Brevet FR2866990A1 — publié le 20050902

L'invention a pour objet les fusibles et leur utilisation sur des grilles de connexion, destinées, par exemple, à être utilisées dans des boîtiers de commutation protection pour véhicules automobiles. Ainsi qu'on le sait, une grille de connexion est une grille métallique découpée formant les broches de certains boîtiers de composants et leur prolongement moulé dans le boîtier isolant, à l'extrémité duquel est soudé une connexion de composant. On connaît des fusibles adaptés à être utilisés sur des grilles de connexion, ainsi que des procédés pour lier ces fusibles à ces grilles de connexion en sorte de former des grilles de connexion à fusible(s) intégré(s). Le document US 5 011 067 décrit par exemple une grille de connexion comportant une série de saillies, chacune présentant à son extrémité deux languettes destinées à être reliées par un fusible. On pose des brins de matière fusible transversalement aux languettes sur la grille de connexion. Chaque brin est composé de deux éléments susceptibles de former un alliage si l'on fournit une énergie suffisante au brin. On soude ensuite chaque brin aux languettes. A cet effet, au niveau de chaque saillie, on vient mettre ponctuellement en contact les extrémités d'une source d'énergie avec le brin de matière fusible à allier. Les éléments du brin s'allient grâce à l'énergie apportée par la source d'énergie, formant un fusible reliant les deux languettes. Les fusibles intégrés à une grille de connexion, ainsi connus, nécessitent un montage assez précis et complexe, et donc des temps de production importants, et génèrent, par conséquent, des coûts de fabrication élevés. D'autre part, ces fusibles sont soumis non seulement au courant qui les traverse, mais également à toutes les contraintes qui s'exercent dans la grille de connexion et qui leur sont transmises. Il y a donc un problème de performance qui est soulevé, puisque ces fusibles sont susceptibles de rompre, non seulement sous l'effet du courant qui les traverse, mais également sous l'effet de ces contraintes. En outre, les surfaces de contact de ces fusibles avec les extrémités des grilles de connexion sur lesquelles ils sont montés sont aléatoires, ce qui indique une faible répétibilité des performances et diminue la marge de manoeuvre disponible pour les concepteurs. La présente invention a, d'une manière générale, pour objet une grille de connexion permettant d'assurer de manière plus simple et plus rapide la fixation d'un fusible à la grille et conduisant en outre à d'autres avantages. De manière plus précise, elle a pour objet une grille de connexion, du genre comportant au moins une paire de branches pour la fixation à la grille d'un fusible par l'intermédiaire de ses extrémités longitudinales, caractérisé en ce que chacune des branches comporte une portion concave propre à constituer un berceau de réception pour l'une des extrémités longitudinales du fusible. Il en résulte une mise en place plus simple et au bon endroit du fusible sur la grille de connexion, ainsi qu'une zone de contact substantielle et permettant une liaison par soudure optimale. Suivant des dispositions préférées, éventuellement combinées: - ladite portion concave a une forme en U, - ladite portion concave est raccordée à une portion élastique de branche, - la portion élastique a globalement une forme en U inversé formant avec la portion concave en forme de U une forme en S, - la branche se raccorde à la grille de connexion par une portion de bras plat et forme une saillie de grille, s'étendant dans un évidement ménagé dans cette dernière. En outre, la disposition suivant l'invention se prête avantageusement à un développement suivant lequel la grille de connexion est montée sur un support issu de moulage de matière plastique et présentant un logement adapté à recevoir une portion dudit fusible dans l'espace formé entre les deux branches symétriques, et formant un berceau complémentaire de celui formé par les portions concaves des deux branches. De préférence, le support est surmoulé sur la grille de connexion. Suivant des dispositions préférées: - ledit logement comporte un évidement de réception de matière; - ledit logement est formé par, suivant une configuration globalement en demi cylindre creux, un fond incurvé et deux nervures latérales se dressant sur le fond et dont la surface supérieure est abattue par un chanfrein du côté logement; - ledit logement présente une ouverture au niveau de chacune de ses extrémités axiales, située en regard d'une portion concave d'une branche adjacente; - le logement s'évase dans la zone de chacune de ses ouvertures axiales. L'invention a également pour objet un ensemble comportant un grille de connexion telle que définie supra et au moins un fusible fixé à une paire de branches. Suivant une disposition préférée le fusible est soudé, notamment par laser, ou collé aux branches. Préférentiellement, ledit fusible comporte un alliage à bas point de fusion, au bénéficie notamment d'une protection des autres composants de la grille contre le feu, provoqué, par exemple, par un court-circuit. Avantageusement, une colle thermofusible est déposée sur ledit fusible. L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'une grille de connexion à fusible intégré, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à former, sur chacune des branches d'une paire de branches d'une grille de connexion, une portion concave propre à constituer un berceau de réception pour l'une des extrémités longitudinales d'un fusible en vue de la fixation du fusible à la grille par l'intermédiaire de ces extrémités. Suivant des dispositions préférées relatives à ce procédé : - il comporte une étape consistant à surmouler un support sur la grille de connexion après réalisation des portions concaves des branches; - il comporte une étape consistant à fixer un fusible aux portions concaves de la paire de branches; - l'étape de fixation comporte la mise en place d'un fusible dans les deux portions concaves de la paire de branches par dépôt d'un fil fusible au moyen d'une buse d'alimentation en fil fusible et la soudure, au moyen d'une tête laser, du fil fusible à chacune des portions concaves; - il comporte une étape consistant à recouvrir le fusible d'une colle thermofusible. Elle a enfin trait à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et qui comporte des moyens de support pour la grille de connexion, une tête laser et une buse d'alimentation en fil fusible, qui sont de préférence liées mécaniquement à un système d'axes robotisés. Avantageusement, des moyens de contrôle de la longueur de fil fusible déposé, notamment du type moteur pas à pas et galet d'entraînement, sont prévus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, d'un exemple préféré de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une grille de connexion selon l'invention; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle en perspective d'une extrémité de la grille illustrée sur la figure 1 et d'un support surmoulé sur cette grille; - la figure 3 est une vue en perspective de l'ensemble illustré sur la figure 2, après ajout d'un fusible; - la figure 4 est une vue en perspective de l'ensemble illustré sur la figure 3 et recouvert d'une colle hot-melt; et - les figures 5 à 12 sont des vues illustrant très schématiquement la mise en place et la soudure d'un fusible sur une grille surmoulée en vue de l'obtention de l'ensemble de la figure 3. Comme illustré sur la figure 1, une grille de connexion 1 métallique selon l'invention comporte trois paires de branches 2 destinées, chacune, à recevoir un fusible se présentant sous la forme d'un brin de matière fusible 3 (figure 3) et disposées l'une derrière l'autre le long d'un côté de la grille de connexion 1. Dans le mode de réalisation ici décrit, les branches 2 se présentent sous la forme de bandes de matière et sont d'un seul tenant avec le reste de Ça grille de connexion 1, en formant par découpe d'une plaque métallique une seule et même pièce avec le reste de la grille. Les branches 2 de chaque paire s'étendent parallèlement l'une à l'autre et font saillie du reste de la grille 1 dans des évidements 4 ménagés dans cette grille 1. Elles forment un plan de symétrie M1 coupant transversalement le fusible en son milieu et schématisé en traits interrompus sur la figure 3. Comme on le voit mieux sur la figure 2, chaque branche 2 comporte une extrémité libre 21, une portion élastique 22 et une portion de bras 23 plat (figure 1). L'extrémité libre 21 est en forme de U dont le creux est propre à recevoir le fusible 3 et à le maintenir aisément à la bonne place. Cette extrémité 21 présente une courbure adaptée à offrir une surface de contact pour soudage avec le fusible 3 qui soit maximale et permette un bon soudage, en particulier sans influence néfaste sur la forme du fusible 3. L'extrémité libre 21 est prolongée par la portion élastique 22. Cette portion 22 a globalement une forme en U inversé, formant avec l'extrémité en forme de U une forme en S, et est dimensionnée de manière à lui permettre d'absorber élastiquement des contraintes axiales. Elle est notamment moins large que l'extrémité libre 21. La branche 2 est donc capable de supporter des contraintes axiales, comme schématisé par la double flèche F, lorsque le fusible 3 est soumis à des contraintes résultant, par exemple, d'effets thermiques sur un support 5 du fusible 3 décrit plus en détail infra. La portion 22 est prolongée par le bras 23 qui est dimensionné de manière à conférer au fusible 3 la résistance souhaitée. Il s'étend dans le même plan que celui du reste de la grille de connexion 1, tandis que l'extrémité 21 et la portion élastique 22 en font partiellement saillie verticalement. Tel qu'il apparaît notamment sur la figure 3, un support 5 en matière plastique est surmoulé sur la grille de connexion 1. Ce support 5 comporte dans la zone de chaque paire de branches 2 deux portions extrêmes 51 et 52 qui s'étendent globalement de part et d'autre des extrémités libres 21 et portions élastiques 22 correspondantes et recouvrent respectivement une partie de l'évidement 4 et les bras 23. Elles sont d'un seul tenant avec une portion centrale 53 qui sert de support au fusible 3 (figure 3) entre les deux branches 2 correspondantes. La portion centrale 53 se présente globalement sous la forme d'un demi cylindre creux formé par deux nervures 54 de maintien en place du fusible 3, qui font saillie verticalement des portions extrêmes 51 et 52, et un fond incurvé 56. Ces nervures 54 sont légèrement plus épaisses que les extrémités 21 des branches 2 et présentent des surfaces supérieures qui sont abattues du côté interne du demi cylindre par des chanfreins 55. Ainsi, un fusible 3 posé sur la partie supérieure de l'une des nervures 54 a tendance à tomber à l'intérieur de la portion 53, sur le fond 56 de celle-ci. Le fond 56 comporte en son centre une creusure 57, de forme parallélépipédique et orientée selon l'axe du demi cylindre. Cet évidemment permet de loger une petite quantité de matière, comme une portion de matière fusible fondu après claquage du fusible 3 ou une matière pour prévenir la formation d'arcs électriques lors de ce claquage. Les deux ouvertures latérales du demi cylindre 58 qui sont situées aux extrémités axiales de la portion centrale 53 sont agencées, chacune, en regard du creux d'une des extrémités 21 en U des branches 2. En outre, ces ouvertures 58 s'agrandissent de l'intérieur de la portion centrale 53 vers l'extérieur, à la manière d'un divergent. A cet effet, les nervures 54 sont creusées d'élargissements 59, dont la largeur augmente vers l'extérieur de la portion 53. Ainsi, lorsque le fusible 3 se dilate, il n'est soumis à aucune contrainte et peut s'étaler dans l'espace dégagé par les ouvertures 58 et leurs élargissements 59. En pratique, le support 5 est surmoulé sur la grille de connexion 1 de manière à assurer que la portion 53 est placée en regard du creux du 8 formant chaque extrémité 21, grâce à quoi cette portion centrale 53 forme pour le fusible 3 un berceau complémentaire de celui formé par les extrémités 21 des branches 2. Comme on le voit mieux sur la figure 3, la matière plastique du support 5 pénètre dans des fentes 60 de la grille de connexion 1 au voisinage immédiat du fusible, à la faveur d'un ajustement optimal du coefficient de dilatation du sandwich grille 1/support 5 à celui du fusible 3 et d'une réduction des effets de contraintes thermiques différentielles sur ce dernier. Ce sandwich est également conçu de telle manière à limiter les effets mécaniques des autres composants fixés à la grille de connexion 1 sur le fusible 3. II en résulte que le fusible 3 est, en pratique, partiellement découplé de la partie de la grille de connexion 1 portant les autres composants. En pratique, le fait de créer un sandwich de métal et de matière plastique permet d'ajuster le coefficient de dilatation réel de celui-ci à celui du fusible 3 en définissant les dimensions de chacune des couches de ce sandwich. On observera encore (figures 3 et 4) que le support 5 est lié par emboîtement à la barre bus 61 de la grille de connexion 1, qui en pratique, porte les bras 2 et dans laquelle sont notamment ménagées les ouvertures 4 et les fentes 60. Comme il apparaît sur la figure 4, une fois le fusible 3 en place, il est recouvert d'une colle hot-melt 6 (thermofusible). En pratique, lorsque le fusible fond (claquage), la portion de fusible fondue peut se loger dans la creusure 57, et la colle 6 qui a fondu en même temps que la portion de fusible fondu prend la place de celui-ci. Cette colle 6 permet ainsi non seulement de maintenir le fusible 3 en place entre les nervures 54 mais également d'assurer qu'aucun arc électrique ne peut atteindre les éléments entourant le fusible lorsque celui-ci fond. De plus, cette colle 6 absorbe avantageusement toute énergie de vibration et protège le fusible 3 contre toute matière ionisable en comblant les vides environnant le fusible 3. Le fusible 3 est intégré dans une grille de connexion 1 de la manière suivante. La première étape consiste à se munir d'une grille de connexion 1 comportant des branches 2 décrites ci-dessus et réalisées par pliage. La grille de connexion 1 est, ici, munie de ces branches lors de la fabrication. Dans une variante, les branches sont fabriquées indépendamment puis soudées à la grille. La deuxième étape consiste à surmouler le support 5 sur la grille 2. Cette étape comprend la sélection d'un matériau approprié pour le support, ainsi que le placement de celui-ci par rapport aux branches, de sorte que la portion centrale décrite plus haut soit située en regard des creux des branches 2. La troisième étape consiste à mettre en place et souder le fusible 3 au moyen d'un procédé entièrement automatique qui va maintenant être décrit à, l'appui des figures 5 à 12. Ce procédé met en oeuvre une buse d'alimentation en fil fusible et une tête laser liées mécaniquement à un système d'axes robotisés. Par ailleurs, la longueur recherchée de fil fusible est contrôlée par des moyens du type moteur pas à pas et galet d'entraînement et le circuit surmoulé 1,5 de la figure 2 est positionné sur un support (non représenté sur les figures) qui garantit sa position par rapport au couple tête laser / buse d'alimentation en fil fusible. L'alliage utilisé pour le fil fusible est un alliage sans plomb, ici du type SnCu ou SnAgCu. Ces alliages présentent notamment de bonnes propriétés au fluage à chaud. Plus généralement, on pourra utiliser tout autre alliage bas point de fusion qui permette d'obtenir un fusible froid, c'est-à-dire un fusible dont la température de fusion est suffisamment base pour que, dans le cas d'un cas de claquage lent, le fusible arrive à couper le circuit avant que l'élévation de température de l'ensemble de tous les composants soit trop importante et conduise à la dégradation de ces mêmes composants. On rappellera à cet égard, qu'un claquage lent se caractérise par un court circuit intermittent avec une énergie de claquage insuffisante pour chaque court-circuit. Il en résulte que le fusible ne claque pas. L'énergie de claquage correspondante est dissipée vers l'ensemble des composants et la température de l'ensemble du système augmente jusqu'à ce que la température de fusion de l'alliage fusible soit atteinte. Alors il y a claquage du fusible et coupure du circuit. Il est donc important de bien choisir la température de fusion du fusible. En pratique, ce point de fusion est, ici, choisi inférieur ou égal à 250 C, de préférence inférieur ou égal à 232 C. Les alliages précités conviennent pour de telles températures. En pratique, plus la température de fusion est basse, plus le fusible est dit froid et mieux il protége les autres composants en cas de claquage lent, mais moins ses propriétés mécaniques sont bonnes. C'est pourquoi il faut également contrôler la dilatation du sandwich métal 1/matière plastique 5 et découpler l'entité fusible 3 du reste du produit. Avant la mise en position de la tête et de la buse au-dessus du circuit, les zones de soudure (portions concaves en forme de U du circuit 1), sont soumises à un fluxage et la buse d'alimentation en fil fusible est ensuite préchauffée. Puis, comme on le voit sur la figure 5, la tête laser 100 et la buse 200 d'alimentation en fil fusible préchauffée sont mises en position audessus du circuit de la figure 2 représenté schématiquement sur la figure 5 par une vue en coupe de deux portions concaves en forme de U 21 destinées à recevoir un fusible 3 et de deux parties adjacentes de la barre bus 61 délimitant l'ouverture 4 dans laquelle s'étendent ces deux portions concaves 21. Comme on peut le voir sur la figure 5, du fil fusible 300 destiné à former le fusible 3 est ensuite avancé au-dessus de la grille de connexion ou circuit 1 au moyen de la buse d'alimentation 200, puis le couple tête 100/buse 200 est abaissé pour mettre en place le fil 300 précité dans ses logements, à savoir les portions concaves 21 en forme de U (figure 6). On observera, à cet égard, que le fil 300 dépasse de chaque côté des portions concaves 21: - du côté gauche pour avoir une réserve de matière fusible qui viendra lors de la fusion remplir par capillarité la zone de soudure. Ceci justifie le décrochement 62 dans la barre bus 61 du côté de celle-ci adjacent à la portion 21 recevant en premier le fil fusible 300, qui permet d'éviter un contact thermique du fil avec le circuit. Si il y avait un contact thermique, l'énergie de soudure partirait par conduction dans le circuit et la qualité de la soudure serait instable. - du côté droit par nécessité du procédé mis en oeuvre. On effectue ensuite (figure 7), au moyen de la tête laser 100, une soudure laser dans la portion concave 21 en forme de U ayant reçu en premier du fil fusible 300. La mise en oeuvre du laser provoque une fusion de la matière à souder et le fil de brasure vient remplir la forme par capillarité. Puis le laser est coupé et le couple tête laser 100/buse d'alimentation 200 est déplacé avec déroulement simultané du fil fusible 300 au-delà de la partie interne de la barre bus 61 (flèche G de la figure 8). La soudure laser du second point (deuxième portion concave 21 située, du côté interne de la grille de connexion 1 par rapport à la portion concave 21 ayant reçu en premier du fil fusible 300) est ensuite effectuée. Pendant l'opération de soudure, dès que la fusion de l'alliage est atteinte, il y a en outre alimentation contrôlée complémentaire en fil fusible 300 (flèche H de la figure 9) pour combler la zone de soudure. Puis on procède à un retrait (flèche I de la figure 10) du fil fusible 300 par recul de la buse d'alimentation 200 en vue de séparer le fil fusible 300 de la zone de soudure. On remarquera, à cet égard, que le laser est toujours activé. Le tir laser est ensuite arrêté et le couple tête laser 100/buse d'alimentation 200 est remonté (flèche J de la figure 11). Enfin, on procède à une opération de recul du fil fusible 300 dans la buse d'alimentation 200 (flèche K de la figure 12) pour redresser à chaud le coude précédemment formé, en vue de fabriquer le fusible suivant. On appréciera que le fait d'utiliser une source laser permet de contrôler au mieux la zone de soudure affectée thermiquement en modifiant le moins possible la structure métallurgique du fusible dans chacune des deux zones de soudure affectées thermiquement. En pratique, ce procédé automatique et la forme en S qui reçoit le fil fusible permet d'envisager la soudure de plusieurs fils fusibles les uns à côté des autres, et par conséquent, la réalisation de calibres de claquage différents et à volonté. La dernière étape consiste enfin à recouvrir l'ensemble formé à la quatrième étape d'une colle 6 fusible. Il s'agit ici, comme indiqué supra, d'une colle hot-melt qui pénètre dans les zones ouvertes de la portion centrale 53, au bénéfice d'un scellement optimal du fusible 3. L'invention ne saurait être limité à l'exemple de réalisation décrit cidessus. On peut notamment envisager des fusibles faisant appel à des brins différents, présentant des points de fusion variés. De la même manière, les branches peuvent être composées de divers matériaux et peuvent par exemple être des circuits imprimés. On peut également envisager un support qui ne soit pas surmoulé sur la grille, mais produit séparément et calibré pour une interaction optimale. REVENDICATIONS 1. Grille de connexion, du genre comportant au moins une paire de branches (2) pour la fixation à la grille (1) d'un fusible (3) par l'intermédiaire de ses extrémités longitudinales, caractérisée en ce que chacune des branches (2) comporte une portion concave (21) propre à constituer un berceau de réception pour l'une des extrémités longitudinales du fusible (3). 2. Grille de connexion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion concave a une forme en U. 3. Grille de connexion selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite portion concave est raccordée à une portion élastique de branche. 4. Grille de connexion selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la portion élastique a globalement une forme en U inversé formant avec la portion concave en forme de U une forme en S. 5. Grille de connexion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en que la branche se raccorde à la grille de connexion par une portion de bras plat et forme une saillie de grille, s'étendant dans un évidement ménagé dans cette dernière. 6. Grille de connexion selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la grille de connexion est montée sur un support issu de moulage de matière plastique et présentant un logement adapté à recevoir une portion dudit fusible dans l'espace formé entre les deux branches symétriques, et formant un berceau complémentaire de celui formé par les portions concaves des deux branches. 7. Grille de connexion selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un support est surmoulé sur la grille de connexion. 8. Grille de connexion selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que ledit logement comporte un évidement de réception de matière. 9. Grille de connexion selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ledit logement est formé par, suivant une configuration globalement en demi cylindre creux, un fond incurvé et deux nervures latérales se dressant sur le fond et dont la surface supérieure est abattue par un chanfrein du côté logement. 10. Grille de connexion selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que ledit logement présente une ouverture au niveau de chacune de ses extrémités axiales, située en regard d'une portion concave d'une branche adjacente. 11. Grille de connexion selon la revendication 10, caractérisée en ce que le logement s'évase dans la zone de chacune de ses ouvertures axiales. 12. Ensemble comportant une grille de connexion selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et au moins un fusible fixé à une paire de branches. 13. Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fusible est soudé, notamment par laser, ou collé aux branches. 14. Ensemble selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que ledit fusible comporte un alliage à bas point de fusion. 15. Ensemble selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte une colle thermofusible déposée sur ledit fusible. 16. Procédé de fabrication d'une grille de connexion à fusible intégré, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à former, sur chacune des branches d'une paire de branches d'une grille de connexion, une portion concave propre à constituer un berceau de réception pour l'une des extrémités longitudinales d'un fusible en vue de la fixation du fusible à la grille par l'intermédiaire de ces extrémités longitudinales. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à surmouler un support sur la grille de connexion après réalisation des portions concaves des branches. 18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à fixer un fusible aux portions concaves de la paire de branches. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape de fixation comporte la mise en place d'un fusible dans les deux portions concaves de la paire de branches par dépôt d'un fil fusible au moyen d'une buse d'alimentation en fil fusible et la soudure, au moyen d'une tête laser, du fil fusible à chacune des portions concaves. 20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à recouvrir le fusible d'une colle thermo fusible. 21. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de support pour la grille de connexion, une tête laser et une buse d'alimentation en fil fusible, qui sont de préférence liées mécaniquement à un système d'axes robotisés. 22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle de la longueur de fil fusible, notamment du type moteur pas à pas et galet d'entraînement.