Brevet FR2972891A1 — publié le 20120921

DISPOSITIF D'INTERCONNEXION PAR LIGNE DE TRANSMISSION L'invention se rapport au domaine général des interconnexions et en particulier des interconnexions destinées à la transmission de signaux à haute ou très haute fréquence. La conception de systèmes électroniques dans les domaines tels que l'aéronautique s'appuient de plus en plus sur l'assemblage de modules réalisant des fonctions élémentaires constituant des bibliothèques de fonctions de base. Ces modules peuvent être assemblés les uns aux autres, les assemblages ainsi formés étant configurés de façon à implémenter des fonctions complexes. On s'oriente ainsi de manière indubitable vers une conception basée sur une politique d'assemblage de produits multi-usages, ou "building blocks", dont la structure et la forme sont prédéfinies, auxquelles le produit final, constitué par l'assemblage de ces différentes structures, doit s'adapter. En dépit du fait qu'elle représente une solution économique pour concevoir des systèmes, l'utilisation de "building Blocks" présente l'inconvénient d'occasionner la mise en oeuvre d'un nombre important de connexions. En effet, plus une fonction est complexe et plus sa réalisation nécessite de "building blocks" et, par suite, de liaisons d'interconnexion entre les différents "building blocks". Par suite l'utilisation de moyens d'interconnexion performant tant en termes de performances électriques qu'en termes d'encombrement mécanique s'avère vraiment nécessaire. De manière générale, dans une telle structure, le système d'interconnexion joue le rôle d'interface à la fois mécanique et électrique et ce, dans des environnements vibratoires parfois sévères. Par suite, la définition de l'interconnexion générale d'un système doit largement tenir compte les exigences liées aux contraintes mécaniques et aux contraintes électriques. Or, à l'heure actuelle le niveau d'exigence introduit par les fonctions d'interface est fortement accru du fait notamment que l'intégration des systèmes étant de plus en plus importante on doit faire face à la nécessité de densifier le nombre de liaisons. Cela impose de trouver des moyens pour miniaturiser les points d'interconnexion, pour optimiser les volumes d'implantation des connexions ou encore pour dissiper, au travers des interfaces mécaniques la chaleur produite par les différents éléments de base constituant le système. Par ailleurs, le niveau des exigences en matière électrique demeure très élevé en termes: - de performances hyperfréquences: TOS, pertes, etc.... - de qualité spectrale des signaux hyperfréquence échangés par les différents "building blocks"; ~o - de l'efficacité du blindage des signaux transitant par les différentes connexions; - de protection vis à vis du couplage entre les signaux échangés; - de protection vis-à-vis des perturbations électromagnétiques (EMI), de la foudre; 15 - de filtrage des tensions d'alimentation.... Dans le domaine particulier des modules électroniques hyperfréquence utilisés notamment pour réaliser les modules d'émission et de réception d'antennes à balayage électronique, on assiste à une 20 densification des modules qui conduit bien souvent à monter des modules dos à dos sur une structure qui sert de radiateur, une structure métallique généralement. L'emploi d'une telle configuration, qui permet de réaliser un gain important en termes d'encombrement, est néanmoins un peu pénalisant quand il s'agit de connecter entre eux des modules placés sur deux faces 25 distinctes de la structure porteuse. Il nécessite en particulier de trouver des moyens d'interconnexion permettant de faire passer les signaux échangés par les modules à travers la structure porteuse. Pour réaliser de telles connexions, il existe différentes solutions connues qui passent par l'utilisation liaisons coaxiales réalisées à partir de 30 connecteurs spéciaux tels que des connecteurs micro coaxiaux de type SMP, qui permettent, dans une certaine mesure, d'interconnecter deux modules électroniques au travers d'une structure mécanique. Cependant, l'encombrement de tels connections reste important et leur mise en oeuvre délicate en termes d'alignement. II existe par ailleurs d'autres solutions, connues également, basées sur des systèmes de contacts par pression, les systèmes de contacts CIN:APSE® de la société CINCH par exemple, ou bien des moyens de connexion de type "Fuzbutton®" développés par la société Custom Interconnects, ou encore des moyens de connexion de type "Pogo Pin°" développés par la société CCP contact probes. Cependant ces solutions sont onéreuses et fragiles, et se prêtent difficilement à une implantation à haute densité de connexions. Elles posent en outre des problèmes d'isolation RF entre voies lorsque les signaux transmis par les interconnexions sont des signaux à haute fréquence. A cet effet un but de l'invention est de proposer une forme de connexion simple permettant d'interconnecter deux circuits électroniques, deux modules, séparés par une cloison, une cloison métallique faisant à la fois office de structure support et de radiateur par exemple. Un but de l'invention est également de permettre la réalisation de connexions RF de bonne qualité électrique, qui soient robustes et relativement moins onéreuses que les solutions d'interconnexion existantes. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif pour connecter deux circuits électroniques montés sur une structure mécanique porteuse, de part et d'autre de cette structure, la connexion étant réalisée au travers d'un canal de traversée cylindrique de diamètre D traversant la structure mécanique porteuse. Selon l'invention ce dispositif comporte: - une tige conductrice cylindrique présentant une partie centrale de diamètre d sensiblement inférieur au diamètre D du canal de traversée et deux extrémités, dont la longueur 1 est sensiblement égale à l'épaisseur E de la structure mécanique porteuse à l'endroit du canal de traversée, - deux rondelles de centrage en forme de disques d'épaisseur e sensiblement inférieure à la longueur 1 de la tige conductrice, les rondelles étant réalisées dans un matériau électriquement isolant, dont la constante diélectrique est proche de celle de l'air; chaque rondelle étant percée en son centre d'un trou circulaire dont le diamètre est déterminé en fonction du diamètre de la tige conductrice de façon à ce que chacune des rondelles puisse être emmanchée à une extrémité de celle-ci par emmanchement serré, le diamètre des rondelles étant défini en fonction du diamètre D du canal de traversée de façon à ce que la tige conductrice équipée des rondelles à ses extrémités puisse être insérée avec un jeu minimum à l'intérieur du canal de traversée. Selon une variante particulière, la tige conductrice comporte un bossage annulaire à chacune de ses extrémités et chaque rondelle comporte un trou central dont la paroi a un profil ajusté au bossage, les bossages permettant le maintien des rondelles en position le long de la tige conductrice. Selon une forme de réalisation particulière, les rondelles de centrage sont réalisées en polyéthylène ou en polytétrafluoroéthylène. Selon un mode de réalisation particulier, notamment adapté à une structure mécanique porteuse métallique, la tige conductrice, la paroi du canal de traversée et l'espace intermédiaire vide de matière qui les sépare forment une liaison coaxiale. Le diamètre D du canal de traversée et le diamètre d de la tige conductrice sont déterminés de façon à ce que l'espace intermédiaire forme une couche diélectrique dont l'épaisseur est fonction de la fréquence et de la puissance du signal véhiculé par le dispositif. Selon une variante du mode de réalisation précédent, notamment adapté au transport d'un signal radioélectrique se propageant sur la liaison coaxiale formée par la tige conductrice et la paroi du canal de traversée, la tige conductrice présente au niveau de ses extrémités un diamètre d', inférieur au diamètre d de la partie centrale. Le diamètre d' est défini de façon à ce que compte tenu de la constante diélectrique des rondelles, la propagation du signal dans la liaison coaxiale soit le moins possible perturbée. L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser une liaison coaxiale pour véhiculer un signal radioélectrique à travers une plaque métallique, procédé qui comporte: - une étape de forage d'un canal de traversé dans la plaque métallique, - une étape d'implantation dans le canal de traversée d'un dispositif de connexion selon l'invention; Le diamètre du canal et celui de la tige conductrice étant déterminés en fonction de la fréquence et de la puissance du signal radioélectrique véhiculé Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux 10 appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui représentent: - la figure1, une présentation schématique générale, en coupe, du dispositif de connexion selon l'invention monté dans l'épaisseur d'une 15 structure support; - La figure 2, une représentation schématique d'une forme de réalisation préférée du dispositif de connexion selon l'invention; - la figure 3, une illustration de principe décrivant la réalisation d'une interconnexion entre deux circuits électroniques au travers d'une structure 20 support, à l'aide de dispositifs de connexion selon l'invention. La figure 1 présente la structure générale du dispositif de connexion selon l'invention. Cette figure présente une vue partielle en coupe d'une plaque support destinée à supporter deux circuits électroniques disposés 25 chacun sur une des faces de la plaque et entre lesquels il est nécessaire d'établir des connexions. Comme cela a été dit précédemment le dispositif selon l'invention permet à deux modules électroniques 11 et 12, montés sur deux faces opposées d'une structure support 13 d'épaisseur e, une structure métallique 30 par exemple, d'échanger des signaux radioélectriques, la structure support pouvant ici également servir de dissipateur thermique. Selon l'invention, une liaison électrique est réalisée en perçant un canal cylindrique 14 dans l'épaisseur E de la plaque support 13 et en positionnant à l'intérieur du canal de traversée 14 un élément de connexion formé par une tige métallique 35 conductrice cylindrique rigide 15, le diamètre de la tige conductrice 15 étant sensiblement inférieur au diamètre D du canal 14. La tige conductrice 15 présente une longueur sensiblement égale à l'épaisseur E de la structure support 13 de telle sorte que, lorsqu'elle est placée à l'intérieur du canal de traversée 14, ses extrémités affleurent sensiblement la surface de part et d'autre du support 13. Selon l'invention, la tige est montée dans le canal de traversée 14, de façon à ce que son axe et l'axe du canal soient confondus. Pour ce faire la tige conductrice 15 est équipée de moyens permettant son positionnement fixe sur l'axe du canal 14. Ces moyens sont préférentiellement constitués par deux rondelles circulaires 17 et 18, en matériau isolant, d'épaisseur e de préférence faible devant la longueur de la tige 15, enfilées sur la tige 15 et positionnées au niveau de ses extrémités, de préférence à une distance la plus faible possible de ces extrémités compte tenu des contraintes mécaniques. L'ensemble tige-rondelles de centrage constitue ainsi l'élément essentiel du dispositif de connexion selon l'invention. Les rondelles de centrage 17 et 18 présentent un diamètre extérieur très sensiblement égal au diamètre D du canal de traversée 14 de sorte que la tige conductrice 15 équipée à ses extrémités des rondelles 17 et 18 puissent être insérée avec un jeu minimum dans le canal de traversée 14. Elles présentent en outre en leur centre un trou, un canal, dont le diamètre est très sensiblement égal au diamètre d de la tige 15 aux extrémités de laquelle elles sont emmanchées, de façon à réaliser un emmanchement serré qui garantit que, lorsque la tige 15 équipée des rondelles de centrage 17 et 18 est insérée dans le canal de traversée 14, celle-ci est maintenue en position sur l'axe du canal, isolée électriquement de la plaque support. L'ensemble tige conductrice - rondelles de centrage ainsi monté dans le canal de traversée peut avantageusement être utilisé pour véhiculer un signal électrique entre des circuits situés de part et d'autre de la plaque support. Par suite, en multipliant le nombre de canaux de traversée et en insérant dans chaque canal un dispositif, un contact, selon l'invention, il est possible de réaliser autant de liaisons d'interconnexion que nécessaire. Par ailleurs, dans la mesure où la structure, la plaque support est reliée électriquement à une référence commune aux deux circuits, une masse électrique commune par exemple, la paroi du canal de traversée 14 est alors reliée à la masse et constitue avantageusement un blindage de la tige conductrice 15 située à l'intérieur du canal. L'ensemble tige conductrice - canal de traversée constitue avantageusement une liaison coaxiale avec une âme centrale représentée par la tige conductrice 15 et une paroi conductrice externe constituée par la paroi du canal de traversée 14; l'âme 15 étant séparée de la paroi du canal 14 par un milieu diélectrique majoritairement constitué par l'air présent dans l'espace 19 entre la tige 15 et la paroi du canal 14, excepté au niveau des rondelles de centrage 17 et 18. II est ainsi avantageusement possible de véhiculer des signaux radioélectriques d'un circuit à l'autre à travers la structure support, sans que ceux-ci soit parasités ou désadaptés. Selon l'invention, les rondelles de centrage 17 et 18 sont réalisées préférentiellement dans un matériau ayant une constante diélectrique élevée, préférentiellement la plus proche de celle de l'air de telle sorte que la propagation d'un signal radioélectrique sur la ligne de connexion ainsi formée soit le moins possible altérée par les ruptures d'impédance se produisant nécessairement au niveau des rondelles de centrage. A cet effet, les rondelles peuvent être réalisées en verre-époxy, en PVC ou plus préférentiellement en polyéthylène ou en polytétrafluoroéthylène, du Téflon® par exemple. L'épaisseur e de ces rondelles 17 et 18 est préférentiellement la plus faible possible compte tenu de la résistance mécanique et de la rigidité qu'elles doivent présenter pour remplir leur rôle. Selon l'invention, le diamètre de la tige conductrice est défini en fonction de la puissance du signal transmis par la liaison. Le diamètre D du canal de traversée 14 est quant à lui défini de telle sorte que, compte tenu du diamètre de la tige conductrice 15, l'espace séparant la tige de la paroi du canal soit suffisant pour garantir l'impédance désirée compte tenu de la constante diélectrique de l'air présent dans cet espace. Dans une forme de réalisation simple, les rondelles de centrage 17 et 18 sont montées sur la tige conductrice 15, aux extrémités de la tige, par emmanchement serré, de telle sorte que la friction de la rondelle sur la paroi de la tige suffit à maintenir celle-ci à l'endroit désiré. Alternativement dans une forme de réalisation plus élaborée la tige conductrice 15 comporte au niveau de chacune de ses extrémités un léger bossage annulaire 16. Les rondelles 17 et 18 comportent quant à elle un orifice central avec une paroi dont le profil en épaisseur répond à celui du bossage 16, de sorte que la mise en place de la rondelle au niveau du bossage renforce le maintien en position de la rondelle à l'emplacement désiré le long de la tige conductrice. Dans une forme standard simple, illustrée par la figure 1, forme de réalisation qui convient à la transmission de signaux de fréquence basse, la tige conductrice présente un diamètre d constant sur toute sa longueur I; la rupture d'impédance occasionnée au niveau des rondelles de centrage 17 et 18 étant considérée comme pouvant être négligée compte tenu de la fréquence du signal véhiculé. En revanche, dans une forme plus élaborée de l'invention, illustrée par le détail de la figure 2, la tige conductrice 15 présente à ses extrémités, au niveau du positionnement des rondelles 17 et 18, un diamètre d' intérieur au diamètre d, le diamètre d' étant déterminé de manière connue de façon à minimiser le plus possible la rupture d'impédance se produisant lors du passage de l'air au matériau constituant les rondelles. De la sorte, s'agissant de véhiculer un signal radioélectrique par exemple, le signal véhiculé se trouve moins altéré par les ruptures d'impédance rencontrées le long de la ligne coaxiale ainsi réalisée. La structure d'interconnexion décrite dans le texte qui précède permet avantageusement, comme l'illustre la figure 3, de réaliser de manière simple et efficace l'interconnexion de deux circuits montés sur une même structure support, une structure métallique, de part et d'autre de cette structure sans avoir à mettre en place un quelconque câblage d'interconnexion, par nature encombrant, du fait notamment de l'emploi de connecteurs. En pratique, d'un point de vue développement, la mise en place d'une telle interconnexion nécessite simplement que les points de connexion 111 et 121 des deux circuits destinés à être connectés les uns aux autres soient implantés sur les deux circuits de façon à se retrouver en vis-à-vis lorsque les deux circuits sont montés sur la structure 13. La mise en place de l'interconnexion selon l'invention consiste alors à usiner des canaux 14 aux endroits appropriés de la structure support 13 et à placer dans ces canaux des dispositifs de connexion 15, 16 tels que ceux décrits précédemment. II est à noter que chaque connexion étant réalisée séparément Les diamètres des canaux et des tiges conductrices formant les différentes connexions peuvent avantageusement être différents d'une connexion à l'autre, de façon en particulier à constituer des liaisons coaxiales capables de véhiculer, d'un circuit à l'autre, des signaux de fréquences et de puissances différentes à travers la structure support. Ces signaux peuvent ainsi avantageusement être des signaux radioélectriques de fréquence élevée dont la transmission nécessite une adaptation des liaisons utilisées ou encore des signaux basse fréquence. Par suite, comme l'illustre la figure, la simple fixation des circuits 11, 12 considérés sur la structure 13 assure la mise en contact des points de connexion 111, 121 placés sur les circuits avec les extrémités des tiges 15, insérées dans les canaux 14 usinés dans le support. Le montage des circuits considérés sur le support suffit généralement à assurer l'interconnexion de deux circuits au travers de la structure support. On n'a alors avantageusement pas besoin de mettre en place de connectique à la fois fragile, encombrante et coûteuse. II est à noter que d'une manière générale, la structure support étant une structure métallique, une plaque métallique par exemple, elle peut avantageusement servir de référence, de masse électrique, aux différents modules qui y sont montés. Dans ce cas, la transmission d'un signal radioélectrique de haute fréquence d'un circuit à l'autre est alors assurée simplement par mise en contact avec la tige conductrice 15 de la liaison correspondante avec le points de connexion correspondant sur chacun des circuits. Les parois du canal 14 correspondant étant mises à la masse, celui- ci constitue le conducteur extérieur, le blindage, d'une liaison coaxiale adaptée, la tige conductrice 15 formant l'âme de cette liaison. II est à noter également que, comme l'illustre la figure 3, la mise en contact des points de connexion des circuits 11 et 12 montés sur la structure support avec les tiges conductrices 15 formant les interconnexions peut également être réalisée en interposant entre chaque circuit et la face de la structure support correspondante, un film conducteur 31 présentant une très faible épaisseur par rapport à l'épaisseur de la structure support 13 et des caractéristiques propres à présenter une déformation anisotropique. C'est notamment le cas lorsque, pour certaines applications particulières, on cherche à s'affranchir de tout éventuel défaut de planéité des surfaces de connexion des circuits ou des tolérance de réalisation des moyens de connexion (tolérances sur les longueurs des tiges conductrices 15 et/ou de positionnement des tiges conductrices à l'intérieur des canaux de transmission 14). C'est également le cas lorsque la structure support est également chargée de la dissipation de la chaleur produite par les circuits qui y sont montés. Dans ce dernier cas le film interposeur renforce la conduction thermique entre les circuits montés sur la structure support et la structure support elle-même. On choisit alors un film interposeur réalisé dans un matériau polymère bon conducteur thermique. REVENDICATIONS1. Dispositif pour connecter deux circuits électroniques (11, 12) montés sur une structure mécanique porteuse (13), de part et d'autre de cette structure, la connexion étant réalisée au travers d'un canal de traversée cylindrique (14) de diamètre D traversant la structure mécanique porteuse, caractérisé en ce qu'il comporte: - une tige conductrice cylindrique (15) présentant une partie centrale de diamètre d inférieur au diamètre D du canal de traversée et deux extrémités, dont la longueur 1 est sensiblement égale à l'épaisseur E de la structure mécanique porteuse (13) à l'endroit du canal de traversée (15), - deux rondelles de centrage (17, 18) en forme de disques d'épaisseur e inférieure à la longueur 1 de la tige conductrice, les rondelles étant réalisées dans un matériau électriquement isolant, dont la constante diélectrique est proche de celle de l'air; chaque rondelle (17, 18) étant percée en son centre d'un trou circulaire dont le diamètre est déterminé en fonction du diamètre de la tige conductrice (15) de façon à ce que chacune des rondelles puisse être emmanchée à une extrémité de celle-ci par emmanchement serré, le diamètre des rondelles (17, 18) étant défini en fonction du diamètre D du canal de traversée (14) de façon à ce que la tige conductrice (15) équipée des rondelles (17, 18) à ses extrémités puisse être inséré avec un jeu minimum à l'intérieur du canal de traversée (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure mécanique porteuse (13) étant une structure métallique, la tige conductrice (15), la paroi du canal de traversée (14) et l'espace intermédiaire (19) vide de matière qui les sépare forment une liaison coaxiale, le diamètre D du canal de traversée (14) et le diamètre d de la tige conductrice (15) étant déterminés de façon à ce que l'espace intermédiaire (19) forme une couche diélectrique dont l'épaisseur est définie, en fonction de la fréquence et de la puissance du signal véhiculé par le dispositif, de façon à garantir l'impédance désirée pour la liaison coaxiale formée. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige conductrice comportant un bossage annulaire (16) à chacune de ses extrémités, chaque rondelle comporte un trou central dont la paroi a un profil ajusté au bossage, les bossages (16) permettant le maintien des rondelles (17, 18) en position le long de la tige conductrice (15). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le signal véhiculé étant un signal radioélectrique se propageant sur la liaison coaxiale formée par la tige conductrice (15) et la paroi du canal de traversée (14), la tige conductrice présente au niveau de ses extrémités un diamètre d', inférieur au diamètre d de la partie centrale, défini de façon à ce que compte tenu de la constante diélectrique des rondelles (17, 18), la propagation du signal dans la liaison coaxiale soit le moins possible perturbée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les rondelles de centrage (17, 18) sont réalisées en polyéthylène ou en polytétrafluoroéthylène. 6. Procédé pour réaliser une liaison coaxiale pour véhiculer un signal radioélectrique à travers une plaque métallique (13), caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de forage d'un canal de traversé (14) dans la plaque métallique, - une étape d'implantation dans le canal de traversée d'un dispositif (15, 17, 25 18) selon l'une des revendications 2 à 5, Le diamètre du canal (14) et celui de la tige conductrice (15) du dispositif étant déterminés, en fonction de la fréquence et de la puissance du signal radioélectrique véhiculé, de façon à garantir l'impédance désirée pour la liaison coaxiale formée. 30