Brevet FR2701625A1 — publié le 19940819

ASSEMBLAGE DE CARTES D'UN SYSTEME INFOERMATIQUE RAPIDE La présente invention concerne un assemblage de cartes d'un système informatique, en particulier d'un système informatique rapide dans lequel il faut veiller à refroidir énergiquement les composants électroniques des cartes. Dans les systèmes informatiques rapides, c'est-à-dire dont les composants peuvent individuellement fonctionner à une vitesse atteignant actuellement 250 MHz, les pistes conductrioes reliant entre eux les composants doivent être réalisées avec soin pour introduire une atténuation minimale. Pour cela, les pistes véhiculent des signaux dans un seul sens et sont réalisées sous forme de guides d'onde, ou lignes adaptées. Dans les meilleurs cas, ces lignes introduisent un retard de l'ordre de 60 picosecondes par centimètre. On appelle distance critique la plus grande longueur d'une piste conductrice reliant deux composants électroniques. Cette distance critique est la somme de deux distances critiques intra-carte (dont chacune correspond à la plus grande longueur de piste entre un composant d'une carte et un connecteur de la carte) et d'une distance critique inter-cartes (la plus grande longueur d'une liaison entre deux cartes). La distance critique détermine la vitesse maximale de fonctionnement du système informatique, c 'est-à-dire la fréquence maximale d'une horloge de synchronisation des sous-ensembles électroniques du système. En effet, le retard introduit par la distance critique ne doit pas dépasser une période d'horloge, sous peine d'avoir un système informatique ne fonctionnant plus en synchronisme. La figure 1 représente une vue en perspective d'un système informatique classique 10. Ce système comprend une carte de circuit imprimé plane 12 munie d'une pluralité de connecteurs verticaux 14 dont les broches appropriées sont reliées entre elles par un ensemble de pistes (ou bus) formées sur la carte 12. Une telle carte 12 est souvent appelée "fond de panier". On a représenté trois cartes 16 insérées dans trois des connecteurs. La distance critique inter-cartes dans un tel assemblage est égale à la distance entre la première et la dernière carte connectée au bus. En outre, l'espacement des cartes, déterminant directement la distance critique, dépend de la hauteur des composants montés sur les cartes. Comme ces composants travaillent à grande vitesse, ils dissipent une grande quantité de chaleur et doivent être munis de dissipateurs encombrants, refroidis par convection forcée. Ceci entraîne une augmentation considérable de l'espacement des cartes. En outre, dans des systèmes informatiques dissipant une énergie particulièrement importante, un refroidissement par convection forcée peut ne plus suffire à moins de prévoir des dissipateurs thermiques démesurés rendant la distance critique trop grande. Un objet de la présente invention est de prévoir un système informatique rapide présentant une distance critique inter-cartes particulièrement faible. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel système permettant un refroidissement particulièrement efficace des composants, malgré une distance critique réduite. Ces objets sont atteints grâce à un système informatique comprenant un ensemble de cartes informatiques connectées à un bus, montées dans des boîtiers plats horizontaux respectifs empilés verticalement et contenant un liquide en ébullition, au moins une même paroi latérale de chaque boîtier comprenant une pluralité de tubes dont chacun oemmunique par une extrémité avec l'intérieur du boîtier, a son autre extrémité bouchée ou qui communique avec un tube adjacent, est muni d'ailettes de refroidissement, et s'élève depuis la paroi latérale. Selon un mode de réalisation de la présente invention, deux parois latérales opposées de chaque boîtier comprennent lesdits tubes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un écoulement d'air vertical est établi à travers les ailettes de refroidissement des tubes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la hauteur desdites ailettes est constante sur la longueur des tubes et égale à la hauteur du boîtier associé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cartes sont connectées de part et d'autres dudit bus. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque boîtier comprend un connecteur intermédiaire horizontal permettant de connecter la carte associée à un connecteur dudit bus, le connecteur intermédiaire s'étendant à travers une paroi latérale du boîtier et étant fixé de façon étanche à celle-ci. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les pistes du connecteur intermédiaire sont formées à 1' inté- rieur d'un substrat céramique multi-couches brasé dans une fente d'une plaque fixée de façon étanche au boîtier. Un avantage du système selon la présente invention est qu il est modulaire et d'une maintenance aisée tout en utilisant un refroidissement par liquide. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédertinent décrite, représente un assemblage classique de système informatique; la figure 2 représente une vue de faoe en coupe et en perspective d'un mode de réalisation selon l'invention d'un boîtier de refroidissement associé à une carte de système informatique ; la figure 3 représente un empilement de boîtiers du type de celui de la figure 2 formant un assemblage de système informatique selon 1'invention; et la figure 4 représente une vue en coupe de côté du boîtier de la figure 2. La figure 2 représente une carte informatique 16 montée selon l'invention dans un boîtier étanche plat 20 disposé horizontalement et contenant un liquide 22 maintenu en ébullition par la chaleur dégagée par les composants 24 montés sur la carte 16. Le liquide 22 est en quantité suffisante pour recouvrir les composants 24, qui sont pourvus de dissipateurs thermiques de taille réduite grâce à la faible résistance thermique du liquide entre le composant et le boîtier. Le liquide 22 est un liquide inerte vis-à-vis des composants 24 et de la carte 16. Il a un point d'ébullition bas, par exemple de l'ordre de 60 , qui pourra être abaissé en diminuant la pression à 1' inté- rieur du boîtier 20. Un tel liquide est par exemple le liquide couramment appelé FC 77. Des tubes inclinés 26, dont une première extrémité communique avec la partie haute de 1' enoeinte du boîtier 20, s'étendent vers l'extérieur selon un trajet ascendant. La deuxième extrémité de chaque tube est bouchée, ou bien, selon une variante non représentée, les deuxièmes extrémités peuvent être reliées entre elles par un tube horizontal. Les tubes inclines sont disposés suffisamment haut pour que leurs orifioes dans la partie haute du boîtier arrivent au niveau de la phase vapeur du liquide 22 en ébullition. Les tubes 26 partent, de préférence, comme cela est illustré, de deux faces latérales opposées 20-1 du boîtier 20 et sont distribués sur pratiquement toute la longueur des faces latérales. L'une des faces latérales restantes est munie d'un connecteur horizontal permettant de connecter la carte 16 à un bus 12 du type de la figure 1, disposé verticalement, et la face restante opposée est éventuellement munie d'une poignée. Les tubes 26 sont munis, sur pratiquement toute leur longueur, d'ailettes de refroidissement verticales 28 entre lesquelles on établit un écoulement d'air vertical. Ainsi, la vapeur contenue dans les tubes 26 est refroidie et se condense en formant des gouttelettes qui ruissellent le long des tubes et rejoignent le liquide 22. L'inclinaison des tubes 26 est choisie suffisante pour que les gouttelettes puissent ruisseler convenablement. L'efficacité de refroidissement dépend de la somme des surfaces externes des tubes 26. Pour augmenter l'efficacité, on choisira un grand nombre de tubes de petit diamètre, séparés les uns des autres d'une quantité minimale pour permettre un écoulement d'air suffisant entre eux. Les tubes pourront avoir une forme aplatie de manière à pouvoir en disposer un plus grand nombre sur les faoes 20-1. La figure 3 montre un empilement de boîtiers selon l'invention. L'une des faoes latérales, 20-2, non occupée par un dissipateur 26, 28, de chaque boîtier 20 est munie d'un connecteur 30 horizontal s'enfichant dans un connecteur 14 d'un bus classique 12 du type de la figure 1, disposé verticalement. La hauteur des ailettes 28 est constante le long des tubes 26 et égale à la hauteur du boîtier 20 associé, ce qui permet d'empiler plusieurs boîtiers 20 de manière à former un ensemble unique compact. Les dissipateurs 26, 28 forment, de part et d'autre de l'empilement de boîtiers 20, des échangeurs air-vapeur continus. Les boîtiers 20 sont en contact direct les uns avec les autres, ce qui réduit à un minimum 1 'espacement des connecteurs 30, et donc la distance critique inter-cartes. L'homme du métier saura trouver différents dispositifs de montage des boîtiers 20 les uns par rapport aux autres. Chaque boîtier 20 peut être muni d'un système à tiroir permettant de solidariser, par exemple, un deuxième boîtier glissé par dessus ; l'empilement forme alors un ensemble solidaire auquel il suffit de connecter le bus 12. On peut envisager de positionner les boîtiers 20 par rapport au bus 12, de sorte que l'on puisse retirer l'un quelconque des boîtiers sans perturber les autres boîtiers connectés au bus. Pour cela, on peut munir le bus 12 de deux tiges horizontales de part et d'autre de chaque connecteur 30 qui s'enfilent dans des tubes horizontaux fixés sur les parois latérales 20-1 de ces boîtiers. Ainsi, chaque carte, munie de son propre boîtier de refroidissement, peut être connectée au bus 12 ou déconnectée du bus tout aussi facilement qu'une carte d'un assemblage du type de la figure 1. Si une carte tombe en panne, il suffit de déconnecter le boîtier du bus et de le remplacer par un boîtier dont la carte est en état de fonctionnement. Le boîtier de la carte en panne pourra ultérieurement être transporté et démonté dans un lieu adéquat où l'on ne craint pas des salissures qui seraient provoquées par un éclaboussement du liquide de refroidissement 22. La disposition horizontale des boîtiers 20 est la plus adéquate, car on peut équiper efficacement (c'est-à-dire que les tubes 26 communiquent avec une phase vapeur) de dissipateurs thermiques jusqu a trois faces latérales. Toutefois, on préfèrera n'équiper de dissipateurs que deux faces latérales opposées pour permettre d'extraire facilement chaque boîtier de l'empilement. Avec une disposition verticale des boîtiers, on ne pourrait équiper efficacement d'un dissipateur thermique que la face supérieure. La figure 4 représente une vue en coupe de côté du boîtier de la figure 2 montrant un système de connexion de la carte 16 à un bus 12. La carte 16 est munie, à l'intérieur du boîtier 20, d'un connecteur 32 s 'enfichant sur le connecteur 30 susmentionné. Le connecteur 30 sert de connecteur intermédiaire et est enfiché dans un connecteur 14 du bus 12. De préf érenoe, comme le montre la figure, le bus 12 est muni de connecteurs 14 de part et d'autre, permettant de connecter des boîtiers 20 de part et d'autre du bus 12, ce qui divise par 2 la distance critique inter-cartes. Le connecteur 30, dont les connexions sont de préfé renoue formés à l'intérieur d'un substrat céramique multicouches, est brasé de façon étanche à l'intérieur d'une fente d'une plaque métallique 34. La plaque 34 recouvre une ouverture de la paroi 20-2 du boîtier 20, par laquelle passe le connecteur 30. Comme cela est représenté, la plaque 34 est vissée sur cette paroi et un joint d'étanchéité 36 est interposé entre la plaque 34 et la paroi 20-2. La connexion du connecteur 30 aux connecteurs 14 et 32 se fait par des métallisations externes sur la céramique du connecteur 30. Les métallisations externes appropriées de part et d'autre de la paroi 20-2 sont reliées par des métallisations enterrées au niveau de la zone de brasure du connecteur 30 sur la plaque 34.On obtient ainsi un système de connexion parfaitement étanche si la brasure du connecteur 30 est soignée. Comme cela est représenté, la paroi latérale 20-3 opposée à la paroi 20-2 peut être amovible pour permettre de glisser la carte 16 dans des glissières (non représentées) prévues à l'intérieur du boîtier 20. Cette paroi 20-3 est alors, par exemple, vissée sur le boîtier 20 et un joint 38 est interposé entre la paroi 20-3 et le boîtier. A titre d'exemple, un boîtier 20 selon l'invention de 50 cm de largeur, 30 cm de profondeur et 4 cm de hauteur peut contenir une carte dissipant environ 1 kW avec un système à ailettes 28 s'étendant de 25 cm de part et d'autre des boîtiers 20, ces ailettes étant refroidies avec un débit d'air de 4 mètres par seconde. Ainsi, l'espacement obtenu entre les cartes est de 4 an. Si l'on avait dû assembler les cartes de ce système selon la figure 1, on n'aurait jamais obtenu un espacement si faible avec un refroidissement suffisamment efficace. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à l'homme du métier, notamment en ce qui concerne les procédés de montage des différents éléments des boîtiers les uns par rapport aux autres. REVENDICATIONS 1. Système informatique comprenant un ensemble de cartes informatiques (16) connectées à un bus (12), caractérisé en ce que les cartes sont montées dans des boîtiers plats horizontaux (20) respectifs empilés verticalement et contenant un liquide en ébullition (22), au moins une même paroi latérale (20-1) de chaque boîtier comprenant une pluralité de tubes (26) dont chacun communique par une extrémité avec l'intérieur du boîtier, a son autre extrémité bouchée ou qui communique avec un tube adjacent, est muni d'ailettes de refroidissement (28), et s'élève depuis la paroi latérale. 2. Système informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux parois latérales opposées de chaque boîtier (20) comprennent lesdits tubes (26). 3. Système informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un écoulement d'air vertical est établi à travers les ailettes (28) de refroidissement des tubes (26). 4. Système informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur desdites ailettes (28) est constante sur la longueur des tubes (26) et égale à la hauteur du boîtier (20) associé. 5. Système informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartes (16) sont connectées de part et d'autres dudit bus (12). 6. Système informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boîtier (20) comprend un connecteur intermédiaire horizontal (30) permettant de connecter la carte (16) associée à un connecteur (14) dudit bus (12), le connecteur intermédiaire s'étendant à travers une paroi latérale du boîtier et étant fixé de façon étanche à celle-ci. 7. Système informatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pistes du connecteur intermédiaire (30) sont formées à l'intérieur d'un substrat céramique multicouches brasé dans une fente d'une plaque (36) fixée de façon étanche au boîtier (20).