EP3188319B1 - Procédé de fixation d'un composant à un substrat via un support et assemblage comportant un composant et un support. - Google Patents

Procédé de fixation d'un composant à un substrat via un support et assemblage comportant un composant et un support. Download PDF

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EP3188319B1
EP3188319B1 EP16206981.9A EP16206981A EP3188319B1 EP 3188319 B1 EP3188319 B1 EP 3188319B1 EP 16206981 A EP16206981 A EP 16206981A EP 3188319 B1 EP3188319 B1 EP 3188319B1
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EP
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support
branches
substrate
fastener
fixing
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Didier Gloaguen
Matthieu LE BIHAN
Philippe Abgrall
Chantal LE GRAET
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Axon'Mechatronics
Original Assignee
Axon'Mechatronics
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    • H01R12/50—Fixed connections
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    • H01R12/71—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures
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    • H01R12/714—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures co-operating with the surface of the printed circuit or with a coupling device exclusively provided on the surface of the printed circuit with contacts abutting directly the printed circuit; Button contacts therefore provided on the printed circuit

Definitions

  • the invention relates mainly, but not exclusively, to the fields of electrical, electronic, mechanical and mechatronic assembly and connectors.
  • the 'substrate' is any part; however, it often comes in the form of a plate, such as a PCB (from the English 'Printed Circuit Board'). It can also be a plastic case, a metal plate, or any other part.
  • the substrate is therefore any part, on which must be mounted or to which must be connected at least one element.
  • element here denotes any part which is called upon to be integrated into a product during manufacture.
  • An element can in particular be an electrical, electronic, mechanical or mechatronic component.
  • the element can also be an electric cable, in particular a cable (or a conductor) for the power supply and / or for data transmission.
  • each element an operation of fixing the element to the substrate, for example by welding or brazing.
  • fixing in this document broadly designates any method, and by extension any device, serving to achieve a connection, at least mechanical, between two elements.
  • the purpose of the fixing may be to achieve a mechanical connection between the two elements; alternatively, it may be to connect them electrically.
  • the fixing of the elements together is simply their connection or their mutual electrical connection.
  • the attachment of an element in a product is carried out at a certain stage of the process.
  • the fixing carried out during this step is generally defined so as to ensure the connection provided between the element and the substrate (this connection can be the mechanical support of the element, and / or the electrical connection of the element, etc. .) throughout the life of the product. This sometimes induces very strong requirements as to the fixing operation.
  • connection element to a printed circuit such as that disclosed by the document EP2770584 .
  • EP2770584 discloses a support for an element, comprising at least one fixing device comprising at least two substantially parallel fixing branches oriented in an insertion direction, electrically connected to each other, each branch being asymmetrical; the attachment legs having insertion surfaces inclined relative to the insertion direction and oriented in opposite directions to facilitate insertion of the insertion legs into at least one insertion hole in a substrate; and the attachment legs being configured to elastically deform when inserted into said at least one insertion hole.
  • the use of such a connection element makes it necessary to position the element with respect to the printed circuit in an extremely precise manner.
  • the objective of the invention is to provide a method for fixing one or more elements on a substrate, which has increased flexibility compared to known methods for fixing elements on a substrate.
  • Each of the attachment branches of the support attachment device (s) implemented by this method is asymmetrical, to optimize its insertion into the insertion hole.
  • the advantage of the method according to the invention lies in particular in the fixing operation carried out in step b).
  • This operation makes it possible to fix the support on the substrate by a very simple insertion operation.
  • the fixing device ensures the positioning and orientation of the support vis-à-vis the substrate, possibly for all the subsequent steps of the manufacturing process and possibly also for a subsequent period.
  • the insertion operation is carried out with a relatively low insertion force, due to the fact that the fixing branches are specially configured to deform during the establishment of the support. For this, however, provision should be made for the insertion hole to have a sufficient diameter - and / or for the insertion holes to be correctly positioned, if there are several insertion holes. If such an arrangement is adopted, the operation of fixing the support on the substrate can optionally be carried out manually.
  • a force of less than 25N, or even 15N is applied to fix the support to the substrate.
  • the method according to the invention can optionally be implemented for fixing not one, but several electrical, electronic, mechanical or mechatronic components on the substrate, by means of the support.
  • retaining stopper is meant here an outer surface of the branch which is configured to prevent the extraction of the fixing branch from the insertion hole.
  • a retaining stopper can in particular form (or have an outer surface forming) an angle greater than 20 °, or even 40 °, with respect to the direction of insertion of the branch so as to oppose extracting the branch from the insertion hole.
  • irreversible attachment in the case of attachment to a substrate, denotes a method of attachment which makes it possible to separate the assembled elements by traction without damaging the substrate.
  • irreversible fixing is a fixing which does not make it possible to separate the assembled elements without damaging the substrate.
  • said at least one component is linked to the support.
  • This connection may or may not be rigid.
  • Step i) of binding said at least one component to the support can be carried out before or after step b) of fixing the support to the substrate.
  • the operation which fixes the support on the substrate also has the effect of binding a component to the support, in particular if this component is itself already linked or fixed to the substrate. the substrate.
  • step i) these different components are linked to the support.
  • the method further comprises a step c) during which a second operation of fixing the support to the substrate is carried out.
  • This second operation makes it possible in particular to obtain a fixing between the support and the substrate having characteristics different from those obtained by the first fixing operation carried out during step b).
  • the characteristics concerned can be mechanical properties of the support to the substrate on the substrate: resistance to traction, to vibrations, etc., and / or non-mechanical properties (resistance to temperature, resistance to salt spray, etc.).
  • the force required to detach the support from the substrate following step c) is greater (and preferably by at least 30%) compared to the force required to detach the support from the substrate following step b) (but before step c).
  • the first fixing step (step b) can for example be aimed simply at ensuring that the support is held on the substrate until step c): this step is then simply a temporary fixing step. .
  • the requirements as to the quality of the fastening produced in step b) can then be lower than those chosen for the second fastening step (step c), which facilitates the design of the manufacturing or assembly process. .
  • step c the fixing carried out during the second fixing step (step c) generally corresponds to the requirements for holding the support on the substrate for the life of the product. It is therefore generally a solid fixation, often irreversible.
  • the method according to the invention requires a specific support provided to be able to be fixed on the substrate in step b).
  • This support therefore comprises at least a first fixing device, configured to allow the fixing ('the first fixing') of the support on the substrate.
  • This first fixation can be a temporary fixation, and / or a reversible fixation.
  • the support may optionally include a second fixing device, configured to allow a second operation of fixing the support to the substrate.
  • This second fixing device may comprise a part of the support which can be welded or soldered to the substrate, and / or a mechanical fixing part, for example a part of the support which can be clipped or glued to the substrate, etc.
  • the first fixing device may itself constitute, or form part of the second fixing device: this is the case for example if step c) consists precisely in fixing the first fixing device itself on the substrate.
  • the second fixing operation is then carried out so as to produce a fixing having characteristics other than those provided in step b) by the first fixing operation.
  • the second fixing operation can be an irreversible fixing operation of the support on the substrate, carried out for example by gluing, welding or soldering the first fixing device on the substrate.
  • the second fixing device is directly constituted by the first fixing device.
  • fixing device designates the first fixing device, unless it is specified that it is about the second fixing device.
  • the invention also relates to an assembly comprising at least one electrical, electronic, mechanical or mechatronic component, and a fixing support, according to claim 1.
  • This support is a support to which said at least one component is fixed.
  • This support comprises at least one fixing device; it is configured to provide mechanical support for said at least one component on the substrate by means of said at least one fixing device.
  • Said at least one fixing device comprises at least two substantially parallel fixing branches oriented in an insertion direction, electrically connected to each other; each branch being asymmetrical and without a retaining stop; the attachment legs have insertion surfaces inclined relative to the insertion direction and oriented in opposite directions to facilitate insertion of the insertion legs into at least one insertion hole in a substrate.
  • the support is configured such that, before insertion into an insertion hole, the ends of said at least two fixing branches are not in contact with each other; and the attachment legs are configured to elastically deform when inserted into said at least one insertion hole.
  • the branches are therefore configured to allow rigid attachment to the substrate.
  • rigid attachment of the support to the substrate, is meant here a method of attachment which allows the support to be maintained in a fixed position and orientation relative to the substrate.
  • the fixing device comprises means, in addition to the fixing branches, for maintaining the support on the substrate.
  • this maintenance can be reinforced by support stops that the support can include in certain embodiments.
  • this support allows the support to be held in a fixed position relative to the substrate.
  • the holder has a 'upper part', which is the part of the holder located axially above the fixing branches when the latter are directed downwards (the direction of insertion being the vertical direction).
  • This upper part is generally the main part of the support: the part which allows the fixing of the component (s) to be fixed to the substrate.
  • the upper part can be arranged and oriented very freely.
  • the center of gravity of the upper part may not be located above the fixing branches.
  • the center of gravity of the upper part of the support is not located, along the direction of insertion, in an extension of the fixing branches or of a volume located between them.
  • the center of gravity of the upper part of the support is located on one side of a median plane (plane of inertia) of the fixing branches.
  • At least 60%, or even at least 75% by weight of the upper part of the support is located on the same side of a median plane of the fixing branches.
  • each fixing branch has a distal end distant from the rest of the support by a minimum distance of 0.2 mm (before insertion into an insertion hole): this allows it to be deform during insertion.
  • This arrangement allows the ends of the fixing branches not to be in contact with each other.
  • branches are designed to deform elastically does not exclude a certain plastic deformation of the latter during their insertion into the insertion hole or holes.
  • the attachment legs of the or each attachment device have insertion surfaces inclined with respect to the direction of insertion and oriented in opposite directions (viewed in a plane). perpendicular to the insertion direction). These surfaces first contact the interior walls of the insertion hole (s); due to this contact, and the inclination of the insertion surfaces, the fixing legs are forced to deform to allow their insertion into the insertion hole (s).
  • the branches Due to the deformation imposed on them during their insertion, the branches generate opposing mutual forces in the plane perpendicular to the direction of insertion; for each fixing device, the result of these forces is zero.
  • the fact that the insertion surfaces are oriented in opposite directions means that in projection in a plane perpendicular to the insertion direction, the directions perpendicular to these surfaces are directed in radial directions with respect to a central point.
  • the fixing device (s) provide mechanical fixing to the substrate of the fixing support and of the component (s) which are attached to it.
  • the fixing branches When the fixing branches are resiliently resting against the walls of the insertion hole (s), they ensure the rigid retention of the support on the substrate - in combination where appropriate with the fixing branches of the other fixing devices. fixing, and / or with additional holding means.
  • the number of fixing branches and the number of fixing devices are dimensioned according to the importance of the holding forces necessary to hold the support in position on the substrate.
  • a fixing device has exactly two fixing branches.
  • the fixing branches of a fixing device are arranged in the same plane.
  • a center distance between two fixing branches is less than 5 mm, and preferably less than 2 mm, and more preferably still less than 1 mm.
  • the branches can be configured to be inserted in one and the same insertion hole.
  • the support according to the invention can comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in technically possible combinations:
  • the support further comprises at least one clipping device, configured to allow attachment of the support to the substrate by clipping.
  • a clipping device is a device including at least one retaining lug configured to elastically deform during the placement of a part on a substrate and, once in place, prevent the extraction or removal of the part.
  • the fixing support is formed entirely from a single sheet, in particular by folding and cutting.
  • the bearing surface (s) can be configured in a fairly free manner with respect to the fixing branches.
  • the bearing surface (s) is (are) not located, depending on the direction of insertion, in an extension of the fixing branches or of a volume located between them.
  • the support surface (s) is or are located on one side of a median plane (a plane of inertia) of the fixing branches.
  • the support also has at least one electrical contact in the form of a rod, formed integrally with the fixing branches, oriented in the direction of insertion.
  • This (S) contact (S) is or are generally of symmetrical form (compared to a plane of symmetry of the contact).
  • the support also has at least one electrical contact, formed integrally with the fixing branches, and having a portion perpendicular to the direction of insertion.
  • the electrical contacts indicated above may optionally constitute or form part of the second device for fixing the support.
  • the second fixing then consists in soldering or soldering this or these contact (s) to the substrate.
  • the support may also have at least one support stop, configured to limit the insertion of the branches into said at least one insertion hole.
  • the support stop (s) preferably have one or more surface (s) substantially perpendicular (s) to the direction of insertion.
  • stops allow the support to rest on the upper surface of the substrate and thus retain the desired orientation with respect to the latter.
  • the invention also includes an assembly comprising a substrate, and at least one support as defined above.
  • the attachment branches of at least one attachment device are inserted into a single insertion hole.
  • the first attachment device constitutes an electrical contact for at least one component attached to the attachment support.
  • the support 10 is produced entirely in a portion of sheet metal, by folding and cutting.
  • the support 10 comprises two parts, namely respectively a support part 12 configured to easily apply a manual insertion force, and / or receive or be fixed to an electrical or electronic component, and a fixing device 20.
  • the device 20 constitutes a fixing device (first fixing device) within the meaning of the invention, which is a reversible fixing device; but which can also allow the irreversible fixing of the support 10 on a substrate, as will be explained below.
  • first fixing device a fixing device within the meaning of the invention, which is a reversible fixing device; but which can also allow the irreversible fixing of the support 10 on a substrate, as will be explained below.
  • the fixing device 20 is constituted by a central part 22, by two fixing branches 24A, 24B, and by two support stops 32A, 32B.
  • the two fixing branches 24A, 24B as well as the two support stops 32A, 32B extend from the central part 22 in a direction Z called the insertion direction.
  • the branches 24A and 24B can be elastically deformed so as to bring about a coming together of the two branches, possibly going as far as bringing them into contact. of the ends of the two branches.
  • the bearing portion 12 extends in a lateral direction X perpendicular to the insertion direction Z.
  • Y the direction perpendicular to the X and Z directions
  • the bearing portion 12 extends in the XY plane and is thus perpendicular to the direction of insertion.
  • the insertion of the branches 24A and 24B is done by moving them downward along their Z axis.
  • the direction of insertion will be called the up / down direction for the support, the branches 24 being directed downwards.
  • the XY plane of the attachment part will be considered to be a horizontal plane.
  • the fixing branches 24A and 24B, collectively called the branches 24, are bulging outwards. They have insertion surfaces 26A, 26B. These insertion surfaces are surfaces inclined with respect to the insertion direction Z; they are oriented in opposite directions in order to facilitate the insertion of the insertion legs into at least one insertion hole 52.
  • the bulges formed on the branches 24 are not very pronounced and do not constitute stops which would be liable to block the branches 24 and prevent their extraction from the insertion hole.
  • the branches 24 therefore do not have a retaining stop; they can be inserted but also extracted from an insertion hole. They are thus configured to be inserted reversibly into an insertion hole.
  • the branches 24 have distal ends 28A and 28B. These ends are spaced from each other by a distance d greater than 0.2 mm as well as vis-à-vis the rest of the support.
  • the branches 24 are configured to be inserted into a single insertion hole. During this insertion, due to the fact that the inclined insertion surfaces 26A, 26B press on the edges of the insertion hole, the branches 24A and 24B deform elastically in the opposite directions B and A respectively, i.e. say they are getting closer. Due to this deformation, which is at least partially elastic (partial plasticization can take place), the branches 24A and 24B apply reaction forces on the substrate, when the support is in the insertion position. As a result, the fixing support 10 is fixed on the substrate and thus the component (bonded or fixed to the support) is also fixed and held on the substrate.
  • the part of the support which is located above the branches 24 constitutes the upper part of the support.
  • it comprises the central part 22 of the fixing device 20 and the bearing part 12.
  • the upper part of the support 10 is held in a fixed position above the substrate, while it is arranged in cantilever, namely in a position offset from the fixing branches 24A and 24B: the upper part is not arranged either in the extension of the branches 24 in the Z direction, or even in the extension of the volume defined between the branches 24A and 24B.
  • the center of gravity of the upper part of the support is offset to the side with respect to the median plane of the fixing branches.
  • the upper part of the support is placed entirely on one side of the median plane of the branches 24, namely the YZ plane. Although it is therefore entirely cantilevered on one side of this plane, the fixing provided by the branches 24 proves to be sufficient to keep the support 10 in a fixed position.
  • the upper part of the support extends on both sides of the median plane of the fixing branches.
  • the upper part of the support can optionally be arranged asymmetrically with respect to this plane. For example, 60% or even 75% of the upper part of the support can be on one side of this plane, the remaining 40% to 25% being on the other side of it.
  • the fixing support 10 is designed for a second fixing operation (step c): after having been inserted into the insertion hole, the branches 24 are brazed or welded therein. This brazing or welding makes it possible to fix irreversibly the support 10 on the substrate 50.
  • the branches 24 constitute both the first and the second fixing device.
  • a mounting bracket 10 in a second embodiment of the invention is illustrated by the figures 3 and 4 .
  • FIG. 1 More precisely, these figures represent a component 100 fixed to a substrate 50 by means of a support 10.
  • the component 100 can be a mechanical, electrical, mechatronic or electromechanical component.
  • the substrate 50 can be, without limitation, of lead frame type (in English, Neadframe '), a printed circuit or PCB (from the English' Printed Circuit Board '), a substrate with direct copper links or DBC (from the English 'Direct Bonded Copper'), or other.
  • the support 10 comprises a bearing part 12 and a first fixing device 20.
  • the latter comprises a central part 22 and two fixing branches 24A and 24B which extend downwardly to from the central part 22.
  • the support 10 represented by the figures 3 and 4 comprises, in addition to the two branches 24, an electrical contact 30.
  • This contact 30 has the form of a bent arm, which extends from the central part 22.
  • the first part of the arm extends downwards in the Z direction (like the branches 24); the second part 31 of the arm, after a 90 ° bend, extends horizontally in the direction X - but on the side opposite to the bearing part 12.
  • the contact 30 serves to ensure an electrical contact between the fixing support 10 and a conductive track 54 formed on the upper surface of the substrate 50.
  • the contact 30 thus uses the SMT contact technology ('Surface Mounted technology' in English, that is to say literally 'Surface Mounted technology'): it is a contact designed to ensure electrical contact with the upper surface of the substrate.
  • the contact thus extends at least partly in a plane (XY) perpendicular to the direction of insertion (Z).
  • the electrical contact between the component 100 and the conductive track 54 is provided by the horizontal part 31 of the arm 30.
  • the contact 30 is soldered. on the track 54, on the surface of the substrate 50. Due to the solder, the support 10 is fixed irreversibly on the substrate 50: in this embodiment, the contact 30 constitutes the second device for fixing the support 10.
  • the support 10 is shown with the branches 24 inserted in an insertion hole 52 made in the substrate 50.
  • the interior of the insertion hole 52 is lined. a socket, which can allow a weld to be made with the branches 24 and also provide an electrical contact function.
  • the support 10 comprises two support stops 32A and 32B, arranged on either side of the branches 24.
  • each of the stops 32A and 32B has a contact surface perpendicular to the insertion direction Z.
  • a mounting bracket in a third embodiment of the invention is illustrated by the figures 5 and 6 .
  • the electrical contact 30 of the support 10 is a contact using SMT technology.
  • the support 10 comprises two electrical contacts 30A and 30B of “through-hole” type technology (in English “THT”, “through-hole technology”).
  • Each of these two contacts 30A and 30B has the shape of a rod extending from the central part 22 along the insertion direction Z. It is therefore configured to be inserted into an insertion hole made in the substrate. 50 and thus pass through the substrate 50.
  • the contacts 30A and 30B should be inserted into insertion holes equipped with metal sockets.
  • the insertion hole (s) provided to accommodate the branches 24 it is not necessary for the insertion hole (s) provided to accommodate the branches 24 to be metallized, except in the case where these branches must ensure not only a temporary fixing. during manufacture of the electronic card, but also an electrical contact between the component and the electronic card.
  • the electrical contacts 30A and 30B are introduced with play into the insertion holes provided to receive them, arranged in the substrate 50.
  • the branches 24 are supported on the inner wall of the insertion hole 52.
  • This difference emphasizes the essential function of the fixing device 20: it makes it possible to rigidly support, to maintain in a fixed position, the fixing support 10 on the substrate 50.
  • the branches 24 bear without play on the substrate 50, they make it possible to maintain in position fixes the support 10 on the substrate 50; such holding in position could not be ensured by the contacts 30.
  • a mounting bracket in a fourth embodiment of the invention is illustrated by figure 7 .
  • This embodiment is extremely close to the embodiment illustrated by the figures 5 and 6 .
  • the only difference lies in the shape of the branches 24 and the arrangement of the insertion holes in the substrate 50.
  • branches 24 are designed to be inserted into two different insertion holes 52.
  • the insertion surfaces 26A and 26B are provided to bear not on the outside but on the inside (with respect to a median axis between the respective axes of the fixing branches 24A and 24B).
  • the two fixing branches 24A and 24B move away slightly from each other, resting on the internal walls of the insertion holes. Thanks to these supports, as in the previous embodiments, the support 10 is rigidly fixed to the substrate; advantageously, this fixing is reversible.
  • this method makes it possible to fix a component 100 on the substrate 50, by carrying out the following steps:
  • a support having at least two attachment legs configured to be inserted into at least one insertion hole of the substrate and thus to allow a first attachment of the support to the substrate.
  • This support can in particular be a fixing support as defined above.
  • the support is then fixed on the substrate.
  • This first fixing operation makes it possible to meet a first fixing criterion, such as, for example, ensuring a mechanical maintenance of the support during the manufacture of the product, until a second fixing operation which, in turn, ensures the mechanical maintenance of the support on the product. the substrate throughout the lifetime of the product produced.
  • the first fixing operation can optionally be carried out by hand, when the fixing device allows insertion with a sufficiently low insertion force.
  • the insertion by hand is made possible by the fact that the support has a bearing surface 12 oriented horizontally, perpendicular to the direction of 'insertion.
  • the bearing part 12 is arranged in the plane (XY) perpendicular to the insertion direction (Z), the bearing part 12 has a bearing surface on which it is possible to press to insert the support 10 into the hole 52 of the substrate 50.
  • the shape of the legs and the insertion hole is designed to allow manual insertion of the legs 34 into the insertion hole 52. Thanks to this, the insertion force of the support remains at an acceptable value for manual insertion, namely a value preferably less than 25N or even if possible 12N.
  • the method of fixing at least one component to a substrate according to the invention does not necessarily require a second fixing operation on the substrate, the embodiment presented includes such a second operation, which constitutes step vs).
  • the second fixing operation can be carried out at least in the following two ways: on the one hand, one branch 24 or the two branches 24 can be soldered or soldered on the substrate 50. In this case, to allow the contact to be maintained for a long time.
  • the insertion hole (s) can be fitted with a cylindrical metal sleeve, of diameter (s) adapted to the dimensions fixing branches of the support, and inside which the fixing branches are inserted and then brazed or welded.
  • the second fixing consists of (or can comprise) the fixing of one or more electrical contacts 30 on the substrate 100.
  • This mode of implementation corresponds to the case of the supports represented by the figures 3 and 4 , Where 5 and 6 .
  • the second fixing then consists in fixing the contact 30, or the contacts 30A and 30B, on the substrate 50. This fixing can be done in particular by brazing or welding.
  • the support may include a mechanical fastening element, for example by clipping, serving to ensure the second step of fastening the support to the substrate.
  • the implementation of the method must moreover be completed by a step i) of binding of the component to the fixing support.
  • the component is linked to the mounting bracket.
  • the connection thus produced is rigid and the component has no degree of freedom with respect to the support, but certain degrees of freedom of the component with respect to the support may remain free, for certain applications.
  • This binding operation i) can be performed at different times, with respect to steps a), b) and c), depending on the constraints of the intended application.
  • step a firstly the fixing support is provided (step a); the component is then fixed thereon; the next step or the following steps of process b) and optionally c) are then carried out.
  • step b) of fixing the support to the substrate also constitutes the step of binding the component to the support.
  • the assembly comprising a substrate 50 and a support 10 illustrated in figure 4 .
  • the support is brought into contact, and therefore bonded, with the conductive track 54, considered here as an “element” within the meaning of the present disclosure.
  • the fixing of the support 10 on the substrate 50 also makes it possible to bind the element 54 to the support 10.
  • the first and second fixing steps (steps b) and c)) are not necessarily consecutive: they can be separated by intermediate assembly steps.
  • provision can be made for the temporary fixing (step b)) of a certain number of components on the substrate, on different fixing supports, then a single step of second fixing, for example irreversible (step c) of the different components on the substrate. substrate.
  • This final step can for example be a wave soldering step (reflow), once all the components have been put in place.

Landscapes

  • Mounting Of Printed Circuit Boards And The Like (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Combinations Of Printed Boards (AREA)

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne principalement, mais pas exclusivement, les domaines de l'assemblage et de la connectique électriques, électroniques, mécaniques et mécatroniques.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • Lors de la fabrication d'un produit, par exemple lors de la fabrication d'une carte électronique, il est souvent nécessaire d'assembler différents éléments sur un même substrat. Le 'substrat' est une pièce quelconque ; cependant, il se présente souvent sous forme de plaque, comme par exemple une carte PCB (de l'Anglais 'Printed Circuit Board'). Il peut être également un boîtier plastique, une plaque métallique, ou toute autre pièce. Le substrat est donc une pièce quelconque, sur laquelle doit être monté ou à laquelle doit être relié au moins un élément.
  • Par 'élément', on désigne ici toute pièce qui est appelée à être intégrée dans un produit en cours de fabrication. Un élément peut notamment être un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique. L'élément peut également être un câble électrique, notamment un câble (ou un conducteur) d'alimentation électrique et/ou de transmission de données.
  • Dans la plupart des procédés de fabrication ou d'assemblage de composants, on prévoit pour chaque élément une opération de fixation de l'élément sur le substrat, par exemple par soudage ou brasage.
  • Le terme 'fixation' dans ce document désigne de manière large tout procédé, et par extension tout dispositif, servant à réaliser une liaison, au moins mécanique, entre deux éléments.
  • Le but de la fixation peut être de réaliser une liaison mécanique entre les deux éléments ; de manière alternative, il peut être de les connecter électriquement. Dans ce cas, la fixation des éléments entre eux est simplement leur connexion ou leur raccordement électrique mutuel.
  • De manière habituelle, dans un procédé de fabrication, la fixation d'un élément dans un produit est réalisée à une certaine étape du procédé. La fixation réalisée lors de cette étape est généralement définie de manière à assurer la liaison prévue entre l'élément et le substrat (cette liaison peut être le support mécanique de l'élément, et/ou la connexion électrique de l'élément, etc..) pendant toute la durée de vie du produit. Cela induit parfois des exigences très fortes quant à l'opération de fixation. Les processus de fabrication ou d'assemblage traditionnels, du fait de cette contrainte, présentent dans certains cas une complexité et un coût relativement élevés.
  • La fixation d'un élément peut par exemple être réalisée en utilisant un élément de connexion à un circuit imprimé tel que celui divulgué par le document EP2770584 . EP2770584 divulgue un support pour un élément, comportant au moins un dispositif de fixation comprenant au moins deux branches de fixation sensiblement parallèles orientées suivant une direction d'insertion, reliées électriquement les unes aux autres, chaque branche étant asymétrique ; les branches de fixation présentant des surfaces d'insertion inclinées par rapport à la direction d'insertion et orientées dans des directions opposées afin de faciliter une insertion des branches d'insertion dans au moins un trou d'insertion aménagé dans un substrat; et les branches de fixation étant configurées pour se déformer élastiquement lorsqu'elles sont insérées dans ledit au moins un trou d'insertion. Cependant l'utilisation d'un tel élément de connexion impose de positionner l'élément par rapport au circuit imprimé de manière extrêmement précise.
    • PRESENTATION DE L'INVENTION
  • Par suite, l'objectif de l'invention est de proposer un procédé de fixation d'un ou plusieurs éléments sur un substrat, qui présente une souplesse accrue par rapport aux procédés connus de fixation d'éléments sur un substrat.
  • Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé selon la revendication 13, permettant la fixation d'au moins un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique (comme exemple d'élément(s) à fixer sur un substrat) à un substrat via un support.
  • Chacune des branches de fixation du ou des dispositif(s) de fixation du support mis en œuvre par ce procédé est asymétrique, pour optimiser son insertion dans le trou d'insertion.
  • L'intérêt du procédé selon l'invention réside notamment dans l'opération de fixation réalisée à l'étape b). Cette opération permet de fixer le support sur le substrat par une opération d'insertion très simple. Dès que cette opération de fixation est réalisée, le dispositif de fixation assure le positionnement et l'orientation du support vis-à-vis du substrat, éventuellement pour toutes les étapes ultérieures du processus de fabrication et éventuellement également pendant une période ultérieure.
  • Avantageusement, l'opération d'insertion est réalisée avec une relativement faible force d'insertion, du fait que les branches de fixation sont spécialement configurées pour se déformer lors de la mise en place du support. Il convient néanmoins pour cela de prévoir que le trou d'insertion présente un diamètre suffisant - et/ou que les trous d'insertions soient bien positionnés, s'il y a plusieurs trous d'insertion. Si une telle disposition est adoptée, l'opération de fixation du support sur le substrat peut éventuellement être réalisée manuellement.
  • Par exemple, dans un mode de mise en œuvre, lors de l'opération de fixation à l'étape b) une force inférieure à 25N, voire 15N, est appliquée pour fixer le support au substrat.
  • Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre éventuellement pour la fixation non pas d'un, mais de plusieurs composants électriques, électroniques, mécaniques ou mécatroniques sur le substrat, par l'intermédiaire du support.
  • Sur chaque branche de fixation, l'absence de butée de retenue permet avantageusement que l'insertion des branches de fixation soit réversible, ce qui donne une grande flexibilité au procédé de fixation.
  • Par « butée de retenue », on entend ici une surface externe de la branche qui est configurée pour empêcher l'extraction de la branche de fixation hors du trou d'insertion. Pour remplir cette fonction, une butée de retenue peut notamment former (ou présenter une surface extérieure formant) un angle supérieur à 20°, voire à 40°, par rapport à la direction d'insertion de la branche de manière à s'opposer à l'extraction de la branche hors du trou d'insertion.
  • Par 'fixation réversible', dans le cas d'une fixation sur un substrat, on désigne un mode de fixation qui permet de séparer par traction les éléments assemblés sans endommager le substrat. Inversement, une fixation irréversible est une fixation qui ne permet pas de séparer les éléments assemblés sans endommager le substrat.
  • Pour la mise en œuvre du procédé, au cours d'une étape i), on lie ledit au moins un composant au support. Cette liaison peut être rigide ou non.
  • L'étape i) de liaison dudit au moins un composant au support peut être réalisée avant ou après l'étape b) de fixation du support sur le substrat. Dans un mode de mise en œuvre, ces deux étapes peuvent même être confondues : l'opération qui fixe le support sur le substrat a aussi pour effet de lier un composant au support, notamment si ce composant est déjà lui-même lié ou fixé sur le substrat.
  • Dans le cas où le procédé est mis en œuvre pour lier plusieurs composants au substrat, à l'étape i) on lie ces différents composants au support.
  • Dans un mode préférentiel de mise en œuvre du procédé selon l'invention, le procédé comporte en outre une étape c) durant laquelle on effectue une deuxième opération de fixation du support sur le substrat. Cette deuxième opération permet notamment d'obtenir une fixation entre le support et le substrat ayant des caractéristiques différentes de celles obtenues par la première opération de fixation réalisée lors de l'étape b). Les caractéristiques concernées peuvent être des propriétés mécaniques de tenue du support sur le substrat : résistance à la traction, aux vibrations, etc., et/ou des propriétés non mécaniques (tenue en température, résistance au brouillard salin, etc.). Par exemple, dans un mode de mise en œuvre, la force nécessaire pour détacher le support du substrat à la suite de l'étape c) est supérieure (et de préférence, d'au moins 30%) par rapport à la force nécessaire pour détacher le support du substrat à la suite de l'étape b) (mais avant l'étape c).
  • Dans un mode de mise en œuvre, la première étape de fixation (étape b) peut par exemple viser simplement à assurer la tenue du support sur le substrat jusqu'à l'étape c) : cette étape est alors simplement une étape de fixation temporaire.
  • Avantageusement, les exigences quant à la qualité de la fixation réalisée à l'étape b) peuvent alors être plus faibles que celles choisies pour la deuxième étape de fixation (étape c), ce qui facilite la conception du procédé de fabrication ou d'assemblage.
  • Inversement, la fixation réalisée lors de la deuxième étape de fixation (étape c) correspond généralement aux exigences de tenue du support sur le substrat pour la durée de vie du produit. Il s'agit donc généralement d'une fixation solide, souvent irréversible.
  • L'étape c) de fixation peut être réalisée de différentes manières. Elle peut être réalisée via le support et/ou via ledit au moins un composant. Ainsi par exemple :
    • dans un mode de mise en œuvre, l'étape c) comporte un soudage ou brasage d'au moins une branche de fixation dans ledit au moins un trou d'insertion.
    • dans un mode de mise en œuvre, l'étape c) comporte une fixation au substrat dudit au moins un composant et/ou d'une portion du support autre que les branches de fixation. La fixation au substrat soit dudit au moins un composant, et/ou soit de ladite portion du support autre que les branches de fixation, peut être faite par soudage, brasage, collage et / ou tout autre procédé.
  • Le procédé selon l'invention nécessite un support spécifique prévu pour pouvoir être fixé sur le substrat à l'étape b). Ce support comprend donc au moins un premier dispositif de fixation, configuré pour permettre la fixation ('la première fixation') du support sur le substrat. Cette première fixation peut être une fixation temporaire, et/ou une fixation réversible.
  • Le support peut inclure éventuellement un deuxième dispositif de fixation, configuré pour permettre une deuxième opération de fixation du support sur le substrat. Ce deuxième dispositif de fixation peut comprendre une partie du support pouvant être soudée ou brasée sur le substrat, et/ou une partie de fixation mécanique, par exemple une partie du support pouvant être clipsée ou collée sur le substrat, etc.
  • Eventuellement, le premier dispositif de fixation peut lui-même constituer, ou du moins faire partie, du deuxième dispositif de fixation : c'est le cas par exemple si l'étape c) consiste précisément à fixer le premier dispositif de fixation lui-même sur le substrat. La deuxième opération de fixation est alors réalisée de manière à réaliser une fixation présentant des caractéristiques autres que celles procurées à l'étape b) par la première opération de fixation. En particulier, la deuxième opération de fixation peut être une opération de fixation irréversible du support sur le substrat, réalisée par exemple en collant, soudant ou brasant le premier dispositif de fixation sur le substrat. Dans ce cas, le deuxième dispositif de fixation est directement constitué par le premier dispositif de fixation.
  • Dans ce qui suit, pour simplifier l'expression 'dispositif de fixation', sans précision, désigne le premier dispositif de fixation, à moins qu'il ne soit précisé qu'il s'agit du deuxième dispositif de fixation.
  • L'invention concerne également un assemblage comportant au moins un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique, et un support de fixation, selon la revendication 1. Ce support est un support auquel ledit au moins un composant est fixé. Ce support comporte au moins un dispositif de fixation ; il est configuré pour assurer le support mécanique dudit au moins un composant sur le substrat au moyen dudit au moins un dispositif de fixation.
  • Ledit au moins un dispositif de fixation comprend au moins deux branches de fixation sensiblement parallèles orientées suivant une direction d'insertion, reliées électriquement les unes aux autres ; chaque branche étant asymétrique et dépourvue de butée de retenue ; les branches de fixation présentent des surfaces d'insertion inclinées par rapport à la direction d'insertion et orientées dans des directions opposées afin de faciliter une insertion des branches d'insertion dans au moins un trou d'insertion aménagé dans un substrat. Le support est configuré de telle sorte que, avant insertion dans un trou d'insertion, les extrémités desdites au moins deux branches de fixation ne sont pas en contact les unes avec les autres ; et les branches de fixation sont configurées pour se déformer élastiquement lorsqu'elles sont insérées dans ledit au moins un trou d'insertion.
  • Les branches sont donc configurées pour permettre une fixation rigide sur le substrat. Par 'fixation rigide' du support sur le substrat, on désigne ici un mode de fixation qui permet que le support soit maintenu dans une position et une orientation fixes par rapport au substrat.
  • Ceci n'exclut pas que le dispositif de fixation comporte des moyens, en plus des branches de fixation, pour assurer le maintien du support sur le substrat.
  • Par exemple, ce maintien peut être conforté par des butées d'appui que peut comporter le support dans certains modes de réalisation.
  • Avec le support défini précédemment, lorsque les branches de fixation sont insérées dans le ou les trous d'insertion, elles sont en appui élastique sur les parois de ce ou ces trous d'insertion : cet appui permet que le support soit maintenu en position fixe par rapport au substrat.
  • On comprend que si la configuration du support et des composants qui doivent lui être liés le nécessite, il peut être nécessaire de prévoir non pas un, mais plusieurs dispositifs de fixation pour permettre la fixation du support sur le substrat.
  • Le support comporte une 'partie haute', qui est la partie du support située axialement au-dessus des branches de fixation lorsque celles-ci sont dirigées vers le bas (la direction d'insertion étant la direction verticale).
  • Cette partie haute est généralement la partie principale du support : la partie qui permet la fixation du ou des composants devant être fixés au substrat. La partie haute peut être agencée et orientée de manière très libre.
  • En particulier, grâce au fait que les branches de fixation assurent la fixation du support de manière rigide sur le substrat, le centre de gravité de la partie haute peut ne pas se trouver au-dessus des branches de fixation.
  • Ainsi, dans un mode de réalisation le centre de gravité de la partie haute du support ne se trouve pas, suivant la direction d'insertion, dans un prolongement des branches de fixation ou d'un volume situé entre celles-ci.
  • Dans un mode de réalisation, le centre de gravité de la partie haute du support est situé sur un côté d'un plan médian (plan d'inertie) des branches de fixation.
  • Dans un mode de réalisation, au moins 60%, voire au moins 75% en masse de la partie haute du support est situé sur un même côté d'un plan médian des branches de fixation.
  • De préférence, dans le support selon l'invention, chaque branche de fixation présente une extrémité distale distante du reste du support d'une distance minimale de 0,2 mm (avant insertion dans un trou d'insertion) : cela lui permet de se déformer lors de l'insertion. Cet arrangement permet que les extrémités des branches de fixation ne soient pas en contact les unes avec les autres.
  • Par ailleurs, le fait que les branches sont conçues pour se déformer élastiquement n'exclut pas une certaine déformation plastique de celles-ci lors de leur insertion dans le ou les trous d'insertion.
  • Pour faciliter leur insertion dans le ou les trous d'insertion, les branches de fixation du ou de chaque dispositif de fixation présentent des surfaces d'insertion inclinées par rapport à la direction d'insertion et orientées dans des directions opposées (vues dans un plan perpendiculaire à la direction d'insertion). Ces surfaces entrent en contact en premier avec les parois intérieures du ou des trous d'insertion ; du fait de ce contact, et de l'inclinaison des surfaces d'insertion, les branches de fixation sont forcées de se déformer pour permettre leur insertion dans le ou les trous d'insertion.
  • Du fait de la déformation qui leur est imposée lors de leur insertion, les branches génèrent des efforts mutuels opposés dans le plan perpendiculaire à la direction d'insertion ; pour chaque dispositif de fixation, la résultante de ces efforts est nulle. Le fait que les surfaces d'insertion soient orientées dans des directions opposées signifie qu'en projection dans un plan perpendiculaire à la direction d'insertion, les directions perpendiculaires à ces surfaces sont dirigées dans des directions radiales par rapport à un point central.
  • Avantageusement, grâce à l'appui des branches de fixation sur les parois du ou des trous d'insertion, le ou les dispositifs de fixation assurent la fixation mécanique sur le substrat du support de fixation et du (ou des) composant(s) qui y sont fixé(s).
  • Les branches de fixation peuvent avoir deux configurations :
    • soit elles prennent appui sur le côté intérieur, par rapport à un axe médian placé à mi-distance entre les axes des branches de fixation. Chaque branche est alors déformée radialement vers l'extérieur, c'est-à-dire suivant une direction qui tend à l'écarter de l'axe médian. Dans ce cas, les branches de fixation sont insérées dans au moins deux trous d'insertion ;
    • soit elles prennent appui sur le côté extérieur par rapport à l'axe médian. Lors de la fixation du support, chaque branche est alors déformée radialement vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe médian. Dans ce cas, les branches de fixation peuvent être insérées dans un trou d'insertion unique (ou éventuellement dans plusieurs trous d'insertion).
  • Lorsque les branches de fixation sont en appui élastique contre les parois du ou des trous d'insertion, elles assurent le maintien rigide du support sur le substrat - en combinaison le cas échéant avec les branches de fixation des autres dispositifs de fixation, et/ou avec des moyens de maintien complémentaires. Le nombre de branches de fixation et le nombre de dispositifs de fixation sont dimensionnés en fonction de l'importance des forces de maintien nécessaires pour maintenir en position le support sur le substrat.
  • Les modes de réalisation suivants peuvent être réalisés et éventuellement combinés :
    Dans un mode de réalisation, un dispositif de fixation comporte exactement deux branches de fixation.
  • Dans un mode de réalisation, les branches de fixation d'un dispositif de fixation sont disposées dans un même plan.
  • Dans un mode de réalisation, un entraxe entre deux branches de fixation est inférieur à 5 mm, et de préférence inférieur à 2 mm, et plus préférentiellement encore inférieur à 1 mm. En particulier, les branches peuvent être configurées pour être insérées dans un seul et même trou d'insertion. Enfin, selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, le support selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaisons techniquement possibles :
    Dans un mode de réalisation, le support comporte en outre au moins un dispositif de clipsage, configuré pour permettre une fixation du support sur le substrat par clipsage. Un dispositif de clipsage est un dispositif incluant au moins un ergot de retenue configuré pour se déformer élastiquement lors de la mise en place d'une pièce sur un substrat et, une fois en place, empêcher l'extraction ou le retrait de la pièce.
  • Dans un mode de réalisation, le support de fixation est formé intégralement à partir d'une seule tôle, notamment par pliage et découpage.
  • Dans un mode de réalisation, le support de fixation présente au moins une surface d'appui sensiblement perpendiculaire à la direction d'insertion. Cette ou ces surfaces d'appui peuvent remplir les fonctions suivantes :
    • Elles peuvent être des surfaces d'appui servant à faciliter l'insertion manuelle et la préhension du support ; et/ou
    • Elles peuvent servir de surface support pour le ou les composants fixés au support.
  • Dans le support de fixation, la ou les surfaces d'appui peuvent être configurée(s) de manière assez libre par rapport aux branches de fixation.
  • Ainsi dans un mode de réalisation, la ou les surface(s) d'appui ne se trouve(nt) pas, suivant la direction d'insertion, dans un prolongement des branches de fixation ou d'un volume situé entre celles-ci.
  • Dans un mode de réalisation, la ou les surface(s) d'appui est ou sont située(s) sur un côté d'un plan médian (un plan d'inertie) des branches de fixation.
  • Par ailleurs, dans un mode de réalisation, le support présente en outre au moins un contact électrique en forme de tige, formé intégralement avec les branches de fixation, orienté suivant la direction d'insertion. Ce(s) contact(s) est ou sont généralement de forme symétrique (par rapport à un plan de symétrie du contact).
  • Dans un mode de réalisation, le support présente en outre au moins un contact électrique, formé intégralement avec les branches de fixation, et présentant une portion perpendiculaire à la direction d'insertion.
  • Les contacts électriques indiqués ci-dessus peuvent éventuellement constituer ou faire partie du deuxième dispositif de fixation du support. La deuxième fixation consiste alors à souder ou braser ce ou ces contacts sur le substrat.
  • Par ailleurs, le support peut présenter en outre au moins une butée d'appui, configurée pour limiter l'insertion des branches dans ledit au moins un trou d'insertion. La ou les butée(s) d'appui présente(nt) de préférence une ou des surface(s) sensiblement perpendiculaire(s) à la direction d'insertion.
  • Ces butées permettent que le support soit en appui sur la surface supérieure du substrat et ainsi, conserve l'orientation souhaitée par rapport à celui-ci. De préférence, dans le cas où l'on a deux branches de fixation, on peut prévoir deux butées d'appui disposées de part et d'autre des deux branches de fixation.
  • L'invention inclut également un ensemble comportant un substrat, et au moins un support tel que défini précédemment.
  • Dans un mode de réalisation, les branches de fixation d'au moins un dispositif de fixation sont insérées dans un seul et même trou d'insertion.
  • Dans un mode de réalisation, le premier dispositif de fixation constitue un contact électrique pour au moins un composant fixé au support de fixation.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • 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 figure 1 est une vue schématique de face d'un support de fixation, dans un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue schématique en perspective du support de fixation de la figure 1;
    • la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un composant fixé sur un substrat au moyen d'un support de fixation dans un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 4 est une vue schématique en perspective du composant fixé sur un substrat représenté par la figure 3 ;
    • la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un support de fixation, dans un troisième mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 6 est une vue schématique en coupe du support de fixation représenté par la figure 5 ;
    • la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un support de fixation, dans un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et
    • la figure 8 est un diagramme schématique illustrant un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • Pour faciliter la compréhension, les éléments identiques ou correspondants portent la même référence dans les différents modes de réalisation présentés.
  • En faisant référence aux figures 1 et 2, un support ou support de fixation 10 mis en œuvre dans un premier mode de réalisation de l'invention va maintenant être présenté.
  • Le support 10 est réalisé intégralement dans une portion de tôle métallique, par pliage et découpe.
  • Le support 10 comprend deux parties, à savoir respectivement une partie d'appui 12 configurée pour appliquer avec aisance un effort manuel d'insertion, et/ou recevoir ou être fixée à un composant électrique ou électronique, et un dispositif de fixation 20.
  • Le dispositif 20 constitue un dispositif de fixation (premier dispositif de fixation) au sens de l'invention, qui est un dispositif de fixation réversible ; mais qui peut permettre également la fixation irréversible du support 10 sur un substrat, comme cela va être expliqué plus loin.
  • Le dispositif de fixation 20 est constitué par une partie centrale 22, par deux branches de fixation 24A, 24B, et par deux butées d'appui 32A, 32B.
  • Les deux branches de fixation 24A, 24B ainsi que les deux butées d'appui 32A, 32B s'étendent à partir de la partie centrale 22 suivant une direction Z dite direction d'insertion.
  • Ces deux branches ont sensiblement la forme de tiges parallèles, sans contact l'une avec l'autre, chacune de ces tiges étant asymétrique.
  • Comme les extrémités de ces branches ne sont pas en contact l'une avec l'autre, les branches 24A et 24B peuvent être déformées de manière élastique de manière à provoquer un rapprochement des deux branches, pouvant aller éventuellement jusqu'à la mise en contact des extrémités des deux branches.
  • La partie d'appui 12 s'étend suivant une direction latérale X perpendiculaire à la direction d'insertion Z. En nommant Y la direction perpendiculaire aux directions X et Z, la partie d'appui 12 s'étend dans le plan XY et est ainsi perpendiculaire à la direction d'insertion.
  • Le plus souvent, l'insertion des branches 24A et 24B se fait en déplaçant celles-ci vers le bas suivant leur axe Z. Aussi conventionnellement, la direction d'insertion sera appelée la direction haut/bas pour le support, les branches 24 étant dirigées vers le bas. Le plan XY de la partie d'attache sera considéré comme étant un plan horizontal. Les branches de fixation 24A et 24B, appelées collectivement les branches 24, sont bombées vers l'extérieur. Elles présentent des surfaces d'insertion 26A,26B. Ces surfaces d'insertion sont des surfaces inclinées par rapport à la direction d'insertion Z ; elles sont orientées dans des directions opposées afin de faciliter l'insertion des branches d'insertion dans au moins un trou d'insertion 52.
  • Les bombements formés sur les branches 24 sont peu prononcés et ne constituent pas des butées qui seraient susceptibles de bloquer les branches 24 et d'empêcher leur extraction hors du trou d'insertion. Les branches 24 ne comportent donc pas de butée de retenue ; elles peuvent être insérées mais aussi extraites d'un trou d'insertion. Elles sont ainsi configurées pour être insérées de manière réversible dans un trou d'insertion.
  • Par ailleurs, du côté opposé à la partie centrale 22, les branches 24 présentent des extrémités distales 28A et 28B. Ces extrémités sont distantes l'une de l'autre d'une distance d supérieure à 0,2 mm ainsi que vis-à-vis du reste du support.
  • Les branches 24 sont configurées pour être insérées dans un trou d'insertion unique. Lors de cette insertion, du fait que les surfaces d'insertion inclinées 26A,26B appuient sur les bords du trou d'insertion, les branches 24A et 24B se déforment élastiquement dans les directions opposées respectivement B et A, c'est-à-dire qu'elles se rapprochent. Du fait de cette déformation, qui est au moins partiellement élastique (une plastification partielle peut avoir lieu), les branches 24A et 24B appliquent des forces de réaction sur le substrat, lorsque le support est en position d'insertion. Par suite, le support de fixation 10 est fixé sur le substrat et ainsi, le composant (lié ou fixé au support) est lui aussi fixé et maintenu sur le substrat.
  • En position d'insertion, la partie du support qui se trouve au-dessus des branches 24 constitue la partie haute du support. Elle comprend dans le cas présent la partie centrale 22 du dispositif de fixation 20 et la partie d'appui 12.
  • Grâce à la fixation rigide du support 10 sur le substrat 50 assurée par les branches 24, la partie haute du support 10 est maintenue en position fixe au-dessus du substrat, alors qu'elle est agencée en porte-à-faux, à savoir en position déportée par rapport aux branches de fixation 24A et 24B : la partie haute n'est disposée ni dans le prolongement des branches 24 suivant la direction Z, ni même dans le prolongement du volume défini entre les branches 24A et 24B.
  • Ainsi, le centre de gravité de la partie haute du support se trouvé déporté sur le côté par rapport au plan médian des branches de fixation.
  • Dans ce mode de réalisation, la partie haute du support est placée entièrement sur un côté du plan médian des branches 24, à savoir le plan YZ. Bien qu'elle soit donc entièrement en porte-à-faux sur un côté de ce plan, la fixation assurée par les branches 24 s'avère suffisante pour maintenir le support 10 en position fixe.
  • Dans d'autres modes de réalisation, la partie haute du support s'étend des deux côtés du plan médian des branches de fixation. Dans ce cas également, la partie haute du support peut éventuellement être agencée de manière asymétrique par rapport à ce plan. Par exemple, 60% voire 75% de la partie haute du support peut se trouver d'un côté de ce plan, les 40% à 25% restants se trouvant de l'autre côté de celui-ci.
  • Par ailleurs, le support de fixation 10 est conçu pour une deuxième opération de fixation (étape c) : après avoir été insérées dans le trou d'insertion, les branches 24 sont brasées ou soudées dans celui-ci. Ce brasage ou soudage permet de fixer de manière irréversible le support 10 sur le substrat 50.
  • Par suite, pour le support 10, les branches 24 constituent à la fois le premier et le deuxième dispositif de fixation.
  • Un support de fixation 10 dans un deuxième mode de réalisation de l'invention est illustré par les figures 3 et 4.
  • Plus précisément, ces figures représentent un composant 100 fixé sur un substrat 50 au moyen d'un support 10. Le composant 100 peut être un composant mécanique, électrique, mécatronique ou électromécanique.
  • Le substrat 50 peut être, de manière non limitative, de type grille de connexion (en Anglais, Neadframe'), un circuit imprimé ou PCB (de l'Anglais 'Printed Circuit Board'), un substrat à liaisons directes en cuivre ou DBC (de l'Anglais 'Direct Bonded Copper'), ou autre.
  • Comme dans le mode de réalisation précédent, le support 10 comporte une partie d'appui 12 et un premier dispositif de fixation 20. Celui-ci comporte une partie centrale 22 et deux branches de fixation 24A et 24B qui s'étendent vers le bas à partir de la partie centrale 22.
  • Les principales différences par rapport au premier mode de réalisation sont les suivantes.
  • Le support 10 représenté par les figures 3 et 4 comporte, en plus des deux branches 24, un contact électrique 30.
  • Ce contact 30 a la forme d'un bras coudé, qui s'étend à partir de la partie centrale 22. La première partie du bras s'étend vers le bas suivant la direction Z (comme les branches 24) ; la deuxième partie 31 du bras, après un coude à 90°, s'étend horizontalement suivant la direction X - mais du côté opposé à la partie d'appui 12.
  • Comme on peut le voir notamment sur la Fig.4, le contact 30 sert à assurer un contact électrique entre le support de fixation 10 et une piste conductrice 54 formée sur la surface supérieure du substrat 50. Le contact 30 utilise ainsi la technologie de contact SMT ('Surface Mounted technology' en Anglais, soit littéralement 'technologie Monté en Surface') : c'est un contact prévu pour assurer un contact électrique avec la surface supérieure du substrat. Le contact s'étend ainsi au moins en partie dans un plan (XY) perpendiculaire à la direction d'insertion (Z).
  • Dans l'exemple présenté, le contact électrique entre le composant 100 et la piste conductrice 54 est assuré par la partie horizontale 31 du bras 30. Pour assurer un contact électrique permanent entre le contact 30 et la piste conductrice 54, le contact 30 est brasé sur la piste 54, à la surface du substrat 50. Du fait de la brasure, le support 10 est fixé de manière irréversible sur le substrat 50 : dans ce mode de réalisation, le contact 30 constitue le deuxième dispositif de fixation du support 10.
  • Le support 10 est représenté avec les branches 24 insérées dans un trou d'insertion 52 aménagé dans le substrat 50. L'intérieur du trou d'insertion 52 est garni d'une douille, qui peut permettre la réalisation d'une soudure avec les branches 24 et aussi assurer une fonction de contact électrique.
  • En outre, comme dans le mode de réalisation précédent, le support 10 comporte deux butées d'appui 32A et 32B, disposées de part et d'autre des branches 24.
  • Comme on le voit sur les figures 3 et 4, ces butées d'appui sont configurées pour limiter l'insertion des branches dans le trou d'insertion 52 et assurer une fonction de maintien mécanique de la position et de l'orientation du support 10 par rapport au substrat 50, en complément du maintien assuré par les branches de fixation 24. Pour assurer leur fonction, chacune des butées 32A et 32B présente une surface de contact perpendiculaire à la direction d'insertion Z.
  • Un support de fixation dans un troisième mode de réalisation de l'invention est illustré par les figures 5 et 6.
  • Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4 par le type de contact électrique que comporte le support 10 en plus du dispositif de fixation réversible 20 : dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, le contact électrique 30 du support 10 est un contact utilisant la technologie SMT. Inversement, dans le mode de réalisation de la figure 6, le support 10 comporte deux contacts électriques 30A et 30B de technologie de type « à trou traversant » (en Anglais 'THT', 'through-hole technology').
  • Chacun de ces deux contacts 30A et 30B a la forme d'une tige s'étendant à partir de la partie centrale 22 suivant la direction d'insertion Z. Il est donc configuré pour être inséré dans un trou d'insertion aménagé dans le substrat 50 et pour passer ainsi à travers le substrat 50.
  • De préférence, les contacts 30A et 30B doivent être insérés dans des trous d'insertion équipés de douilles métalliques. Inversement, il n'est pas nécessaire que le(s) trou(s) d'insertion prévu pour accueillir les branches 24 soi(en)t métallisé(s), hormis dans le cas où ces branches doivent assurer non seulement une fixation temporaire en cours de fabrication de la carte électronique, mais également un contact électrique entre le composant et la carte électronique.
  • Comme le montre la figure 6 sur laquelle la caractéristique suivante a été volontairement exagérée, les contacts électriques 30A et 30B sont introduits avec jeu dans des trous d'insertion prévus pour les accueillir, aménagés dans le substrat 50. Inversement, dans la position insérée représentée sur la figure 6, les branches 24 sont en appui sur la paroi intérieure du trou d'insertion 52. Cette différence souligne la fonction essentielle du dispositif de fixation 20 : il permet de supporter rigidement, de maintenir en position fixe, le support de fixation 10 sur le substrat 50. Comme les branches 24 sont en appui sans jeu sur le substrat 50, elles permettent de maintenir en position fixe le support 10 sur le substrat 50 ; un tel maintien en position ne pourrait être assuré par les contacts 30.
  • Un support de fixation dans un quatrième mode de réalisation de l'invention est illustré par la figure 7.
  • Ce mode de réalisation est extrêmement proche du mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6. La seule différence réside dans la forme des branches 24 et l'agencement des trous d'insertion dans le substrat 50.
  • En effet, au lieu que les branches 24 soient prévues pour être insérées dans un trou d'insertion unique, avec les surfaces d'insertion 26A et 26B prenant appui sur l'extérieur, sur la paroi du trou 52, dans le mode de réalisation de la figure 7 les branches 24 sont prévues pour être insérées dans deux trous d'insertion 52 différents.
  • De plus, les surfaces d'insertion 26A et 26B sont prévues pour prendre appui non pas sur l'extérieur mais sur l'intérieur (par rapport à un axe médian entre les axes respectifs des branches de fixation 24A et 24B). Ainsi, lors de l'insertion des branches 24 dans les trous d'insertion, les deux branches de fixation 24A et 24B s'écartent légèrement l'une de l'autre en prenant appui sur les parois internes des trous d'insertion. Grâce à ces appuis, comme dans les modes de réalisation précédents, le support 10 est fixé rigidement sur le substrat ; avantageusement, cette fixation est réversible.
  • En faisant référence à la figure 8, un exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention va maintenant être présenté. Bien que le procédé soit revendiqué dans le cadre de la fixation d'au moins un composant électronique, électrique, mécanique ou mécatronique sur le substrat, le procédé peut être mis en œuvre pour un élément de tout type, ainsi que pour la fixation de plusieurs éléments et non d'un seul.
  • Dans le cadre de la fabrication d'une carte électronique réalisée sur un substrat 50, ce procédé permet de fixer un composant 100 sur le substrat 50, en réalisant les étapes suivantes :
    • a) Fourniture du support de fixation
  • On fournit un support présentant au moins deux branches de fixation configurées pour être insérées dans au moins un trou d'insertion du substrat et pour permettre ainsi une première fixation du support sur le substrat. Ce support peut être notamment un support de fixation tel que défini précédemment.
    • b) Première fixation du support de fixation sur le substrat
  • On fixe alors le support sur le substrat. Cette première opération de fixation permet de répondre à un premier critère de fixation, comme par exemple, assurer un maintien mécanique du support pendant la fabrication du produit, jusqu'à une deuxième opération de fixation qui, elle, assure le maintien mécanique du support sur le substrat pendant toute la durée de vie du produit réalisé.
  • La première opération de fixation peut éventuellement être réalisée à la main, lorsque le dispositif de fixation permet l'insertion avec une force d'insertion suffisamment faible. Par exemple, si l'on utilise un support de fixation tel que présenté par les exemples précédents, l'insertion à la main est rendue possible par le fait que le support présente une surface d'appui 12 orientée horizontalement, perpendiculairement à la direction d'insertion. Comme la partie d'appui 12 est aménagée dans le plan (XY) perpendiculaire à la direction d'insertion (Z), la partie d'appui 12 présente une surface d'appui sur laquelle on peut appuyer pour insérer le support 10 dans le trou 52 du substrat 50.
  • De plus, dans le mode de mise en œuvre présenté, la forme des branches et du trou d'insertion est étudiée pour permettre une insertion manuelle des branches 34 dans le trou d'insertion 52. Grâce à cela, la force d'insertion du support reste à une valeur acceptable pour une insertion manuelle, à savoir une valeur de préférence inférieure à 25N voire si possible 12N.
    • c) Deuxième fixation du support de fixation sur le substrat
  • Bien que le procédé de fixation d'au moins un composant à un substrat selon l'invention ne nécessite pas nécessairement une deuxième opération de fixation sur le substrat, le mode de mise en œuvre présenté comporte une telle deuxième opération, qui constitue l'étape c).
  • Au cours de cette étape, on réalise alors une deuxième opération de fixation du support sur le substrat. Cette deuxième opération de fixation est définitive.
  • La deuxième opération de fixation peut être réalisée au moins des deux manières suivantes : d'une part, on peut braser ou souder une branche 24 ou les deux branches 24 sur le substrat 50. Dans ce cas, pour permettre un maintien durable du contact électrique via les branches de fixation 24 du support 10, le(s) trou(s) d'insertion peu(ven)t être équipé(s) d'une douille métallique cylindrique, de diamètre(s) adapté(s) aux dimensions des branches de fixation du support, et à l'intérieur desquelles les branches de fixation sont insérées puis brasées ou soudées.
  • De manière alternative, ou en complément, la deuxième fixation consiste en (ou peut comprendre) la fixation d'un ou plusieurs contacts électriques 30 sur le substrat 100. Ce mode de mise en œuvre correspond au cas des supports représentés par les figures 3 et 4, ou 5 et 6. La deuxième fixation consiste alors à fixer le contact 30, ou les contacts 30A et 30B, sur le substrat 50. Cette fixation peut se faire notamment par brasage ou soudage.
  • De manière alternative, le support peut comporter un élément de fixation mécanique, par exemple par clipsage, servant à assurer la deuxième étape de fixation du support sur le substrat.
  • La mise en œuvre du procédé doit par ailleurs être complétée par une étape i) de liaison du composant au support de fixation.
  • Durant cette étape, le composant est lié au support de fixation. Le plus souvent, la liaison ainsi réalisée est rigide et le composant n'a aucun degré de liberté par rapport au support, mais certains degrés de liberté du composant par rapport au support peuvent rester libres, pour certaines applications.
  • Cette opération de liaison i) peut être réalisée à différents moments, par rapport aux étapes a), b) et c), en fonction des contraintes de l'application prévue.
  • Ces différentes possibilités sont illustrées par les flèches i1) à i6) sur la figure 8 :
    Suivant une première possibilité i1, le composant est lié au support de fixation avant même l'étape a) : on se procure un support auquel le composant est déjà lié.
  • Dans une deuxième possibilité i2, dans un premier temps le support de fixation est fourni (étape a) ; on fixe alors le composant sur celui-ci ; on procède alors à l'étape suivante ou aux étapes suivantes du procédé b) et éventuellement c).
  • Dans une troisième possibilité i3, l'étape b) de fixation du support sur le substrat constitue également l'étape de liaison du composant sur le support. Considérons par exemple l'ensemble comportant un substrat 50 et un support 10 illustré sur la figure 4. Lors de la fixation du support 10 sur le substrat 50, on met en contact, et donc on lie, le support avec la piste conductrice 54, considérée ici comme « élément » au sens de la présente divulgation.
  • Par suite, dans cet exemple la fixation du support 10 sur le substrat 50 permet aussi de lier l'élément 54 au support 10.
  • Dans une quatrième, cinquième et sixième possibilité i4, i5 et i6, le composant est fixé au support respectivement :
    • après l'étape b) de fixation réversible du support sur le substrat, mais avant l'étape c) de fixation définitive du support sur le substrat ;
    • pendant l'étape c) de fixation définitive du support sur le substrat ; et
    après l'étape b) de fixation définitive du support sur le substrat.
  • Au cours du processus de fabrication de la carte électronique à partir du substrat 50, les étapes de première et deuxième fixation (étapes b) et c)) ne sont pas nécessairement consécutives : elles peuvent être séparées par des étapes d'assemblage intermédiaires. Par exemple, on peut prévoir la fixation temporaire (étape b)) d'un certain nombre de composants sur le substrat, sur différents supports de fixation, puis une étape unique de deuxième fixation par exemple irréversible (étape c) des différents composants sur le substrat. Cette étape finale peut par exemple être une étape de soudage à la vague (au reflow), une fois que tous les composants ont été mis en place.
  • Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (16)

  1. Assemblage comportant au moins un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique, et un support (10) auquel ledit au moins un composant (100) est fixé, dans lequel :
    le support comporte au moins un dispositif de fixation (20) ;
    le support est configuré pour assurer le support mécanique dudit au moins un composant sur un substrat au moyen dudit au moins un dispositif de fixation ;
    l'assemblage se caractérisant en ce que
    ledit au moins un dispositif de fixation (20) comprend au moins deux branches de fixation (24A,24B) sensiblement parallèles orientées suivant une direction d'insertion (Z), reliées électriquement les unes aux autres ;
    chaque branche de fixation est asymétrique et dépourvue de butée de retenue ;
    les branches de fixation (24A,24B) présentant des surfaces d'insertion (26A,26B) inclinées par rapport à la direction d'insertion et orientées dans des directions opposées afin de faciliter une insertion des branches de fixation dans au moins un trou d'insertion (52) aménagé dans le substrat ;
    le support est configuré de telle sorte que, avant insertion dans un trou d'insertion, les extrémités des branches de fixation ne sont pas en contact les unes avec les autres ; et
    les branches de fixation sont configurées pour se déformer élastiquement lorsqu'elles sont insérées dans ledit au moins un trou d'insertion.
  2. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel au moins un dispositif de fixation comporte exactement deux branches de fixation (24A,24B).
  3. Assemblage selon la revendication 1 ou 2, dont le support (10) présente une surface d'appui (12) sensiblement perpendiculaire à la direction d'insertion.
  4. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un centre de gravité d'une partie haute du support (10), située axialement au-dessus des branches de fixation lorsque celles-ci sont dirigées vers le bas, ne se trouve pas, suivant la direction d'insertion, dans un prolongement des branches de fixation (24) ou d'un volume situé entre celles-ci.
  5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins 60%, voire au moins 75% en masse d'une partie haute du support (10), située axialement au-dessus des branches de fixation (24A,24B) lorsque celles-ci sont dirigées vers le bas, est situé sur un même côté d'un plan médian (YZ) des branches de fixation (24A,24B).
  6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dont le support (10) présente en outre au moins un contact électrique (30A,30B) en forme de tige, formé intégralement avec les branches de fixation (24A,24B), orienté suivant la direction d'insertion.
  7. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dont le support (10) présente en outre au moins un contact électrique (30), formé intégralement avec les branches de fixation, et présentant une portion perpendiculaire à la direction d'insertion.
  8. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont le support (10) présente en outre au moins deux butées d'appui (32A,32B), les butées présentent des surfaces de contact perpendiculaires à la direction d'insertion (Z).
  9. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dont le support est formé intégralement à partir d'une seule tôle.
  10. Ensemble comportant un substrat (50), et un assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. Ensemble selon la revendication 10, dans lequel, lorsque le support est fixé sur le substrat, lesdites branches de fixation ne sont pas en contact l'une avec l'autre.
  12. Ensemble selon la revendication 10 ou 11, agencé de telle sorte qu'une force inférieure à 25N est suffisante pour fixer le support (10) au substrat (50).
  13. Procédé de fixation d'au moins un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique (100) à un substrat (50) via un support (10), le procédé comportant les étapes suivantes :
    a) on fournit :
    au moins un composant électrique, électronique, mécanique ou mécatronique (100) ;
    un substrat (50) présentant au moins un trou d'insertion (52) ; et
    un support (10) comportant au moins un dispositif de fixation (20), ledit au moins un dispositif de fixation (20) comprenant au moins deux branches de fixation (24A,24B) sensiblement parallèles orientées suivant une direction d'insertion (Z), reliées électriquement les unes aux autres, chaque branche de fixation étant asymétrique et dépourvue de butée de retenue, les branches de fixation (24A,24B) présentant des surfaces d'insertion (26A,26B) inclinées par rapport à la direction d'insertion et orientées dans des directions opposées afin de faciliter une insertion des branches de fixation dans au moins un trou d'insertion (52) aménagé dans le substrat, le support étant configuré de telle sorte que, avant insertion dans un trou d'insertion, les extrémités des branches de fixation ne sont pas en contact les unes avec les autres, et les branches de fixation étant configurées pour se déformer élastiquement lorsqu'elles sont insérées dans ledit au moins un trou d'insertion ;
    i) on lie ledit au moins un composant au support ;
    b) on fixe le support (10) sur le substrat (50) en introduisant les branches de fixation (24A,24B) du support dans ledit au moins un trou d'insertion (52) du substrat, de telle sorte que le support est rigidement maintenu sur le substrat et assure le support mécanique dudit au moins un composant sur le substrat au moyen dudit au moins un dispositif de fixation.
  14. Procédé de fixation selon la revendication 13, comportant en outre une étape c) durant laquelle on effectue une deuxième opération de fixation du support (10) sur le substrat (50), notamment par soudage ou brasage.
  15. Procédé de fixation selon la revendication 13 ou 14, dans lequel l'étape c) de fixation comporte une fixation au substrat dudit au moins un composant et/ou d'une portion du support autre que les branches de fixation.
  16. Procédé de fixation selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel une force inférieure à 25N est appliquée pour fixer le support (10) au substrat (50) à l'étape b), notamment est appliquée à la main.
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