FR2585892A1 - Dispositif de miniaturisation des connexions d'elements soumis a de tres fortes intensites electriques - Google Patents

Dispositif de miniaturisation des connexions d'elements soumis a de tres fortes intensites electriques Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LA CONNEXION D'ELEMENTS BONS CONDUCTEURS DE L'ELECTRICITE SOUMIS A DE TRES FORTES INTENSITES ELECTRIQUES. LE DISPOSITIF EST CONSTITUE PAR UN LIANT 3 ASSURANT LA CONDUCTIBILITE ELECTRIQUE ENTRE LES DEUX FILS 1 ET 2 A CONNECTER ET UN ENROBAGE 4 ASSURANT LE CONFINEMENT DU LIANT LORSQUE CELUI-CI PASSE A L'ETAT LIQUIDE SOUS L'EFFET DE TRES FORTES INTENSITES.

Description

La présente invention concerne la connexion d'élé-
ments bons conducteurs de l'électricité soumis à de très
fortes intensités.
Les connexions d'éléments conducteurs de l'élec-
tricité sont établies généralement par le rapprochement de deux conducteurs 1 et 2 (fig.l) soumis à une pression P
créée par un système mécanique.
Dans le domaine de l'invention, ces conducteurs sont très généralement en cuivre, plus rarement en laiton ou en
argent. Ces métaux étant très bons conducteurs de l'élec-
tricité, les dimensions des fils de connexion sont très petites, même pour de très fortes intensités. Par exemple,
on peut faire passer une centaine d'ampères dans du cui-
vre de section 0,lmm2 sans qu'il fonde. Par contre la connexion de tels éléments oblige à un dimensionnement
beaucoup plus grand des conducteurs. Au contact des con-
ducteurs, la résistivité est plus grande. Cela est dû à des oxydes, à des impuretés de surface, à la réduction
de la section de contact. Pour réaliser une bonne con-
nexion malgré cette résistivité plus grande, on augmente
la surface de connexion, et bien sûr l'encombrement.
Ces considérations entraînent un dimensionnement très
grand de la connexion par rapport aux dimensions du conduc-
teur lui même. Dans le cas d'un serrage par vis et étrier sur des longueurs identiques, l'espace occupé par la connexion est 30 à 100 fois plus grand que l'espace occupé
par le conducteur.
Un moyen de rendre la connexion très petite serait de réa-
liser une soudure autogène. Le cuivre se prête mal à ce
type de soudure parce que bon conducteur de l'électricité.
La soudure en bout n'est pas fiable à 100 % car la pro-
duction de chaleur est assurée par la connexion oxydes sur oxydes et ceuxci restent dans la soudure. Le laser ne donne aucun résultat sur le cuivre car la chaleur très ponctuelle est évacuée trop vite. Les ultra- sons donnent
un résultat satisfaisant mais uniquement pour des conne-
xions de grosse section car un matriçage est nécessaire.
La brasure d'argent est exclue à cause des hautes tem-
pératures demandées pendant un temps assez long, ce qui
ne convient pas aux composants électroniques.
Une solution connue pour réduire les dimensions de la connexion consiste à établir la liaison au moyen d'un liant conducteur de l'électricité. Pour que ce liant soit
facile à mettre en oeuvre, on utilise la fusion du liant.
Celui-ci, à température ambiante, est solide et assure la liaison mécanique et la continuité électrique. Ce liant est inévitablement moins bon conducteur de l'électricité
que le cuivre (on utilise généralement un alliage plomb-
étain) et la qualité du liant ainsi que la longueur de
liaison devient très grande pour les très fortes intensi-
tés afin d'éviter la fusion du liant; le rapport des es-
paces occupés reste de 10 à 50 fois plus grand.Le point de fusion du liant est pris relativement bas entre 200 et
300 , afin de faciliter la mise en oeuvre et ne pas alté-
rer l'environnement (fixations, boitiers, isolants, com-
posants électroniques sensibles à la chaleur).
Il en résulte qu'aucune solution ne permet la miniaturisa-
tion des connexions dans un rapport de 2 à 3, au lieu de
à 50 pour les fortes intensités.
Le dispositif, selon l'invention, atteint justement cet
objectif avec une sûreté de fonctionnement très grande.
La sûreté de connexion aux très fortes intensités n'est
pas habituellement nécessaire dans les appareils électri-
ques, car ces très fortes intensités se produisent lors de courants de défauts: si la connexion est interrompue, par fusion du liant par exemple, cela interrompt du même coup
le courant de défaut et donc la sécurité s'en trouve ac-
crue.
Il n'en est pas de même pour des dispositifs parasurten-
sion, ou parafoudre écoulant de très fortes intensités à la terre. La sûreté de fonctionnement exige que la connexion ne soit jamais interrompue même pour les très
fortes intensités engendrées par la foudre (100 000 am-
pères). Si l'écoulement à la terre était interrompu par une rupture de connexion, il apparaîtrait aux bornes du dispositif une surtension et le dispositif parasurtension
n'aurait plus sa raison d'être.
On trouve une application de l'invention dans la miniatu-
risation de dispositif parafoudre ou parasurtension avec
une sûreté de fonctionnement à 100%.
- 2 - - 3 - Le dispositif selon l'invention-comporte les fils conducteurs de l'électricité à assembler repères 1 et 2 (fig. 2). Ils sont connectés par un liant 3, conducteur de l'électricité, qui peut être à bas point de fusion (200 à 300 degrés C.). Un enrobage 4 entoure l'ensemble
de la connexion dans tous les axes.
Lorsqu'une très forte intensité traverse les conducteurs 1 et 2, la résistivité du liant 3 et la résistivité plus grande à la surface des métaux font qu'il y a production de chaleur dans la zone du liant 3 par l'effet joule dans une proportion bien plus grande que dans les conducteurs 1 et 2. Suivant la durée de la très forte intensité, il y
a fusion partielle ou totale du liant 3. Celui-ci main-
tient la connexion même à l'état liquide, grâce à l'enro-
bage 4 qui le confine parfaitement autour des conducteurs 1 et 2. Cet enrobage est choisi de manière à ne laisser
aucune bulle d'air entre 3 et 4 car le mouvement proba-
ble de la bulle d'air par gravité lors de la fusion du liant 3 pourrait avoir pour conséquence d'augmenter la
résistivité, cette augmentation entraînant un accroisse-
ment de température par oxydation du liant 3 par l'oxy-
gène de la bulle et détérioration de la connexion.
L'enrobage 4 est choisi de façon à ne pas avoir de réac-
tivité chimique avec le liant 3. Il est choisi également en fonction de la durée prévisible de la fusion. Par exemple une résine Epoxy pourra résister pendant lOms à une température de 1 000 degrés et une céramique pendant
plusieurs secondes à la même température.
La figure 1 représente les éléments de base d'une
connexion entre les fils 1 et 2.
La figure 2 représente l'invention pour connecter les
fils 1 et 2 au moyen du liant 3 confiné dans la résine 4.
La figure 3 représente une réalisation de l'invention pour connecter entre elles des diodes Zener 5 ainsi que
la connexion selon l'invention au cylindre de laiton 6.
Une réalisation de l'invention consiste en un système parasurtension décrit dans le Brevet Français N 8115710. Dans cette réalisation, il s'agit d'un assemblage de diodes Zener. Cet assemblage peut être réalisé suivant l'invention afin de donner des dimensions très réduites à l'ensemble et d'apporter une sécurité de
liaison absolue.
Les zéners 5 (fig.3) connectées entres elles suivant l'in-
vention par un liant 3 à bas point de fusion (225 degrés) dans le cas de semiconducteur, l'utilisation d'un liant à
point de fusion beaucoup plus élevé entraînerait la des-
truction du semiconducteur à l'opération de soudure. Les zéners sont connectées aux cylindres en laiton 6 suivant
l'invention par un liant 3. Suivant l'invention, un enro-
bage 4 vient confiner toutes les soudures établies par le
liant 3, au nombre de 4 dans la réalisation très parti-
culière décrite. L'enrobage 4, dans ce cas de réalisa-
tion, est choisi isolant électrique. Il assure à la fois la résistance mécanique, l'isolation des composants entre eux et le confinement suivant l'invention. L'enrobage 4
peut ne pas être forcément le même pour chacune des liai-
sons mais dans ce cas de réalisation l'enrobage 4 ne prend pas de place car il remplit l'inévitable vide qu'il y a entre les divers éléments constitutifs. L'enrobage ne participant pas à l'encombrement, la réalisation peut
être extrêmement miniaturisée, ce qui constitue le pre-
mier avantage de l'invention.
Dans cette réalisation, le deuxième avantage de l'inven-
tion réside dans la sécurité de fonctionnement-du dispo-
sitif car les zéners en dernier ressort se soudent et les connexions établies doivent se maintenir malgré des courants très élevés. D'autre part, avantde se souder, les zéners ont maintenu la tension normale du secteur et se sont donc échauffées, elles ont de ce fait transmis
de la chaleur par les fils 1 et 2 au liant 3.
Suivant l'invention, le liant 3 peut fondre avant ou
après fusion des zéners, la connexion est toujours main-
tenue et la sécurité de fonctionnement garantie.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de miniaturisation des connexions de
deux fils conducteurs de l'électricité (1) et (3) com-
portant un liant (3) à bas point de fusion (figure 1) et
un enrobage (4) entourant totalement le liant (3) carac-
térisé en ce que l'enrobage (4) confine le liant (3) à
sa place lors de sa fusion provoquée par une forte inten-
sité en maintenant ainsi la connexion.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il n'existe aucune bulle d'air entre le liant (3)
et l'enrobage (4).
3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé
en ce que l'enrobage (4) est choisi selon la durée prévi-
sible de la fusion.
4. Dispositif suivant les revendications 1 et 2
caractérisé en ce que l'enrobage occupe tout l'espace
entre les composants et assure l'isolation de ceux-ci.
5. Dispositif suivant la revendication 1 carac-
térisé en ce que l'enrobage assure la tenue mécanique de l'ensemble.
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