Brevet FR2570221A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne des barres avec circuits intégrés pour des panneaux divers, c'est-à-dire des ailettes d missiles, des panneaux de visite sur le fuselage ou les ailes des avions, les panneaux de fermeture des logements de train atterrissage, les aéro-freins, les volets et aussi les supports et lance-missiles montés sur les ailes. Avec les C.I. ( Circuits Intégrés ) ltélectronique s' est imposé dans tous les systèmes de contrôle, de pilotage, de navigation et de commande des avions et des missiles. La mini a turisation des très nombreux composants électroniques a permis une très forte réduction du volume des boitiers des équipement électroniques. Si l'on regarde de près un avion de combat moderne, o: peut en ouvrant les dizaines de portes ou panneaux de visite sur le fuselage et les ailes, apercevoir de nombreux boitiers électroniques reliés entre eux par des cables. Jadis en construction aéronautique les tôles et les profilés d'alliages légers constituaient toute la structure des avions et des missiles. Récemment les matériaux composites à hautes performances ont commencé à-remplacer les elEments de construction traditionnelle rivetée et des panneaux entiers sont réalisés en matériaux eomposites, matières plastiques rent forcées par fibres de verre, de carbone, de kevlar, etc. Dans la construction des missiles; une partie importante du fuselage est occupée par la partie électronique, et les ailettes dont la surface est très grande ne contiennent souvent rien. les dizaines de milliers de missiles ont été construits bien avant les énormes progrès amenés par les C.Ie et la micro-informatique. Les barres avec circuits intégrés pour panneaux sai vant l'invention ont pour but la modernisation des avions et des missiles existants et futurs: 1/ Dans le cas des milliers de missiles existants, le remplia cernent des ailettes classiques par des ailettes avec systè- me micro-électronique incorporé peut faciliter la lutte des CCME futureS. 2/ Il est difficile de trouver de la place dans un avion exis tant pour y ajouter des équipements électroniques supplé mentaires, tout au plus on peut remplacer ceux existants par des équipements miniaturisés moins rolumineux. Il y a néamoins de nombreuses portes ou panneaux de visite classique qui peuvent être remplacés par des panneaux en matériaux comp - sites avec systèmes électroniques incorporés. Quelle que soit la complexité des montages de logique cabalée et des systèmes existants, il est possible d'adjoindre des ensembles de C.I. avec microprocesseurs, là où il y a de la place encore, par exemple pour compléter l'ensemble des équipements radar placé; dans la partie avant du fuselage d'un avion de combat, il est facil de remplacer les panneaux de visite classiques rivetés, par des panneaux en composites avec des systèmes incorporés. 1 3/ Pour la construction des avions futurs, il est bon de répare tir les équipements électroniques en deux parties: - les équipements électroniques en boitiers, les équipements électroniques en panneaux composites, et ainsi pouvoir réduire le volume et le poids des avions. 4/ La construction des missiles futurs peut comporter deux ensembles électroniques distincts et complémentaires: - les équipements électroniques figés et durables montés dans le fuselage du missile, - les équipements dlectroniques variables, facils à modifie pdur-moderniser les missiles et incorporés dans les ailette tes en matériaux composites. la MICRO-INFORMATIQUE fait des progrès si rapides et les composants miniaturisés sont tellement nombreux, sans cesse plus performants et plus complexes, que pour réaliser dels panneaux qu'il soit facil à composer avec des centaines ou des milliers de C.I. et composants miniaturisés, l'utilisation de barres est l'objet principal de l'invention. Actuellement les boitiers d'équipements électroniques comportent entre dix et vingt cartes enfichables, chaque carte ayant un nombre très variable de composants et C.I. Ce qui est fait maintenant pour étudier et réaliser une carte, peut tout aussi bien être adapté pour étudier et réaliser des barres de forme et de longueurs différentes. S'il est facil de retirer une carte d'un boitier, il doit être tout aussi facil d'enlever une barre d'un panneaux, c'est la raison pour laquelle vouloir utiliser la surface du panneau composite pour y fixer directement des composants miniaturisés eut été compliquer les opérations d'étude et de maintenance. Par contre retirer une barre d'un panneau, c'est pouvoir tester et aussi programmer un sous-ensemble comportant une dizaine ou jusqu'à une centaine de composants électroni- ques. L'un des grands avantages des barres est le meame que celui des modules: leur remplacement est facil, rapide et d' un prix réduit au maximum. les équipements de test en usine fabrication de composants doivent garantir la qualité des Cl. Les équipements de test des barres doivent vérifier un sousensemble; ceux de test d'un panneau doivent vérifier tout un ensemble, un système même. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemples, des modes de réalisation des barres de CI, conformes à la préh sente invention. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront des descriptions qui vont suivre, faites en regard des dessins, donnant à titre indicatif mais nullement limitatif, les formes de réalisation de l'invention. Il est nécessaire de préciser que les barres décrites sont réalisables avec tous les composants miniaturisés, Circuits Intégrés, Circuits Hybrides, Résistances, Capacités, Mémoires, @@@@ teurs d'électricité, Conducteurs multi-filme, Systèmes de reJ .froidissement, Broches de connexion etc. Sur les figures des planches ont peut voir: - La Fig.l est une coupe d'une barre de forme réduite, et la Fig.2 celle d'une barre normale à une.ran-gée-de 01. - la Fig.3 est la coupe d'une barre avec deux rangées de compo sants et la Fig.4 celle d'une barre avec trois rangées. - La Fig. 5 est une coupe en travers d'une barre avec deux ran gées de CI reliés à deux conducteurs multi-films. Toutes ces figures sont å l'échelle 10/1, c'est-à-dire que 10 mm sur les dessins représentent seulement 1 mm en réalité car les circuits intégrés sont miniaturisés au maximum possible, de véritables records admirables de précision et comple- xité. Ces barres de 10 à 30 mm de largeur, 5 à 15 mm d'épais seur, longues de 100 à 500 mm, peuvent avoir 5 à 100 boîtier ou composants divers d'un sous-ensemble informatique. - La Fig.6 est la vue en plan d'une ailette de missile ouverte suivant "A-A" de la Fig.7. Cette ailette est montrée sur la Fig.8 d'un missile. La dimension d'une ailette de missile peut varier entre 100 à 500 n mm haut, 300 à 1000 mm de loni et une épaisseur de 8 à 40 mm. la conception d'un panneau d'ailette de missile est relativement simple et limitée à celle d'un système et d'une 1 carcasse en matérian composite. II g a quatre ailettes ou pani neaux plans. la neaur conception des panneaux ou portes de visite pour fuselage ou ailes d'avion peut être identique, avec des barre; semblables, quoique la forme des panneaux soit une surface coAr- be dans l'espace, d'épaisseur variable, dont la face interne et la face externe sont différentes et doivent servir de boitier. les matériaux composites peuvent eatre moulés avec une très grande précision et conviennent parfaitement à la création de surfaces dans l'espace convenables pour contenir des ensembles de barres de circuits intégrés et composants électroniques. Il en est de même pour les volets, les systèmes de I lance-missiles, les supports d'armes et de réservoirs sous let ailes d'un avion de combat. Chaque barre fait partie d'un ensemble de nombreuses barres différentes, complètées par des composants de taille normale, non miniaturisés. Ces composants devront être fixés à des places précises, souvent près des points d'attache-des panneaux au corps du missile, ou à la carcasse de 11 avion, près des points de connexion des cablages. La description détaillez, les buts et les moyens de cette invention seront maintenant plus facils à comprendre, après examen détailié de -chacune des figures. - La Fig.l est la coupe d'une barre de forme en"A" qui convient pour l'arête d'une ailette de missile, avec un boîtier de CI dit DIP d'une largeur de 5,54 mm, hauteur 4,80 mm en 1 avec 16 branches de connexions 2 soudées en 2 à des douilles 4 d' un bus multi-couches 5. L'ensemble est glissé dans un four reau en plastique 6. Cette barre est montée dans une ailette de missile dont les deux faces 7 et 9 en matériau composite sont serrées par un rivet 8. - La Fig.2 montre en coupe une barre en "C" qui convient aussi pour l'arête d'une ailette de missile comme sur la figure, mais qui peut aussi être posée à à plat dans un panneau plan. Le boîtier du CI est ici un DIP avec 40 branches de conne xions 10 relié à un bus multi-couches 5. La largeur est ici beaucoup plus grande d'où la forme du fourreau plastique 11. La Fig.3 est une coupe d'une barre avec deux rangées de boitiers DIP de CI en 12 et 13 qui peuvent être de largeur inégale comme sur la figure, ou de même largeur. Le bus multicouche 14 aura ici quatre rangées de connexions 2 parallèles. Il est facil d'imaginer une barre avec trois rangées de DIP, mais plus encore serait difficile à loger-dans le fourreau plastique 15 en forme de "E" ou de "F". La barre est protégée à l'intérieur d'une construction en deux parties 16 et 17 en matériau composite. La Fig.4 est une coupe d'une barre en forme de H avec au centre une rangée de boitiers DIP de CI 18, et des deux côtés des composants électroniques 19 et 20 montés verticalement sur le bus multi-couches 21. Le fourreau plastique 22 est en forme de"I", ceci afin de laisser assez d'espace autour des conducteurs 2 pour un refroidissement efficace par circula- i tion d'air. C'est dans le but dé bien montrer l'importance du refroidissement que les conducteurs sont soulignés en noir sur toutes les figures. La Fig.5 est une coupe d'une barre qui contient deux bus mul tiacouches 25 et 24 avec au milieu deux rangées de boîtiers de CI 25 et 26 dits "Flat Packs. Cette figure permet d'imagi -ner deux autres types de barres avec une seule rangée ou avec trois rangées de circuits intégrés, ou avec des composants plus volumineux, par exemple des mémoires à bulles magnétiques. Le fourreau 27 en matière plastique a touJours une forme qui facilite le refroidissement par dissipation de chaleur des conducteurs. La Fig.6 montre des barres 28 et 29 montées en parallèle dan une ailette de missile 30 en matériau composite. Ces barres de circuits intégrés sont reliés à un bus central 31 par les bus multi-couches à aiguilles 32. L'unité centrale 33 est pr vue pour tous les composants spéciaux dont le nombre et la forme ne permettent pas la composition de barres, dont le rôle est spécifique, par exemple l'aimentation, le codage décodage, le refroidissement, les tests, la programmation, la simulation. les liaisons 34 sont prévus pour relier l'ensemble informatique de l'ailette au corps du système électronique dans le missile. - La Fig.7 montre la vue du dessus de l'ailette avec la coupe suivant "A-A" que l'on voit sur la figure 6 en détail. - La Fig.8 montre un missile de forme classique dont la partie électronique principale 35 reste dans le corps du missile. Cette partie comporte des composants électroniques et mécani ques des systèmes de base qui ne sont pas susceptibles d'évo- luer avec les mesures de lutte dites CME et CCME futures. Par contre dans les quatre ailettes 36 seront contenus les ensembles de micro-informatiques qui peuvent rendre le missile pluF "intelligent" et capable de s'adapter très rapidement aux CM et CCME. Cette adaptation peut être de deux types: a/ La modernisation-des anciens missiles par micro-informati sation avec le remplacement des anciennes ailettes par des ailettes suivant l'invention; b/ Pendant la phase engagement direct en zone de CME et. CCME, le missile est préparé, par une micro-programmation urgent aux conditions spécifiques du combat. Le missile peut re cevoir des instructions de procédure et de CCME ultimes, juste avant le lancement, depuis le poste de commande. Cette invention peut revaloriser les anciens missiles, par une opération relativement facile de remplacement i des ailettes. Ce qui est vrai pour les missiles, l'est Jgaleq ment pour les avions de combat anciens, où le volume disponi ble pour placer des boitiers électroniques est trop limité, et le remplacement de nombreux panneaux en constructions métalliques rivetées relativement facil à faire. Un avion de j combat comme le F-15 américain comporte environ 200 portes d visite d'une surface de 53 m2, c'est donc la possibilité de pouvoir placer environ 500 000 / 5 cm2 = 100 000 CI environ. Il est évident que pendant les 15 à 20 années de se- vice d'un avion comme le P-15 ou le MIRAGE 2000, il faudra pouvoir moderniser à plusieurs reprises les équipements él ec troniques, et pour cela ajouter entre 10 000 et 50 000 CI, ou 100 à 1000 barres de CI suivant l'invention, dans divers pan- neaux ou portes de visite. L'avantage des panneaux en matériel composite est la légèreté et par conséquent la possibilité d' ajouter un poids important de barres avec composants sur CI. REVENDICATIONS 1/ Barres avec composants électroniques miniaturisés, circuits intégrés I, circuits hybrides pour panneaux en matériaux composites légers, caractérisés par une ligne de composants fixés par les connexions 2 aux douilles de liaison 4 d'un circuit multi-film 5 par soudure 3, ensemble étant glissé dans un fourreau 6 de forme en "A" ou en "C" qui a pour but de faciliter le refroidissement par circulation d'air0 2/ Barre suivant la revendication l, caractérisée par une lon gueur variable-, suivant le nombre des composants électroni- que-s de la barre et constituant un module électronique facil à construire, programmer, tester et remplacer par un autre meilleur. Barres suivant les revendications 1 et 2 caractérisées par deux lignes de composants électroniques miniatures 12 -et 13 de même entraxe entre connexions 2 ou d'entraxe différent, le fourreau 15 en plastique extrudé ayant la forme d9un "E" ou d'un "F". Barres suivant les revendications 1 et 2 caractérisées par une ligne centrale de composants électroniques Cl 18 avec de chaque côté une lige de composants 19 et 20 de hauteur plus grande, des résistances, des selfs, condensateurs, tran- sistors, diodes, le fourreau 22 ayant la forme en "H", 5/ Barres suivant les revendications 1 -et 2 caractérisées par des composants éléctroniques à CI ayant la forme"Flat Pack 25 ou 26 reliés à un circuit multi-couche inférieur 24 et un autre supérieur , le fourreau en plastique 27 ayant la fou .- me d'un I". 6/ Barres suivant les revendications 1, 2, 5, caractérisées par deux ou trois lignes de composants dans un même fourreau plastique extrudé, la forme des barres étant beaucoup plus plates et convenant mieux pour des panneaux plans 7/ Barres suivant les revendications l à 6, caractérisées par leur groupement en un ou plusieurs sous-ensembles à l'inté- rieur de deux panneaux en matériau composite 7 et 9 serrés par des rivets 8 ou des vis, ces deux panneaux pouvant cons tituer une ailette de missile , ou une porte de visite de fuselage d'avion, un volet aérodynamique, un panneau d'aile une partie 33 étant réservée aux composants électroniques spécifiques et au cablage 21 de liaison entre modules0