Brevet FR2922689A1 — publié le 20090424

ELEMENT DE RACCORD ET PROCEDE DE RACCORDEMENT ELECTRIQUE L'invention concerne un élément de raccord destiné à être utilisé pour raccorder électriquement plusieurs composants électriques situés de part et d'autre dudit élément de raccord. Plus précisément, l'invention concerne l'utilisation d'un circuit imprimé flexible pour raccorder des composants électriques en milieu sévère. Par raccorder, on entend connecter entre eux deux ou plusieurs composants électriques, et/ou à une source d'énergie. L'invention concerne également un procédé de raccordement électrique pour raccorder une pluralité de composants électriques. L'invention est particulièrement avantageuse dans le domaine de l'aéronautique, notamment pour raccorder des calculateurs électroniques à différents organes de commande et capteurs, nécessitant habituellement des dizaines de connecteurs chacun équipés de câbles et de moyens de fixation à la structure. Actuellement, il est connu pour raccorder entre eux des composants électriques situés sur deux extrémités d'une structure portante d'utiliser des câbles électriques rapportés sur la structure portante de manière à s'étendre entre lesdites extrémités. Dans le cas où les composants électriques sont sur une structure portante soumise aux chocs et sollicitations extérieures, comme cela peut être le cas dans un véhicule automobile ou aéronautique, il est nécessaire de fixer le câblage électrique pour le maintenir en position. Il faut également, le plus souvent, utiliser un dispositif de protection annexe recouvrant l'ensemble composants électriques / câbles afin de les protéger des chocs et sollicitations extérieures. Lors des opérations de maintenance ou des réparations, il faut alors retirer le dispositif de protection avant de procéder au démontage individuel des câbles. Le démontage des câbles est long et complexe, ce qui a pour effet d'immobiliser le véhicule pendant un temps jugé trop long. Pour résoudre le problème de la protection contre les chocs et sollicitations extérieures, il est connu d'intégrer par surmoulage les câbles électriques dans un élément en composite. Chaque câble est protégé par un élément composite qui l'entoure, et c'est l'ensemble élément composite / câble qui est amené sur la structure portante. Par ailleurs, il est possible de mouler les câbles dans l'élément composite de manière à donner à l'ensemble une forme particulière, spécifiquement adaptée à la structure portante. Par exemple, la forme donnée à l'ensemble lui permet d'épouser le contour de la structure portante à laquelle il doit être fixé. Si une telle solution peut se montrer satisfaisante dans le cas où très peu de composants électriques doivent être raccordés, cette solution est fastidieuse à mettre en place lorsque plusieurs dizaines voir plusieurs centaines de composants électriques doivent être raccordés. En effet, le nombre de câbles à manipuler est alors important. Par ailleurs, dans le cas où les composants à connecter sont éloignés les uns des autres, il faut utiliser des dispositifs de maintien pour maintenir les câbles en position dans la longueur, au moment de l'étape de recouvrement desdits câbles par les éléments composites. De plus, il est toujours nécessaire de prévoir un dispositif de raccordement à un connecteur en extrémité de câble, et de raccorder les câbles par un procédé classique de type sertissage ou soudure, ce qui est long et coûteux. Dans l'invention, on cherche à fournir un moyen pour raccorder depuis deux jusqu'à un très grand nombre de composants électriques, destinés à évoluer en milieux sévères, c'est-à-dire destinés à être soumis à des chocs et sollicitations extérieures importants, qui puisse être mis en place et désinstallé rapidement. Pour cela, on propose d'utiliser un circuit imprimé flexible, en lieu et place du câblage électrique actuellement utilisé. Chaque câble est remplacé par une piste conductrice ménagée sur le circuit imprimé flexible. Le circuit imprimé flexible comporte ainsi une pluralité de pistes conductrices longitudinales, parallèles entre elles. Chaque piste est apte à raccorder entre eux deux composants électriques situés à deux extrémités opposées du circuit imprimé flexible, via un couple de connecteurs d'extrémité situés chacun à une extrémité du circuit imprimé. Les connecteurs d'extrémité peuvent être connectés à des connecteurs complémentaires eux même montés sur des boîtiers dans lesquels des composants électriques sont montés. Ainsi, on ne manipule plus, lors de l'installation, un nombre élevé de câbles, mais un seul circuit imprimé. Bien entendu, il est possible d'utiliser plusieurs circuits imprimés flexibles, disposés les uns à côtés des autres par exemple, si le nombre de pistes à prévoir est trop important pour être aisément intégré sur un seul circuit imprimé flexible. Le circuit imprimé flexible et les connecteurs d'extrémité associés sont intégrés dans une structure en matériau composite lui permettant de résister aux chocs et sollicitations extérieures. La souplesse du circuit imprimé flexible lui permet d'épouser les formes et contours de toute structure sur laquelle le raccord doit être réalisé. La présence de la structure en matériau composite entourant le circuit imprimé flexible et les connecteurs d'extrémité permet par ailleurs de réduire les risques de radio-interférences. De plus, il est possible d'intégrer un blindage dans la structure en matériau composite afin de supprimer complètement les radio-interférences. Un tel procédé de raccordement électrique est particulièrement avantageux dans le domaine de l'aéronautique, et plus précisément au niveau des turboréacteurs d'aéronefs au niveau desquels de nombreux signaux de puissance sont transmis. Les deux extrémités du circuit imprimé flexible sont munie d'un connecteur d'extrémité entre lesquelles s'étendent les pistes du circuit imprimé flexible. Pour réaliser le raccordement électrique entre les composants électriques disposés de part et d'autre du circuit imprimé flexible, il suffit alors d'utiliser des connecteurs complémentaires que l'on fixe sur chacun des connecteurs d'extrémité du circuit imprimé flexible. Ainsi, on ne procède qu'à deux connexions, au niveau des extrémités du circuit imprimé flexible. Lorsque l'on souhaite désinstaller le câblage électrique, il suffit de déconnecter les deux connecteurs d'extrémité et de retirer les éléments de fixation du circuit imprimé flexible. Il n'est plus nécessaire de procéder à une déconnexion de chacun des câbles un à un. L'invention a donc pour objet un procédé de raccordement électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on réalise une pluralité de pistes conductrices sur un circuit imprimé flexible, chaque piste étant destinée à être connectée à au moins deux composants électriques à raccorder ; - on fixe un premier connecteur d'extrémité à une première extrémité du circuit imprimé flexible ; - on fixe un second connecteur d'extrémité à une seconde extrémité du circuit imprimé flexible ; - on intègre l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible dans un élément en matériau composite. Le circuit imprimé flexible selon l'invention peut permettre de raccorder depuis deux composants électriques jusqu'à plusieurs centaines, avec un nombre de manipulations réduit. Par milieu sévère, on entend un milieu soumis à des températures extrêmes, et/ou fortement humide, et/ou comportant de nombreuses poussières, telles que du sable ou autre, et plus généralement tout milieu pouvant perturber le bon fonctionnement de composants électriques. Ainsi, le procédé de raccordement selon l'invention est avantageusement utilisé dans des véhicules aéronautiques, et notamment des moteurs d'aéronefs. Les pistes conductrices, notamment en cuivre, réalisées sur le circuit imprimé flexible s'étendent avantageusement d'un bout à l'autre du circuit imprimé flexible, parallèlement les unes aux autres, mais certaines pistes peuvent ne s'étendre que sur une longueur partielle du circuit imprimé flexible si les composants électriques qu'elles doivent raccorder sont à des distances différentes les uns des autres. Préférentiellement, le circuit imprimé flexible présente une dimension au moins égale à la distance maximale séparant deux composants électriques à relier l'un à l'autre, de sorte qu'une piste conductrice s'étendant d'une extrémité à une autre de cette plus grande dimension du circuit imprimé flexible permet de raccorder ces deux composants électriques. Si deux autres composants électriques à raccorder sont moins éloignés l'un de l'autre, la piste conductrice correspondante pourra être plus courte. La présence d'un connecteur sur les extrémités du circuit imprimé flexible, au niveau desquelles aboutissent tout ou partie des extrémités de pistes conductrices, permet de procéder à un raccordement rapide desdites extrémités des pistes aux composants électriques auxquels elles doivent être reliées par simple branchement du connecteur d'extrémité sur un connecteur complémentaire. Les connecteurs d'extrémité sont fixés sur les extrémités du circuit imprimé flexible avant d'intégrer l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible dans la structure en matériau composite, de sorte que la manipulation de l'ensemble est facilitée. Seule la face de connexion des connecteurs d'extrémité, destinée à être connectée à un connecteur complémentaire reste accessible, c'est-à-dire non intégrée dans la structure en matériau composite. Selon des exemples de mise en oeuvre du procédé de raccordement électrique selon l'invention, il est possible de prévoir tout ou partie des étapes supplémentaires suivantes : - une fois intégré dans l'élément en matériau composite, on fixe l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible sur une structure destinée à évoluer en milieu sévère et on raccorde des composants électriques situés sur ladite structure via le circuit imprimé flexible. Bien entendu, selon les besoins et par exemple dans le cas où les connexions à des composants électriques ne peuvent pas être toutes gérées par un même connecteur du fait du trop grand nombre de composants électriques ou de leurs dispositions incompatibles sur le circuit imprimé flexible, les extrémités dudit circuit imprimé flexible peuvent comporter plusieurs connecteurs, tous disposés au même niveau ou, au contraire, disposés à la suite les uns des autres dans la longueur du circuit imprimé flexible, chaque connecteur recevant un nombre déterminé d'extrémités de pistes. Avantageusement, la structure en matériau composite comporte des fibres de carbone intégrées dans une résine époxy (ou équivalente), ce qui permet à l'ensemble de la structure de résister aux fortes températures. L'intégration du circuit imprimé flexible comportant ou non un ou plusieurs connecteurs d'extrémité peut se faire de la manière suivante : -on dépose au moins une couche en matériau composite, comportant par exemple des fibres composites noyées dans une résine, préférentiellement des fibres de carbone et une résine époxy, dans une coque supérieure d'un moule ayant des dimensions suffisantes pour recevoir le circuit imprimé flexible, et au moins une couche en matériau composite dans une coque inférieure dudit moule ; on dépose le circuit imprimé flexible dans la coque inférieure du moule qu'on referme avec la coque supérieure ; on polymérise les couches de fibres composites sur le circuit imprimé flexible. L'utilisation de connecteurs d'extrémité aux extrémités du circuit imprimé flexible peut s'avérer particulièrement intéressante dans le cas où l'on utilise des connecteurs d'extrémité à picots puisque les picots peuvent être soudés directement sur le circuit imprimé flexible avant l'intégration dans la structure en matériau composite, le soudage se faisant par exemple à la vague. Dans le cas où le circuit imprimé flexible doit être utilisé pour raccorder électriquement des composants électriques très éloignés les uns des autres, il est possible, afin de ne pas travailler avec des longueurs de circuit imprimé flexible excessives, d'utiliser des tronçons de circuits imprimés flexibles, comportant chacun les pistes nécessaires aux raccords, au moins une des pistes s'étendant sur un tronçon, s'étendant également sur un tronçon adjacent. Dans le cas où tous les composants électriques à raccorder sont situés au niveau de l'une ou l'autre des extrémités du circuit imprimé flexible, toutes les pistes s'étendent d'un bout à l'autre de chacun des tronçons. A l'inverse si une piste doit relier deux composants électriques moins éloignés l'un de l'autre, ladite piste peut ne s'étendre que sur un nombre limité de tronçons adjacents. Les tronçons de circuits imprimés peuvent être maintenus en position dans le prolongement les uns des autres par la masse de l'élément en matériau composite entourant l'ensemble. Par exemple, les tronçons de circuits imprimés peuvent être disposés les uns à la suite des autres dans le moule avant le moulage dans l'élément en matériau composite, la polymérisation des couches de fibres composites sur lesdits tronçons permettant la cohésion desdits tronçons. L'invention concerne également un élément de raccord, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit imprimé flexible muni d'une pluralité de pistes conductrices s'étendant entre deux extrémités du circuit imprimé flexible et deux connecteurs d'extrémité solidaires chacun d'une extrémité du circuit imprimé flexible, un élément composite recouvrant l'ensemble circuit imprimé flexible et connecteurs d'extrémité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures représentent : - figure 1 : une représentation schématique partielle d'un circuit imprimé flexible pouvant être utilisé dans le procédé selon l'invention ; - figures 2A et 2B : une représentation schématique partielle d'un circuit imprimé flexible selon l'invention avant et après l'intégration dudit circuit dans un élément en matériau composite. Sur la figure 1, on peut voir un circuit imprimé flexible 1 sur lequel deux pistes 2 et 3 conductrices sont partiellement représentées. Chacune des pistes 2, 3 est destinée à s'étendre depuis une première extrémité 4 jusqu'à une seconde extrémité 5 du circuit imprimé flexible 1, de manière à ce qu'un composant électrique situé au niveau de l'extrémité 4 puisse être connecté électriquement à un composant électrique situé au niveau de l'extrémité 5 du circuit imprimé flexible 1. Dans le procédé selon l'invention, le circuit imprimé flexible peut comporter un grand nombre de pistes 2, 3 de manière à connecter un grand nombre de composants électriques situés de part et d'autre dudit circuit imprimé flexible 1. Ainsi, dans certaines applications, il est possible d'utiliser un circuit imprimé flexible comportant par exemple 600 pistes conductrices afin de connecter 600 composants électriques à 600 autres composants électriques, disposés de part et d'autre du circuit imprimé flexible 1. Bien entendu, un même composant électrique peut être raccordé à plusieurs pistes conductrices 2, 3 et inversement une extrémité d'une piste conductrice 2, 3 donnée peut être connectée à plusieurs composants électriques. Dans le procédé selon l'invention, le circuit imprimé flexible est avantageusement entouré d'une masse en matériau composite, afin de rendre ledit circuit imprimé flexible 1 résistant aux chocs et autres agressions externes, tout en maintenant le caractère flexible dudit circuit imprimé 1. Par ailleurs, il peut être intéressant de donner une forme particulière au circuit imprimé flexible 1 par l'intermédiaire de la masse en matériau composite qui est agglomérée autour dudit circuit imprimé flexible 1, de manière à ce que l'ensemble circuit imprimé flexible et masse en matériau composite épouse un contour de la structure sur laquelle le circuit imprimé flexible 1 doit être fixé. Ainsi, dans un avion par exemple, lorsque l'on souhaite raccorder électriquement un grand nombre de composants situés à une première extrémité du fuselage à des composants électriques situés à une autre extrémité du fuselage, on utilise un circuit imprimé flexible dont une plus grande dimension est apte à s'étendre entre ces deux extrémités du fuselage, les pistes conductrices destinées à raccorder les composants électriques disposés de part et d'autre dudit fuselage s'étendant depuis une première extrémité 4 jusqu'à une deuxième extrémité 5 du circuit imprimé flexible 1. La fabrication et la manipulation d'un tel circuit imprimé flexible 1 unique est aisée par rapport à la manipulation d'un grand nombre de câbles préconisée dans l'état de la technique. Dans un mode de réalisation préféré, et comme cela est représenté sur les figures 2A et 2B, on utilise au moins un connecteur d'extrémité 6 à picots apte à être solidarisé à une extrémité 4, 5 du circuit imprimé flexible 1, au niveau de laquelle aboutissent tout ou partie des pistes 2, 3 du circuit imprimé flexible 1. Chacun des picots 7 du connecteur d'extrémité 6 coïncide avec une piste conductrice 2, 3, de sorte que la connexion desdites pistes 2, 3 avec les composants électriques correspondants se fait directement au niveau du connecteur d'extrémité 6, par exemple en utilisant un connecteur complémentaire lui-même relié aux composants électriques d'intérêt. Bien entendu, la deuxième extrémité 4, 5 du circuit imprimé flexible 1 peut également être munie d'un tel connecteur d'extrémité 6. Une fois le ou les connecteurs fixé(s) aux extrémités 4, 5 du circuit imprimé flexible 1, on englobe l'ensemble circuit imprimé flexible / connecteur dans une structure composite 8 qui recouvre avantageusement l'ensemble du circuit imprimé flexible. Les pistes 2, 3 et la liaison entre le connecteur d'extrémité 6 et chacune des pistes 2, 3 est protégée par la structure en matériau composite 8, garantissant ainsi la résistance de la connexion et des pistes aux agressions externes. Le connecteur d'extrémité 6, solidaire d'une extrémité 3, 4 du circuit imprimé flexible 1 est partiellement pris dans la masse du matériau composite, de manière à rendre irréversible la fixation des picots 7 sur le circuit imprimé flexible 1, puisque la face 9 du connecteur d'extrémité 6 munie des picots 7 est fixée en position contre le circuit imprimé flexible 1. Par contre, la face de connexion 10 du connecteur d'extrémité 6, destinée à être connectée à un connecteur complémentaire n'est pas englobée dans la masse en matériau composite 8, de manière à être accessible pour une connexion avec un connecteur complémentaire. Une fois le circuit imprimé flexible 1 et le ou les connecteurs d'extrémité 6 intégrés dans la masse en matériau composite 8, on amène l'ensemble 1, 6, 8 sur la structure d'intérêt munie des composants électriques à connecter. Le circuit imprimé flexible 1 est alors fixé par tout moyen, par exemple au moyen de vis, à la structure d'intérêt. On raccorde ensuite les composants électriques, en branchant les connecteurs complémentaires sur les connecteurs d'extrémité 6 5 correspondants. REVENDICATIONS 1- Procédé de raccordement électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on réalise une pluralité de pistes conductrices (2, 3) sur un circuit imprimé flexible (1), chaque piste étant destinée à être connectée à au moins deux composants électriques à raccorder ; - on fixe un premier connecteur d'extrémité (6) à une première extrémité (4) du circuit imprimé flexible - on fixe un second connecteur d'extrémité (6) à une seconde extrémité (5) du circuit imprimé flexible - on intègre l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible dans un élément en matériau composite (8). 2- Procédé de raccordement électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes supplémentaires suivantes : -une fois intégré dans l'élément en matériau composite, on fixe l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible sur une structure destinée à évoluer en milieu sévère et - on raccorde des composants électriques situés sur ladite structure via le circuit imprimé flexible. 3- Procédé de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes supplémentaires suivantes : - on dépose au moins une couche en matériau composite dans une coque supérieure d'un moule ayant des dimensions suffisantes pour recevoir le circuit imprimé flexible, et au moins une couche en matériau composite dans une coque inférieure dudit moule - on dépose l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible dans la coque inférieure du moule qu'on referme avec la coque supérieure ; - on polymérise les couches de fibres composites sur l'ensemble connecteurs d'extrémité / circuit imprimé flexible. 4- Procédé de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire suivante : - on utilise un connecteur à picots dont les picots (7) sont soudés sur l'extrémité du circuit imprimé flexible correspondante. 5- Procédé de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise le circuit imprimé flexible intégré dans l'élément composite pour raccorder des composants électriques situés sur un moteur d'aéronef. 6- Procédé de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on réalise jusqu'à 600 pistes sur le circuit imprimé flexible. 7- Procédé de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit imprimé flexible comporte au moins deux tronçons de circuit imprimé disposé dans le prolongement les uns des autres. 8- Procédé de raccordement électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tronçons de circuit imprimé sont maintenus dans le prolongement les uns des autres par l'élément en matériau composite qui les recouvre. 9- Elément de raccord, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit imprimé flexible muni d'une pluralité de pistes conductrices s'étendant entre deux extrémités du circuit imprimé flexible et deux connecteurs d'extrémité solidaires chacun d'une extrémité du circuit imprimé flexible, un élément composite recouvrant l'ensemble circuit imprimé flexible et connecteurs d'extrémité.