Brevet FR2830375A1 — publié le 20030404

La présente invention concerne un dispositif pour la connexion de deux cartes de circuits imprimés. Plus particulièrement il permet la connexion de deux cartes situées au moins partiellement l'une au-dessus de l'autre. Il est déjà connu de relier deux cartes de circuits imprimés en utilisant des barrettes de connexion. Ces barrettes sont par exemple munies de broches de liaison traversantes et sont soudées sur chacun des circuits. Le problème inhérent à ce type de connexion vient du fait que lorsque l'on utilise un dispositif de soudure dit "à la vague" la face à souder du circuit imprimé est déplacée dans un bain de soudure maintenue à l'état liquide. De ce fait un premier circuit est soudé à la barrette d'interconnexion. Ce circuit est ensuite retourné. Un second circuit est mis en place sur l'autre face de la barrette. Le second circuit est ensuite soudé "à la vague". De ce fait pour souder une barrette d'interconnexion entre deux circuits imprimés il est nécessaire de faire passer le premier circuit deux fois dans le dispositif de soudure à la vague. Le dispositif de soudure à la vague est en effet incapable de souder en même temps deux faces opposées. La fabrication de tels circuits soudés sur deux faces opposées est donc longue, complexe (nécessité de retourner le circuit en cours de fabrication) et coûteuse (deux machines sont nécessaires si l'on veut un temps de cycle produit correct). Un autre moyen de connexion entre une barrette d'interconnexion et un circuit imprimé, consiste à l'insérer à force dans une partie complémentaire. Dans ce cas là (appelé"press fit"), les broches de la barrette ne sont pas soudées mais simplement insérées à force dans des trous correspondants ménagés sur le circuit. Le temps de fabrication est plus court (puisqu'il n'y a pas besoin de retourner le circuit), mais l'insertion simultanée des broches de part et d'autre de la barrette dans un circuit imprimé, nécessite que les circuits soit placés de manière très rigoureuse l'un par rapport à l'autre. Le moindre décalage entre les deux circuits peut provoquer la rupture des broches lors de l'insertion, sans compter l'extrême difficulté de conception de l'outillage mécanique d'insertion et de maintien du connecteur (trop faible espace de prise et de maintien de la verticalité). De ce fait ce type de connexion en force n'est pas utilisé pour connecter deux cartes imprimées se recouvrant au moins partiellement. Pour pallier le problème d'insertion simultanée de deux circuits, il est possible d'insérer un premier circuit puis d'insérer un second circuit dans un second temps. Cependant ce type de fabrication nécessite de passer deux fois au poste d'insertion et complique le procédé de fabrication, ce qui le rend plus coûteux et plus long. Le but de la présente invention est de pallier l'ensemble de ces inconvénients et de créer un dispositif de connexion pouvant être placé entre deux cartes de circuits imprimés, de manière simple, rapide et peu coûteuse. A cet effet la présente invention concerne un dispositif pour la connexion de deux cartes de circuits imprimés, les dites cartes se recouvrant au moins partiellement l'une l'autre, le dit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est disposé entre les deux cartes au niveau de leur recouvrement et en ce qu'il comporte un support muni sur une première face d'une pluralité de broches à souder, et sur une seconde face d'une pluralité de broches à insérer en force. Avantageusement c'est un même élément de connexion qui présente une partie à souder formant broche à souder et une partie à insérer formant broche à insérer. Avantageusement encore la broche à insérer est munie d'un épaulement coopérant avec un épaulement du support de telle sorte que la force d'insertion ne dépasse pas un certain seuil. Ceci de manière à ne pas répercuter sur les broches soudées une force qui tendrait à provoquer la rupture du joint soudé. Avantageusement le support est muni d'élément de connexion non relié électriquement. Ces éléments assurent dans ce cas un rôle de rigidification du dispositif de connexion et garantissent un bon alignement des broches. En outre le dispositif est muni d'au moins deux rangées de broches par connecteur, ce qui garantit le bon alignement. En variante, les éléments de connexion peuvent assurer en même temps une fonction de rigidification et une fonction de connexion électrique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique en coupe, d'un dispositif de connexion selon la présente invention, La figure 2 est une vue schématique de dessous, du dispositif représenté à la figure 1, La figure 3 est une vue schématique en coupe, illustrant la mise en place du dispositif de connexion selon la présente invention entre deux circuits imprimés se chevauchant au moins partiellement, et La figure 4 est une vue schématique représentant l'évolution de la force d'insertion F en fonction de la hauteur d'insertion, pendant l'étape d'insertion. Selon la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3, le dispositif 10 de connexion selon la présente invention comporte : - un support 11, de forme sensiblement parallélépipédique, en matière synthétique dure et - une pluralité d'élément de connexion 12, adaptés pour réaliser une liaison électrique. Ces éléments de connexion sont réalisés dans un matériau électriquement conducteur. Les éléments de connexion 12 comportent deux parties d'extrémité appelées broches 13,14. Les broches 13 sont des broches à insérer, tandis que les broches 14 sont des broches à souder. Une première face du support 11 porte une pluralité de broches à souder 13 et une seconde face porte une pluralité de broches à insérer 14. On notera que ces broches sont, de préférence, disposées selon deux rangées sur chacune des faces du support 11. Les broches à souder 14 sont de forme carrée et sont adaptées à recevoir un joint de soudure 20 (figure 3), une fois mise en place dans un premier circuit imprimé 21. De manière classique ce joint de soudure remonte le long du fût des broches 14 et constitue un bourrelet de part et d'autre du circuit imprimé 21. La connexion électrique est ainsi assurée entre le circuit imprimé 21 et les broches à souder 14. Les broches à insérer 13 présentent un soufflet interne (vide ou plein) 15 destiné à créer une certaine élasticité. Ces broches sont insérées dans un orifice métallisé 16 ménagé dans un second circuit imprimé 17 (voir figure 3). De manière connue c'est la déformation élastique de ces broches dans l'orifice métallisé 16 qui assure la connexion électrique entre ces broches et le circuit imprimé 17. Les broches à insérer 13 comportent également un épaulement 18 adapté à coopérer avec un épaulement complémentaire 19 ménagé dans le support 11 (figure 3). Le procédé de connexion selon l'invention comporte les étapes suivantes : - soudure des broches à souder 14 sur le premier circuit imprimé 21, et - insertion des broches à insérer 13 dans le second circuit imprimé 17 recouvrant au moins partiellement le dit premier circuit. Le dispositif de connexion 10 selon l'invention est placé dans une zone de recouvrement des deux circuits imprimés 17 et 21. Ainsi il réalise la connexion électrique directe entre ces deux circuits. D'un coté (au niveau du second circuit 17) les broches 13 sont simplement insérées dans le second circuit 17, de l'autre coté les broches 14 sont soudées au premier circuit. Le recouvrement des deux circuits peut être total (ce qui permet notamment de réduire la dimension totale du système) ou partiel. Les deux circuits peuvent être des circuits comportant des épaisseurs de conducteurs analogues ou des circuits à épaisseurs de conducteurs différentes (par exemple un circuit dit de puissance et un circuit électronique). Le problème inhérent à ce mode de fabrication en deux temps (d'abord soudure, puis insertion) est de ne pas casser les joints de soudure 20 déjà réalisés lorsque l'on vient insérer les broches 13 dans le circuit imprimé 17. En effet, lors de l'insertion une force F s'exerce selon l'axe des éléments de connexion 12 (figure 3). Or comme les extrémités 14 de ces éléments de connexion 12 sont déjà soudées, il y a risque de rupture des joints soudés 20 lors de l'insertion en force des broches 13 dans le second circuit imprimé 17. Pour éviter ce problème l'invention propose de réaliser un épaulement 18 sur la broche de connexion. En effet cet épaulement permet de réduire la force appliquée au joint soudé 20, lors de l'insertion. Ainsi une partie de la force d'insertion est répartie dans le support 11 lui-même, car l'épaulement 18 de la broche coopère avec un épaulement 19 dans le support. La force transmise passe en partie directement du support 11 au circuit 21 par simple contact d'appui, ce qui limite l'effet direct sur le joint soudé. Une fois les deux circuits 17,21 placés l'un en face de l'autre, l'étape d'insertion selon l'invention consiste à contrôler, via la maîtrise de la force d'insertion F, que la mise en butée du circuit 17 sur le support 11 ne dépasse pas une valeur seuil (160 Newtons par broche (seuil de rupture des joints soudés), dans l'exemple représenté). Ce contrôle s'effectue à l'aide d'un vérin électrique muni de jauges de contrainte. Une première jauge est en contact avec la face du support 11 portant les broches à insérer et une seconde jauge étant en contact avec la face supérieure du circuit 17 (se trouvant à l'opposée de celle qui est au contact du support 11). La mesure des contraintes exercées entre ces deux faces lors de l'insertion permet de garantir un bon placement des circuits 17 et 21 par rapport au support qu'elle que soit l'épaisseur de ces supports. La pression d'arrêt du vérin se situe par exemple entre 120 et 140 Newtons par broche ; c'est la force Fmax à partir de laquelle il faut arrêter l'insertion (voir figure 4). Cette force maximum d'insertion Fmax (140N) est choisie légèrement inférieure au seuil de rupture (160N) par mesure de sécurité. Un détecteur de force (figure 4) retrace l'effort d'insertion en fonction de la hauteur d'insertion h et permet de vérifier que F1 la force dite d'insertion par broche se situe entre 40 et 100 Newtons par broche (dans l'exemple donné). Dans l'exemple représenté la zone d'insertion B correspond à la partie de la courbe dans laquelle le circuit 17 est en contact de butée sur le support 11. On a noté qu'avec des broches à souder 14 présentant un diamètre de l'ordre de 1 mm, il est ainsi possible de limiter la force d'insertion entre 40 et 100 N par broche. Ceci permet d'éviter la rupture des joints soudés déjà réalisés. Bien entendu l'étape d'insertion est arrêtée dés que l'effort d'insertion dépasse la force maximale admissible (ici 140 N). Il est à noter que le dispositif de connexion selon l'invention peut présenter une faible hauteur (de l'ordre de 8 mm par exemple). On notera que lors de l'étape d'insertion on appuie sur la face supérieure du circuit 17 (face opposée à celle jouxtant le support 11). Avantageusement on place au moins deux supports 11 sur le circuit 17 de manière à répartir uniformément l'effort transmis à ce circuit 17. On cherche notamment à éviter qu'un appui unilatéral sur le circuit 17 provoque le basculement de ce circuit. Dans le cas où un seul support 11 serait nécessaire il est préférable de placer une entretoise entre les circuits 17 et 21 de manière à garantir que la force d'insertion F se répartit uniformément sur tout le circuit 17. Ceci permet de garantir le bon alignement des éléments de connexion 12 avec les orifices 16 et les orifices percés dans le circuit 21 pour recevoir la broche à souder 14. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-dessus décrit et représenté. Ainsi les dimensions du dispositif de connexion peuvent différer de celles indiquées à titre d'exemple. De même la forme du support et sa matière peuvent être différentes de celles représentées, l'important étant qu'il comporte des moyens adaptés à réduire et/ou limiter la force d'insertion transmise aux broches soudées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion de deux cartes de circuits imprimés (17,21), les dites cartes se recouvrant au moins partiellement l'une l'autre, le dit dispositif (10) étant caractérisé en ce qu'il est disposé entre les deux cartes au niveau de leur recouvrement et en ce qu'il comporte un support (11) muni sur une première face d'une pluralité de broches à souder (14) et sur une seconde face d'une pluralité de broches (13) à insérer en force. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les broches à insérer (13) et à souder (14) sont constituées par un seul et même élément de connexion (12). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de l'élément de connexion (12) servant de broche à insérer (13) comporte un épaulement (18) adapté pour répartir les forces d'insertion dans tout le support (11). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de l'élément de connexion servant de broche à insérer (13) comporte un soufflet élastique vide ou plein (15) adapté pour se déformer lors de son insertion dans un orifice (16) correspondant du circuit imprimé (17) auquel est relié le dispositif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que certaines broches à insérer et/ou à souder (13,14) ont une fonction de rigidification mécanique du dispositif de connexion. 6. Procédé de connexion de deux cartes de circuits imprimés entre elles, le dit procédé mettant en oeuvre un dispositif de connexion (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - soudure des broches à souder (14) sur un premier circuit imprimé (21), et - insertion des broches à insérer (13) dans un second circuit imprimé (17) recouvrant au moins partiellement le dit premier circuit. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que de préférence pendant l'étape d'insertion la force d'insertion (F) est de 40N à 100N par broches, le dit procédé étant arrêter dés que la force d'insertion F est supérieure ou égale à 140 N/broche.