes 21. Ces éléments sont ainsi maintenus à un pas régulier. Une telle barrette 20 permet encore de monter les éléments femelles à plat sur un support 14 tel qu'un circuit imprimé "mère". Les éléments femelles peuvent être destinés à recevoir les éléments de contact mâles de modules ou de cartes filles. Sur la figure 6, le dispositif est prévu pour que l'élément mâle ne traverse les spires qu'à leur partie supérieure. Mais il est possible, en enfonçant plus pron- fondement les aiguilles 10, d'obtenir un contact redondant. Dans la variante de réalisation montrée en figures 8 et 9, un dispositif à contacts multiples est réalisé en enfilant plusieurs éléments femelles 12 sur une tringle isolante 22 à travers laquelle sont percés des trous diamétraux 24 répartis à intervalles réguliers et destinés à livrer passage aux éléments mâles 10. Des parties renflées 26 peuvent être prévues entre des emplacements d'éléments femelles. Leur diamètre est tel que l'on puisse enfiler les éléments femelles en pinçant leurs extrémités de façon à les ouvrir légèrement. Enfin des rondelles isolantes 28 peuvent être enfilées sur la tringle en alternance avec les éléments femelles pour éviter des court-circuits entre ces derniers. La partie femelle d'un quelconque des dispositifs de connexion qui viennent d'être décrits peut être montée en surface en utilisant des machines de type courant à l'heure actuelle. Les contacts femelles peuvent accueillir des modules de type quelconque ou des aiguilles de test. Dans tous les cas, la tolérance de positionnement est élevée. Le contact électrique obtenu est à faible résistance, notamment lorsque l'élément mâle est constitué par une aiguille cylindrique qui s'appuie sur un fil lui-même cylindrique; l'engagement à frottement garantit un auto-nettoyage. Le coût de réalisation est faible. La résistance électrique et la self-inductance sont réduites, du fait de la mise des spires en court-circuit. La grande flexibilité et la faible masse des ressorts garantissent une bonne tenue dans une ambiance vibratoire. L'invention est susceptible de nombreuses variantes, en ce qui concerne notamment la forme des éléments mâles (qui peuvent être des lames à section rectangulaire allongée dans la direction _ de la figure 1 ou même des tiges à section carrée autorisant une liaison par mini- bobinage) et le regroupement de plusieurs élément femelles dans un boîtier isolant commun. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion électrique embrochable comprenant au moins un élément mâle (10) en forme d'aiguille ou de lame et au moins un élément femelle montable à plat, caractérisé en ce que l'élément femelle (12) est constitué par un ressort bobiné à au moins quatre spires ayant un écartement suffisant pour recevoir l'élément mâle (10) entre deux spires successives, les extrémités du ressort bobiné étant coudées pour constituer des pattes soudables à plat. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une des parties terminales du ressort, avant la patte correspondante, est repliée parallèlement à l'axe et s'appuie sur des spires du ressort pour les mettre en court-circuit. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties terminales sont disposées symétriquement par rapport au centre du ressort, les deux pattes étant alignées dans le plan médian du ressort. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espacement entre deux spires successives au repos est approximativement égal à la moitié du diamètre ou de l'épaisseur de l'élément mâle (10). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre (D) du ressort est compris entre 10 et 20 fois le diamètre du fil qui le constitue. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, à connexions multiples, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs desdits ressorts et une barrette isolante (20) percée, à intervalles réguliers, de passages de récep- tion des ressorts. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, à contacts multiples, caractérisé en ce qu'il comprend une tringle isolante (22) de réception des res- sorts, percée à intervalles réguliers de trous diamétraux (24) de passage des éléments mâles (10). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par des rondelles isolantes (28) enfilées sur la tringle en alternance avec les ressorts (12). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par des renflements (26) de la tringle (22), séparant des zones de réception des ressorts (12).