Brevet FR2944651A1 — publié le 20101022

Le domaine de la présente invention est celui des connecteurs pour boîtiers électroniques et plus généralement celui de la connectique. Un calculateur électronique, par exemple, et en particulier un calculateur destiné à l'industrie automobile, se présente généralement sous la forme d'un boîtier métallique recouvert d'un couvercle vissé, contenant un circuit imprimé et sur lequel est fixée une embase de connecteurs, généralement femelles, destinés à recevoir des connecteurs, le cas échéant mâles, placés en bout d'un faisceau de conducteurs. Les constructeurs automobiles demandent à leurs équipementiers de leur fournir des calculateurs qui soient étanches à l'eau en version autonome, c'est-à-dire même en l'absence du raccordement des connecteurs mâles qu'ils sont destinés à recevoir. Les tests d'homologation auxquels doivent satisfaire ces calculateurs sont de plus en plus sévères, les constructeurs automobiles cherchant à ne pas être limités dans le choix pour leur emplacement (qui peut par exemple être un passage de roue) ou à pouvoir les monter sur des véhicules proposés à la vente dans des régions du monde au climat extrêmement humide. Des joints sont alors prévus entre l'embase et le connecteur pour assurer l'étanchéité de l'assemblage. Le problème généralement rencontré porte sur la réduction de la criticité lorsque qu'un tel joint se détériore et n'est plus étanche. Il faut alors assurer une étanchéité au niveau des embases de connecteurs et plus précisément au niveau des broches de contact et de leur traversée de la cloison de fond des embases. Toutes les industries exigeant des connecteurs étanches sont concernées par ce problème. Les technologies existantes pour monter des broches dans la cloison de fond d'une embase sont essentiellement au nombre de deux. Il y a tout d'abord la technique du surmoulage des broches, dans laquelle l'embase en plastique est moulée directement autour des broches; les embases obtenues présentent l'avantage d'une bonne étanchéité grâce à ce mode de fabrication, mais cette étanchéité se détériore lors de leur vieillissement. Il y a ensuite la technique de l'insertion en force des broches dans le plastique de l'embase, qui est très utilisée car beaucoup moins chère que la précédente; elle ne procure en revanche aucune protection en matière d'étanchéité à l'eau, le jeu entre les broches et le plastique après l'emmanchement étant trop important. Une solution mise en oeuvre pour résoudre ce problème d'étanchéité consiste à noyer l'ensemble du contenu du boîtier, y compris la partie des broches interne au boîtier, dans une résine, telle qu'une résine bi-composants polyuréthane, epoxy ou encore silicone. Cette solution ne peut bien évidemment être mise en oeuvre que lorsque les connexions entre les circuits imprimés du boîtier et les broches de l'embase ont été effectuées. Cette solution a pour inconvénient qu'elle conduit à un boîtier beaucoup plus lourd qu'un boîtier simplement fermé par un couvercle et un joint, ce qui va à l'encontre des exigeances actuelles tournées vers l'allègement des produits. Cette solution implique également la mise en oeuvre d'un procédé qui peut être complexe. Une autre solution consiste à disposer d'une embase, munie de ses broches, elle-même étanche avant son implantation sur le boîtier. Dans une telle solution, l'embase est étanchéifiée par de la résine une fois le montage des broches par emmanchement réalisé, puis montée sur le boîtier. La résine est généralement implantée, pour des raisons de facilité d'accès, sur la face arrière de l'embase, c'est-à-dire la face qui fera face vers l'intérieur du boîtier après son montage sur lui; cette face reçoit pour cela une forme en baignoire. L'ensemble du boîtier avec son embase est alors soumis à un traitement permettant de braser les composants du circuit imprimé sur ce dernier. Cette solution a cependant pour inconvénient que l'embase doit dès lors subir les conditions de température imposées par la phase de brasage des composants sur le circuit imprimé, que ce soit un brasage à la vague ou un brasage par refusion. Les conditions de température imposées pour un brasage par refusion, qui devient désormais la méthode classique du fait de la suppression de la brasure au plomb, dépassent les 240°C, ce qui impose de disposer, pour le matériau constituant l'embase, de matières plastiques résistantes à cette chaleur et de choisir, pour le matériau d'étanchéité, une résine silicone. Ces produits sont sensiblement plus chers que les plastiques traditionnels et que la résine polyuréthane qui peut être utilisée dans un boîtier entièrement résiné en fin de montage. On pourrait, pour pallier ces inconvénients, prévoir le résinage d'une embase avec une face arrière formant baignoire, à l'aide d'une résine polyuréthane, après son implantation sur le boîtier (et après le brasage du circuit imprimé). Un tel résinage serait néanmoins difficile à mettre en oeuvre à cause des difficultés d'accès à cette baignoire liées à la présence des composants sur le circuit imprimé. Il ne serait par ailleurs pas industriellement économique car il supposerait de mettre le circuit imprimé à la verticale pour remplir la baignoire et étanchéifier l'embase puis de maintenir l'ensemble dans cette position jusqu'à la polymérisation de la résine; outre que cela entraînerait une étape supplémentaire de mise à la verticale puis de retour à l'horizontale, le processus d'assemblage du boîtier ne pourrait pas se poursuivre pendant tout le temps de polymérisation, puisque ce processus se fait en position horizontale. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une embase étanche pour boîtier qui soit plus légère et qui puisse être réalisée en utilisant des produits et des procédés à faible coût. A cet effet, l'invention a pour objet une embase pour connecteur électrique destinée à être installée sur un boîtier contenant au moins un circuit imprimé, ladite embase comprenant au moins une broche traversant ladite embase et destinée à être connectée audit circuit imprimé, caractérisée en ce que l'embase est creusée d'une fosse intérieure de formation d'étanchéité, au travers de laquelle passe ladite broche, ladite fosse étant destinée à être remplie de résine pour noyer ladite broche. La fosse (ou tranchée) intérieure permet de limiter le volume de résine introduite tout en garantissant une étanchéité du boîtier électronique au niveau de l'embase et en particulier au niveau de la traversée de cette embase par les broches de connexion au circuit imprimé. Selon une forme de réalisation préférée, l'embase comportant au moins une paroi, par exemple une paroi de fond, traversée par la broche, ladite fosse intérieure est creusée dans ladite paroi. Selon une forme de réalisation préférée, ladite broche traverse ladite embase au niveau de deux passages situés de part et d'autre de ladite fosse intérieure; lorsque les broches s'étendent horizontalement, ce qui est le cas le plus fréquent, cette configuration permet de placer la fosse en position de remplissage vertical sur la chaîne de production, avec le boîtier et le circuit imprimé en position horizontale, et donc de laisser la polymérisation s'effectuer pendant la suite du processus industriel d'assemblage des composants du boîtier en position horizontale. Selon une forme de réalisation préférée, deux parois s'étendant de part et d'autre de ladite fosse intérieure, lesdits passages sont formés par 5 des alésages ménagés dans lesdites parois. Selon une forme de réalisation préférée, l'embase étant destinée à être traversée par une pluralité de broches, l'ensemble des broches traversant ladite embase passe au travers de ladite fosse intérieure. Selon une forme de réalisation préférée, ladite fosse intérieure est 10 une fosse non traversante (c'est-à-dire une fosse borgne), qui s'étend jusqu'au dessous de la broche la plus profonde; il est ainsi aisé de la remplir et d'obtenir que toutes les broches soient noyées, et que soient également noyées les éventuels interstices entre les broches et leur alésage de passage au travers de l'embase. 15 Cette fosse est de préférence remplie avec un matériau présentant une bonne adhérence sur les broches et sur l'embase, une certaine souplesse pour résister aux chocs et une bonne tenue dans le temps. Selon une forme de réalisation préférée, ladite fosse intérieure est remplie d'une substance polymérisable, telle qu'une résine bi- 20 composants. Selon une forme de réalisation préférée, la substance polymérisable est une résine polyuréthane; une telle résine est bon marché. Selon une forme de réalisation préférée, ladite au moins une 25 broche est emmanchée en force à travers l'embase, en particulier à travers deux portions de parois de l'embase situées de part et d'autre de la fosse intérieure. Selon une forme de réalisation préférée, ladite broche est munie d'au moins un harpon destiné à être en contact avec l'embase. 30 Selon une forme de réalisation préférée, l'embase comportant une paroi dans laquelle est creusée ladite fosse intérieure, ladite broche est munie de deux harpons destinés à être en contact avec des surfaces situées de part et d'autre de ladite paroi de l'embase. Les harpons bloquent la propagation de la résine qui ne peut ainsi s'écouler au-delà de 35 la paroi dans laquelle la fosse intérieure est ménagée. En variante, les deux parois de l'embase situées de part et d'autre de la fosse intérieure peuvent être surmoulées sur la broche. L'invention a également pour objet un boîtier renfermant au moins un circuit imprimé relié électriquement par au moins une broche à une embase comportant les caractéristiques de l'embase définie ci-dessus. Préférentiellement, la fosse étant ouverte au niveau d'une ouverture en forme de plan (c'est-à-dire dont les bords ménagent un plan), ledit plan est parallèle au plan formé globalement par le circuit imprimé, c'est-à-dire en général le plan formé par les côtés de plus grande dimension du boîtier. L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un boîtier contenant au moins une embase pour connecteur électrique et au moins un circuit imprimé relié électriquement à ladite embase par l'intermédiaire d'au moins une broche traversant ladite embase, ladite embase comportant une fosse intérieure de formation d'étanchéité à travers laquelle passe ladite broche, ladite fosse étant destinée à être remplie de résine pour noyer ladite broche, comprenant les étapes suivantes: a) fixation de ladite broche par passage au travers de ladite embase, en traversant ladite fosse intérieure, b) mise en place de l'embase en regard dudit circuit imprimé et connexion électrique audit circuit imprimé par l'intermédiaire de ladite broche, c) installation dudit circuit imprimé et de l'embase dans ledit boîtier, d) fermeture dudit boîtier, e) résinage de ladite fosse intérieure. Grâce à un tel procédé, la mise en place de la résine peut s'effectuer sans rotation du plan formé globalement par le circuit imprimé, c'est-à-dire que l'ensemble des opérations d'assemblage dudit boîtier peut être fait en position horizontale de ce dernier. Selon une forme de réalisation préférée, l'étape e) est mise en oeuvre postérieurement à l'étape d). Ainsi, la résine n'est pas soumise aux traitements thermiques liés au montage du boîtier. En particulier, cela permet d'utiliser une résine à bas coût, du moins d'éviter l'utilisation d'une résine résistant à des températures très élevées, qui serait très coûteuse. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue en coupe d'un boîtier selon l'art antérieur, rendu étanche par remplissage de résine; - la figure 2 est une représentation schématique, en vue de dessus, d'une embase pour boîtier selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue en coupe, selon le plan III-III, de 15 l'embase de la figure 2; - la figure 4 est une représentation schématique, en vue de dessus, d'une embase pour boîtier selon la forme de réalisation préférée de l'invention, avant l'injection de résine; - la figure 5 est une vue en coupe, selon le plan V-V, de l'embase 20 de la figure 4; - la figure 6 est une représentation schématique, en vue de dessus, de l'embase des figures 4 et 5, après l'injection de résine; - la figure 7 est une vue en coupe, selon le plan VII-VII, de l'embase de la figure 6. 25 En se référant à la figure 1, on voit un boîtier étanche selon l'art antérieur comprenant un circuit imprimé 1' et une embase 2' traversée par un ensemble de broches 3'. Les broches 3' ont été emmanchées en force à travers une paroi de fond 6' de l'embase 2' et sont brasées, ou implantées par un procédé connu sous le nom de � press-fit, � sur le 30 circuit imprimé l', en des points 7' de connexion électrique. En référence à la figure 2, l'embase 2 comporte en fait trois embases unitaires, 2'a, 2'b, 2'c solidaires les unes des autres; il s'agit d'une embase triple. L'ensemble est noyé dans une résine 5' afin d'assurer l'étanchéité de l'intérieur du boîtier vis-à-vis de possibles entrées d'eau en 35 particulier par les trous pratiqués dans la paroi 6' pour le passage des broches 3'. L'embase triple 2' est destinée à recevoir trois connecteurs (non représentés), chaque connecteur étant connecté sur une embase unitaire 2'a, 2'b, 2'c et électriquement relié au circuit imprimé 1' par une série 3'a, 3'b, 3'c de broches 3' de l'embase unitaire Ta, 2'b, 2'c. Cette embase 2' est réalisée en plastique plein, au travers duquel les broches sont emmanchées en force. En se référant maintenant aux figures 4 à 7, on voit une embase 2 pour connecteur électrique selon l'invention, en l'espèce une embase triple, destinée à être installée (montée) sur un boîtier contenant un circuit imprimé 1. L'embase 2 est traversée par des broches 3 qui ont été emmanchées en force à travers des alésages ou trous, non représentés, ménagés dans une paroi 6 dite de fond de l'embase 2 et sont brasées ou montées par press-fit sur le circuit imprimé 1, avant tout résinage. L'embase 2 comporte en fait trois embases unitaires 2a, 2b, 2c solidaires les unes des autres, chaque embase unitaire 2a, 2b, 2c étant traversée par une série 3a, 3b, 3c de broches 3. Par souci de simplification, on décrira dans la suite l'une des embases unitaire 2a, étant entendu que les trois embases unitaires, 2a, 2b 2c sont de structures équivalentes. L'embase 2 comporte la paroi de fond 6 et des parois 7, solidaire de la paroi de fond 6, formant un profil ouvert de connexion, dans lequel sont destinés à être connectés des connecteurs, de manière classique. Dans l'embase 2a est creusée une fosse intérieure 4, en l'espèce non traversante, qui sépare l'embase en deux parois 6A et 6B se faisant face. Cette fosse intérieure 4 peut encore être dénommée tranchée 4 ou évidement 4. Elle a une forme sensiblement parallélépipédique. Sa longueur est sensiblement égale à la dimension transversale de la zone de passage de la série 3a des broches 3. Elle s'étend en profondeur jusqu'en dessous de la broche 3 la plus profonde; l'espace laissé en-dessous de la dernière broche 3 est typiquement de l'ordre d'au moins 2 mm. Sa largeur est fonction de l'épaisseur totale de la paroi de fond 6 de l'embase 2 et doit garantir, tout d'abord que la structure de l'embase 2 seule reste suffisamment rigide et ensuite qu'il est possible de couler dans la fosse intérieure 4 une substance ayant la viscosité d'une résine polymérisable, sans formation de bulles d'air. Le plan supérieur de l'embase 2, c'est-à-dire le plan dans lequel s'étend l'ouverture de la fosse intérieure 4, est parallèle au plan général du circuit imprimé 1 et, par extension, au plan formé par les côtés de plus grande dimension du boîtier électronique. Il est ainsi possible de verser de la résine dans la fosse intérieure 4 en mode vertical de remplissage, c'est-à-dire en laissant le circuit imprimé 1, et donc le boîtier, en position horizontale, qui est sa position d'assemblage. Ainsi, on peut verser la résine sans avoir à manipuler le boîtier et donc la laisser se polymériser tout en continuant l'assemblage et la manutention du boîtier sur la chaîne de fabrication. Sur les figures 6 et 7, on voit la fosse intérieure 4 après qu'elle ait été remplie d'une substance polymérisable 5, en l'espèce du type bicomposants, qui noie les broches 3 au niveau de leur passage dans la fosse intérieure 4. Il s'agit ici d'une résine polyuréthane, qui présente l'avantage d'un faible coût. On peut remarquer que par rapport à un résinage de tout le boîtier 15 ou même à un résinage de la seule face arrière de l'embase 2, le volume de résine utilisé est, ici, sensiblement réduit. On va maintenant décrire le processus de fabrication d'un boîtier électronique équipé d'une embase pour connecteur étanche, selon une forme de réalisation préférée de l'invention. 20 L'embase 2 est réalisée chez le fabricant de connecteurs, sous-traitant de l'équipementier, selon des méthodes connues de fabrication pour ce type de produits. En particulier le sous-traitant est libre d'utiliser des produits standard à bas coût et des méthodes de fabrication elles aussi bon marché, telles que le montage des broches 3 par 25 emmanchement; il peut aussi bien évidemment pratiquer le surmoulage des broches pour améliorer l'étanchéité de l'embase 2. L'emmanchement des broches 3 est ici préférentiellement réalisé en utilisant la technique des harpons, c'est-à-dire en utilisant des broches 3 qui présentent des excroissances latérales, non représentées, destinées à exercer une 30 pression latérale supplémentaire en certains endroits des parois en matière plastique traversées par les broches 3, par contact des surfaces transversales desdites excroissances sur des surfaces des parois de l'embase 2 en vis-à-vis, de manière connue. Des harpons sont disposés préférentiellement sur deux emplacements des broches 3 qui seront 35 chacun en contact avec une surface de l'une des deux parois 6A, 6B situées de part et d'autre de la fosse intérieure 4. L'embase 2 est livrée, avec ses broches 3 en place et sa fosse intérieure 4 vide, à l'équipementier responsable de la réalisation du module électronique. Cette répartition des tâches présente l'avantage que le fabricant de connecteurs n'a pas à effectuer d'opération de résinage (comme ce serait le cas avec un résinage de la face arrière) pour lequel il n'est pas en fait vraiment compétent. Cette opération est préférentiellement effectuée par l'équipementier qui dispose des outillages et de la compétence adéquats. L'équipementier place l'embase 2 en regard du circuit imprimé, éventuellement équipé de ses autres composants, de façon à ce que les broches 3 viennent en contact avec les points de connexion 7; il assemble l'embase et le circuit imprimé par la technique choisie (refusion, vague, press-fit ou tout autre technique connue). Une fois les contacts électriques réalisés, l'équipementier peut assembler tout le boîtier, en y installant le circuits imprimé alors muni de l'embase 2, et en refermant le boîtier avec un couvercle muni d'un joint. L'étape de résinage de la fosse intérieure 4, pour assurer l'étanchéité de l'intérieur du boîtier vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, est effectuée de préférence après que l'ensemble du boîtier ait été ainsi assemblé. Un tel ordre des étapes de procédé est avantageux, puisque la résine n'est pas soumise aux traitements thermiques liés au brassage et/ou soudage des différents éléments; la résine n'a donc pas besoin de présenter une résistance thermique aux températures impliquées et il est ainsi possible d'utiliser une résine meilleur marché, telle qu'une résine polyuréthane. On note que l'utilisation de broches avec harpons constitue un moyen de contention de la résine 5 lors de sa coulée dans la fosse intérieure 4 et permet de garantir que celle-ci ne migrera pas à travers les parois 6A, 6B de l'embase 2, même avec des viscosités inférieures à 2000 mPa.s, et qu'elle ne risque pas de déborder, au-delà de ces parois 6A, 6B, sur la partie externe des broches 3 et ainsi perturber les contacts électriques avec les connecteurs ou sur le circuit imprimé 1. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. Notamment, toute résine adaptée autre que la résine polyuréthane peut être employée. REVENDICATIONS1. Embase pour connecteur électrique destinée à être installée sur un boîtier contenant au moins un circuit imprimé (1), ladite embase comprenant au moins une broche (3) traversant ladite embase et destinée à être connectée audit circuit imprimé (1), embase caractérisée en ce qu'elle est creusée d'une fosse intérieure (4) de formation d'étanchéité, au travers de laquelle passe ladite broche (3), ladite fosse étant destinée à être remplie de résine pour noyer ladite broche (3). 2. Embase selon la revendication 1 comportant au moins une paroi (6) traversée par la broche, dans laquelle ladite fosse intérieure est creusée dans ladite paroi (6). 3. Embase selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle ladite broche (3) traverse ladite embase (2) au niveau de deux passages 15 situés de part et d'autre de ladite fosse intérieure (4). 4. Embase selon la revendication 3 dans laquelle, deux parois (6A, 6B) s'étendant de part et d'autre de ladite fosse intérieure (4), lesdits passages sont formés par des alésages ménagés dans lesdites parois (6A, 6B). 20 5. Embase selon l'une des revendications 1 à 4 destinée à être traversée par une pluralité de broches (3), dans laquelle l'ensemble des broches traversant ladite embase (2) passe au travers de ladite fosse intérieure (4). 6. Embase selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle 25 ladite fosse intérieure (4) est une fosse non traversante qui s'étend jusqu'au dessous de la broche la plus profonde. 7. Embase selon l'une des revendications 1 à 6 dans laquelle ladite fosse intérieure (4) est remplie d'une substance polymérisable (5), telle qu'une résine bi-composants, en particulier la substance 30 polymérisable (5) est une résine polyuréthane. 8. Embase selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle ladite broche (3) est emmanchée en force à travers l'embase (2), en particulier à travers deux parois (6A, 6B) de l'embase (2) situées de part et d'autre de la fosse intérieure (4). 9. Embase selon la revendication 8 dans laquelle ladite broche (3) est munie d'au moins un harpon destiné à être en contact avec l'embase (2). 10.Embase selon les revendications 8 et 9 comportant une paroi (6) dans laquelle est creusée ladite fosse intérieure (4), dans laquelle ladite broche (3) est munie de deux harpons destinés à être en contact avec des surfaces situées de part et d'autre de ladite paroi de l'embase. 11.Embase selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle les deux parois (6A, 6B) de l'embase (2) situées de part et d'autre de la fosse intérieure (4) sont surmoulées sur la broche (3). 12. Boîtier renfermant au moins un circuit imprimé relié électriquement par au moins une broche (3) à une embase (2) comportant les caractéristiques de l'embase de l'une des revendications 1 à 11. 13. Boîtier selon la revendication 12 dans lequel, ladite fosse intérieure (4) étant ouverte au niveau d'une ouverture en forme de plan, ledit plan est parallèle à un plan formé globalement par le circuit imprimé. 14. Procédé de réalisation d'un boîtier comprenant au moins une embase (2) pour connecteur électrique et au moins un circuit imprimé (1) relié électriquement à ladite embase (2) par l'intermédiaire d'au moins une broche (3) traversant ladite embase, ladite embase comportant une fosse intérieure (4) de formation d'étanchéité à travers laquelle passe ladite broche (3), ladite fosse étant destinée à être remplie de résine pour noyer ladite broche (3), comprenant les étapes suivantes: a) fixation de ladite broche (3) par passage au travers de ladite embase (2), en traversant ladite fosse intérieure (4), b) mise en place de l'embase (2) en regard dudit circuit imprimé (1) et connexion électrique audit circuit imprimé par l'intermédiaire de ladite broche (3), c) installation dudit circuit imprimé (1) et de l'embase (2) dans ledit boîtier, d) fermeture dudit boîtier, e) résinage de ladite fosse intérieure (4). 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape e) est 35 mise en oeuvre postérieurement à l'étape d). 16. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15 dans lequel l'ensemble des opérations d'assemblage dudit boîtier s'effectue sans rotation du plan formé globalement par le circuit imprimé.