Brevet FR3000617A1 — publié le 20140704

L'invention concerne un contact destiné à être emmanché ou inséré en force dans un trou (dit trou d'insertion) aménagé à cet effet dans un circuit imprimé. De tels contacts, dits contacts 'press-fit' sont connus, par exemple par le document US 7,008,272. Cependant, contrairement à ce document, la présente invention concerne plus particulièrement des contacts servant à faire circuler un courant de forte intensité, par exemple de 20 à 35 Ampères. L'invention concerne donc notamment des contacts d'épaisseur supérieure ou égale à 0,6 mm. Du fait que les contacts 'press-fits' sont emmanchés en force, il n'est pas nécessaire de procéder à une étape de soudure, postérieure à l'insertion du contact dans le trou prévu pour l'accueillir. Par conséquent, avantageusement ces contacts peuvent être utilisés pour fixer des composants sur un circuit imprimé après que celui-ci a été réalisé. La contrepartie de cet avantage est que les contacts doivent satisfaire à un cahier des charges exigeant, qui requiert que les forces d'insertion n'excède pas une valeur maximale, et au contraire que la force d'extraction (force nécessaire pour extraire le contact du circuit imprimé) atteigne au moins une valeur minimale prédéterminée. Quand plusieurs contacts doivent être insérés sur un même substrat (par exemple, un PCB ou 'Printed Circuit Board'), il est difficile d'assurer un parfait alignement entre chacun des contacts et les différents trous prévus pour recevoir ces différents contacts. Cette difficulté se présente en particulier lors de la fixation de contacts faisant tous partie d'un même composant (électronique, mécatronique, etc.), et dont par conséquent la position relative est fixe. Habituellement, au cas où l'on tente d'insérer un contact dans un trou alors que l'axe du contact n'est pas précisément aligné avec celui du trou, l'opération d'insertion échoue, et le contact se plie au lieu de pénétrer et d'être fixé dans le trou d'insertion. Par suite, le composant dont fait partie le contact doit être retiré, le contact redressé, et l'insertion des différents contacts du composant considéré doit être tentée à nouveau ; à moins qu'il ne soit nécessaire d'utiliser un nouveau composant. De telles opérations entraînent des surcoûts considérables en fabrication et des taux de rebut élevés. Il existe donc un besoin pour un contact permettant une insertion convenable dans un trou d'insertion prévu pour l'accueillir, même en cas de décalage axial entre l'axe du contact et l'axe de ce trou. Un premier objectif de l'invention est donc de fournir un contact destiné à être emmanchés en force, et qui présente une tolérance élevée, lors de l'insertion, aux défauts d'alignement entre le contact et le trou dans lequel il doit être inséré. Dans ce but, il est proposé selon l'invention un contact pour emmanchement en force dans un trou d'insertion aménagé dans un circuit imprimé ; le contact comprenant un talon et une tige s'étendant suivant une direction de longueur du contact ; la tige présentant une épaisseur constante dans une direction d'épaisseur ; la tige présentant un chas allongé divisant la tige en deux branches, de préférence à une certaine distance axiale du talon. L'invention concerne notamment des contacts réalisés en bronze (notamment CuSn6P R560 N/mm2) ou en matière cuivreuse avec une conductivité électrique supérieure à 50 % au sens de l'IACS (International 20 Annealed Copper Standard). Selon l'invention, une résistance élevée aux défauts d'alignement entre le contact et le trou d'insertion est obtenue grâce au fait que dans un contact selon l'invention, le ratio entre une plus grande largeur de la tige et une épaisseur de celle-ci est supérieur à 2,3, et de préférence à 25 2,6. On peut ainsi par exemple, pour une épaisseur de tige de 0,6 mm, avoir un contact dont la tige présente une largeur maximale d'au moins 1,4 mm, et de préférence supérieure à 1,6 mm. L'invention consiste donc à proposer des contacts présentant un 30 ratio entre la plus grande largeur de la tige et l'épaisseur du contact plus élevé que dans les contacts 'press-fit' connus. Ces contacts présentent donc une largeur de tige accrue par rapport à des contacts press-fit connus de même épaisseur. Ainsi, vus perpendiculairement à leur plan général, les contacts selon l'invention sont 35 plus bombés sur les côtés que les contacts traditionnels. Grâce à la largeur accrue de leur tige, les contacts selon l'invention présentent par rapport aux contacts connus une capacité accrue à absorber des déformations latérales, et notamment celles qui peuvent être dues à un défaut d'alignement entre le contact et le trou d'insertion, lors de l'insertion. D'autres paramètres peuvent être à pris en compte de préférence pour optimiser le comportement des contacts lors de l'insertion, et assurer l'obtention d'une force d'extraction élevée après l'insertion des contacts. Ainsi, il est préférable que les branches aient une largeur relativement constante. Dans un mode de réalisation, les branches, sur leur partie située axialement à plus de 5% des extrémités du chas, présentent une largeur W telle que : 0,9 Wmoyenne Dans l'ensemble de ce document, la largeur des branches est mesurée uniquement sur la partie des branches située axialement (par rapport à l'axe de la tige) à plus de 5% des extrémités du chas. Cette largeur est mesurée perpendiculairement à la fibre neutre des branches. Du fait que les branches ont une largeur relativement constante, lors de leur insertion, elles se déforment sur une grande partie de leur longueur voire toute leur longueur : Il s'ensuit qu'elles peuvent se déplacer dans la direction latérale (de la largeur) d'une valeur relativement importante, ce qui permet d'absorber un défaut d'alignement du contact par rapport au trou d'insertion. Un autre paramètre important est la largeur moyenne des branches. De préférence, cette largeur moyenne des branches (Wmoyenne) -moyenne) est voisine de 0,17 x L, où L est la longueur du chas. Dans la phrase précédente comme dans tout le reste de ce document, le caractère « x » signifie « multiplié par ». Ainsi la phrase précédente signifie que la largeur moyenne des branches Wmoyenne est voisine de la longueur du chas multipliée par 0,17. Plus généralement : La largeur moyenne des branches peut être supérieure à 0,155 x la longueur du chas. Une largeur moyenne suffisamment élevée permet que les branches soient suffisamment épaisses et rigides pour appliquer la force d'extraction importante requise d'un tel contact. D'autre part, la largeur moyenne des branches peut être inférieure à 0,185 x la longueur du chas. En effet, la largeur moyenne des branches ne doit pas être trop élevée, pour éviter une réduction de la force d'extraction, due au problème suivant : Si la largeur des branches est excessive, cela peut empêcher la déformation élastique de celles-ci lors de l'insertion du contact, et conduire ainsi à une déformation plastique des branches lors de l'insertion, ayant pour effet de réduire la force d'extraction. Un autre paramètre de conception important est la présence de points de flexion des branches aux extrémités-mêmes de celles-ci. Aussi dans un mode de réalisation, chacune des branches présente à chacune de ses extrémités un point de flexion, auquel la largeur des branches est inférieure à la largeur moyenne des branches, les points de flexion étant situés axialement à moins de 0,15 x la longueur du chas en partant de l'extrémité correspondante du chas. La présence de tels points de flexion aux extrémités des branches assure une flexibilité relativement élevée des branches au niveau même de leurs extrémités. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figures 1 est une vue schématique suivant une direction d'épaisseur d'un contact selon l'invention ; et - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques respectivement en coupe axiale et en coupe transversale du contact de la figure 1A, représenté inséré dans un circuit imprimé. La figure 1 représente un contact 10 selon l'invention. Les contacts 10 objets de l'invention sont fabriqués par découpe dans des feuilles de bronze. Selon l'intensité du courant que doivent conduire les contacts électriques, différentes épaisseurs peuvent être choisies pour les feuilles de bronze ; dans l'exemple représenté, les contacts 10 sont formés dans des feuilles d'épaisseur 0,6 mm. Après l'opération de découpe, les contacts 10 sont soumis à une opération au cours de laquelle on arrondit les angles des arêtes des contacts 10, de manière à remplacer les arêtes vives des contacts par des congés de raccordement 12. Chaque contact 10 se présente sous la forme générale d'une tige 30, formée de manière intégrale avec un talon 20. La tige 30 présente un chas (ou ouverture) 32 allongé, qui traverse le contact 10 suivant une direction Z qui est à la fois perpendiculaire à l'axe X de la tige et au plan général XY du contact. Le chas 32 divise la tige en deux branches 34A et 34B. Il permet la compression latérale de la tige 30 lors de l'insertion du contact 10 dans un circuit imprimé. Le contact 10 est symétrique par rapport au plan XZ. La tige 30 comporte une portion de jonction 25 qui relie les branches 34A, 34B au talon. La portion de jonction 25 présente des bords 26 parallèles. La tige 30 se prolonge au-delà des branches 34A, 34B par une partie de pointe 40, qui constitue l'extrémité libre du contact 10. Cette partie de pointe 40 a une forme générale de largeur décroissante (dans le sens allant du talon 20 vers la partie de pointe 40) afin de faciliter l'insertion du contact 10 dans un trou d'insertion. L'insertion du contact 10 dans un trou d'insertion 45 d'un circuit imprimé 50 est illustrée par les figures 2 et 3. Ces figures sont des vues schématiques partielles en coupe. Elle présentent tout d'abord un composant 70, électrique, mécatronique ou électromécanique, en particulier un connecteur, comprenant (au moins) un contact 10 selon l'invention. Elles représentent également un circuit imprimé 50 sur lequel le composant 70 a été fixé. Cette fixation a été réalisée en insérant le contact 10 de la figure 1 ainsi que d'autres contacts identiques non représentés, dans des trous d'insertion aménagés dans le circuit imprimé 50. Le composant 70 est un composant électronique sur lequel le contact 10 a été fixé de manière connue en soi. Le circuit imprimé 50 se présente sous la forme d'une plaque plane. Le circuit 50 comporte un trou 45 cylindrique de diamètre D, formé dans le circuit 50 perpendiculairement à la surface 52 de celui-ci. Pour permettre un maintien durable du composant 70 sur le circuit 50, et garantir que le courant électrique puisse bien circuler du contact 10 au circuit imprimé 50, le trou 45 est équipé d'une douille cylindrique métallique 60, à l'intérieur de laquelle le contact 10 est inséré. Le montage du contact 10 sur le circuit imprimé 50 se fait en insérant en force la tige 30 du contact dans le trou d'insertion 45. Les figures 1 à 3 représentent le contact 10, d'une part à l'état sans contrainte, avant insertion (Fig.1) ; et d'autre part déformé, après insertion dans le trou 45 (Figures 2 et 3). Pour insérer le contact 10 dans le trou 45, le contact 10 est placé de manière coaxiale à l'axe X du trou 45 puis déplacé dans la direction d'insertion A jusqu'à la position d'insertion souhaitée. Comme le montrent les figures 1 et 2 (de manière visuellement exagérée), la largeur maximale Wmax de la tige du contact 10, à l'état sans contrainte, est supérieure au diamètre D du trou 45 : La largeur maximale Wmax de la tige vaut ainsi 1,8 mm, alors que le diamètre nominal D du trou 45 vaut 1,5 mm. (Notons cependant, le ratio entre la plus grande largeur Wmax de la tige et le diamètre D du trou d'insertion ne doit pas être excessif, et doit de préférence rester inférieur à 1,4). L'insertion du contact 10 dans le trou 45 force les deux branches 34A, 34B à entrer en contact avec le bord du trou 45 puis, progressivement à se comprimer radialement et se rapprocher l'une de l'autre. Cette opération entraîne une forte compression du contact 10 dans le sens de la largeur. Une fois le contact 10 en position d'insertion (Fig.2), les deux branches sont quasiment entièrement à l'intérieur du trou 45. Elles sont maintenues dans une position déformée par rapport à leur position sans contrainte (Fig.2 versus Fig.1). Du fait de l'élasticité du matériau dans lequel est formé le contact 10, les branches 34A et 34B exercent une force élastique radiale F à l'intérieur du trou 45. Cette force fait naître : - lors de l'insertion du contact 10, une résistance à l'insertion, que la force appliquée pour l'insertion du contact doit surmonter pour permettre l'insertion de celui-ci ; et - en cas d'extraction (éventuelle) du contact, une résistance à l'extraction, que la force appliquée pour l'extraction du contact, ou 'force d'extraction' doit surmonter pour permettre l'extraction de celui-ci. Les contacts objets de l'invention sont structurés de telle sorte que la force d'insertion demeure suffisamment faible, et la force d'extraction suffisamment élevée, et cela même dans le cas où lors de l'insertion du contact 10, l'axe X de celui-ci est légèrement décalé par rapport à l'axe du trou d'insertion. Ces dispositions consistent principalement en la forme spécifique de la tige 30 : Celle-ci est particulièrement large, avec une largeur maximale Wmax de 1,8 mm, et cela pour une épaisseur de tige de seulement 0,6 mm. Cette largeur élevée de la tige permet que, malgré la présence du chas 32, la largeur des branches 34A et 34B soit relativement grande. Cette largeur relativement importante associée à une épaisseur de contact relativement importante permet que les branches puissent exercer une force d'extraction relativement élevée et cela, même si le contact est inséré avec un défaut d'alignement entre l'axe du contact 10 et l'axe du trou d'insertion 45. En particulier, la plus grande largeur de la tige Wmax est supérieure à la moitié de la longueur L du chas 32 (le ratio entre cette plus grande largeur Wmax et la longueur du chas est même supérieur en fait à 0,55). Les branches 34A et 34B de la tige 30 présentent une largeur qui varie peu. A leurs extrémités, chacune des branches 34A et 34B présente un point de flexion (P1, P2 sur la Fig.1). Ces points de flexion sont situés presque aux extrémités des branches, soit à une distance inférieure à 0,15 x la longueur du chas par rapport aux extrémités de celui-ci. La largeur des branches est minimale en ces points. Entre les points de flexion, les branches ont une largeur sensiblement constante. Le chas 52 présente une forme régulière. Ainsi, d'une extrémité du chas à l'autre suivant la direction de longueur de la tige, la largeur du chas est croissante puis décroissante. A chaque extrémité du chas, celui-ci s'élargit progressivement jusqu'à une section de plus grande largeur : - entre 5% et 20% de la longueur (L) du chas à partir de l'extrémité du chas située près du talon, la largeur (L) du chas augmente ; et, d'autre part, - entre 5% et 50% de la longueur (L) du chas à partir de l'extrémité du chas située près de l'extrémité libre de la tige, la largeur (L) du chas augmente. Du côté opposé au talon 20, la tige présente une partie de pointe 40 qui s'étend axialement de l'extrémité du chas à une extrémité libre de la tige. La longueur L2 de la partie de pointe 40 est supérieure à un tiers (1/3) de la longueur L du chas. REVENDICATIONS1. Contact (10) pour emmanchement en force dans un trou d'insertion aménagé dans un circuit imprimé ; le contact comprenant un talon (20) et une tige (30) s'étendant suivant une direction de longueur de la tige ; la tige présentant une épaisseur constante dans une direction d'épaisseur ; la tige présentant un chas (32) allongé divisant la tige en deux branches (34A,34B) ; le contact se caractérisant en ce qu'un ratio entre une plus grande largeur de la tige et une épaisseur de celle-ci est supérieur à 2,3. 2. Contact selon la revendication 1, dans lequel les branches, sur leur partie située axialement à plus de 5% des extrémités du chas, présentent une largeur W telle que : 0,9 Wmoyenne 3. Contact selon la revendications 1 ou 2, dans lequel une largeur moyenne des branches (Wmoyenne) moyenne) est voisine de 0,17 x L, où L est la longueur du chas. 4. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacune des branches présente à chacune de ses extrémités un point de flexion, auquel une largeur (W) des branches est inférieure à la largeur moyenne (Wmoyenne) moyenne) des branches, lesdits points de flexion étant situés axialement à moins de 0,15 x la longueur du chas en partant d'une extrémité du chas. 5. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la plus grande largeur de la tige (Wmax) est supérieure à une moitié d'une longueur du chas (L). 6. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, d'une extrémité du chas à l'autre suivant la direction de longueur de la tige, une largeur du chas est croissante puis décroissante. 7. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la tige présente une partie de pointe s'étendant axialement de l'extrémité du chas à une extrémité libre de la tige ; et la longueur de la partie de pointe est supérieure à 1/3 de la longueur (L) du chas. 8. Composant électrique, mécatronique ou électromécanique, en particulier un connecteur, comprenant au moins un contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Circuit imprimé, comprenant au moins un composant selon la revendication 8, dont ledit au moins un contact est inséré dans un trou d'insertion aménagé dans le circuit. 10. Circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel un ratio entre la plus grande largeur (W) de la tige et un diamètre (D) du trou d'insertion est inférieur à 1,4.