Brevet FR2956254A1 — publié le 20110812

CONNECTEUR ÉLECTRIQUE À ÉLÉMENTS DE CONNEXION COUPLÉS THERMIQUEMENT PAR THERMO-CONDUCTION L'invention concerne les connecteurs électriques comprenant au moins deux éléments de connexion. L'invention concerne aussi bien les connecteurs électriques de type mâle que les connecteurs électriques de type femelle. Par conséquent, les éléments de connexion peuvent être de type mâle (comme par exemple des Zo broches ou des fiches, parfois nommés languettes) ou de type femelle (comme par exemple des cylindres circulaires creux ou des parallélépipèdes creux ou encore des clips (propres à recevoir des languettes)). Certains composants électriques ou électroniques, éventuellement implantés sur des circuits imprimés, comportent des entrées/sorties couplées 15 à des connecteurs électriques raccordés à des faisceaux électriques. Comme le sait l'homme de l'art, lorsqu'un composant électrique ou électronique, implanté sur un circuit imprimé, fonctionne, il peut générer de l'énergie calorifique qui induit un échauffement non seulement de lui-même, mais aussi de son circuit de connexion jusqu'à au moins un fil électrique (ou brin d'un 20 faisceau). On entend ici par "circuit de connexion" un ensemble comprenant au moins une piste imprimée à laquelle un composant est raccordé, éventuellement un fusible, et un élément de connexion constitué d'une broche mâle ou d'une broche femelle (parfois appelée "clip") d'un connecteur électrique (de type mâle ou femelle). Ce dernier rassemble généralement 25 plusieurs éléments de connexion destinés à assurer une connexion entre un ensemble d'au moins un composant et des brins d'un faisceau électrique. On notera que le circuit de connexion d'un composant génère aussi de l'énergie calorifique du fait de son impédance propre, par effet joule, lorsqu'un courant le traverse. 30 L'énergie calorifique d'échauffement qui est contenue dans un élément de connexion est au moins partiellement transférée dans le brin du faisceau électrique auquel il est connecté, et ce brin diffuse cette énergie calorifique par conduction thermique (notamment) grâce à son âme (généralement en cuivre). On comprendra donc que les faisceaux électriques qui raccordent des composants électriques ou électroniques qui sont implantés sur des circuits imprimés servent également à évacuer une partie des calories qui sont générées par au moins un composant électrique et son circuit de connexion. Mais, cette faculté est généralement partiellement exploitée car la chaleur est mal répartie au sein du faisceau. En effet chaque brin d'un faisceau est isolé électriquement par une gaine (généralement en matière plastique) qui est un mauvais conducteur de chaleur. De plus, chaque circuit de connexion est isolé électriquement des autres par la matière du circuit imprimé, par exemple en époxy, et cette matière est aussi un mauvais conducteur de chaleur. L'inconvénient principal de ces faisceaux électriques réside dans leur poids relativement élevé du fait du matériau dans lequel est réalisée leur âme (généralement du cuivre). Or, dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules, on cherche à réduire le poids de leurs éléments afin de réduire les coûts de fabrication et les consommations d'énergie. Pour ce faire on peut réduire la section de l'âme des brins des faisceaux électriques. Cependant, une telle réduction induit aussi une réduction de leur aptitude à évacuer des calories. Par ailleurs, dans d'autres cas une augmentation de la consommation électrique nécessite une augmentation de la masse des faisceaux. L'invention a donc pour but de proposer une solution permettant de mieux répartir et évacuer les calories qui sont contenues dans les éléments de connexion des connecteurs électriques qui sont associés à certains composants électriques ou électroniques, notamment en tirant partie du fait que sur un circuit imprimé il y a souvent à un moment donné des composants actifs (chauds) et des composants non actifs qui sont moins chauds que ceux qui sont actifs. Elle propose à cet effet un connecteur électrique comprenant un corps propre à maintenir au moins deux éléments de connexion et comprenant au moins une partie interne à thermo-conductivité accrue, isolante électriquement et en contact étroit avec les éléments de connexion de manière à assurer entre eux un pont thermique destiné à répartir entre eux une partie au moins de l'énergie calorifique que contient l'un au moins d'entre eux lorsqu'il fait l'objet d'un échauffement. Le connecteur électrique selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - au moins la partie interne de son corps peut être réalisée dans un matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement; - son corps peut être intégralement réalisé dans le matériau à thermoconductivité accrue et isolant électriquement; - le matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement peut être une matière plastique obtenue à partir d'au moins un polymère et de charges propres à accroître la thermo-conductivité et/ou d'au moins un additif propre à accroître la thermo-conductivité; 15 - dans une variante, la partie interne de son corps peut être une cavité qui présente, d'une part, une face arrière, sur laquelle est placé un joint thermo-conducteur, isolant électriquement, et traversé par les éléments de connexion, et d'autre part, une face avant, opposée à la face arrière et fermée au moins partiellement par une paroi qui est traversée par les 20 éléments de connexion; - le joint peut être agencé sous la forme d'une feuille; • la feuille peut être réalisée dans un matériau comportant au moins un polymère; o le matériau peut être le HCS10®, fabriqué par la société 25 Chomerics; o le polymère peut être chargé avec de la matière qui améliore la conductivité thermique, par exemple avec des particules de céramique ou des nano-matériaux thermoconducteurs; • en variante, la feuille peut être réalisée dans un matériau sans 30 silicone; o le matériau peut être par exemple le Gap Pad 2200SF® fabriqué par la société Bergquist; - dans une première variante, le joint peut être agencé sous la forme d'un gel; • le gel peut être réalisé dans un matériau élastomère à base de silicone(s); - dans une seconde variante, le joint peut être agencé sous la forme d'une pâte; - la cavité peut être délimitée par des parois qui sont réalisées dans un matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement; • le matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement peut être une matière plastique obtenue à partir d'au moins un polymère et de charges propres à accroître la thermo-conductivité et/ou d'au moins un additif propre à accroître la thermo-conductivité. L'invention est bien adaptée, bien que non limitativement aux véhicules, éventuellement de type automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un premier exemple de réalisation de connecteur électrique, de type mâle, selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un deuxième exemple de réalisation de connecteur électrique, de type femelle, selon l'invention, et - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un troisième exemple de réalisation de connecteur électrique, de type mâle, selon l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but d'offrir un connecteur électrique (CE) destiné à être couplé à des brins électriques d'un éventuel faisceau électrique et à au moins un composant électronique ou électrique, et permettant de favoriser l'évacuation d'une partie de l'énergie calorifique qui est générée en fonctionnement par ce composant électronique ou électrique, ainsi que par des éléments de connexion (EC1 ou EC2) qu'il comprend ou qui font partie d'un autre connecteur électrique auquel il est solidarisé. On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le composant électronique ou électrique et le connecteur électrique associé sont implantés sur un circuit imprimé qui est logé à l'intérieur d'un boîtier électronique destiné, notamment, à le protéger. Mais, l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout type de connecteur électrique (mâle ou femelle) destiné à être associé, directement ou indirectement, à un composant électronique ou électrique qui génère en fonctionnement de l'énergie calorifique (ou des calories) qui doi(ven)t être évacuée(s) au moins partiellement. Ainsi, le connecteur électrique pourrait être couplé à des brins électriques d'un éventuel faisceau électrique et destiné à être solidarisé à un autre connecteur électrique couplé à au moins un composant électronique ou électrique. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le boîtier électronique est destiné à faire partie d'une architecture électrique et électronique (ou AEE) d'un véhicule, éventuellement de type automobile. Mais, l'invention n'est pas limitée à cette application. On a schématiquement représenté sur les figures 1 à 3 trois exemples de connecteur électrique CE. Plus précisément, les figures 1 et 3 illustrent des connecteurs électriques CE de type mâle, tandis que la figure 2 illustre un connecteur électrique CE de type femelle. Un connecteur électrique CE selon l'invention comprend notamment un corps EM qui est chargé de maintenir étroitement au moins deux éléments de connexion EC1 (mâle) ou EC2 (femelle). Comme indiqué précédemment, les connecteurs électriques peuvent être soit de type mâle, comme illustré sur les figures 1 et 3, et dans ce cas leurs éléments de connexion EC1 peuvent se présenter sous la forme de broches ou de fiches, par exemple, soit de type femelle, comme illustré sur la figure 2, et dans ce cas leurs éléments de connexion EC2 peuvent se présenter sous la forme de cylindres circulaires creux ou de parallélépipèdes creux ou encore de clips (propres à recevoir des languettes dans lesquelles sont respectivement sertis des brins d'un faisceau électrique). Les broches ou fiches ou languettes peuvent présenter diverses formes. Ainsi, elles peuvent être sensiblement plates et rectangulaires, avec éventuellement une extrémité pointue (comme illustré), ou bien cylindriques circulaires, par exemple. On notera que lorsque les éléments de connexion sont des clips EC2 (et donc de type femelle), le corps EM dans lequel ils sont implantés est généralement appelé porte clips. On notera également que lorsque les éléments de connexion EC1 sont de type mâle, ils sont généralement nommés languettes et traversent généralement directement et intégralement une paroi du corps EM de sorte que leurs parties terminales PT puissent être insérées dans un circuit imprimé et fixées dans celui-ci, par brasure ou soudure ou par pression (par exemple selon le procédé appelé "Press-Fit"). Une languette EC1 peut alors être reliée à une ou plusieurs pattes (ou pins) d'un ou plusieurs composants via une ou plusieurs pistes d'un ou plusieurs circuits imprimés. En revanche, lorsque les éléments de connexion EC2 sont de type femelle, ils sont généralement (comme illustré sur la figure 2) logés étroitement dans des évidements (ou alvéoles) traversants AL qui sont défini(e)s dans une paroi du corps EM, et leurs parties terminales PT débouchent au-delà de ces évidements AL afin de pouvoir être connectées à des brins électriques (ou fils) d'un éventuel faisceau associé, par exemple par sertissage. Comme illustré non limitativement, le corps EM peut éventuellement comporter, sur une face arrière (située du côté où débouchent les parties terminales PT des éléments de connexion EC1 ou EC2), des pattes de fixation PF destinées à permettre sa fixation sur un circuit imprimé (par exemple). Selon l'invention, le corps EM du connecteur électrique CE comprend au moins une partie interne PI présentant une thermo-conductivité accrue, isolante électriquement et en contact étroit avec les éléments de connexion EC1 ou EC2 de manière à assurer entre eux (EC1 ou EC2) un pont thermique. Grâce à ce pont thermique inter-éléments de connexion, une partie au moins de l'énergie calorifique, que contient l'un au moins des éléments de connexion EC1, EC2 lorsqu'il fait l'objet d'un échauffement, peut être répartie entre tous les éléments de connexion EC1 ou EC2 du connecteur électrique CE. Cette mutualisation de la conduction thermique est particulièrement avantageuse, car elle permet d'évacuer une plus grande énergie calorifique (ou une plus grande quantité de calories ou de chaleur) contenue dans un élément de connexion EC1 ou EC2 vers les différents brins du faisceau électrique auquel est connecté un connecteur électrique CE associé (directement ou indirectement) à un composant (électronique ou électrique). On comprendra que cela permet d'utiliser des composants qui génèrent plus de calories et/ou des brins de faisceau électrique dont les âmes présentent des sections plus petites et donc sensiblement moins lourdes. On entend ici par "partie interne présentant une thermo-conductivité accrue" une partie d'un corps EM de connecteur électrique CE dont la thermo- conductivité est volontairement notablement plus grande que celle offerte par un corps classique (généralement réalisé en matière plastique (très) peu thermo-conductrice). Cette augmentation de la thermo-conductivité peut être obtenue d'au moins deux façons, éventuellement combinables entre elles. Une première façon consiste à réaliser au moins la partie interne PI du corps EM dans un matériau dont la thermo-conductivité est accrue (par rapport à un matériau habituellement utilisé) et qui est isolant électriquement. On notera, comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, que le corps EM peut être intégralement réalisé dans un matériau à thermo- conductivité accrue et isolant électriquement. Ce dernier est matérialisé sur les figures par des points noirs sur un fond blanc. Ce matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement peut, par exemple, être une matière plastique obtenue à partir d'au moins un polymère (ou résine de base) et de charges propres à accroître la thermo- conductivité et/ou d'au moins un additif propre à accroître la thermoconductivité. Les charges peuvent être des micro ou nano-particules ou bien des molécules dont la concentration est choisie suffisamment basse pour ne pas accroître de façon significative la conductivité du matériau de base (polymère). Par exemple, on pourra avantageusement utiliser des charges constituées de particules de céramique. Une seconde façon (illustrée sur la figure 3) consiste à réaliser la partie interne PI sous la forme d'une cavité logeant un joint J thermo- conducteur, isolant électriquement et traversé par les éléments de connexion EC1 ou EC2. Plus précisément, la cavité PI présente une face arrière FR, sur laquelle est placé le joint J thermo-conducteur et isolant électriquement, et une face avant FV, opposée à sa face arrière FR et fermée au moins partiellement par une paroi de recouvrement PA qui est traversée par les éléments de connexion EC1 ou EC2. On notera que la paroi de recouvrement PA, qui est située devant le joint J et qui referme la cavité PI, peut être réalisée pendant la phase de fabrication du corps EM (par exemple par moulage), après que le joint J ait été placé dans la cavité PI. Mais, il peut également s'agir d'une pièce qui est rapportée après la phase de moulage. Par ailleurs, la paroi de recouvrement PA peut être également réalisée dans le matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement, comme illustré non limitativement sur la figure 3. Cela permet d'augmenter la surface des éléments de connexion EC1 ou EC2 qui est au contact de la matière thermo-conductive et donc de favoriser encore plus la répartition des calories à évacuer entre les différents éléments de connexion EC1 ou EC2. Mais, cela n'est pas obligatoire (elle (PA) peut en effet être réalisée dans un matériau différent de celui utilisé pour fabriquer le corps EM). Comme illustré non limitativement sur la figure 3, le joint J peut par exemple être agencé sous la forme d'une feuille (ou d'un coussinet) que l'on place dans la cavité PI avant de le recouvrir au moins partiellement avec la paroi de recouvrement PA. On introduit ensuite les parties terminales PT des éléments de connexion EC1 ou EC2 au travers de la paroi de recouvrement PA, puis du joint J, puis de la paroi de fond du corps EM qui délimite la face arrière FR de la cavité PI, via des trous ou évidements prédéfinis (au moins dans certains d'entre eux). A titre d'exemple, la feuille J peut être réalisée dans un matériau qui comporte au moins un polymère. Ainsi, on peut utiliser le produit référencé HCS10® qui est fabriqué par la société Chomerics (division du groupe Parker) et qui fait partie de la gamme de produits appelée « Thermal-A-Gap ». Ce produit est intéressant car il offre actuellement une conductivité thermique d'environ 1 W/m.k avec une excellente conformabilité (indice Shore de 4) qui lui permet d'épouser les aspérités des éléments de connexion. On notera que l'on peut également utiliser d'autres produits de cette même société, comme par exemple le Gap Filler Pad 976® qui est un joint thermique ayant une conductivité thermique d'environ 6,5 W/m.k, une dureté plus importante (indice Shore de 10) et une épaisseur pouvant atteindre de 1 à 5 mm selon les besoins, ou bien des produits fabriqués par la société Bergquist Company, comme par exemple le GapPad VO Ultrasoft® qui a une conductivité thermique de 1 W/m.k et une dureté de 5 Shore ou le Gap Pad 2500520® qui a une conductivité thermique de 2,4 W/m.k et une dureté de 20 Shore ou le Gap Pad 5000535® qui a une conductivité thermique de 5 W/m.k, une dureté de 35 Shore et une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm ou encore le Gap Pad 2200SF® qui ne contient pas de silicone et a conductivité thermique de 2 W/m.k et une dureté de 70 Shore. Dans une variante non illustrée, le joint J peut être agencé sous la forme d'un gel ou d'une pâte qui est déposé(e) continûment sur la face interne de la paroi de fond du corps EM qui délimite la face arrière FR de la cavité PI. On notera que le gel est un état physique avantageux car il permet d'effectuer des interventions de maintenance non destructives. A titre d'exemple non limitatif, le gel peut être réalisé dans un matériau élastomère à base d'un ou plusieurs silicones. Dans ce cas, on peut par exemple utiliser des produits fabriqués par la société Chomerics et appartenant à la gamme de produits appelée Therm-A-Gap, comme par exemple le Gel T636® qui présente l'avantage d'être un matériau pré-polymérisé conformable à une seule composante et qui a conductivité thermique de 2,4 W/m.k, ou bien des produits fabriqués par la société Bergquist Company, comme par exemple le 3500535® de type « Liquid Gap Filling Material » à deux composantes qui a une conductivité thermique de 3,6 W/m.k, ou encore des produits fabriqués par la société Getelec SA, comme par exemple le gel à base de silicone chargé de particules en céramique qui est référencé GTG 7065® et qui a une conductivité thermique de 7 W/m.k. On notera également qu'en raison de la présence d'une cavité additionnelle PI dans la variante de corps EM à joint J, on peut être amené à rallonger légèrement la hauteur des parois latérales du corps EM qui sont érigées sensiblement perpendiculairement à la face interne de sa paroi de fond. On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 3, que dans la variante de corps EM à joint J, au moins la paroi de fond qui délimite la face arrière FR de la cavité PI peut être avantageusement réalisée dans un matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement, du type de celui présenté précédemment. On comprendra en effet que cela permet d'augmenter encore plus la surface des éléments de connexion EC1 ou EC2 qui est au contact de la matière thermo-conductive et donc de favoriser encore plus la répartition des calories à évacuer entre les différents éléments de connexion EC1 ou EC2. Mais, cela n'est pas obligatoire. On notera également qu'après avoir raccordé les éléments de connexion EC1 ou EC2 aux brins d'un faisceau électrique dont une extrémité est connectée à un corps EM, on peut envisager de remplir une cavité (non représentée), située sur la face opposée à ce corps EM et entourant les brins électriques, avec un gel thermo-conducteur et isolant électriquement, du type de celui présenté précédemment. On comprendra en effet que cela permet d'établir un pont thermique entre les gaines des brins et donc de favoriser encore plus la répartition des calories à évacuer entre les différents brins. Comme indiqué précédemment, le gel est un état physique avantageux du fait qu'il permet d'effectuer des interventions de maintenance non destructives. Cette dernière variante s'applique également à un second connecteur électrique s'insérant dans un corps d'un premier connecteur électrique qui comporte des broches mâles ou femelles reliées à des brins d'un faisceau électrique. Dans ce cas, le premier connecteur électrique peut comprendre sur sa face arrière une cavité qui entoure les brins et qui peut être remplie avec un gel thermo-conducteur et isolant électriquement, du type de celui présenté précédemment. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de connecteur électrique décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Connecteur électrique (CE) comportant un corps (EM) propre à maintenir au moins deux éléments de connexion (EC1, EC2), caractérisé en ce que ledit corps (EM) comprend au moins une partie interne (PI) à thermoconductivité accrue, isolante électriquement et en contact étroit avec lesdits éléments de connexion (EC1, EC2) de manière à assurer entre eux (EC1, EC2) un pont thermique destiné à répartir entre eux une partie au moins de l'énergie calorifique que contient l'un au moins d'entre eux lorsqu'il fait l'objet d'un échauffement. 2. Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins ladite partie interne (PI) est réalisée dans un matériau à thermoconductivité accrue et isolant électriquement. 3. Connecteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit corps (EM) est intégralement réalisé dans ledit matériau à thermoconductivité accrue et isolant électriquement. 4. Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie interne (PI) est une cavité présentant une face arrière (FR), sur laquelle est placé un joint (J) thermo-conducteur, isolant électriquement et traversé par lesdits éléments de connexion (EC1, EC2), et une face avant (FV), opposée à ladite face arrière (FR) et fermée au moins partiellement par une paroi (PA) traversée par lesdits éléments de connexion (EC1, EC2). 5. Connecteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'une feuille. 6. Connecteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite feuille est réalisée dans un matériau comportant au moins un polymère. 7. Connecteur électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau est le HCS10®. 8. Connecteur électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit polymère est chargé avec de la matière qui améliore la conductivitéthermique. 9. Connecteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite feuille est réalisée dans un matériau sans silicone. 10. Connecteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'un gel. 11. Connecteur électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit gel est réalisé dans un matériau élastomère à base de silicone(s). 12. Connecteur électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'une pâte. 13. Connecteur électrique selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que ladite cavité (PI) est délimitée par des parois réalisées dans un matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement. 14. Connecteur électrique selon l'une des revendications 2, 3 et 13, caractérisé en ce que ledit matériau à thermo-conductivité accrue et isolant électriquement est une matière plastique obtenue à partir d'au moins un polymère et de charges propres à accroître la thermo-conductivité et/ou d'au moins un additif propre à accroître la thermo-conductivité. 15. Utilisation du connecteur électrique (CE) selon l'une des revendications précédentes dans un véhicule.