Brevet FR2650146A1 — publié le 19910125

CARTE ELECTRONIQUE A REFROIDISSEMENT PAR CONDUCTION THERMIQUE, COMPATIBLE AU PORMAT DOUBLE EUROPE, Er BAC A CARTES DESTINE A RECEVOIR DE TELLES CARTES L'invention concerne une carte électronique, à refroidissement par conduction thermique, compatible au format Double Europe et un bac à cartes destiné à recevoir de telles cartes. Une méthode pour évacuer la chaleur des cartes électroniques, notamment des cartes au format Double Europe, c'est à-dire de dimensions de 233,35 mm x 169,5 mm, consiste à connecter celles-ci à des ventilateurs. Cependant, l'intégration des composants augmentant, le refroidissement par convection n'est pas suffisant. Pour les cartes électroniques à grande densité de composànts, cartes utilisant des composants montés en surface, CMS (en anglo-saxon "chip carrier"), une meilleure dissipation thermique est obtenue en refroidissant les cartes par conduction thermique. Dans cette technologie CMS, qui se prête bien au double face, les composants sont soudés par report à plat, sur un substrat en céramique, ou en verre epoxy, stabilisé. Le refroidissement est obtenu à l'aide d'un drain thermique, par exemple en cuivre ou on aluminium, placé entre deux substrats supportant les composants CMS. Cette technologie est séduisante par son gain de volume, mais elle est d'un coût élevé et de plus, la technique du report à plat est mal maîtrisée car les matériaux constituant le drain et les substrats sont différents, ce qui entraîne le relâchement des soudures. Conte pour la technologie CMS, pour améliorer le refroidissement des cartes électroniques au format Double Europe équipées de composants électroniques classiques à piquer, il est également connu de munir ces cartes électroniques d'un drain thermique et de les refroidir par conduction thermique. Cependant, les guide-cartes utilisés pour maintenir ces cartes en place dans le bac à cartes - étant des guide-cartes à coins, la surface d'implantation des composants électroniques est fortement réduite par rapport aux cartes Double-Europe à convection. Les cartes convectives et à drain ne sont donc pas identiques. Par ailleurs, la force d'appui des guide-cartes à coins sur les cartes électroniques est relativement faible. Pour pallier ces inconvénients, refroidissement insuffisant pour les cartes au format Double Europe, cartes à convection et à conduction différentes, et coût trop élevé de la technologie CMS, l'invention consiste à utiliser une carte équipée de composants électroniques à piquer et un bac à cartes au format standard Double Europe adaptés à un refroidissement par conduction thermique, en restant le plus proche possible des normes Double Europe existantes. Notamment, la carte supporte les connecteurs "DIN 2 fois 96 points" nécessaires aux connexions d'un bus standard VME; la carte est compatible avec les bacs à cartes à convection standard; l'implantation des composants est identique en convection sans drain et en conduction avec drain. A cet effet, l'invention propose une carte électronique à refroidissement par conduction thermique destinée à être insérée dans des guide-cartes du type à came prisonnière entre un talon et une lame ressort, comportant un circuit imprimé sur lequel sont soudés des composants électroniques, et un drain thermique métallique, caractérisée en ce que - la carte électronique est au format Double Europe - le drain thermique s'étend d'une part sur la surface du circuit imprimé, entre ce circuit et les composants électroniques et d'autre part dans le prolongement du circuit imprimé aux extrémités parallèles à la plus petite dimension de la carte destinées à être insérées dans les guide-cartes, les extrémités de la carte perpendiculaires à la plus petite dimension de la carte ne comportant que le circuit imprimé, et la - continuité du drain étant assurée, entre sa partie centrale et ses extrémités destinées à être insérées dans des guide-cartes. Cette structure de carte est telle que les dimensions du circuit imprimé sont optimisées par l'utilisation de guidecartes à came correspondants, seulement modifiés par un allongement du talon. L'invention concerne aussi un bac à cartes destiné à recevoir de telles cartes électroniques comportant des plaques froides métalliques à rainures disposées face à face à une dis - tance prédéterminée de façon que les rainures soient en regard deux A deux et servent de glissières aux cartes électroniques, chaque carte étant plaquée contre l'un des flancs de deux rainures en vis-à-vis à l'aide de guide-cartes à came, caractérisé en ce que - chaque rainure des plaques froides est usinée de façon à présenter un chanfrein sur toute sa longueur, et permettre le passage de connecteurs DIN - chaque rainure est également usinée en face avant de façon à ménager un retrait pour loger des vis de fixatl'on permettant de fixer des plaques avant sur chaque carte électronique - chaque plaque avant métallique est en outre fixée à deux plaques froides en vis-à-vis - les guide-cartes à came sont modifiés par rapport aux guidecartes standards par un allongement du talon. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1 : une vue partielle, en coupe, d'une carte électronique au format Double Europe standard, positionnée dans un guide-carte standard, selon l'art antérieur - la figure 2 : une vue partielle, en coupe, d'une carte électronique munie d'un drain thermique, au format Double Europe, positionnée dans un guide-cartes standard, selon un premier mode de réalisation de l'invention ;. - la figure 3 : une vue partielle, en coupe, d'une carte électronique munie d'un drain, au format Double Europe, positionnée dans un guide-cartes modifié, selon un deuxième mode de réallsa- tion de l'invention - la figure 4 : une vue de face d'un circuit imprimé, selon l'invention - la figure 5 : une vue de face d'une carte électronique, selon l'invention; - la figure 6: une vue partielle, en coupe, de la face avant inférieure d'un bac à cartes, selon l'invention - la figure 7 : une vue en coupe, dans un plan perpendiculaire à la plaque avant, d'une carte électronique dans un bac à cartes, selon l'invention. La figure 1 représente une vue partielle en coupe, dans un plan perpendiculaire à la carte et selon une direction parallèle à la plus grande dimension de la carte, d'une carte électronique positionnée dans un guide-cartes standard, selon l'art antérieur. Cette carte électronique au format Double Europe standard, 10, est constituée d'un circuit imprimé, 11, sur lequel sont soudés des composants électroniques, tels que 12. Deux côtés opposés de cette carte électronique, 10, sont respectivement glissés dans deux glissières thermiques, ou guide-cartes, métalliques, tels que 20, en regard, ces deux guide-cartes étant eux-mêmes respectivement positionnés dans deux plaques froides métalliques à rainures, telles que 30, se faisant face: Ces plaques froides servent à évacuer les calories produites par le fonctionnement des circuits électroniques et peuvent comporter, par exemple, un conduit faisant circuler un fluide caloporteur tel que l'eau ou l'air, comme le décrit le brevet n0 8816213 déposé au nom de la Demanderesse. La figure 2 représente une vue partielle en coupe, dans un plan perpendiculaire à la carte et selon une direction parallèle à la plus grande dimension de cette carte, d'une carte électronique munie d'un drain thermique au format Double Europe positionnée dans un guide-cartes standard, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Une solution pour améliorer le refroidissement des cartes électroniques au format Double Europo consiste à munir la carte électronique, 10, d'un drain thermique métallIque, 4io, au format Double Europe, disposé entre le circuit imprimé, II, et les composants électroniques, 12, de façon à ce que l'évacuation thermique des calories produites par ces composants s'effectue efficacement.La partie centrale de la carte, 10, est composée du circuit imprimé, 11, muni du drain thermique, 40, alors que les extrémités de la carte insérées dans les guide-cartes, 20, ne comportent que le drain, 40, celui-ci étant dans le prolongement du circuit imprimé, 11, et sur le même plan La continuité du drain, 40, entre sa partie centrale' et ses parties prolongeant les extrémités de la carte, 10, est réalisée en prolongeant le drain de la partie centrale de la carte au-dessus du drain de chacune des parties extrêmes de la carte sur une longueur de l'ordre de grandeur de l'épaisseur du circuit imprimé, 11. L'épaisseur du drain, 40, est choisie de préférence égale à l'épaisseur du circuit imprimé, 11, pour que la carte électronique à drain puisse également être insérée dans les bacs à cartes au format Double Europe à convection.Le guide-cartes, 20, choisi est standard et du type de ceux fabriqués par SOCAPEX ou SOURIAU. Il comporte un talon, 21, à section sensiblement équerre, une lame ressort, 22, solldaire du talon, 21, et une came, 23, retenue prisonnière entre le talon et la lame ressort. La came, 23, permet d'écarter plus ou moins, selon Sa position, les parties de la lame ressort, 22, et du talon, 21, entre lesquelles elle est interposée. Les emplacements des connecteurs DIN, 24, sont figurés en pointillés. La partie centrale de la carte, 10, correspond à la surface disponible pour l'implantation des composants 12. Les dimensions de cette partie centrale sont limitées par le talon, 21, des guide-cartes, 20. Ce mode de réalisation impose une surface dtimplanta- tion des composants électroniques, 12, trop réduite par rapport à la surface total#e de la carte et par rapport au format Double Europe à convection et ne permet pas l'utilisation des connecteurs DIN. La figure 3 représente une vue partielle, en coupe, d'une carte électronique munie d'un drain thermique au format Double Europe standard positionnée dans un guide-cartes modifié, selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention. Par rapport à la solution précédente présentée par la figure 2, cette solution consiste à modifier le guide-cartes, 20, pour que la surface d'implantation des composants électroniques, 12, soit peu réduite (par exemple 2 fois 3 mm sur la figure 3) par rapport à la surface totale de la carte et par rapport au format Double Europe à convection, et pour que la hauteur du bac à cartes augmente peu (par exemple + 6 mm) par rapport au format Double Europe standard à convection.Les dimensions du circuit imprimé sont optimisées par ltutilisation de guide-cartes, 20, adaptés des guide-cartes standards à came par un allongement du talon, 21, de façon à ce que les extrémités de la carte, parallèles à la plus petite dimension de la carte et destinées à être insérées dans les guide-cartes aient les dimensions juste nécessaires pour que la carte soit bien fixée dans les guide-cartes et pour que les dimensions du circuit imprimé soient suffisantes pour permettre l'utilisation des connecteurs DIN. La figure 4 représente une vue de face d'un circuit imprimé selon l'invention. Sur cette figure, différents trous, destinés à loger des vis de fixation, sont représentés. La figure 5 représente une vue de face d'une carte électronique au format Double Europe, selon l'invention. La carte électronique de dimensions 233, 35mm x 169, 5mm comprend une partie centrale, par exemple rectangulaire, dans laquelle le circuit imprimé, 11, est muni d'un drain thermique métallique, 40 ; de part et d'autre de cette partie centrale les extrémités de la carte parallèles à la plus petite dimension de la carte, destinées à être insérées dans les guide-cartes, ne comportent que le drain, 40, afin de réaliser un bon échange thermique par l'intermédiaire des guide-cartes ; quant aux extrémités perpendiculaires à la plus petite dimension de la carte, elles ne comportent que le circuit imprimé, il, sur lequel sont fixés, d'une part les connecteurs DIN, 24, pour l'extrémité destinée à être placée en face arrière dans le bac à cartes, et d'autre part une plaque avant métallique, 34, destinée à raidir la carte électronique pour l'extrémité destinée à être placée en face avant dans le bac à cartes. La figure 6 représente une vue partielle, en coupe, de la face avant inférieure d'un bac à cartes, selon l'invention. La partie supérieure du bac à cartes, non représentée, est identique à la partie inférieure. Ce bac à cartes comporte, dans ses parties inférieure et supérieure, une plique froide métallique, 30, à rainures, chaque rainure étant usinée de manière à présenter un chanfrein, 31, sur toute sa longueur et permettre le passage de deux connecteurs "DIN 2 fois 96 points" (référence 24 sur la figure 5). Dans chaque rainure est insérée une. glissière thermique òu guide-cartes, 20, permettant de plaquer les cartes électroniques, 10, contre l'un des flancs de la rainure. Chaque rainure est également usinée en face avant de façon à ménager un retrait, 32, nécessaire pour loger des vis de fixation, telles que 33, permettant de fixer une plaque avant métallique, 34, devant chaque carte électronique et perpendiculairement à celleci. Cette plaque avant, 34, destinée à raidir la carte est constitube d'une partie plane, 35, de longueur égale à la hauteur du bac à cartes et de largeur inférieure à la distance séparant deux rainures d'une manie plaque froide, cette partie plane, 35, représentant sur sa face destinée à être placée devant la carte, des parties, par exemple parallèlépipédiques, telles que 36, solidaires de cette partie plane, 35, destinées à recevoir les vis de fixation, telles que 33. La plaque avant, 34, est également fixée sur la plaque froide, 30, au moyen d'une molette, 37, vissée dans un trou taraudé pratiqué dans la plaque froide comme représenté sur la figure 7 qui montre une vue en coupe, dans le plan perpendiculaire à la face avant, d'une carte électronique dans un bac à cartes. La fixation de la plaque avant, 34, sur la plaque froide, 30, doit permettre un Jeu latéral, 39, lorsque la came du guide-cartes, 20, est actionnée pour appliquer le drain, 40, sur le flanc de la rainure de la plaque froide. Pour cela, la 'molette, 37, est munie d'une collerette, 38, afin de laisser un jeu latéral, 39 entre la plaque avant 34 et la plaque froide 30. Un trou oblong est pratiqué dans la plaque avant pour loger la collerette, 38. L'invention ainsi décrite permet d'obtenir des cartes à drain compatibles au format Double Europe pouvant être utilisés en bac à conduction ou en bac à convection standard. Elle permet également l'emploi des connecteurs DIN et par suite l'emploi d'un bus standard VME. Par ailleurs, l'implantation des composants peut être réalisée de façon identique pour les cartes à convection sans drain et les cartes à conduction avec drain. Enfin, elle permet de créer des cartes convectives avec drain facilitant le refroidissement et permettant ainsi l'emploi de composants à température de fonctionnement plus faible. La description ne se limite pas aux exemples précisément décrits. En particulier, l'épaisseur du drain peut être différente de l'épaisseur du circuit imprimé, seules les extrémités de la carte destinées à être insérées dans les guide-cartes doivent avoir une épaisseur égale à celle du circuit imprimé pour que la carte soit compatible avec les bacs à cartes standards à convection. BFNENDICATIONS 1. Carte électronique å refroidissement par conduction thermique, destinée à être insérée dans des guide-cartes du type à came prisonnière entre un talon et une lame ressort, comportant un circuit imprimé (11) sur lequel sont soudés des composants électroniques (12), et un drain thermique métallique (40), caractérisée en ce que - la carte électronique (10) est au format Double Europe - le drain thermique (40) s'étend d'une part sur la surface du circuit imprimé, entre ce circuit (11) et les composants électroniques (la) et d'autre part dans le prolongement du circuit imprimé aux extrémités parallèles à la plus petite dimension de la carte (10) et destinées à être insérées dans les guide-cartes (20), les extrémités de la carte perpendiculaires à la plus petite dimension de la carte (10) ne comportant que le circuit imprimé (11) et la continuité du drain (40) étant assurée entre sa partie centrale et ses extrémités destinées à être insérées dans des guide-ca#:tes (20). 2. Carte électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur du drain thermique (40) dans les parties extrémes de la carte (10) destinées à être insérées dans les guide-cartes est égale à l'épaisseur du circuit imprimé (11), pour que la carte (10) soit compatible avec les bacs à convection au standard Double Europe. 3. Carte électronique selon l'une quelconque des reven dlcatlons 1 et 2, caractérisée en ce qu'une plaque avant métallique (34) est fixée sur le bord latéral de la carte destiné à être positionné en face avant du bac à cartes. 4.- Bac å cartes électroniques destiné à recevoir des cartes électroniques selon l'une quelconque des revendications précédentes > comportant des plaques froides métalliques à rainures (30) disposées face à face à une distance donnée de façon que les rainures soient en regard deux à deux et servent de glissières aux cartes électroniques, chaque carte étant plaquée contre l'un des flancs de deux rainures en vis-à-vis à l'aide de guide-cartes à came, caractérisé en ce que - chaque rainure des plaques froides (30) est usinée de façon à présenter un chanfrein (31) sur toute sa longueur et à permettre le passage de connecteurs DIN ~ - chaque rainure est également usinée côté face avant de façon à ménager un retrait (32) pour loger des vis de fixation (33) permettant de fixer des plaques avant (34) sur chaque carte électronique (in) ~ - chaque plaque avant métallique (34) est en outre fixée aux deux plaques froides (30) en vis-à-vis - les guide-cartes à came (20) sont modifiés par rapport aux guide-cartes standards par un allongement du talon (21). 5. Bac à cartes électroniques selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque avant métallique (34) est fixée sur les plaques froides (30) au moyen d'une molette (37) vissée dans un trou taraudé pratiqué dans chaque plaque froide (30) du bac à cartes. 6. Bac à cartes selon la revendication 5, caractérisé en ce que la molette (37) est munie d'une collerette (38) afin de laisser un Jeu latéral (39) lorsque la came du guide-cartes (20) est actionnée.