Brevet FR2709915A1 — publié le 19950317

DISPOSITIF DE VERROUILLAGE ET D'ECHANGE THERMIQUE POUR STRUCTURE MODULAIRE PORTE CARTES DE CIRCUITS IMPRIMES. La présente invention concerne un dispositif de verrouillage servant par exemple à la fixation de circuits imprimés dans une baie d'une installation électronique. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux installations électroniques embarquées à bord des engins spatiaux ou des aérodynes. D'une manière générale, on sait que les structures de ce genre utilisées à l'heure actuelle, se présentent sous la forme de boîtiers dans lesquels s'engagent par coulissement des cartes de circuits imprimés. L'ensemble de la face arrière de ces boîtiers supporte des éléments de connexion mécanique et électrique appropriés à ceux des cartes circuits imprimés. Il s'avère que cette solution est inadaptée aux équipements électroniques embarqués à bord des aérodynes o règnent des conditions de chocs et de vibrations extrêmes. -2- En effet, lorsqu'une carte de circuit imprimé à l'intérieur d'une telle baie est soumise pendant une certaine durée à des vibrations intenses, les connecteurs de la carte et les soudures assurant le contact mécanique et électrique entre la carte et ses composants électroniques, ont tendance à se détériorer. Dans ces conditions, il est donc nécessaire de fixer ces cartes de circuits imprimés sans jeu et de manière à empêcher qu'elles puissent se déformer sous l'effet de vibrations. En outre, ces cartes doivent pouvoir être aisément verrouillées et déverrouillées pour en faciliter la maintenance. Par ailleurs, l'espace disponible à bord des aérodynes est généralement très limité. Il en résulte que les cartes de circuits imprimés des équipements électroniques de bord se trouvent rassemblées dans un espace très réduit. Il en résulte que la chaleur dégagée par les composants électroniques portés par ces cartes ne peut pas s'évacuer facilement. Or, les structures connues sont de ce point de vue peu satisfaisantes, car elles se prêtent mal aux échanges thermiques nécessaires pour évacuer la chaleur ainsi dégagée. Il est donc nécessaire de prévoir des moyens efficaces pour évacuer cette chaleur de l'intérieur des baies destinées à équiper les aérodynes. L'invention a particulièrement pour but de résoudre ces problèmes. A cet effet, elle propose un dispositif de fixation de cartes de circuit imprimé, assurant en même temps le rôle d'échangeur thermique avec une baie dans laquelle sont engagées et connectées les cartes. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque carte à fixer: - un cadre rigide et thermiquement bon conducteur supportant la carte, comprenant deux montants opposés -3- aptes à venir s'engager par coulissement dans deux glissières respectives de section en forme de U, en matériau thermiquement bon conducteur, et solidaires de la baie; - des moyens pour mettre les montants en contact thermique avec les composants électroniques générateurs de chaleur portés par la carte; - des moyens de verrouillage du cadre dans les glissières, qui assurent l'application d'une face latérale des montants sur une aile correspondante des glissières de manière à obtenir un échange thermique maximal entre les montants et les glissières. Grâce à ces dispositions, les cartes de circuits imprimés sont rigidifiées par les cadres qui sont maintenus fermement dans les glissières. On supprime ainsi les contraintes mécaniques qui s'exercent sur les connecteurs des cartes avec la baie et leurs composants, lorsque ceux- ci sont soumis à de vibrations intenses. Par ailleurs, pour évacuer de manière efficace la chaleur dégagée par les composants électroniques portés par la carte, il suffit de placer les glissières en contact thermique avec des dissipateurs thermiques, par exemple intégrés au châssis de la baie. Selon une particularité de l'invention, les moyens de verrouillage comprennent: - deux patins formés respectivement dans les montants du cadre, aptes à s'engager par coulissement dans les glissières, présentant chacun deux rampes symétriques par rapport à un plan perpendiculaire aux montants; - deux cales mobiles par montant, présentant chacune une face biseautée venant en appui sur les deux rampes respectives du patin du montant, un mouvement longitudinal des cales par rapport au patin engendrant un mouvement relatif transversal des cales dans une direction perpendiculaire au plan du cadre; et -4- - des moyens de serrage aptes à déplacer les cales l'une vers l'autre longitudinalement par rapport au patin. De cette manière, chacun des deux montants du cadre peut être fixé fermement à l'une des deux ailes d'une glissière en U, la force de blocage exercée sur le cadre étant fonction de la force de serrage des deux cales contre chaque patin. Cette disposition garantit une bonne conduction thermique entre le cadre et les glissières de la baie. Avantageusement, les moyens de serrage comprennent par montant, une vis à tête dont la tige filetée, traverse librement successivement une première des deux cales et le patin, pour venir se visser dans la seconde cale. Afin d'éviter que, lors du démontage d'un cadre de la baie, les cales tombent au fond de la baie et risquent de ce fait de produire des détériorations, le cadre forme dans l'axe de chaque vis de serrage, une première butée destinée à retenir la seconde cale, et une seconde butée retenant la vis et dans laquelle un perçage traversant est ménagé pour permettre le passage d'un outil de serrage apte à coopérer avec la tête de la vis. Ainsi, lorsque l'on veut desserrer les vis de serrage pour retirer un cadre, la seconde butée empêche la vis de se dégager du cadre. De son côté, la première butée permet d'éviter que la seconde cale se dégage complètement de la vis. De cette manière, on supprime le risque de perdre des pièces lors du démontage d'un cadre, et on facilite le stockage de ce dernier. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: -5- La figure 1 représente en perspective une baie d'une installation électronique embarquée à bord d'un aérodyne dans laquelle sont insérés des cadres sur lesquels sont fixées des cartes de circuits imprimés; la figure 2 montre en perspective un patin équipant un cadre tel que représenté sur la figure 1; les figures 3 et 3a représentent respectivement en coupe longitudinale et en vue de profil, le dispositif de verrouillage selon l'invention en position déverrouillée; les figures 4 et 4a représentent, suivant les mêmes vues que les figures 3 et 3a, le dispositif de verrouillage en position verrouillée; et la figure 5 montre en coupe transversale, un cadre portant une carte de circuit imprimé, monté entre deux glissières de la baie. La figure 1 représente une baie 1 d'une installation électronique regroupant une pluralité de cadres 2 porteurs de cartes de circuits imprimés. Chaque cadre 2 de forme rectangulaire, comprend deux montants 30,31 parallèles, et deux traverses 5,9 parallèles, une des traverses 5 supportant une face d'extraction amovible. Les deux montants 30,31 présentent respectivement deux patins 6 identiques, s'étendant sur la majeure partie de leur deux faces opposées extérieures respectives. Ces deux patins 6 associés chacun à deux cales en coin 7,8, sont destinés à s'engager en coulissant respectivement dans deux glissières 3,4 de section en U, et situées en regard l'une de l'autre et respectivement sur les faces intérieures supérieures et inférieures de celle-ci. Ces glissières 3,4 sont en matériau thermiquement bon conducteur et solidaires - 6 - du châssis de la baie 1, afin de permettre un bon échange thermique entre les cadres et le châssis. Tel que représenté sur la figure 2, le patin 6 du montant 31 présente une section droite rectangulaire, et deux rampes 11,12 rectangulaires de mêmes dimensions, symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du patin 6, et formées respectivement dans ses deux extrémités opposées. La traverse 9 et la face d'extraction 5 s'étendent au delà des extrémités des montants 30,31 pour former deux butées 13,32 de chaque côté du cadre 2 situées en regard des rampes 11,12 de chaque patin 6. Par ailleurs, le patin 6 présente un canal de section droite rectangulaire qui le traverse de part en part, formant une ouverture dans chacune des deux rampes 11,12. Ce canal présente une fente 10 s'étendant sur toute la longueur de la plus petite face longitudinale rectangulaire du patin 6, mettant en communication les deux ouvertures du canal situées sur les rampes 11,12. Sur les figures 3 et 3a, le dispositif de verrouillage comprend une vis filetée 15 munie d'une tête 16 dont la forme est conçue de manière à coopérer avec un outil de serrage classique. Pour cela, la tête de la vis peut présenter par exemple une cavité hexagonale 17 à 6 pans. Le dispositif de verrouillage comprend également les deux cales 7,8 en coin, de section droite rectangulaire et ayant chacune une face biseautée dont l'inclinaison correspond à celle des rampes 11,12 du patin 6. Chacune de ces deux cales 7,8 présente un perçage traversant 20, 21 qui traverse notamment leur face biseautée. Le perçage 20 de la première cale 7 présente un diamètre supérieur à celui de la tige de la vis 15, tandis que le perçage 21 de la seconde cale 8 est partiellement taraudé de manière à ce que la vis 15 -7- puisse s'engager dans ce perçage 21 sur une certaine longueur sans être vissée, pour venir ensuite se visser dans la partie taraudée 22. Par ailleurs, dans ce dispositif, la vis 15 traverse successivement une rondelle plate 18, une rondelle de friction 19, la première cale 7, le patin 6, et la seconde cale 8, les faces biseautées des cales 7,8 étant respectivement placées en regard des rampes 11,12 du patin 6. Bien entendu, pour effectuer le montage du dispositif, il est nécessaire de démonter la face d'extraction 5 amovible, pour pouvoir introduire ne serait-ce que la vis 15. En position déverrouillée (figures 3 et 3a), la vis 15 n'est engagée que dans la partie non taraudée du perçage 21 de la seconde cale 8. Elle peut donc se déplacer à la fois axialement entre la butée 32 et l'entrée du perçage taraudé 22, et transversalement entre les faces intérieures du canal du patin 6. Au cours de ces déplacements, la vis 15 reste engagée dans la cale 8 qui est ainsi maintenue entre le patin 6 et la butée 13. Les butées 13 et 32 confèrent ainsi au dispositif de verrouillage l'avantage d'être imperdable. Par ailleurs, la butée 32 est munie d'un perçage 14 coaxial au patin 6, de forme oblongue de manière à ce que, quelque soit la position de la vis 15, la tête 16 soit toujours accessible à un outil de serrage approprié. En position verrouillée (figures 4, 4a et 5), la vis 15 est engagée dans le perçage taraudé 22 de la seconde cale 8, Par rapport à la position déverrouillée, les deux cales 7, 8 se sont rapprochées l'une de l'autre, et l'ensemble formé par la vis 15, les rondelles 18,19 et les cales 7,8, s'est déplacé transversalement par rapport au patin 6, grâce au glissement des faces biseautées des cales 7,8 sur les rampes 11,12 du patin 6. -8- Ainsi, pour introduire et verrouiller un cadre 2 à l'intérieur de la baie 1, il suffit de l'insérer entièrement par coulissement dans le boîtier 1 entre deux glissières en U 3,4, en regard l'une de l'autre. Les deux5 dispositifs de verrouillage associés aux deux patins 6 du cadre 2 étant en position déverrouillée, ils peuvent facilement coulisser dans les glissières 3,4. Le verrouillage du cadre 2 peut alors être obtenu à l'aide d'un outil approprié que l'on introduit par les perçages 14 pour serrer les deux vis 15 associées aux deux dispositifs de verrouillage. Grâce à la présence des rampes 11,12, et à la forme particulière des cales 7,8, la force de serrage de la vis 15 est transmise aux cales 7,8, qui exercent à leur tour une force de pression sur l'une 37 des deux ailes 36,37 de chacune des deux glissières 3,4, tandis que la plus grande face rectangulaire longitudinale du patin 6 vient en appui sur l'autre aile 36. On peut remarquer, que la force de blocage du cadre 2 est fonction de la force de serrage des vis 15. Sur la figure 5, les bords intérieurs du cadre 2 présentent des feuillures qui permettent d'un côté de fixer par exemple par des vis, la carte de circuit imprimé 41 portant des composants électroniques 42,43, 44 qui dégagent de la chaleur, de manière à entièrement loger la carte et ces derniers dans le volume intérieur délimité par le cadre 2. De l'autre côté du cadre, une plaque 40 en matériau thermiquement bon conducteur jouant le rôle de couvercle, est placée en contact thermique avec les composants 42,43,44. Cette plaque peut être également fixée par des vis, dans les feuillures libres du cadre 2. Ces dispositions permettent de réaliser un bon échange thermique entre les composants électroniques 42,43,44 situés sur la carte de circuit imprimé 41 et le châssis de la baie 1. En effet, la chaleur dégagée par ces composants est captée par la plaque 40 qui la transfère directement -9aux montants 30,31. Grâce à la qualité du verrouillage du cadre 2 dans les glissières 3,4, et au fait qu'une bonne partie des montants 30,31 est en contact thermique avec l'une 36 des ailes 36,37 des glissières 3,4, la chaleur5 reçue par les montants 30,31 est efficacement transmise au châssis de la baie 1 par l'intermédiaire des glissières 3,4. En équipant le châssis de dissipateurs thermiques, cette chaleur peut facilement être évacuée. - 10 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation d'une pluralité de cartes de circuit imprimé, assurant en même temps le rôle d'échangeur thermique avec une baie dans laquelle sont engagées et connectées les cartes, caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque carte à fixer: - un cadre (2) rigide et thermiquement bon conducteur supportant la carte (41), comprenant deux montants (30,31) opposés aptes à venir s'engager par coulissement dans deux glissières (3,4) respectives de section en forme de U, en matériau thermiquement bon conducteur, et solidaires de la baie 1; - des moyens pour mettre les montants (30,31) en contact thermique avec les composants électroniques (42,43,44) générateurs de chaleur portés par la carte (41); - des moyens de verrouillage du cadre (2) dans les glissières (3,4), qui assurent l'application d'une face latérale des montants sur une aile (36) correspondante des glissières (3,4) de manière à obtenir un échange thermique maximal entre les montants (30, 31) et les glissières (3,4). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage comprennent: - deux patins (6) formés respectivement dans les montants (30,31) du cadre (2), aptes à s'engager par coulissement dans les glissières (3,4), présentant chacun deux rampes (11,12) symétriques par rapport à un plan perpendiculaire aux montants (30,31); - deux cales mobiles (7,8) par montant (30,31), présentant chacune une face biseautée venant en appui sur les deux rampes (11,12) respectives du patin (6), un mouvement longitudinal des cales (7,8) par rapport au patin (6) engendrant un mouvement relatif transversal des cales - il - dans une direction perpendiculaire au plan du cadre (2); et - des moyens de serrage aptes à déplacer les cales (7,8) l'une vers l'autre longitudinalement par rapport au patin (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de serrage comprennent par montant, une vis (15) à tête dont la tige filetée, traverse librement successivement une première (7) des deux cales (7,8) et le patin (6), pour venir se visser dans la seconde cale (8). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cadre (2) forme dans l'axe de chaque vis de serrage (15), une première butée (13) destinée à retenir la seconde cale (8), et une seconde butée (13) retenant la vis (15) et dans laquelle un perçage traversant (14) est ménagé pour permettre le passage d'un outil de serrage apte à coopérer avec la tête (16) de la vis (15). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre (2) présente des bords intérieurs formant des feuillures qui permettent de fixer d'un côté, la carte de circuit imprimé (41) de manière à entièrement la loger avec les composants (42,43,44) qu'elle porte dans le volume intérieur délimité par le cadre (2), et de l'autre côté, une plaque (40) en matériau thermiquement bon conducteur, placée en contact thermique avec les composants (42,43,44).