Brevet FR2665047A1 — publié le 19920124

i Étuve de déverminage de modules électroniques La présente invention concerne une étuve permettant d'effectuer le déverminage ou burn-in de modules électroniques, c'est-à-dire l'opération consistant à faire fonctionner pendant un temps suffisant un lot de ces modules électroniques pour en éliminer ceux qui pré- sentent des défaillances précoces. Ce déverminage est réalisé sous contrainte thermique, de mani- ère à faire fonctionner les modules dans leurs conditions extrêmes de température de jonction, soit à température constante, soit en suivant des cycles thermiques prédéterminés. Jusqu'à présent, cette opération de déverminage des modules était réalisée en plaçant ceux-ci dans une étuve ventilée dont la tem- pérature était globalement régulée, de façon classique, par un dispo- sitif thermostatique. Cette manière de procéder de l'art antérieur avait cependant l'inconvénient de présenter une hétérogénéité importante de la tem- pérature dans le cas de modules ayant une dissipation propre impor- tante (au-delà de 10 W) Ainsi, les différents modules disposés dans l'étuve subissaient des contraintes thermiques variables, insuffisan- tes ou excessives selon le cas. Cet inconvénient est en outre accentué dans le cas d'un dévermi- nage dynamique, c'est-à-dire dans lequel on commence par faire fonctionner pendant une première période le module avec une dissipation modérée puis dans un second temps à dissipation maxi- male Compte tenu du fait que les modules n'ont pas tous été placés dans l'étuve au même moment, et n'ont donc pas commencé leur cycle de déverminage simultanément, on trouvera dans l'étuve à la fois des modules en régime de faible dissipation et d'autres en régime de forte dissipation, ce qui accentuera encore les écarts de température dans l'enceinte de l'étuve, ce qui va à l'encontre de la fonction première de celle-ci. Un des buts de l'invention est de proposer une étuve permettant, comme on souhaite le réaliser, d'effectuer le déverminage de lots importants de modules (plusieurs dizaines ou plusieurs centaines simultanément) tout en uniformisant la contrainte thermique subie par chacun des modules. Un autre but de l'invention est de proposer une structure d'étuve de déverminage qui permette de réguler individuellement la tempé- rature sur chaque module, afin que le déverminage de celui-ci ait lieu pour tous exactement dans les mêmes conditions. Essentiellement, le principe de l'invention consiste à plaquer sur le radiateur de refroidissement de chaque module un bloc chauffant lui-même pourvu d'un peigne mâle épousant la forme du radiateur du module, la face extérieure du bloc chauffant étant elle-même équipée d'un radiateur dont la capacité de dissipation est choisie, par construction, de manière à être toujours supérieure aux besoins du module. On pourra réaliser une régulation locale, module par module, qui ne soit pas dépendante de l'uniformité de température à l'intérieur de l'étuve. En effet, comme il y aura toujours régulation (qu'il faille apporter ou retirer de la chaleur au module), l'élément chauffant contrôlé compensera la quantité de chaleur plus ou moins importante que pourra dissiper le radiateur du bloc compte tenu de la température locale de l'ambiance dans laquelle il se trouve, c'est-à-dire de la tem- pérature locale de l'enceinte. Plus précisément, l'étuve de la présente invention permettant d'atteindre ces avantages comprend: un bloc dérivateur de chaleur, comportant: * un corps, conducteur de la chaleur, * des moyens de mise en contact de ce corps de bloc avec le radiateur du module, de manière à faire coopérer thermi- quement ceux-ci par la conduction résultant de ce contact, * des moyens de chauffage du corps de bloc, et * un radiateur de refroidissement, propre à dissiper de la chaleur du corps de bloc vers une ambiance extérieure, les dimensions et la géométrie de ce radiateur du bloc, ainsi que les conditions de température et de ventilation de ladite ambiance extérieure, étant choisies de manière à pouvoir extraire du bloc, par le radiateur de celui-ci, une quantité de chaleur supérieure à la quantité de chaleur dissipée par le radiateur du module, des moyens de mesure de la température du module, et des moyens de commande desdits moyens de chauffage, ces moyens opérant en réponse à un signal délivré par lesdits moyens de mesure de température de manière à apporter au bloc, par chauffage, une quantité de chaleur permettant, res- pectivement, d'apporter de la chaleur au module ou de lui en retirer, de manière à réguler la température individuelle du module considéré à une valeur de consigne donnée, respective- ment supérieure ou inférieure à celle que présenterait le module hors de contact avec le bloc dérivateur de chaleur. Avantageusement, lesdits moyens de mise en contact du corps de bloc avec le radiateur du module comprennent un peigne de confor- mation homologue de celle des ailettes du radiateur du module, et emboîté dans celles-ci, avec en outre des moyens sollicitant élasti- quement le peigne contre les ailettes du radiateur du module, de manière à assurer un contact par pression entre ces deux éléments. De préférence, lesdits moyens de chauffage du corps de bloc com- prennent une résistance plane en film déposée en surface du corps de bloc. Par ailleurs, chaque dissipateur contrôlable est avantageuse- ment réalisé sous forme d'une carte de circuit comportant, sur l'une de ses faces, le bloc dérivateur de chaleur recevant le module et, sur son autre face, les circuits électroniques d'alimentation, de régula- tion et de test, ces circuits comprenant lesdits circuits de mesure de la température du module, lesdits circuits de commande des moyens de chauffage et des circuits d'alimentation électrique contrôlée du module et de test de celui-ci. On peut alors prévoir une architecture en réseau, avec au moins un circuit multiplexeur relié à une pluralité desdits circuits électro- niques d'alimentation, de régulation et de test, chaque circuit multi- plexeur, gérant ainsi une pluralité de modules, étant lui-même relié à une unité de commande centralisée recevant des données en pro- venance de chaque module, ou émettant des données en direction de celui-ci, via le circuit multiplexeur associé à ce module. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront à la lecture de la description détaillée ci-dessous faite en réfé- rence aux dessins annexés sur lesquels les mêmes références numé- riques désignent des éléments identiques. La figure 1 est une vue en plan de l'un des alvéoles de l'enceinte recevant un module à déverminer. La figure 2 est une vue générale de face de l'enceinte selon l'invention, permettant le déverminage collectif d'un lot de 100 mo- dules. La figure 3 est une vue en élévation, en coupe selon III- III de la figure 2, de l'enceinte selon l'invention, montrant la circulation de l'air à l'intérieur de celle-ci. La figure 4 est une vue en plan, en coupe selon IV-IV de la figure 2, de cette même enceinte. La figure 5 montre la manière dont sont connectées ensemble, pour former un réseau, les différentes cartes électroniques utilisées par l'étuve de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'enceinte comporte une pluralité de logements formés dans la structure de l'enceinte, et équipés chacun d'un sous-ensemble, propre à chaque module à déverminer, comprenant un circuit 10 constitué d'une carte impri- mée 11 portant un support de module 12, de préférence un support à force d'insertion nulle, recevant le module à tester 13 proprement dit enfiché dans ce support; ce module comporte un radiateur de dissi- pation thermique 14. Le circuit 10 comporte en outre une carte de commande 15, assu- rant notamment l'interfaçage avec le réseau de transmission des données ainsi que la régulation, et une carte d'alimentation 16 pro- duisant et distribuant les diverses tensions nécessaires au fonction- nement du module Il est ainsi prévu un circuit 10 pour chacun des modules à tester. La régulation proprement dite est exécutée par un bloc 20 monté sur un support mobile 21, comprenant un peigne en alliage léger 22 épousant la forme des ailettes du radiateur 14 du module 13, une résistance 23 et un radiateur 24, pourvu d'ailettes 25 de dissipation extérieure (ce radiateur étant réalisé en un matériau bon conduc- teur de la chaleur tel que l'aluminium ou le cuivre). Le peigne 22, en contact avec le radiateur du module, et le radia- teur 24 du bloc doivent présenter entre eux la plus faible résistance thermique, et pour cette raison on choisit pour la résistance 23, qui est placée en position intercalaire entre ces deux éléments, une résistance très mince, typiquement une résistance déposée sur un film polyester thermoplastique et alimentée en basse tension. La plaque support 21 est articulée en 26 au bâti de l'étuve de manière à permettre l'accès au module pour la mise en place et le retrait de celuici il est en outre prévu un moyen élastique tel qu'une lame ressort 27 permettant de maintenir une légère pression du bloc 20 sur le module pour assurer un bon transfert thermique entre ces deux éléments La plaque support 21 est maintenue ouverte par un ressort de rappel 28 logé dans la charnière 26, ceci afin de ne pas gêner la mise en place et l'extraction des modules. Comme on peut le voir figures 2 à 4, il est prévu autant de loge- ments et sous-ensembles tels qu'illustrés figure 1 que de modules à tester, et le tout est par exemple rassemblé en une armoire recevant modules répartis en 10 rangées de 10 modules disposés en façade. Les radiateurs 25 des blocs de régulation des différents sous-en- sembles sont tous placés dans une enceinte fermée 30 définissant une ambiance ventilée dans la région 31 (figures 1, 3 et 4). Des portes transparentes 32 disposées devant les blocs de régula- tion canalisent verticalement une circulation forcée d'air destinée à évacuer la dissipation thermique des blocs de chauffage et des modules L'air frais est aspiré en partie basse en 33 par une série de ventilateurs 34 disposés en partie haute de chaque armoire et refou- lant l'air ambiant aspiré, réchauffé dans la conduite 31 au contact des radiateurs 25 des différents blocs de régulation, dans une gaine horizontale d'évacuation 35, elle-même raccordée à une gaine d'éva- cuation vers l'extérieur du local. On peut également prévoir une ventilation supplémentaire de la région 36 située en arrière des différents blocs de régulation, au moyen d'un ventilateur 37 situé en partie basse, ce qui permet éga- lement de refroidir les alimentations principales 38 de l'armoire. Le principe de régulation de la température des modules est le suivant: Lorsque la dissipation propre du module ne suffit pas à élever sa température de jonction jusqu'à la température de con- trainte (typiquement 1650 C), l'apport complémentaire de cha- leur est fourni par la résistance 23. En revanche, si la dissipation propre du module est telle qu'il faille refroidir celui-ci, la résistance 23 est utilisé comme dissi- pateur contrôlable, le radiateur du bloc étant capable d'ex- traire une quantité de chaleur supérieure à celle que pourrait extraire, seul, le radiateur du module; en d'autres termes, les ailettes 25 du radiateur 24 du bloc de régulation assurent un pompage thermique supérieur aux besoins du module, et le complément est apporté par la résistance 23, toujours alimen- tée, qui assure ainsi la régulation locale, spécifique au module considéré, quelle que soit la température de l'air ambiant. La température de chaque module est mesure par deux thermo- couples, l'un étant associé à la carte de commande 15 du sous- ensemble pour assurer la régulation de température du module, et l'autre étant relié à un circuit indépendant pour assurer la sécurité de la température du module Ce dernier circuit assure la linéarisa- tion du signal et compare cette valeur avec un seuil d'alarme réglé manuellement, afin d'entraîner si besoin est la coupure du chauffage et des alimentations par commande d'un relais Cette chaîne de mesure et de sécurité est totalement indépendante des circuits de régulation de la carte de commande 15. Grâce à une telle configuration, on a pu obtenir, pour chacun des modules, une régulation de la température de jonction à 250 OC ma- ximum. Diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, par exemple la possibilité de faire du froid avec des éléments Peltier, si l'on souhaite par exemple fonctionner à des tem- pératures relativement faibles, typiquement des températures infé- rieures à 40-50 'C. Il est également possible, au lieu de faire circuler dans la zone 31 de l'air à température ambiante, d'y faire circuler de l'air refroidi pour améliorer l'extraction thermique. Par ailleurs, les cartes de commande et d'alimentation 15, 16 des différents sous-ensembles sont très avantageusement reliées en réseau, comme illustré figure 5. Avec une telle architecture en réseau, on peut simplifier le câ- blage électrique, rendre la maintenance plus facile, maintenir l'auto- nomie de chaque sous-système et améliorer la fiabilité d'ensemble, puisqu'une panne générale est pratiquement exclue. Dans un exemple de quatre étuves de cent modules chacune, le réseau est un réseau de quatre cents sous-ensembles 10 (un par module) comportant chacun une carte de commande 15, une carte d'alimentation 16 et une carte support de module 11. Les différentes cartes de commande 15, par exemple les cartes correspondant à dix sous-ensembles voisins, sont connectés par un bus commun 41 et les cartes d'alimentation 16 sont reliées à une ligne commune 42. Chacun des bus 41 est relié à un ensemble émetteur/récepteur de réseau 43 assurant le multiplexage des données des sous-ensembles qui lui sont reliées Ces ensembles 43, reliés entre eux par des bus 44, sont donc au nombre de quarante. Enfin, un micro-ordinateur est relié au réseau en 45 afin d'assu- rer la supervision du fonctionnement des quatre cents sous-ensem- bles 10, tous autonomes. On peut notamment ainsi, à la demande ou automatiquement: -afficher à l'écran la valeur des paramètres analogiques de cha- que module (tension, intensité, etc), -modifier la consigne de température, individuellement pour chaque module, -modifier l'ordre chronologique de montée ou de descente des tensions d'alimentation, relever les anomalies de fonctionnement et prendre les déci- sions correctrices appropriées (par exemple coupure des ali- mentations en cas de court-circuit sur un module, d'instabilité des tensions ou d'anomalies de température, etc), ou encore imprimer systématiquement ou sur demande toutes les infor- mations voulues. REVENDICATIONS 1 Une étuve de déverminage de modules électroniques, ces modules ( 13) étant des modules pourvus d'un radiateur de refroidis- sement ( 14) dissipant de la chaleur, caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chaque module, un dis- sipateur contrôlable comprenant: un bloc dérivateur de chaleur ( 20), comportant: * un corps ( 24), conducteur de la chaleur, * des moyens ( 22, 27) de mise en contact de ce corps de bloc avec le radiateur du module, de manière à faire coopérer thermiquement ceux-ci par la conduction résultant de ce contact, * des moyens ( 23) de chauffage du corps de bloc, et * un radiateur de refroidissement ( 25), propre à dissiper de la chaleur du corps de bloc vers une ambiance extérieure, les dimensions et la géométrie de ce radiateur du bloc, ainsi que les conditions de température et de ventilation de ladite ambiance extérieure, étant choisies de manière à pouvoir extraire du bloc, par le radiateur de celui-ci, une quantité de chaleur supérieure à la quantité de chaleur dissipée par le radiateur du module, des moyens de mesure de la température du module, et des moyens ( 15) de commande desdits moyens de chauffage, ces moyens opérant en réponse à un signal délivré par lesdits moyens de mesure de température de manière à apporter au bloc, par chauffage, une quantité de chaleur permettant, res- pectivement, d'apporter de la chaleur au module ou de lui en retirer, de manière à réguler la température individuelle du module considéré à une valeur de consigne donnée, respective- ment supérieure ou inférieure à celle que présenterait le module hors de contact avec le bloc dérivateur de chaleur. 2 L'étuve de la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de mise en contact du corps de bloc avec le radiateur du module comprennent un peigne ( 22) de conformation homologue de celle des ailettes du radiateur du module ( 14), et emboîté dans celles-ci. 3 L'étuve de la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens de mise en contact du corps de bloc avec le radiateur du module com- prennent en outre des moyens ( 27) sollicitant élastiquement le peigne contre les ailettes du radiateur du module, de manière à assurer un contact par pression entre ces deux éléments. 4 L'étuve de la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de chauffage du corps de bloc ( 23) comprennent une résistance plane en film déposée en surface du corps de bloc. L'étuve de la revendication 1, dans laquelle chaque dissipateur contrôlable est réalisé sous forme d'une carte de circuit ( 21) compor- tant, sur l'une de ses faces, le bloc dérivateur de chaleur recevant le module et, sur son autre face, les circuits électroniques d'alimenta- tion ( 16), de régulation et de test ( 15), ces circuits comprenant les- dits circuits de mesure de la température du module, lesdits circuits de commande des moyens de chauffage et des circuits d'alimentation électrique contrôlée du module et de test de celui-ci. 6 L'étuve de la revendication 5, comprenant au moins un circuit multiplexeur ( 43) relié à une pluralité desdits circuits électroniques d'alimentation ( 16), de régulation et de test ( 15), chaque circuit mul- tiplexeur, gérant ainsi une pluralité de modules, étant lui-même relié à une unité de commande centralisée recevant des données en provenance de chaque module, ou émettant des données en direction de celui-ci, via le circuit multiplexeur associé à ce module.