Brevet FR3102642A1 — publié le 20210430

Carte électronique (1) comportant : - une première portion de carte (10) comprenant des composants de protection foudre (16), un premier plan de masse (17) et une première zone de masse (18) ; - une deuxième portion de carte (11) comprenant des composants fonctionnels (22), un deuxième plan de masse (23) et une deuxième zone de masse (24) ; - une troisième portion de carte (12) qui sépare et isole électriquement le premier plan de masse et la première zone de masse du deuxième plan de masse et de la deuxième zone de masse ; la première zone de masse et la deuxième zone de masse étant non vernies ; la première zone de masse (18) et la deuxième zone de masse (24) étant agencées pour être appliquées sur un élément de boîtier (31) qui est conducteur électrique et qui appartient à un boîtier dans lequel est intégrée la carte électronique (1). FIGURE DE L’ABREGE : Fig.1 Carte électronique comprenant un premier plan de masse et un deuxième plan de masse L’invention concerne le domaine des cartes électroniques qui comportent des composants de protection foudre. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Les aéronefs modernes comprennent un grand nombre de systèmes embarqués qui intègrent des équipements électroniques tels que des calculateurs, des contrôleurs, des concentrateurs de données, etc. Ces équipements électroniques comportent à la fois des composants « fonctionnels », qui leur permettent de mettre en œuvre les fonctions pour lesquelles ils sont prévus, et des composants « de protection », qui protègent les équipements électroniques des perturbations qu’ils sont susceptibles de subir : perturbations électromagnétiques, foudre, etc. Au moment de la fabrication d’un tel équipement électronique, il convient de vérifier en usine que les composants de protection foudre, par exemple des diodes TVS (pour Transient Voltage Suppressor , sont bien montés. On applique donc via un connecteur de test des tensions impulsionnelles de test sur les broches des connecteurs de l’équipement électronique. Or, si les composants fonctionnels et les composants de protection foudre sont montés sur une même carte électronique, il est impossible de réaliser ce test de manière efficace car, en l’absence de composants de protection foudre, ce sont les protections ESD (pour Electrostatic Discharge , ou décharges électrostatiques) incluses dans les circuits intégrés qui vont « clamper » aux mêmes tensions (c’est-à-dire qui vont laisser s’échapper les courants vers la masse), ce qui va produire des résultats de test erronés. Pour résoudre ce problème, on a envisagé de séparer le plan de masse d’une même couche en deux zones de masse distinctes sur la couche. Les composants de protection sont situés au niveau de l’une des zones de masse et les composants fonctionnels au niveau de l’autre des zones de masse. Une fois que les tests sont réalisés, les deux zones de masse sont court-circuitées avec des résistances de 0 ohm. Cette solution n’est pas satisfaisante. En effet, les résistances de 0 ohm forment un court-circuit qui est efficace à basse fréquence mais pas à haute fréquence. De plus, les résistances de 0 ohm peuvent créer un effet de fente dans le plan de masse. Par ailleurs, cette solution complexifie la mise en œuvre du test. Si la carte électronique est apportée pour le test avec les résistances de 0 ohm montées, celles-ci doivent être retirées pour le test puis remontées sur la carte électronique après le test. La solution classiquement utilisée pour résoudre ce problème consiste à intégrer, dans l’équipement électronique, une carte électronique dite « de fond de panier » qui comprend les composants de protection foudre, et une carte fonctionnelle qui comprend les composants fonctionnels. Le test de présence des composants de protection foudre est réalisé alors que la carte de fond de panier ne se trouve pas dans le boîtier de l’équipement électronique. La référence de masse des composants de protection foudre est alors différente de celle des composants fonctionnels et le test peut être réalisé efficacement. Cependant, cette solution nécessite deux cartes électroniques distinctes, ce qui augmente le volume (et en particulier la hauteur) du boîtier de l’équipement électronique, ainsi que le coût de l’équipement électronique. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet de réduire le volume et le coût d’un équipement électronique comprenant des composants de protection foudre. En vue de la réalisation de ce but, on propose une carte électronique comportant : - une première portion de carte comprenant des composants de protection foudre, un premier plan de masse et au moins une première zone de masse connectée au premier plan de masse ; - une deuxième portion de carte comprenant des composants fonctionnels, un deuxième plan de masse et au moins une deuxième zone de masse connectée au deuxième plan de masse ; - une troisième portion de carte qui sépare et isole électriquement le premier plan de masse et la première zone de masse du deuxième plan de masse et de la deuxième zone de masse ; la première zone de masse et la deuxième zone de masse étant non vernies et appartenant à une même couche externe de la carte électronique, la première zone de masse et la deuxième zone de masse étant agencées pour être appliquées sur un élément de boîtier qui est conducteur électrique et qui appartient à un boîtier dans lequel est intégrée la carte électronique, de sorte que cet élément de boîtier connecte entre elles la première zone de masse et la deuxième zone de masse, et donc le premier plan de masse et le deuxième plan de masse. Ainsi, préalablement à l’intégration de la carte électronique dans le boîtier de l’équipement électronique, le premier plan de masse de la première portion de carte et le deuxième plan de masse de la deuxième portion de carte sont isolés par la troisième portion de carte. Le test de présence des composants de protection foudre peut donc être réalisé sur la carte électronique sans que les composants fonctionnels ne perturbent les résultats de ce test. Puis, suite au test, la carte électronique est intégrée dans le boîtier et l’élément de boîtier connecte entre eux le premier plan de masse et le deuxième plan de masse. Le court-circuit est donc réalisé sur toute la surface de la première zone de masse et sur toute la surface de la deuxième zone de masse qui peuvent être importantes. Le court-circuit est donc très efficace à toutes les fréquences et ne requiert pas l’utilisation de résistances de 0 ohm. Cette solution permet de monter sur une même carte électronique les composants de protection foudre et les composants fonctionnels, de sorte que la carte de fond de panier dédiée aux composants de protection foudre n’est plus nécessaire. On réduit de la sorte le coût de l’équipement électronique, mais aussi et surtout le volume du boîtier ce qui permet de concevoir un équipement électronique « extra plat ». L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de modes de mise en œuvre particuliers non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue de dessus d’une carte électronique selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la figure 2 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire aux faces de la carte électronique, la carte électronique n’étant pas intégrée dans son boîtier ; la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, la carte électronique étant intégrée dans le boîtier. la figure 4 est une vue de dessus d’une carte électronique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La carte électronique selon l’invention est ici destinée à être intégrée dans un boîtier d’un équipement électronique d’un système embarqué d’aéronef. En référence aux figures 1 à 3, la carte électronique selon un premier mode de réalisation de l’invention 1 comporte un circuit imprimé qui comprend un matériau isolant 2 ainsi qu’une première couche externe 3, une deuxième couche externe 4 et une couche interne 5, qui sont toutes trois des couches de cuivre. Le matériau isolant 2 comprend par exemple une trame en fibres de verre imprégnée de résine époxy. La première couche externe 3, qui s’étend ici sur une face supérieure 6 de la carte électronique 1, et la deuxième couche externe 4, qui s’étend sur une face inférieure de la carte électronique 1, sont toutes deux partiellement recouvertes par un vernis épargne 8. La carte électronique 1 comporte trois portions de cartes distinctes : une première portion de carte 10, une deuxième portion de carte 11 et une troisième portion de carte 12. Chaque portion de carte a pour surface une portion de la surface de la face supérieure 6 et donc de la face inférieure de la carte électronique 1, et pour épaisseur l’épaisseur de la carte électronique 1. La première portion de carte 10 comporte deux connecteurs 15, des composants de protection comprenant des composants de protection foudre 16, un premier plan de masse 17 et deux premières zones de masse 18a, 18b connectées au premier plan de masse 17. Les composants de protection foudre 16 comportent notamment une diode traversante 20 positionnée sur la face supérieure de la carte électronique 1 et dont les pattes traversent la première couche externe 3, la couche interne 5, la deuxième couche externe 4 et le matériau isolant 2 pour être fixées par brasage sur la deuxième couche externe 4. La deuxième portion de carte 11 comporte des composants fonctionnels 22, un plan de masse 23 et deux zones de masse externes 24a et 24b connectées au deuxième plan de masse 23. Les composants fonctionnels 22 comprennent notamment un composant 26 en boîtier BGA qui est fixé par brasage sur la première couche externe 3 de la carte électronique 1. Le premier plan de masse 17 s’étend sur la totalité de la surface de la première portion de carte 10. Le deuxième plan de masse 23 s’étend sur la totalité de la surface de la deuxième portion de carte 11. Le premier plan de masse 17 et le deuxième plan de masse 23 appartiennent tous deux à la couche interne 5 de la carte électronique 1. L’une des deux premières zones de masse 18a et l’une des deux deuxièmes zones de masse 24a appartiennent toutes deux à la première couche externe 3 de la carte électronique 1. L’autre des deux premières zones de masse 18b et l’autre des deux deuxièmes zones de masse 24b appartiennent toutes deux à la deuxième couche externe 4 de la carte électronique 1. Le premier plan de masse 17 est relié aux deux premières zones de masse 18a, 18b par des premiers vias 27. Le deuxième plan de masse 23 est relié aux deux deuxièmes zones de masse 24a, 24b par des deuxièmes vias 28. Chaque première zone de masse 18 est une première bande de cuivre. Chaque deuxième zone de masse 24 est une deuxième bande de cuivre. Les deux premières zones de masse 18a, 18b et les deux deuxièmes zones de masse 24a, 24b sont nues, c’est à dire non vernies. La troisième portion de carte 12, quant à elle, ne comprend pas de cuivre mais uniquement le matériau isolant 2. La troisième portion de carte 12 s’étend dans toute l’épaisseur de la carte électronique 1. Comme on le voit sur la figure 1, lorsque la carte électronique 1 est vue de dessus, c’est-à-dire en face de la face supérieure 6 de la carte électronique 1, la troisième portion de carte 12 présente la forme d’une troisième bande qui s’étend linéairement dans toute la largeur de la carte électronique 1. C’est aussi le cas lorsque la carte électronique 1 est vue de dessous. La troisième portion de carte 12 s’étend entre la première portion de carte 10 et la deuxième portion de carte 11, qui sont donc définies dans la longueur de la carte électronique 1 de part et d’autre de la troisième portion de carte 12. La troisième portion de carte 12 sépare et isole électriquement la première portion de carte 10 de la deuxième portion de carte 11 et, en particulier, sépare et isole électriquement le premier plan de masse 17 et les deux premières zones de masse 18a, 18b, du deuxième plan de masse 23 et des deux deuxièmes zones de masse 24a, 24b. La première zone de masse 18a et la deuxième zone de masse 24a forment donc les bords de la première couche externe 3 de part et d’autre de la troisième portion de carte 12. De même, la première zone de masse 18b et la deuxième zone de masse 24b forment donc les bords de la deuxième couche externe 4 de part et d’autre de la troisième portion de carte 12. Lorsque la carte électronique 1 est vue de dessus, la première bande de la première zone de masse 18a, la deuxième bande de la deuxième zone de masse 24a et la troisième bande de la troisième portion de carte 12 s’étendent linéairement côte à côte, parallèlement l’une par rapport à l’autre, la troisième bande étant positionnée entre la première bande et la deuxième bande. C’est aussi le cas lorsque la carte électronique 1 est vue de dessous. Les deux premières zones de masse 18a, 18b et les deux deuxièmes zones de masse 24a, 24b ont chacune une largeur supérieure ou égale à 3mm. La largeur de la première zone de masse 18a située sur la première couche externe 3 est inférieure à la largeur de la première zone de masse 18b située sur la deuxième couche externe 4. De même, la largeur de la deuxième zone de masse 24a située sur la première couche externe 3 est inférieure à la largeur de la deuxième zone de masse 24b située sur la deuxième couche externe 4. La première zone de masse 18a et la deuxième zone de masse 24a, tout comme la première zone de masse 18b et la deuxième zone de masse 24b, sont espacées d’une distance supérieure ou égale à 0,8mm, c’est c’est-à-dire que la troisième portion de carte 12 a une largeur supérieure ou égale à 0,8mm. On décrit maintenant plus en détail la mise en œuvre de l’invention. Au moment de la fabrication de la carte électronique 1, lorsqu’il convient de tester la présence des composants de protection foudre 16, les tests de présence sont réalisés sur la carte électronique 1 « seule », non intégrée dans le boîtier de l’équipement électronique. Le premier plan de masse 17, qui forme la référence de masse pour les composants de protection foudre 16 de la première portion de carte 10, et le deuxième plan de masse 23, qui forme la référence de masse pour les composants fonctionnels 22 de la deuxième portion de carte 11, sont isolés électriquement. La distance de 0,8mm minimum évoquée plus tôt permet d’obtenir un isolement efficace sous les tensions impulsionnelles de test maximales définies par la norme RTCA DO-160 G applicable aux équipements électroniques dans l’aéronautique. Dans cette norme, l’amplitude maximale des tensions impulsionnelles de test est égale à 3200V. Puis, une fois que les composants de protection foudre 16 ont été testés, la carte électronique 1 est intégrée dans le boîtier de l’équipement électronique. On remarque que la troisième portion de carte 12 comprend des trous 30 qui traversent la carte électronique 1, qui sont répartis régulièrement sur toute la longueur de la troisième portion de carte 12, et qui sont situés au milieu de la largeur de la troisième portion de carte 12 (c’est-à-dire au milieu de la largeur de la troisième bande lorsque la carte électronique 1 est vue de dessus ou de dessous). La carte électronique 1 est installée dans le boîtier de sorte que la première zone de masse 18b et la deuxième zone de masse 24b de la deuxième couche externe 4 viennent en contact avec un élément de boîtier 31 qui est conducteur électrique et qui appartient au boîtier de l’équipement électronique. Par « appartient », on entend ici que l’élément de boîtier forme une même pièce avec une partie du boîtier ou bien est lui-même fixé au boîtier. Ici, l’élément de boîtier 31 est un barreau de métal dont la face supérieure sert de plan d’appui à la carte électronique 1. La largeur de l’élément de boîtier 31 est au moins égale à la somme de la largeur de la première zone de masse 18b, de la largeur de la deuxième zone de masse 24b de la deuxième couche externe 4, et de la largeur de la troisième portion de carte 12. Puis, des vis 32 sont insérées depuis la face supérieure de la carte électronique 1 dans les trous 30 pratiqués dans la troisième portion de carte 12, et sont vissées dans des trous taraudés formés dans l’élément de boîtier 31. Lorsqu’une vis 32 est vissée entièrement, la surface interne de la tête 33 de la vis 32 est en contact avec la première zone de masse 18a et la deuxième zone de masse 24a de la première couche externe 3. L’élément de boîtier 31 ainsi que les vis 32 connectent ainsi électriquement entre elles les premières zones de masse 18 et les deuxièmes zones de masse 24, et donc le premier plan de masse 17 et le deuxième plan de masse 23. La référence de masse des composants de protection foudre 16 et la référence de masse des composants fonctionnels 22 sont ainsi communes. En référence à la figure 4, la carte électronique selon un deuxième mode de réalisation 40 comporte à nouveau une première portion de carte 41, une deuxième portion de carte 42, et une troisième portion de carte 43 qui sépare et isole électriquement la première portion de carte 41 et la deuxième portion de carte 42. La première portion de carte 41 comprend un premier plan de masse appartenant à une couche interne de la carte électronique 40, et une première zone de masse 44 appartenant à une couche externe 45 de la carte électronique 40. Le premier plan de masse et la première zone de masse 44 sont reliés par des vias. La deuxième portion de carte 42 comprend un deuxième plan de masse appartenant à la couche interne de la carte électronique 40, et une deuxième zone de masse 46 appartenant à la couche externe 45 de la carte électronique 40. Le deuxième plan de masse et la deuxième zone de masse 46 sont reliés par des vias. La première portion de carte 41 comprend les composants de protection foudre alors que la deuxième portion de carte 42 comprend les composants fonctionnels. La troisième portion de carte 43 présente, lorsque la carte électronique 40 est vue de dessus, une forme crénelée qui comprend ici cinq créneaux (on considère ici que, dans une forme crénelée, un créneau est une zone délimitée par deux fronts). La couche externe 45 comporte une surface de masse non vernie 47. La surface de masse non vernie 47 comprend une portion longiligne 48 parallèle à la direction de la largeur de la carte électronique 40 et qui s’étend dans toute la largeur de la carte électronique 40, et des excroissances 49 qui s’étendent à intervalles réguliers depuis la portion longiligne 48. Chaque excroissance 49 comprend un trou de fixation 50 destiné à accueillir une vis. La première zone de masse 44 de la première portion de carte 41 comprend des premières portions 51 de la surface de masse non vernie 47, et la deuxième zone de masse 46 de la deuxième portion de carte 42 comprend des deuxièmes portions 52 de la surface de masse non vernie 47, les premières portions 51 de la surface de masse non vernie 47 et les deuxièmes portions 52 de la surface de masse non vernie 47 étant disposées en alternance. Chaque première portion 51 de la surface de masse non vernie 47 et chaque deuxième portion 52 de la surface de masse non vernie 57 sont incluses dans un créneau distinct. La première zone de masse 44 de la première portion de carte 41 comprend ainsi trois excroissances 49 et donc trois trous de fixation 50, alors que la deuxième zone de masse 46 de la deuxième portion de carte 42 comprend deux excroissances 49 et donc deux trous de fixation 50. Lorsque la carte électronique 40 est intégrée dans le boîtier, la zone de masse non vernie 47 est posée sur un élément de boîtier qui est conducteur électrique. La carte électronique est alors vissée à l’élément de boîtier par des vis qui s’étendent dans les trous de fixation 50. L’élément de boîtier court-circuite l’ensemble de la zone de masse non vernie 47, et donc la première zone de masse 44 et la deuxième zone de masse 46, et par conséquent le premier plan de masse et le deuxième plan de masse. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. Carte électronique (1 ; 40) comportant : - une première portion de carte (10 ; 41) comprenant des composants de protection foudre (16 ; 20), un premier plan de masse (17) et au moins une première zone de masse (18b ; 44) connectée au premier plan de masse ; - une deuxième portion de carte (11 ; 42) comprenant des composants fonctionnels (22 ; 26), un deuxième plan de masse (23) et au moins une deuxième zone de masse (24b ; 46) connectée au deuxième plan de masse ; - une troisième portion de carte (12 ; 43) qui sépare et isole électriquement le premier plan de masse et la première zone de masse du deuxième plan de masse et de la deuxième zone de masse ; la première zone de masse et la deuxième zone de masse étant non vernies et appartenant à une même couche externe (4 ; 45) de la carte électronique, la première zone de masse (18b ; 44) et la deuxième zone de masse (24b ; 46) étant agencées pour être appliquées sur un élément de boîtier (31) qui est conducteur électrique et qui appartient à un boîtier dans lequel est intégrée la carte électronique (1), de sorte que cet élément de boîtier connecte entre elles la première zone de masse et la deuxième zone de masse, et donc le premier plan de masse et le deuxième plan de masse. Carte électronique selon la revendication 1, dans laquelle le premier plan de masse (17) et le deuxième plan de masse (23) appartiennent tous deux à une couche interne (5) de la carte électronique, le premier plan de masse et le deuxième plan de masse étant reliés respectivement à la première zone de masse et à la deuxième zone de masse par au moins un premier via (27) et par au moins un deuxième via (28). Carte électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle, lorsque la couche externe (4) est vue de face, la première zone de masse (18b) présente la forme d’une première bande, la deuxième zone de masse présente la forme d’une deuxième bande (24b) et la troisième portion de carte (12) présente la forme d’une troisième bande, la première bande, la deuxième bande et la troisième bande étant parallèles l’une par rapport à l’autre et la troisième bande étant située entre la première bande et la deuxième bande. Carte électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la première zone de masse et la deuxième zone de masse ont chacune une largeur supérieure ou égale à 3mm et la troisième portion de carte (12) a une largeur supérieure ou égale à 0,8mm. Carte électronique selon l’une des revendications précédentes, comportant une première couche externe (3) comprenant une première zone de masse (18a) et une deuxième zone de masse (24a), et une deuxième couche externe (4) comprenant une autre première zone de masse (18b) et une autre deuxième zone de masse (24b), la troisième portion de carte (12) comprenant au moins un trou (30) traversant la carte électronique, les premières zones de masse et les deuxièmes zones de masse étant agencés de sorte que, lorsque la carte électronique est fixée à l’élément de boîtier (31) du boîtier par une vis (32) qui s’étend dans le trou, une tête (33) de la vis est en contact avec la première zone de masse (18a) et la deuxième zone de masse (24a) de la première couche externe (3), et l’autre première zone de masse (18b) et l’autre deuxième zone de masse (24b) de la deuxième couche externe (4) sont en contact avec l’élément de boîtier (31). Carte électronique selon l’une des revendications 1, 2, 4 ou 5, dans laquelle la couche externe (45) comprend une surface de masse non vernie (47), et dans laquelle la première zone de masse (44) comprend des premières portions (51) de la surface de masse non vernie (47) et la deuxième zone de masse (46) comprend des deuxièmes portions (52) de la surface de masse non vernie (47), les premières portions de la surface de masse non vernie et les deuxièmes portions de la surface de masse non vernie étant disposées en alternance. Carte électronique selon la revendication 6, dans laquelle, lorsque la couche externe (45) est vue de face, la troisième portion de carte (43) présente une forme crénelée, chaque première portion (51) de la surface de masse non vernie (47) et chaque deuxième portion (52) de la surface de masse non vernie (47) étant incluses dans un créneau distinct de la forme crénelée. Equipement électronique comportant une carte électronique selon l’une des revendications précédentes et le boîtier comprenant l’élément de boîtier, la carte électronique étant intégrée dans le boîtier de sorte que la première zone de masse et la deuxième zone de masse sont en contact avec l’élément de boîtier. Equipement électronique selon la revendication 8, dans lequel l’élément de boîtier (31) est un barreau métallique servant de raidisseur ou d’appui pour la carte électronique. Procédé de fabrication d’un équipement électronique selon l’une des revendications 8 ou 9, comprenant les étapes de : - réaliser sur la carte électronique un test destiné à valider la présence des composants de protection foudre, la carte électronique n’étant pas intégrée dans le boîtier ; - intégrer la carte électronique dans le boîtier en mettant en contact la première zone de masse et la deuxième zone de masse avec l’élément de boîtier.