Brevet FR3013555A1 — publié le 20150522

Circuit électronique à plat et circuit électronique tridimensionnel correspondant L'invention concerne, de manière générale, la réalisation de circuits électroniques à partir de cartes électroniques et, plus particulièrement, la réalisation de circuits électroniques tridimensionnels en vue notamment de leur intégration dans un écran tactile. Dans le cadre de la présente description, on entend par circuit électronique tridimensionnel un circuit comprenant des portions s'étendant dans un plan différent du plan général du circuit de manière à orienter localement les composants portés par le circuit. Il peut s'agir, dans un mode de mise en oeuvre, de mettre en regard des portions du circuit de manière à mettre en regard des composants qui fonctionnent conjointement, par exemple des diodes électroluminescentes et des récepteurs correspondants. Une carte électronique, ou PCB, de l'anglais « Printed Circuit Board », est un support, en général une plaque, permettant de maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants électroniques, dans le but de réaliser un circuit électronique complexe. Les cartes électroniques peuvent être réalisées sur plusieurs types de supports, parmi lesquels on trouve : - les supports rigides, par exemple, les « supports époxy », et - les supports flexibles, permettant la réalisation de circuits imprimés flexibles. Dans tous les cas, ces supports sont généralement réalisés en un matériau multicouche et permettent la soudure de composants et de connecteurs. Le document US 2013/258 575 décrit à cet égard un appareil électronique comprenant un circuit électronique réalisé en joignant deux cartes électroniques planes au moyen d'un circuit connecteur flexible. Le circuit flexible est destiné à être cintré pour donner au circuit électronique une forme tridimensionnelle. On pourra également se référer au document US 5 529 502 qui décrit un élément d'assemblage et de connexion entre une carte électronique rigide et un circuit imprimé flexible. Un tel élément permet de réaliser des circuits électroniques tridimensionnels. Ainsi, en assemblant bout à bout des cartes électroniques rigides au moyen de circuits imprimés flexibles, il est possible de réaliser un circuit électronique tridimensionnel comprenant des cartes électroniques rigides présentant des faces en regard. Il a toutefois été constaté que les méthodes de fabrication actuelles de circuits tridimensionnels imposent un certain nombre de contraintes. En premier lieu, les cartes électroniques ne peuvent être fabriquées qu'à plat. En second lieu, le positionnement et la soudure des composants électroniques et d'éléments d'assemblage sur une carte ne peuvent être réalisés qu'à plat. En conséquence, la fabrication des cartes électroniques nécessite de placer les composants électroniques et les éléments d'assemblage et de connexion à plat sur une ébauche de circuit. Comme cela sera détaillé par la suite en référence aux figures la et lb, une technique connue consiste ainsi à fabriquer une carte de circuit PCB dotée de zones de pliage, telle que représentée sur la figure la, et de raccorder un connecteur d'extrémité pour obtenir le circuit tridimensionnel illustré à la figure lb. Comme on le conçoit, l'utilisation d'un tel connecteur et son raccordement au circuit PCB complique la réalisation du circuit. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de proposer un circuit électronique entièrement réalisable à plat et pouvant être mis en volume sans utiliser de connecteur pour assurer la fermeture du circuit mis en volume. L'invention a donc pour objet un circuit électronique comprenant un ensemble de cartes électroniques destinées à supporter des composants et reliées entre elles par des éléments de raccordement, dans lequel les éléments de raccordement comportent des circuits imprimés flexibles recourbés reliant deux extrémités en regard de deux cartes électroniques s'étendant côte à côte, lesdits circuits imprimés flexibles recourbés étant pliables pour la mise en volume du circuit électronique de sorte que le circuit électronique comporte des cartes électroniques placées en regard. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit électronique comprend deux branches rectilignes reliées par leurs extrémités par deux circuits imprimés flexibles recourbés et comprenant chacune des cartes électroniques reliées par un circuit imprimé flexible droit. Selon encore une autre caractéristique, lesdits circuits imprimés flexibles recourbés sont pliables selon des lignes de pliage s'étendant à 45° par rapport aux branches rectilignes. Dans un mode de réalisation, les circuits imprimés flexibles recourbés comprennent une première partie raccordée à l'une des deux cartes électroniques liées au circuit flexible, une deuxième partie raccordée à l'autre carte électronique et une partie médiane située entre la première partie et la deuxième partie et destinée à définir avec la première partie une première ligne de pliage et avec la deuxième partie une seconde ligne de pliage. Grâce au découpage du circuit imprimé recourbé en trois zones délimitées par des lignes de pliage, il est possible de réaliser entièrement un circuit tridimensionnel, dans un premier temps à plat, puis de le plier, sans effectuer de soudure supplémentaire ou ajouter un élément d'assemblage et de connexion. On peut prévoir que la première partie et la seconde partie de chaque circuit imprimé flexible recourbé ont la même forme et les mêmes dimensions, les lignes de pliage délimitant une zone rectangulaire destinée à être raccordée par l'un de ses côtés à une carte électronique, et une zone pentagonale comprenant un premier côté commun au grand côté de la partie rectangulaire, un deuxième côté orthogonal au premier, un troisième côté, un quatrième côté raccordé à la partie médiane et orthogonal au troisième, et un cinquième côté parallèle au troisième. Par exemple, la partie médiane est un hexagone comprenant un premier côté commun au quatrième côté de la partie en forme de pentagone de la première partie, un deuxième côté, un troisième côté commun au quatrième côté de la partie en forme de pentagone de la seconde partie, un quatrième côté, un cinquième côté parallèle au deuxième côté et un sixième côté. Par ailleurs des composants électroniques sont soudés sur l'une des faces du circuit électronique. L'invention a également pour objet un circuit électronique tridimensionnel comprenant un ensemble de cartes électroniques destinées à supporter des composants et reliées entre elles par des éléments de raccordement. Les éléments de raccordement comportent des circuits imprimés flexibles recourbés pliés reliant deux extrémités en regard de deux cartes électroniques côte à côte de sorte que le circuit électronique comporte des cartes électroniques placées en regard. Dans un mode de mise en oeuvre, les composants supportés par les cartes électroniques comportent des diodes électroluminescentes et des capteurs infrarouges. Un tel circuit peut être destiné à être intégré dans un cadre rectangulaire destiné à être incorporé dans un écran tactile. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure la, dont il a déjà été fait mention, représente une ébauche de circuit électronique selon l'état de la technique pour la réalisation d'un circuit tridimensionnel, - la figure lb représente un circuit électronique tridimensionnel obtenu au moyen de l'ébauche de la figure la, - la figure 2 représente un circuit électronique destiné à la réalisation d'un circuit électronique à plat, selon l'invention, - la figure 3 est une vue de détail du circuit de la figure 2, - les figures 4 et 5 représentent schématiquement des vues de détail des circuits imprimés flexibles recourbés pliables du circuit de la figure 2, - les figures 6a et 6b sont des vues de face et de dessus des éléments de raccordement, à l'état plié, - la figure 7 représente un élément de raccordement plié et cintré, et - la figure 8 représente un circuit électronique tridimensionnel obtenu au moyen du circuit de la figure 2, mis en volume. On se réfèrera tout d'abord aux figures la et lb qui illustrent respectivement une ébauche de circuit électronique et un circuit électronique tridimensionnel selon l'état de la technique. Comme indiqué précédemment, l'ébauche de circuit électronique visible sur la figure la est réalisée à partir d'une carte de circuit PCB dotée de zones de pliage sur laquelle sont montés à plat un ensemble de composant électroniques. La carte de circuit PCB est en réalité formée par l'assemblage de quatre cartes électroniques rigides 2, 3, 4 et 5 liées entre elles par trois zones flexibles 6, 7 et 8 réalisées à partir d'un circuit imprimé flexible. L'ébauche de circuit 1 est réalisée totalement à plat. Il est donc possible de souder les composants électroniques, d'un côté comme de l'autre des cartes électroniques. Dans cet exemple, les cartes électroniques 2 et 4 mesurent une même première longueur tandis que les cartes 3 et 5 mesurent une même seconde longueur. Au moyen des zones flexibles, il est possible de rabattre les cartes flexibles de sorte que le circuit électronique 1 adopte une forme de rectangle, comme on le voit dans la figure lb. Dans cette position, une extrémité de la carte 2 se retrouve en regard d'une extrémité de la carte 5, un connecteur 9 comprenant un circuit imprimé flexible permettant de fermer le circuit pour obtenir le circuit tridimensionnel de la figure lb. Comme indiqué précédemment, la réalisation d'un tel circuit électronique tridimensionnel nécessite d'utiliser un connecteur pour assurer le raccordement électrique et la fixation mécanique des extrémités libres des deux cartes électroniques d'extrémités 2 et 5. On a représenté sur la figure 2 un circuit électronique à plat conforme à l'invention permettant de pallier cet inconvénient. Comme on le voit, le circuit électronique à plat, désigné par la référence numérique générale 11, comprend une première carte électronique 12, une seconde carte 13, une troisième carte 14 et une quatrième carte 15. Les cartes 13 et 15 mesurent une même première longueur, tandis que les cartes 12 et 14 mesurent une même seconde longueur. Comme cela sera décrit en détail par la suite, de telles dimensions sont destinées à obtenir un circuit électronique tridimensionnel généralement rectangulaire. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque les cartes électroniques ont toutes la même longueur afin d'obtenir un circuit électronique tridimensionnel de forme carrée. Dans cet exemple, la largeur des quatre cartes électroniques est constante et égale à 7.5mm. Cette largeur correspond à l'épaisseur du circuit mis en volume. Les première et seconde cartes électroniques 12 et 13 sont raccordées par un premier circuit imprimé flexible droit 16. De même, les troisième et quatrième cartes 14 et 15 sont reliées par un deuxième circuit imprimé flexible droit 17. Les deux circuits flexibles droits sont de même longueur. Ces circuits flexibles 16 et 17 peuvent être courbés selon une courbure continue autour d'un axe de courbure s'étendant dans le plan de la figure 2, c'est-à-dire dans le plan du circuit à plat. Le circuit comprend donc une première branche linéaire 18, comprenant les première et deuxième cartes 12, 13 et le circuit flexible droit 16, et une seconde branche linéaire 19 comprenant les cartes 14 et 15 et le circuit flexible droit 17. Les parties linéaires 18 et 19 sont de même longueur. Le circuit 11 comprend également deux circuits imprimés flexibles recourbés 20 et 21 assurant le raccordement entre elles des branches linéaires 18 et 19. Ces circuits, à la différence des circuits flexibles droits, sont destinés à être pliés autour de lignes de pliage. Un premier circuit flexible recourbé 20 est disposé de sorte que ses extrémités soient liées respectivement aux première et quatrième cartes 12 et 15. Un second circuit flexible recourbé 21 est disposé de sorte que ses extrémités soient liées respectivement aux deuxième et troisième cartes 13 et 14. Les circuits flexibles recourbés ont en vue de dessus une forme en U et comprennent deux pattes d'extrémité dirigées dans la même direction, ce qui permet d'effectuer toutes les soudures nécessaires à leur raccordement aux cartes même lorsque le circuit est à plat, de sorte que les branches linéaires 18 et 19 s'étendent parallèlement. Les circuits flexibles recourbés comprennent deux lignes de pliage Li et L2 obliques (figure 3). Ces lignes de pliage forment entre elles un angle de 90° et s'étendent chacune selon un angle de 45° par rapport à l'axe des branches linéaires. Bien entendu, de telles lignes de pliage peuvent être fictives et être uniquement formées lors du pliage des zones flexibles pliables. On notera toutefois que le pliage s'effectue en déplaçant les branches 18 et 19 autour des lignes de pliage Li et L2 selon des sens de rotation différents. En d'autres termes, alors que lors du pliage l'une des branches rectilignes vient s'appliquer contre l'une des faces des circuits flexibles recourbés, l'autre branche vient s'appliquer contre la face opposée de ces circuits flexibles recourbés. Comme cela sera décrit en détail par la suite, après pliage, les circuits flexibles recourbés sont en outre destinés à être cintrés pour former le circuit électronique tridimensionnel. Dans cet exemple, une fois le circuit mis en volume, la longueur de tous les circuits flexibles est de lOmm, qu'il s'agisse des circuits flexibles droits ou des circuits flexibles recourbés pliés. Comme le montre la figure 3, chaque circuit imprimé flexible recourbé 20 et 21 comporte une première partie 23 raccordée à la carte d'extrémité de l'une des branches, une deuxième partie 24 raccordée à la carte d'extrémité de l'autre branches, et une partie médiane 25 disposée entre les première et deuxième portions de raccordement. Les première et deuxième parties 23 et 24 s'étendent donc dans le prolongement de la carte d'extrémité à laquelle elles sont raccordées. Elles comportent une zone rectangulaire 26 prolongée par une zone pentagonale 27. On notera que la forme visible sur les figures 3, 4 et 5 est la forme de base du circuit flexible recourbé. En particulier, celui-ci peut comporter des congés au niveau des angles sur sa partie intérieure ou des arrondis au niveau des angles sur sa partie extérieure. Par ailleurs, les dimensions évoquées dans l'examen des figures 3, 4 et 5 sont données à titre d'exemple non limitatif. Ces dimensions sont compatibles avec une largeur des cartes électroniques de 7.5mm et une longueur de circuit flexible reliant deux cartes électroniques de lOmm. Bien entendu, en multipliant toutes les dimensions par un même coefficient de proportionnalité, on peut conserver cette complémentarité pour des dimensions différentes. Comme visible sur la figure 4, qui montre la deuxième partie 24, la zone rectangulaire 26 désignée par le rectangle ABCD est liée par un premier grand côté AB à la carte électronique 15. Cette liaison peut être mise en oeuvre par soudure. Dans cet exemple, le petit côté BC mesure par exemple 5,80mm et le grand côté AB mesure 6,50mm. La zone pentagonale 27, désignée par le pentagone CDEFG, comprend un premier côté CD commun avec le grand côté de la zone rectangulaire 26, un deuxième côté DE orthogonal au premier côté, un troisième côté EF, un quatrième côté FG raccordé à la partie médiane et orthogonal au troisième côté EF, et un cinquième côté GC parallèle au troisième côté EF. Dans cet exemple, la distance entre la droite (DE) et le sommet F égale 3,45mm. La distance entre la droite (DE) et le sommet G égale 7mm. La longueur du premier côté CD reste égale à la longueur du grand côté de la partie rectangulaire 26. La longueur du quatrième côté FG égale 4,97mm. On notera que la figure admet un axe de symétrie, de sorte que la première partie 23 a exactement la même forme et les mêmes dimensions que la deuxième partie 24, à une symétrie axiale près. Comme visible sur la figure 5, la zone médiane 25 joint les première et deuxième parties 23 et 24 des circuits flexibles. Vue de dessus, elle a la forme d'un hexagone HIJKLM. Le côté HI est raccordé à la deuxième partie 24. Plus précisément, les points H et I sont respectivement confondus avec les points F et G de la deuxième partie 24. Le côté JK est raccordé de la même façon à la première partie 23. Les côtés HI et JK sont en conséquence de même longueur que le côté auquel ils sont reliés, à savoir 4,97mm. Le côté LM est parallèle au côté IJ. La longueur du côté LM égale 2,66mm. La distance entre les côtés parallèles IJ et LM est de 7mm. La distance HK est enfin de 9,65mm. Bien entendu, les dimensions indiquées dans le cadre de la présente description sont purement indicatives et l'on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque les circuits flexibles adoptent d'autres dimensions. Les côtés HI et JK constituent les lignes de pliage du circuit flexible recourbé 20. A l'état plié, les première et deuxième parties 23 et 24 sont tournés à 180°, autour des lignes de pliage HI et JK, chacun dans un sens de rotation différent. Après pliage, les parties 23 et 24 s'étendent selon le même axe, dans des directions opposées, comme on le voit sur la figure 6a. Les figures 6a et 6b représentent respectivement des vues de face et de dessus des cartes électroniques 12 et 15 reliées par le circuit flexible recourbé 20. On a par ailleurs appliqué les efforts nécessaires pour avoir un circuit à l'état plié, mais non cintré. Les cartes 12 et 15 s'étendent par conséquent selon le même axe et dans des directions opposées. On voit sur les figures 6a et 6b les deux parties 23 et 24 du circuit 20. La partie médiane 25 est visible uniquement sur la figure 6b. Comme indiqué précédemment, la partie médiane 25 du circuit flexible recourbé 20 est dotée d'une pointe d'extrémité tronquée. Ainsi, après pliage, aucune portion du circuit flexible recourbé 20 ne s'étend en saillie. On voit en particulier sur la figure 6a que le côté d'extrémité du circuit flexible recourbé 20 affleure en réalité l'un des côtés du circuit flexible recourbé plié. Une fois le circuit 20 plié, on peut le cintrer de manière à rendre perpendiculaires les plans des cartes électroniques 12 et 15. Une vue de dessus d'une telle disposition est visible sur la figure 7. La figure 8 représente une vue en perspective du circuit électronique tridimensionnel obtenu à partir du circuit à plat 11 de la figure 2, comprenant les deux branches 18 et 19 constituées des cartes électroniques 12, 13, 14 et 15 et des circuits électroniques flexibles droits 16 et 17, et liées entre elles par les deux circuits électroniques flexibles recourbés 20 et 21. La figure 8 représente le circuit à l'état plié et cintré, de sorte que les cartes électroniques sont orientées selon quatre plans différents. Les cartes électroniques sont par ailleurs en regard les unes par rapport aux autres. Au vu de ce qui précède, la réalisation d'un circuit électronique tridimensionnel selon l'invention peut être mise en oeuvre de la façon suivante : On réalise tout d'abord les cartes électroniques et l'on assemble les cartes électroniques et les circuits flexibles. On monte ensuite les composants électroniques sur des emplacements de connexion prévus sur les cartes électroniques, puis on plie les circuits flexibles recourbés selon les lignes de pliage et l'on cintre les circuits flexibles. On obtient alors le circuit tridimensionnel visible sur la figure 8. Comme on le conçoit, grâce à l'utilisation des circuits flexibles recourbés placés entre les cartes électroniques, il est possible de réaliser un circuit électronique tridimensionnel en utilisant des techniques de fabrication conventionnelles, dans lesquelles les composants sont montés sur un circuit à plat et ce, sans devoir déconnecter l'une des liaisons entre les cartes électroniques et les circuits flexibles. On notera enfin que l'invention trouve une application particulièrement intéressante pour la réalisation de circuits électroniques tridimensionnels destinés à être incorporés dans une tablette tactile de type infrarouges et, plus particulièrement, pour rendre tactile un écran de visualisation. Dans ce cas, en se référant aux figures 2 et 8, les cartes électroniques 12, 13, 14 et 15 reçoivent un réseau de composants électroniques 22 comprenant des diodes infrarouges et des détecteurs correspondants. Plus particulièrement, les cartes électroniques destinées à être positionnées en regard, telles que les cartes référencées 13 et 15, d'une part et 12 et 14, d'autre part, comportent l'une un réseau de diodes infrarouges et l'autre un réseau de détecteurs correspondants. Un tel circuit électronique tridimensionnel peut avantageusement être disposé dans un cadre qui vient se monter autour de l'écran. REVENDICATIONS1. Circuit électronique (11), comprenant un ensemble de cartes électroniques (12, 13, 14, 15) destinées à supporter des composants (22) et reliées entre elles par des éléments de raccordement (16, 17, 20, 21), caractérisé en ce que les éléments de raccordement comportent des circuits imprimés flexibles recourbés (20, 21) reliant deux extrémités en regard de deux cartes électroniques s'étendant côte à côte (12 et 15, 13 et 14), lesdits circuits imprimés flexibles recourbés étant pliables pour la mise en volume du circuit électronique de sorte que le circuit électronique comporte des cartes électroniques placées en regard. 2. Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux branches rectilignes (18 et 19) reliées par leurs extrémités par deux circuits imprimés flexibles recourbés (20, 21) et comprenant chacune des cartes électroniques (12 et 13, 14 et 15) reliées par un circuit imprimé flexible droit (16, 17). 3. Circuit électronique selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel lesdits circuits imprimés flexibles recourbés sont pliables selon des lignes de pliage s'étendant à 45° par rapport aux branches rectilignes. 4. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les circuits imprimés flexibles recourbés (20, 21) comprennent une première partie (23) raccordée à l'une des deux cartes électroniques (12, 14) liées au circuit flexible, une deuxième partie (24) raccordée à l'autre carte électronique (15, 13) et une partie médiane (25) située entre la première partie (23) et la deuxième partie (24) et destinée à définir avec la première partie une première ligne de pliage et avec la deuxième partie une seconde ligne de pliage. 5. Circuit électronique selon la revendication 4, dans lequel la première partie (23) et la seconde partie (24) de chaque circuit imprimé flexible recourbé (20, 21) ont la même forme et les mêmes dimensions, les lignes de pliage délimitant une zone (26) rectangulaire(ABCD) destinée à être raccordée par l'un de ses côtés (AB) à une carte électronique (12), et une zone (27) pentagonale (CDEFG) comprenant un premier côté (CD) commun au grand côté (CD) de la partie rectangulaire (ABCD), un deuxième côté (DE) orthogonal au premier (CD), un troisième côté (EF), un quatrième côté (FG) raccordé à la partie médiane (25) et orthogonal au troisième (EF), et un cinquième côté (GC) parallèle au troisième (EF). 6. Circuit électronique selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel la partie médiane (25) est un hexagone (HIJKLM), comprenant un premier côté (HI) commun au quatrième côté (FG) de la partie (27) en forme de pentagone (CDEFG) de la première partie (23), un deuxième côté (IJ), un troisième côté (JK) commun au quatrième côté de la partie en forme de pentagone de la seconde partie (24), un quatrième côté (KL), un cinquième côté (LM) parallèle au deuxième côté (IJ) et un sixième côté (MH). 7. Circuit électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des composants électroniques (22) sont soudés sur l'une des faces du circuit électronique. 8. Circuit électronique tridimensionnel (11) comprenant un ensemble de cartes électroniques (12, 13, 14, 15) destinées à supporter des composants (22) et reliées entre elles par des éléments de raccordement (16, 17, 20, 21), caractérisé en ce que les éléments de raccordement comportent des circuits imprimés flexibles recourbés (20, 21) pliés reliant deux extrémités en regard de deux cartes électroniques côte à côte de sorte que le circuit électronique comporte des cartes électroniques placées en regard. 9. Circuit électronique tridimensionnel selon la revendication 8, caractérisé en ce que les composants (22) supportés par les cartes électroniques comportent des diodes électroluminescentes et des capteurs infrarouges. 10. Circuit électronique tridimensionnel selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il est destiné à être intégrédans un cadre rectangulaire destiné à être incorporé dans un écran tactile.