Brevet FR2885739A1 — publié le 20061117

PROCEDE DE CONNEXION SANS SOUDURE D'UN ACTIONNEUR ÉLECTRIQUE, NOTAMMENT POUR APPLICATION AUX TABLEAUX DE BORD AUTOMOBILE, À UN CIRCUIT IMPRIME La présente invention concerne un procédé de connexion sans soudure d'un actionneur électrique à un circuit imprimé, principalement pour des applications aux tableaux de bord automobile. On connaît déjà dans l'art antérieur les méthodes classiques de soudure des composants électroniques sur les circuits imprimés, qu'ils soient traversants ou CMS - Composants Montés en Surface- (SMD en anglais) . Par exemple, la méthode dite à la vague permet la soudure des composants traversants placés sur le circuit imprimé par une vague d'étain et de plomb qui vient au contact du circuit imprimé et ainsi souder les composants. Un autre exemple est la méthode dite de refusion, qui consiste à faire passer le circuit imprimé, sur lequel sont pré- positionnés les composants avec un mélange d'étain et de plomb (crème à braser), dans des fours suivant différents paliers de température. Cette méthode est la plus répandue actuellement pour la soudure des composants CMS et a plusieurs avantages par rapport à la méthode à la vague, car elle permet une soudure plus efficace et elle est moins traumatisante pour l'ensemble des composants (évite les ponts et les zones d'ombre). L'évolution des normes écologiques rend néanmoins ces techniques obsolètes et dangereuses pour l'environnement car elles nécessitent toujours l'utilisation de plomb, qui permet d'abaisser les températures de fusion des crèmes à braser à base d'étain (typiquement à 180 C). Des solutions sans plomb sont donc développées en accord avec les nouvelles directives, comme par exemple la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances), qui bannissent des crèmes à braser toutes substances nuisibles à l'environnement, notamment le plomb. Les nouvelles crèmes à braser utilisées, presque exclusivement constituées d'étain, ont donc le désavantage de nécessiter des températures de fusion plus hautes (autour des 220-230 C), qui peuvent détériorer les actionneurs électriques et/ou certains composants fragiles montés sur le circuit imprimé. Il faut donc développer des solutions de connectique nouvelles. Il existe déjà, dans l'art antérieur, des solutions permettant de résoudre ces problèmes grâce à l'insertion de connecteurs de type femelles, appelés connecteurs tulipe, qui sont soudés seuls au circuit imprimé avant la mise en place de l'actionneur et destinés à connecter et supporter l'actionneur. L'actionneur présente ainsi des pattes de connexion de type mâle qui permettent la connexion électrique de l'actionneur en complémentarité des connecteurs tulipe sans traumatisme de l'actionneur. Ces solutions ont le désavantage d'être coûteuses et de souvent comporter un élément en thermoplastique destiné à tenir les connecteurs tulipe. De plus, si la connexion électrique est assurée, la tenue mécanique n'est pas parfaite, ce qui peut être préjudiciable pour des applications comme les micromoteurs utilisés sur les tableaux de bord automobile. En effet, l'ensemble circuit imprimé + actionneur est soumis à des vibrations qui peuvent être importantes et il y a une réelle nécessité d'une bonne tenue mécanique. Pour cela, il faut traditionnellement rajouter une pièce servant à tenir mécaniquement l'actionneur sur le circuit, par exemple une bride. Ceci augmente les coûts de production et ajoute une étape supplémentaire dans le montage de l'actionneur. Il existe aussi un mode de connexion dit ajustable à force (press-fit en anglais) qui ne nécessite pas de soudure et permet la connexion électrique par la déformation mécanique d'un connecteur dans un perçage du circuit imprimé. L'actionneur peut ainsi être connecté sans soudure au connecteur. Cette solution est pratique car évite d'avoir à souder les composants, mais elle connaît aussi des désavantages: la force d'insertion sur le circuit imprimé est importante, ce qui peut détériorer ledit circuit, et les tolérances de réalisation des connecteurs et des perçages sur circuit imprimé doivent être précises afin d'assurer un maintien mécanique suffisant. La présente invention apporte une solution à ces problèmes et propose, à cet effet, une Procédé de connexion industrielle de l'actionneur au circuit imprimé, en grand volume, économique, ne nécessitant pas de soudure au niveau de l'actionneur et assurant une bonne tenue mécanique de l'actionneur sur le circuit imprimé. Dans un premier temps, la méthode consiste en un report de type CMS d'un contact métallique spécifique, simple et économique, spécialement développé pour la mise en uvre de l'invention. Ces composants sont généralement livrés en bande, découpés sur machine et étampés, puis déposés sur le circuit imprimé par un bras robotisé pliable (pick and place en anglais). Ces contacts sont, de manière préférentielle, faits d'acier et ont une épaisseur typiquement voisine de 0.1 mm. Le mélange permettant la soudure du contact est préalablement déposé à l'endroit du contact sur le circuit. Une fois les contacts déposés, le circuit est placé dans un four suivant un profil de température variable défini. Les contacts électriques et les autres composants sont donc soudés pendant cette opération. Dans un deuxième temps, une fois le circuit imprimé soudé avec l'ensemble des composants CMS (contacts métalliques, LED, électronique de pilotage, . ..), l'actionneur peut être connecté, sans soudure et sans traumatisme de température, sur le circuit et sans nécessiter une force d'insertion importante. La connexion est réalisée par l'insertion des pattes de connexion électrique, liées à l'actionneur, dans les contacts métalliques spécialement placés sur le circuit imprimé et qui présentent une ouverture, préférentiellement en forme de croix, que les pattes de connexion de l'actionneur viennent traverser. Cette forme particulière permet de griffer les pattes de connexion et d'assurer le contact électrique. Les striures présentes sur les pattes de connexion permettent, de plus, le maintien rigide de la connexion. Ces pattes de connexion sont semblables aux pattes de connexion électrique habituellement utilisées sur les actionneurs et soudées comme n'importe quel composant traversant. C'est en effet un des objectifs de la présente invention de proposer un actionneur avec des pattes de connexion électrique qui peuvent être au choix soudées par les méthodes traditionnelles de soudure des éléments traversants, ou par la présente méthode proposée, sans nécessiter deux types de pattes différentes. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure lA représente une vue d'un connecteur électrique de type tulipe de l'art antérieur. - la figure 1B représente une vue d'un connecteur thermoplastique sur lequel sont disposés plusieurs connecteurs électriques de type tulipe de l'art antérieur. - la figure 2 représente un type de connexion dit ajustable à force (Press-fit) de l'art antérieur. - la figure 3 présente deux contacts métalliques utilisés dans la présente méthode. - la figure 4 représente une vue agrandie d'un contact métallique utilisé dans la présente méthode. - la figure 5 représente une vue des contacts métalliques utilisés dans la présente méthode soudés sur un circuit imprimé. - la figure 6 montre une coupe d'un circuit imprimé sur lequel est placé un contact métallique utilisé par la présente invention. - la figure 7 représente un actionneur électrique prêt à être connecté sur un circuit imprimé grâce à la présente méthode. - la figure 8 montre une coupe d'un circuit imprimé sur lequel est placé un contact métallique utilisé par la présente invention et un actionneur de tableau de bord connecté au contact métallique. - la figure 9 représente une vue isolée d'une patte de connexion électrique d'un actionneur à connecter suivant la présente invention. La figure 1A montre un connecteur tulipe (1), largement utilisé depuis des années dans le domaine des connexions électroniques. Cet élément est destiné à recevoir sur sa partie supérieure (2) une patte de connexion électrique, par exemple appartenant à un actionneur électrique. L'extrémité inférieure (3) de ce connecteur tulipe (1) est réalisée de façon à passer à travers un perçage réalisé sur un circuit imprimé (non visible), et destinée ensuite à être soudée audit circuit imprimé. Ce type de connecteur, s'il permet un bon contact électrique à l'intérieur du connecteur tulipe (1), ne permet cependant pas de garantir une tenue mécanique suffisante pour des applications sensibles où les vibrations sont nombreuses et d'amplitudes importantes, comme par exemple les actionneurs destinés aux tableaux de bord automobile. Ce connecteur tulipe (1) peut aussi être intégré à un support regroupant plusieurs connecteurs du même type, ce qui permet de placer en une seule opération tous les connecteurs tulipes d'une application. Un exemple d'un tel support est montré en figure 1B où l'on retrouve douze connecteurs tulipes (1) placés dans un support (4). Ce support (4) est destiné ensuite à être posé sur un circuit imprimé (non visible) où l'on viendra ensuite souder chaque connecteur tulipe (1). Ce type de support est connu depuis des années, mais représente une pièce supplémentaire, généralement thermoplastique, qui impose un surcoût et nécessite une installation sur le circuit imprimé. La figure 2 montre un connecteur (5) dit ajustable à force (Press-fit) de l'art antérieur. Ce connecteur (5) est constitué d'une partie centrale déformable (6), formée généralement d'un perçage et de deux parties externes écartées. Lors de l'insertion du connecteur (5) dans le perçage (7) du support (8), qui peut être un circuit imprimé, la partie centrale déformable (6) se déforme par la pression exercée sur le support (8) et va alors créer une connexion électrique et un maintien mécanique du connecteur (5) par réaction et frottement de d'intérieur du perçage (7) sur la partie centrale déformable (6). Les inconvénients de ce type de connexion sont la grande force nécessaire à l'insertion du connecteur (5) dans le support (8), pouvant détériorer ledit support (8), et la précision des tolérances mécaniques indispensables à la qualité de la connexion. La figure 3 montre deux contacts métalliques (9) utilisés dans la nouvelle méthode que présente cette demande. Ils sont, de manière préférentielle, réalisés en acier et ont une épaisseur voisine de 0.lmm, valeur qui n'est pas limitative. Ce contact métallique (9), destiné à être soudé sur un circuit imprimé, présente, à cet effet, deux zones de fixation (10) au circuit imprimé bombées qui vont former les zones de soudure au circuit imprimé. Cette forme particulière est un exemple de ce qui est possible mais n'est pas limitative. Le contact métallique (9) présente une deuxième zone qui est une zone de contact électrique (11) entre le circuit imprimé et l'organe à alimenter, par exemple un actionneur électrique. Cette zone de contact électrique (11) est ici représentée en forme de croix, ce qui ne correspond pas à une réalisation limitative. La zone de contact électrique (11) doit être ouverte ou permettre son ouverture lors du passage d'un élément de connexion électrique extérieur. La figure 4 montre un agrandissement de la zone de contact électrique (11) en forme de croix. Au passage des pattes de connexion électrique (17), le contact électrique est créé, défini ici par quatre points de contact (12) en forme de pointe, ni le nombre ni la forme des points de contact (12) n'étant limitatifs. De manière préférentielle, la découpe au niveau de la zone de contact électrique (11) est réalisée de manière à ce que les points de contact (12) soient courbés côté circuit imprimé (13), de façon à faciliter l'insertion des pattes de connexion électrique (17). Avant cette insertion, les contacts métalliques (9) une fois réalisés et formés sont ensuite pré-positionnés sur un circuit imprimé (13) comme indiqué en figure 5. La position relative de chaque contact métallique (9) est fonction des caractéristiques géométriques de l'actionneur à connecter. Dans cet exemple, l'actionneur à connecter contient deux bobines d'alimentation électrique indépendantes, ce qui correspond donc à quatre connexions distinctes. Le circuit imprimé (13) présente aussi des perçages (14) de différentes dimensions, destinés à positionner l'actionneur électrique relativement aux contacts métalliques (9) et ainsi faciliter la connexion. La figure 6, qui est une vue en coupe du circuit imprimé (13) suivant la ligne de dessin A-A de la figure 5, précise le positionnement du contact métallique (9) sur ledit circuit imprimé (13). On retrouve les zones de fixations (10) en contact avec le circuit imprimé (13) à l'endroit où la soudure est effectuée à l'aide, par exemple, d'une méthode de refusion. Pour cela, une crème à braser doit être préalablement placée à l'endroit de contact des zones de fixation (10) sur le circuit imprimé (13). Ces deux zones de fixation (10) assurent la tenue des contacts métalliques (9) sur le circuit imprimé (13) et permettent le positionnement de la zone de contact électrique (11) à l'intérieur d'un perçage (15) réalisé préalablement dans le circuit imprimé (13). Les quatre points de contact (12) pourront alors librement et aisément se déformer lors de la connexion de l'actionneur. Sur la figure 7, cet actionneur (16) est montré approchant du circuit imprimé (13). Cet actionneur (16) peut par exemple être tel que décrit dans la demande de brevet française FR2859323. Il comporte ainsi 4 pattes de connexion électrique (17), dont deux sont visibles, destinées à être placées à travers la zone de contact électrique (11) du contact métallique (9). L'actionneur (16) présente, de plus, des pattes de positionnement mécanique (18) qui sont destinés à assurer le positionnement de l'actionneur (16) sur le circuit imprimé (13) par complémentarité avec les perçages (14) réalisés. Une LED (19) servant à éclairer un pointeur (non visible) piloté par l'actionneur (16), est aussi positionnée sur le circuit imprimé (13). Une fois inséré à travers les zones de contact électrique (11), l'actionneur (16) est positionné fixe sur le circuit imprimé (13). La figure 8 montre une vue en coupe de l'actionneur (16) sur le circuit imprimé (13). On y voit la zone de contact (20) entre une des pattes de connexion électrique (17) et les points de contact (12) en forme de pointe du contact métallique (9). Cette connexion créée non seulement un contact électrique fiable entre l'actionneur (16) et le circuit imprimé (13), mais elle permet aussi une bonne tenue mécanique, par la griffure des points de contact (12) sur les pattes de connexion électrique (17) dont on voit une vue isolée en figure 9, et l'arc-boutement des points de contact (12) après insertion des pattes de connexion électrique (17) appartenant à l'actionneur (16). Les pattes de connexion électrique (17) présentent, en effet, et de manière préférentielle mais non limitative, des striures (21) perpendiculaires à l'axe de la patte de connexion électrique (17). De manière préférentielle, le maintien mécanique est garanti par la réalisation des points de contacts (12), courbés du côté du circuit imprimé (13), ce qui limite la réversibilité du mouvement. Le maintien mécanique obtenu est fiable et apte à immobiliser l'ensemble lors de vibrations éventuelles pendant le fonctionnement de l'actionneur (16) dans l'application. Les pattes de connexion électrique (17) sont semblables aux pattes de connexion traditionnellement utilisées pour les actionneurs de tableaux de bord et peuvent, à ce titre, être aussi bien soudées au circuit imprimé (13) par une quelconque méthode de soudure des composants traversants décrite par l'état de l'art actuel. REVENDICATIONS 1. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques présentant une zone de contact ouverte caractérisée en ce que les contacts métalliques sont soudés au circuit imprimé par une méthode de type CMS à haute température et en ce que les pattes de connexion électrique de l'actionneur sont connectés mécaniquement sans soudure sur les contacts métalliques par arc- boutement de la zone de contact des contacts métalliques sur les pattes de connexion de l'actionneur après insertion desdites pattes de connexion au travers de ladite zone de contact. 2. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imprimé présente des perçages traversants aptes à laisser passer les pattes de connexion électrique de l'actionneur. 3. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pattes de connexion électrique de l'actionneur sont aussi soudables sur un circuit imprimé par les moyens de soudure utilisés dans l'état de l'art actuel pour les composants traversants. 4. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts métalliques présentent une zone de contact en forme de croix. 5. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de contact est réalisée courbée côté circuit imprimé. 6. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pattes de connexion électrique de l'actionneur présentent des striures perpendiculaires à l'axe desdites pattes de connexion électrique. 7. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts métalliques présentent des surfaces de contact au circuit imprimé planes. 8. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts métalliques présentent des surfaces de contact au circuit imprimé creuses. 9. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imprimé présente des perçages aptes à laisser passer des éléments de guidage mécanique appartenant à l'actionneur. 10. Procédé de connexion d'un actionneur électrique à un circuit imprimé par l'intermédiaire de contacts métalliques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts métalliques sont réalisés en acier.