Brevet FR2739731A1 — publié le 19970411

La présente invention a pour objet un procédé de raccordement d'un câble constitué par une pluralité d'éléments conducteurs munis chacun d'un blindage sur les pistes conductrices d'un circuit imprimé. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de raccordement de ce type qui autorise un tel raccordement avec des pas entre les pistes du circuit imprimé très réduits. Il existe de nombreux cas dans lesquels il faut raccorder électriquement un câble multi-coaxial présentant un grand nombre d'éléments coaxiaux et de faible dimension sur des pistes conductrices d'un circuit imprimé, les pistes conductrices de ce circuit présentant un écartement réduit. Ce problème se rencontre notamment mais non exclusivement lors de la réalisation de sondes, notamment d'échographie de sondes de contrôle non destructif ou de sonars et plus précisément, pour réaliser la liaison électrique en vue de la transmission de signaux entre cette sonde et le calculateur exploitant les signaux délivrés pour reconstituer une image. Pour résoudre un tel problème, il est clair que la fiabilité et la qualité de connexions réalisées est primordiale dans la transmission des signaux afin d'obtenir une image échographique utilisable. Cela signifie en particulier que le câblage du câble sur les circuits imprimés du calculateur aura un impact prépondérant sur la qualité de l'image transmise par la sonde. Pour cette application, les fabricants de sonde recherchent des câbles de plus en plus performants au niveau électrique et dimensionnel. Ces câbles multi-coaxiaux de jauge 40 ou 42 sont devenus très courants, voir standard, ce qui ne facilite nullement le câblage des sondes. Il existe donc un réel besoin de mettre au point un procédé permettant la réalisation d'un tel raccordement électrique entre le câble multi-coaxial et les circuits de la sonde ou d'un autre appareil équivalent. Les câbles utilisés pour ce type d'application sont des câbles multi-coaxiaux de petite jauge (AWG36 à AWG44, voir plus petit) à capacité contrôle (les plus courantes font de 50 à 100 pF/m). Les constructions les plus connus pour ce type de câbles ont de 48 à 304 éléments coaxiaux, voire 512 pour les sondes bi et tri-dimensionnelles. On comprend que l'on se trouve donc confronté à la connexion d'un très grand nombre de conducteurs coaxiaux de petite dimension et en outre, à la réalisation du raccordement avec une qualité électrique importante. Une première solution consiste à réaliser le report des conducteurs coaxiaux un à un sur les circuits imprimés. Cette solution est un gros consommateur de main d'oeuvre et pose aussi un grand problème de fiabilité du au manque d'automatisation des opérations de câblage. Toutes les soudures étant effectuées manuellement, il y a donc très peu de chances d'obtenir la même qualité de câblage pour chaque coaxial. Le procédé n'étant pas reproductible, les risques d'erreur sont importants. Une autre solution consiste à utiliser un circuit flexible de transition. Il s'agit de venir souder sur un circuit flexible à fenêtres les extrémités des coaxiaux et de reporter l'ensemble du circuit flexible sur la carte-mère à travers une fenêtre ménagée au préalable. L'avantage majeur de cette solution est la démontabilité du système. Cette solution nécessite en fait deux étapes successives de soudage des éléments conducteurs, à savoir une première étape de soudage des éléments conducteurs et de leur blindage sur le circuit flexible de transition, puis le soudage des éléments conducteurs et de la piste de reprise de blindage sur le circuit imprimé proprement dit. Ces deux étapes successives de soudage soulèvent de graves risques de mauvaise qualité de l'ensemble des soudures réalisées finalement et altèrent donc la fiabilité du raccordement électrique. En particulier, on peut affirmer que ce procédé implique inévitablement des soudures froides ou sèches. Le brevet américain 5 347 711 décrit une technique de raccordement qui consiste à venir positionner les coaxiaux déjà dénudés sur une plaque epoxy dans laquelle une fenêtre ainsi que des gorges destinées à recevoir des conducteurs ont été usinées. Une masse adhésive de transfert a été préalablement déposée sur cette plaque afin de maintenir en place les coaxiaux. Au fond de chaque gorge, une pastille métallique est déposée et est reliée au conducteur par l'intermédiaire d'une résine epoxy conductrice ou par soudure. Les pastilles servent d'emplacement pour recevoir le dispositif de tests. L'intérêt de ce dispositif est qu'il est prêt à être directement reporté sur un circuit imprimé grâce aux trous de positionnement sans passer par l'intermédiaire d'un circuit flexible de transition. L'inconvénient d'un tel procédé est que l'élaboration même du dispositif est complexe, ce qui va à l'encontre des réductions de coût demandés notamment dans le monde médical. En effet, il faut préalablement usiner très précisément les plaques epoxy, souder les âmes des coaxiaux sur des pastilles ou les coller avec un adhésif epoxy, insérer chaque coax dans les évidements prévus à cet effet dans la plaque epoxy (opération difficile pour des conducteurs de petite dimension), aligner les coaxiaux sur une masse adhésive ayant été préalablement placée sur le circuit imprimé et repositionner un ruban adhésif sur les coaxiaux. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de raccordement d'un câble multi-coaxial sur les pistes d'un circuit imprimé qui soit compatible avec un pas de connexion réduit tout en assurant une grande fiabilité qui permette de limiter ou de supprimer les opérations manuelles autorisant ainsi un raccordement automatique apte à conférer une grande reproductibilité. Pour atteindre ce but, le procédé de raccordement d'un câble constitué d'une pluralité d'éléments conducteurs sur les pistes d'un circuit imprimé, chaque élément conducteur comprenant une âme conductrice, un blindage séparé de l'âme par un matériau diélectrique et une gaine externe, se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes:: - on enlève la gaine et le blindage de l'extrémité de chaque élément conducteur sur une longueur donnée; - on positionne à l'aide d'un premier outil les extrémités desdits éléments conducteurs les uns par rapport aux autres en relation avec la position relative des pistes conductrices; - on fixe à l'aide d'une première bande isolante les éléments conducteurs positionnés, ladite bande s'étendant sensiblement perpendiculairement aux conducteurs étant fixée au moins en partie sur une portion des éléments conducteurs encore pourvus de la gaine; - on dénude les âmes conductrices des extrémités des éléments conducteurs; - on positionne à l'aide d'un deuxième outil les extrémités dénudées des âmes conductrices les unes par rapport aux autres en fonction de la position relative des pistes conductrices;; - on fixe à l'aide d'une deuxième bande isolante les extrémités dénudées positionnées de telle manière qu'une portion des âmes dénudées ne soit pas recouverte par ladite deuxième, ladite deuxième bande étant positionnée par rapport à ladite première bande; - on ménage une fenêtre de telle manière qu'une portion des blindages soit dénudée et non recouverte par une des bandes de fixation; - on positionne les extrémités ainsi reliées mécaniquement des éléments conducteurs en regard desdites pistes conductrices; - on soude les extrémités dénudées des âmes conductrices non recouvertes par la première bande sur lesdites pistes conductrices, et on soude les portions dénudées desdits blindages sur une piste de reprise de blindage dudit circuit imprimé. On comprend que grâce au procédé, selon l'invention, on obtient un câble dont les extrémités des coaxiaux sont rigoureusement positionnés les uns par rapport aux autres en fonction du pas qui existe entre les pistes du circuit imprimé, que les extrémités des coaxiaux présentent une portion d'âme dénudée et une portion de blindage dénudée. On comprend également que, pour obtenir ce résultat, aucune opération de soudure n'est nécessaire. Cet ensemble peut être positionné aisément par rapport aux pistes du circuit imprimé et le raccordement est achevé en procédant à la soudure des âmes conductrices sur les pistes et des blindages sur la piste de reprise du blindage. On voit qu'ainsi, en particulier, la mise en oeuvre du procédé ne comporte qu'une série d'opérations de soudage sur le circuit imprimé. On comprend de plus que ce procédé permet un positionnement très précis des différents coaxiaux du câble et leur maintien rigoureux en position. En outre, on comprend que le positionnement relatif des coaxiaux est indépendant des soudures réalisés sur le circuit imprimé grâce à la présence des différentes bandes de fixation, ce qui permet une certaine démontabilité du câble par rapport au circuit imprimé sans perte du positionnement relatif des coaxiaux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre du procédé donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - les figures la à le sont des vues de dessus montrant les différentes étapes de liaisonnement et de positionnement des extrémités des coaxiaux du câble selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé; - la figure 2 est une vue en élévation montrant la fixation sur le circuit imprimé des extrémités des coaxiaux précédemment liaisonnés; - la figure 3 est une vue de dessus illustrant un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention; - la figure 3a est une vue de dessus illustrant une variante du mode de mise en oeuvre de la figure 3; et - les figures 4a et 4b sont des vues de dessus illustrant un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention. En se référant tout d'abord aux figures la à le, ainsi qu'à la figure 2, on va décrire en détail un premier mode de mise en oeuvre du procédé de raccordement du câble multi-coaxial sur un circuit intégré. Dans une première étape illustrée par les figures la à le, on procède au dénudage convenable des extrémités des coaxiaux du câble et à la liaison mécanique des extrémités des coaxiaux pour les maintenir avec un pas ou écartement correspondant à celui des pistes conductrices du circuit imprimé. Dans un premier temps, on procède au dénudage partiel de l'extrémité de chaque coaxial. Plus précisément, sur la figure la, on a représenté un élément coaxial 10 avec sa gaine externe 12. L'extrémité du coaxial sur une longueur L1 est dénudée de manière à enlever la gaine externe ainsi que le blindage. Sur la longueur L1, qui porte la référence 14, il demeure seulement le diélectrique et l'âme conductnce. De préférence, on réalise de plus une amorce 15 de prédénudage du diélectrique. Dans l'étape suivante, illustrée par la figure lb, les différents coaxiaux 10 dont les extrémités 14 sont dénudées, sont positionnés à plat les uns par rapport aux autres avec un pas p déterminé grâce à l'utilisation d'un outil de positionnement consistant par exemple en une plaque 16 munie de trous 18 présentant le pas voulu. Les extrémités 14 des coaxiaux traversent les trous 18, la partie restante de gaine venant en butée contre la plaque 16. On obtient ainsi un positionnement à plat correct des coaxiaux. On vient fixer sur les coaxiaux dans leur partie comportant la gaine une bande 20 ou ruban en un matériau thermocollable. Ce matériau est de préférence un ruban adhésif thermo-fusible de 230 microns d'épaisseur qui présente une résistance mécanique suffisante pour maintenir I'espacement des coaxiaux.Ce ruban est muni à chacune de ses extrémités d'un trou de positionnement 22 qui est mis en relation avec un ergot de positionnement 24 appartenant au premier outil de positionnement 16. Dans une étape suivante, illustrée par la figure lc, on complète le dénudage des extrémités des coaxiaux 10. Pour cela, le paquet de coaxiaux 10 avec son ruban de fixation 20 est placé sur un deuxième outil de dénudage, de peignage et de positionnement 26. Le positionnement relatif du paquet de dénudage par rapport à l'outil est assuré par la coopération du trou de positionnement 22 et d'un ergot de repérage 30 de cet outil. A l'aide de cet outil, on réalise un peignage et le dénudage des diélectriques à l'aide d'un râteau, les dénudages ainsi réalisés consistent à définir une portion 42 dans laquelle le blindage est mis à nu et une portion d'extrémité 44 sur laquelle l'âme conductrice 46 est également mise à nu.De préférence, entre la portion 42 et le diélectrique 14, on laisse subsister un anneau 48 formé par la gaine pour éviter l'épanouissement du blindage. Lorsque le râteau 40 de l'outil 26 est en fin de course, comme cela est montré sur la figure ld, celui-ci réalise un positionnement précis des extrémités 44 des âmes conductrices des coaxiaux. On procède alors à la fixation sur les portions 44 d'un deuxième ruban thermo-adhésif 50 parallèle au ruban 20 et de même nature que celui-ci qui est prolongé par deux bras 52. Le ruban proprement 50 est thermo-collé sur les extrémités 44 des âmes conductrices tandis que les extrémités 52a des bras 52 sont fixées sur le premier ruban 20. De préférence, à proximité de la bande 50, les bras 52 sont munis de trous de positionnement 54 des coaxiaux par rapport au circuit imprimé.Dans l'étape suivante représentée sur la figure le, on retourne l'ensemble représenté sur la figure ld pour fixer sur les âmes dénudées 44 des coaxiaux un troisième ruban adhésif 60 en regard du deuxième ruban 50. Ainsi, les extrémités dénudées des âmes sont prises en sandwich entre les bandes 50 et 60 en laissant libre une portion 62 des âmes dénudées. A la suite de cette opération, on obtient donc un ensemble formé par un cadre mécanique isolant 70 constitué par les bandes isolantes 20, 50 et 60 sur lequel sont fermement fixés les coaxiaux, ceux-ci étant maintenus parallèles entre eux avec le pas précédemment prédéterminé. Les portions dénudées de blindage 42 et les portions dénudées d'âmes conductrices 44 sont toutes alignées. Dans l'opération suivante, représentée sur la figure 2, on présente l'ensemble 70 au dessus du circuit imprimé 72 sur lequel on veut réaliser la connexion. Le positionnement de l'ensemble 70 par rapport au circuit imprimé 72 est assuré grâce à des ergots de positionnement 74 prévus sur le circuit imprimé sur lesquels on engage les trous de positionnement 54 ménagés dans les rubans isolants. Ainsi, les extrémités dénudées 44 des âmes sont en regard des pistes conductrices 74 du circuit imprimé et les portions dénudées 42 de blindage sont en regard de la piste de reprise de blindage 76 du circuit imprimé. Il suffit alors de procéder au soudage des âmes 44 sur les pistes 74 et des blindages 42 sur la piste 76. Les conducteurs 44 sont d'abord soudés avec une thermode à profil spécial sans autre apport de soudure que l'étain déjà déposé sur les conducteurs. La plage de température de la soudure se situe de préférence entre 163il et 1800C. On soude ensuite les blindages 42 avec une thermode avec comme apport de soudure une préforme d'étain dont la plage de température se situe de préférence entre 120*C et 139-C. On observe obligatoirement un delta T de 20iC entre les deux plages de température. On prend soin d'utiliser des pistes de circuits imprimés côté sonde ou côté connecteur DL5 avec un revêtement NiAu soudable ou un revêtement soudable sélectif de préférence afin d'éviter tout mélange de soudure et donc de ne pas modifier les plages de température. Les pistes du circuit imprimé peuvent être dotées de la même nature de soudure que celle qui sera utilisée ensuite pour réaliser la soudure De plus, le température la plus élevée de fusion de l'étain (163*C) n'affectera en aucun cas l'adhésif du ruban thermofusible pendant le cycle de soudure. Il faut souligner que ces deux opérations de soudage sont réalisées automatiquement, ce qui leur confère une très bonne reproductibilité. En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention. Le deuxième mode se distingue essentiellement du précédent par le fait que la deuxième bande isolante 50 ne présente pas de bras de fixation sur la première bande 20 et qu'il n'est pas prévu de troisième bande. En outre, lors du dénudage des âmes conductrices, on réalise sur chacune une amorce de découpe 80 qui est prévue sur la partie 44a de l'âme non recouverte par la bande 50'. Après avoir soudé cet ensemble sur le circuit imprimé comme on l'a déjà expliqué en liaison avec la figure 2, on peut casser les extrémités des âmes conductrices solidaires de la bande 50', les âmes conductnces étant soudées sur les pistes conductrices par leur portion 44a. La figure 3a illustre une variante de la figure 3 qui permet également après fixation sur le circuit imprimé d'enlever la bande 50 et les extrémités des âmes conductrices qui sont fixées sur elle. Pour cela, les bras 52' sont séparés de la bande 50' par une coupure franche 81. La liaison mécanique temporaire entre la bande 50' et les branches 52' est obtenue par une goutte de cire 83 ou tout autre matériau fusible à la température de soudure. De plus, les extrémités 44a des fils conducteurs sont munies d'une prédécoupe 80. Après soudage des éléments conducteurs et des blindages sur le circuit imprimé, comme on l'a expliqué précédemment, on peut aisément séparer la bande 50' par cassure selon la ligne 'n'. En se référant maintenant aux figures 4a et 4b, on va décrire un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention. Selon ce mode de mise en oeuvre, la première bande thermocollable 20' présente une largeur 1, selon la direction des coaxiaux 20, plus importante. Lors de la deuxième étape de dénudage, on se contente de dénuder les extrémités des âmes conductrices 44 sans dénuder de portion de blindage. Puis on fixe la deuxième bande 50 et la troisième bande 60 qui sont identiques à celles de la figure le. Dans une étape spécifique, on ouvre de préférence par faisceau laser, une fenêtre 82 dans la première bande 20'. Cette fenêtre s'étend sur sensiblement toute la largeur de la bande 20' pour être en regard de tous les coaxiaux 10. Dans cette même étape, par laser, on enlève localement la gaine des coaxiaux pour mettre à nu une portion 84 du blindage en regard de la fenêtre 82. Ce sont les portions de blindage dénudées 84 qui seront soudées sur la piste de reprise de blindage du circuit imprimé. Il faut ajouter que les trous de positionnement 54 sur le circuit imprimé peuvent également servir à mettre en place une pièce mécanique, par exemple un cavalier enclipsable ou une barrette isolante percée des trous correspondants, afin de renforcer la liaison mécanique entre le circuit imprimé et l'extrémité des conducteurs du câble. REVENDICATIONS 1. Procédé de raccordement d'un câble constitué d'une pluralité d'éléments conducteurs sur les pistes d'un circuit imprimé, chaque élément conducteur comprenant une âme conductrice, un blindage séparé de l'âme par un matériau diélectrique et une gaine externe, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:: - on enlève la gaine et le blindage de l'extrémité de chaque élément conducteur sur une longueur donnée; - on positionne à l'aide d'un premier outil les extrémités desdits éléments conducteurs les uns par rapport aux autres en relation avec la position relative des pistes conductrices; - on fixe à l'aide d'une première bande isolante les éléments conducteurs positionnés, ladite bande étant fixée au moins en partie sur une portion des éléments conducteurs encore pourvus de la gaine; - on dénude les âmes conductrices des extrémités des éléments conducteurs; - on positionne à l'aide d'un deuxième outil les extrémités dénudées des âmes conductrices les unes par rapport aux autres en fonction de la position relative des pistes conductrices;; - on fixe à l'aide d'une deuxième bande isolante les extrémités dénudées positionnées de telle manière qu'une portion des âmes dénudées ne soit pas recouverte par ladite deuxième, ladite deuxième bande étant positionnée par rapport à ladite première bande; - on ménage une fenêtre de telle manière qu'une portion des blindages soit dénudée et non recouverte par une des bandes de fixation; - on positionne les extrémités ainsi reliées mécaniquement des éléments conducteurs en regard desdites pistes conductrices; - on soude les extrémités dénudées des âmes conductrices non recouvertes par la première bande sur lesdites pistes conductrices, et on soude les portions dénudées desdits blindages sur une piste de reprise de blindage dudit circuit imprimé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première bande est munie de trous de repérage de position. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite deuxième bande présente des trous de repérage de position pour la positionner par rapport à la première bande. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une desdites bandes comporte des moyens de repérage de position par rapport au circuit imprimé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième bande comporte des extensions pour relier mécaniquement lesdites première et deuxième bandes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième bande comporte en outre deux bras de raccordement, une première extrémité de chaque bras étant fixable sur une extrémité de ladite première bande, l'autre extrémité de chaque bras étant reliée à une extrémité de ladite deuxième bande par des moyens de solidarisation temporaire. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités dénudées des conducteurs présentent chacune une amorce de prédécoupe dans leur portion non recouverte par la deuxième bande. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fixe ladite première bande de telle manière qu'elle laisse libre une portion des blindages dénudés. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fixe ladite première bande de telle manière qu'elle recouvre la totalité des portions de blindage dénudées et en ce qu'on réalise une fenêtre dans ladite première bande pour dégager une portion dénudée des blindages de chaque élément conducteur. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on fixe une troisième bande de matériau isolant sur l'extrémité dénudée des conducteurs en regard de ladite deuxième bande.