Brevet FR2752141A1 — publié le 19980206

Titre PROTECTION POUR UN CIRCUIT ELECTRIQUE SUR UN SUBSTRAT Domaine de l'invention La présente invention concerne généralement des ensembles de protection électromagnétique, et, plus particulièrement un procédé et un appareil permettant de protéger un circuit électrique qui est disposé sur un substrat. Arrière-plan technologique de l'invention Les radiotéléphones, les récepteurs d'appel de personnes, les émetteurs-récepteurs, les ordinateurs, et autres matériels électroniques génèrent souvent des signaux électromagnétiques dans une partie du matériel électronique qui peut envoyer des rayons en direction de et interférer avec une autre partie du matériel électronique. Afin de réduire au minimum cet effet d'interférence, un matériau électriquement conducteur (et quelquefois magnétiquement conducteur) est interposé entre les deux parties du circuit électronique. Cette protection peut prendre la forme d'une paroi ou d'une enceinte complète et peut être placée autour de la partie du circuit électronique qui génère le signal électromagnétique et/ou peut être placée autour de la partie du circuit électronique qui est sensible au signal électromagnétique. Les protections électromagnétiques existantes sont généralement formées à partir d'une feuille d'un matériau métallique présentant un élément de plaque adapté à un positionnement au-dessus d'un élément de composant de circuit (ou d'un circuit tout entier), et comprennent des parties de bride latérale qui s'étendent vers le bas, afin de couvrir des parties latérales de l'élément de composant de circuit. Pour fonctionner correctement, la protection doit être couplée électriquement au circuit électrique par dessus lequel la protection est positionnée. Par conséquent, des protections d'une seule pièce sont habituellement soudées sur le circuit électronique en une position o elles pourront remplir leur fonction de protection. Malheureusement, une telle fixation permanente est difficile à retirer si des réparations sont nécessaires. Afin d'éviter une fixation permanente, d'autres tentatives de protection électromagnétique comprennent l'emploi de multiples composants qui utilisent des doigts presseurs ou des brides en forme de doigts permettant de produire un contact entre eux. Pour que ces protections fonctionnent de manière optimale, de multiples points de contact entre les composants de la protection doivent être maintenus. Des encoches pour ressort cantilever double en forme de U, tels que ceux qui sont décrits dans le brevet américain n 4 890 199 permettent aux protections démontables ou bien aux zones surélevées du boitier de s'enclencher dans les encoches pour ressort. Toutefois, une zone supplémentaire de plaquette de circuits imprimés est nécessaire pour utiliser les nombreuses encoches qui retiennent la protection démontable ou bien la zone de boîtier surélevée. Une autre variante comprend des protections comportant des couvercles démontables munis de brides à angles semblables à des ressorts qui permettent une fixation solide sur les parois qui s'étendent à partir de la plaquette de circuits imprimés. Bien qu'elles soient démontables, les brides doivent être longues et les parois doivent être hautes pour permettre une fixation sûre. Les plaquettes de circuits imprimés comportant des ensembles de protection électromagnétique de ce type nécessitent une augmentation du volume du châssis qui abrite la plaquette de circuits imprimés. Des dispositifs électroniques miniaturisés imposent des contraintes encore plus grandes aux protections, tout d'abord, parce que les circuits électroniques sont plus proches les uns des autres, et ensuite parce que l'espace disponible pour la protection est fortement réduit. Les techniques permettant de fixer ou d'entourer le circuit électronique d'une protection doivent prendre aussi peu de place que possible tout en fournissant des interconnexions faciles à fabriquer et faciles à réparer. Un ensemble de protection particulièrement avantageux a été proposé qui comprend un couvercle qui glisse sur une base. La base est fixée sur la plaquette de circuits imprimés. Le couvercle est attaché sur la base et peut être facilement démonté pour donner accès à un module de circuit situé sous la protection. L'ensemble présente l'avantage de nécessiter un nombre minimum de plaquettes de circuits imprimés tout en permettant une enceinte à profil bas, par rapport aux techniques de protection électromagnétique de la technique antérieure. Toutefois, l'ensemble de couvercle peut être relativement onéreux. Cette dépense est inutile si le circuit situé sous la protection n'a jamais besoin de réparations. Par conséquent, il existe un besoin pour une protection de faible coût, pour un circuit électrique qui émet, ou qui est sensible à, une énergie électromagnétique, qui nécessite des ressources d'espace minimales et qui assure un accès aisé au circuit électrique lorsque des réparations sont nécessaires. Brève description des dessins La figure 1 est une vue éclatée en perspective illustrant un ensemble de substrat comprenant une protection électromagnétique qui doit être positionnée sur un substrat. La figure 2 est une vue en plan de dessus agrandie illustrant la protection électromagnétique selon la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale illustrant la protection électromagnétique le long du plan 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue fragmentaire élargie d'un coin de la protection. La figure 5 est une vue agrandie d'un autre mode de réalisation d'un filament. La figure 6 illustre une vue en perspective d'un ensemble de substrat électromagnétique assemblé. La figure 7 est une vue éclatée en perspective de l'ensemble selon les figures 1 à 6, le couvercle en une seule pièce étant retiré de la protection et un couvercle de remplacement devant être positionné sur la base. La figure 8 illustre le couvercle de remplacement assemblé sur la base de la protection, selon la figure 7, fixé sur le substrat. La figure 9 illustre une vue en coupe transversale de la protection électromagnétique assemblée le long du plan 9-9 de la figure 8. Description des modes de réalisation préférés La protection 101 peut être décrite plus en détail en faisant référence aux figures 1 à 6. La protection 101 est fixée sur un substrat 102. Le substrat peut être n'importe quel élément approprié sur lequel le circuit est connecté, tel qu'une plaquette de circuits imprimés. Le circuit 104 comprend des composants, tels qu'un circuit intégré. Le substrat 102 comprend, de préférence, un matériau de plaquette de circuits imprimés, tel qu'un polyimide, FR4, ou un ester de cyanate. Dans un mode de réalisation préféré, le substrat 102 et le circuit électrique 104 sont logés à l'intérieur d'un dispositif électronique, tel qu'un radiotéléphone portable. Le circuit 104 peut ainsi être connecté électriquement à d'autres éléments (non représentés) formant le circuit électrique d'un radiotéléphone, d'un téléphone cellulaire numérique, d'un téléphone sans fil, d'un téléphone cellulaire analogique, d'un récepteur d'appel de personne, d*'un émetteur-récepteur, ou similaire. La figure 1 illustre une vue éclatée en perspective d'un ensemble de substrat 100 comprenant une protection électromagnétique 101 qui doit être positionnée sur le substrat 102. La protection électromagnétique 101 comprend une base 106 et un couvercle 108 en une seule pièce, sensiblement planar et facilement démontable. Le couvercle 108 en une seule pièce et la base 106 sont de préférence formés en une seule pièce, de sorte qu'ils sont homogènes et composent une structure de protection résistante et peu onéreuse à fabriquer et à assembler. La protection 101 est fabriquée à partir de matériaux électriquement conducteurs appropriés, tels que de l'acier matricé de 1010 à 1018 et ayant une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,3 mm, et dans la pratique, ayant une épaisseur de 0,18 mm. Les parois latérales 110 et les pieds 112 sur la protection sont formés par matriçage et pliage, et les parois latérales présentent ainsi des interstices 114 au niveau de chacun des coins qui aident au pliage des parois latérales 110. La base 106 comprend un rebord supérieur (figures 2 et 3) et la pluralité de parois latérales 110. Les parois latérales 110 de la base 106 s'étendent vers le bas à partir du rebord 218 afin de former les parois de la protection électromagnétique 101. Les parois latérales 110 ont une hauteur prédéterminée qui est fondée sur la hauteur maximum d'un circuit électrique 104 qui doit être protégé par une protection électromagnétique 101. Selon le type de circuit 104, la hauteur des parois latérales 110 peut être inférieure à 4,0 millimètres. Le rebord supérieur 218 circonscrit le couvercle 108 en une seule pièce et s'étend sensiblement orthogonalement par rapport aux parois latérales 110. Le rebord 218 est connecté au couvercle 108 en une seule pièce par des filaments 220 en une seule pièce. Une pluralité de pieds 112 est positionnée au niveau de la base des parois latérales à des intervalles séparés, et s'étend orthogonalement par rapport à ceux-ci. Les pieds doivent être soudés sur des socles 120 (figure 1), sur le substrat 102. Les socles 120 sont connectés électriquement à la terre du circuit par des conducteurs (non représentés). Les pieds 112 sont attachés aux socles 120 par un moyen approprié tel qu'une soudure ou un époxyde électriquement conducteur afin d'assurer une connexion électrique permanente fiable pour un coût relativement faible. Le couvercle 108 en une seule pièce est réuni avec le rebord 218 par des éléments séparables, qui, dans le mode de réalisation illustré, sont des filaments 220. Les filaments 220 sont regroupés en nappes 222. Les filaments 220 à l'intérieur des nappes 222 sont séparés par de petites ouvertures 224. De plus grandes ouvertures 226 sont des ouvertures allongées prévues entre les filaments des nappes adjacentes. La pluralité d'ouvertures 224 et 226 circonscrit sensiblement le couvercle en une seule pièce et définit le périmètre du couvercle 108 en une seule pièce, et définit ainsi une zone prédéterminée au-dessus de laquelle s'étend le couvercle 108 en une seule pièce. Chacun des filaments 220 comprend une rayure 302 (figure 3) sur toute sa largeur. La rayure 302 est située au niveau de l'extrémité du rebord du filament. Ceci est un atout supplémentaire pour garantir que le filament 220 se brisera le long du rebord 218 sans déchirer le rebord. La rayure 302 a, de préférence, généralement la forme d'un cran en V, ce qui crée un point au niveau duquel le filament est sensiblement plus mince que l'épaisseur moyenne du filament. La largeur "w" (figure 4) des filaments 220 peut varier pour faire varier la force nécessaire pour briser les filaments. La largeur des filaments peut varier de 0,1 mm (millimètre) à 1 mm, et dans la pratique, varier entre 0,35 mm et 0,5 mm. A titre d'exemple, les filaments 234 peuvent être plus larges que les filaments 236 afin d'augmenter la résistance des filaments 234 à la déchirure. Par exemple, on peut s'apercevoir que le boîtier du dispositif (non représenté) repose contre le couvercle 108 en une seule pièce près du filament 234, et les forces exercées sur le boîtier créent une force qui doit s'exercer sur le couvercle en une seule pièce. Les filaments 234 peuvent être plus larges afin de renforcer la connexion de sorte que le couvercle ne se sépare pas du rebord lorsque le boîtier du dispositif est soumis à une force. L'épaisseur "t" de la rayure 302 peut également varier afin de régler la force nécessaire pour briser le filament. L'épaisseur "t" peut avoir n'importe quelle épaisseur appropriée, et, lors d'une mise en pratique avait une épaisseur comprise entre 0,07 mm et 0,9 nmm. Tous les filaments de la protection 101 (filaments 220 et 234, et 236) comportent des bords 400 qui sont sensiblement orthogonaux par rapport aux bords 402 du rebord 218. L'angle a est ainsi de 90 degrés et le coin 404 est pointu. Cette forme facilite le démontage du couvercle en une seule pièce sans déchirer le rebord 218. Selon une autre solution, les coins 502 (figure 5) peuvent présenter des crans, de sorte que les bords 504 des filaments 220 et les bords 506 du rebord 218 sont à un angle A, inférieur à 90 degrés. Ceci aide à réduire la probabilité que le rebord 218 se déchire, mais augmente la difficulté et le coût de l'entretien de l'outillage (non représenté) utilisé pour matricer la protection 101, puisque les outils de matriçage auront tendance à s'user quand on les utilise, ce qui provoque l'arrondissement des coins 502. Le bord 406 entre le bord 400 et un bord 408 du couvercle 108 en une seule pièce est arrondi pour aider le filament à rester attaché sur le couvercle en une pièce. Le couvercle 108 en une seule pièce comprend des ouvertures d'inspection 250 (dont seuls certains sont numérotés, figure 2) situées sur l'intégralité du couvercle en une seule pièce. Les ouvertures d'inspection fournissent un accès visuel au circuit situé sous la protection et fournissent également un accès pour une sonde d'essai (non représentée). La protection peut comprendre une partie en une seule pièce surélevée 252 si le circuit 104 (représenté sur la figure 1) recouvert par celle-ci est plus haut que les parois latérales 110. Lorsque la protection 101 est attachée, à l'origine, au substrat 102 au cours du processus de fabrication, les pieds 112 sont soudés sur les socles 120. Les parois latérales circonscrivent le circuit 104 (représenté sur la figure 1). Le couvercle 108 en une seule pièce recouvre la zone prédéterminée sous la protection et définit ainsi un volume protégé, avec les parois latérales 110 et le substrat 102. La protection 101 est connectée à la terre par la connexion soudée des pieds 112 et des socles 120, assurant un trajet d'impédance faible pour les signaux électromagnétiques. La protection électromagnétique 101 est assemblée et fixée sur un substrat 102 de telle sorte que la protection électromagnétique assemblée entoure sensiblement le circuit électrique 104. La base 106 repose sur une zone réceptacle 121 du substrat 102. La zone réceptacle 121 comprend, de préférence, un ruban de cuivre qui est électriquement couplé à un plan de masse (non représenté) par l'intermédiaire de trous traversants plaqués (non représentés). La zone réceptacle 121 présente une forme géométrique similaire à celle de la base 106 et encercle sensiblement le circuit 104 qui doit être protégé par la protection électromagnétique 101. Les parois latérales 110 sont électriquement couplées à la zone réceptacle 121 par l'intermédiaire d'une soudure ou d'un époxyde conducteur. Tant que le circuit 104 situé sous la protection 101 fonctionne correctement, la protection assure une protection contre les interférences électromagnétiques. Le circuit électrique 104 peut être n'importe quel circuit qui émet, ou qui est sensible à, une énergie électromagnétique --par exemple, un circuit oscillateur, une ligne de transmission microruban, ou un circuit logique numérique. Les filaments 220, 234, 236 sont suffisamment résistants pour empêcher le démontage du couvercle 108 en une seule pièce lors d'une utilisation normale de l'ensemble de substrat abritant le dispositif 100, et la protection fournit une certaine protection physique pour le circuit 104 en absorbant de petites forces d'impact. Si le circuit 104 à l'intérieur de la protection 101 a besoin de réparations, les ouvertures d'inspection 250 sont utilisées pour inspecter le circuit 104 à la fois visuellement et à l'aide de sondes d'essai. Si des réparations sont nécessaires, le couvercle 108 en une 'seule pièce est facilement démonté. Ceci est réalisé par un technicien qui saisit le couvercle en une seule pièce au niveau de l'une des ouvertures d'inspection 250 (par exemple à l'aide de pinces à téléphone effilées), et en tirant sur le couvercle en une pièce. Le couvercle 108 va se détacher, en se brisant au niveau des rayures 302 des filaments 220. Les filaments se brisent proprement le long des rayures 302, les coins carrés 404 garantissant que le rebord 218 ne se déchire pas. De plus, en situant la rayure 302 au niveau de l'extrémité de la base du filament 220, la partie du filament qui reste après que le couvercle en une seule pièce ait été déchiré (c'est-à-dire, la partie du filament située entre la rayure et le rebord 218) est très courte. La force de déchirement est ainsi exercée sur le rebord, qui résiste à la déformation beaucoup mieux que le filament, ce qui permet de réduire sensiblement la déformation du matériau qui reste après le démontage du couvercle en une seule pièce. La base 106 reste fermement attachée au substrat 102, comme le montre la figure 7. Un couvercle de remplacement 700 (figure 7) comprend une pluralité de doigts 702 situés en des emplacements prédéterminés sur la périphérie du couvercle de remplacement 700. Les doigts 702 sont des ressorts qui s'étendent vers l'extérieur et vers le bas à partir d'un corps central planar 704. Dans un mode de réalisation préféré, les doigts 702 sont formés en tant que partie intégrante du corps du couvercle de remplacement 704. Dans un autre mode de réalisation, les doigts 702 peuvent être attachés au corps planar 704 par un moyen approprié tel qu'un soudage des saillies sur le corps planar 704. Le couvercle de remplacement 700 comprend également des saillies sensiblement rectangulaires 706 entre les doigts 702. Les saillies 706 sont sensiblement dans le même plan que le corps central, et s'étendent vers l'extérieur à partir du corps planar 704 pour se placer sur le rebord 218 de la base 106. Le couvercle de remplacement 700 et la base 106 comprennent de préférence un matériau métallique compatible et approprié permettant de réduire au minimum la corrosion après l'assemblage. Dans un mode de réalisation préféré, le couvercle 700 est fabriqué, en utilisant une technique connue de matriçage progressif, qui, dans une mise en pratique était une feuille de 0,18 mm d'épaisseur d'un alliage élastique de nickel-argent revenu, bien que n'importe quelle épaisseur appropriée puisse être utilisée. Le matériau est suffisamment élastique pour que les doigts 702 fassent office de ressorts. Le couvercle de remplacement 700 est réuni avec la base 106 pour renfermer sensiblement le circuit 104 représenté sur la figure 8. Le couvercle de remplacement 700 est positionné au-dessus du, et sensiblement de manière adjacente au, rebord 218 de la base 106. Les doigts 702 sont alignés avec un bord d'une grande ouverture respective 226 de sorte qu'ils n'entrent en contact avec aucun matériau résiduel provenant d'un filament retiré. Le couvercle 700 est ensuite repoussé, de préférence, par pression, jusqu'à ce que les articulations en saillie 900 (figure 9) des doigts 702 passent sous le rebord 218 et s'enclenchent sous le rebord, le rebord étant pincé entre les saillies 706 et les doigts 702. Les doigts 702 sont des ressorts qui sont comprimés pour glisser au-delà du rebord et pour être pressés contre le rebord 218 pour se bloquer sous le rebord 218 dès que l'articulation 900 est passée par dessus le rebord. Les saillies 706 se placent fermement contre le rebord 218, sont maintenues en position par les doigts 702. Le pincement des doigts 702 et des saillies 706 empêche le couvercle 700 de cliqueter ou d'être démonté -- par exemple, du fait des vibrations-- en limitant tout déplacement du couvercle 700 après l'assemblage. De préférence, les saillies sont légèrement recourbées de sorte qu'une pointe 902 de chacune des saillies s'accroche au rebord 218. Cet accrochage garantit qu'il existe une connexion électrique avec la base 106 à travers les saillies. La connexion électrique fournit un raccourci vers la terre et ainsi un trajet à faible impédance vers la terre, puisque l'impédance est proportionnelle à la longueur du trajet et à la conductance du couvercle de remplacement 700 et de la base 106. La figure 8 illustre une vue en perspective d'un ensemble de protection électromagnétique assemblé et réparé 800 qui est positionné sur le substrat 102. Comme décrit en détail ci-dessus, l'ensemble de protection électromagnétique assemblé 800 comprend le couvercle de remplacement 700 réuni avec la base 106, de sorte que le couvercle 700, le rebord 218 et les parois latérales 110 renferment le circuit électrique (non représenté). Chaque doigt 702 est verrouillé sur le rebord 218 afin de fournir une zone o les connexions électriques sont possibles entre le couvercle 700 et la base 106. En plus de cette zone de contact électrique, les saillies 706 sont en contact avec le rebord 218 du fait d'une force normale dirigée vers le bas qui s'exerce sur le couvercle 700 grâce aux connexions des doigts 702 et au rebord 218. Ainsi, l'ensemble de protection électrique complètement assemblé 800 fournit une multiplicité de points de contact électrique o le couvercle 700 est réuni avec la base 106, ce qui augmente l'efficacité de la protection fournie par l'ensemble de protection électromagnétique assemblé 800. Si on le souhaite, le couvercle de remplacement 700 peut être soudé sur la base 106. Toutefois, la force élastique exercée par les doigts 702 écrase le rebord 218 entre les saillies 706 et les doigts, ce qui le maintient fermement en place sans soudage. La protection fournit un procédé et un appareil permettant de protéger un circuit électrique qui est disposé sur un substrat. Avec la présente invention, le circuit électrique est suffisamment protégé tandis qu'une enceinte de protection maintient un profil bas et nécessite une zone de substrat réduite, par rapport aux techniques de protection de la technique antérieure, et pour un faible coût. En outre, la protection facilite l'accès au circuit électrique dans le cas o des réparations sont nécessaires. L'accès peut être obtenu en tirant simplement vers l'arrière le couvercle en une seule pièce. Le couvercle de remplacement peut alors être fixé sur la base. Le couvercle de remplacement ne doit être utilisé que dans les cas o des réparations sont nécessaires, ce qui réduit le coût moyen de la protection par rapport au coût engendré par l'utilisation d'ensembles de protection dans tous les cas. REVENDICATIONS 1. Protection électromagnétique (10i) qui fournit une protection électromagnétique à un circuit électrique (104) qui est disposé sur un substrat (102), la protection électromagnétique comprenant: une base (106) comprenant des parois latérales présentant une hauteur prédéterminée, les parois latérales définissant un périmètre d'un volume protégé; un couvercle en une seule pièce (108) qui s'étend à partir de la base pour définir le dessus du volume protégé; et caractérisée en ce que des filaments fins, en une seule pièce (220, 234) connectent le couvercle en une seule pièce et la base, les filaments fins en une seule pièce étant séparés par des ouvertures qui circonscrivent et qui définissent sensiblement le périmètre du couvercle en une seule pièce, les ouvertures comprenant au moins une ouverture allongée (226), dans laquelle le couvercle en une seule pièce est facilement brisé, à partir de la base, sans endommager la base. 2. Protection électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que les filaments en une seule pièce comprennent une rayure (302). 3. Protection électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que la base comprend, en outre, un rebord (218) qui circonscrit le couvercle en une seule pièce. 4. Protection électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que les filaments en une seule pièce (220, 234) sont de largeurs différentes. 5. Protection électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que le couvercle en une seule pièce comprend des ouvertures d'inspection (250). 6. Ensemble comprenant la protection électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que un substrat (102) comprend un circuit déposé sur celui-ci; et la protection électromagnétique est montée sur le substrat, la base de protection est dimensionnée de façon à circonscrire au moins une partie du circuit, la base étant électriquement connectée sur le circuit. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que les rayures se trouvent à l'extrémité de la base des filaments rayés. 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un couvercle destiné à être monté sur la base, le couvercle (700) comprenant des doigts élastiques (702) qui peuvent glisser par dessus le bord et s'enclencher sur la base sous le bord et des saillies (706) qui peuvent se placer sur la base, les doigts élastiques maintenant le couvercle de la base. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en outre en ce que les doigts élastiques comprennent des articulations (900) qui se positionnent sous le bord. 10. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en outre en ce que les saillies sont recourbées de sorte qu'une pointe des saillies s'accroche dans la base pour réaliser une connexion électrique avec celle- ci.