Brevet FR2717342A1 — publié le 19950915

La présente invention concerne le domaine de la protection des composants, en particulier de la protection des circuits comportant des composants rétractables à insérer dans des structures d'accueil, et a pour objet un dispositif d'insertion de ces composants dans lesdites structures d'accueil. Elle s'applique plus particulièrement lorsque les contacts mécanique etlou thermique sont à établir entre les composants et cette structure d'accueil. Un exemple de composant magnétique à composants rétractables est le composant inductif qui est susceptible d'un grand nombre d'applications. On peut citer, à titre d'illustration, son utilisation dans les alimentations en énergie électrique et tout particulièrement dans les alimentations du type "à découpage", onduleur ou d'un type fonctionnant selon un procédé analogue. D'une façon générale, les composants évacuent leurs calories directement dans le milieu ambiant. Mais l'évacuation calorifique naturelle peut s'avérer insuffisante, en particulier lorsqu'on vise des applications en haute fréquence, à puissance élevée. Par ailleurs la masse des composants peut s'avérer incompatible avec les caractéristiques mécaniques du support du circuit. II est alors nécessaire d'utiliser respectivement des dispositifs de refroidissement par contact avec la structure d'accueil, et des dispositifs d'appui mécanique de ces composants sur la structure d'accueil. Une solution du problème d'évacuation thermique est décrite dans la demande de brevet FR 2 689362 pour les circuits inductifs. Cette solution associe des moyens commandables exerçant une force de pression sur chaque composant inductif, afin de réaliser le contact entre les composants inductifs et une surface d'échange thermique de la structure d'accueil, et des moyens de rappel de contrainte de chaque composant inductif afin de maintenir en retrait les composants inductifs du réceptacle d'accueil pendant l'insertion et de réaliser un contact progressif entre les composants inductifs et la surface d'échange thermique après insertion. Ces moyens de rappel visent en fait à éviter que les composants inductifs viennent buter contre la surface d'échange thermique pendant l'insertion. Cependant, ces moyens de rappel sont constitués d'éléments en mousse, et il est difficile de trouver des matières en mousse compatibles avec l'environnement mécanique et thermique de ce type de matériel. De plus, I'industrialisation des composants imprimés comporte, en fin de chatne, un nettoyage à base de solvants peu compatible avec l'utilisation de mousse. L'invention vise à pallier ces défauts en mettant en oeuvre des moyens extérieurs aux composants pour maintenir le retrait de ces composants à l'insertion sans nécessiter d'outillage spécifique, sans augmenter les résistances thermiques de contact des composants avec les moyens de refroidissement, ni diminuer les caractéristiques de maintien mécanique de la structure d'accueil. Plus précisément, I'invention a pour objet un dispositif d'insertion d'un circuit support de composants rétractables pouvant se déplacer selon une direction perpendiculaire au circuit, le circuit étant destiné à être inséré dans un réceptacle équipé d'un moyen de contact et comportant des moyens commandables pour exercer après l'insertion une force de pression entre les composants et le moyen de contact, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de recouvrement des composants comportant un moyen de contact destiné à coopérer avec les composants et en ce que des moyens de guidage en translation de la plaque de recouvrement suivant la direction de déplacement des composants sont prévus pour éloigner la plaque de recouvrement des moyens de contact du réceptacle lors de l'insertion, et pour transmettre la force de pression exercée par les moyens commandables entre le moyen de contact du réceptacle et la plaque, après l'insertion. Dans ces conditions, les moyens utilisés sont compatibles avec le nettoyage des supports à l'aide de solvants et, même si les matériaux utilisés sont incompatibles, le démontage aisé de ces moyens permet de les retirer avant de plonger le support dans le solvant. De plus, ce démontage facilite la maintenance des composants. Avantageusement, la plaque permet de protéger non seulement des composants à repousser, mais également tous les autres composants du support à insérer. Cette plaque peut également protéger l'opérateur contre les tensions dangereuses au toucher lors d'essais électriques avant insertion. Elle peut aussi servir à un blindage électromagnétique. Selon une forme de réalisation particulière, la plaque de recouvrement comporte un biseau d'insertion pour faciliter l'enfichage du support en forçant la plaque à se maintenir, lors de l'insertion, à distance du moyen de contact du réceptacle. Les moyens de contact, entre les composants et la plaque de recouvrement et entre cette plaque et la surface de réception de la structure d'accueil, peuvent etre constitués par des joints échangeurs thermiques ou par des supports d'appui mécanique. Que l'on cherche à réaliser un échange thermique avec, par exemple, des composants inductifs ou un maintien mécanique avec, par exemple, des transistors montés sur support élastique, I'invention est compatible avec tout moyen de pression ou de retrait déjà existant, qu'ils soient permanents ou seulement activés après insertion. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description qui suit, accompagnée des figures annexées qui représentent, respectivement: - la figure 1, un exemple de réalisation selon l'invention d'un dispositif d'insertion, représenté en vue éclatée, pour un circuit supportant des composants magnétiques et devant être inséré dans un réceptacle de refroidissement; - les figures 2a à 2c, L'exemple de réalisation précédent adapté pour être utilisé dans une procédure d'insertion en trois étapes - les figures 3 et 4, de deux positions du support vues en coupe après insertion dans ledit réceptacle; - les figures 5 et 6, deux autres exemples de réalisation de l'invention appliquée à des composants à maintenir en appui mécanique dans le réceptacle d'accueil. En ce qui concerne l'invention dans son application aux composants inductifs, telle qu'illustrée par l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 4, on considérera dans ce qui suit, sans que cela soit limitatif, le cas d'une alimentation en énergie électrique fonctionnant selon le principe du "découpage à haute fréquence" ou selon un procédé analogue. Dans ce type d'alimentation, on utilise notamment des transformateurs et des selfs de filtrage. Pour fixer les idées, on supposera que la fréquence de découpage est de l'ordre du mégahertz et que les composants inductifs sont réalisés selon l'enseignement de la demande de brevet français publiée sous le n" 2 641 438, le 6 juillet 1990. Selon cette demande de brevet, les circuits inductifs sont des circuits planaires réalisés par, d'une part, des métallisations sélectives d'une ou plusieurs couches d'un circuit imprimé multicouche et, d'autre part, à l'aide de trous métallisés réalisant des jonctions entre ces couches. Chaque composant magnétique comporte deux parties disposées de part et d'autre du circuit imprimé et assemblées à l'aide, notamment, de brides de fixation. En complément des enseignements principaux de la demande de brevet français précitée, on va adopter des dispositions spécifiques permettant d'exercer une pression sur une des faces des composants magnétiques, sans que cette pression soit destructrice. En d'autres termes, on tient compte du caractère de fragilité des matériaux à base de ferrite et de façon plus générale de la spécificité des composants inductifs par rapport à d'autres circuits de puissance. La figure 1 illustre, en vue éclatée, un exemple de réalisation des dispositions retenues dans le cadre de l'invention pour atteindre cet objectif. Le composant inductif a été réalisé, dans l'exemple illustré, par métallisation sélective d'un circuit imprimé multicouche 4. Le circuit imprimé 4 comporte des ajourages 40a et 40b suffisants pour permettre à des circuits magnétiques 3a et 3b de coulisser librement suivant une direction verticale Fv sur la figure 1 et, de façon plus générale, perpendiculairement aux plans que forme le circuit imprimé 4. Les circuits magnétiques 3a et 3b, comportant des parties supérieure 34a et 34b et inférieure (non visibles sur la figure 1) pleines, respectivement, et des parties latérales évidées, telles les fenêtres 36a et 36b, restent donc solidaires du circuit imprimé 4, tout en gardant un degré de liberté suivant une direction Fv perpendiculaire au plan que forme le circuit imprimé 4. II est prévu une plaque de recouvrement 101 comportant un joint thermique 100 et des moyens de translation de la plaque selon la direction Fv, constitués de plots 102a à 102d fixés au circuit 4 et associés à des encoches, respectivement lOla à 101d, découpées dans la plaque 101. La plaque présente un profil à rebords latéraux, iiOa et Il Ob, abaissés. En l'absence de pression exercée de bas en haut sur les composants magnétiques, ceux-ci se positionnent du fait de la force pesante exercée par la plaque, dans un état que l'on appellera dans ce qui suit "position 1". En l'occurrence, la plaque 101 tend à éloigner les parties inférieures des circuits magnétiques 3a et 3b du circuit imprimé 4. Comme on le verra dans ce qui suit, il est également prévu un organe presseur 7, sous la forme d'une plaque de forme adaptée aux parties inférieures des circuits magnétiques. Cet organe presseur 7 agit sur les composants magnétiques 3a et 3b par l'intermédiaire d'éléments de rappel 6a et 6b répartissant uniformément les contraintes, en l'occurrence sur les faces inférieures des composants magnétiques 3a et 3b. Pour compléter l'ensemble E (formé de la plaque 101, du circuit 4 et de la plaque 7), présenté sous forme éclatée, on a prévu deux glissières, référencées 8, disposées sur les parties latérales droite et gauche de la plaque 7. En réalité cette plaque 7 comporte deux ailes (non représentées), et a la forme d'un "U" évasé. Les glissières 8 sont disposées en dessous des ailes de telle manière que l'épaisseur de l'empilement: glissière 8, plaque 7 et circuit imprimé 4, soit égal à une valeur d prédéterminée. Le circuit imprimé 4 équipé de son dispositif d'insertion, comportant principalement la plaque de recouvrement 101 et l'organe presseur 7, est destiné à être inséré dans une structure d'accueil ou réceptacle 1. Celuici permet le refroidissement des composants inductifs grâce à un joint thermique 2 prévu sur sa face inteme pour faciliter un échange thermique en répartissant la conduction thermique sur les composants 3a et 3b, après insertion. La structure d'accueil 1 ou réceptacle comporte deux rainures latérales de guidage il et 12 définissant une hauteur h d'accueil entre la surface inférieure des guides et le joint thermique 2 à comparer à la hauteur d de l'ensemble à insérer. La distance entre les épaulements des guides est sensiblement égale à la distance entre le circuit imprimé 4 et la face inférieure des glissières 8 empilés verticalement. On voit que l'on peut alors aisément glisser l'ensemble précité dans ces rainures de guidage il et 12, en effectuant une translation suivant la direction symbolisée par la flèche Fh, indiquant la direction horizontale, lorsque h est supérieur à d. Avant l'insertion, la hauteur d de l'ensemble à insérer E est égale à une valeur minimale inférieure à h si l'insertion est réalisée horizontalement comme illustrée à la figure 1; mais elle peut être égale ou supérieure à la distance h pour d'autres positions d'insertion, par exemple verticale, puisque la plaque de recouvrement 101 peut coulisser librement le long des plots 102a à 102d. Ce cas est illustré à la figure 2a, la hauteur de l'ensemble E à insérer étant supérieure à h. II est alors avantageux de prévoir un prolongement 103 à la plaque 101 formant un biseau incliné. Dans ces conditions, lorsque l'ensemble à insérer pénètre dans le réceptacle 1, tel qu'illustré à la figure 2b, le biseau 103 glisse en appui sur la surface supérieure du réceptacle 1, porteur du joint 2, et force la plaque 101 à se translater parallèlement à la direction opposée à Fv, de manière à ce que la hauteur d soit au plus égale à la distance h, comme représenté sur la figure 2c. La figure 3 illustre, en coupe, le dispositif selon l'invention après insertion, en position d'enfichageldésenfichage ou "position 1". On voit que les composants magnétiques 3a et 3b sont en position basse du fait de la pression exercée par la plaque de recouvrement 101. La hauteur h d'accueil étant suffisante pour que l'ensemble puisse glisser librement, les éléments 6a et 6b sont également décompressés. La figure 4 illustre le dispositif selon l'invention en position opérationnelle, c'est-à-dire en "position 11". Pour ce faire, on soulève la plaque de pression 7 à l'aide des glissières déformables 8. Un exemple de réalisation de telles glissières est décrit dans la demande de brevet précitée. La plaque 7 exerce une pression sur les éléments 6a et 6b qui répartissent la pression sur les faces inférieures 35a et 35b des composants magnétiques 3a et 3b. Le profil de la plaque 7 est calculé pour que les faces supérieures 34a et 34b des composants magnétiques 3a et 3b soient du même niveau lorsque la plaque 7 agit sur les composants. Ces composants vont se soulever et leurs faces supérieures 34a et 34b mises en contact progressivement avec la plaque 101, par l'intermédiaire du joint thermique 100. La plaque 101, entraînée par les composants 3a et 3b, vient alors en butée contre le joint thermique 2 disposé sur la face inteme de la face supérieure du réceptacle 1. Le dispositif selon l'invention permet donc d'exercer une force de pression sur chaque composant magnétique transmise jusqu'à la surface supérieure du réceptacle par l'intermédiaire de la plaque de recouvrement, qui permet une évacuation thermique optimale. Enfin, I'action exercée par les glissières 8 a pour effet de bloquer le composant imprimé 4 et la plaque presseuse 7 dans son logement, c'està-dire à l'intérieur de la structure d'accueil 1. L'ensemble se comporte comme une glissière dite à "force d'insertion nulle". Pour fixer les idées, on peut indiquer qu'un type de composant magnétique utilisable dans le cadre du dispositif d'alimentation électrique qui vient d'être décrit est celui commercialisé sous les références de la série RM, par la Société PHILIPS; par exemple le type RM5/i. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté. Bien que particulièrement avantageux pour assurer le refroidissement etlou le maintien de composants inductifs, le dispositif selon l'invention peut s'appliquer tout autant à d'autres composants nécessitant un refroidissement ou un maintien mécanique après insertion. Les figures 5 et 6 illustrent schématiquement deux exemples de transistor à maintenir sur la structure d'accueil. Sur la figure 5, le transistor 52 est un transistor de puissance en boîtier commercialisé sous la dénomination T03 par la Société SGS-THOMSON Dans cet exemple, la plaque 101 est disposée sur le radiateur 51 du transistor 52. Les moyens de translation de la plaque et du radiateur sont constitués par des axes 53 et 54 pouvant se déplacer dans des trous-guides pratiqués dans des équerres de maintien 55 et 56 reposant sur le circuit imprimé 4 servant de support. Les moyens de pression, constitués précédemment par la plaque de pression 7 associée aux glissières, sont ici constitués par des ressorts 57 et 58. Des liaisons filières fl et f2 relient le transistor au composant imprimé. Dans l'exemple illustré par la figure 6, le transistor est monté dans un boitier commercialisé par la Société SGS-THOMSON sous le dénomination T0220. Les transistors 60, 60' sont collés sur la plaque de recouvrement 101 et les moyens de pression de translation sont assurés par des ressorts à lames 61 et 62. Une liaison filière f3, f3 relie respectivement chaque transistor au circuit support 4. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'insertion d'un circuit support (4) de composants rétractables pouvant se déplacer selon une direction perpendiculaire (Fv) au circuit, le circuit étant destiné à être inséré dans un réceptacle (1) équipé d'un moyen de contact(2) et comportant des moyens commandables (7, 8) pour exercer après l'insertion une force de pression entre les composants (3a, 3b) et le moyen de contact (2), caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (ici) de recouvrement des composants (3a, 3b) comportant un moyen de contact (100) destiné à coopérer avec les composants (3a, 3b) et en ce que des moyens de guidage en translation (101a à 101d, 102a à 102d) de la plaque de recouvrement (101), suivant la direction de déplacement (Fv) des composants sont prévus pour éloigner la plaque de recouvrement des moyens de contact du réceptacle lors de l'insertion, et pour transmettre la force de pression exercée par les moyens commandables (7, 8) entre le moyen de contact (2) du réceptacle (1) et la plaque (101), après l'insertion. 2 - Dispositif d'insertion selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le réceptacle (1) présentant une structure d'accueil de hauteur (h) définie à partir du moyen de contact (2) et de deux guides (11, 12); la plaque (ici), le circuit (4) et les moyens commandables (7, 8) formant un ensemble (E) à insérer dans la structure d'accueil l'ensemble (E) possèdent une hauteur (d) pouvant varier en restant inférieure à la hauteur (h) de la structure d'accueil. 3 - Dispositif d'insertion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de guide en translation comportent des plots (101a à 101 d) montés sur le circuit (4) et coopèrent respectivement avec des encoches (102a à 102d) pratiquées sur des rebords latéraux (1 10a, I lOb) de la plaque de recouvrement (101). 4 - Dispositif d'insertion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de recouvrement (101) présente un prolongement (103) formant un biseau incliné pour amener lors de l'insertion, la plaque (ici) à l'intérieur de la structure d'accueil de réceptacle (1) par translation le long des moyens de guidage (101a à 101d). 5 - Dispositif d'insertion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque les moyens commandables (7, 8) exercent une pression suffisante sur les faces inférieures (35a, 35b) des circuits magnétiques (3a, 3b) pour déformer des moyens de rappel (6a, 6b), les faces supérieures (34A, 34b) des circuits magnétiques (3a, 3b) sont mises en contact avec la plaque (101) par l'intermédiaire du joint thermique (100), la plaque (101) venant en butée contre le joint thermique (2) du réceptacle (1). 6 - Dispositif d'insertion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de translation sont constitués par des axes (53, 54) se déplaçant dans des trous-guides pratiqués dans les équerres (55, 56) reposant sur le circuit support (4). 7 - Dispositif d'insertion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de translation sont constitués par des ressorts à lame (su, 62).