DISPOSITIF ÉLECTRONIQUE ENROBÉ ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs électroniques et concerne plus particulièrement un dispositif électronique de communication, destiné notamment à être logé dans une chaussure.

[0002] L’invention vise en particulier à fournir un dispositif électronique de communication dépourvu de boîtier rigide et adapté pour être monté dans une chaussure, notamment dans une semelle de chaussure, pour en faire une chaussure connectée.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0003] De nos jours, il est connu de monter un dispositif électronique de communication dans la semelle d’une chaussure afin de réaliser une ou plusieurs fonctions telles que, par exemple, géolocaliser le porteur de la chaussure, mesurer sa vitesse de déplacement, la distance qu’il parcourt, etc.

[0004] Dans les solutions existantes, le dispositif comprend un boîtier rigide dans lequel sont montés une carte électronique, comportant des composants électroniques permettant de remplir une ou plusieurs fonctions, et une batterie d’alimentation reliée à ladite carte électronique afin d’alimenter lesdits composants en énergie électrique. L’utilisation d’un tel boîtier présente l’inconvénient de nécessiter un espace important dans la chaussure, ce qui présente un inconvénient important. Cependant, si le dispositif électronique n’est pas renforcé, il peut être particulièrement vulnérable.

[0005] Le document US 2012/0293965 A1 décrit une première carte électronique, sur laquelle sont montés des composants, assemblée avec une deuxième carte électronique par pressage de sorte que les deux circuits imprimés des cartes électroniques soient face à face. Afin de permettre un tel assemblage, plusieurs plaques d’un matériau fibreux comprenant de la résine solide sont intercalées entre les deux cartes électroniques avant l’étape de pressage. Le pressage est réalisé à chaud de sorte que la résine fondent et enrobent les composantes tout en permettant une jonction électrique entre les deux circuits. Un tel dispositif présente toutefois plusieurs inconvénients. Tout d’abord, il est nécessaire de découper les plaques intercalaires afin de recevoir les composants de la première carte électronique. Ensuite, il est nécessaire d’intégrer dans les plaques des éléments métalliques permettant la jonction électrique entre les deux circuits. En outre, il est nécessaire de fabriquer des plaques contenant une proportion précise de résine, ce qui est particulièrement fastidieux et long. De plus, il est nécessaire de découper les plaques et la deuxième carte électronique aux mêmes dimensions que celles de la première carte électronique, ce qui rajoute de la complexité à la fabrication du dispositif. En outre, le pressage à chaud est un procédé particulièrement complexe et long. Enfin, l’utilisation de deux cartes électroniques pour former les deux faces du dispositif le rend inapte à une utilisation dans une semelle de chaussure dans la mesure où il entraînerait un inconfort et un surpoids excessifs.

[0006] Il existe donc le besoin d’une solution simple, fiable et efficace de dispositif électronique permettant de remédier à ces inconvénients.

PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION

[0007] A cet effet, l’invention a tout d’abord pour objet un dispositif électronique, notamment pour semelle de chaussure, ledit dispositif électronique comprenant une carte électronique sur laquelle sont montés des composants électroniques reliés électriquement par un circuit électrique, le dispositif électronique étant remarquable en ce qu’il comprend un élément de renfort réalisé en un matériau fibreux s’étendant sur lesdits composants électroniques et en ce que les composants électroniques de la carte électronique et l’élément de renfort sont enrobés intégralement dans une résine dite « d’enrobage ».

[0008] Par les termes « enrobés intégralement », on entend que l’ensemble formé par les composants électroniques et l’élément de renfort est entièrement noyé dans la résine, par exemple par moulage.

[0009] L’ utilisation d’une résine entre la carte électronique et l’élément de renfort fibreux permet d’enrober entièrement à la fois les composants électroniques et l’élément de renfort, notamment ses fibres, afin notamment de constituer un cœur entre la carte électronique et l’élément de renfort. Notamment, l’enrobage intégral de l’élément de renfort par la résine permet de former l’une des deux faces principales ainsi que les côtés du dispositif, formant un boîtier à la fois solide et confortable pour une utilisation dans une semelle de chaussure. L’utilisation d’une résine permet en particulier d’éviter d’avoir à découper tous les éléments du dispositif aux mêmes dimensions, la résine étant en particulier appliquée à l’état liquide afin d’enrober l’élément de renfort. Un tel agencement rend le dispositif électronique monobloc, extrêmement solide et de faible encombrement de sorte qu’il puisse être aisément logé dans une chaussure tout en évitant l’utilisation d’un boîtier rigide externe. Un tel agencement permet de plus de rendre le dispositif étanche à la fois aux liquides et aux gaz, ce qui le protège notamment de l’air, de l’eau et de la poussière et augmente sa durée de vie, le rendant particulièrement fiable.

[0010] Selon un aspect de l’invention, les composants électroniques sont montés sur une seule face de la carte électronique. [0011] De préférence, la résine d’enrobage est une résine époxyde, ce type de résine présentant de bonnes propriétés diélectriques combinées à une grande résistance.

[0012] Dans une forme de réalisation préférée, l’élément de renfort est réalisé en fibres de verre ou en un polymère, en particulier un polyamide, en particulier un aramide, par exemple en Kevlar®.

[0013] Avantageusement, l’élément de renfort se présente sous la forme d’une plaque.

[0014] Dans une forme de réalisation, le dispositif comprend une unique carte électronique afin d’en simplifier la structure.

[0015] Dans une autre forme de réalisation, l’élément de renfort comprend ou est constitué d’une deuxième carte électronique comprenant un circuit imprimé et au moins un composant électronique.

[0016] Notamment, la deuxième carte électronique peut être reliée à la première carte électronique par des fils ou des connecteurs. Dans ce cas, les composants électroniques des deux cartes se trouvent entre les circuits imprimés des deux cartes. [0017] Dans une forme de réalisation préférée, la surface de l’élément de renfort est sensiblement égale ou strictement égale à la surface du circuit imprimé de sorte que l’élément de renfort et le circuit imprimé sont rigoureusement superposés pour former un agencement de type « sandwich » solide et résistant afin de renforcer davantage le dispositif tout en protégeant les composants électroniques. [0018] De préférence encore, l’épaisseur de la carte électronique est supérieure ou égale à

1 ,5 mm afin d’augmenter la résistance du dispositif.

[0019] Dans une forme de réalisation, l’épaisseur de la carte électronique est de l’ordre de 2 mm, qui est un compromis satisfaisant entre la résistance et la finesse du dispositif.

[0020] Selon un aspect de l’invention, le circuit électrique est un circuit imprimé. [0021] Dans une forme de réalisation, les composants électroniques comprennent un processeur ou un microcontrôleur.

[0022] Dans une forme de réalisation, les composants électroniques comprennent une antenne de communication permettant au dispositif de communiquer avec un dispositif de communication extérieur. [0023] Avantageusement, les composants électroniques comprennent une batterie d’alimentation apte à alimenter au moins un autre desdits composants électroniques, notamment un processeur ou un microcontrôleur.

[0024] Avantageusement encore, les composants électroniques comprennent une bobine de charge adaptée pour permettre la charge sans fil de la batterie, par exemple par induction, notamment selon un protocole de type Qi.

[0025] L’ invention concerne aussi un ensemble de dispositifs comprenant au moins deux dispositifs tels que présentés précédemment reliés électriquement entre eux par un câble flexible.

[0026] L’ invention concerne également une semelle, de préférence une semelle interne, pour chaussure comprenant un dispositif électronique tel que présenté précédemment ou un ensemble de dispositifs tel que présenté précédemment.

[0027] L’ invention concerne également une chaussure comprenant un dispositif électronique tel que présenté précédemment ou un ensemble de dispositifs tel que présenté précédemment ou une semelle tel que présentée précédemment.

[0028] De préférence, la chaussure comprenant une semelle externe et une semelle interne, placée dans la chaussure au-dessus de ladite semelle externe, le dispositif électronique est logé dans la semelle externe ou dans la semelle interne afin d’être positionné sous le pied du porteur de la chaussure. Ceci permet de rendre le dispositif invisible pour le porteur de la chaussure tout en répartissant la masse dudit dispositif sous le pied du porteur de la chaussure pour le rendre moins contraignant.

[0029] De préférence, le dispositif électronique est logé dans la semelle interne, qui peut être changée facilement.

[0030] L’ invention concerne enfin un procédé de fabrication d’un dispositif électronique, notamment pour chaussure, ledit procédé comprenant une étape de placement d’un élément de renfort réalisé en un matériau fibreux sur des composants électroniques montés sur une carte électronique, une étape d’enrobage intégral, par exemple par surmoulage, des composants électroniques et de l’élément de renfort à l’aide d’une résine dite « d’enrobage » à l’état liquide et une étape de durcissement de ladite résine d’enrobage à l’état solide afin de former le dispositif électronique.

[0031] La résine à l’état liquide peut aisément être dosée et appliquée de sorte à enrober les composants et l’élément de renfort intégralement, formant ainsi une face et les côtés du dispositif qui n’a ainsi plus besoin de boîtier externe. La présence de la résine formant une face du dispositif permet une utilisation confortable dans une semelle de chaussure. L’utilisation d’une résine liquide permet en outre d’enrober parfaitement les composants et l’élément de renfort, rendant ainsi le dispositif particulièrement résistant et apte à être utilisé dans une semelle de chaussure, contrairement à un pressage à chaud qui peut laisser des interstices d’air autour des composants notamment.

[0032] De préférence, le matériau fibreux est réalisé en fibres de verre ou en un polymère, en particulier un polyamide, en particulier un aramide tel que, par exemple, du Kevlar®.

[0033] De préférence encore, le durcissement de la résine est réalisé par polymérisation.

[0034] Avantageusement, l’enrobage intégral est réalisé par surmoulage.

[0035] Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend une étape de montage des composants électroniques sur la carte électronique.

[0036] L’ invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif électronique, notamment pour chaussure, ledit procédé comprenant une étape d’enrobage intégral d’un élément de renfort réalisé en un matériau fibreux à l’aide d’une résine dite « d’enrobage » à l’état liquide, une étape d’enrobage intégral des composants électroniques montés sur une carte électronique à l’aide d’une résine dite « d’enrobage » à l’état liquide et une étape d’assemblage dudit élément de renfort enrobé et de ladite carte électronique enrobée.

[0037] De préférence, l’étape d’assemblage est réalisée par collage, par exemple à l’aide d’un polymère époxyde.

[0038] Avantageusement, l’enrobage intégral est réalisé par surmoulage.

[0039] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend, préalablement à l’étape d’assemblage, une étape de durcissement de la résine d’enrobage de l’élément de renfort et une étape de durcissement de la résine d’enrobage de la carte électronique.

[0040] Dans un autre mode de réalisation, le procédé comprend, postérieurement à l’étape d’assemblage, une étape de durcissement de la résine d’enrobage de l’élément de renfort et de la carte électronique assemblés.

[0041] De préférence encore, le durcissement de la résine est réalisé par polymérisation.

PRESENTATION DES FIGURES

[0042] L’ invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :

- la figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation d’une chaussure selon l’invention ;

la figure 2 illustre une vue schématique de côté de la carte électronique et de l’élément de renfort d’une forme de réalisation d’un dispositif avant enrobage ;

- la figure 3 est une vue schématique de côté partiellement en transparence du dispositif électronique de la figure 1 ;

la figure 4 illustre un mode de réalisation du procédé selon l’invention.

[0043] Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

DESCRIPTION DETAILLEE D’UNE FORME DE REALISATION DE L’INVENTION

[0044] Le dispositif selon l’invention est notamment destiné à être monté dans une chaussure, de préférence mais non limitativement, dans la semelle externe ou dans une semelle interne de ladite chaussure. On notera toutefois que le dispositif selon l’invention pourrait être utilisé pour toute autre application.

[0045] On a représenté à la figure 1 un exemple de chaussure 1 comprenant un dispositif 10 selon l’invention.

[0046] Chaussure 1

[0047] Cette chaussure 1 , comprend de bas en haut une semelle externe 1 A dite « semelle de marche », une semelle interne 1 B et une tige 1 C.

[0048] Dans cet exemple préféré, le dispositif 10 selon l’invention est monté dans la semelle interne 1 B (première de propreté) de la chaussure 1 . Plus précisément, le dispositif 10 est monté dans un logement 1 B-1 formé dans la semelle interne 1 B. En variante, on notera que le dispositif 10 pourrait par exemple être monté dans un logement formé dans la semelle externe 1 A, sous la semelle interne 1 B ou dans une autre partie de la chaussure 1 .

[0049] Toujours dans cet exemple préféré, le logement 1 B-1 est situé au niveau du talon 1 D de la chaussure 1. On notera qu’en variante, le dispositif 10 pourrait être monté à un autre endroit du semelage 1 A, 1 B, par exemple au niveau de sa partie médiane ou avant, ou bien encore être monté sous la semelle interne 1 B ou bien ailleurs dans la chaussure 1 . [0050] Dispositif 10

[0051] En référence maintenant aux figures 2 et 3, on a représenté un exemple de dispositif 10 selon l’invention. Dans l’exemple préféré décrit ci-après, le dispositif 10 est un dispositif électronique de communication mais il va de soi que, dans une autre forme de réalisation, le dispositif 10 pourrait un autre type de dispositif électronique.

[0052] Le dispositif 10 comprend une carte électronique 100 et un élément de renfort 200 enrobés dans une résine dite « d’enrobage » 300 (figure 3).

[0053] Carte électronique 100

[0054] La carte électronique 100 comprend un circuit électrique, de type circuit imprimé 100A, et des composants électroniques 100B montés sur l’une des faces de la carte électronique 100 et reliés électriquement via ledit circuit imprimé 100A.

[0055] La carte électronique 100 se présente dans cet exemple sous la forme d’une plaque réalisée en résine époxyde armée de fibres de verre (par exemple un matériau de type « FR4 » connu en soi), comprenant au moins une couche de cuivre réalisant un circuit électrique pour les composants électroniques 100B. La carte électronique 100 présente de préférence une épaisseur de l’ordre de 2 mm afin de conférer une solidité importante au dispositif 10 lui permettant notamment de résister à des chocs et des torsions lorsqu’il est monté dans une chaussure 1 .

[0056] Les composants électroniques 100B sont montés sur une face de la carte électronique 100, désignée « face de réception » FR, et sont reliés électriquement entre eux par des pistes formant le circuit imprimé 100A.

[0057] Les composants électroniques 100B peuvent comprendre un processeur ou un microcontrôleur, des puces, des semi-conducteurs, des résistances, des capacités ou tout autre composant adapté pour mettre en oeuvre une ou plusieurs fonctions, notamment une antenne de communication externe permettant au dispositif de communiquer avec un dispositif de communication extérieure.

[0058] A titre d’exemple, une fonction mise en oeuvre par les composants électroniques 100B peut être une fonction de géolocalisation, par exemple de type GPS (Global Positioning System), permettant de déterminer la position géographique du dispositif 10, et donc de la chaussure 1 . Toujours à titre d’exemple, une fonction mise en oeuvre par les composants électroniques 100B peut être une fonction de capteur, par exemple de type MEMS (MicroElectroMechanical Systems), permettant de déterminer la vitesse de déplacement du porteur de la chaussure 1 ou la distance parcourue par le porteur de la chaussure 1 . [0059] Dans cet exemple préféré, les composants électroniques 100B comprennent notamment un microcontrôleur, une antenne de communication externe, une batterie d’alimentation du microcontrôleur et une bobine de charge permettant de recharger ladite batterie d’alimentation par des moyens de charge sans fil, par exemple de type charge par induction, notamment selon un protocole de type Qi, connu en soi.

[0060] Elément de renfort 200

[0061] L’élément de renfort 200 se présente sous la forme d’une plaque s’étendant sur les composants électroniques 100B, réalisée en un matériau fibreux et enrobée dans la résine d’enrobage 300 afin de rigidifier le dispositif 10 en constituant une armature permettant de protéger lesdits composants électroniques 100B. Cette plaque peut se présenter sous la forme d’une pièce de tissu, réalisée en un matériau fibreux.

[0062] Dans cet exemple préféré, l’élément de renfort 200 est réalisé en aramide (aussi appelé polyamide aromatique), par exemple en Kevlar®, afin de conférer une rigidité importante au dispositif 10.

[0063] Résine d’enrobage 300

[0064] De préférence, la résine d’enrobage 300 est une résine époxyde.

[0065] Procédé de fabrication

[0066] La figure 4 illustre un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif 10 selon l’invention.

[0067] Dans cet exemple préféré, on considère que la carte électronique 100 et l’élément de renfort 200 ont été réalisés dans des dimensions de longueur et de largeur, voire d’épaisseur, identiques.

[0068] Tout d’abord, dans une étape E1 , les composants électroniques 100B sont montés, par exemple par soudage, sur la carte électronique 100 de manière à être reliés électriquement par le circuit imprimé 100A.

[0069] Ensuite, dans une étape E2, on place (i.e. on dispose) l’élément de renfort 200 sur les composants électroniques 100B de la carte électronique 100, comme illustré sur la figure 2 (ou les composants électroniques 100B sur l’élément de renfort 200).

[0070] Dans une étape E3, les composants électroniques 100B et l’élément de renfort 200 sont ensuite entièrement noyés dans une résine d’enrobage 300, par exemple de type résine d’époxyde, comme illustré sur la figure 3. Ce faisant, la résine d’enrobage 300 s’applique à la fois sur les composants électronique 100B et à la face de réception FR de la carte électronique 100 sur laquelle sont montés lesdits composants électroniques 100B, la face libre FL de la carte électronique 100, opposée à la face de réception FR, étant dépourvue de résine d’enrobage 300 et constituant l’une des faces externes du dispositif 10. [0071] La résine d’enrobage 300 est ensuite durcie dans une étape E4, par exemple par polymérisation, afin de former le dispositif 10 par solidification. Le durcissement d’une résine par polymérisation étant un procédé connu en soi, il ne sera pas davantage détaillé ici.

[0072] On notera également que des orifices (non représentés) pourraient être formés dans la carte électronique 100 dans le but de permettre une meilleure adhérence de la résine d’enrobage 300.

[0073] L’agencement des couches permet avantageusement à la fois de conférer une solidité importante au dispositif 10 tout en évitant l’utilisation d’un boîtier externe, ce qui permet notamment de limiter ses dimensions et de le rendre étanche.

[0074] Le dispositif 10 peut ensuite être monté dans le logement 1 B-1 prévu à cet effet dans la semelle externe ou la semelle interne de la chaussure 1.

[0075] La portée de l’invention n’est pas limitée aux seuls modes et formes de réalisations décrits ci-avant. En particulier, les dimensions et les formes des éléments du dispositif, notamment de la carte électronique, des composants électroniques et de l’élément de renfort, ainsi que les types et l’agencement des composants électroniques ne sauraient constituer une limitation de la portée de la présente invention.