Brevet FR2713433A1 — publié le 19950609

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA GESTION THERMIQUE D'EQUIPEMENTS ELECTRONIQUES La présente invention se rapporte à la gestion thermique d'équipements électroniques, et particulièrement, bien que pas nécessairement, à la gestion thermique d'équipements sous la forme d'une ou plusieurs cartes de circuits imprimés qui sont logées dans un coffret, comme c'est normalement le cas dans les équipements informatiques, de télécommunication ou autres. Puisque, dans un tel équipement, on peut placer un certain nombre de cartes de circuits dans un espace réduit, il est souvent nécessaire de munir le coffret d'un dispositif de refroidissement forcé, par exemple, dans lequel de l'air est introduit dans un orifice d'entrée et il est soufflé ou aspiré à travers le coffret sur les cartes de circuits au moyen d'un ventilateur. Lors de la conception de tels coffrets d'équipement et du dessin des cartes et des autres équipements qui y sont contenus, il est absolument nécessaire de s'assurer que tous les composants reçoivent un degré de refroidissement convenable. Ceci n'est pas une tâche simple. En particulier, il peut être difficile, en raison de la complexité physique de l'intérieur du coffret, de s'assurer qu'un débit constant d'air de refroidissement s'écoule sur toute la surface des cartes de circuits. On sait, à partir de la description de brevet US-A-4 838 664, contrôler le fonctionnement incorrect de composants sur une carte de circuits en recouvrant la carte de circuits d'un revêtement possédant des régions thermochromiques correspondant aux composants et telles que, si les composants respectifs sont à leur température de fonctionnement normal, les régions sont toutes de la même couleur, mais telles que si un composant est surchauffé ou sous-chauffé, la région thermochromique prend une couleur différente. On sait également, à partir de la description de brevet US-A-3 889 053, contrôler une carte de circuits en revêtant la carte de circuits, et également une carte de circuits de référence, avec un revêtement thermochromique et en comparant une image vidéo de la carte de circuits en cours de contrôle à une image vidéo de la carte de circuit de référence. De plus, on sait, à partir de la description de brevet US-A-4 891 250, contrôler le fonctionnement de composants individuels sur une carte de circuits en recouvrant les composants individuels d'indicateurs thermochromiques et en notant les couleurs des indicateurs en fonctionnement. D'une manière plus générale, les plaques thermochromiques sont décrites dans les descriptions de brevets GB-A-1 553 240 et US-A-4 390 275, et les matières thermochromiques sont décrites plus en détail dans la description de brevet GB-A-2 093 055. Aucune des techniques antérieures mentionnées ci-dessus ne concerne particulièrement le contrôle de l'écoulement d'air dans un coffret pour équipements électroniques, et c'est l'objectif du premier aspect de la présente invention que de proposer un tel procédé. La présente invention propose donc un procédé pour contrôler l'écoulement d'air dans un coffret pour équipements électroniques qui est pourvu d'un orifice d'entrée d'air de refroidissement, caractérisé par les étapes: de mise en place d'une ou plusieurs cartes à l'intérieur du coffret, la, ou chaque carte, ayant sur une de ses faces principales, un indicateur thermochromique qui subit un changement de couleur visible réversible à une température à l'intérieur d'une plage prédéterminée; d'introduction, dans l'orifice d'entrée, d'air à une température différente de celle de la carte; et d'observation de tout motif thermographique ainsi formé sur la face de la, ou de chaque, carte. Un tel procédé est par conséquent particulièrement utile à un concepteur de coffrets de ce genre pour garantir qu'il y a une répartition de débit d'air convenable dans le coffret. L'objectif d'un second aspect de l'invention consiste à proposer une carte indicatrice de température qui peut être utilisée avec un tel procédé. Selon le second aspect, la présente invention propose une carte indicatrice de température pour faire une cartographie de température à l'intérieur d'un coffret pour équipements électroniques, caractérisée en ce que la carte comporte, sur une de ses faces principales, un ensemble de groupements d'indicateurs thermochromiques, chaque groupement d'indicateurs subissant un changement de couleur à une certaine température à l'intérieur d'une plage prédéterminée; et les plages de températures des différents groupements étant différentes. En utilisant une telle carte de circuits, il est possible de produire un motif thermographique de même nature que des isothermes. L'objectif du troisième aspect de la présente invention consiste à proposer une carte qui permette de surveiller des effets thermiques, y compris ceux provoqués par des composants produisant de la chaleur sur la carte. Selon le troisième aspect, I'invention propose une carte indicatrice de température pour faire la cartographie de température à l'intérieur d'un coffret pour équipements électriques, caractérisée en ce que la carte a, sur au moins sensiblement toute sa face principale, un indicateur thermochromique qui subit un changement de couleur visible réversible à une certaine température à l'intérieur d'une plage prédéterminée, et un certain nombre de réchauffeurs laminaires disposés sur la face de la carte. En utilisant des réchauffeurs laminaires sur une carte d'essai, à la place des composants électroniques qui seront réellement utilisés, le coût de la carte est moindre et l'alimentation en courant des réchauffeurs est simplifiée. La carte selon un mode de réalisation de la présente invention procure un moyen simple, efficace et fiable de déterminer directement si le plan de coffret proposé assurera, ou non, le refroidissement correct de tous les composants contenus, et elle permet au concepteur de déterminer relativement rapidement ce que seront les effets de différents ajustements du plan du coffret. Pour tester l'écoulement d'air à l'intérieur d'un coffret qui est pourvu d'un orifice d'entrée pour de l'air de refroidissement, on place une ou plusieurs cartes selon l'invention à l'intérieur du coffret, on introduit de l'air dans l'orifice d'entrée à une température différente de celle de la carte, et on observe tout motif thermographique ainsi formé sur la face de la, ou de chaque, carte, les isothermes sur la carte étant visibles comme des zones de même couleur. Dans la procédure préférée, I'air qui est introduit dans l'orifice d'entrée est à une température qui est plus élevée que celle de la carte et plus élevée que la température, ou la plage de températures, à laquelle l'indicateur thermochromique subit son changement de couleur visible. Ainsi, par exemple, le concepteur peut simplement introduire une ou plusieurs cartes dans leurs fentes appropriées dans le coffret, mettre en marche le ventilateur du système de refroidissement de coffret, et positionner un canon à air chaud à l'orifice d'entrée d'air. Après quelques secondes, il sera possible d'observer un graphique thermographique apparaissant sur la face de la carte, et il peut être relativement simple de déterminer quelles sont les parties de la carte, s'il y en a, o l'air est calme, et quelles parties de la carte sont soumises à un fort effet de refroidissement. Dans ce procédé de mise en oeuvre, la température particulière à laquelle le changement de couleur visible se produit n'est pas directement significative, et en réalité les parties les plus chaudes de la carte dans le procédé d'essai correspondront aux parties de la carte qui seront refroidies le plus efficacement lorsque l'équipement sera en utilisation. Ainsi le motif thermographique fournit simplement une information au sujet de la répartition de l'écoulement d'air sur la carte de circuits. Pour qu'elle convienne pour utilisation dans des coffrets d'équipements électroniques, par exemple, dans des châssis de dix-neuf pouces, la carte a, de préférence, l'une d'un certain nombre de tailles de carte standards. Ainsi, la carte peut être d'une taille Eurocard standard, dans laquelle elle a une dimension longitudinale de 160 mm, et ensuite des incréments de 60 mm, et une dimension transversale sensiblement de 100, 233 ou 367 mm, ou bien elle peut être une carte métrique selon l'IEEE P1 301, ayant une dimension transversale sensiblement de , 300, 450 ou 600 mm. Une carte de taille appropriée peut simplement être insérée dans l'une des fentes pour carte du coffret avec un effet minimal sur l'écoulement d'air dans le coffret. De préférence, l'indicateur thermochromique est à base de cristaux liquides. Ces matières peuvent être utilisées pour formuler toute une variété de compositions qui changent de couleur dans le spectre visible sur une plage de températures définie et dans laquelle on peut spécifier à la fois le point de départ de température basse (le rouge) et l'étendue de température (depuis le commencement du rouge jusqu'au changement vert/bleu). De telles compositions sont disponibles commercialement chez Merck Ltd. Advanced Materials Division, Poole, Grande- Bretagne sous la marque commerciale "LICRITHERM". Elles peuvent être appliquées par sérigraphie, par flexographie, par impression à jet d'encre ou par des systèmes à lames d'air, et elles sont appliquées de préférence sur une sous-couche noire afin de procurer un contraste approprié. L'indicateur thermochromique est, de préférence, choisi de telle façon qu'il subisse un changement de couleur visible à l'intérieur d'une plage allant de 25 à 40 C. Bien que l'image thermographique puisse se former sur la carte dès que de l'air chaud est soufflé dans le coffret, elle peut être relativement transitoire une fois que la carte a été retirée du coffret si la carte n'est pas restée dans le coffret un temps suffisant pour s'échauffer. Ainsi, il peut être approprié de laisser la carte dans le coffret pendant un certain nombre de minutes jusqu'à ce qu'elle ait atteint, ou approché, sa température de régime permanent, ou au moins jusqu'à ce que son intérieur soit devenu chaud, auquel cas, lorsqu'elle sera retirée du coffret, elle conservera l'image thermographique pendant une durée suffisante pour qu'elle soit photographiée. La carte, de préférence, a une conductivité thermique d'au moins 0,05, d'une manière davantage préférable, d'au moins 0,1, spécialement d'au moins 0,15 et plus spécialement d'au moins 0,2 Wm-1K-1, puisque des valeurs de conductivité sensiblement inférieures à ce niveau peuvent permettre à la surface de la carte d'être refroidie au moment o elle est retirée du coffret, en provoquant ainsi la perte de l'image. De préférence, la carte a une conductivité thermique qui n'est pas supérieure à 1, de préférence pas supérieure à 0,5 et spécialement pas supérieure à 0,3 Wm-1 K-1 puisqu'il peut être difficile avec des cartes ayant des valeurs de conductivité sensiblement élevées d'empêcher la dissipation des isothermes dans le plan de la carte, en raison de la conductivité de la matière de carte. La carte est, de préférence, faite d'une résine thermodurcissable, par exemple une composition de verre-époxy dont les cartes de circuits classiques sont faites. La carte peut, si on le souhaite, être pourvue d'une couche de surface et/ou de couches intermédiaires conductrices de l'électricité. Toutefois on préfère que de telles couches ne soient pas présentes parce qu'elles peuvent dissiper la chaleur sur la surface de la carte. Ou, au moins, on préfère que de telles couches à forte conductivité thermique, comme des couches de cuivre, soient suffisamment minces, ou autrement qu'elles soient agencées, par exemple, en étant séparées en petites zones distinctes, pour limiter la dissipation de chaleur sur la surface de la carte ce qui empêcherait la formation du motif thermographique. Comme variante, la carte peut être faite d'une matière transparente, par exemple un acrylate, et agencée de telle manière que l'indicateur thermochromique soit visible à travers la carte, par exemple, en recouvrant la carte d'acrylate d'un indicateur thermochromique et en recouvrant l'indicateur d'une couche de renfort noire. Si on le souhaite, on peut ajouter d'autres couches à cet agencement. Les cartes de circuits sont souvent équipées d'une plaque avant, par exemple, des cartes filles qui sont destinées à être introduites dans un coffret et connectées à une carte mère ou de fond de panier au moyen d'un ou plusieurs connecteurs de bord situés à I'arrière de la carte fille. La plaque avant de ces cartes est normalement faite d'une plaque, d'aluminium ou d'un autre métal, située sur le bord avant de la carte et s'étendant dans un plan perpendiculaire à celui de la carte, de sorte que les plaques avant d'un groupement de cartes filles adjacentes forment ensemble au moins une partie de la face avant du coffret. Dans le cas d'une carte selon la présente invention, il peut être avantageux de la munir d'une plaque avant transparente afin de permettre de voir le motif thermographique formé sur la face de la carte. Il est possible d'utiliser plus d'un indicateur thermochromique avec une carte selon l'invention, auquel cas on préfère que les plages de températures sur lesquelles les indicateurs thermochromiques subissent leur changement de couleur visible ne se chevauchent pas. Si l'on utilise un certain nombre d'indicateurs thermochromiques, alors on peut voir un certain nombre de groupes distincts d'isothermes là o il y a des gradients de température significatifs sur la surface de la carte. Les différents indicateurs thermochromiques peuvent, par exemple, être imprimés sur la carte sous forme de motifs de points ou de petites zones qui ensemble recouvrent sensiblement toute la face principale de la carte, de telle manière que n'importe quelle zone locale de la carte contienne au moins un point ou une petite zone de chaque indicateur thermochromique. Bien qu'il soit possible d'observer un motif thermographique selon l'invention d'une manière très simple, en introduisant simplement de l'air chauffé dans l'orifice d'entrée de refroidissement du coffret, en faisant ainsi apparaître des régions avec des écoulements d'air d'importances différentes, un tel procédé ne donnera pas une indication directe du motif de température de la carte en utilisation. Comme variante, on peut munir la carte d'un ou plusieurs réchauffeurs laminaires situés sur sa surface, qui peuvent par exemple, être alimentés par l'intermédiaire d'un connecteur de bord sur la carte. On peut utiliser un seul réchauffeur laminaire qui peut s'étendre sur sensiblement toute la face principale de la carte, ou bien, on peut utiliser plus d'un réchauffeur qui peuvent avoir la même valeur ou des valeurs différentes de puissance par unité de surface, afin de simuler la production de chaleur des différents composants que l'on se propose d'utiliser. De cette façon on peut produire une carte thermique qui tient compte à la fois des caractéristiques des composants sur la carte et des caractéristiques du coffret. En réalité, I'indicateur thermochromique peut ne pas être utilisé simplement pour essayer le système de refroidissement d'un coffret, mais il peut, au lieu de cela, être utilisé selon l'invention pour cartographier la chaleur produite par une carte de circuits imprimés en fonctionnement. Un procédé par lequel ceci peut être obtenu comprend le fait de placer contre une carte de circuits imprimés un élément plan qui a, sur sa face principale, un indicateur thermochromique qui subit un changement de couleur visible réversible à une température à l'intérieur d'une plage prédéterminée, de sorte que l'indicateur thermochromique soit en contact thermique avec la carte dans une mesure suffisante pour refléter la température de la carte la mise sous tension de la carte; et l'observation de tout motif thermographique ainsi formé par l'indicateur thermochromique. Dans un tel procédé, I'élément plan peut être une feuille de plastique souple mince formée, par exemple, à partir d'un polyester, ou une carte rigide faite, par exemple, d'une résine acrylique. Dans tous les cas, il est préférable que la feuille ou la carte soient transparentes et que l'indicateur thermochromique y soit appliqué suivi d'une couche de renfort noire de sorte que l'indicateur soit protégé mécaniquement par la couche de renfort, et que les changements de couleur puissent être observés à travers la feuille ou la carte. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une forme de carte selon la présente invention, dans laquelle les épaisseurs des différentes couches ont été exagérées dans un but de clarté; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une seconde forme de carte selon l'invention; et la figure 3 est une vue schématique de la carte montrée à la figure 2 qui est utilisée pour essayer un agencement de refroidissement de coffret. En se référant aux dessins annexés, la figure 1 montre une carte indicatrice 1 selon l'invention qui comprend une carte faite d'une composition d'époxy renforcée par fibres de verre FR4 standard ayant une conductivité thermique de 0,24 Wm-1 K-1 qui a été revêtue d'une couche mince 2 de pigments noir, et d'une couche de 1 2 à 1 5 pm d'épaisseur 4 d'un indicateur thermochromique suivie par une couche de surface 6 en plastique transparent de 10 pm d'épaisseur qui protège l'indicateur thermochromique des dommages mécaniques au cours de la manipulation de la carte. L'indicateur thermochromique 4 est choisi de sorte qu'il soit transparent aux températures inférieures à 27 C et que, dans la plage de températures allant de 27 à 33 C, il présente les couleurs du spectre allant du rouge au vert, que sur les quelques degrés qui suivent il passe par les couleurs bleu indigo et violette et que, ensuite à environ 40 C, il devienne de nouveau transparent. La figure 2 montre une autre forme de carte indicatrice selon l'invention qui comprend une carte standard 21 sur laquelle une couche noire a été déposée suivie par trois indicateurs thermochromiques différents et un revêtement protecteur transparent final en plastique. Les indicateurs thermochromiques ont chacun été imprimés sur la couche noire par un procédé de sérigraphie pour former un motif de petites zones 22 d'une forme globalement hexagonale. Chaque zone hexagonale a des dimensions d'environ 1 à 2 mm et contient seulement l'un des trois indicateurs thermochromiques. Chaque indicateur thermochromique a une plage de température du rouge au vert de 6 C, et il a une température de départ (de début de coloration) différente, les trois températures de départ étant, respectivement, de 27 C, 35 C, et 470 C pour les indicateurs désignés par L (bas), M (moyen) et H (haut) dans la partie agrandie de la figure. De plus, la carte est pourvue d'un panneau avant transparent 24 en polyméthylméthacrylate. Le fonctionnement de la carte est représenté à la figure 3. La carte 21 a été introduite dans un coffret 26 de manière telle que le bord arrière de la carte bute, ou se trouve, dans la région d'un fond de panier 28, et que l'avant du coffret soit formé par le panneau avant transparent 24 de la carte. Le coffret comprend un orifice d'entrée d'air 30 et un ventilateur électrique 32 pour réaliser le refroidissement de l'équipement électronique à l'intérieur du coffret. En fonctionnement, le ventilateur est mis en marche et une soufflante d'air chaud 34 est placée à l'extérieur du coffret dans la région de l'orifice d'entrée d'air d'une façon telle que le ventilateur 32 souffle de l'air chaud sur la carte indicatrice 21. On peut observer sur la carte un motif thermographique comprenant trois isothermes approximatifs, H, M et L (respectivement à haute, moyenne et basse température), chaque isotherme approximatif étant divisé en les couleurs du spectre. Comme on le voit sur le dessin, une zone 36 de la carte est relativement chaude, en indiquant un refroidissement efficace par le ventilateur 32, en fonctionnement, tandis qu'une autre zone 38 est relativement froide, en indiquant une zone calme qui peut recevoir un refroidissement insuffisant par le ventilateur en fonctionnement. La carte peut être regardée à l'intérieur du coffret si elle est pourvue d'un panneau avant transparent 24. Comme variante, ou en plus, elle peut être retirée du coffret une fois qu'elle a atteint ou approché une température de régime permanent, et elle peut être observée et/ou photographiée. Typiquement, la carte sera laissée dans le coffret pendant 10 à 30 minutes, et l'image thermographique demeurera sur la carte jusqu'à deux minutes, ou même plus longtemps, après avoir été retirée du coffret. REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler l'écoulement d'air dans un coffret (26) pour équipements électroniques qui est pourvu d'un orifice d'entrée (30) d'air de refroidissement, caractérisé par les étapes: de mise en place d'une ou plusieurs cartes (21) à l'intérieur du coffret (26), la, ou chaque carte (21), ayant sur une de ses faces principales, un indicateur thermochromique (4) qui subit un changement de couleur visible réversible à une température à l'intérieur d'une plage prédéterminée; d'introduction, dans l'orifice d'entrée (30), d'air à une température différente de celle de la carte (21); et d'observation de tout motif thermographique (H. M, L) ainsi formé sur la face de la, ou de chaque, carte (21). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'orifice d'entrée (30) de l'air qui est à une température plus élevée que celle de la carte (21) et plus élevée que la plage de températures dans laquelle l'indicateur thermochromique (4) subit son changement de couleur visible. 3. Carte indicatrice de température (21) pour faire une cartographie de température à l'intérieur d'un coffret (26) pour équipements électroniques, caractérisée en ce que la carte (21) comporte, sur une de ses faces principales, un ensemble de groupements d'indicateurs thermochromiques, chaque groupement d'indicateurs subissant un changement de couleur à une certaine température à l'intérieur d'une plage prédéterminée; et les plages de températures des différents groupements étant différentes. 4. Carte (21) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les groupements d'indicateurs thermochromiques sont chacun imprimés sur la carte (21) sous forme d'un motif de points, ou de petites zones, (22) qui recouvrent sensiblement toute la face principale de la carte. 5. Carte (21) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdits changements de température sont chacun dans la plage allant de 25 à 40 C. 6. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle est faite d'une résine thermodurcissable. 7. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'elle comprend un réchauffeur laminaire situé sur sa surface. 8. Carte indicatrice de température (21) pour faire la cartographie de température à l'intérieur d'un coffret (26) pour équipements électriques, caractérisée en ce que la carte a, sur au moins sensiblement toute sa face principale, un indicateur thermochromique (4) qui subit un changement de couleur visible réversible à une certaine température à l'intérieur d'une plage prédéterminée, et un certain nombre de réchauffeurs laminaires disposés sur la face de la carte (21). 9. Carte (21) selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'indicateur thermochromique (4) subit le changement de couleur réversible à une température dans la plage allant de 25 à 40 C. 10. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que le, ou chaque, indicateur thermochromique (4) est à base de cristaux liquides. 11. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce qu'elle est faite d'une résine thermodurcissable. 1 2. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisée en ce qu'elle est faite d'une matière transparente et en ce qu'elle est agencée de telle façon que l'on peut voir à travers la carte (21) le, ou les, indicateur(s) thermochromique(s) (4). 13. Carte (21) selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'une plaque avant transparente (24).