Brevet FR2477828A1 — publié le 19810911

L'invention concerne un système d'interconnexion électrique et thermique pour des cartes à circuits électroniques et une armoire électrique équipée d'un tel système. Dans les équipements électriques qui se présentent sous forme d'armoires ou de baies les composants constitutifs de l'appareil- lage électronique sont souvent montés sur des cartes de circuits imprimés interconnectées électriquement. Ces cartes se présentent en général sous une forme rectangulaire plate. Pour pouvoir réduire la taille par exemple d'une armoire il faut que ces cartes soient comprimées dans le plus petit espace possible à l'intérieur de celle-ci. Ceci suppose évidemment qu'on puisse assurer une ventilation efficace des composants montés sur les cartes dont la dissipation thermique par exemple par armoire peut représenter plusieurs centaines de watts ou plus. La convection naturelle aussi bien que la convection forcée nécessitent des passages d'air, des cheminées de circulation et des sections d'évacuation de l'air chaud en rapport avec la puis- sance dissipée. Une méthode pour évacuer la chaleur des cartes consiste à connecter celles-ci à des radiateurs ou des ailettes de redroi- dissement. Une meilleure dissipation thermique peut être obtenue en utilisant des cartes à conducteurs imprimés ou gravés qui comportent un drain thermique formé par une couche métallique. Des contacts thermiques peuvent également être établis par les cartes avec des glissières ou des guide-cartes métalliques fixés dans le bâti. Dans le but de permettre une dissipation thermique plus intense des cartes de circuit imprimé, ainsi que dans le but de pouvoir gagner un espace supplémentaire à l'intérieur d'une armoire, afin notamment de pouvoir réaliser des couloirs d'aération plus efficaces, la présente invention a pour objet un système d'interconnection électrique et thermique fondé sur l'application de connecteurs électriques et thermiques, dont le genre est décrit dans la demande de brevet N0 79 29 346 déposée par la présente demanderesse. Les connecteurs électriques et thermiques décrits dans la demande précitée ont été créés pour évacuer notamment une partie de l'énergie thermique émise ou transmise par un circuit élec- trique monté sur un support. Ils comportent un conducteur d'énergie thermique, qui est isolé électriquement par rapport aux conducteurs de connexion électrique du connecteur, et qui sert à établir une connexion thermique avec une partie d'une carte portant un circuit électrique qui est connecté électriquement aux conducteurs de connexion électrique. Il est avantageux que le conducteur thermique soit constitué par une pièce ou une partie de corps du connecteur relativement importante et qu'il soit fabriqué dans un matériau de conducti- bilité thermique élevée, par exemple en un métal ou une céramique. Par leur mode de construction, les connecteurs électriques et thermiques décrits dans la demande de brevet citée sont du type à force d'insertion nulle et applicables à des cartes "enfichables" ou à des cartes "encartables". Un autre but de la présente invention est d'économiser dans les armoires électriques des casiers et tiroirs dans lesquels sont montées habituellement les cartes de circuits imprimés et de pouvoir remplacer au moins certains guide-cartes par des connecteurs électrothermiques. L'invention a également pour but de faciliter l'établissement des connexions électriques principales des cartes en montant de préférence les connecteurs électrothermiques du type précité sur les bords longitudinaux au lieu des bords frontal et arrière des cartes. Ces buts sont atteints au moyen d'un système d'interconnexion électrique et thermique pour des cartes à circuits électroniques disposées dans une armoire électrique comprenant au moins une "carte-mère" constituée d'un support isolant avec des pistes conductrices et de deux couches externes métalliques isolées des pistes, et qui est portée par des glissières qui sont fixées sur des parois latérales d'une armoire, des "cartes-filles" rectan- - gulaires comportant un collecteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend, des connecteurs électriques et thermiques à force d'insertion nulle comportant une embase et une paroi longitudinales métalliques et des conducteurs de connexion électrique, dont l'embase est appliquée sur une couche externe métallique d'au moins une "carte-mère", et d'autres connecteurs électriques et thermiques de ce type dont l'embase-métallique est appliquée sur l'autre couche externe de cette "carte-mère", en ce que les "cartes-filles" comportant un collecteur thermique sont engagées chacune au moins par un bord longitudinal dans un connecteur électrique et thermique de façon que le collecteur thermique d'une "carte-fille" soit appliqué sur la face de la paroi thermique longitudinale d'un seul connecteur électrique et thermique, et en ce que les conducteurs de connexion de ces connecteurs soient reliés électriquement à des pistes conductrices des "cartes-filles" et de la "carte-mère". Ce système comprend au moins une fiche électrique comportant un collecteur thermique qui est relié électriquement aux pistes conductrices d'une "carte-fille" et ceux d'au moins une carte- mère" et thermiquement par son collecteur thermique à un connecteur électrique et thermique monté sur cette "carte-mère. Le système est encore remarquable en ce qu'au moins une "carte-mère" est inclinée selon un plan descendant de l'avant à l'arrière d'une armoire électrique et en-ce que des connecteurs électriques et thermiques, dans lesquels sont engagées des "cartes- filles sont montés sur la "carte-mère" de manière que les plans de ces "cartes-filles" soient orientés d'avant en arrière. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: la figure la représente une vue en élévation d'une partie du système d'interconnexion électrique et thermique selon l'invention; la figure lb représente une vue en coupe transversale de la réalisation montrée par la figure la; la figure 2 représente une vue en perspective d'une armoire électrique pourvue d'un système d'interconnexion électrique et thermique selon l'invention; la figure 3 représente plus en détail l'assemblage de connecteurs électriqueset thermiquesavec une carte de circuit électrique; la figure 4 représente une vue schématique d'un autre mode de réalisation possible d'un système d'interconnexion électrique et thermique selon l'invention; la figure 5 représente une vue schématique d'une variante du système montré par la figure 4. Le système d'interconnexion selon la présente invention est fondé sur des connecteurs électriques et thermiques à force d'insertion nulle du genre décrit dans la demande de brevet N0 79 29 346 déposée le 29 novembre 1979 par la demanderesse. Les figures la et lb représentent une carte 10 de circuit électrique rectangulaire qui est constituée typiquement par un support 12 isolant plat et un collecteur thermique 11. Sur le support 12 est imprimé un réseau de conducteurs électriques et ceux-ci sont connectés à des composants électroniques ou élec- triques (non représentés) portés par la carte 10. Le collecteur thermique est constitué par une couche métallique Il qui adhère au support isolant 12. La carte 10 est montée verticalement par son bord longi- tudinal supérieur dans la rainure d'une glissière 13. Une partie du bord longitudinal inférieur est fixée à une fiche de connexion 14 du genre décrit également dans la demande de brevet susmentionnée. Le conducteur d'énergie thermique 15 de cette fiche 14 est fixé par un moyen approprié, tel qu'une vis 25, sur la face externe de la couche Il métallique de la carte 10. Il est de préférence constitué par une plaquette métallique rectangulaire. La fiche est enfoncée dans le couloir d'insertion d'un connecteur 17 électrique et thermique à force d'insertion nulle de manière que les conducteurs de connexion 16 de cette fiche 14 soient en contact avec les conducteurs de connexion 18 du connecteur électrique et thermique 17. Le conducteur d'énergie thermique 15 de la fiche 14 est appliqué contre une paroi 19 métallique du connecteur 17 de façon à pouvoir transmettre la chaleur venant de la carte 10 à la paroi 19. Les conducteurs de connexion 18 du connecteur 17 sont isolés électriquement de la paroi 19 métallique par une aile longitudinale formée par l'equerrage d'une paroi 20 haute et d'une paroi 21 transversale. Une saillie 22 longitudinale de section rectangulaire est moulée sur les extrémités inférieures des conducteurs 18. Cette saillie s'emboîte dans un perçage prévu dans une embase 23 métal- lique placée sous la paroi 21 transversale isolante. L'embase 23 est perpendiculaire à la paroi 19 et elles forment ensemble le conducteur d'énergie thermique du connecteur 17. Ce connecteur 17 est muni d'un dispositif de rotation à came 24 du genre de ceux qui pressent les extrémités flexibles supérieures des conducteurs de connexion 18 sur les conducteurs électriques 16 de la fiche 14 engagée dans le couloir d'insertion du connecteur électrique et thermique 17. Les extrémités inférieures des conducteurs 18 du connecteur 17 sortent de la saillie longitudinale 22 et sont soudées à des conducteurs d'un réseau de conducteurs (non représentés) imprimés ou gravés sur une face externe d'un support isolant 31 d'une carte 30. Cette carte possède aussi un support métallique 32 dont une face adhère totalement au support isolant 31. L'embase 23 métallique du connecteur 17 est appliquée sur la face externe du support métallique 32 de la carte. Des trous 33 et 36 de dimensions appropriées sont percés respectivement dans les deux supports 31 et 32 pour laisser passer les conducteurs 18. L'isolement des conducteurs 18 par rapport au bord des trous percés dans le support métallique 32 peut être réalisé par des bagues 34 insérées dans les trous, mais celles-ci ne sont pas nécessaires si les extrémités des conducteurs 18 sont revêtues d'une gaine isolante sur leur longueur en regard des bords internes des trous 36, et également si les trous 36 sont d'un diamètre suffisant pour éviter un contact électrique non désiré avec le support métallique 32. La glissière 13 peut être constituée par un profilé en U métallique ou être moulée en matière plastique. Le bord supérieur de la carte 10 qui est en contact avec la rainure de la glissière est de préférence dépourvu de conducteurs électriques. Cette glissière 13 est fixée à l'opposé de la rainure sur une plaque métallique 35 rigide qui est disposée par exemple horizontalement à l'intérieur d'une armoire électrique. Le système d'interconnexion électrique et thermique qui vient d'être décrit permet de transférer de la chaleur due au fonction- nement du circuit monté sur la carte 10 d'une part vers le support métallique 32 de la carte 30 et d'autre part vers la glissière 13 et la plaque 35 si ces deux deux derniers éléments sont métalliques. De la chaleur est transférée également vers le support métal- lique 32 de la carte 30 au moyen des contacts de surface existants entre le collecteur thermique Il de la carte 10 et le conducteur d'énergie thermique 15 de la fiche 14, entre ce dernier 15 et la paroi 19, entre l'embase 23 et le support métallique 32 de la carte 30. Il ressort du système précédent l'avantage que les circuits électriques montés sur des cartes peuvent être mieux refroidis par suite du transfert d'une partie de la chaleur vers des pièces à surfaces métalliques relativement larges et qui se comportent comme des ailettes de refroidissement. On peut observer (figure la) qu'aucune connexion électrique niexiste soit à l'avant soit à l'arrière de la carte 10 sur ses bords verticaux avec les conducteurs imprimés sur la carte 10. En effet le branchement électrique de la carte 10 est fait princi- palement par le connecteur électrique et thermique 17 relié à un bord longitudinal de la carte 10. La figure 2 représente une vue en perspective de la partie supérieure d'une armoire électrique laquelle est équipée à titre d'exemple d'un système d'interconnexion électrique et thermique selon la présente invention. Le système comprend ici à titre d'exemple des connecteurs électriques et thermiques 40, à force d'insertion nulle, du genre encartable, décrit dans la demande de brevet précitée. Ces connecteurs 40 sont disposés de manière à servir en même temps de guide-cartes à des cartes 41 à circuit imprimé ou gravé sur lesquelles sont montés des composants électriques ou électroniques (non représentés) La figure 3 montre en détail comment les connecteurs 40 sont montés sur une carte 42 à trois couches de genre connu. Une telle carte 42 est constituée par deux couches externes métalliques 44 et 45 et un support 43 en matériau isolant pris en sandwich entre les deux couches externes 44 et 45. Sur les deux faces du support 43 sont imprimés ou gravés des réseaux de conducteurs électriques qui peuvent 9tre interconnectés au gré de l'utili- sateur grâce à des trous non représentés percés à travers le support 43. Les réseaux de conducteurs sur les deux faces du support 43 sont séparés de leur couche métallique voisine respectivement par des films 46 et 47 réalisés en matériau électriquement isolant. Les cartes 41 sont disposées verticalement dans l'armoire. Elles comportent chacune un support métallique 41a qui est en contact direct, par une large surface de son bord inséré dans le connecteur 40, avec une paroi métallique 48 de ce dernier. Les conducteurs de connexion électrique 49 sont noyés dans une saillie 50 longitudinale réalisée en matériau isolant et par conséquent ils sont isolés électriquement de.l'embase 56 métal- lique du connecteur 40. Les extrémités des conducteurs 49 traversent des trous 58 dans le support 43 et sont soudées aux conducteurs imprimés sur l'une des faces du support isolant 43. Les trous 58 débouchent pour une rangée de conducteurs 49 entre les emplacements des embases métalliques de deux connecteurs électriques et thermiques montés sur l'autre face. Sur la figure 2 on peut voir que la carte 42 est insérée par ses bords longitudinaux dans des rainures de glissières 51 fixées respectivement aux faces internes des parois 52 et 53 verticales et latérales d'une armoire. Ces parois et les glissières sont de préférence métalliques ce qui permet un trans- fert de chaleur des cartes 41 verticales vers celles-ci par l'intermédiaire des connecteurs 40 et des supports métalliques 44 et 45 de la carte horizontale 42. Les cartes 41 verticales sont ici engagées par leurs bords supérieurs dans d'autres connecteurs 54 électriques et thermiques 247782S de même type que les connecteurs 40. Ces connecteurs sont reliés électriquement selon besoin aux conducteurs imprimés d'une carte 55 qui peut être à volonté soit du type de la carte 42 (figure 3) soit du type de la carte 30 (figure lb) et qui est portée horizontalement par des glissières 57 fixées aux parois 52 et 53. La structure du système d'interconnexion électrique et ther- mique qui vient d'être décrite illustre parfaitement une nouvelle conception d'architecture d'armoires et de baies électriques dans lesquelles sont associées des cartes de circuits électriques appelés communément "cartes-mères" et "cartes-filles" avec des connecteurs électriques et thermiques décrits dans le brevet précité et la présente demande de brevet. La figure 4 représente schématiquement un autre mode de réali- sation du système selon la présente invention, o les "cartes- mères" sont disposées non pas horizontalement mais de façon inclinée dans une armoire électrique. A titre d'exemple ont été représentées des "cartes-mères" 60, 61 et 62, parallèles entre elles, et inclinées vers l'arrière à partir d'une façade avant 63, par exemple vers une paroi ou une porte arrière 64 d'une armoire électrique. Sur les deux faces des "cartes-mères" 60, 61 et 62 sont montés des connecteurs électriques et thermiques du type repré- senté par la figure 3 et des "cartes-filles" 65 et 66 sont insérées verticalement dans des paires 67, 68 et 69, 70 de tels connecteurs électriques et thermiques. L'alimentation électrique de ce système est assurée par des câbles électriques 71, 72 et 73 qui se terminent respectivement par des connecteurs électriques 74, 75 et 76 branchés directement sur les "cartesmères" 60, 61 et 62, de préférence sur une partie de "cartes-mères" située du c8té de la porte ou de la paroi arrière 64 de l'armoire. Sur la figure 4 on peut observer que dans ce cas il n'existe pas de connecteurs électriques montés soit sur un bord avant 77, soit sur un bord arrière 78 d'une carte mais que les bords avant et arrière restent toutefois disponibles pour des prises de connexion de type temporaire telles que des prises de test. On observera également qu'aucun autre élément en dehors des câbles n'est placé devant ou derrière les "cartes-mères" 60, 61 et 62. On dispose de cette façon d'espaces libres importants dans l'armoire électrique entre les cartes 65, 66 et la façade ou porte avant 63 et la porte ou paroi arrière 64. Ces espaces forment des cheminées d'aération par lesquelles de l'air chaud provenant des circuits électriques peut être évacué très rapidement. L'évacuation est encore facilitée par les positions inclinées des "cartes-mères" 60, 61 et 62, l'air chaud ayant tendance dans ce cas à circuler plus rapidement vers le haut de l'armoire que dans le cas o ces "cartes-mères" sont horizontales. Du fait de la position favorable de ces connecteurs 67, 68, 69, 70, la commande d'un système de serrage de ces connecteurs électriques et thermiques, par exemple par rotation d'une came, est rendue plus aisée car elle pourra se faire uniquement à partir de la façade ou de la porte avant au lieu de la face arrière de l'armoire. Dans certains cas il peut être jugé préfé- rable comme le montre la figure 5 de remplacer l'un des deux connecteurs électriques et thermiques connectés à une "carte- fille" 80 verticale par une glissière 81 métallique ou isolante. On peut par exemple monter la glissière 81 sur la face supérieure d'une "carte-mère" 83 inclinée et un connecteur électrique et thermique 82 à force d'insertion nulle sur la face inférieure d'une "carte-mère" 84 inclinée parallèlement à la "carte-mère" 83. Dans le cas d'utilisation de "cartes-filles" relativement longues on fixera, comme il est montré, sur une "carte-mère" 83, dans l'alignement d'un connecteur 86 monté sur cette carte, une autre glissière 87 métallique ou éventuellement isolante. De plus, deux autres glissières 88 et 89 seront fixées sur la face supérieure d'une "carte-mère" 90 inclinée et placée à une dis- tance appropriée en-dessous de la "carte-mère" 83. De cette façon on pourra à la fois guider, supporter et connecter une "carte-fille" 85. Des butées (non représentées) sont en outre prévues derrière les glissières 87 et 88 pour empêcher la "carte-fille" 85 de tomber hors des glissières. REVENDICATIONS 1. Système d'interconnexion électrique et thermique pour des cartes à circuits électroniques disposées dans une armoire comprenant au moins une "carte-mère" constituée d'un support isolant avec des pistes conductrices et de deux couches externes métalliques isolées des pistes, et qui est portée par des glissières qui sont fixées sur des parois latérales d'une armoire, des "cartes-filles" rectangulaires comportant un collecteur thermique,caractérisé en ce qu'il comprend,des connecteurs électriques et thermiques à force d'insertion nulle comportant une embase et une paroi lon- gitudinales métalliques et des conducteurs de connexion électrique, dont l'embase est appliquée sur une couche externe métallique d'au moins une "carte-mère", et d'autres connecteurs électriques et thermiques de ce type dont l'embase métallique est appliquée sur l'autre couche externe de cette "carte-mère", en ce que les "cartes-filles" comportant un collecteur thermique sont engagées chacune au moins par un bord longitudinal dans un connecteur électrique et thermique de façon que le collecteur thermique d'une "carte-fille" soit appliqué sur la face de la paroi thermique longitudinale d'un seul connecteur électrique et thermique et en ce que les conducteurs de connexion de ces connecteurs soient reliés électriquement à des pistes conductrices des "cartes-filles" et de la "carte-mère'.,. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une fiche électrique comportant un collecteur thermique qui est relié électriquement aux pistes conductrices d'une "carte-fille" et ceux d'au moins une "carte-mère" et thermi- quement par son collecteur thermique à un connecteur électrique et thermique monté sur cette "carte-mère". 3. Système selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins une "carte-mère" est inclinée selon un plan descendant de l'avant à l'arrière d'une armoire électrique et en ce que des connecteurs électriques et thermiques, dans lesquels sont engagées des cartes-filles sont montés sur la "carte-mère" de manière que les plans de ces "cartes-filles" soient orientés d'avant en arrière. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, Il caractérisé en ce que les connecteurs électriques et thermiques comportent des conducteurs de connexion dont les extrémités sortent de l'embase métallique des connecteurs et passent à travers des trous prévus dans la "carte-mère" sur laquelle le connecteur est monté, et sont soudés aux pistes conductrices de celle-ci, en ce que ces trous débouchent sur l'autre couche externe de la "carte- mère" entre les emplacements de deux connecteurs électriques et thermiques voisins montés sur cette autre couche externe. 5. Système selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des connecteurs électriques et thermiques qui sont disposés parallèlement les uns aux autres sur les deux couches externes d'une "carte-mère". 6. Système selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des "cartes-filles" rectangulaires à collecteur thermique qui sont insérées par l'un de leurs bords longitudinaux dans un connecteur électrique et thermique et par l'autre bord longitudinal parallèle au premier bord dans une glissière pour carte. 7. Système selon l'unequelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des "cartes-filles" insérées au moins par l'un de leurs bords longitudinaux partiellement dans un connecteur électrique et thermique et partiellement dans une glissière. 8. Armoire électrique caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système d'interconnexion électrique et thermique selon les revendications précédentes I à 7.