EP2087499A1 - Procede de fabrication d'un module de commutation faible courant et dispositif obtenu par ledit procede - Google Patents

Procede de fabrication d'un module de commutation faible courant et dispositif obtenu par ledit procede

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EP2087499A1
EP2087499A1 EP07821540A EP07821540A EP2087499A1 EP 2087499 A1 EP2087499 A1 EP 2087499A1 EP 07821540 A EP07821540 A EP 07821540A EP 07821540 A EP07821540 A EP 07821540A EP 2087499 A1 EP2087499 A1 EP 2087499A1
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EP
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conductive trace
components
electronic components
connection
conductive
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EP07821540A
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Fabrice Giacomin
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Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
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Valeo Securite Habitacle SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H51/28—Relays having both armature and contacts within a sealed casing outside which the operating coil is located, e.g. contact carried by a magnetic leaf spring or reed
    • H01H51/281—Mounting of the relay; Encapsulating; Details of connections
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    • Y10T29/49174—Assembling terminal to elongated conductor
    • Y10T29/49176—Assembling terminal to elongated conductor with molding of electrically insulating material

Definitions

  • a method of manufacturing a low current switching module and device obtained by said method is a method of manufacturing a low current switching module and device obtained by said method.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a low current switching module and a device obtained by said method. It also relates to a special machine for implementing said method.
  • the low current switches usually involve a stack of mechanical parts comprising a plate on which electrically conductive tracks and a rotational contact driven by a rotor are overmolded.
  • the rotor is further provided with contact pads to be worn on tracks.
  • This set is housed in a housing made of electrically insulating material.
  • the tracks are made on one of the two faces of a printed circuit, the other side is equipped with electronic components and connection pins.
  • the type of assembly has a weakness in the connection, each connector clipping (Vehicle beam) on the connection pins, the printed circuit works in bending, generating a risk of rupture of said wafer and / or tracks that it supports.
  • the solution to this problem therefore requires the use of remotely controllable switches without mechanical connection so as to be embedded in a plastic material without this being detrimental to its operation.
  • the invention proposes for this purpose a switching module comprising: on the one hand a magnetic control switch more commonly called “REED relays” or contact bulbs comprising in a sealed bulb two flexible contact tongues sensitive to a magnetic field and on the other hand an integrated connection assembly and possibly other electronic components .
  • This type of switch is known to have a certain fragility at the same time to the mechanical stresses (breaks), to the pressure and even to the temperature. The properties therefore seemed incompatible with pressure injection operations.
  • the invention succeeds in overcoming this prejudice by means of a method for producing a switching module of the aforesaid type comprising a thin conductive trace, at least one contact bulb, connection, and a housing enclosing the contact bulb and constitute with the connecting members a connection element.
  • This process comprises the phases of:
  • the problems relating to the stresses exerted on the contact bulb are solved because they are carried by deformable elements (trace of copper) which by deforming absorb stresses.
  • deformable elements trace of copper
  • the method according to the invention has the following additional features:
  • the step of electrical and mechanical connection of the electronic components to the conductive trace may be a welding or crimping operation
  • the step of encapsulation in an insulating material of the assembly composed of the conductive trace, the components, their legs and the electrical connections may be an injection operation under pressure of plastics
  • the plastics used for the injection may be plastic materials loaded with high strength fibers and / or high mechanical rigidity
  • the fibers of high strength and / or mechanical rigidity are glass fibers or aramid fibers
  • the plastics injection mold may be arranged in such a way that the flow of material in the mold circulates substantially along the components so that said components do not tend to move in the mold during the filling under pressure, nor that internal stresses in the tabs and / or welds are generated,
  • the method may comprise an additional step of separating several elements made simultaneously on the same conductive trace,
  • the step of separating several elements made simultaneously on the same conductive trace may be carried out by local stamping.
  • the invention also proposes a switch device produced according to the manufacturing method stated above.
  • the invention also proposes a special machine which can be produced continuously and from a continuous trace according to the manufacturing method stated above.
  • Figure 1 schematically shows a manufacturing method according to the invention comprising an injection operation after welding.
  • FIG. 2 shows an example of a perforated metal trace making it possible to produce several switching modules at a time.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of several switching modules on the same perforated metal trace before the separation operation.
  • FIG. 4 schematically shows a switch obtained after separation of several switches obtained according to the method according to the invention.
  • FIG. 5 schematically shows a continuous production line of switching modules obtained according to the method according to the invention.
  • the method mainly comprises the following four steps:
  • Step 1 Cut a continuous thin perforated metal trace 14.
  • This perforated metal trace here is a continuous strip of copper of small thickness less than one millimeter.
  • This metal strip 11 is wound on a roll 12.
  • This conductive strip 11 advances by saccade and passes under a cutting tool 12 which is driven by a punching machine 13.
  • This continuous metal strip becomes a perforated trace 14.
  • FIG. in more detail a part of an example of a conductive trace according to the invention. We see that this trace is on the one hand very perforated to have great flexibility, and on the other hand includes enough material to stand mechanically. We can see the two main conductors 21 and 22, and the pins 23 which form the conductive part of the integrated connection.
  • Step 2 Place and weld on the perforated metal trace electronic components some of which are fragile, such as contact lamps for example. This operation is performed using the automatic welder 24. The components are placed on a transfer belt and wound on a reel 22. The empty transfer tape is wound on the reel 23.
  • Step 3 the plastic material filled with fiberglass is injected around the components and the perforated metal trace in order to mechanically and electrically protect the components, their tabs, welds and both sides of the perforated metal trace.
  • the injection mold 30 comprises material inlets and vents arranged so that the molten hot plastic material including glass fibers and therefore relatively viscous flows in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the components so that the components do not tend to move in the mold during injection.
  • Figure 3 shows in more detail a set of five switching modules according to the invention. We can see the part reserved for the connection 31, and the zones 32 and 33 which will be used for the separation of the modules. Areas 34 may also be seen which will be used for milling or stamping the mechanical connecting elements of the conductive trace.
  • Step 4 The switching modules are separated by cutting or drawing from each other and placed by gravity in a basket 51 provided for this purpose. It should be noted that the punch 40 separating the switching modules from each other at the same time cuts out tracks which have not been placed to give an overall mechanical strength of the metal strip and which must be interrupted to ensure a uniform correct operation of the electrical circuit of each switching module.
  • FIG. 4 shows a view from above of a switching module 43 made according to the invention. One can see on the one hand the locations 41 of three punching intended to cut the unwanted tracks, and the locations 42 punching provided to separate the switching modules from each other.
  • this method can be used to design a special automatic machine for continuously performing switching modules according to the invention without intermediate human intervention. For example with a rate of 10 seconds per injection and a mold comprising 10 switching modules, it is therefore possible to make a switching module per second (about 80,000 switching modules per day) without human intervention which is significantly more efficient than the current process involving the "potting" operation which leads to being able to achieve only a few hundred switching modules / day with many human handling.

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Abstract

Procédé de réalisation d'un module de commutation à courant faible comprenant les étapes de: - pré découper dans une même plaque une trace conductrice fine en plusieurs circuits conducteurs solidarisés par des plages de liaison, - positionner l'ampoule à contact ainsi que d'éventuels composants électroniques sur la trace conductrice pré découpée, - connecter électriquement et mécaniquement ladite ampoule à contact et les éventuels composants électroniques sur la trace conductrice, - encapsuler dans un matériau isolant, par injection, l'ensemble composé par la trace conductrice, l'ampoule de contact, les éventuels composants, leurs pattes et les connections électriques, - rompre certaines plages de liaison de manière à séparer les susdits circuits.

Description

Procédé de fabrication d'un module de commutation faible courant et dispositif obtenu par ledit procédé.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un module de commutation faible courant et un dispositif obtenu par ledit procédé. Elle concerne également une machine spéciale pour la mise en œuvre dudit procédé.
Elle s'applique notamment mais non exclusivement aux interrupteurs équipant le dispositif de contact général d'alimentation électrique de véhicules.
Classiquement l'interrupteur de contact général de véhicules automobiles était placé derrière le verrou de contact général et ouvrait ou refermait un circuit de courants relativement forts (plusieurs dizaines d'Ampère). Ceci conduisait à utiliser des fils électriques de fort diamètre et des connexions volumineuses. En outre un inconvénient important de cette technique résulte du fait qu'en raison des courants élevés qui le traverse, le contact est sujet à l'action d'arcs électriques (lors de la coupure et de l'ouverture) et donc à une usure prématurée. Afin de supprimer ces inconvénients et de réduire le coût et la masse des véhicules modernes, la tendance actuelle est plutôt d'utiliser des interrupteurs à courants faibles commandant un interrupteur à courant fort situé au plus près de l'utilisation.
Les interrupteurs à courant faible font habituellement intervenir un empilage de pièces mécaniques comprenant une platine sur laquelle des pistes électriquement conductrices et un contact rotatif entraîné par un rotor sont surmoulées. Le rotor est muni en outre de plaquettes de contact destinées à être portées sur des pistes. Cet ensemble est logé dans un boîtier en matériau électriquement isolant.
En alternative les pistes sont réalisées sur l'une des deux faces d'un circuit imprimé dont l'autre face est équipée de composants électroniques et de broches de connexion. Néanmoins le type de montage présente une faiblesse au niveau de la connectique, à chaque clipsage de connecteur (faisceau véhicule) sur les broches de connexion, le circuit imprimé travaille en flexion en engendrant un risque de rupture de ladite plaquette et/ou des pistes qu'elle supporte.
Pour remédier à ce problème il est possible de surmouler uniquement les broches et de souder ensuite la plaquette de circuit imprimé sur les broches. Il s'agit donc d'une solution relativement complexe et coûteuse. Pour que l'ensemble soit étanche, une opération de « potting » est rajoutée. Il s'agit de noyer les composants électriques ainsi que les soudures dans une résine. Cette opération est longue en raison du temps de polymérisation de la résine. Elle nécessite parfois le passage des produits dans un four et/ou dans une chambre à vide pour enlever les bulles. Bien entendu, elle ne peut pas concerner les pièces mobiles de contact de l'interrupteur. Il s'agit la d'un inconvénient particulièrement important. L'invention a tout d'abord pour but de supprimer cet inconvénient de manière à pouvoir protéger l'interrupteur de la même façon que les autres composants et soudures.
La solution à ce problème impose donc d'utiliser des interrupteurs pilotable à distance sans liaison mécanique de manière à pouvoir être enrobés dans une matière plastique sans que cela puisse nuire à son fonctionnement L'invention propose à cet effet un module de commutation comprenant d'une part un interrupteur à commande magnétique plus communément appelés « relais REED » ou ampoules à contact comportant dans une ampoule scellée deux languettes de contact flexibles sensibles à un champ magnétique et d'autre part un ensemble de connexion intégré et éventuellement d'autres composants électroniques. Ce type d'interrupteur est connu comme présentant une certaine fragilité à la fois aux contraintes mécaniques (cassures), à la pression et même à la température. Les propriétés semblaient donc incompatibles avec des opérations d'injection sous pression.
L'invention parvient à surmonter ce préjugé grâce à un procédé pour la réalisation d'un module de commutation du type susdit comprenant une trace conductrice mince, au moins un ampoule à contact, des organes de connexion, et un boîtier enfermant l'ampoule à contact et constituent avec les organes de connexion un élément de connexion. Ce procédé comprend les phases de :
- pré découper dans une même plaque une trace conductrice en plusieurs circuits conducteurs solidarisés par des plages de liaison,
- positionner l'ampoule à contact ainsi que d'éventuels composants électroniques sur la trace conductrice pré découpée,
- connecter électriquement et mécaniquement ladite ampoule à contact et les éventuels composants électroniques sur la trace conductrice,
- encapsuler dans un matériau isolant, par injection, l'ensemble composé par la trace conductrice, l'ampoule de contact, les éventuels composants, leurs pattes et les connections électriques,
- rompre certaines plages de liaison de manière à séparer les susdits circuits
Grâce à ces dispositions lors de l'encapsulations, les problèmes relatifs aux contraintes exercées sur l'ampoule à contact sont résolus du fait que ces derniers sont portés par des éléments (trace de cuivre) déformables qui en se déformant absorbent des contraintes. Ceci concerne notamment les dilatations différentielles verre/cuivre, les forces exercées sur l'ampoule de verre et/ou par le flux de matière remplissant le moule. Tel ne serait pas le cas si les traces étaient rigidement fixées sur un support tel qu'une plaquette de circuit imprimé.
Selon des modes de réalisation non limitatifs, le procédé selon l'invention présente les caractéristiques supplémentaires suivantes:
- l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice pourra être une opération de soudage ou de sertissage, - l'étape d'encapsulation dans un matériau isolant de l'ensemble composé par la trace conductrice, les composants, leurs pattes et les connections électriques pourra être une opération d'injection sous pression de matières plastiques, - les matières plastiques utilisées pour l'injection pourront être des matériaux plastiques chargés de fibres de haute résistance et/ou haute rigidité mécanique,
- les fibres de haute résistance et/ou rigidité mécanique sont des fibres de verre ou des fibres aramide, - le moule d'injection des matières plastiques pourra être agencé de telle sorte que le flux de matière dans le moule circule sensiblement le long des composants afin que cesdits composants n'aient pas tendance à se déplacer dans le moule lors du remplissage sous pression, ni à ce que des contraintes internes dans les pattes et/ou les soudures soient générées,
- le procédé pourra comprendre une étape supplémentaire de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice,
- l'étape de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice pourra être réalisée par emboutissage local.
L'invention propose également un dispositif d'interrupteur réalisé selon le procédé de fabrication énoncé ci-dessus. L'invention propose également une machine spéciale permettant de réaliser en continu et à a partir d'une trace continue selon le procédé de fabrication énoncé ci-dessus.
Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 montre schématiquement un procédé de fabrication selon l'invention comprenant une opération d'injection après soudure.
La figure 2 montre un exemple de trace métallique ajourée permettant de réaliser plusieurs modules de commutation à la fois.
La figure 3 montre un exemple de réalisation de plusieurs modules de commutation sur la même trace métallique ajourée avant l'opération de séparation
La figure 4 montre schématiquement un interrupteur obtenu après séparation de plusieurs interrupteurs obtenus conformément au procédé suivant l'invention.
La figure 5 montre schématiquement une chaîne de fabrication continue de modules de commutation obtenus conformément au procédé suivant l'invention.
Dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré dans les figures 2 à 5, le procédé comprend principalement les quatre étapes suivantes :
1) Etape 1 : on découpe une trace métallique ajourée mince continue 14. Cette trace métallique ajourée est ici une bande continue de cuivre d'épaisseur faible inférieure à un millimètre. Cette bande métallique 11 est enroulée sur un rouleau 12. Cette bande conductrice 11 avance par saccade et passe sous un outil de découpe 12 qui est mû par une machine à poinçonner 13. Cette bande métallique continue devient une trace ajourée 14. La figure 2 présente plus en détail une partie d'un exemple de trace conductrice selon l'invention. On voit que cette trace est d'une part très ajourée pour avoir une grande flexibilité, et d'autre part comprend suffisamment de matière pour se tenir mécaniquement. On peut voir les deux conducteurs principaux 21 et 22, ainsi que les broches 23 qui forment la partie conductrice de la connexion intégrée. 2) Etape 2 : on place et on soude sur la trace métallique ajourée les composants électroniques dont certains sont fragiles, comme les ampoules à contact par exemple. Cette opération est effectuée à l'aide de la soudeuse automatique 24. Les composants sont placés sur une bande transfert et enroulés sur une bobine 22. La bande transfert vide est enroulée sur la bobine 23.
3) Etape 3 : on injecte la matière plastique chargée de fibre de verre autour des composants et de la trace métallique ajourée afin de protéger mécaniquement et électriquement les composants, leurs pattes, les soudures ainsi que les deux cotés de la trace métallique ajourée. Le moule à injection 30 comprend des entrées de matières et des évents disposés de manière à ce que la matière plastique chaude en fusion incluant des fibres de verre et donc relativement visqueuse coule suivant une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale des composants afin que les composants n'aient pas tendance à bouger dans le moule lors de l'injection.
La figure 3 présente plus en détail un ensemble de cinq modules de commutation suivant l'invention. On peut voir la partie réservée à la connexion 31 , et les zones 32 et 33 qui vont servir à la séparation des modules. On peut également apercevoir les zones 34 qui seront utilisées pour fraiser ou emboutir les éléments de liaison mécaniques de la trace conductrice.
A } Etape 4 : on sépare par découpage ou emboutissage les modules de commutation les uns des autres et à les placer par gravité dans une corbeille 51 prévue à cet effet. Il est à remarquer que le poinçon 40 en séparant les modules de commutation les uns des autres découpe en même temps des pistes qui n'ont été placées pour donner une résistance mécanique d'ensemble de la bande métallique et qui doivent être interrompues pour assurer un bon fonctionnement du circuit électrique de chaque module de commutation. La figure 4 montre une vue de dessus d'un module de commutation 43 réalisé suivant l'invention. On peut apercevoir d'une part les emplacements 41 de trois poinçonnages prévus pour couper les pistes non désirées, et les emplacements 42 des poinçonnages prévus pour séparer les modules de commutation les uns des autres.
On voit donc qu'il est possible de réaliser à coût faible des modules de commutation sans contact, comprenant des ampoules à contact, l'ensemble du module de commutation étant intégralement protégé, par injection de matériaux plastiques chargés de fibres de verre, contre les agressions chimiques, électriques, et mécaniques sans opération de « potting » et en continu.
On voit également que ce procédé peut être utilisé pour concevoir une machine spéciale automatique permettant de réaliser en continu des modules de commutation suivant l'invention sans intervention humaine intermédiaire. Par exemple avec une cadence de 10 secondes par injection et un moule comprenant 10 modules de commutation, on peut donc réaliser un module de commutation par seconde (soient environ 80 000 modules de commutation par jour) sans intervention humaine ce qui est nettement plus performant que le procédé actuel faisant intervenir l'opération de « potting » qui conduit à ne pouvoir réaliser que quelques centaines de modules de commutations/jour avec de nombreuses manutentions humaines.
L'homme de l'art pourra appliquer ce concept à de nombreux autres systèmes similaires sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un module de commutation à courant faible comprenant - une trace conductrice mince
- au moins une ampoule à contact comprenant au moins deux pattes conductrices
- des connexions électriques permettant de relier électriquement et mécaniquement le composant à la trace conductrice, - au moins une enveloppe isolante protégeant électriquement et mécaniquement à la fois le composant électronique, ses pattes les connexions électriques et les deux cotés de la trace conductrice, et formant avec des organes de connexion un élément de connexion intégré caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - pré découper dans une même plaque une trace conductrice fine en plusieurs circuits conducteurs solidarisés par des plages de liaison,
- positionner l'ampoule à contact ainsi que d'éventuels composants électroniques sur la trace conductrice pré découpée, - connecter électriquement et mécaniquement ladite ampoule à contact et les éventuels composants électroniques sur la trace conductrice,
- encapsuler dans un matériau isolant, par injection, l'ensemble composé par la trace conductrice, l'ampoule de contact, les éventuels composants, leurs pattes et les connections électriques,
- rompre certaines plages de liaison de manière à séparer les susdits circuits
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice est une opération de soudage.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de connexion électrique et mécanique des composants électroniques sur la trace conductrice est une opération de sertissage.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'encapsulation dans un matériau isolant de l'ensemble composé par la trace conductrice, les composants, leurs pattes et les connections électriques est une opération d'injection sous pression de matières plastiques.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les matières plastiques utilisées pour la susdite opération d'injection sont des matériaux plastiques chargés de fibres de haute résistance et/ou rigidité mécaniques.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les susdites fibres de haute résistance et/ou rigidité mécaniques sont des fibres de verre ou des fibres aramide.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la susdite opération d'injection des matières plastiques comprend une circulation de flux de matière sensiblement le long des composants et non pas transversalement afin que ces dits composants n'aient pas tendance à se déplacer lors du remplissage sous pression, ni à ce que des contraintes internes dans les pattes et/ou les soudures soient générées.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de séparation de plusieurs éléments réalisés simultanément sur la même trace conductrice est réalisée par emboutissage local.
10. Module de commutation réalisé suivant le procédé décrit dans l'une des revendications précédentes.
EP07821540A 2006-10-30 2007-10-18 Procede de fabrication d'un module de commutation faible courant et dispositif obtenu par ledit procede Withdrawn EP2087499A1 (fr)

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