Brevet FR2577102A1 — publié le 19860808

La présente invention concerne une structure de montage pour modules de circuits électroniques ayant des composants électroniques dégageant de la chaleur, tels que des circuits à intégration à grande échelle. Un exemple de structures de ce type, appartenant à l'art antérieur, est décrit dans un article intitulé " Accommodating LSI in a high performance computer" de E.A. Wilson, publié dans ELECTRONIC PACKAGING and PRODUCTION, Mai 1982, pages 142 à 152. Dans cette structure proposée, deux plaquettes, sur chacune desquelles sont montées une pluralité de micro- boîtiers, sont opposées l'une à l'autre, et les connexions électriques entre les plaquettes sont obtenues en connectant les bords des plaquettes respectives avec des câbles. A cause d'une telle structure de connexion, les distances requises pour les connexions électriques entre les microbottiers montés près du centre d'une plaquette et les bottiers montés sur l'autre plaquette ont tendance à être importantes, ce qui se traduit par l'augmentation des délais de propagation des signaux entre les bottiers. Un autre exemple de structure de montage de l'art antérieur est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Améri- que No 4.158.875. Bien que cette structure présente l'avan- tage que l'air utilisé comme fluide de refroidissement cir- cule uniformément vers chacune des plaquettes 2 de câblage à circuits imprimés, les composants électroniques 1 déga- geant de la chaleur qui sont situés en aval ne peuvent être totalement refroidis, car l'air est réchauffé par la chaleur dégagée par les composants électroniques 1 situés en amont. Un objet de la présente invention est par con- séquent une structure-de montage pour modules de circuits électroniques qui soient exempts des inconvénients venant d'être cités. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit une structure de montage pour modules de circuits 257 7 102 2. électroniques qui comprend: - une multitude de modules de circuits électro- niques ayant chacun un panneau arrière, une multitude de composants électroniques dégageant de la chaleur, ayant chacun un radiateur de chaleur pour le rayonnement calori- fique et montés sur une surface du panneau arrière, et une multitude de premiers connecteurs montés sur l'autre sur- face du panneau arrière; - un châssis ayant une multitude de premiers trous et une structure intérieure creuse pour le montage de la multitude de modules de circuits électroniques; - une multitude de câbles assemblés, ayant chacun à ses deux extrémités des seconds connecteurs engagés dans l'un des premiers connecteurs par l'intermédiaire des trous de la multitude de premiers trous, pour la connexion des premiers connecteurs à l'intérieur du châssis; et - un moyen pour monter la pluralité de modules de circuits électroniques sur le châssis. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 représente une vue en coupe d'un pre- mier mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est une vue en perspective de modules 4 de circuits électroniques et d'un châssis 5; Les figures 3A et 3B représentent une vue en cou- pe et une vue en perspective permettant d'illustrer la relation entre les couvercles 10, les connecteurs 11 et un châssis de base 9; La figure 4 représente une vue en perspective d'un câble assemblé 6; La figure 5 est une vue en perspective du voisi- nage d'une boite 55 à yentilateur; La figure 6 est une vue en perspective illustrant le procédé de connexion par le cable assemblé 6; La figure 7 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation de l'invention, et 3. La figure 8 est une vue en perspective du voi- sinage d'une botte 75 à ventilateur. Dans les dessins, les mêmes numéros de référence représentent les mêmes éléments structurels. En liaison avec la figure 1, un.premier mode de réalisation de l'invention comprend un coffret 54, un châssis fixé au coffret 54, quatre modules 4 de circuits électro- niques, une multitude de boîtes 55 pour ventilateurs, une multitude de ventilateurs 57, deux éléments 58 de conduite d'échappement, et une multitude de câbles assemblés 6. En liaison maintenant avec la figure 2, chaque module 4 comporte un panneau arrière 2, une multitude de bottiers 1 à intégration à grande échelle qui sont montés sur la surface supérieure du panneau 2 et comportent chacun un radiateur de chaleur 51, et une multitude de connecteurs males 7 fixes sur la surface inférieure du panneau 2 opposée à sa surface supérieure. A droite et à gauche de chaque con- necteur 7, des trous 14 de guidage de câble sont percés dans le panneau 2. Quatre trous.15 de guidage de plaquette sont ménagés dans 4 angles du panneau 2, respectivement. Cor- respondant aux troux 15 du panneau 2, des axes 8 de guidage de plaquette sont formés sur le châssis 5. En liaison avec la figure 4, chaque câble assem- blé 6 comporte des connecteurs femelles 11i à ses 2 extrémités, qui sont connectés par l'intermédiaire d'un conducteur 13. En liaison avec les figures 3A et 3B, le châssis comporte un chassis de base 9 et des couvercles 10 fixés par des vis 17. L'intérieur du châssis 5 présente une struc- ture creuse. Chaque connecteur 11 est maintenu à l'intérieur d'une partie 10a du logement défini.par une paire de cou- vercles 10 de manière à pouvoir se déplacer légèrement. Comme représenté en figure 1, les câbles assemblés 6 sont logés à l'intérieur-du châssis.5. Chaque connecteur 11 est accouplé à un connecteur prédéterminé 7 monté sur les panneaux 2 de manière à obtenir une liaison appropriée entre les bottiers à intégration à grande Échelle. Les panneaux 2 sont montés sur le châssis 5 de 4. la manière suivante. Les panneaux 2 sont disposes sur les cotés opposés du châssis 5, de sorte que ce châssis est en regard des surfaces inférieures des panneaux 2. Chaque axe 8 de guidage de plaquettes monté sur le châssis 5 et le trou correspondant 15 de guidage de plaquette de l'un des panneaux 2 sont alignés, puis engagés l'un dans l'autre. A ce moment là, chaque axe 12 de guidage de câble pénètre dans le trou 14 correspondant des trous de guidage de câble des panneaux 2, chaque connecteur mâle 7 et le connecteur femelle 11 correspondant sont alignés et les axes 12 sont en saillie sur la surface supérieure des panneaux 2. Comme les connec- teurs 11 des ensembles 6 peuvent se déplacer légèrement pour se monter sur le châssis 5, chaque connecteur mâle 7 et le connecteur femelle 11 correspondant peuvent être facilement engagés l'un dans l'autre ou désengages l'un de l'autre en tirant ou en poussant sur les connecteurs 11 avec-un ou- til spécifique par l'intermédiaire de trous 16 ménagés dans les axes 12. Les connexions électriques utilisant les ensembles 6 à l'intérieur du châssis 5 peuvent être obtenues en passant par des itineraires arbitraires, par exemple, représentés par les flèches "E" et "F" en figure 6. En liaison maintenant avec la figure 5, chaque boîte à ventilateur 55 a une forme cylindrique. L'extrémité de chaque botte 55 présente une première ouverture rectangu- laire appariée à la forme de chacun des radiateurs de cha- leur 51 des bottiers 1, alors que l'autre extrémité a une seconde ouverture rectangulaire appariée à la forme de chacun des ventilateurs 57. Les boîtes 55 sont en correspondance un-à-un avec les bottiers 1. Chaque châssis 56 de support de ventilateur, en forme de plaquette, est disposé à un inter- valle prédéterminé des surfaces des deux plaques 2 correspon- dantes, Chaque botte 55 est montée sur le châssis 56 de façon que sa première ouverture soit en regard du radiateur 51 correspondant. Chaque chassis 56 comporte des ouvertures, chacune appariée à la forme de la seconde ouverture de chaque boîte 55. Les ventilateurs 57 sont montés de façon à recouvrir 5. les ouvertures des châssis 56, respectivement. Ainsi, cha- que ventilateur 57 est prévu à une extrémité de la boite 55 correspondante via le châssis 56. En d'autres termes, cha- que boite 55 forme un canal d'air que traverse l'air de refroidissement lorsqu'il se dirige de la surface du ra- diateur correspondant vers le ventilateur correspondant. Les éléments de conduite 58 sont montés sur les chassis 56 de manière & recouvrir totalement le côté arriè- re de chaque ventilateur 57, respectivement. Chaque élémen- 58 et le châssis 56 correspondant constituent une conduite d'échappement 59 dont le sommet est ouvert. Chaque radiateur de chaleur 51 a la forme de pla- ques de manière à avoir une aire prédéterminée et réduire la pression d'écoulement de l'air. Les ventilateurs 57 aspirent l'air se trouvant dans le voisinage des radiateurs 51 pour l'introduire dans les conduites d'échappement 59 via les boites à ventilateur 55. Lorsque les ventilateurs 57 sont en marche, la pression régnant à l'intérieur de la boite 55 correspondante se trouve réduite. Il en résulte que de l'air de refroidissement introduit à partir du fond du coffret 54 est aspiré par l'intermédiaire du voisinage des radiateurs 51 pour être introduit dans les boites 55 et, après augmentation de sa pression par les ventilateurs 57, sort du coffret 54 en passant par les ouvertures supérieures des conduites 59. Ici, étant donné que le volume.de l'espace en- tourant chaque radiateur 51 est relativement grand et que la perte de pression entre l'ouverture inférieure du cof- fret 54 et chaque radiateur est suffisamment faible, les températures de l'air fourni aux radiateurs 51 peuvent être sensiblement égalisées en procédant à un choix approprié de la longueur de chaque boîte 55, de façon que les conditions de refroidissement de tous les bottiers 1 soient rendues sensiblement uniformes. Ainsi, contrairement à l'art an- térieur, l'air de refroidissement fourni à un radiateur n'est pas chauffé par les autres radiateurs. En d'autres termes les radiateurs 51 peuvent être effectivement refroidis par 6. de l'air à basse température. Il en résulte que, dans le cas o le débit d'air est égal à celui de l'art antérieur, on peut obtenir un refroidissement convenable, même si les caractéristiques calorifiques des boîtiers 1 augmentent. D'autre part, dans le cas oh les caractéristiques calorifiques des boîtiers 1 sont égales à celles de l'art antérieur, on peut réduire le débit de l'air, de sorte qu'on peut employer des venti- lateurs plus petits, moins bruyants. Comme les ventilateurs 57 servant au refroidis- sement.des bottiers 1 sont disposés en regard de ces bottiers, on peut monter les modules 4 de façon qu'ils soient proches les uns des autres dans le même plan, ce qui se traduit par la.réduction des distances des connexions électriques entre les bottiers 1 des différents modules. En outre, comme les connexions électriques entre les bottiers 1 des modules 4 opposés sont effectuées à l'intérieur du chassis 5 par les câbles assemblés 6, on peut choisir les distances entre ces connexions.de manière à ce qu'elles soient le plus court pos- sible, respectivement. Pour ces raisons, on peut notablement réduire, dans ce mode de réalisation, les retards de propa- gation des signaux entre les bottiers 1. En outre, comme les bottiers 1 et les ventilateurs 57 sont en correspondance un-à-un, chaque bottier et chaque ventilateur peuvent être fixes ou être démontés indépendam- ment des autres, de sorte que les bottiers 1 et les venti- lateurs 57 peuvant être plus facilement soumis à des opéra- tions d'entretien et, le cas échéant, changes. Bien que dans ce mode de réalisation les ventila- teurs 57 soient montés à une extrémité des bottes via les chassis 56 de support de ventilateur, respectivement, la présente invention n'est pas limitée à cette disposition des ventilateurs 57. Par exemple, le ventilateur et la botte à ventilateur peuvent être intégrés de manière à être situés sur le côté de la conduite d'échappement 59,. On décrira maintenant un second mode de réalisa- tion préféré de la présente invention en se référant aux -2577102 7? figures 7 et 8. Dans ce mode de réalisation, les bottes à ven- tilateurs ont une forme différente de celle du premier mode de réalisation. Une multitude de boites à 'ventilateur 75 est prévue à des intervalles prédéterminés à partir des sur- faces supérieures des plaques 2, respectivement. Ces boites ont la forme d'un caisson. Chaque boîte 75 forme une chambre à air 76 avec une multitude de ventilateurs 77. Sur la surface arrière de chaque botte 75 on a percé des ouver- tures circulaires 78, et sur la surface avant on a ménagé des ouvertures rectangulaires 79 qui sont opposées aux ra- diateurs de chaleur 51 des bottiers 1, respectivement. Des éléments de conduite 80 sont connectés aux ouvertures 79 des bottes 75, respectivement. Une extrémité de chaque élément 80 débouche dans le radiateur 51 du bottier 1 correspondant de manière à constituer un canal d'air 81 que traverse l'air de refroidissement entre le ra- diateur 51 et l'intérieur de la botte 75. Des éléments de conduite d'échappement 82 recouvrent complètement les sur- faces artière-des bottes 75, et forment des conduites d'échappement 83 que l'air traverse entre l'intérieur des bottes 75 et l'extérieur d'un coffret 74 en passant par les ouvertures 78, respectivement. Dans le mode de réalisation ainsi structure, les pressions régnant dans les chambres à air 76 sont réduites lorsque les ventilateurs 77 fonctionnent, de sorte que l'air de refroidissement introduit dans le coffret 74 par ses ouvertures inférieures est aspiré à partir du voisinage des radiateurs 51 pour entrer dans les chambres à air 76 en passant par les conduites 81 et, après augmentation de la pression par les ventilateurs 77, est refoulé à l'extérieur du coffret 74 en passant par les ouvertures supérieures des conduites d'échappement 83. Comme dans ce mode de réalisation les ventilateurs 77 sont montés à l'intérieur des.boOtes 75, le bruit à l'extérieur du coffret 74 peut être fàible en supprimant 8. celui des ventilateurs- 77 dans les bottes 75. Ce mode de réalisation comportant une multitude de ventilateurs 77 dans chaque botte 75, si on choisit la capacité et le nombre de ventilateurs 77 de manière à obtenir un débit global plus que suffisant, même en cas de mauvais fonctionnement de l'un d'entre eux, le module 4 correspondant continuera à ttre suffisamment refroidi. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'etre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifica- tions qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVEND ICATIONS 1 - Structure de montage pour modules à circuits électroniques, caractérisée en ce qu'elle comprend: une multitude de modules (4) de circuits électro- niques comportant chacun un panneau arrière (2), une multi- tude de composants électroniques (1) dégageant de la chaleur, présentant chacun un radiateur de chaleur (51) pour le rayonnement de la chaleur et montés sur une surface du pan- neau arrière, et une multitude de premiers connecteurs (7) montés sur l'autre surface du panneau arrière; un châssis (5) comportant une multitude de pre- miers trous et une structure intérieure creuse pour le mon- tage de la multitude de modules; une multitude de câbles assemblés (6), chacun ayant à ses deux extrémités des seconds connecteurs (11) accouplés à l'un des premiers connecteurs par l'intermédiai- re d'un trou de la multitude des premiers trous, pour con- nexion des premiers connecteurs à l'intérieur du châssis; et un moyen de montage de la multitude de modules sur le châssis. 2 - Structure de montage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de montage est constitué d'une multitude de seconds trous (15) ménagés dans le panneau arrière et d'une multitude d'axes de guidage (8) formés sur le châssis en correspondance un-à-un avec la multitude de seconds trous (15). 3 - Structure de montage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le châssis est monté à l'intérieur d'un coffret (54). 4 - Structure de montage selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: un moyen de rayonnement de la chaleur (55;80) qui comporte des ouvertures opposées aux radiateurs de chaleur (51) dans une correspondance un-à-un; et des ventilateurs (57;77) pour aspirer l'air situé dans le voisinage des radiateurs 10. de chaleur pour l'introduire à l'intérieur du moyen rayonnant la chaleur par passage dans les ouvertures. - Structure de montage selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: un moyen d'échappement (59;83) pour guider l'air aspir5 par le moyen rayonnant la chaleur afin de le faire sortir du coffret. 6 - Structure de montage selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: au moins une boîte (55;75) à ventilateur dans le voisinage de chacun des modules des circuits électroniques. 7 - Structure de montage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la boîte à ventilateur présente au moins une ouverture en regard du module correspondant et au moins un ventilateur pour aspirer l'air.