Brevet FR2580136A1 — publié le 19861010

"Système électronique constitué de modules empilables". La présente invention concerne un système constitué de modules électroniques attachés les uns aux autres formant ainsi une pile pouvant comporter toutes sortes de modules fonctionnel- lement différents interconnectés électriquement pour transmettre des signaux entre eux ainsi que vers l'extérieur, chaque module comprenant un circuit électrique constitué de composants câblés sur un support plat imprimé, ladite pile étant par exemple fi- xée à une carte de circuit imprimé dite carte mère. De tels mo- dules sont utilisés en électronique lorsque les systèmes doivent être adaptés facilement de façon à satisfaire des besoins spé- ciaux de l'utilisateur, doivent pouvoir être augmentés en fonc- tion des besoins variables de l'utilisateur et doivent pouvoir être modifiés facilement. Un tel système est connu du brevet français n 2 535 931. Un système du même genre est également décrit dans un article du ler janvier 1985 de la revue "Electronics week" pages 97, 98, intitulé "Domino-like modules build computers", et re- présenté par la photographie qui accompagne cet article. Ces systèmes sont basés sur l'emploi de broches et de douilles qui sont relativement coûteuses; de plus le montage de ces douilles sur les circuits ne peut être réalisé en même temps que celui d'autres composants à montage en surface (CMS) ce qui accroît le coût de fabrication des circuits. En outre les douilles et bro- ches assurent simultanément la connexion électrique et la fixa- tion mécanique, à moins que l'on utilise des moyens mécaniques du genre tige filetée et écrou, tels que les montre la photogra- phie citée plus haut, et qui doivent être adaptés à chaque con- figuration. L'invention se propose de fournir un mode de réalisa- tion d'un tel système dans lequel on utilise des circuits tels que des circuits imprimés ou des substrats dits hybrides à cou- ches épaisses ou à couches minces, sur lesquels la totalité des composants utilisés peuvent être montés en une seule passe selon -2- une technologie standard. L'invention fournit des boîtiers spécialement adaptés à la tenue mécanique des circuits et à leur interconnexion et qui autorisent le maximum d'interchangeabilité, de densité, de modularité, et permettent une grande souplesse en ce qui concer- ne les entrées/sorties spécifiques de chaque circuit et la puissance qu'ils peuvent dissiper. L'invention est basée sur l'idée d'apporter des moyens de contacts extérieurs au circuit et de regrouper les circuits et lesdits moyens de contact dans des boîtiers qui en assurent le positionnement réciproque. Le système selon l'invention est notamment remarquable en ce que ledit support étant rectangulaire et muni de plages de contact le long d'au moins un de ses cotés, à chaque plage de contact sur une face du support correspond une plage située en vis à vis sur l'autre face et qui lui est électriquement reliée, en ce que chaque circuit est placé dans un boitier isolant plat muni de moyens pour maintenir à la fois le circuit et une plura- lité de conducteurs électriques indépendants du circuit, un con- ducteur électrique correspondant à chaque fois à une plage du support et étant pressé contre elle, le boîtier laissant dépas- ser au travers d'une première face lesdits conducteurs électri- ques et laissant apparaître, au travers d'ouvertures situées sur sa deuxième face, certaines plages du support, lesdits boîtiers étant tous mécaniquement identiques et pourvus de moyens d'ac- crochage entre eux, et en ce que des contacts sont assurés au moyen desdits conducteurs entre les plages d'un circuit plac4 dans un boîtier et celles d'un autre circuit placé dans un autre boîtier, plages qui sont elles-même en vis à vis lorsque les boîtiers sont attachés. Ladite pluralité de conducteurs électriques est avan- tageusement constituée par des lamelles élastiques en matériau électriquement conducteur isolées les unes des autres et tenues ensemble alignées par une barrette isolante, le boîtier compor- tant un logement pour maintenir en position ladite barrette iso- lante avec ses conducteurs. -3- Chaque boîtier est avantageusement construit en deux parties dont l'une comporte un logement en forme de fente pour la barrette et ses lamelles élastiques et l'autre supporte le circuit électrique et comporte des orifices au travers desquels on peut accéder aux plages dudit circuit. Selon un mode de réalisation particulier o au moins un circuit est muni d'une plaque-radiateur, cette plaque dépasse à l'extérieur du circuit d'un côté qui ne comporte pas de plages de contact, et les boîtiers sont munis d'un orifice en corres- pondance avec cette plaque pour la laisser dépasser à l'exté- rieur. Selon un autre mode de réalisation particulier o au moins un circuit émet ou reçoit certains signaux exclusive- ment vers l'extérieur, ou de l'extérieur, le support comporte des connexions le long d'un côté qui ne sert ni au refroidisse- ment ni au contact vers les autres modules via les susdits con- ducteurs, et les boîtiers comportent une ouverture en correspon- dance avec ce côté pour permettre l'introduction d'un connec- teur. Dans tous les modes de réalisation, lesdits moyens d'accrochage entre eux des bottiers sont avantageusement consti- tués par des ensembles de crochets mâles et femelles tous por- tés par une même partie du boîtier et conçus de façon que les crochets mâles s'assemblent dans les crochets femelles d'un boi- tier adjacent et les crochets femelles s'assemblent avec les crochets males d'un autre bottier adjacent. L'invention concerne en particulier un système à usage industriel muni d'un micro-processeur, remarquable en ce que son unité centrale, ses modules de mémoire, ses interfaces de liai- son entrée/sortie sont constitués chacun par un module selon l'une des revendications précédentes. La description qui va suivre en regard des dessins an- nexés decrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente vu en perspective, un module électronique selon l'invention. -4 - La figure 2 représente une vue éclatée d'un module se- ion la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne A de la figure 2 d'un empilage de deux modules et la figure 4 représente une autre vue en coupe du même empilage de modules. Le module de la figure 1 est conçu pour être superposé à d'autres modules mécaniquement identiques de manière à former une pile pouvant comporter toutes sortes de-modules fonctionnel- lement différents. Les différents modules sont interconnectés électrique- ment entre eux pour transmettre des signaux. La transmission des signaux entre modules adjacents se fait par l'intermédiaire de lamelles métalliques 7 qui dépassent à l'extérieur du module au travers d'une fente 14. Pour accrocher les modules les uns aux autres, des crochets 4 sont prévus ainsi que des orifices d'ac- crochage 25. Le module de la figure 1 est constitué par une boî- te plate 1 en matériau isolant qui comporte les orifices 14 en forme de fente et un couvercle 2 également en matériau isolant qui supporte à l'intérieur du module le circuit électrique. Le couvercle est lui-même assemblé à la boîte au moyen de crochets qui entrent dans les orifices 8. L'ensemble d'un em- pilage de tels modules-est conçu pour être lui-même fixé à une plaque de circuit imprimé dite "carte mère" avec laquelle des contacts sont obtenus au moyen des mêmes lamelles métalliques 7 qui entrent en contact avec les plages de la carte mère de cir- cuit imprimé. Des bossages 15 sont prévus dans la boite 1 afin d'assurer un écartement approprié entre la carte mère et la boî- te et également d'assurer le positionnement relatif des lamelles 7 de la boite et des plages afférentes de la carte mère. Par rapport à un empilage qui serait placé au dessus d'une carte mè- re, le module de la figure 1 est représenté la tête en bas pour faire voir les lamelles métalliques 7. La figure 2 représente une vue éclatée d'un module selon l'invention. A partir du bas de la figure 2 sont représentés successivement un couvercle 2, un circuit électronique constitué de composants 22 câblés sur un support plat imprimé 19, puis une barette 10 munie de lamelles -5- métalliques de contact 7 constituant une pluralité de conduc- teurs électriques indépendants du circuit. Pour simplifier le dessin, quatre lamelles ont été représentées mais il est bien évident que la barrette en est pourvue sur toute sa longueur. O5 Une boite 1 est enfin représentée. L'ensemble de ces composants est représenté, ici encore, la tête en bas pour s'accorder avec la figure 1. Le support 19 rectangulaire est muni de plages de contact 28 le long de ses deux grands côtés et à chaque plage de contact sur une face du support correspond une plage située en vis à vis sur l'autre face. Sur la figure 2 ces plages sont électriquement reliées par des cavaliers 20 qui sont avantageu- sement du type employé pour les connexions des circuits cérami- ques à couches épaisses, connexions fournies en bande par un certain nombre de fabricants. Cette technique d'interconnexion entre faces est employée avantageusement lorsque le support 19 est un substrat de céramique par exemple à couches épaisses. Si ce support 19 est un circuit imprimé, les plages en vis à vis peuvent être réunies par un trou métallisé qui peut être situé par exemple en bordure de ces plages. Le support 19 peut par exemple avantageusement être collé sur le couvercle 2. Ce couvercle est muni d'ouvertures 3 au travers desquelles certaines plages du support 19 peuvent être accessibles à partir de l'extérieur du module c'est-à-dire, sur la figure 2, à partir du dessous du couvercle 2. Le couver- cle est muni de quatre crochets 9 qui pénètrent dans les orifi- ces 8 de la boite i afin de fixer ensemble le couvercle et la boite. La boite est elle même munie de six crochets 4 destinés à accrocher entre eux le module représenté et un module voisin pour former un empilage. Les crochets 4 "mâles" pénètrent au travers des orifices 5 du couvercle du module adjacent et dans des orifices d'accrochage 25 de la boite adjacente, orifices qui contiennent à l'intérieur un crochet complémentaire ("femelle") coopérant avec le crochet 4. (Une partie des orifices 25, débou- chant sur la face opposée à celle par o pénètrent les crochets 4, est visible sur la figure 1). La boite 1 est munie de fentes 14 dans lesquelles la barrette 10 est positionnée. Cette barret- -6- te 10 supporte une pluralité de conducteurs électriques 7 cons- titués par des lamelles élastiques en matériau électriquement conducteur isolées les unes des autres et tenues ensemble ali- gnées par la barrette. La pluralité de lamelles élastiques est amenée lors de la constitution de la barrette sous forme d'une bande continue 18 portant les conducteurs 7. Ces derniers sont fixés à la barrette puis une machine supprime la bande 18 et les liaisons entre cette bande et les lamelles 7. Lorsque la barette est montée dans la fente 14, que le support 19 est monté dans le couvercle 2, et que ce dernier est enfin assemblé avec la boite 1, les conducteurs constitués de lamelles élastiques 7 sont cha- cun en correspondance avec une plage du support 19 et en contact électrique avec elle. Ce contact est assuré par un dimensionne- ment de l'ensemble qui amène les lamelles 7 à être pressées con- tre les plages 28. L'autre extrémité des lamelles (par rapport à celle qui est pressée contre les contacts 28)dépasse à l'exté- rieur de la boite 1, au travers des fentes 14 et peut pénétrer au travers des ouvertures 3 du couvercle d'un boîtier adjacent pour venir en contact avec les plages d'un support 19 contenu dans ce boîtier adjacent. Ainsi les contacts sont assurés au moyen des conducteurs 7 entre les plages d'un circuit placé dans un boîtier et celles d'un autre circuit placé dans un autre boî- tier, un conducteur correspondant chaque fois à une plage du support, et les plages étant en vis à vis d'un boîtier à l'autre lorsque les boîtiers sont attachés ensemble. Bien entendu l'exemple proposé par la figure 2 pourrait être inversé c'est-à- dire que le circuit électronique 19 pourrait être fixé dans la boite et la fente portant les barettes 10 pourraient être réali- sées dans le couvercle 1. Un côté du circuit du support 19 qui ne porte pas les plages 28 destinées à l'interconnexion des mo- dules entre eux peut être utilisé pour y placer des broches de connexion 21 qui dépassent à l'extérieur de la boîte et peuvent être mises en connexion avec un connecteur enfiché dans une ou- verture appropriée sur le côté de la boîte. Ce connecteur assure une communication seulement avec l'étage de module correspondant dans l'empilage. Par exemple dans un système informatique le bus - 7 - serait véhiculé par l'ensemble de connexions verticales d'un mo- dule à l'autre, assurées par les lamelles métalliques, et les entrées/sorties spécifiques à chaque étage seraient effectuées via les broches 21. Le couvercle 2 comporte une patte 6 munie d'un orifice qui vient sur le côté du connecteur lorsque ce der- nier est introduit autour des connexions 21 et coopère avec un crochet de ce connecteur pour le fixer au module. La figure 3 représente une coupe selon la ligne A in- diquée au niveau de la boite 1 de la figure 2. Sur la partie gauche de la figure 3, sont représentés les crochets 9 mention- nés plus haut qui permettent l'accrochage du couvercle 2 et de la boite 1. Les barrettes 10 sont représentées en coupe et la figure met en évidence la manière selon laquelle les lamelles 7 entrent en contact avec les cavaliers 20 portés par les bords des circuits céramique 19 (sur la partie droite de la figure) ou bien avec des plages reliées entre elles par un trou métalli- sé d'un circuit imprimé (sur la partie gauche de la figure). Un circuit imprimé sera choisi avec une épaisseur légèrement plus grande que celle du support céramique équivalent, pour compenser l'absence des cavaliers 20 dont l'épaisseur n'est pas négligea- ble et arriver à la même épaisseur totale entre les contacts en vis à vis. La figure montre également comment les lamelles 7 pé- nètrent au travers du couvercle 2 du module inférieur pour ve- nir être pressées contre les cavaliers ou les plages du circuit électronique de ce dernier, comment elles viennent également en pression contre la carte mère 26, et comment les plages du cir- cuit du module supérieur sont accessibles au travers d'orifices 3. Un couvercle 16 a été représenté dont le rôle secondaire est de fermer l'extrémité supérieure du module supérieur de l'empi- lage pour en protéger le circuit électronique. Sur la partie droite de la figure 3 qui n'est pas coupée au même niveau de la boîte que la partie gauche sont représentés les crochets 4 qui permettent un assemblage des modules entre eux et également subsidiairement du couvercle 16 et qui pénètrent au travers d'un orifice du couvercle 2 pour aller s'accrocher à la boite 1 voi- sine. Ces mêmes crochets servent aussi, dans le cas du module inférieur de l'empilage à accrocher l'empilage, à la carte mère 26. Fixés aux supports de circuit électronique sont représentés des composants 22A, B, C pour suggérer diverses possibilités de montage sur lesdits supports. En outre un plaque métallique 27 conductrice de la chaleur peut être fixée sous un tel support pour en évacuer les calories. La figure 4 représente une coupe selon la ligne 8 de la figure 3. Elle permet de bien comprendre comment le radiateur 27 dépasse à une extrémité du support 19, qui ne comporte pas de plage de contact, jusqu'à l'extérieur du bottier en passant par un orifice du boîtier. Cet orifice est le même que celui par le- quel on peut introduire le susdit connecteur enfiché sur le c5ôté de la boîte. Le radiateur peut être muni d'ailettes de refroi- dissement à l'extérieur du bottier. De même sont représentées à l'étage inférieur de l'empilement des broches de sortie 21, et un connecteur 30 est suggéré en pointillés ainsi que la patte 6 fixant ce connecteur en place. Le bottier 1 comporte avantageu- sement une mouluration 29 entourant l'orifice d'introduction du connecteur, bien visible sur les figures 1 et 2, et qui est des- tinée à entourer le connecteur 30 pour assurer son positionne- ment. Enfin sur la figure 4, apparaissent également les crochets 4 de fixation de l'empilage sur la carte mère 26 ainsi que le couvercle 16 fermant le haut de l'empilage. Sur la figure 3, il apparaît que les barrettes 10 sont maintenues dans des logements de la boite 1 et affleurent la fa- ce extérieure de la boite 1. Afin que la fente 14 qui occupe la plus grande partie de la longueur de la boite 1 ne provoque pas de faiblesse mécanique permettant è la partie de boite située à l'extérieur de la fente de se déformer par exemple par élargis- sement de la fente, des pontets 12 visibles sur les figures 1 et 2 enjambent le logement en forme de fente. Des évidements sont prévus dans les couvercles 2, en correspondance avec les pon- tets. L'évidement tel que représenté sur la figure 2, est cons- titué par l'ensemble de deux orifices d'accès (du type référencé 3) entre lesquels est situé l'évidement pour le pontet de la boîte adjacente, le tout formant un orifice 13. - 9 - Les modules selon l'invention sont utilisés avantageu- sement pour constituer un ensemble de micro-informatique muni d'un microprocesseur, son unité centrale étant montée dans un des modules, une mémoire dans un autre module, une interface d'entrée/sortie par exemple vers un terminal conversationnel ou vers un capteur ou un actionneur de machine étant située dans un module spécifique, et d'une manière générale chaque sous-ensem- ble fonctionnel étant constitué par un module distinct. Ainsi toute configuration peut être constituée à la demande et recon- figurée très facilement en assemblant des modules selon l'inven- tion. De préférence un outil, aisément imaginable par l'homme du métier, est utilisé pour libérer tous ensemble les crochets 4 d'un côté d'un module, afin de faciliter sa désolidarisation de l'ensemble. - 10 - REVENDICATIONS: 1. Système constitué de modules électroniques attachés les uns aux autres formant ainsi une pile pouvant comporter tou- tes sortes de modules fonctionnellement différents interconnec- tés électriquement pour transmettre des signaux entre eux ainsi que vers l'extérieur, chaque module comprenant un circuit élec- trique constitué de composants cêblés sur un support plat impri- mé rectangulaire et muni de plages de contact le long d'au moins un de ses côtés, caractérisé en ce qu'à chaque plage de contact sur une face du support correspond une plage située en vis à vis sur l'autre face et qui lui est électriquement reliée, en ce que chaque circuit est placé dans un boitier isolant plat muni de moyens pour maintenir à la fois le circuit et une pluralité de conducteurs électriques indépendants du circuit, un conducteur électrique correspondant à chaque fois à une plage du support et étant pressé contre elle, le bottier laissant dépasser au tra- vers d'une première face lesdits conducteurs électriques et laissant apparaître, au travers d'ouvertures situées sur sa deuxième face, certaines plages du support, lesdits boîtiers étant tous mécaniquement identiques et pourvus de moyens d'ac- crochage entre eux, et en ce que des contacts sont assurés au moyen desdits conducteurs entre les plages d'un circuit placé dans un boîtier et celles d'un autre circuit placé dans un autre boîtier, plages qui sont elles-mêmes en vis à vis lorsque les bottiers sont attachés. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité de conducteurs électriques est constituée par des lamelles élastiques en matériau électriquement conduc- teur isolées les unes des autres et tenues ensemble alignées par une barrette isolante, et en ce que le bottier comporte un loge- ment pour maintenir en position ladite barrette isolante avec ses conducteurs. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque boîtier est construit en deux parties dont l'une com- porte un logement en forme de fente pour la barrette et ses la- melles élastiques et l'autre supporte le circuit électrique et - 11 - comporte des orifices au travers desquels on peut accéder aux plages dudit circuit. 4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens d'accrochage entre eux des bottiers sont consti- e5 tués par des ensembles de crochets mâles et femelles tous portés par une même partie du boîtier et conçus de façon que les cro- chets mâles s'assemblent dans les crochets femelles d'un boîtier adjacent et les crochets femelles s'assemblent avec les crochets maies d'un autre boîtier adjacent. 5. -Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que la barrette dans son logement affleure une face extérieure du boîtier, celui-ci est muni de pontets en relief qui enjambent le logement en forme de fente, et en ce que l'autre face du bol- tier est munie d'évidements en correspondance pour y loger les- dits pontets du boftier adjacent. 6. Système selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes dans lequel au moins un circuit est muni d'une plaque conductrice de la chaleur, caractérisé en ce que cette plaque dépasse à l'extérieur du circuit d'un côté qui ne comporte pas de plages de contact, et en ce que les bottiers sont munis d'un orifice en correspondance avec cette plaque pour la laisser dé- passer à l'extérieur. 7. Système selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes dans lequel au moins un circuit émet ou reçoit certains signaux exclusivement vers l'extérieur, ou de l'extérieur, ca- ractérisé en ce que le support comporte des connexions le long d'un côté qui ne sert ni au refroidissement ni au contact vers les autres modules via les susdits conducteurs, et en ce que les bottiers comportent une ouverture en correspondance avec ce côté pour permettre l'introduction d'un connecteur. 8. Système selon la revendication 7 caractérisé en ce que les bottiers sont munis de moyens d'accrochage pour ledit con- necteur. 9. Système de microinformatique muni d'un microproces- seur,caractérisé en ce que son unité. centrale, ses modules de - 12 - mémoire, ses interfaces de liaison entrée/sortie, et d'une ma- nière générale ses sous-ensembles fonctionnels, sont constitués chacun par un module selon l'une des revendications précéden- tes.