Bon à la rigueur : la physique des connexions serties

J'avais un ami qui était technicien en assemblage électronique pour un grand entrepreneur de la défense. C'était un gars de la production qui avait un atout pour les ingénieurs avec leur apprentissage sophistiqué des livres qui ne pouvaient pas résoudre les problèmes les plus simples. Il a affirmé qu'une assemblée n'avait pas réussi le contrôle qualité et qu'un groupe de gars en cravate n'arrivaient pas à le comprendre. Il s’est approché pour évaluer la situation et a livré son diagnostic en deux mots : « Mauvais sertissage ». Le connecteur douteux a été retravaillé et le montage a réussi, au grand dam des gars en chemises à manches courtes.

Mis à part la leçon de choses sur l’expérience qui l’emporte parfois sur l’éducation, je me suis toujours interrogé sur cette proclamation du « mauvais sertissage ». Qu'est-ce qui pourrait mal se passer avec un sertissage si subtil avec un circuit que les ingénieurs étaient déroutés ? Comment se fait-il que nous puissions compter sur une technologie aussi simple pour connecter une si grande partie du monde moderne ? De toute façon, que se passe-t-il exactement à l’intérieur d’une connexion sertie ?

Nous avons tendance à considérer les joints soudés comme le roi des connexions électriques. Quelque chose dans le fait de chauffer un joint et d'y faire couler de la soudure fondue confère une sensation de permanence et de qualité au produit fini. Et la soudure était fondamentalement le seul salon en ville aux débuts de l’industrie électronique commerciale.

Mais les joints soudés ont leurs problèmes, tant sur le plan électromécanique qu'en termes de production – après tout, un monteur ne peut pas faire passer la soudure à une vitesse limitée. Au début des années 1950, AMP Corporation a lancé les premières connexions à sertir destinées à la production, la conception F-Crimp ou à barillet ouvert. Grâce à cette conception de sertissage, AMP a vendu une large gamme de connecteurs qui pouvaient être appliqués rapidement et de manière reproductible aux conducteurs, et qui se prêtaient à des méthodes de fabrication automatisées d'une manière que la soudure ne pourrait jamais réaliser.

Le sertissage tire parti des propriétés des métaux pour réaliser des connexions électriquement et mécaniquement solides. Les métaux utilisés dans les connecteurs à sertir, comme le cuivre, le laiton, l'aluminium ou le bronze, sont à la fois ductiles et malléables. La ductilité d'un métal est le degré auquel il peut se déformer sous tension, tandis que la malléabilité est une mesure de la façon dont le métal se déforme sous compression. Le sertissage implique l'application de forces de compression importantes sur le connecteur à sertir et sur le fil. La malléabilité de chaque élément est donc un facteur important dans la qualité du sertissage. Mais la ductilité joue également un rôle puisque le connecteur et le fil subissent un étirement important pendant le processus de sertissage.

L'outillage de sertissage est un élément essentiel d'un sertissage de qualité. L’aspect commercial de tout outil de sertissage est le jeu de matrices. Il s'agit généralement d'une enclume et d'un marteau en acier à outils, dont la configuration spécifique est déterminée par le type de connecteur.

Pour les sertissages F de type AMP, le connecteur en forme de U est placé sur l'enclume avec les pattes relevées. Un fil correctement dénudé est placé entre les jambes et le marteau descend sur l'enclume. Le marteau guide les pattes du connecteur sur les brins de fil, pour finalement les replier dans le faisceau de brins rassemblés.

À mesure que la pression est appliquée sur la connexion, le métal dans les brins de fil commence à s'étirer et à s'écouler. Cela détache et chasse les oxydes de surface qui auraient pu augmenter la résistance de la connexion. Avec plus de pression, le faisceau de fils se déforme davantage jusqu'à ce que la section transversale autrefois ronde de chaque brin disparaisse, remplacée par un ensemble de brins aux côtés aplatis, serrés les uns à côté des autres dans un motif en nid d'abeille. Le résultat est des jonctions soudées à froid et étanches aux gaz entre les torons et le connecteur à sertir.

La plupart des outils de sertissage prennent également en charge la décharge de traction en sertissant légèrement un deuxième jeu de pattes sur l'isolation en plastique du fil. On prend généralement soin de ne pas percer ou abîmer l'isolant ; généralement, ces sertissages de décharge de traction enveloppent simplement l'isolant fermement et dirigent la force de flexion dans l'isolant et loin des conducteurs du fil. Un troisième ensemble de pattes peut également être formé en cercle par l'outillage pour permettre à la terminaison finie d'être insérée dans un corps en plastique.