SMT Spring Finger Contacts for PCB - Doigts de contact ressorts CMS pour PCB - Compelma

Le quoi, pourquoi et comment des contacts de masse ressorts pour la mise à la terre et la connexion des circuits imprimés

Catalogue des Contacts de Masse Standards

Qu’est-ce qu’un contact de masse ressort ?

Un contact de masse ressort est une petite pièce mécanique (de quelques mm) utilisée pour réaliser la connexion ou la mise à la terre sur des projets électroniques. Ces contacts sont conçus pour supporter un environnement difficile (humidité, température et vibrations). Les contacts de masse ressorts sont largement utilisés sur des projets d’électronique embarquée. Notamment sur des projets automobiles (tableau de bord, phares) mais aussi sur des projets de vélos électriques (connexion de batteries), des applications médicales (capteurs) ou encore des projets militaires (armes ou véhicules).

Les contacts de masse ressorts sont un type de connecteur utilisé pour établir un contact électrique avec une carte de circuit imprimé (PCB). Les contacts de masse ressorts pour circuit imprimé sont un moyen facile et peu coûteux de mettre à la terre la carte de circuit imprimé et d’éviter le bruit EMI et l’électricité statique sur un assemblage électronique. Ces contacts à ressort sont conçus pour établir un contact fiable entre deux PCB ou d’un PCB au châssis (pour la reprise de masse), dans des conditions difficiles (vibrations et humidité). Les doigts à ressort peuvent être utilisés à la fois à des fins de mise à la terre er de connexion. Les contacts de masse ressorts sont disponibles dans une grande variété de formes et de tailles différentes. Dans cet article, nous expliquerons les quoi, pourquoi et comment des contacts de masse ressorts pour la mise à la terre et la connexion de PCB.

Quelle est la composition d’un contact de masse ressort ?

Matériaux de base:

Cuivre Béryllium (CuBe), matériau standard et le plus commun. Ce matériau est un alliage de bronze.

o Excellentes caractéristiques mécaniques (plus de 300k cycles)
o Bonne conductivité thermique
o Bonne conductivité électrique (la résistance électrique est de quelques milli ohms)
o Mise en forme facile

Acier inoxydable, matériau moins courant

o Caractéristiques mécaniques inférieures à celles du cuivre béryllium (CuBe)
o Conductivité électrique inférieure

D’autres métaux et alliages peuvent être utilisés. Cependant, le fait de ne pas utiliser de matériaux standards peut entraîner des coûts plus élevés et de moins bonnes caractéristiques techniques autant électriques que mécaniques.

C’est pourquoi nous vous recommandons d’utiliser autant que possible l’alliage de Cuivre Béryllium (CuBe) comme matériau de base pour vos contacts de masse ressorts (pour les contacts standards autant que pour vos contacts personnalisés).

Traitement de surface interne (obligatoire/standard) :

Ni (Nickel)

o Protège le cœur du contact (CuBe) de l’oxydation
o Assure l’adhérence entre les différentes couches de traitement de surface (avec le traitement de surface en Or en option par exemple)
o Résiste à un niveau de frottement élevé
o Bonne soudabilité sur PCB

Traitement de surface extérieur (en option) :

Au (Or)

o Résistance plus élevée à un environnement extérieur difficile (humidité, température)
o Conductivité électrique plus élevée (l’or est un matériau hautement conducteur)

Sn (étain)

o Bonne soudabilité
o Faible résistance à l’oxydation, en particulier dans un environnement très humide

Autres traitements de surface par électrolyse

D’autres traitements de surface sont possibles à la demande. Nous vous recommandons toutefois d’utiliser les matières standards autant que possible. Autant pour des raisons techniques qu’économiques.

A propos des traitements de surface

Les contacts de masse ressorts peuvent être livrés sans traitement de surface à l’extérieur(placage Au/Or). En effet, le prix de la matière première (or) est élevé et volatile par rapport à la matière première Cu Be (Cuivre Béryllium) utilisée pour le noyau du contact du ressort. Dans certains cas (en fonction du volume et de la conception), le traitement de surface à l’or peut même doubler le coût du contact de masse ressort (en raison du coût de la matière première).

Comment sont fabriqués les contacts de masse ressorts ?

Machine for spring finger contact manufacturing - Machine pour contacts ressorts - Compelma

La fabrication des contacts de masse ressorts commence avec des bandes métalliques de plusieurs centaines de mètres de cuivre béryllium (la matière première pour le noyau du contact du ressort). L’épaisseur de la bande est de 0,08 mm ou0,1 mm selon la conception du contact de masse ressort.

Ensuite, cette bande de cuivre béryllium entre dans une machine contenant une dizaine d’outils disposés en cercle. Chaque outil effectue une opération spécifique (un emboutissage, une coupe ou un pli) dans un ordre spécifique.

Après les différentes opérations, le contact de masse ressort à sa forme finale. L’étape suivante est le traitement de surface. Tout d’abord,avec du nickel (Ni), et si nécessaire, avec de l’or (Au). Une fois que le contact de masse ressort a été électrolysé pour le revêtement de surface, il est conditionné en bobine pour permettre un assemblage automatique sur le PCB, il s’agit d’une pièce CMS (CMS : Composant Monté en Surface, SMT en anglais pour Surface Mounted Component).

Le délai global standard entre la commande et la livraison est de 8 à 12 semaines (si la référence n’est pas en stock). C’est pourquoi vous devez anticiper au maximum l’ensemble de votre projet électronique utilisant ce type de contact de masse ressort.

La production de ces contacts de masse en série nécessite un outillage de production en série. Dans le cas de contacts standards, il n’y a aucun coût d’outillage ou de lancement (l'outillage étant déjà existant).
Dans le cas de contacts de masse customs, une participation aux coût de fabrication de l’outillage série est demandée. Pour le prototypage, il est possible de fabriquer quelques dizaines de pièces sans outillages série. Dans ce cas nous utilisons un outillage temporaire (ou soft tooling). Cet outil temporaire permet de réaliser quelques pièces sans coûts supplémentaires d’outillage. Toutefois, le coût unitaire de la pièce sera plus élevé du fait de l’efficacité limitée de l’outillage en temps de production. Pour la réalisation d’un lot de pièces prototype, le délai standard entre la commande et la livraison est de 4 à 6 semaines.

Comment les contacts de masse ressorts sont-ils certifiés et contrôlés?

Les contacts de masse ressorts sont largement utilisés dans de nombreux domaines de l’électronique. La production sur site est certifiée IATF 16949 (norme automobile stricte) et les processus sont certifiés ISO 9001. Les contacts de ressort finaux sont conformes aux normes RoHS et Reach.

Compression tester for Spring Finger Contact - test de compression de Contact de masse ressort - compelma
Testeur de compression du contact
Gold electroplating inspection of spring finger contacts - Inspection du revêtement de surface Or d'un contact de masse ressort - Compelma
Inspection du revêtement de surface en or
2D Auto Inspection System for Spring Finger Contacts - Système de contrôle 2D pour les contacts de masse ressort - Compelma
Projecteur 2D pour le contrôle dimensionnel des contacts

Politique Compelma sur les minerais de conflit (mineral conflicts) :

Les minerais de conflit sont des matières extraites dans des zones de conflits armés et de violations des droits de l’homme, tels que le tantale (Ta), l’étain (Sn),l’or (Au) et le tungstène (W). Les profits de la vente de ces minéraux financent la poursuite des combats pendant la guerre. Le contrôle des mines lucratives devient également un objet de combat. Compelma, en tant que citoyen du monde, soutient les droits de l’Homme et assume sa responsabilité sociale d’entreprise. Nous continuons à prêter attention à cette question et faisons preuve de diligence pour nous assurer que Compelma et les fournisseurs de Compelma n’utilisent aucuns de ces minerais de conflit.

Pourquoi utilise-t-on les contacts de masse ressorts (CMS):

Les contacts de masse ressorts sont idéaux pour établir des connexions électriques basse tension sur des cartes de circuits imprimés (PCB). Ils sont faciles à utiliser, notamment de par leur encombrement et la pose automatique (CMS). Les contacts de masse ressorts peuvent être utilisés pour des connexions d’antennes,la mise à la terre ou la prévention de bruit électromagnétique ou d’électricitéstatique.

Exemples de cas d’utilisation :

Connecteur d’alimentation:

Contact de batterie
o Pour les vélos électriques
o Équipements grand public (électroménager)
o Caméras (Appareil photos, équipement embarqué, drone)
o Téléphone cellulaire

Mise à la Terre
o Contact entre PCB
o Contact entre le PCB et le châssis

Connexion résistante aux vibrations
o Tableau de bord automobile
o Équipement embarqué

Connexion de capteur

Connexion ressort d’antenne
o Antenne de téléphone cellulaire
o Antenne GPS
o Antenne automobile

Connecteur mécanique

Connecteur résistant aux vibrations
o Équipement automobile
o Projet militaire, équipement et armement
o Équipements et capteurs aéronautiques

Configuration « Plug and Play »
o Connexion modulaire
o Connexion de batteries
o Blindage électromagnétique de câbles

Comment les contacts de masse ressorts sont-ils utilisés?

Les contacts de masse ressorts peuvent être utilisés dans différentes configurations. Selon la forme et la conception du contact du ressort, le contact électrique est effectué verticalement ou latéralement sur le PCB.

Different setups of spring finger contacts - Différentes application de contacts ressorts CMS - Compelma

Ces types de contacts de masse ressorts peuvent tenir plus de 300 000 cycles de compression. Le taux de compression standard recommandé est entre 10% à 30%. Le taux de compression maximal recommandé est de 40%. Cela signifie que pour un contact de masse ressort de 10 mm de hauteur, la hauteur maximale comprimée recommandée est de 60mm. Au-delà de 40% de compression, le contact de masse ressort peut-être définitivement déformé (déformation plastique). Le risque est alors de perdre le contact électrique. Pour vous aider à déterminer le meilleur taux de compression et la force de compression correspondante : chaque contact de masse ressort est livré avec un graphique montrant la force de compression par rapport à la distance de compression.

Compression Distance Vs Compression Force - Spring Finger Contact - Compelma

Les contacts de masse ressorts sont conçus pour être montés automatiquement en surface CMS (Composant Monté en Surface). C’est pourquoi vous pouvez voir sur Internet ces pièces nommées : Contacts de masse ressort CMS ou SMT (SMT: Surface Mounted Technology). Pour permettre l’assemblage CMS (assemblage automatique sur PCB), les contacts de masse ressorts sont conditionnés sur bobine. Il existe 2 tailles standards de bobine pour ces contacts de masse ressorts : 7'' ou 13'' de diamètre (18cm ou 33cm). La taille de la bobine et le nombre de contacts de masse ressorts dans chacune, dépendent de la taille des contacts de masse. La capacité des bobines commence à partir de 500 contacts / bobine (pour les plus grands contacts de masse ressorts), à 5 500 contacts / bobine pour les plus petits.

Spring Finger Contacts on a finger - Contacts de masse ressorts sur un doigt - Compelma

Pour les étapes de prototypage, ces contacts de masse ressorts peuvent être livrés en sachet (en vrac). De cette façon, vous pouvez tester manuellement différentes conceptions de contacts de masse ressort. Pour chaque contact de masse ressort, nous recommandons des dimensions spécifiques sur le PCB. Dans la plupart des cas, il est d’au moins 0,5 mm de plus autour de la base du contact de masse ressort. Les dimensions recommandées du pad sur le PCB sont systématiquement fournies aves les plans des contacts ressorts.

PCB Recommended Pad Dimension - Dimensions de pad recommandées sur le PCB - Compelma

Une fois posé sur le circuit imprimé, le contact de masse ressort est soudé, suivant un processus spécifique de température et de vitesse du convoyeur. Ce processus est détaillé sur la fiche technique de chaque contact de masse ressort. Le nickel (Ni) déposé sur la surface du contact de masse ressort facilite la soudure. Vous pouvez utiliser un matériau de soudure standard (comme des alliages de cuivre et d’étain) dans le processus.

Welding of SMT Spring Finger Contact - Soudure des contact de masse ressorts CMS - Compelma

Quelles sont les limites des contacts de masse ressorts ?

L’épaisseur de la bande de matériau Cu Be utilisée pour fabriquer ces pièces est de 0,08 ou 0,10 mm (selon le design du contact de masse ressort). Ainsi, ces contacts de masse ressorts ne peuvent pas supporter un courant ou une tension électrique élevée. Nous vous recommandons de ne pas dépasser 3A/pièce. Ces contacts de masse ressort sont également sensibles aux variations violentes (rapides et élevées) de la tension ou du courant.

La hauteur du plus grand contact de masse en standard est de 13mm. En effet la hauteur est limitée par le poids de la pièce et les contraintes posées par une pose automatique (pose CMS). Certains contacts de masse ressorts personnalisés peuvent aller au-delà de cette hauteur. Par exemple, nous avons développé un contact custom de 22mm de hauteur (utilisé sur un projet automobile et une application médicale).

D’un point de vue mécanique, la compression maximale pour les contacts de masse ressorts est de 40%. Pour les contacts ressorts personnalisés, utilisant un matériau plus épais (ex: 0,15 mm), le taux de compression recommandé peut être inférieur à 40%. En effet, si le matériau est plus épais, l’élasticité du ressort sera moins bonne qu’avec un matériau plus fin.

Mechanical simulation of spring finger contact - Simulation de compression de contacts ressorts - Compelma

Une simulation mécanique peut être effectuée sur les contacts de masse ressort customs, afin d’évaluer l’élasticité et le taux de compression recommandé.

Comment résumer les contacts de masse ressort ?

Les contacts de masse ressorts sont une alternative aux joints CEM (joints en silicone chargé ou métalliques) pour le blindage électromagnétique ou radio-fréquence et la mise à la terre. Ces contacts de masse ressorts sont également utilisés comme connecteurs. Les contacts de masse ressorts sont conçus pour optimiser les processus de fabrication. En effet, ces contacts sont compatibles avec une pose CMS et conditionnés sur des bobines (7'' ou 13'' selon la référence de contact de masse ressort).

La conception des contacts de masse ressorts permet plus de flexibilité sur les projets électroniques. Surtout pour les projets avec des exigences d’encombrementet de poids strictes.

La plupart des contacts de masse ressorts (CMS) sont fabriqués en Cuivre Béryllium (CuBe),recouvert d’un traitement de surface standard interne en nickel (Ni), puis recouvert d’or (Au) par électrolyse (en option). Ces traitements de surface sur les contacts de masse ressorts présentent différents avantages :

-          Meilleure conductivité électrique
-          Résistance accrue à l’humidité et aux températures élevées
-          Meilleure soudabilité sur le PCB

La conception du contact de masse ressort peut-être standard ou sur mesure selon les spécifications et vos contraintes.

Qu’en est-il des contacts de masse ressorts pour votre projet électronique ?

Les contacts de masse ressorts peuvent être utilisés dans de nombreuses conceptions de circuits imprimés (PCB). Mais il peut être difficile de trouver les bons pour votre application spécifique. Vous avez besoin d’un moyen fiable et peu coûteux de mise à la terre de vos cartes électroniques pour éviter les parasites électromagnétiques ou radiofréquences et l’électricité statique.

Pourtant il vous semble qu’à chaque fois que vous avez besoin de contacts de masse ressorts, vous devez rechercher parmi un million de références différentes pour trouver la bonne. Et une fois que vous l’avez trouvée, ils peuvent ne pas correspondre pour votre application spécifique.

C’est pourquoi Compelma est là pour répondre à tous vos besoins de contacts de masse ressorts. Nous avons une vaste sélection de contacts qui ont fait leurs preuves dans de nombreux domaines de l’industrie et projets électroniques. De plus, notre capacité de production nous permet de vous accompagner du prototypage à la production de masse. Par exemple, nous sommes les fournisseurs des plus grands équipementiers automobiles (grands volumes de pièces standards) ainsi que d’industriels militaires utilisant une petite quantité de contacts ressorts spécifiques. Pour compléter notre gamme standard, nous offrons un large éventail d’options de personnalisation afin que vous puissiez obtenir exactement ce dont vous avez besoin pour votre projet électronique.

Nous pouvons vous fournir des contacts de masse prototypes en utilisant des outillages temporaires (soft tooling). Ce qui nous permet de fabriquer des pièces de validation sans coûts d'outillage. En revanche, le prix par pièce est plus élevé en raison de la vitesse de production plus faible.
Ce processus est idéal pour vous permettre de valider votre conception avant d'engager des coûts d'outillage pour une production en série et obtenir un prix par pièce beaucoup plus compétitif.

Une question sur les contacts de masse ressorts pour votre application ?

Vous pouvez nous contacter en utilisant le tchat ou en nous envoyant un message par le formulaire de contact juste en dessous.

Catalogue des Contacts de Masse Standards

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