Brevet FR3015855A1 — publié le 20150626

Boîtier pour carte électronique La présente invention concerne les boîtiers pour équipements microélectroniques. Plus précisément, l'invention concerne un boîtier pour carte électronique définissant un volume intérieur destiné à recevoir une ou plusieurs cartes électroniques, le boîtier comprenant un dispositif d'interconnexion pour l'interconnexion de la ou les cartes électroniques avec un équipement externe au boîtier, le dispositif d'interconnexion comprenant une languette d'interconnexion. Le domaine de l'invention se situe dans les boîtiers électroniques utilisés pour protéger les cartes électroniques telles que les cartes à circuit imprimé. Ces cartes sont utilisées dans de nombreux domaines, et notamment dans le domaine de l'aviation. Les boîtiers dans lesquels elles sont disposées ont vocation à les protéger de leur environnement, en particulier des températures et de leurs variations ainsi que de l'humidité. Ces considérations se traduisent par de fortes contraintes d'étanchéité et d'isolation pour le dispositif d'interconnexion de ces boîtiers. Le dispositif d'interconnexion doit néanmoins permettre le raccordement des cartes électroniques aux équipements externes. Ainsi, les boîtiers connus sont munis d'un ou plusieurs logements débouchant à travers l'une de leurs parois, et dans lesquels ou chacun desquels sont insérées des languettes d'interconnexion qui font saillie hors du boîtier et qui sont raccordées physiquement à la ou les cartes électroniques ainsi qu'à un équipement externe. Le volume du ou des logements est empli d'une résine, par exemple réalisée à partir d'époxy, qui isole l'enceinte du boîtier de l'environnement extérieur. La résine isole thermiquement l'enceinte du boîtier et empêche également l'air et l'humidité d'y pénétrer, de sorte que la ou les cartes électroniques sont protégées. Une telle résine est connue sous le terme anglophone de « potting », qui signifie remplissage. Toutefois, ces boîtiers ne donnent pas entière satisfaction. En effet, il a été constaté que le vieillissement de la résine n'affectait que faiblement son herméticité à l'air, mais qu'en revanche, son herméticité à l'eau diminuait de façon tangible au fil du temps, de sorte que l'humidité finit par pénétrer dans l'enceinte du boîtier. En outre, pour la bonne étanchéification du boîtier par la résine, il est nécessaire que le logement empli de résine présente un volume suffisant. Ce phénomène entrave la bonne miniaturisation du boîtier. Par ailleurs, la résine est très difficile voire impossible à remplacer en cours de vie du produit, de sorte que le boîtier n'est pas réparable lorsque la résine cesse d'être hermétique. Enfin, une étanchéification par résine présente des performances qui sont insuffisantes dans des applications dans lesquelles les conditions environnementales sont exigeantes. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine aéroporté, dans lequel les variations de température sont particulièrement importantes et la mauvaise protection des cartes électroniques que contiennent les boîtiers peut avoir de graves répercussions. L'un des objets de l'invention est de proposer un boîtier ne présentant pas ces inconvénients. A cet effet, l'invention concerne un boîtier tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que le boîtier comporte une fente d'interconnexion délimitée par un bord, et en ce que la languette d'interconnexion est reçue à travers ladite fente d'interconnexion et est solidarisée au bord au moyen d'une brasure hermétique formant un joint hermétique entre ledit bord et la languette d'interconnexion. Selon d'autres aspects de l'invention, le boîtier comprend une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes, prise(s) isolément ou selon toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - la fente d'interconnexion est ménagée à travers l'une des parois du boîtier ; - le boîtier comprend en outre un orifice de réception agencé dans l'une des parois dudit boîtier et un cadre reçu dans ledit orifice de réception ; - la fente d'interconnexion est ménagée à travers le cadre; - le cadre est fixé hermétiquement sur le boîtier via un joint hermétique réalisé par soudage laser ; - le cadre et/ou le boîtier sont réalisés à partir d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium ; - le cadre comprend une portion centrale de forme générale rectangulaire et deux portions latérales semi-circulaires ; - la distance entre le bord de la fente d'interconnexion et la languette d'interconnexion est sensiblement comprise entre 200 microns et 400 microns ; - la languette d'interconnexion est une carte de circuit imprimé ; - le dispositif d'interconnexion comprend une unique languette d'interconnexion ; et - la ou chaque languette d'interconnexion est destinée à assurer la communication en basse fréquence entre la ou les cartes électroniques et l'équipement externe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux Figures annexées, sur lesquelles : la Figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier selon l'invention ; la Figure 2 est une vue en coupe d'une portion d'un boîtier selon l'invention ; la Figure 3 est un diagramme bloc illustrant un procédé de fabrication du boîtier des Figures 1 et 2 ; la Figure 4 est une vue analogue à la vue de la Figure 2 pour un boîtier selon une variante de l'invention ; - la Figure 5 illustre un cadre que comprend le boîtier de la Figure 4 ; et - la Figure 6 illustre une vue analogue à la vue de la Figure 2 pour un boîtier selon une autre variante de l'invention. La Figure 1 illustre un boîtier 2 selon l'invention. Dans l'exemple de la Figure 2, le boîtier 2 est embarqué à bord d'un aéronef (non représenté). Le boîtier 2 est destiné à protéger une ou plusieurs cartes électroniques 4 de l'environnement extérieur. Le boîtier 2 est réalisé à partir d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium. La carte électronique 4 est par exemple une carte à circuit imprimé sur laquelle sont montés des composants électroniques destinés à réaliser des fonctions particulières, tels que des composants électroniques de puissance, un ou plusieurs processeurs, une ou plusieurs mémoires, etc. Dans l'exemple de la Figure 1, le boîtier 2 comprend une unique carte électronique 4. Le boîtier 2 comprend une pluralité de parois solidaires les unes des autres et disposées de façon à délimiter un volume intérieur 6 du boîtier 2 dans lequel la carte électronique 4 est agencée. Lorsque le boîtier 2 est fermé, le volume intérieur 6 est isolé de l'environnement extérieur, en particulier de l'air et de l'humidité, et est empli d'un gaz inerte. Le boîtier 2 comprend une paroi inférieure 8, des parois latérales 10, une paroi arrière 12 et une paroi avant 14. En outre, le boîtier 2 comprend un capot supérieur hermétique (omis sur la Figure 1 pour plus de clarté) permettant l'ouverture et la fermeture du boîtier 2. Le boîtier présente une forme générale parallélépipédique. En pratique, la forme précise du boîtier 2 est conditionnée par la forme de la carte électronique 4, et en particulier est telle que le boîtier 2 puisse contenir la carte électronique 4 tout en présentant un volume minimal. Ainsi, dans l'exemple de la Figure 1, le boîtier 2 présente un épaulement 15 ménagé dans l'un de ses flancs. Comme indiqué précédemment, le boîtier 2 est adapté pour protéger la carte électronique 4 de l'humidité et des variations de température, tout en autorisant le raccordement de la carte électronique 4 à un ou des équipements externes (non représentés) pour la communication de la carte électronique 4 avec ces équipements externes et son alimentation en énergie électrique. A cet effet, le boîtier 2 comprend un dispositif d'interconnexion 16 hermétique. Par « dispositif d'interconnexion hermétique », on entend que le dispositif d'interconnexion isole le volume intérieur 6 du boîtier de l'environnement extérieur, et en particulier empêche l'introduction d'air et d'humidité dans le volume intérieur. Le dispositif d'interconnexion 16 comprend une languette d'interconnexion 18, ci- après languette 18, pour le raccordement de la carte électronique 4 aux équipements externes, et une fente d'interconnexion 20, ci-après fente 20, dans laquelle la languette 18 est reçue. En outre, le dispositif d'interconnexion 16 comprend un joint 21 hermétique (Figure 2) solidarisant la languette 18 au boîtier 2 au niveau de la fente 20. La languette 18 est adaptée pour être connectée simultanément à la carte électronique 4 et aux équipements externes de façon à autoriser la communication de ces deux dispositifs entre eux. Plus particulièrement, la languette 18 est destinée à la communication en basse fréquence de la carte électronique 4 avec le ou les équipements externes. Plus spécifiquement, la languette 18 est destinée à l'alimentation de la carte 4 en énergie électrique, à la transmission de signaux de commande à destination de composants de la carte 4, à la transmission de signaux vidéos et/ou de signaux LVDS, acronyme anglophone de « Low Voltage Differential Signaling », qui signifie transmission différentielle à basse-tension. La languette 18 est une carte à circuit imprimé. En particulier, la connexion de la carte électronique 4 aux équipements au moyen de connecteurs dits « perles de verre » ne sont pas envisagés, un raccordement au moyen de ce type de connecteurs n'autorisant pas un débit suffisant pour un certain nombre d'applications, notamment dans le domaine de l'aéronautique. La languette 18 est constituée de couches de matériau conducteur électriquement, tel que du cuivre, et séparées par un matériau isolant. Comme indiqué précédemment, la languette 18 est reçue à travers la fente 20. Comme on le verra par la suite, les dimensions de la languette 18 conditionnent les dimensions de la fente 20. En référence aux Figures 1 et 5, la languette 18 se présente sous la forme d'une plaque de forme générale rectangulaire. La languette 18 présente une première extrémité 22 transversale reliée à la carte électronique 4, par exemple suivant une technique d'interconnexion microélectronique connue, par exemple par « wedge-bonding », qui signifie soudure en coin et repose sur l'utilisation d'un ou plusieurs fils de diamètre de l'ordre de la dizaine de microns, par thermo-compression, ou encore par soudure dite « parallel gap », qui signifie à interstice parallèle. En outre, la languette 18 présente une deuxième extrémité 24 opposée à la première extrémité 22 faisant saillie hors du boîtier 2. La deuxième extrémité 24 forme une extrémité libre et est destinée à être raccordée à l'équipement externe. En variante, les deux extrémités 22, 24 présentent des largeurs différentes, c'est-à-dire que la languette 18 présente deux portions sensiblement rectangulaires. Par exemple, la deuxième extrémité 24 présente une largeur I comprise entre 25 mm et 45 mm, et valant par exemple sensiblement 35 mm. Quant à elle, la largeur de la première extrémité 22 est conditionnée par la largeur de la carte électronique 4 au niveau de sa zone de connexion à la languette 18. La languette 18 présente une faible épaisseur e. Plus précisément, l'épaisseur e de la languette 18 est comprise entre 0,5 mm et 2 mm. La languette 18 présente des connecteurs 19 pour la connexion de la languette 18 à l'équipement externe et/ou à la carte électronique 4. Les connecteurs 19 sont situés à l'une et l'autre de ses extrémités 22, 24 (pour des raisons de clarté, seuls les connecteurs orientées vers l'extérieur du boîtier sont représentés sur la Figure 1) Le nombre de connecteurs 19 situés au niveau de la deuxième extrémité 24 est par exemple compris entre 100 et 200 et vaut par exemple 150. La fente 20 est ménagée à travers une paroi du boîtier 2. La fente 20 traverse la paroi correspondante. En outre, la fente 20 débouche à l'intérieur et à l'extérieur du boîtier 2. Dans le mode de réalisation des Figures 1 et 2, la fente 20 est ménagée à travers la paroi avant 14. Le boîtier 2 sera décrit de manière non limitative pour une fente ménagée à travers la paroi avant 14. La fente 20 se présente sous la forme d'une ouverture de forme oblongue. Dans l'exemple des Figures, la fente 20 est disposée horizontalement. En outre, en référence à l'orientation de la Figure 1, elle présente une forme générale rectangulaire de faible hauteur par rapport à sa largeur. La fente 20 est délimitée par un bord 23 de la paroi avant 14. En référence à la Figure 2, la paroi avant 14 est pourvue d'une surépaisseur 25 à travers laquelle la fente 20 est ménagée. La surépaisseur 25 s'étend de part et d'autre de la paroi avant 14. La surépaisseur 25 délimite ainsi deux renforts 27 entourant la fente 20, chaque renfort 27 étant respectivement situé sur l'une des faces de la paroi avant 14. Chaque renfort 27 présente une dimension dans le sens de l'épaisseur de la paroi 14 qui est comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm. La présence de la surépaisseur 25 a pour effet d'améliorer la tenue mécanique du joint hermétique 21 en augmentant la surface de contact entre le joint 21, la languette 18 et le bord 23. L'herméticité du dispositif d'interconnexion 16 et sa tenue dans le temps sont ainsi améliorées. La distance d séparant le bord 23 de la fente 20 et la languette 18 est sensiblement constante pour tous les points du bord 24. La distance d est sensiblement comprise entre 200 microns et 400 microns. Par exemple, la distance d est sensiblement égale à 300 microns. A noter que pour plus de clarté, la distance d a été volontairement accentuée sur les Figures 1, 2, 4 et 6. La fente 20 présente une hauteur sensiblement égale à e+2d. La hauteur de la fente 20 est donc comprise entre 0,9 mm et 2,8 mm. En outre, la largeur de la fente 20 sensiblement égale à I+2d. La largeur de la fente 20 est ainsi comprise entre 25,4 mm et 45,8 mm. Le joint 21 est destiné à étanchéifier le dispositif d'interconnexion 16 et le boîtier 2 de façon générale. Selon l'invention, le joint 21 est une brasure hermétique. La brasure est réalisée à partir d'un alliage d'étain, d'étain/plomb, ou d'étain/plomb/argent. Comme on le verra par la suite, le joint 21 est obtenu par brasage par refusion d'une charge de brasure, par exemple se présentant initialement sous forme de crème de brasage, au moyen d'un four de brasage. En variante, le joint 21 est obtenu par brasage en phase vapeur. En variante encore, le joint 21 est obtenu par brasage manuel. Le joint 21 occupe tout le volume délimité entre le bord 23 et la languette 18. Ceci a pour effet de maximiser l'herméticité du joint 21. La fabrication du boîtier 2 selon l'invention va maintenant être décrite en référence aux Figures 1 à 3 par brasage au moyen d'un four de brasage. Tout d'abord, au cours d'une étape de préparation 26, on ménage la fente 20 dans la surépaisseur 25 par usinage, de façon à former les renforts 27. En outre, on dispose la charge de brasure au niveau de la zone de la languette 18 destinée à être engagée dans la fente 20. Si tel n'est pas encore le cas, on enduit les abords de la zone de languette 18 destinée à être engagée dans la fente 20 d'un vernis d'épargne de brasure visant à empêcher l'expansion de la brasure, de sorte que la brasure n'emplisse que le volume délimité entre le bord 23 et la languette 18 et ne déborde pas sur la languette 18. Puis on insère la languette 18 dans le boîtier 2, et on l'y fixe dans une position prédéterminée par des moyens de fixation connus. Une fois fixée, la languette 18 se trouve en position de brasage. Au cours d'une étape de brasage 28, on brase la languette 18 dans la fente 20 de façon à former le joint 21 au moyen du four de brasage. A l'issue du brasage, le joint 21 hermétique est formé. Le procédé de fabrication du boîtier 2 se déroule de manière analogue pour un brasage en phase vapeur, à la différence qu'on utilise un équipement de brasage en phase vapeur au lieu d'un four de brasage. En variante, pour la fabrication d'un boîtier 2 par brasage manuel'au cours de l'étape de brasage 28, on forme le joint 21 par brasage manuel. Dans tous les modes de réalisation, au cours d'une étape finale 30 (en pointillés sur la Figure 3) faisant suite à l'étape de brasage 28, on insère la carte électronique 4 dans le boîtier 2, on la dispose dans la position qu'elle est destinée à occuper, on la fixe au boîtier, puis on la connecte à la languette 18 du côté de l'extrémité 22 au niveau des plages de connexion 19 par interconnexion microélectronique, comme indiqué précédemment. Puis, le volume intérieur 6 est empli de gaz inerte et le boîtier 2 est refermé via le capot supérieur. Le boîtier 2 selon l'invention présente plusieurs avantages. Tout d'abord, l'étanchéification du dispositif d'interconnexion 16 au moyen d'une brasure hermétique entre le boîtier 2 et la languette 18 au niveau de la fente 20 fournit une meilleure tenue à l'humidité et à l'air au fil du temps que les dispositifs d'interconnexion connus. En outre, comme visible sur la Figure 2, le dispositif d'interconnexion 16 occupe un volume réduit comparativement à un dispositif d'interconnexion 16 reposant sur l'usage de résine. En particulier, le joint 21 ne requiert pas de volume dédié dans le boîtier 2. La miniaturisation du boîtier 2 n'est donc plus entravée par le dispositif d'interconnexion 16. De même, une éventuelle dégradation du joint 21 est plus aisément réparable que pour un joint de type potting réalisé à base de résine. La Figure 4 illustre une vue analogue à celle de la Figure 2 pour un boîtier 2 selon une variante de l'invention. Dans cette variante, outre les éléments déjà décrits, le dispositif d'interconnexion 16 comprend un cadre 32 rapporté sur le boîtier 2. Le cadre 32 présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la paroi avant 14. La fente 20 est ménagée à travers le cadre 32. Comme précédemment, la fente 20 est agencée au niveau d'une surépaisseur 25 du cadre 32. En outre, la fente 20 est délimitée par un bord 23. En référence avec la Figure 5, le cadre 32 présente une portion centrale 36 sensiblement rectangulaire. En outre, le cadre 32 comprend deux portions latérales 38, 40 sensiblement semi-circulaires et venues de matière avec la portion centrale 36. La fente 20 est agencée à travers la portion centrale 36, les grands côtés respectifs de la fente 20 et de la portion centrale 36 étant sensiblement parallèles. Préférentiellement, le cadre 32 est réalisé à partir d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique proche ou sensiblement égal à celui du matériau du boîtier 2. Préférentiellement, le boîtier 2 et le cadre 32 sont tous deux réalisés à partir du même matériau, par exemple de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Toujours selon cette variante, le boîtier 2 comprend un orifice de réception 41 traversant la paroi 14. L'orifice de réception 41 est destiné à recevoir le cadre 32. Le bord de l'orifice de réception 41 présente un épaulement 42 d'appui pour la périphérie du cadre 32. L'épaulement 42 est formé dans une partie de l'épaisseur de la paroi avant 14. L'épaulement 42 délimite un volume de dimensions complémentaires de celles du cadre 32, de telle sorte que le cadre 32 affleure la paroi avant 14 lorsqu'il est reçu dans l'orifice de réception 41. Le cadre 32 est solidarisé au bord de l'orifice de réception 34 via un joint hermétique 44. La fabrication d'un boîtier 2 selon cette variante de l'invention va maintenant être décrite en référence aux Figures 3 à 5. Au cours de l'étape de préparation 26, on usine le cadre 32, dans lequel on ménage la fente 20 au niveau de la surépaisseur 25. On usine également l'orifice de réception 41 et l'épaulement 42 dans la paroi avant 14 du boîtier 2. Au cours de l'étape de brasage 28, on brase la languette 18 sur le cadre 32 par brasage au four, en phase vapeur ou manuellement. On dispose ainsi d'un cadre 32 pourvu d'une languette 18 solidarisée au cadre 32 au niveau de la fente 20 par le joint hermétique 21. Ensuite, on engage le cadre 32 dans l'orifice de réception 41. Puis on solidarise le cadre 32 au boîtier 2 en formant le joint hermétique 44. Plus précisément, on forme le joint hermétique 44 par soudage laser, et ce sans métal d'apport. Puis, on insère la carte électronique 4 dans le boîtier 2, on l'y fixe et on la connecte à la languette 18 tel que précédemment décrit. Dans d'autres modes de réalisation, le cadre 32 est solidarisé au boîtier 2 préalablement au brasage de la languette 18 sur le cadre 32. La languette 18 est ensuite brasée sur le cadre 32 au niveau de la fente 20. Puis la carte électronique 4 est fixée au boîtier puis raccordée à la languette 18. Le boîtier 2 selon cette variante de l'invention présente plusieurs avantages. Tout d'abord, l'aménagement de la fente 20 à travers le cadre 32 qui est ensuite rapporté au boîtier 2 a pour effet de permettre de disposer d'ensembles languette/cadre préassemblés. Ceci facilite la gestion des pièces afférentes à la fabrication des boîtiers 2. En outre, l'utilisation d'un cadre 32 rapporté au boîtier 2 facilite la réparation du boîtier 2 lorsque le joint 21 se dégrade. En effet, pour réparer le boîtier 2 dans ce cas de figure, on désolidarise le cadre 32 du boîtier 2 au niveau du joint hermétique 44. On peut alors aisément remplacer le cadre 32 pourvu d'une languette 18 dont le joint 21 n'est plus satisfaisant par un autre ensemble cadre/languette préassemblé. Les réparations du boîtier 2 selon cette variante sont donc aisées à mettre en oeuvre et peu coûteuses. En outre, la forme générale du cadre 32 a pour effet de réduire les risques d'occurrence de fissurations au niveau du joint 21 et augmente donc la longévité du joint 21. Par ailleurs, l'utilisation de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique proches pour le cadre 32 et le boîtier 2 a pour effet que le joint 21 et le joint hermétique 44 sont faiblement sollicités du fait des variations thermiques de l'environnement du boîtier 2, par exemple pour des températures variant entre -55`C et 1251. En variante, en référence à la Figure 6, la fente 20 n'est pas entourée par une surépaisseur 25, et ne présente donc pas de renfort 27. Une telle variante est également envisageable pour des modes de réalisation dans lesquels le boîtier 2 est pourvu du cadre 32. Le cadre 32 est alors dépourvu de surépaisseur 25. En variante encore, la carte électronique 4 est associée à une plaque de blindage. Dans certains modes de réalisation, les modes de réalisation décrits précédemment et techniquement compatibles entre eux sont combinés. REVENDICATIONS1.- Boîtier pour carte électronique définissant un volume intérieur (6) destiné à recevoir une ou plusieurs cartes électroniques, le boîtier (2) comprenant un dispositif d'interconnexion (16) pour l'interconnexion de la ou les cartes électroniques (4) avec un équipement externe au boîtier (2), le dispositif d'interconnexion (16) comprenant une languette d'interconnexion (18), caractérisé en ce que le boîtier (2) comporte une fente d'interconnexion (20) délimitée par un bord (23), et en ce que la languette d'interconnexion (18) est reçue à travers ladite fente d'interconnexion (20) et est solidarisée au bord (23) au moyen d'une brasure hermétique formant un joint (21) hermétique entre ledit bord (23) et la languette d'interconnexion (18). 2.- Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente d'interconnexion (20) est ménagée à travers l'une des parois (10, 12, 14) du boîtier (2). 3.- Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (2) comprend en outre un orifice de réception (41) agencé dans l'une des parois dudit boîtier et un cadre (32) reçu dans ledit orifice de réception (41). 4.- Boîtier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fente d'interconnexion (20) est ménagée à travers le cadre (32). 5.- Boîtier selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le cadre (32) est fixé hermétiquement sur le boîtier (2) via un joint hermétique (44) réalisé par soudage laser. 6.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le cadre (32) et/ou le boîtier (2) sont réalisés à partir d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium. 7.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le cadre (32) comprend une portion centrale (36) de forme générale rectangulaire et deux portions latérales (38, 40) semi-circulaires.35 8.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (d) entre le bord (23) de la fente d'interconnexion (20) et la languette d'interconnexion (18) est sensiblement comprise entre 200 microns et 400 microns. 9.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la languette d'interconnexion (18) est une carte de circuit imprimé. 10.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'interconnexion (16) comprend une unique languette d'interconnexion (18). 11.- Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque languette d'interconnexion est destinée à assurer la communication en basse fréquence entre la ou les cartes électroniques et l'équipement externe.