Brevet FR2889771A1 — publié le 20070216

La présente invention concerne le montage de composants électriques sur des supports, et en particulier le montage de composants, tels que des composants électroniques, par insertion directe sans soudure des éléments de connexion des composants dans des trous réalisés dans les supports tels que des circuits imprimés. Les composants pour les circuits électroniques, de façon générale les composants électriques, utilisés sur des circuits imprimés ou sur des supports analogues sont le plus souvent fixés par brasure. Différentes techniques de brasure sont connues et largement utilisées, par exemple la soudure dite à la vague ou la technique de refusion, qui permettent d'assurer à la fois la continuité électrique et la tenue mécanique des composants sur les circuits Afin d'abaisser les coûts de réalisation des équipements utilisant ce type de circuits, des techniques de montage à sec (c'est-à-dire sans brasure) des composants ont été développées qui permettent de monter des composants à la surface d'un circuit en assurant la tenue mécanique et la continuité électrique par simple pression. Ces techniques utilisent des composants dont les terminaisons électriques ont la forme de broches, comme décrit dans le brevet US 4.923.414, comportant des éléments conducteurs élastiques qui sont insérées en force dans les trous métallisés des circuits. Toutefois l'utilisation de cette technique nécessite que les composants soient 20 équipés des terminaisons électriques adaptées. Le développement et la fabrication de ces composants spécifiques sont coûteux en particulier lorsque les composants ne sont pas utilisés en grande série. En outre l'insertion des terminaisons dans les trous des circuits est réalisée en exerçant une force suffisante pour assurer la pénétration desdites terminaisons et leur déformation. Cette action risque d'endommager la métallisation des trous et peut provoquer des mauvais contacts électriques en particulier si le composant doit être extrait et que le même composant ou un autre est inséré à nouveau. Afin de résoudre ces problèmes et de permettre le montage à sec de composants électriques dans un substrat sans nécessiter d'en modifier les éléments 30 terminaux, l'invention met en uvre une douille destinée à être insérée dans un trou aménagé dans le substrat comportant: - un corps sensiblement cylindrique et creux avec une surface externe et une surface interne; au moins un élément extérieur faisant saillie par rapport à la surface 35 externe; au moins un élément intérieur faisant saillie par rapport à la surface interne; ledit au moins un élément extérieur et ledit au moins un élément intérieur étant agencés sur le corps de sorte que l'insertion d'un élément terminal d'un composant électrique agisse sur le au moins un élément intérieur pour augmenter la section d'un cylindre enveloppe du corps prenant appui sur le au moins un élément extérieur, ce qui a pour effet de générer des efforts entre la douille et le substrat d'une part et entre la douille et l'élément terminal d'autre part qui assurent le maintien de la douille dans le trou du substrat et de l'élément terminal dans la douille et qui assure la continuité électrique entre l'élément terminal, la douille et les éléments conducteurs à la surface du substrat qui sont en contact avec la douille. Dans un mode préféré de réalisation, la douille comporte à l'une des extrémités du corps un épaulement apte a venir en appui sur le substrat ou sur un conducteur déposé sur le substrat. Lorsque la douille est insérée dans le trou cet épaulement assure un positionnement précis de la douille. Pour faciliter l'insertion de la douille dans le trou du substrat, avantageusement un chanfrein est réalisé à la surface externe du corps, à son extrémité destinée à être insérée dans le trou. De façon similaire, pour faciliter l'insertion de l'élément terminal du composant électrique devant être inséré dans la douille, la douille a avantageusement une forme évasée sur la surface interne du corps à l'extrémité par laquelle doit être inséré l'élément terminal. Pour que la douille soit naturellement maintenue en place, avant insertion de l'élément terminal, dans le trou du substrat auquel elle est destinée, la douille est conformée pour que le cylindre enveloppe déborde de la section du trou. Dans un mode particulier de réalisation, au moins un élément extérieur est agencé pour être en contact avec une première zone conductrice du substrat et cet élément extérieur ou au moins un second élément extérieur est agencé pour être en contact avec une seconde zone conductrice de telle sorte que la douille après avoir été insérée dans le trou assure la continuité électrique entre lesdites première et seconde zones en particulier en absence de métallisation du trou. L'extrémité de la douille insérée dans le trou du substrat peut être fermée pour une meilleure protection de la zone de contact entre la douille et l'élément terminal du composant. L'invention concerne également le procédé de mise en ceuvre de la douille 35 suivant l'invention, le dit procédé comportant les étapes de: a) réalisation d'un trou dans le substrat; 10 b) insertion dans ledit trou d'une douille conforme à l'invention par un déplacement sensiblement suivant l'axe du trou; c) insertion à sec de l'élément terminal du composant électrique dans la douille ce qui a pour effet d'augmenter la force d'appui sur la paroi du trou d'au moins un élément extérieur du corps de la douille du fait de l'action dudit élément terminal sur au moins un élément intérieur du corps de la douille. Suivant un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, la douille est brasée sur une zone conductrice du substrat, avantageusement au niveau de la surface d'appui de l'épaulement de la douille lorsque la douille comporte un tel épaulement. Suivant les contraintes de montage du composant électrique sur le substrat, l'élément terminal du composant est introduit sensiblement dans l'axe de la douille par un déplacement de même sens que le déplacement d'introduction de la douille dans le trou du substrat ou de sens inverse à ce déplacement. L'exposé détaillé des modes de réalisation décrits de l'invention est fait en référence aux figures suivantes: Figure 1: illustration du principe général du dispositif et du procédé mettant en oeuvre une douille à double contact avec un substrat d'une part et un élément terminal d'un composant électrique d'autre part. Figure 2: section d'un premier mode de réalisation associé à un trou métallisé et représentant une douille brasée sur une zone conductrice du substrat. Figure 3: section d'un second mode de réalisation associé à un trou métallisé. Figure 4: section d'un troisième mode de réalisation pour trou non métallisé et représentant une douille assurant la continuité électrique entre deux zones conductrices 25 du substrat. Une douille 1 pour fixer un composant électrique 50 dans un trou 60 sur un substrat 52 comportant au moins une couche conductrice 53, 56, 57 comporte un corps 2 de forme sensiblement cylindrique et creux, réalisé dans un matériau électriquement conducteur, ayant une surface extérieure 3 et une surface intérieure 4. La surface extérieure 3 du corps 2 comporte au moins un élément conducteur externe 5 faisant saillie vers l'extérieur de la surface extérieure 3 par rapport à la forme générale du corps 2. La dimension du corps 2 et du au moins un élément extérieur 5 sont tels que la section d'un cylindre virtuel enveloppe 20 s'appuyant sur la surface du corps 2 et de ce ou ces éléments externes 5 soit inscrit dans une surface correspondant sensiblement à la section du trou 60 dans le substrat 52 dans lequel doit être inséré le composant électrique 50. De préférence les dimensions du corps 2 et de ce ou de ces éléments externes 5 sont choisis pour que le corps 2 de la douille 1 soit introduit sans effort ou avec des efforts faibles dans le trou (60) du substrat 52 afin que l'insertion de la douille 1 dans le trou 60 ne risque pas d'endommager la surface 55 de la paroi dudit trou ni l'éventuelle métallisation 54 déposée sur ladite surface 55. Avantageusement au moins un élément conducteur extérieur 5 faisant saillie est réalisé dans un matériau élastique et les dimensions du corps 2 et du ou des éléments conducteurs externes 5 sont choisis pour que la section du cylindre enveloppe 20 déborde légèrement de la section du trou 60 du substrat 52. Dans cette forme de réalisation, l'élasticité du au moins un élément conducteur externe 5 autorise l'insertion de la douille 1 avec un effort limité et suffisant pour assurer le maintien de la douille 1 dans le trou 60 du substrat conducteur du fait de la pression exercée sur les parois 54, 55 du trou 60, en l'absence de composant 50, pendant les interventions sur le substrat préalablement à la pose dudit composant. En outre la surface interne 4 du corps 2 de la douille 1 comporte au moins un élément interne 6 faisant saillie dans la partie creuse dudit corps formant une cavité axiale 7. Ce au moins un élément interne 6 faisant saillie prend appui sur la surface intérieure 4 du corps 2 de la douille 1 de sorte que, lorsque ledit élément interne 6 est repoussé vers ladite surface intérieure 4 lors de l'insertion dans la cavité axiale 7 creuse de la douille d'un élément terminal 51 d'un composant 50 devant être monté sur le substrat 52, il exerce sur le corps 2 de la douille 1 et ou sur le au moins un élément conducteur externe 5 faisant saillie des forces tendant à augmenter la section du cylindre enveloppe 20. Ainsi lorsque la douille 2 est en position dans un trou 60 d'un substrat 52, l'insertion d'un élément terminal 51 d'un composant électrique 50 entraîne une augmentation des forces exercés par la douille 1, en particulier par l'intermédiaire du ou des éléments extérieurs 5 faisant saillie, sur la paroi 54, 55 du trou 60 qui assure le maintien ferme de la douille 1 et du composant 50 ainsi que le contact électrique entre les zones conductrices 54, 56, 57 du substrat et l'élément terminal 51. Les dimensions des éléments intérieurs 6 et extérieurs 5 ainsi que leurs rigidités ou souplesses sont choisies en fonction de la géométrie de l'élément terminal 51 et pour obtenir la pression voulue entre les différentes parties en contact (contact douille-substrat et contact douille-élément terminal) afin de garantir le maintien du composant 50 en fonction de sa masse et de son environnement, environnement vibratoire en particulier, et pour obtenir des caractéristiques de contact électrique adaptées à l'intensité du courant devant être supportée par la connexion électrique réalisée. Dans une forme préférée de réalisation une des extrémités du corps 2 de la douille 1 comporte un épaulement 8 dont la section est sensiblement supérieure à la section du trou 60 dans lequel la douille 1 doit être placée. Ledit épaulement 8 détermine une surface d'appui 9 qui vient en contact avec le substrat 52 lorsque le corps 2 est inséré dans le trou 60 pour assurer un positionnement aisé et précis de la douille 1 en profondeur suivant l'axe du trou. Dans une méthode particulière d'utilisation de la douille 1, méthode illustrée sur la figure 2, ledit épaulement 8 est brasé 21 au conducteur 53, 56 à la surface du substrat 52 pour maintenir la douille 1 en position. La forme du corps 2, le nombre, la taille et la position des éléments extérieurs 5 faisant saillie et des éléments intérieurs 6 faisant saillie sont variables. Ces paramètres sont adaptés en fonction des formes et dimensions de l'élément terminal 51 du composant électrique 50 et du trou 60 dans le substrat conducteur. De préférence ces éléments extérieurs 5 et intérieurs 6 sont chacun au nombre de deux ou au nombre de quatre afin d'assurer un positionnement précis et stable du corps 2 de la douille 1 et de l'élément terminal 51. Dans un mode particulier de réalisation, présenté sur la figure 4, des éléments extérieurs 5a, 5b faisant saillie sur le corps 2 de la douille 1 sont en contact électrique avec des couches conductrices différentes du substrat, respectivement 56, 57, qui ne sont pas reliées électriquement par une métallisation de la paroi 55 du trou 60. Dans ce mode la douille 1 assure la continuité électrique entre les couches conductrices 56, 57. Dans une forme non représentée sur les dessins, le même élément extérieur peut être conformé pour être en contact électrique avec les deux couches conductrices 56 et 57. Avantageusement la douille 1, à l'extrémité du corps 2 devant être insérée dans le trou 60 du substrat 52, comporte un chanfrein 10 ou une forme effilée pour faciliter l'insertion de ladite douille dans le trou auquel elle est destinée. Avantageusement la douille 1 comporte une forme évasée 11 à l'extrémité par laquelle l'élément de terminaison 51 du composant électrique 50 doit être inséré. Dans une forme particulière non représentée, la douille 1 est fermée à son extrémité opposée à celle par laquelle l'élément de terminaison 51 est inséré afin de protéger la connexion électrique de l'environnement. La douille 1 peut être conçue pour que le composant 50 soit inséré par l'extrémité de la douille 1 du côté de l'épaulement 8 ou bien au contraire par l'extrémité opposée à celle comportant l'épaulement 8. Ce dernier cas s'avère utile lorsqu'un composant 50 est monté sur une face du substrat 52 sur laquelle ne se trouve pas de couche d'un matériau conducteur. Dans ce mode de réalisation l'épaulement 8 est avantageusement brasé sur la couche de matériau conducteur 53 pour assurer la stabilité de la position de la douille 1 lors de l'insertion de l'élément de terminaison 51. Les douilles 1 suivant l'invention sont réalisées suivant les procédés connus pour la réalisation de contacts électriques par exemple par découpe et pliage ou par emboutissage d'un matériau conducteur en feuille, tel qu'un alliage à base de cuivre. Le matériau utilisé est avantageusement protégé par un revêtement de surface apte à améliorer les performances de la douille 1, notamment la résistance de contact et la tenue à la corrosion. Un tel revêtement peut consister en un dépôt d'étain, d'argent ou d'or suivant un procédé connu de dépôt. Pour procéder au montage d'un composant électrique 50, les caractéristiques dimensionnelles de la douille 1 sont choisies en fonction de la forme et des dimensions de l'élément terminal 51 du composant 50 qui doit être monté à sec sur le substrat 52 et le trou dans le substrat 52 est réalisé conformément aux dimensions de la douille. Ensuite la douille 1 est placée en force en suivant un mouvement A sensiblement dans l'axe du trou 60, métallisé ou non. Lorsque la douille 1 est équipée d'un épaulement 8, la douille 1 est enfoncée dans le trou 60 pour que la surface d'appui 9 soit en contact avec le substrat. Le cas échéant la douille 1 est brasée 21, par exemple au cours d'une étape dite de refusion pendant laquelle un matériau de brasure préalablement déposé sur la couche conductrice 53 du substrat 52 est amenée à sa température de fusion, éventuellement au cours d'une étape de soudage d'autres composants électriques. Enfin l'élément terminal 51 du composant électrique 50 est introduit en force suivant un mouvement B sensiblement dans l'axe de la douille 1. Le plus fréquemment le mouvement B est réalisé dans le même sens que le mouvement A, toutefois lorsque le composant 50 doit être monté sur la face opposée du substrat 52 par laquelle la douille 1 est mise en place, généralement la face du substrat où sont montés la plupart des composants, le mouvement B est de sens opposé au mouvement A. Bien que l'invention soit décrite dans le cadre du montage de composant sur des circuits imprimés avec des trous métallisés ou non, l'utilisation des douilles suivant l'invention s'applique également sur des substrats comportant des pistes en matériau conducteurs épais et d'une façon générale, pour un montage à sec, sans brasure ni soudure, par insertion en force sur un substrat de composants électriques dont les éléments d'extrémités ne sont pas conçus pour un tel mode de montage. REVENDICATIONS 1. Douille (1) pour connexion électrique sans soudure destinée à être insérée dans un trou (60) aménagé dans un substrat (52) comportant: -un corps (2) sensiblement cylindrique et creux avec une surface externe (3) et une surface interne (4) ; - au moins un élément extérieur (5) faisant saillie par rapport à la surface externe (3) ; caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément intérieur (6) faisant saillie à la surface interne (4), ledit au moins un élément extérieur (5) et ledit au moins un élément intérieur (6) étant agencés sur le corps (2) de sorte que l'insertion d'un élément terminal (51) d'un composant électrique (50) agisse sur le au moins un élément intérieur (6) pour augmenter la section d'un cylindre enveloppe (20) du corps (2) prenant appui sur le au moins un élément extérieur (5). 2. Douille (1) suivant la revendication 1 comportant à l'une des extrémités du corps (2) un épaulement (8) apte a venir en appui sur le substrat (52) ou sur un conducteur (53) déposé sur le substrat (52) lorsque la douille (1) est insérée dans le trou (60). 3. Douille (1) suivant la revendication 1 ou 2 comportant à la surface externe (3) du corps (2) un chanfrein (10) à l'extrémité du corps (2) destinée a être insérée dans le trou (60). 4. Douille (1) suivant l'une des revendications précédentes dont le cylindre enveloppe (20) déborde de la section du trou (60) auquel la douille (1) est destinée. 5. Douille (1) suivant l'une des revendications précédentes dont au moins un élément extérieur (5a) est agencé pour être en contact avec une première zone conductrice (56) du substrat (52) et dont ledit élément extérieur (5a) ou au moins un second élément extérieur (5b) est agencé pour être en contact avec une seconde zone conductrice (57) de telle sorte que la douille (1) en position dans le trou (60) assure la continuité électrique entre la première zone conductrice (56) et la seconde zone conductrice (57). 6. Procédé de montage d'un composant (50) sur un substrat (52) comportant les étapes de a) réalisation d'un trou (60) dans le substrat (52) ; b) insertion dans ledit trou (60) d'une douille (1) conforme à l'une des revendications 1 à 5 par un déplacement A sensiblement suivant l'axe du trou (60) , c) insertion à sec de l'élément terminal (51) du composant électrique (50) dans la douille (1), ladite insertion ayant pour effet d'augmenter la force d'appui sur la paroi (55) (54) du trou (60) d'au moins un élément extérieur (5) du corps (2) de la douille (1) par action dudit élément terminal (51) sur au moins un élément intérieur (6) du corps (2) de la douille (1). 7. Procédé suivant la revendication 6 dans lequel la douille (1) est brasée sur une zone conductrice (53), (56) du substrat (52). 8. Procédé suivant la revendication 6 ou 7 dans lequel l'élément terminal (51) est inséré dans la douille (1) par un déplacement B sensiblement suivant l'axe de la douille (1), le déplacement B étant de même sens que le déplacement A d'insertion de la douille (1) dans le trou (60). 9. Procédé suivant la revendication 6 ou 7 dans lequel l'élément terminal (51) est inséré dans la douille (1) par un déplacement B sensiblement suivant l'axe de la douille (1), le déplacement B étant de sens opposé au déplacement A d'insertion de la douille (1) dans le trou (60).