Brevet FR2560476A1 — publié le 19850830

ELEMENT D'ELECTRONIOUE AEROSPATIALE .aerospatîale. La présente invention concerneun élémentd'élect=, , comportantun boîtier extérieur qui définit une chambre interne dans laquelle sont montés, de manière amovible, plusieurs modules de circuits, chaque module comportant des éléments de circuits électroniques et le boîtier étant agencé de manière à diriger un courant de gaz réfrigérant à travers la chambre interne sur la surface des modules de circuits. ,aérospatiale , Dans les avions civils, les éléments d'électronique comportent un boîtier extérieur pourvu d'ouvertures de ventilation qui sont alignées avec un conduit de ventilation aménagé dans la cellule. A l'intérieur du boîtier, un certain nombre de cartes à circuits imprimés ou de modules sont montés de manière coulissante sur des rails ou dans des canaux, de telle manière qu'on puisse facilement les retirer et les remettre en place. Sur chaque carte sont montés plusieurs éléments de circuits, qui peuvent être des circuits intégrés ou des composants séparés. Une circulation d'air ou d'un autre gaz réfrigérant peut s'établir dans le boîtier par les ouvertures de ventilation sur la surface des cartes et sur les éléments de circuits qui sont exposés au courant de gaz. Cette disposition'est possible dans un avion civil parce qu'il existe une alimentation adéquate en air propre et sec par le groupe de conditionnement d'air de l'avion. Les boîtiers de tels éléments peuvent être relativement compacts et légers. Les avions militaires ne bénéficient habituellement pas d'une capacité de conditionnement d'air suffisante pour disposer d'air réfrigérant propre et sec pour les éléments d'électronique aérospatiale. L'air utilisé air utilisépourrefroidir les éléments d'électronique" n'est donc pas purifié dans une grande mesure et il peut être chargé d'humidité, de poussière et de contaminants. Pour cette raison, les circuits imprimés ne doivent ,sas être exposés directement à l'air réfrigérant puisque celui-ci pour ras endommager les éléments de circuits.Par conséquent, les éléments d'électro aérospatiale nique pour es avionsmilitaires diffèrent de ceux qu on utilisedans les avions civils en ce que les modules à circuits imprimés sont pourvus de rebords conducteurs de chaleur qui sont solidement pincés contre des rails métalliques sur les cotés de la chambre interne. La chaleur dissipée par les éléments de circuits se transmet à travers le substrat sur lequel ils sont montés jusqu'aux rebords et donc aux rails métalliques. Un échangeur de chaleur est placé à l'extérieur de la chambre interne en contact thermique avec les rails, le gaz réfrigérant étant envoyé à travers l'échangeur de chaleur. Cette disposition évite tout contact du gaz réfrigérant avec les éléments de circuit eux-mêmes. Toutefois, cette disposition présente de notables inconvénients. Du fait de la grande distance séparant les composants dissipateurs de chaleur et le courant de gaz réfrigérant, l'évacuation de la chaleur n'est pas très efficace, spécialement pour les composants les plus éloignés des rebords de refroidissement, qui peuvent avoir tendance à être surchauffés. La nécessité d'utiliser des échangeurs de chaleur rend les éléments militaires plus lourds que les éléments utilisés sur les avions civils et peut réduire l'espace disponible pour les circuits imprimés dans le boîtier. Les échangeurs de chaleur ont aussi tendance à être encrassés par des contaminants, ce qui réduit l'efficacité du refroidissement. Un autre inconvénient des éléments militaires provient de la nécescité de pincer solidement les rebords de la carte dans le boîtier pour assurer un bon contact thermique. Ceci rend plus difficiles l'insertion et le retrait des cartes.Le fait de pincer solidement sur leurs bords les cartes relativement flexibles leur donne en outre une tendance à vibrer par flexion; ce fait peut conduire à des dommages dans les éléments de circuits ou dans le montage et la connexion des éléments de circuits avec les cartes. aérospatiale1 Les eléments d'électronwcivile tant civile que militaire présentent un inconvénient supplémentaire du fait que les éléments de circuits sur les modules sont exposes. Ceci présente un risque de dommage et de contamination pendant les manipulations et rend aussi l'entretien plus difficile parce qu'on ne peut retirer les cartes de l'élément d'électronique aérospatiale qu'en prenant des précautions spéciales pour éviter une contamination. Evidemment, il serait préférable de pouvoir retirer des cartes de l'élément d'électronique aérospatiale sur la piste quand il est installé dans un avion, plutôt que d'enlever l'élément complet et remplacer la carte dans un atelier. La présente invention a donc pour but de fournir un élément d'électronique aérospatiale permettant de remédier aux difficultés et désavantages mentionnés ci-dessus. éros atiale Dans ce but, la présente invention concerne un élément d'electroH mentionné en préambule, caractérisé en ce que chaque module de circuits est un élément fermé hermétiquement, comportant une paire de plaques opposées entre lesquelles les éléments de circuits sont retenus et protégeant du gaz réfrigérant les éléments de circuits. De cette manière, on peut utiliser un boîtier d'électronique aérospatiale semblable à ceux qu'on utilise pour les avions civils, avec l'air réfrigérant de qualité médiocre à disposition dans les avions militaires, en évitant le risque de contamination des éléments de circuits électroniques. Le boîtier peut comporter des parois opposées formées chacune d'une plaque interne et d'une plaque externe, les plaques interne et externe étant pourvues d'ouvertures de ventilation et étant espacées l'une de l'autre de telle façon que le gaz réfrigérant puisse s'écouler vers la chambre interne par l'espace situé entre les plaques interne et externe. Au moins l'une des plaques de chaque module peut être pourvue d'une surface agrandie sur sa face extérieure pour accroître le transfert de chaleur du module au gaz réfrigérant, la surface agrandie étant pourvue de préférence de plusieurs ailettes parallèles, placées de telle manière que le gaz réfrigérant s'écoule entre les ailettes dans le sens de leur longueur, les ailettes d'un module étant en contact avec un module adjacent. L'une des plaques de chaque module peut faire partie d'un couvercle comportant une paroi périphérique d'une seule pièce, agencée pour se joindre hermétiquement avec l'autre plaque du module. Les éléments de circuits peuvent être montés sur une face d'une carte à circuits imprimés, l'autre face de la carte à circuits imprimés étant en contact avec une couche de matière conductrice thermique, laquelle est de préférence plaquée sur ladite autre face. L'une des plaques opposées du module peut être en contact avec la couche de matière conductrice thermique, cette plaque étant pourvue d'une surface agrandie pour accroître le transfert de chaleur du module au gaz réfrigérant. Chaque module est monté de préférence de manière élastique dans l'élément d'électronique aérospatiale, et au moins l'un des modules peut être pourvu d'un blindage de protection contre les radiofréquences. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description, donnée ci-dessous à titre d'exemple, d'un élément d'électronique aérospatiale militaire et en référence au dessin annexé, dans lequel La figure I est une vue en perspective de l'élément d'électronique aérospatiale, La figure 2 est une vue en plan d'une partie de l'élément de la fig. 1, et La figure 3 est une vue éclatée d'un module pour l'élément d'électronique aérospatiale de la fig. 1. En référence à la fig. 1, l'élément d'électronique aérospatiale comporte un boîtier 1 qui est de construction similaire aux boîtiers traditionnels utilisés dans les avions civils. L'élément renferme plusieurs modules 10 à circuits imprimés dont la structure sera décrite plus loin. Le boîtier 1 présente une forme rectangulaire, avec une chambre avant 2 dans laquelle sont montés les modules 10 et qui est séparée d'une chambre arrière (non représentée) par une cloison arrière verticale 3. Les parois supérieure et inférieure du boîtier 1 sont formées chacune d'une paire de plaques 4 et 7, respectivement 5 et 8. Les plaques extérieures 4 et 5 sont pourvues toutes deux d'ouvertures de ventilation 6, qui sont placées de telle façon qu'elles soient alignées avec des conduits de ventilation (non représentés) dis osés .dqns l'avion pour aérospatiale amener de l'air de refroidissement à l'élément d'électronique l'évacuer. Un petit espace sépare les plaques extérieures 4 et 5 des plaques intérieures respectives 7 et 8, lesquelles sont parallèles aux plaques extérieures. Chacune des plaques intérieures 7 et 8 comporte également des ouvertures de ventilation 9, si bien que l'air de refroidissement peut s'écouler à travers la chambre avant 2 sur les modules 10 en passant par les espaces entre les plaques. Les ouvertures de ventilation 9 sont disposées en rangées de chaque côté de rails de montage parallèles 20 et 21 qui sont fixés respectivement aux plaques intérieures supérieure et inférieure 7 et 8. Les rails de montage20 et 21, qui sont représentés plus en détail sur la fig. 2, comportent deux petites ailes parallèles 23 et 24, qui s'étendent sur la profondeur de la chambre avant 2- et qui retiennent deux ressorts ondulés 25 et 26 entre lesquels sont placés les modules 10. Les ressorts 25 et 26 assurent le degré d'élasticité nécessaire pour le montage des modules 10 et ils contribuent ainsi à amortir toute vibration. La cloison arrière 3 de la chambre avant 2 porte plusieurs connecteurs électriques 31 placés de manière à s'emboîter avec des connecteurs correspondants 32 fixés sur le bord arrière de chaque module 10. L'avant du boîtier 1 est fermé normalement par une plaque de couverture amovible (non représentée). Quand il est ouvert, on peut insérer les modules 10 dans l'élément en les glissant le long des rails 20 et 21 jusqu'à ce que le connecteur 32 du module s'emboîte avec le connecteur 31 de la cloison arrière 3. La réalisation du module 10 est décrite plus en détail en référence à la fig. 3. Chaque module 10 est un élément fermé hermétiquement, qui renferme un substrat rectangulaire 40, sur lequel sont montés plusieurs éléments de circuits électroniques 41. Le substrat 40 peut être une carte standard multicouche à circuits imprimés, comportant des pistes conductrices qui réalisent l'interconnexion électrique des divers éléments de circuits 41. A son bord arrière, le substrat 40 porte en outre le connecteur 32 assurant la connexion électrique du module 10. Une épaisse couche conductrice thermique 42 en cuivre est de préférence plaquée au dos du substrat 40. La dissipation de la chaleur produite par les éléments de circuits 41 peut être améliorée par des tiges de cuivre qui traversent l'épaisseur du substrat 40 entre la couche de cuivre 42 et les éléments de circuits 41. La couche de cuivre 42 au dos du substrat 40 se trouve en contract thermique avec une plaque de base 43. La plaque de base 43 peut être réalisée par extrusion en aluminium ou un autre métal, et elle présente une surface supérieure 44 plate et lisse et une surface inférieure agrandie 45 qui comporte des ailettes verticales parallèles 46. L'agrandissement de surface réalisé par les ailettes 46 a pour but d'améliorer la dissipation de la chaleur à partir du module 10. Le module 10 est fermé hermétiquement au moyen d'un couvercle 48, lequel est fixé à la plaque de base 43 et au substrat 40, par exemple au moyen de vis 49. Un joint 50 ou un autre élément d'étanchéité peut être intercalé entre le substrat 40 et le couvercle 48 pour améliorer l'étanchéité du module 10.Le couvercle 48 comprend une plaque recangulaire 51 autour de laquelle s'étend une étroite paroi périphérique 52, dont le bord inférieur s'engage avec le substrat 40 (ou le joint 50) et dont la hauteur est juste suffisante pour maintenir la plaque 51 à l'écart des éléments de circuits 41. Sur le bord arrière du module 10, une partie de la paroi 52 est décou pée pour recevoir le connecteur 32. Par économie, le couvercle 48 est de préference moulé en matière synthétique rigide. aérospatiale Lorsqu'ils sont placés dans l'élément d'électronique, les modules 10 sont disposés verticalement côte à côte comme le montre la fig. 2. Les ailettes 46 d'un module 10 s'étendent en direction du dessus du couvercle 48 d'un module adjacent ou bien elles sont en contact avec ce couvercle. Les ouvertures de ventilation 9 dans les plaques intérieures 7 et 8 du boîtier 1 sont situées entre les ailettes 46, si bien que l'air réfrigérant est ainsi canalisé pour s'écouler le long des intervalles séparant les ailettes, entre les modules adjacents. Si une grande dissipation de chaleur se produit dans une zone particulière du substrat 40, on peut combiner la taille ou l'emplacement des ouvertures de ventilation 9 de telle manière qu'il passe une plus grande quantité d'air réfrigérant sur la zone correspondante du module 10. Du fait que les composants électroniques sont à l'abri de l'air réfrigérant, la pureté de l'air utilisé pour le refroidissement n'est pas importante. En évitant le recours à des échangeurs de chaleur, on peut réaliser un boîtier beaucoup plus léger que dans les éléments antérieurs d'électronique aérospatiale militaire. La résistance à l'écoulement de l'air réfrigérant à travers l'élément d'électronique aérospatiale est aussi réduite, ce qui diminue les pertes de charge à travers l'élément. Le nettoyage de l'élément est facilité puisqu'on peut enlever facilement toute poussière ou toute substance contaminante déposée à la surface des modules. éros atiale Tandis que, dans les éléments antérieurs d'électronique militaire, il est préférable que les composants dissipant le plus de chaleur soient placés près du bord du module, à proximité de l'échangeur de chaleur, ce n'est pas nécessaire avec la présente invention, ce qui laisse une plus grande liberté dans la conception des circuits. Du moment que, dans la présente invention, il n'y a pas besoin d'assurer un bon contact thermique entre le module 10 et le boîtier I, la précision de l'ajustement des modules dans le boîtier est réduite en conséquence. Comme les modules 10 n'ont pas besoin d'être pincés rigidement contre le boîtier 1 pour la dissipation de chaleur, ils peuvent être montés avec une certaine élasticité le long de leurs bords, Si bien que, en cas de vibration, la flexion des modules est réduite. La structure en forme de boîte des divers modules 10 est aussi plus rigide que celle de certains modules antérieurs, ce qui réduit encore la flexion; la rigidité des modules augmente aussi la rigidité d'ensemble et la résistance de l'élément d'électronique aérospatiale. #rospatil L'élément d'électronique étant fermé normalement par une plaque de couverture, l'étanchéité assurée par la plaque de couverture n'est pas importante puisque les composants électroniques sont protégés à l'intérieur de leurs modules. Par conséquent, la plaque de couverture et la face frontale de l'élément d'électroniaérospatiale que n ont pas besoin d'être fabriquées avec une grande précision puisqu'une fer meture hermétique n'est pas exigée. Du fait qu'on peut faire circuler l'air de refroidissement à travers l'intérieur du boîtier, au lieu d'avoir un boîtier hermé tique comme dans les éléments antérieurs d'électronique aérospatiale militaire, le volume total fermé hermétiquement dans l'élément est sensiblement réduit. Ceci réduit l'effet que produisent sur l'élément des variations rapides de la pres sion atmosphérique extérieure, comme il s'en produit pendant un changement d'altitude. Ainsi, par exemple, la condensation dans l'élément et les forces cau sées par les différences de pression sont moindres. Comme chaque module 10 est un élément fermé hermétiquement, on peut le retirer du boîtier 1 sans risquer d'endommager les éléments de circuits qu'il renferme. Ceci permet de retirer et de remettre en place des modules quand aérospatiale l'élément d'électronique est installé dans un avion qui se trouve, par exemple, en stationnement sur une piste exposée à la pluie ou à tout autre mauvais temps. La présente invention offre un autre avantage par le fait qu'elle permet d'incor porer dans chaque module un blindage contre les radiofréquences. Si le couver cle 48 du module est réalisé en matière synthétique, il doit comporter une cou che électriquement conductrice si l'on désire un blindage des deux côtés. Comme chaque module peut être blindé par rapport aux autres, on peut utiliser le même boîtier pour recevoir des modules réalisés par plusieurs fabricants différents puisqu'il n'y a pas risque que des radiofréquences produites par un module pro voquent des interférences dans un module adjacent. Ainsi, il peut être possible de réduire le volume total occupé dans un avion. Revendications o ti I 1. Elément d'électronrquev comportant un boîtier extérieur qui définit une chambre interne dans laquelle sont montés de manière amovible plusieurs modules de cir cuits, chaque module comportant des éléments de circuits- électroniques et le boîtier étant agencé de manière à diriger un courant de gaz réfrigérant à tra vers la chambre interne sur la surface des modules de circuits, caractérisé en ce que chaque module de circuits (10) est un élément fermé hermétiquement, comportant une paire de plaques opposées (43 et 51) entre lesquelles les éléments de circuits (41) sont retenus et protégeant du gaz réfrigérant les éléments de circuits (41). aeros atiale 2. Elément d'électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boî- tier comporte des parois opposées formées chacune d'une plaque intérieure et d'une plaque extérieure (7 et 4, 8 et 5), et en ce que les plaques intérieure et extérieure (7 et 4, 8 et 5) sont pourvues d'ouvertures de -ventilation (9 et 6) et sont espacées l'une de l'autre de telle façon que le gaz réfrigérant puisse s'écouler vers la chambre interne (2) par l'espace situé entre les plaques inté rieure et extérieure (7 et 4, 8 et 5). 3. Elément d'électronique aérospatiale selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des plaques (43) de chaque module (10) est pourvue d'une surface agrandie (45) sur sa face extérieure pour accroître le transfert de chaleur du module (10) au gaz réfrigérant. 4. Elément d'électronique aérospatiale selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface agrandie (45) est pourvue de plusieurs ailettes parallèles (46) placées de telle manière que le gaz réfrigérant s'écoule entre les ailettes dans le sens de leur longueur. 5. Elément d'électronique aérospatiale selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ailettes (46) d'un module (10) sont en contact avec un module adjacent. aéros atiale 6. Elément d'électronique se on une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des plaques (51) de chaque module (10) fait partie d'un couvercle (48) comportant une paroi périphérique (52) d'une seule pièce, agencée pour se joindre hermétiquement avec l'autre plaque (43) du module. kaerospatiale v 7. Elément d'électronique seon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de circuits (41) sont montés sur une face d'une carte à circuits imprimés (40), et en ce que l'autre face de la carte à circuits imprimés (40) est en contact avec une couche (42) de matière conductrice thermique. 8. Elément d'électronique aérospatiale selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (42) de matière conductrice thermique est plaquée sur ladite autre face de la carte à circuits imprimés (40). aeros atiale 9. Elément d'électronique se on a revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'une des plaques opposées (43) du module est en contact avec la couche (42) de ma tière conductrice thermique, et en ce que cette plaque (43) est pourvue d'une surface agrandie (45) pour accroître le transfert de chaleur du module (10) au gaz réfrigérant. 10. Elément d'électronique aérospatiale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des modules (10) est pourvu d'un blindage de protection contre les radiofréquences. 11. Elément d'électronique aérospatiale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque module (10) est monté de manière élastique dans l'élément.