Brevet FR3046704A1 — publié le 20170714

BOITIER FLEXIBLE POUR CAPTEUR La présente invention concerne un composant électronique défoimable pouvant être soumis à des contraintes mécaniques importantes. L'invention a trait en particulier à un capteur de données destiné à être porté ou placé sur un objet, pour mesurer et suivre les performances sportives d'une personne en temps réel, ledit capteur subissant des déformations. Un capteur est typiquement constitué de plusieurs composants électroniques permettant de collecter, d'enregistrer et/ou d'analyser les données relatives à une personne pratiquant une activité donnée. Ces composants sont généralement montés sur un ou plusieurs supports, et connectés entre eux à l'aide de connexions électriques pouvant être rigides ou souples. Pour éviter d'endommager ces connexions, il est connu des dispositifs comprenant des moyens de rigidification, par exemple des renforcements métalliques fixés à proximité. Un collage d'éléments surmoulés, notamment, permet de protéger mécaniquement les connexions électriques de contraintes et d'éventuelles déformations permanentes. Toutefois, ces moyens de rigidification sont souvent insuffisants pour éviter l'apparition de contraintes dommageables lors de certaines utilisations du dispositif, en particulier lors de l'application de forces et de moments de force, par exemple dus à des chocs violents. Bien que l'ajout d'éléments rigides permette de protéger les zones défomiables d'un capteur, les sous-composants électroniques d'un tel capteur peuvent subir des dommages permanents lorsque le dispositif est soumis à des contraintes de traction, de compression, de cisaillement et/ou de torsion importantes et/ou régulières près des zones où se situent ces éléments rigides. Ceci pose le problème de protéger l'électronique assurant le fonctionnement de tels capteurs soumis à de telles contraintes, tout en peunettant à ces mêmes capteurs de s'adapter à des surfaces et des géométries diverses. L'invention vise ainsi à proposer un système de protection en déformation, protégeant les connexions électriques d'un capteur à l'aide d'une butée mécanique, 3046704 2 constituée par la forme des éléments constituant ledit capteur, afin d'en augmenter la sécurité, et notamment la résistance aux chocs, aux pressions ou à toute influence extérieure risquant d'endommager le dit capteur. 5 Dans ce but, l'invention concerne un composant électronique comprenant une pluralité de boitiers rigides chacun intégrant un sous-composant; lesdits boitiers rigides étant liés, deux à deux, par une liaison souple intégrant une connexion électrique entre les sous-composants intégrés dans lesdits boitiers, ladite liaison souple permettant au moins une rotation d'un boitier par rapport à l'autre selon un axe parallèle auxdits 10 boitiers et situé entre ceux-ci ; caractérisé en ce que - la connexion électrique est située au niveau de la fibre neutre de la liaison souple; et - la déformation de ladite liaison souple est limitée dans les directions de rotation par au moins une butée mécanique constituée par la forme desdits boitiers. Selon différentes caractéristiques supplémentaires qui pourront être prises ensemble ou de façon séparée : 15 - lesdits boitiers sont symétriques par rapport à un plan les traversant et en ce que lesdites liaisons souples sont situées dans ce plan de symétrie. les matériaux utilisés pour former lesdits boitiers rigides sont des matériaux polymères thermoplastiques. - ledit sous-composant est une source d'alimentation électrique, un circuit 20 imprimé rigide ou un circuit imprimé flexible. ladite liaison souple est réalisée en un matériau constitué d'un élastomère thermoplastique. - ladite connexion électrique comprend en outre un circuit imprimé flexible, des torons de fils conducteurs électriques ou des fils conducteurs électriques 25 individuels. - ledit composant électronique comprend en outre une pluralité de capteurs de type accéléromètre, gyromètre, fréquencemètre, thermomètre ou capteur de pression. 30 3046704 3 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : la figure la, une vue en plan d'un composant électronique selon l'invention ; 5 la figure lb, une vue en coupe selon B-B représenté sur la figure la selon l'invention ; la figure 2a, une vue en élévation d'un composant électronique selon l'invention ; la figure 2b, une vue en coupe selon D-D représenté sur la figure 2a selon 10 l'invention. les figures 3a, 3b et 3c, respectivement, plusieurs vues en élévation de trois exemples d'utilisation de l'invention selon un même mode de réalisation. Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente 15 dans le domaine de la technique pourra appliquer des modifications dans la description suivante. Bien qu'elle se réfère à différents modes de réalisation, la présente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation spécifiques, et toutes modifications propres au champ d'application de la présente invention peuvent être considérées comme évidentes pour une personne versée dans l'art de la technique correspondant. 20 Classiquement, les capteurs de données utilisés dans le domaine sportif comprennent une grande diversité de composants électroniques. Ces composants électroniques sont configurés pour mesurer et enregistrer les performances métriques 25 d'un objet mobile. Les performances mesurées et enregistrées comprennent, entre autres, la position, la vitesse, les forces ou encore les pressions agissant sur cet objet. Ces données sont typiquement mesurées à l'aide d'accéléromètres, de gyromètres, de cardio-fréquencemètres, de capteurs de pression ou encore de theimomètres intégrés à ces capteurs. Lesdites données sont ensuite enregistrées à l'aide d'un dispositif 30 électronique, comprenant par exemple une mémoire et un microprocesseur. 3046704 4 Pour un fonctionnement optimal, la collecte de données relatives à ces différents types d'activités sera d'autant plus précise que le ou les capteurs électroniques seront proches de l'objet mobile. En outre, il est préférable que les composants électroniques constituant ceux-ci soient flexibles pour qu'ils s'adaptent et adhèrent à la forme du 5 poignet ou de l'ustensile utilisé. Il est donc avantageux de pouvoir réaliser des composants électroniques pouvant être montés etfou joints à un objet, ou à tout support de cet objet. Un composant électronique selon l'invention est destiné à être porté par une 10 personne, ou à être accroché à un vêtement ou à un ustensile de sport utilisé par cette personne. Par exemple, la reconnaissance des mouvements du poignet d'un golfeur et la caractérisation de ces mouvements à partir de données mesurables telles que sa position, sa vitesse ou son accélération, s'effectue avec un ou plusieurs composants électroniques, constitués d'un capteur de données placé le plus près possible du poignet 15 du golfeur. Ce type de capteur peut également être employé dans le cadre d'autres activités sportives, comme le tennis ou encore le ski. Un tel capteur intègre typiquement plusieurs composants électriques, lesdits composants étant montés sur, et de préférence dans un support rigide pour limiter les 20 efforts mécaniques subis par ces mêmes composants. Pour fonctionner, lesdits composants sont reliés entre eux par des connexions électriques subissant également des contraintes mécaniques et susceptibles d'être endommagées de manière permanente. L'objet de l'invention se rapporte ainsi à un composant électronique, dont les connexions électriques sont protégées mécaniquement à l'aide d'une butée naturelle 25 pour augmenter la sécurité dudit composant vis-à-vis d'éventuelles déformations. Parmi les avantages que présente un composant électronique selon l'invention, on peut citer la sécurité des connexions électriques tout en préservant la portabilité, la légèreté et la souplesse des matériaux constituant le dispositif. Ces caractéristiques 30 facilitent, entre autres, le pliage du dispositif sous un volume restreint et suivant des directions prédéfinies, tout en permettant au capteur de s'adapter à différentes 3046704 5 géométries. Avec la structure telle que décrite ci-après, ledit dispositif peut être fabriquée d'une manière automatisée et à un coût très bas. En se reportant à la figure la, on peut voir une vue en plan d'un composant 5 électronique 1 selon l'invention. La figure lb illustre une vue en coupe selon l'axe B-B représenté sur la figure 1 a. Comme représenté, le dispositif I est de forme sensiblement pentagonale et présente des bords courbés. On comprendra que l'invention peut se rapporter à tout autre type de géométrie pouvant désigner un composant électronique soumis à des contraintes mécaniques. 10 Le corps du composant 1 est typiquement constitué de matériaux plastiques, ou de tout autre matériau stable propre à la réalisation de l'invention. Les matériaux utilisés peuvent par exemple être des élastomères thermoplastiques, qui ont la propriété d'être des isolants électriques et de posséder une élasticité importante. De tels matériaux 15 fondent et durcissent, de manière réversible, sous l'action de la chaleur. Cette caractéristique confère également au dispositif la possibilité d'une production plus aisée par moulage, et rend les matériaux plus facilement recyclables. De plus, la nature compressible et extensible de ces matériaux leur permet aussi de fournir une garniture étanche au dispositif. L'assemblage est obtenu par tout moyen connu, tel qu'un collage 20 ou un soudage. Comme représenté à la figure la, le composant 1 comporte typiquement une pluralité d'éléments liés les uns aux autres. Dans le cadre de la présente invention, la construction décrite ci-dessus peut faire l'objet de multiples variantes. Les boîtiers 25 protégeant les sous-composants du dispositif peuvent être plus ou moins nombreux. Selon l'invention, le composant I comprend une pluralité de boitiers rigides 11, 12, 13 disposés de façon à contenir et protéger des sous-composants du dispositif. Comme représenté à la figure lb, lesdits boitiers sont fermés sur l'ensemble de leurs bords. Les contours de ces boitiers sont recouverts d'éléments rigides 14 constitués, par exemple, 30 de polymères thermoplastiques. Avantageusement, ces éléments rigides sont fixés de manière étanche aux boitiers. 3046704 6 Ces boitiers rigides, et/ou les sous-composants contenus par ces boitiers, sont reliés les uns aux autres par une ou plusieurs liaisons souples 10. Chacune de ces liaisons assure un couplage mécanique entre deux de ces boitiers, permettant la flexion de l'ensemble du dispositif. De même, ces liaisons assurent la mobilité des boitiers les 5 uns par rapport aux autres, par exemple sous l'effet d'une traction, d'une compression, d'un cisaillement et/ou d'une torsion appliqué à l'un quelconque des boitiers, ou plusieurs d'entre eux. Ces liaisons souples sont également destinées à contenir des connexions électriques entre les différents sous-composants. L'homme de métier comprendra qu'une liaison souple selon l'invention est une liaison permettant une 10 souplesse en flexion et/ou en torsion des boitiers autour d'un ou plusieurs axes de pivotement. Ladite liaison souple se distingue donc du cas d'une liaison rigide entre deux boitiers, comme par exemple le cas d'une charnière, qui permet uniquement le pivotement d'un boitier par rapport à l'autre autour de l'axe de pivotement de la charnière, ou parallèle à cet axe. En particulier, la transmission de contraintes lors des 15 effets de traction, compression, cisaillement et/ou torsion aux connexions électriques contenues dans les liaisons souples est nettement différente de ce qui peut se passer dans le cas de charnière rigide. En outre, ces boitiers rigides intègrent un ou plusieurs sous-composants constituant 20 l'électronique du composant 1. Les éléments délicats du dispositif, sont ainsi protégés mécaniquement de contraintes externes par lesdits boitiers rigides. La figure 2a et la figure 2b illustrent, respectivement, une vue en élévation et une vue en coupe selon l'axe D-D d'un composant électronique selon l'invention. Tel 25 que représenté, le composant électronique 1 comprend au moins deux boitiers, en l'occurrence dans cet exemple trois boitiers rigides 11, 12, 13. Ces boitiers rigides peuvent contenir des sous-composants électroniques 21, 22 et 23, éventuellement différents. Une pluralité de connexions électriques 20 est réalisée entre ces sous-composants. Ces connexions électriques sont, par exemple, constituées d'un fil 30 électrique et/ou d'un circuit imprimé flexible. Chaque connexion électrique émerge d'un sous-composant d'un boitier rigide donné pour établir un contact électrique avec un sous-composant situé dans un boitier rigide voisin. En outre, chacune des connexions 3046704 7 électriques 20 connectant les sous-composants intégrés à deux boitiers rigides sont enrobées dans un matériau compressible et extensible tel que décrit précédemment, et sont ainsi comprises dans les liaisons souples 10 séparant lesdits boitiers. 5 Comme décrit précédemment, chacun des boitiers rigides ménage une cavité pour recevoir un sous-composant. Selon l'invention, les boitiers 11 et 13 situés aux extrémités du dispositif comprennent chacun une source d'alimentation électrique 21. Cette source d'alimentation électrique est par exemple une pile électrique ou une batterie. Le boitier central 12 comprend un sous-composant électrique pouvant être, 10 notamment, un circuit imprimé rigide ou flexible, et pet mettant de réaliser l'électronique du dispositif. Ledit circuit imprimé, et l'électronique correspondante, permettent par exemple de réaliser des moyens de mesure, des moyens d'enregistrement, et/ou des moyens de transmission pour le fonctionnement du composant électronique 1. 15 On remarquera que l'invention peut être complétée par d'autres sous-composants externes ou internes, par exemple un ou plusieurs capteurs de type accéléromètre, gyromètre, ou de pression. Le dispositif peut également comprendre des moyens de communication filaire ou sans fil. L'invention peut comprendre, notamment, 20 une antenne de type NFC (pour Near Field Communication, en anglais) «Near Field Communication », ou encore un module BLE (pour Bluetooth Low Energy, en anglais). Ces moyens de communication peuvent comporter une connexion filaire par exemple de type Ethernet ou CPL, une connexion sans fil par exemple de type WiFi ou Bluetooth, ou tout autre type de connexion pouvant varier selon le matériel préféré pour la mise en 25 oeuvre de l'invention. Sur la surface extérieure, le composant 1 peut également intégrer des sous-composants externes, par exemple une matrice de LEDs, des pistes de cuivre, ou encore une cellule d'affichage. Bien que ces sous-composants externes ne soient pas protégés de contraintes appliquées au composant 1, des moyens de rigidification supplémentaires peuvent être ajoutés aux parties inférieure, supérieure et/ou latérales du 30 dispositif, par exemple des semelles métalliques ou en polymère, pour protéger lesdits sous-composants externes. 3046704 8 La figure 3a, la figure 3b et la figure 3c représentent une vue en élévation de trois exemples différents d'utilisation de l'invention selon les modes de réalisation tels que précédemment décrits. Sur ces figures, la droite référencée o représente l'horizontale, le composant étant initialement posé à l'horizontale, ou l'axe des autres boitiers, 5 parallèle auxdits boitiers et situé entre ceux-ci. Selon l'invention, les liaisons souples 10 assurent la mobilité de deux boitiers l'un par rapport à l'autre, par exemple sous l'effet d'une rotation d'angle w résultant d'une torsion ou d'une flexion du composant 1. En résistance des matériaux, on définit la fibre neutre d'une poutre soumise à la 10 flexion de la manière suivante : la partie la plus proche du centre de courbure (concave) subit une compression, la partie la plus éloignée (convexe) subit une traction. Les fibres qui composent la partie concave subissent un raccourcissement, les autres un allongement. On appelle nappe de fibres neutres la surface située au centre de la poutre et formée par les fibres qui ne subissent ni raccourcissement ni allongement mais seulement une flexion. 15 Par analogie, nous définissons la fibre neutre des liaisons souples du dispositif comme la partie centrale subissant le moins de contrainte lors du pliage de la liaison souple. 20 Selon l'invention, les connexions électriques 20 intégrées aux liaisons souples 10 et réalisées entre les sous-composants de deux boitiers rigides distincts sont disposées le long de la fibre neutre de ces liaisons. En cas de flexion du dispositif, lesdites connexions sont ainsi disposées le long d'une courbe correspondant à la zone de contrainte minimale desdites liaisons. 25 L'application d'une contrainte à l'ensemble du composant 1, par exemple l'application d'une torsion ou d'une flexion, impose typiquement une rotation d'un boitier par rapport à un autre boitier selon un axe parallèle à ces deux boitiers et situé entre ceux-ci. Sous l'effet de ladite rotation, la courbure des fibres caractéristiques des 30 liaisons souples est modifiée. En termes de déformations mécaniques, la partie concave de cette courbure, c'est-à-dire la partie la plus proche du centre de courbure, subit une compression sous l'effet de la déformation, tandis que la partie convexe, c'est-à-dire la 3046704 9 partie la plus proche du centre de courbure, subit une traction sous l'effet de cette même déformation. En termes de déformations mécaniques, cette compression et cette traction correspondent respectivement à un rapprochement et à un éloignement des sections transverses, et donc à un rapprochement et à un éloignement des boitiers rigides 5 constituant le composant électronique 1. Sur la figure 3a, une rotation d'un angle w permet de modifier la position du boitier 13 par rapport au boitier 12. En particulier, cette rotation peut être réalisée autour d'un axe situé perpendiculairement au plan de la figure et passant par le milieu de l'une des liaisons 10 souples 10. Ladite rotation est limitée mécaniquement : un angle maximal de rotation est atteint lorsqu'au moins un bord de l'un desdits deux boitiers touche un bord de l'autre desdits boitiers en un point de butée bl. Cette limitation mécanique de l'angle de rotation des boitiers et donc de la torsion imposée à la liaison souple entre ces boitiers, dite de butée, protège donc les zones flexibles et en particulier les connexions électriques des 15 liaisons souples du composant 1 à l'aide d'un mécanisme d'arrêt lorsque l'un quelconque des boitiers 11, 12, 13 subit une rotation par rapport à un autre boitier, par exemple sous l'effet d'une torsion ou d'une flexion. Cette butée permet d'éviter une rupture du dispositif et des matériaux constituant celui-ci en cas d'une contrainte appliquée trop importante. 20 En outre, la liaison souple autour de la connexion électrique 32 entre 12 et 13 étant disposée le long de la fibre neutre, les contraintes mécaniques appliquées à ladite connexion minimisent les déformations de celle-ci. La combinaison d'une butée mécanique bl et de la disposition de la connexion électrique 32 le long de la fibre neutre du composant 1 permet 25 donc de limiter l'amplitude desdites contraintes. De manière similaire, la figure 3b représente un exemple d'utilisation de l'invention lorsque deux rotations distinctes sont appliquées à deux boitiers différents. Comme représenté, une première rotation d'un angle vil permet de modifier la position d'un 30 premier boitier rigide 11 par rapport au boitier 12 selon l'axe o, et une deuxième rotation d'un angle w2 permet de modifier la position d'un troisième boitier rigide 13 par rapport au boitier 12 selon le même axe o. Chacune desdites rotations est limitée par un point de butée 3046704 10 différent, b1 et b2, ces deux butées mécaniques permettant de protéger la connexion électrique 31 entre 11 et 12 et la connexion électrique 32 entre 12 et 13 d'une déformation globale du composant électronique 1. 5 La figure 3e illustre un troisième exemple d'utilisation de l'invention lorsque deux rotations différentes d'angles wi et w2 sont appliquées au dispositif 1, mais selon deux axes parallèles différents ol et o2. En particulier, une première rotation d'un angle va permet de modifier la position d'un premier boitier rigide il en-dessous du boitier 12 par rapport à un axe ol, et une deuxième rotation d'un angle w2 permet de modifier la position d'un 10 troisième boitier rigide 13 au-dessus du boitier 12 par rapport à un axe o2. Les points de butée 131 et b2 sont dans ce cas situés de part et d'autre du plan horizontal traversant les trois boitiers 11, 12, 13, pour le cas de diverses déformations appliquées au composant 1. Ces déformations peuvent résulter de diverses contraintes de traction, de compression, de cisaillement et/ou de torsion appliquées à l'un ou plusieurs desdits boitiers. 15 Selon un mode de réalisation préférentiel, les liaisons souples sont situées au niveau du plan horizontal traversant les boitiers, ces derniers présentant une symétrie par rapport à ce plan. Cette configuration est celle illustrée par les figures 3a à 3c. Ainsi, les butées mécaniques étant symétriques, les angles de rotation des boitiers entre eux 20 sont limités par un même angle limite uniformisant ainsi les contraintes maximums imposées aux connexions électriques. Ces exemples d'utilisation illustrent comment une contrainte donnée appliquée aux liaisons souples est toujours limitée dans les directions de rotation par au moins une butée 25 mécanique constituée par la forme du dispositif souple, en particulier les bords des boitiers rigides constituant ledit dispositif. La plupart ou la totalité des composants électroniques sont ainsi compris dans un système souple, mais néanmoins à l'abri des dommages pouvant être causés par des influences extérieures durant un usage quelconque du dispositif. 30 REVENDICATIONS1. Composant électronique comprenant : une pluralité de boitiers rigides (11, 12, 13) chacun intégrant un sous-composant (21, 22, 23); lesdits boitiers rigides étant liés, deux à deux, par une liaison souple (10) intégrant une connexion électrique (20) entre les sous-composants intégrés dans lesdits boitiers, ladite liaison souple permettant au moins une rotation d'un boitier par rapport à l'autre selon un axe parallèle auxdits boitiers et situé entre ceux-ci ; caractérisé en ce que - la connexion électrique est située au niveau de la fibre neutre (D-D) de la liaison souple; et - la déformation de ladite liaison souple est limitée dans les directions de rotation par au moins une butée mécanique constituée par la forme desdits boitiers. 2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits boitiers sont symétriques par rapport à un plan les traversant et en ce que lesdites liaisons souples sont situées dans ce plan de symétrie. 3. Composant selon la revendication 1, dans lequel les matériaux utilisés pour former lesdits boitiers rigides sont des matériaux polymères thermoplastiques. 4. Composant selon la revendication 1, dans lequel ledit sous-composant est une source d'alimentation électrique, un circuit imprimé rigide ou un circuit imprimé flexible. 3046704 12 5. Composant selon la revendication 1, dans lequel ladite liaison souple est réalisée en un matériau constitué d'un élastomère thermoplastique. 6. Composant selon la revendication 1, dans lequel ladite connexion électrique comprend en outre un circuit imprimé flexible, des torons de fils conducteurs électriques ou des fils conducteurs électriques individuels. 7. Composant selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité de capteurs de type accéléromètre, gyromètre, fréquencemètre, thermomètre ou capteur de pression.