Brevet FR2807907A1 — publié le 20011019

Liaison électrique entre un point de connexion et une piste conductrice appliquée sur une plaque, en particulier sur une plaque de vitrocéramique. L'invention concerne une liaison entre au moins un point de connexion électrique, en particulier pour un système de capteur, et une piste conductrice appliquée sur une plaque, en particulier sur une plaque de verre ou de vitrocéramique. Dans le document DE 40 22 845 C2, il est indiqué que des couches métalliques appliquées par un procédé de sérigraphie sur une plaque de vitrocéramique peuvent être reliées à des contacts électriques par brasure ou par collage. Cependant, on a constaté que le brasage ou le collage ne permettaient pas d'obtenir une liaison électro- conductrice parfaitement fiable dans le temps. Le document DE 197 07 664 A1 décrit une piste conductrice qui est appliquée sur une plaque de vitrocéramique. Etant donné que la réalisation des points de connexion sur la plaque de vitrocéramique utilisée comme plaque de cuisson est une opération complexe et chère, il est proposé une connexion mécanique au moyen de doigts de contact. Il est connu, de par le document WO 88/05 428 A1, de relier un composant électronique (puce) à une carte à circuit imprimé au moyen de bouts de fil soudés par un procédé de soudage par ultrasons. Des capteurs de température disposés sur une plaque de cuisson en vitrocéramique sont décrits dans les documents US 4 237 368 et DE 40 22 845 C2. Des pistes conductrices sont aménagées sur la plaque de vitrocéramique. L'agencement des points de connexion est laissé ouvert. Par le document DE 197 11 541 A1, on apprend que l'on peut coller un film métallique sur la face inférieure pourvue de reliefs en forme de boutons d'une plaque de cuisson en vitrocéramique. Le document DE 692 04 564 T2 décrit un procédé de métallisation sans courant électrique d'un modèle en un matériau autre que du verre, appliqué sur un support en verre. La métallisation doit permettre la réalisation de liaisons avec des éléments électriques, en particulier par soudage par ultrasons. Le but de la présente invention est de proposer une liaison du type indiqué en introduction, qui soit résistante à la corrosion, résistante aux chocs thermiques, résistante à la traction et électriquement conductrice. Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que la piste conductrice est appliquée sur une surface de la plaque pourvue de reliefs en forme de boutons et que l'élément de liaison est soudé par ultrasons à l'ensemble composite formé de la piste conductrice et de la plaque, au niveau d'un vallon entre boutons. Avec le soudage par ultrasons de l'élément de liaison sur l'ensemble composite formé de la piste conductrice et de la plaque, la fixation de l'élément de liaison sur la piste conductrice n'est pas seulement superficielle, comme c'est le cas dans une liaison soudée ou dans une liaison collée. Au contraire, on obtient avec le soudage par ultrasons une liaison qui traverse la piste conductrice très fine et implique celle- ci. On a ainsi, en plus de la liaison résultant de l'application de la couche conductrice sur la plaque, une force de liaison supplémentaire entre la piste conductrice et la plaque. Avec le soudage par ultrasons, les trois éléments de la liaison, à savoir la plaque, la piste conductrice et l'élément de liaison, sont assemblés de manière homogène. Il s'ensuit que l'élément de liaison est fixé d'une manière durable, résistante à la traction et aux chocs thermiques, à l'ensemble composite formé de la plaque et de la piste conductrice, et plus particulièrement à la plaque en tant qu'élément de support stable. Malgré les coefficients de dilatation thermique très différents de la plaque et de la piste conductrice, aucun décollement de la liaison n'est à craindre. Avec le soudage par ultrasons, on obtient automatiquement une conductivité élevée entre l'élément de liaison et la piste conductrice. La liaison réalisée par soudage par ultrasons offre également une résistance à la corrosion nettement plus élevée qu'une liaison soudée traditionnelle ou une liaison collée. Avec le soudage par ultrasons, à la différence d'une liaison soudée, on évite que la plaque, en particulier la plaque en vitrocéramique, soit soumise localement à une sollicitation thermique élevée, pouvant nuire à sa tenue dans le temps. La plaque présente une surface pourvue de reliefs en forme de boutons, la ou les pistes conductrices étant appliquées sur la surface portant les reliefs en forme de boutons. Pour améliorer la structure et obtenir une liaison sûre, l'élément de liaison est soudé par ultrasons à l'ensemble composite formé de la plaque et de la piste conductrice au niveau d'un vallon entre boutons. L'élément de liaison qui, par exemple, est un fil (fil de jonction) en un matériau de type Al-Si s'étend jusqu'au point de connexion fixé à la plaque et est connecté électriquement et relié mécaniquement audit point de connexion, ce qui peut être réalisé par soudage traditionnel ou par soudage par ultrasons. De préférence le point de connexion est disposé sur une platine de connexion - comme cela est courant en électronique - la platine de connexion étant fixée à la plaque, en particulier étant collée à celle-ci. Du point de connexion concerné, un cable électrique, par exemple, mène à un circuit électronique dont les détecteurs sont constitués par la ou les pistes conductrices. La piste conductrice, dont l'épaisseur est considérablement plus faible que celle de la plaque et est par exemple d'environ 100 nm, est appliquée sur la plaque de préférence par un procédé de sérigraphie, par projection cathodique ou par dépôt en phase vapeur. Pour protéger l'élément de liaison, plus particulièrement pour le protéger de la corrosion, ledit élément de liaison est noyé dans une masse de protection qui s'étend depuis le point de connexion jusqu'au- delà du point de soudage par ultrasons. La masse de protection est par exemple une résine époxyde thermodurcissable, sélectionnée en vue d'obtenir une bonne adhérence sur l'ensemble composite plaque-piste conductrice. La liaison décrite peut être appliquée par exemple à une plaque de vitrocéramique faisant partie d'une plaque de cuisson, les pistes conductrices constituant dans ce cas des surfaces sensibles et les points de connexion étant reliés à un système de capteur électronique. La liaison décrite peut aussi être appliquée à des plaques de verre, qui constituent par exemple les vitres de cheminées ou les hublots de fours de cuisson. La liaison décrite peut encore être appliquée à des bandeaux de commande en verre portant des organes de commande ou pour éviter la condensation dans des vitres chauffées de réfrigérateurs ou de congélateurs. D'autres avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation faite en référence au dessin. La figure unique représente un agencement de connexion en vue en coupe schématique. Une plaque de vitrocéramique 1 présente une surface 2 formant surface de pose pour des casseroles. Sur son autre surface 3 sont prévues des conformations ou reliefs en forme de boutons 4. La hauteur des boutons est par exemple comprise dans une plage allant de gm à 200 im. Des dispositifs de chauffage rayonnants courants sont associés à la plaque de vitrocéramique 1. Au moins une piste conductrice 5 est appliquée par sérigraphie, par projection cathodique ou par dépôt en phase vapeur sur la surface 3. La piste conductrice 5, dans les plaques de cuisson, sert de surface sensible de détection pour détecter les casseroles ou pour la mesure de température. La piste conductrice, dans une porte de four à micro-ondes, peut servir de blindage électromagnétique. Dans les portes de four de cuisson et les hublots de cheminées, la piste conductrice peut être prévue pour des raisons de sécurité, pour la mesure de la température. De préférence, la piste conductrice 5 est formée d'une couche de métal précieux, en particulier à base d'or ou de platine, dont le coefficient de dilatation thermique est sensiblement plus élevé que celui de la plaque 1. La piste conductrice 5 est appliquée sous forme de pâte à base de résine, par un procédé de sérigraphie. La piste conductrice 5 à une épaisseur d'environ 100 nm. Elle suit le relief des boutons et des vallons entre boutons (voir figure) . Une platine de connexion 6 est fixée à la surface 3 au moyen d'un adhésif 7. La platine de connexion 6 s'étend sur deux boutons ou plus, les vallons entre boutons étant comblés avec de l'adhésif 7. La platine de connexion 6 porte plusieurs surfaces de connexion 8 électro- conductrices, dont une seulement est visible sur la figure. Un câble 9 électrique est relié à la surface de connexion 8, ou aux surfaces de connexion, dans une zone 10. Le câble 9 mène à un circuit électronique. Une liaison soudée ou une liaison à enfichage peut être prévue dans la zone 10, un des éléments de la liaison à enfichage étant alors fixé à la platine de connexion 6. Pour relier la surface de connexion 8 à la piste conductrice 5, il est prévu un élément de liaison qui est formé d'un bout de fil. Le bout de fil 11 est un fil de jonction en un matériau de type Al-Si. Le fil a par exemple un diamètre d'environ 0,1 mm. L'une des extrémités du bout de fil 11 est soudée par un procédé à ultrasons à l'ensemble composite formé de la plaque de vitrocéramique 1 et de la piste conductrice 5. Le point de soudage est désignée de manière symbolique 12. Le bout de fil 11 lié par soudage ou le point de soudage 12 se termine de préférence sur la surface, ou de manière avantageuse dans la piste conductrice 5, car les informations doivent être transmises à travers celle-ci. Le point de soudage 12 est situé dans un vallon entre boutons, ce qui évite une dégradation de la piste conductrice 5, particulièrement sensible dans la région des sommets des boutons. Avec le soudage par ultrasons, on ne se limite pas seulement à connecter le bout de fil 11 à la piste conductrice 5 qui adhère exclusivement par l'effet de liaison résultant de l'application de ladite piste conductrice 5 sur la plaque de vitrocéramique. Par le procédé de soudage par ultrasons, on obtient une liaison supplémentaire entre la piste conductrice 5 et la plaque de vitrocéramique 1, dans la région du point de soudage 12 et au final, l'extrémité du bout de fil 11 est soudée à la plaque de vitrocéramique 1 dans la région du point de soudage 12. La résistance à la traction est d'au moins 200 cN. La résistance élevée de la liaison est obtenue grâce au soudage par ultrasons malgré des coefficients de dilatation thermique très différents pour la plaque de vitrocéramique 1 et pour la piste conductrice 5 soient. Dans la liaison bout de fil en un matériau de type Al-Si 11 - piste conductrice 5, en particulier piste conductrice en or, les matériaux mis en oeuvre sont très ductiles et -la finesse de la couche aidant - ils absorbent les différences de dilatation. La conductibilité thermique de la vitrocéramique est faible. Elle est de l'ordre de 1,5 W/mK. En revanche, la conductibilité thermique de la piste conductrice 5 est élevée. La résistance électrique de contact entre la piste conductrice 5 et le bout de fil 11 est faible, du fait du soudage par ultrasons. Elle est inférieure à 0,1 Ohm. La soudure réalisée par ultrasons est également résistante aux chocs thermiques et à la corrosion, ce qui est avantageux notamment lorsque, comme c'est le cas dans des appareils de cuisson, la liaison est exposée à des températures élevées et à l'humidité. Le bout de fil 11l s'étend sur un ou plusieurs boutons 4, en formant un arc libre, jusqu'à la surface de connexion 8 et est relié à celle-ci en un point 13. Une liaison par brasage, par soudage, par soudage par ultrasons ou par serrage peut être prévue en ce point. La flexion libre du bout de fil 11 entre les points 12 et 13 apporte une certaine élasticité ou flexibilité, avantageuse pour compenser les tolérances et également compenser les différences de dilatation thermique. Afin de protéger le bout de fil 11 et les points de connexion 12 et 13 des influences extérieures, il est prévu une masse de protection 14, sous la forme d'un bourrelet qui entoure le bout de fil 11 et recouvre les points de connexion 12 et 13. La masse de protection 14 adhère à la plaque de vitrocéramique 1 et à la piste conductrice 5. La masse de protection 14 est formée par exemple d'une résine époxyde thermodurcissable. La piste conductrice 5 peut servir de surface sensible pour divers cas d'applications. Elle peut servir à détecter une casserole dans le cas d'une table de cuisson ou bien être utilisée comme capteur de température, auquel cas, elle présente une résistance qui varie en fonction de la température. REVENDICATIONS 1. Liaison entre au moins un point de connexion électrique, en particulier pour un système de capteur, et une piste conductrice appliquée sur une plaque, en particulier sur une plaque de verre ou de vitrocéramique, dans laquelle un élément de liaison (11) électro- conducteur, qui s'étend jusqu'au point de connexion (13) et est connecté à celui-ci, est soudé par ultrasons à l'ensemble composite formé de la piste conductrice (5) et de la plaque (1) et dans laquelle le point de connexion (13) est fixé à la plaque (1), caractérisée en ce que la piste conductrice (5) est appliquée sur une surface (3, 4) de la plaque (1) pourvue de reliefs en forme de boutons et en ce que l'élément de liaison (11) est soudé par ultrasons à l'ensemble composite formé de la piste conductrice (5) et de la plaque (1) au niveau d'un vallon entre boutons. 2. Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la piste conductrice (5) est formée d'une couche de métal précieux, en particulier à base d'or ou de platine, dont le coefficient de dilatation thermique est sensiblement plus élevé que celui de la plaque (1). 3. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la piste conductrice (5) est appliquée sur la plaque (1) par un procédé d'impression par sérigraphie, par projection cathodique ou par dépôt en phase vapeur. 4. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la piste conductrice (5) est d'environ 100 nm. 5. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément de liaison est un bout de fil (11). 6. Liaison selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bout de fil (11) a un diamètre d'environ 0,1 mm. 7. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément de liaison (11) est réalisé en un matériau de type Al-Si. 8. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément de liaison (11) s'étend jusqu'au point de connexion(13) en formant un arc au-dessus au moins un bouton. 9. Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément de liaison (11) est noyé dans une masse de protection (14) qui depuis le point de connexion (13) jusqu'au delà du point (12) de la soudure par ultrasons. 10.Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le point de connexion (13), en tant que surface de connexion (8), est disposé sur une platine de connexion (6) , qui est fixée à la plaque (1) au moyen d'un adhésif (7). 11.Liaison selon la revendication 10, caractérisée en ce que la platine de connexion (6) s'étend sur deux boutons (4) ou plus. 12.Liaison selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison est agencée de telle sorte que la résistance de contact entre la piste conductrice (5) et l'élément de liaison (11) soit inférieure à 0,1 Ohm. 13.Utilisation d'une liaison selon une quelconques des revendications précédentes dans une plaque vitrocéramique (1) d'une table de cuisson, caractérisée en ce que les pistes conductrices (5) forment des surfaces sensibles et le point de connexion (13) est relié électriquement à un système de capteur électronique. 14.Utilisation d'une liaison selon une quelconque des revendications 1 à 12 précédentes, dans des hublots d'inserts de cheminées ou dans des hublots de four de cuisson.