Brevet FR2907962A1 — publié le 20080502

Procédé de fabrication d'un module de commutation faible courant et dispositif obtenu par ledit procédé. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un module de commutation faible courant et un dispositif obtenu par ledit procédé. Elle concerne également une machine spéciale pour la mise en oeuvre dudit procédé. Elle s'applique notamment mais non exclusivement aux interrupteurs équipant le dispositif de contact général d'alimentation électrique 10 de véhicules. Classiquement l'interrupteur de contact général de véhicules automobiles était placé derrière le verrou de contact général et ouvrait ou refermait un circuit de courants relativement forts (plusieurs dizaines d'Ampère). Ceci conduisait à utiliser des fils électriques de fort diamètre et 15 des connexions volumineuses. En outre un inconvénient important de cette technique résulte du fait qu'en raison des courants élevés qui le traverse, le contact est sujet à l'action d'arcs électriques (lors de la coupure et de l'ouverture) et donc à une usure prématurée. Afin de supprimer ces inconvénients et de réduire le coût et la masse des véhicules modernes, la 20 tendance actuelle est plutôt d'utiliser des interrupteurs à courants faibles commandant un interrupteur à courant fort situé au plus près de l'utilisation. Les interrupteurs à courant faible font habituellement intervenir un empilage de pièces mécaniques comprenant une platine sur laquelle des pistes électriquement conductrices et un contact rotatif entraîné par un rotor sont 25 surmoulées. Le rotor est muni en outre de plaquettes de contact destinées à être portées sur des pistes. Cet ensemble est logé dans un boîtier en matériau électriquement isolant. En alternative les pistes sont réalisées sur l'une des deux faces d'un circuit imprimé dont l'autre face est équipée de composants électroniques et 30 de broches de connexion. Néanmoins le type de montage présente une faiblesse au niveau de la connectique, à chaque clipsage de connecteur 2907962 2 (faisceau véhicule) sur les broches de connexion, le circuit imprimé travaille en flexion en engendrant un risque de rupture de ladite plaquette et/ou des pistes qu'elle supporte. Pour remédier à ce problème il est possible de surmouler 5 uniquement les broches et de souder ensuite la plaquette de circuit imprimé sur les broches. Il s'agit donc d'une solution relativement complexe et coûteuse. Pour que l'ensemble soit étanche, une opération de potting est rajoutée. Il s'agit de noyer les composants électriques ainsi que les soudures dans une résine. Cette opération est longue en raison du temps de polymérisation de la résine. Elle nécessite parfois le passage des produits dans un four et/ou dans une chambre à vide pour enlever les bulles. Bien entendu, elle ne peut pas concerner les pièces mobiles de contact de l'interrupteur. Il s'agit la d'un inconvénient particulièrement important. L'invention a tout d'abord pour but de supprimer cet inconvénient de manière à pouvoir protéger l'interrupteur de la même façon que les autres composants et soudures. La solution à ce problème impose donc d'utiliser des interrupteurs pilotable à distance sans liaison mécanique de manière à pouvoir être enrobés dans une matière plastique sans que cela puisse nuire à son fonctionnement L'invention propose à cet effet un module de commutation comprenant d'une part un interrupteur à commande magnétique plus communément appelés relais REED ou ampoules à contact comportant dans une ampoule scellée deux languettes de contact flexibles sensibles à un champ magnétique et d'autre part un ensemble de connexion intégré et éventuellement d'autres composants électroniques. Ce type d'interrupteur est connu comme présentant une certaine fragilité à la fois aux contraintes mécaniques (cassures), à la pression et même à la température. Les propriétés semblaient donc incompatibles avec des opérations d'injection sous pression. L'invention parvient à surmonter ce préjugé grâce à un procédé 30 pour la réalisation d'un module de commutation du type susdit comprenant une trace conductrice mince, au moins un ampoule à contact, des organes de 2907962 3 connexion, et un boîtier enfermant l'ampoule à contact et constituent avec les organes de connexion un élément de connexion. Ce procédé comprend les phases de : pré découper dans une même plaque une trace conductrice en 5 plusieurs circuits conducteurs solidarisés par des plages de liaison, positionner l'ampoule à contact ainsi que d'éventuels composants électroniques sur la trace conductrice pré découpée, connecter électriquement et mécaniquement ladite ampoule à 10 contact et les éventuels composants électroniques sur la trace conductrice, - encapsuler dans un matériau isolant, par injection, l'ensemble composé par la trace conductrice, l'ampoule de contact, les éventuels composants, leurs pattes et les connections 15 électriques, rompre certaines plages de liaison de manière à séparer les susdits circuits Grâce à ces dispositions lors de l'encapsulations, les problèmes 20 relatifs aux contraintes exercées sur l'ampoule à contact sont résolus du fait que ces derniers sont portés par des éléments (trace de cuivre) déformables qui en se déformant absorbent des contraintes. Ceci concerne notamment les dilatations différentielles verre/cuivre, les forces exercées sur l'ampoule de verre et/ou par le flux de matière remplissant le moule. 25 Tel ne serait pas le cas si les traces étaient rigidement fixées sur un support tel qu'une plaquette de circuit imprimé. Selon des modes de réalisation non limitatifs, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques supplémentaires suivantes: l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice pourra être une opération de soudage ou de sertissage, 2907962 4 l'étape d'encapsulation dans un matériau isolant de l'ensemble composé par la trace conductrice, les composants, leurs pattes et les connections électriques pourra être une opération d'injection sous pression de matières plastiques, 5 les matières plastiques utilisées pour l'injection pourront être des matériaux plastiques chargés de fibres de haute résistance et/ou haute rigidité mécanique, les fibres de haute résistance et/ou rigidité mécanique sont des fibres de verre ou des fibres aramide, 10 - le moule d'injection des matières plastiques pourra être agencé de telle sorte que le flux de matière dans le moule circule sensiblement le long des composants afin que cesdits composants n'aient pas tendance à se déplacer dans le moule lors du remplissage sous pression, ni à ce que des contraintes 15 internes dans les pattes et/ou les soudures soient générées, le procédé pourra comprendre une étape supplémentaire de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice, l'étape de séparation de plusieurs éléments réalisés 20 simultanément sur la même trace conductrice pourra être réalisée par emboutissage local. L'invention propose également un dispositif d'interrupteur réalisé selon le procédé de fabrication énoncé ci-dessus. 25 L'invention propose également une machine spéciale permettant de réaliser en continu et à a partir d'une trace continue selon le procédé de fabrication énoncé ci-dessus. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans 30 lesquels : 2907962 5 La figure 1 montre schématiquement un procédé de fabrication selon l'invention comprenant une opération d'injection après soudure. La figure 2 montre un exemple de trace métallique ajourée 5 permettant de réaliser plusieurs modules de commutation à la fois. La figure 3 montre un exemple de réalisation de plusieurs modules de commutation sur la même trace métallique ajourée avant l'opération de séparation La figure 4 montre schématiquement un interrupteur obtenu 10 après séparation de plusieurs interrupteurs obtenus conformément au procédé suivant l'invention. La figure 5 montre schématiquement une chaîne de fabrication continue de modules de commutation obtenus conformément au procédé suivant l'invention. 15 Dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré dans les figures 2 à 5, le procédé comprend principalement les quatre étapes suivantes : 1) Etape 1 : on découpe une trace métallique ajourée mince 20 continue 14. Cette trace métallique ajourée est ici une bande continue de cuivre d'épaisseur faible inférieure à un millimètre. Cette bande métallique 11 est enroulée sur un rouleau 12. Cette bande conductrice 11 avance par saccade et passe sous un outil de découpe 12 qui est mû par une machine à poinçonner 13. Cette bande métallique continue devient une trace ajourée 14. 25 La figure 2 présente plus en détail une partie d'un exemple de trace conductrice selon l'invention. On voit que cette trace est d'une part très ajourée pour avoir une grande flexibilité, et d'autre part comprend suffisamment de matière pour se tenir mécaniquement. On peut voir les deux conducteurs principaux 21 et 22, ainsi que les broches 23 qui forment la partie 30 conductrice de la connexion intégrée. 2907962 6 2) Etape 2 : on place et on soude sur la trace métallique ajourée les composants électroniques dont certains sont fragiles, comme les ampoules à contact par exemple. Cette opération est effectuée à l'aide de la soudeuse automatique 24. Les composants sont placés sur une bande transfert et 5 enroulés sur une bobine 22. La bande transfert vide est enroulée sur la bobine 23. 3) Etape 3 : on injecte la matière plastique chargée de fibre de verre autour des composants et de la trace métallique ajourée afin de protéger mécaniquement et électriquement les composants, leurs pattes, les soudures 10 ainsi que les deux cotés de la trace métallique ajourée. Le moule à injection 30 comprend des entrées de matières et des évents disposés de manière à ce que la matière plastique chaude en fusion incluant des fibres de verre et donc relativement visqueuse coule suivant une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale des composants afin que les composants n'aient pas 15 tendance à bouger dans le moule lors de l'injection. La figure 3 présente plus en détail un ensemble de cinq modules de commutation suivant l'invention. On peut voir la partie réservée à la connexion 31, et les zones 32 et 33 qui vont servir à la séparation des modules. On peut également apercevoir les zones 34 qui seront utilisées pour 20 fraiser ou emboutir les éléments de liaison mécaniques de la trace conductrice. 4) Etape 4 : on sépare par découpage ou emboutissage les modules de commutation les uns des autres et à les placer par gravité dans une corbeille 51 prévue à cet effet. Il est à remarquer que le poinçon 40 en séparant les modules de commutation les uns des autres découpe en même temps des 25 pistes qui n'ont été placées pour donner une résistance mécanique d'ensemble de la bande métallique et qui doivent être interrompues pour assurer un bon fonctionnement du circuit électrique de chaque module de commutation. La figure 4 montre une vue de dessus d'un module de commutation 43 réalisé suivant l'invention. On peut apercevoir d'une part les emplacements 41 de 30 trois poinçonnages prévus pour couper les pistes non désirées, et les 2907962 7 emplacements 42 des poinçonnages prévus pour séparer les modules de commutation les uns des autres. On voit donc qu'il est possible de réaliser à coût faible des modules 5 de commutation sans contact, comprenant des ampoules à contact, l'ensemble du module de commutation étant intégralement protégé, par injection de matériaux plastiques chargés de fibres de verre, contre les agressions chimiques, électriques, et mécaniques sans opération de potting et en continu. 10 On voit également que ce procédé peut être utilisé pour concevoir une machine spéciale automatique permettant de réaliser en continu des modules de commutation suivant l'invention sans intervention humaine intermédiaire. Par exemple avec une cadence de 10 secondes par injection et 15 un moule comprenant 10 modules de commutation, on peut donc réaliser un module de commutation par seconde (soient environ 80 000 modules de commutation par jour) sans intervention humaine ce qui est nettement plus performant que le procédé actuel faisant intervenir l'opération de potting qui conduit à ne pouvoir réaliser que quelques centaines de modules de 20 commutations/jour avec de nombreuses manutentions humaines. L'homme de l'art pourra appliquer ce concept à de nombreux autres systèmes similaires sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications jointes. 25 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un module de commutation à courant faible comprenant - une trace conductrice mince - au moins une ampoule à contact comprenant au moins deux pattes conductrices - des connexions électriques permettant de relier électriquement et mécaniquement le composant à la trace conductrice, - au moins une enveloppe isolante protégeant électriquement et mécaniquement à la fois le composant électronique, ses pattes les connexions électriques et les deux cotés de la trace conductrice, et formant avec des organes de connexion un élément de connexion intégré caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: 15 pré découper dans une même plaque une trace conductrice fine en plusieurs circuits conducteurs solidarisés par des plages de liaison, positionner l'ampoule à contact ainsi que d'éventuels composants électroniques sur la trace conductrice pré découpée, 20 connecter électriquement et mécaniquement ladite ampoule à contact et les éventuels composants électroniques sur la trace conductrice, encapsuler dans un matériau isolant, par injection, l'ensemble composé par la trace conductrice, l'ampoule de contact, les 25 éventuels composants, leurs pattes et les connections électriques, rompre certaines plages de liaison de manière à séparer les susdits circuits 8 10 30 2907962 9 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice est une opération de soudage. 5 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice est une opération de sertissage. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'encapsulation dans un matériau isolant de l'ensemble composé par la trace conductrice, les composants, leurs pattes et les connections électriques est une opération d'injection sous pression de matières plastiques. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les matières plastiques utilisées pour la susdite opération d'injection sont des matériaux plastiques chargés de fibres de haute résistance et/ou rigidité mécaniques. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les susdites fibres de haute résistance et/ou rigidité mécaniques sont des fibres de verre ou des fibres aramide. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la susdite opération d'injection des matières plastiques comprend une circulation de flux de matière sensiblement le long des composants et non pas transversalement afin que ces dits composants n'aient pas tendance à se déplacer lors du remplissage sous pression, ni à ce que des contraintes internes dans les pattes et/ou les soudures soient générées. 2907962 10 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice. 5 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice est réalisée par emboutissage local. 10. Module de commutation réalisé suivant le procédé décrit dans 10 l'une des revendications précédentes.