Brevet FR2777708A1 — publié le 19991022

l Arrière plan de l'invention La présente invention concerne ainsi un connec- teur électrique comportant au moins un contact à ressort dé- formable élastiquement et, en particulier, un connecteur électrique interposé entre une carte de circuit imprimé et une pièce électronique, ce connecteur électrique connectant électriquement la carte de circuit imprimé à la partie élec- tronique par application d'une force de compression appliquée de l'extérieur. Comme la pièce électronique à laquelle on se réfère dans la présente description comprend la carte de cir- cuit imprimé, la présente invention concerne également un connecteur qui connecte électriquement deux cartes de cir- cuits imprimés. En se référant aux figures 1, 2 et 3A à 3D, on décrira ci-après trois connecteurs existants selon l'art an- térieur. Au départ, un premier connecteur électrique exis- tant sera décrit en se référant à la figure 1. A la figure 1, un contact à ressort 10 est fixé à un isolateur 20 dans une partie centrale de celui-ci. Le contact à ressort 10 comporte respectivement une saillie de contact ronde 18 à l'endroit d'un sommet courbé de celui-ci, et une seconde zone de contact 19 à son extrémité inférieure. Le contact à ressort 10 est placé dans une position initiale indiquée par une ligne en trait plein, dans un état normal dans lequel aucune force extérieure n'est appliquée. Dans cet état, la saillie de contact ronde 18 est placée dans la posi- tion la plus éloignée de la surface de l'isolateur 20, c'est à dire une position se trouvant sur une ligne en tirets et doubles points s'étendant parallèlement à la surface de l'isolateur 20. Lorsqu'une pièce électronique (non représentée) est rapprochée de la surface de l'isolateur 20 dans une di- rection de connexion perpendiculaire à celle-ci, la patte de contact de la pièce électronique vient toucher la saillie de contact ronde 18. Par suite, le contact à ressort 10 est dé- formé élastiquement pour passer de la position initiale à une position déformée indiquée par une ligne en tirets et doubles points. A la suite du déplacement du contact à ressort 10 passant de la position initiale (ligne en trait plein) à la position déformée (ligne en tirets et doubles points), la saillie de contact ronde 18 glisse sur la surface inférieure de la pièce électronique, sur une certaine distance. En d'au- tres termes, la surface inférieur de la pièce électronique est essuyée par la saillie de contact arrondie, sur la cer- taine distance ci-dessus. Cette distance est représentée par Dl dans la figure, et sera appelée longueur d'essuyage du contact à ressort 10. En se référant ensuite à la figure 2, on décrira un second connecteur électrique existant. Le second connecteur électrique existant est ana- logue au premier connecteur électrique existant, sauf que le rayon de courbure du sommet courbé du contact à ressort 10 est supérieur à celui du premier connecteur électrique exis- tant. Avec cette structure, la saillie de contact ronde 18 est amenée en contact avec la patte de contact de la pièce électronique, sur une zone plus large que dans le cas du pre- mier connecteur électrique existant. Par suite, le contact à ressort 10 du second connecteur électrique existant présente une longueur d'essuyage D2 plus petite que la longueur d'es- suyage Dl du premier connecteur électrique existant. On re- marquera ici que, dans le cas o la force de contact entre la patte de contact de la pièce électronique et la saillie de contact 18 du contact à ressort 10 du second connecteur élec- trique existant, est égale à celle du premier conducteur électrique existant, la force de contact par unité de surface de la partie de contact est plus faible dans le second connecteur électrique existant que dans le premier connecteur électrique existant. En se référant aux figures 3A à 3D, on décrira un troisième connecteur électrique existant. Ce connecteur est décrit dans la Publication de Brevet Japonaise JP-A- 73960/1997. Chacun d'un certain nombre de contacts à ressort 220 en forme de U comprend une plaque métallique à laquelle on donne une forme généralement en U, par estampage et cour- bure. Le contact à ressort 220 en forme de U comporte une saillie de contact ronde 221 formée à l'endroit de son sommet courbe. Le contact à ressort 220 en forme de U comporte, à une première extrémité de celui-ci, une partie légèrement courbée vers l'intérieur de la forme de U, tandis qu'une se- conde zone de contact 222 est formée à l'endroit de la partie légèrement courbée. L'autre extrémité 223 du contact à res- sort 220 en forme de U est plus large que la partie restante du contact à ressort 220 en forme de U, ce qui empêche le contact à ressort 220 en forme de U, de glisser en s'échap- pant ou de se dégager de l'un, correspondant, d'un certain nombre de trous de réception de contact 211 formés dans l'isolateur 20. Entre le sommet courbé et la seconde zone de contact 222, le contact à ressort 220 en forme de U est muni d'une première partie courbe 224 courbée vers l'extérieur de la forme de U, et une seconde partie courbe 225 courbée vers l'intérieur de la forme de U. De plus, le contact à ressort 220 en forme de U comporte, entre le sommet courbé et l'autre extrémité 223, une troisième partie courbe 226 courbée vers l'intérieur de la forme de U. Comme représenté à la figure 3B, les trous de la pluralité de trous de réception de contact 211 sont séparés les uns des autres par un certain nombre de cloisons de sépa- ration 212 présentant chacune une longueur plus courte que l'épaisseur de la plaque de l'isolateur 20 percée des trous de réception de contact 211. Par suite, un jeu 213 est formé entre l'extrémité inférieure de chacune des cloisons de sépa- ration 212, et la surface supérieure d'une carte de circuit imprimé 90. Chacun des trous de réception de contact 211 est un trou traversant formé dans l'isolateur 20 et dans lequel on introduit le contact de ressort 220 en forme de U. Chaque trou de réception de contact 211 présente une section rectan- gulaire et s'étend généralement perpendiculairement à la sur- face de l'isolateur 20. Chaque trou de réception de contact 211 comporte une partie supérieure élargie vers son extrémité supérieure, de façon que la largeur A à l'extrémité supé- rieure soit plus grande que la largeur B de la partie infé- rieure. En se référant à la figure 3A, l'intervalle formé entre les deux jambes opposées de chacun des contacts à res- sort 220 en forme de U, est supérieur à l'intervalle C formé entre la seconde partie courbe 225 et l'autre extrémité 223. Le contact à ressort 220 en forme de U est formé de façon que l'intervalle C soit supérieur à la largeur B (figure 3B) de la partie inférieure du trou de réception de contact 211. Comme représenté à la figure 3B, lorsque le contact à ressort 220 en forme de U est introduit dans le trou de réception de contact 211 formé dans l'isolateur 20, la seconde partie courbe 225 et l'autre extrémité 223 sont comprimées et maintenues fermement dans la partie inférieure du trou de réception de contact 211, du fait que l'intervalle C du contact 220 est supérieur à la largeur B de la partie inférieure du trou de réception de contact 211. A ce moment, la seconde zone de contact 222 du contact à ressort 220 en forme de U est déplacée d'une position P (figure 3A) sur la surface supérieure de la carte de circuit imprimé 90, vers une position Q (figure 3B) légèrement décalée vers la gauche. On remarquera ici que la position P est décalée vers la gau- che par rapport à une position R dans laquelle une perpendi- culaire à la saillie de contact ronde 221 du contact à ressort 220 en forme de U, coupe la surface supérieure de la carte de circuit imprimé 90. En se référant à la figure 3C chacun des contacts à ressort 220 en forme de U est comprimé entre la surface in- férieure d'un composant électronique 100, et la surface supé- rieure de la carte de circuit imprimé 90, de manière à se déformer élastiquement. En se référant à la figure 3D, la connexion électrique entre le composant électronique 100 et la carte de circuit imprimé 90 a été complètement effectuée. Pendant la déformation élastique, la seconde zone de contact 222 du contact à ressort 220 en forme de U est déplacée plus loin vers la gauche le long de la surface supérieure de la carte de circuit imprimé 90, pour passer de la position Q à une position S (figure 3C) légèrement décalée vers la gauche, puis finalement à une position T encore légèrement décalée vers la gauche. Dans le premier connecteur électrique existant, la saillie de contact ronde formée à l'endroit du sommet courbé du contact à ressort, est fortement déplacée dans la direction perpendiculaire à la direction de connexion. Par suite, lorsque la patte de contact de la pièce électronique est petite, la saillie de contact ronde du contact à ressort risque éventuellement de ne pas toucher la patte de contact de la pièce électronique. Dans le second connecteur électrique existant, le rayon de courbure du sommet courbé du contact à ressort est supérieur au rayon de courbure du premier connecteur électri- que existant, de sorte que le déplacement dans la direction perpendiculaire à la direction de connexion, est petit. Ce- pendant, la force de contact entre la saillie de contact ronde du contact à ressort et la patte de contact de la pièce électronique, par unité de surface, est faible. Dans le troisième connecteur électrique existant, la première partie courbe et la seconde partie courbe sont présentes entre la première zone de contact et la seconde zone de contact du contact à ressort. Par suite, l'inductance du connecteur est grande. Résumé de l'invention La présente invention a donc pour but de créer un connecteur électrique capable d'éviter que la zone de contact d'un contact à ressort soit fortement déplacée dans une di- rection perpendiculaire à la direction de connexion. Un autre but de la présente invention est de créer un connecteur électrique qui assure une grande force de contact, par unité de surface, entre les zones de contact d'un contact à ressort et d'une pièce électronique. Un autre but encore de la présente invention est de créer un connecteur électrique qui présente une faible in- ductance. D'autres buts de la présente invention apparaî- tront plus clairement au cours de la description qui suit. A cet effet, la présente invention concerne un connecteur électrique comprenant un contact à ressort muni d'un sommet courbé formant une zone de contact destinée à être amenée en contact avec une patte d'une pièce électroni- que extérieure, et un isolateur supportant le contact à res- sort, caractérisé en ce que le contact est muni d'une paire de saillies de contact formées symétriquement sur le sommet courbé du contact, ces saillies de contact étant disposées de façon que, lorsque la pièce électronique s'approche perpendi- culairement de la surface de l'isolateur, l'une des saillies de contact touche en premier la patte de la pièce électroni- que, puis l'autre des saillies de contact touche enfin la patte de la pièce électronique après que le contact à ressort ait été déformé élastiquement par la pièce électronique. Suivant d'autres caractéristiques de l'inven- tion: * les deux saillies de contact sont réalisées sous la forme de saillies au moyen d'une opération de courbure à la presse, * les deux saillies de contact sont réalisées sous la forme de saillies rondes au moyen d'une soudure, * le contact à ressort est réalisé d'une façon générale sous une forme de U et présente une partie courbe à l'endroit du sommet courbé, une partie généralement plate partant de l'une des extrémités de la partie courbe, une seconde zone de contact formée à une extrémité partant de la partie gé- néralement plate, et une partie de ressort partant de l'autre extrémité de la partie courbe, l'isolateur compor- tant un trou de réception de contact dans lequel est in- troduit le contact à ressort, ce trou de réception de contact comportant une partie de maintien de contact et une partie permettant la rotation, de manière à permettre la rotation du contact à ressort. * le contact comporte une paire de parties d'engagement for- mées dans la partie généralement plate, et une paire de saillies formées sur l'isolateur de manière à empêcher le contact à ressort de glisser hors de l'isolateur, tout en le supportant en rotation. * un certain nombre de contacts à ressort et un certain nom- bre de trous de réception de contact sont disposés dans le sens de la longueur et dans le sens transversal du connec- teur. Brève description des dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier connecteur électrique existant; - la figure 2 est une vue en coupe d'un second connecteur électrique existant; - les figures 3A à 3D sont des vues en coupe destinées à dé- crire le processus de montage et de connexion d'un troi- sième connecteur électrique existant; - la figure 4 est une vue en coupe d'un connecteur électrique selon un premier mode de réalisation de la présente inven- tion; - la figure 5 est une vue en coupe d'un connecteur électrique selon un second mode de réalisation de la présente inven- tion; - la figure 6A est une vue en perspective d'un connecteur électrique selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, représentant le connecteur dans un état débranché; - La figure 6B est une vue en perspective d'un contact à res- sort en forme de U du connecteur électrique illustré à la figure 6A; - la figure 7 est une vue en coupe du connecteur électrique illustré à la figure 6A; - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7, sauf que le connecteur est dans un état connecté; - la figure 9 est une vue en perspective éclatée d'un appa- reil électrique équipé du connecteur électrique selon le troisième mode de réalisation de la présente invention, avant qu'un couvercle soit monté sur celui-ci; - la figure 10 est une vue en perspective éclatée de l'appa- reil électrique illustré à la figure 9, avec le couvercle monté sur celui-ci; et - la figure 11 est une vue en coupe de l'appareil électrique illustré à la figure 10, pendant le montage. Description des modes de réalisation préférentiels En se référant aux figures 4 à 11, on décrira maintenant plusieurs modes de réalisation préférentiels de la présente invention. En se référant tout d'abord à la figure 4, un connecteur électrique selon un premier mode de réalisation de la présente invention comporte un contact à ressort 10 muni, comme paire de premières zones de contact, de saillies de contact rondes 11 et 12 qui sont formées symétriquement des deux côtés du point culminant d'un sommet courbé du contact à ressort 10. Les saillies de contact rondes 11 et 12 sont for- mées par soudure sur la surface du contact à ressort 10, à la manière de goujons (saillies). Le contact à ressort 10 est fixé à un isolateur 20 dans une partie centrale de celui-ci, et comporte une seconde zone de contact 13 à son extrémité inférieure, du côté gauche. Le contact à ressort 10 est placé dans une position initiale indiquée par une ligne en traits pleins, dans un état naturel dans lequel aucune force exté- rieure n'est appliquée. Dans cet état, la saillie de contact ronde 11 est placée dans la position la plus éloignée de la surface de l'isolateur 20, c'est à dire une position se trou- vant sur une ligne en tirets et doubles points s'étendant pa- rallèlement à la surface de l'isolateur 20. Lorsqu'on approche une pièce électronique (non représentée) de la surface de l'isolateur 20, dans une direc- tion de connexion perpendiculaire à celle-ci, l'une des sail- lies de contact rondes, c'est à dire la saillie 11, touche en premier une patte de contact de la pièce électronique. En- suite, le contact à ressort 10 est déformé élastiquement par la pièce électronique de manière à venir dans une position déformée indiquée par une ligne en tirets et doubles points. Enfin, l'autre des saillies de contact rondes, c'est à dire la saillie 12, touche la patte de contact de la pièce élec- tronique. A la suite du mouvement indiqué ci-dessus du contact à ressort 10 pour passer de la position initiale (in- diquée par la ligne en trait plein) à la position déformée (indiquée par la ligne en tirets et doubles points), la patte de contact de la pièce électronique est amenée en contact avec tout d'abord l'une des saillies de contact rondes, c'est à dire la saillie 11, et enfin avec l'autre des saillies de contact rondes, c'est à dire la saillie 12. Ici, la position de contact de la patte avec chacune des saillies de contact rondes 11 et 12, est essentiellement la même. Par suite, la longueur d'essuyage "d" est extrêmement faible et beaucoup plus petite que les longueurs d'essuyage Dl et D2 des premier et second connecteurs électriques existants. En se référant ensuite à la figure 5, celle-ci représente un second mode de réalisation de structure analo- gue à celle du premier mode de réalisation, sauf qu'une paire de saillies de contact 11 et 12 sont formées par une opération de courbure du sommet courbe du contact à ressort 10. Ainsi, le contact à ressort 10 est réalisé sous la forme d'un "W" inversé à l'endroit du sommet courbe, de sorte qu'il comporte deux crêtes placées dans des positions symétriques. Le fonctionnement est analogue à celui décrit en se référant au premier mode de réalisation, et ne sera donc pas décrit plus en détail. En se référant aux figures 6A à 11, on décrira un troisième mode de réalisation de la présente invention. En se référant tout d'abord aux figures 6A et 7, un certain nombre de contacts à ressort 10 en forme de U sont logés dans un certain nombre de trous de réception de contact 21 formés respectivement dans un isolateur 20. Dans l'état illustré dans les figures aucune force extérieure n'est ap- pliquée. Chacun des contacts à ressort 10 en forme de U est constitué d'une plaque métallique à laquelle on a donné la forme générale d'un U par estampage et courbure. Comme représenté à la figure 6B, le contact à ressort 10 en forme de U comporte une partie courbe 14, une paire de saillies de contact rondes 11 et 12 formées symétri- quement des deux côtés du point culminant de la partie courbe 14, une partie généralement plate 15 partant d'une extrémité de la partie courbe 14, une seconde zone de contact 13 formée à une extrémité partant de la partie généralement plate 15, une partie de ressort 16 partant de l'autre extrémité de la partie courbe 14, et une paire de parties d'engagement 17 ré- alisées sous la forme d'encoches formées des deux côtés de la partie généralement plate 15. En se référant à la figure 7, chaque trou de ré- ception de contact 21 formé dans l'isolateur 20 est un trou traversant présentant une section rectangulaire et s'étendant perpendiculairement à la surface de l'isolateur 20. Une paroi intérieure du trou de réception de contact 21 comporte une surface verticale 22, une surface inclinée 23 reliée à la surface verticale 22, et une paire de saillies 24 formées des deux côtés de la jonction entre la surface verticale 22 et la surface inclinée 23. L'autre paroi intérieure du trou de ré- ception de contact 21, opposée à la première paroi inté- rieure, comporte une surface verticale 25, une surface inclinée 26 reliée à la surface verticale 25, une saillie 27 reliée à la surface inclinée 26, et une surface inclinée 28 reliée à la saillie 27. Dans le cas o aucune force exté- rieure n'est appliquée, le contact à ressort 10 en forme de U est maintenu, par les saillies 24, en prise avec les parties d'engagement 17, la surface verticale 22 et la saillie 27. La structure interne du trou de réception de contact 21 est for- mée de façon qu'on puisse faire tourner et déplacer le contact à ressort 10 en forme de U, pour le faire passer d'une position dans laquelle aucune force extérieure n'est appliquée (indiquée par une ligne en tirets et doubles points à la figure 8) à une position dans laquelle chacune des sail- lies de contact rondes 12 et de la seconde zone de contact 13, sont reliées ensemble (comme indiqué par une ligne en trait plein à la figure 8). Il En se référant à la figure 8, lorsqu'une pièce électronique (boîtier 100 à réseau de grille plat (LGA) qui sera décrit ci-après en association avec la figure 11) est amenée à s'approcher perpendiculairement de la surface de l'isolateur 20, une patte ou méplat de contact de la pièce électronique touche en premier l'une des saillies de contact rondes 11 du contact à ressort 10 en forme de U placé dans la position indiquée par une ligne en tirets et doubles points. Ensuite, le contact à ressort 10 en forme de U est déformé élastiquement pour se déplacer vers la position indiquée par une ligne en trait plein. Enfin, la patte de contact de la pièce électronique vient toucher l'autre 12 des saillies de contact rondes du contact à ressort 10 en forme de U. A ce moment, la patte de contact de la pièce électronique vient en contact avec les saillies de contact rondes 11 et 12 du contact à ressort 10, dans des positions différentes sur la surface inférieure de la pièce électroni- que. La distance entre les positions différentes est repré- sentée par un déplacement d dans une direction perpendi- culaire à la direction de connexion, c'est à dire la longueur d'essuyage du contact à ressort 10. Le déplacement d est plus petit que le déplacement el + e2 du contact à ressort 120 en forme de U dans la direction de connexion. En considérant maintenant les figures 9 à 11, on décrira un appareil électronique équipé du connecteur élec- trique selon le troisième mode de réalisation de la présente invention. L'appareil électronique comprend une plaque ar- rière 60, un film isolant 70, une carte de circuit imprimé 90, un cadre 30, un boîtier 100 à réseau de grille plat (LGA), et un couvercle 40, ces différents éléments étant em- pilés les uns sur les autres dans cet ordre. Le cadre 30 re- çoit l'isolateur 20 portant sur celui-ci un certain nombre des contacts à ressort 10 en forme de U. La plaque arrière 60, le film isolant 70, la carte de circuit imprimé 90 et le cadre 30 sont fixés ensemble en utilisant deux broches 80 d'emboîtement à la presse. Le couvercle 40 est fixé au cadre au moyen de quatre boulons à vis 50. La combinaison de la carte de circuit imprimé 90, du cadre 30, de l'isolateur 20 et des contacts à ressort 10 en forme de U, est appelée en- semble de carte 110. La combinaison du cadre 30, de l'isola- teur 20 et des contacts à ressort 10 en forme de U, est appelée ensemble de cadre 120. Comme on le comprendra d'après la description ci- dessus, la présente invention présente les effets suivants: 1. Il est possible de réduire le déplacement de la zone de contact des contacts dans la direction perpendiculaire à la direction de connexion. Par suite, dans le cas o les contacts du connecteur électrique sont disposés avec un pas étroit, la zone de contact du contact à ressort vient toucher de façon fiable la patte de contact de la pièce électronique, même si cette patte de contact de la pièce électronique est petite. 2. En réduisant la courbure du sommet courbe du contact à ressort, on peut augmenter la force de contact par unité de surface entre la zone de contact du contact à ressort et la patte de contact de la pièce électronique. 3. Même si le contact à ressort en forme de U est petit, la force de contact entre la zone de contact du contact à ressort en forme de U et la patte de contact de la pièce électronique, peut être augmentée du fait que le déplace- ment du contact à ressort en forme de U dans la direction de la force de compression, est grand. 4. Comme la partie comprise entre la première zone de contact et la seconde zone de contact du contact à ressort en forme de U est plate et courte, l'inductance du connecteur peut être réduite. 5. Comme les parties d'engagement formées dans le contact à ressort en forme de U sont en prise avec les saillies for- mées sur l'isolateur, on peut empêcher le contact à res- sort en forme de U de glisser hors de l'isolateur. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Connecteur électrique comprenant un contact à ressort (10) muni d'un sommet courbé formant une zone de contact des- tinée à être amenée en, contact avec une patte d'une pièce électronique extérieure, et un isolateur (20) supportant le contact à ressort (10), caractérisé en ce que le contact est muni d'une paire de saillies de contact (11, 12) formées symétriquement sur le sommet courbé du contact, ces saillies de contact (11, 12) étant disposées de façon que, lorsque la pièce électronique s'approche perpendiculai- rement de la surface de l'isolateur (20), l'une (11) des saillies de contact touche en premier la patte de la pièce électronique, puis l'autre (12) des saillies de contact tou- che enfin la patte de la pièce électronique après que le contact à ressort (10) a été déformé élastiquement par la pièce électronique. ) Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux saillies de contact (11, 12) sont réalisées sous la forme de saillies au moyen d'une opération de courbure à la presse. 3 ) Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux saillies de contact (11, 12) sont réalisées sous la forme de saillies rondes au moyen d'une soudure. 4 ) Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact à ressort (10) est réalisé d'une façon générale sous une forme de U et présente une partie courbe (14) à l'endroit du sommet courbé, une partie généralement plate (15) partant de l'une des extrémités de la partie courbe (14), une seconde zone de contact (13) formée à une extrémité partant de la partie généralement plate (15), et une partie de ressort (16) partant de l'autre extrémité de la partie courbe (14), l'isolateur (20) comportant un trou de réception de contact (21) dans lequel est introduit le contact à res- sort (10), ce trou de réception de contact (21) comportant une partie de maintien de contact et une partie permettant la rotation, de manière à permettre la rotation du contact à ressort (10). ) Connecteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le contact (10) comporte une paire de parties d'engagement (17) formées dans la partie généralement plate (15), et une paire de saillies (24) formées sur l'isolateur (20) de ma- nière à empêcher le contact à ressort (10) de glisser hors de l'isolateur (20), tout en le supportant en rotation. 6 ) Connecteur électrique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que un certain nombre de contacts à ressort (10) et un certain nombre de trous de réception de contact (21) sont disposés dans le sens de la longueur et dans le sens transversal du connecteur.