Brevet FR2787245A1 — publié le 20000616

Connecteur à contacts précontraints et son utilisation La présente invention a pour objet un connecteur à contacts précontraints et son utilisation. Un tel connecteur comporte des lames conductrices élastiques munies de queues de contact à souder, et une structure isolante dans laquelle les lames conductrices élastiques prennent appui. Elle trouve plus particulièrement son utilisation dans le montage de connecteurs sur un circuit imprimé, notamment dans le montage en surface de connecteurs destinés à assurer une connexion électrique entre des microcircuits d'une carte à puce et des systèmes électroniques. Ces systèmes électroniques sont, dans un exemple préféré, ceux de lecteurs de cartes à puce ou de téléphones mobiles. Ce type de connecteur comporte des lames conductrices élastiques destinées à assurer des contacts électriques par pression avec des surfaces métalliques ou plages de contact présentes sur la carte à puce. Par ailleurs, le contact entre les queues de contact à souder du connecteur et la surface du circuit imprimé sur laquelle ces queues doivent être soudées doit être est un contact plan. L'intérêt de l'invention se trouve dans l'amélioration de la coplanéité du contact électrique entre une quelconque queue de contact à souder et la surface du circuit imprimé. Les connecteurs destinés à un montage en surface fabriqués actuellement comportent des queues de contact à souder dont une extrémité libre est cambrée pour former un plan de contact avec le circuit imprimé. Chaque queue de contact à souder définit un plan de contact local destiné à venir au contact du circuit imprimé. Une prise en compte de tous les plans de contact locaux définit une distribution, dans le sens de l'épaisseur, des contacts du connecteur par rapport au plan du circuit imprimé. En effet, lors de la fabrication d'un connecteur, le cambrage des lames conductrices élastiques est réalisé selon des procédés qui ne permettent pas d'obtenir facilement une bonne répétabilité en ce qui concerne la coplanéité des queues de contact à souder (montage en surface). C'est-à-dire qu'entre deux lames conductrices élastiques il peut exister des différences de forme et/ou de cotes sensibles. D'une part une queue de contact à souder d'une lame peut ne pas être parfaitement plane. D'autre part, deux queues de contact à souder, chacune pouvant être plane, peuvent avoir des plans de contact différents et/ou non parallèles entre eux. Ce type de connecteur présente alors des problèmes. De manière générale, ce type de connecteur est composé d'une structure isolante thermoplastique et d'un certain nombre de contacts en bronze, six dans un exemple. Ces contacts sont traités et reçoivent un triple revêtement, de Nickel, puis d'étain-plomb et enfin une fine couche d'or pour la partie en contact avec une carte à puce. Les queues de ces contacts sont destinées à être montées en surface sur un circuit imprimé. Or dans ce type de réalisation il convient que, lors de la mise en oeuvre du produit, montage en surface du connecteur, ainsi que tout au long de la vie du dispositif sur lequel il est monté, et ce parfois dans des conditions de manipulation sévères, I'ensemble des contacts du connecteur puisse assurer une pression de contact suffisante pour une bonne transmission électrique. En effet, un connecteur de carte à puce appartenant, par exemple, à un téléphone mobile ou à tout autre système électronique pouvant être soumis à des vibrations, transmettra ces vibrations à la carte à puce ainsi qu'au connecteur. Dans ce cas, une baisse de la pression de contact sur la carte à puce est problématique car si une vibration est trop forte un contact entre la carte à puce et le connecteur peut être interrompu ou défectueux, même un bref instant, ce qui peut entraîner des erreurs de lecture ou d'écriture d'informations dans la carte à puce. C'est ainsi qu'il a été constaté que pour que le contact avec la carte à puce soit jugé satisfaisant, il est nécessaire que le plan d'appui des queues de contact à souder du connecteur soit confondu ou au moins quasi confondu avec le plan de contact du circuit imprimé. En fait, cette coplanarité permet aussi de répondre efficacement à une exigence dite de coplanéité, nécessaire pour la mise en ceuvre du procédé pour le montage en surface, CMS, exigence qui implique qu'un quelconque contact doit se trouver à l'intérieur d'un intervalle de tolérance maximum, qui est désiré faible, relativement au plan d'appui des queues de contact à souder du connecteur sur le circuit imprimé, plan d'appui qui définit un plan de référence pour la dite coplanéité. En outre, les contraintes de dimensions du connecteur ne permettent pas un guidage suffisamment précis des queues de contact à souder. Tout ceci implique que ce plan d'appui ne peut pas être à l'évidence déterminé de manière précise et reproductible et qu'ainsi une importante dispersion quant à la coplanéité est entraînée. De manière plus précise, pour assurer un soudage CMS efficace, des sorties de composants c'est-à-dire les queues de contact à souder doivent être conçues pour permettre de garantir une coplanéité inférieure à 0,1 mm. Ceci se traduit dans la réalité par une cote X, représentant une distance entre la face d'appui de l'isolant du composant et la face à souder des sorties CMS, dont l'intervalle de tolérance est de 0,1 mm (X + 0,05 mm). Cette cote X résulte d'un double cambrage d'une lame conductrice élastique (la zone de contact avec la carte à puce devant être élastique) et c'est l'élasticité de cette lame conductrice élastique qui est la cause de la plupart des problèmes rencontrés, notamment ceux définis précédemment. Cette élasticité varie en fonction de la matière employée pour réaliser une lame conductrice élastique, de son épaisseur, ou encore du traitement de surface appliqué. Ainsi, trop de grandeurs influent pour assurer l'obtention en grande série de lames conductrices élastiques avec une tolérance inférieure à plus ou moins 0,05 millimètre. En outre, ce problème induit un autre problème. En effet, sachant que la coplanéité du circuit imprimé avec le plan des contacts a une forte probabilité d'être imparfaite, on doit réaliser un contrôle de chaque connecteur. Outre le rebut occasionné, ce contrôle unitaire est d'autant plus long que le nombre de connecteurs est grand, ce qui crée une perte de temps et donc une augmentation du coût global d'un tel connecteur. La présente invention a pour objet de remédier aux problèmes cités en proposant un connecteur comportant une structure isolante et une pluralité de lames conductrices élastiques, maintenues dans cette structure, chaque lame étant munie d'une queue de contact à souder. La structure isolante comporte des butées alignées dans un plan. Les queues de contact à souder appuient sur ces butées dans ce plan par effet d'une précontrainte appliquée sur elles. Ainsi, la surface de contact des queues de contact à souder se retrouve plaquée dans le plan des butées, avec une précision de l'ordre de 0,02 mm sachant qu'on sait mouler les isolants avec une telle précision. De ce fait, le contact entre les queues de contact à souder du connecteur et la surface du circuit imprimé est un contact parfaitement plan. Ainsi, les zones de contact des lames élastiques avec la carte à puce se retrouvent aussi dans un plan parfaitement parallèle au plan de contact de la carte à puce. L'invention concerne donc un connecteur comportant une structure isolante et une pluralité de lames conductrices élastiques, maintenues dans cette structure isolante, chaque lame conductrice élastique étant munie d'une queue de contact à souder, caractérisé en ce que les queues de contact à souder sont précontraintes et que la structure isolante comporte des butées alignées dans un plan sur lesquelles pressent les queues de contact précontraintes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: une vue du connecteur selon l'invention; - Figure 2: une vue d'une lame conductrice élastique du connecteur selon l'invention; - Figure 3: une vue d'une plaque d'ancrage de la lame conductrice élastique avec ses deux bras latéraux; - Figure 4: une vue en coupe du connecteur selon l'invention. La figure 1 montre un connecteur 1 selon l'invention. Ce connecteur 1 comporte une structure isolante 2, et, dans un exemple préféré, six lames conductrices élastiques 3 à 8. Elles sont réparties par groupes de trois, symétriquement et régulièrement, le long de deux côtés 9 et 10 de la structure isolante 2, ces deux côtés 9 et 10 étant opposés. Par la suite, on limitera la description aux éléments situés du côté 9, les éléments du côté 10 se déduisent du côté 9 par symétrie. Les lames conductrices élastiques 3, 4, 5 respectivement sont munies de queues de contact à souder 11, 12, 13 respectivement. Dans un exemple préféré, ces queues de contact à souder sont en forme de plaques planes et situées à des premières extrémités des lames 3, 4 et 5 respectivement. De plus, ces queues de contact à souder 11, 12 et 13 sont disposées perpendiculairement au côté 9 de la structure isolante 2. En outre la structure isolante 2 comporte des butées 14, 15, 16 et 17 régulièrement alignées dans un plan. Ce plan est perpendiculaire au côté 9. Les queues de contact à souder 11, 12, 13 comportent un élargissement en forme de "T". Ces élargissements en forme de T, issus des queues de contact à souder 11, 12, 13, sont en appui sous les butées 14, 15, 16 et 17. Pour ce faire, chaque queue de contact à souder est située entre deux butées. Dans un exemple préféré, les butées 14 à 17 sont des structures s'élevant perpendiculairement au côté 9 et possédant au moins une face plane. Ces faces planes sont celles sous lesquelles appuient les queues de contact à souder. Ces butées sont rigides de sorte que des pressions appliquées par des queues de contact à souder sont insuffisantes pour déformer les plans d'appui des butées. Ainsi, les élargissements de la queue de contact à souder 11 sont en appui sur deux butées 14 et 15, la queue de contact à souder 12 est en appui sur deux butées 15 et 16 et ainsi de suite. Le plan des butées 14 à 17 est par conception (moulage) obtenu dans la tolérance recherchée. La figure 2 montre la lame élastique conductrice 3 hors du connecteur 1. Elle comporte une plaque d'ancrage 18 placée en position intermédiaire. Cette position intermédiaire est une position dans laquelle la plaque d'ancrage 18 est plus proche de l'extrémité comportant la queue de contact à souder 11 que de l'autre extrémité de la lame conductrice élastique 3. Cette plaque d'ancrage 18 est insérée en force dans un logement 19 prévu à cet effet dans la structure isolante 2. Ainsi la structure isolante 2 comporte autant de logements que de lames conductrices élastiques. Dans l'exemple représenté, la structure isolante 2 comporte donc six logements 19 à 24. Cette insertion en force de la plaque d'ancrage 18 permet d'assurer une liaison fixe entre la plaque d'ancrage 18 et la structure isolante 2. Cette plaque d'ancrage 18 déborde latéralement avec deux bras latéraux 25 et 26. L'insertion en force de la plaque d'ancrage 18 dans le logement 19 prévu à cet effet dans la structure isolante 2 a pour effet d'insérer les deux bras latéraux 25 et 26 dans deux rainures latérales réalisées dans chaque logement. La queue de contact 11 est précontrainte de manière à venir se plaquer sur les butées 14 et 15 une fois l'insertion de la lame réalisée. Cette opposition des butées 14 et 15 induit donc un maintien d'une déformation de la lame conductrice élastique 3 qui tout en étant permanente, reste une déformation élastique. La précontrainte permet d'assurer le contact de la queue de contact à souder 11 sur les butées 14 et 15. Dans le connecteur de l'invention, ce sont les butées 14, 15, 16 et 17 du côté 9 de la structure isolante 2 qui s'opposent aux forces de réaction appliquées par les queues de contact à souder 11, 12 et 13. La structure isolante 2 est obtenue, dans un exemple préféré, par moulage. Les procédés de moulage utilisés actuellement permettent d'obtenir des surfaces planes et des dimensions avec une précision de I'ordre de 0,02 mm. C'est-à-dire, qu'on peut obtenir des surfaces dont des variations de reliefs sont contenues dans un espace dont l'épaisseur peut être réduite jusqu'à environ 0,02mm. Les propriétés élastiques des lames sont alors utilisées. En effet, lors de l'appui des queues de contact à souder sur les butées, la force de réaction est suffisante pour obtenir une déformation des queues de contact à souder de telle manière qu'un contact entre une queue de contact à souder et une butée soit plan. Ainsi, la planéité obtenue dans le cas de l'invention pour les queues de contact à souder 11, 12 et 13, est supérieure à la planéité obtenue dans l'état de la technique. La figure 3 montre la plaque d'ancrage 18 munie de deux bras latéraux 25 et 26. Les deux bras de fixation 25 et 26 sont prolongés, parallèlement à un plan passant par la plaque d'ancrage 18, par deux ergots latéraux de fixation 27 et 28 respectivement. Un ergot latéral de fixation 27 ou 28 a une forme de harpon dont un premier flanc 29 ou 30 est perpendiculaire à une extrémité 31 ou 32 d'un bras latéral 25 ou 26 respectivement. Un deuxième flanc 33 ou 34 est oblique par rapport à l'extrémité 31 ou 32 respectivement. Les ergots 27 et 28 sont disposés de telle manière que, par rapport à une direction d'insertion de la plaque d'ancrage 18, ce sont les flancs obliques 33 et 34 des ergots 27 et 28 qui pénètrent en premier dans des rainures 35 et 36 respectivement prévues à cet effet dans des parois 37 et 38 d'un logement 39. Les flancs 29 et 30 des ergots 27 et 28 pénètrent en second lieu. Au début de l'insertion des bras latéraux 25 et 26 dans les rainures 35 et 36, les ergots 27 et 28 pénètrent dans des parois 40 et 41 des rainures 35 et 36 respectivement en regards. Ainsi les deux ergots 27 et 28 déforment les parois 40 et 41 sous l'effet d'un effort d'insertion appliqué à la plaque d'ancrage 18. Cette déformation des parois 40 et 41 a pour effet de produire une contrainte de compression sur les ergots 27 et 28 et donc de fixer la plaque d'ancrage 18. En fin d'insertion la plaque d'ancrage 18 arrive en butée sur des parois 42 et 43 constituant une terminaison des rainures 35 et 36 respectivement. Dans cet état, la plaque d'ancrage 18 ne peut plus avancer à cause des parois 42 et 43, ni bouger latéralement à cause des contraintes de compression appliquées par les parois 40 et 41 et ni revenir en arrière ceci à cause des flancs perpendiculaires 29 et 30 des ergots 25 et 26 qui s'opposent à tout mouvement de translation suivant cette direction de la plaque d'ancrage 18. La plaque d'ancrage 18 est donc fixe et ne possède aucun degré de liberté. De plus, deux coins avant 44 et 45 de la plaque d'ancrage 18 sont biseautés. Ces deux coins 44 et 45 sont les angles qui sont formés par les extrémités 31 et 32 des bras latéraux 25 et 26 avec des côtés 46 et 47 respectivement. Ces côtés 46 et 47 sont ceux qui, en fin d'insertion de la plaque d'ancrage 18, entrent en contact avec les parois 42 et 43 des rainures et 36 respectivement. Ces coins biseautés 39 et 40 permettent de favoriser l'engagement de l'ancrage 19 dans les rainures 35 et 36 respectivement. La figure 4 montre une coupe du connecteur 1 selon un plan de coupe passant par les lames élastiques conductrices 3 et 8 (la lame élastique conductrice 8 n'étant pas représentée). Dans un exemple préféré, un logement 19 recevant la lame conductrice 3 comporte une première ouverture sur le côté 9 de la structure isolante 2, ainsi qu'une deuxième ouverture sur un côté 48 perpendiculaire au côté 9 mais parallèle au plan de contact des butées. Ainsi, la lame conductrice élastique 3, introduite par le côté 9 est comprimée dans le logement 19. Pour cela, la lame conductrice élastique 3 a une forme rabattue et a une deuxième extrémité 49 qui se trouve dans un plan parallèle, mais non confondu, au plan passant par la plaque d'ancrage 18. Une partie de la lame conductrice élastique 3, située entre l'extrémité 49 et la plaque d'ancrage 18, est cambrée de telle manière qu'un morceau de cette partie débouche de la deuxième ouverture du côté 48, avec une forme en dos d'ane 50. C'est cette portion de la lame conductrice élastique 3 qui est destinée à réaliser un contact électrique entre la carte à puce et le connecteur 1. Cette zone de contact du dos d'âne 50 avec la carte à puce est mobile par rapport à la plaque d'ancrage. Ainsi, cette forme cambrée de cette partie de la lame conductrice élastique 3 permet, lors d'une pression appliquée, suivant un axe perpendiculaire au côté 48, d'obtenir un effet de ressort de la part de cette partie. Cet effet de ressort assure, dans un exemple préféré, un contact électrique par pression entre la lame conductrice élastique 3 et une plage de contact métallique sur la carte à puce. De plus, I'extrémité 49 de la lame conductrice élastique 3 est soumise à une deuxième précontrainte. Pour cela, elle est maintenue, par des butées entre des parois 37 et 38 du logement 19, à une hauteur telle qu'un écart entre une butée 51, réalisée dans la paroi 38, et le plan passant par la plaque d'ancrage 18 soit inférieur à l'écart entre ce même plan et l'extrémité 49, lorsqu'elle n'est soumise à aucune contrainte. L'extrémité 49 ne peut donc se déplacer dans un logement 52 que dans une seule direction, celle en regard de la butée 51. Un élargissement en T de l'extrémité 49 de la lame conductrice élastique 3 permet de prendre appui sur cette butée 51. Cette dernière précontrainte a pour but notamment d'assurer approximativement un même plan de contact à toutes les zones de contact, ce plan de contact étant parallèle au plan de contact des queues de contact à souder. L'écart entre un sommet 53 du dos d'âne et le côté 48 est tel qu'un enfoncement du dos d'âne 50 dans le logement 19, dû à une pression appliquée par la carte à puce lors de la connexion, laisse toujours au moins l'extrémité 53 hors du logement 19. Ainsi, la force de réaction résultante assure un plaquage suffisant des zones de contact du connecteur 1 sur les plages de contact de la carte à puce pour avoir un contact électrique par pression selon les critères exposés cidessus. Lors de l'insertion d'une lame conductrice élastique 3 dans le logement 19 de la structure isolante 2, il faut exercer un pincement entre la plaque d'ancrage 18 et l'extrémité 49. Ceci permet à l'extrémité 49 d'être insérée dans le logement 52. Après le relâchement de l'effort de pincement l'extrémité 49 vient en butée sur la butée 51. De plus, pendant l'insertion on place la queue de contact 11 de la lame conductrice élastique 3 comme défini précédemment. Dans ce cas, la lame conductrice élastique 3 est soumise à deux précontraintes en réaction avec la plaque d'ancrage 18. La première précontrainte est celle des queues de contact à souder 11, 12 et 13 sur les butées 14, 15, 16 et 17. Dans l'exemple, deux butées sont utilisées pour réaliser une précontrainte sur une queue de contact à souder. Ainsi chaque queue de contact à souder se trouve entre deux butées. Une conséquence de ce placement des queues de contact à souder entre les butées est que les lames ne sont plus mobiles. On limite ainsi les risques d'accrochage d'une lame de fixation lors des opérations de montage. La structure isolante 2 est réalisée, dans un exemple préféré, à partir d'un moulage en utilisant un matériau isolant thermoplastique. De tels matériaux possèdent des propriétés d'élasticité et de déformation utilisées notamment lors de l'insertion des ancrages des lames élastiques conductrices comme expliqué ci-dessus. Les lames conductrices élastiques 3 à 8 sont, dans un exemple préféré, en bronze, le bronze étant un matériau élastique et facile à former. C'est-à-dire qu'il peut être déformé facilement. Ce qui est un des buts recherchés lorsque les lames de contact viennent en appui sur les butées de la structure isolante. Les lames de contact épousent ainsi le relief issu des butées. De plus la structure en dos d'âne d'une lame conductrice élastique, et assurant le contact avec une carte à puce, est recouverte avec du nickel, un alliage d'étain-plomb et/ou de l'or afin d'améliorer les caractéristiques de contact de la lame conductrice élastique et ainsi de favoriser un bon contact électrique entre le connecteur 1 et une carte à puce. Il est en outre à noter que, en général les queues de contact des sorties CMS sont facilement déformables et que, par conséquent, la butée permet d'assurer également la protection des dites queues lors de toute manipulation. REVENDICATIONS 1 - Connecteur (1) comportant une structure isolante (2) et une pluralité de lames conductrices élastiques (3, 4, 5, 6, 7, 8), maintenues dans cette structure isolante (2), chaque lame conductrice élastique étant munie d'une queue de contact à souder (11), caractérisé en ce que les queues de contact à souder (11, 12, 13) sont précontraintes et que la structure isolante (2) comporte des butées (14, 15, 16, 17) alignées dans un plan sur lesquelles pressent les queues de contact (11, 12, 13) précontraintes. 2 - Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les queues de contact à souder sont en forme de plaques planes et situées à des premières extrémités des lames. 3 - Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les queues de contact à souder sous appuis des butées comportent un élargissement en forme de T. 4 - Connecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les lames conductrices élastiques sont munies en outre d'une plaque d'ancrage (18) placée en position intermédiaire dans la structure isolante (2). - Connecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque d'ancrage comporte des ergots latéraux de fixation (27, 28) sur la structure isolante, et en ce que les deux ergots latéraux (44, 45) de cette plaque d'ancrage sont biseautés. 6 - Connecteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lames conductrices élastiques ont une forme cambrée et sont comprimées dans des logements (19-24) de la structure isolante, une deuxième extrémité (49) des lames conductrices élastiques étant soumise à une deuxième précontrainte dans le logement de la structure isolante. 7 - Connecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lames conductrices élastiques ont une largeur égale à une fente de passage du logement et une deuxième extrémité en forme de T prenant appuis sur des bords de cette fente de passage. 8 - Connecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lames conductrices élastiques sont en bronze, en ce que des zones de contact sont recouvertes avec du nickel, un alliage étain-plomb et de l'or, et que la structure isolante est réalisée à partir d'un isolant thermoplastique. 9 - Utilisation du connecteur selon l'une des revendications 1 à 8 pour son montage en surface, par les queues de contact à souder, sur un circuit imprimé. 1 -T