NO852421L - Mekanisk og elektrisk monteringsanordning for hoeyintegrerte elektroniske data-kretskort. - Google Patents

Abstract

Mekanisk og elektiisk monteringsanordning bestående av en metallisk holder (10) med U-formet tverrsnitt, og hvis ar-mer hver kan holde en samling elektriske koblingsplugger (30) som hax null innsettingskraft og er forsynt med an-ordninger (31) for låsing/opplåsing, bunnen av holderen utgjør et bakstykke for varmeveksling og inneholder spalter (50) som er anordnet for å motta termiske ledere,. de innstikkbare elektroniske kretskortene (100) blir anbragt i denne koblingsanordningen ved å skyves inn i de to motsatt anbragte koblingspluggene (30), slik at den kanten av kortet som har den termiske lederen, går inn i den tilsvarende spalten (50) til bakstykket, de to koblingspluggene kan bli låst, og koblingskretser kan bli loddet til hver ansamling av koblingsplugger (30) for å etablere forbindelse mellom kortene (100), denne anordningen (10) kan bli fullført med metalldeksler (70, 71) som beskytter moderkorene (20, 21) og beskyttelsesplater som lukker det U-formette stykket sideveis (74) og ved de to endene (72, 73).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår det å frembringe komplekse databehandlingssystemer, og mer spesielt en mekanisk og elektrisk monteringsanordning tilpasset til å koble sammen høyintegrerte elektroniske kretskort, spesielt under vanskelige miljøforhold.

Komplekse elektroniske byggeelementer for elektronikk og/ eller databehandling som har en struktur med flere prosessorer eller flere databusser, og som brukes under vanskelige miljøforhold, må oppfylle et antall krav. De må ha

høy temperaturstabilitet, god mekanisk oppførsel og dess-uten være ufølsomme for forstyrrende elektromagnetiske felter.

Videre, når det gjelder datasystemer med 16- eller 32-

bits fler-buss-teknologi er det nødvendig å sørge for et tilstrekkelig antall tilkoblingspinner eller punkter på hvert kort. 400 tilkoblingspinner er omtrent det antall

som trengs ved disse typer teknologi.

Likeledes, for å minimalisere antall kort, er det nød-vendig å bruke høyintegrerte kretskort. Det er også nød-vendig å sørge for at den varme som genereres i kompo-nentene kan fjernes.

For tiden finnes det standarder for formatet eller stør-relsen på elektroniske kretskort. Denne standardiser-

ingen letter integrasjon og vedlikehold, harmoniserer be-tingelsene for installering av byggeenheter, modularitet sørger for utsplittbarhet mellom de forskjellige byggeenheter og sikrer tilfredsstillende klimatisk oppførsel,

både mekanisk og elektrisk. Som et eksempel kan nevnes det formatet eller størrelsen som betegnes SEC (standard-ized electronic cards) som nå brukes i visse militære innretninger, og som angir kortstørreiser på 123 mm x

170 mm. Denne størrelsen er tilstrekkelig liten til å

bære de mekaniske påkjenninger, det vil si vibrasjoner,

risting og sjokk som kan bli ventet. Men i den vanlige oppbygningen har denne type kretskort bare en koblingsplugg med 96 pinner, som muligens kan økes til 144 eller 200 pinner, men som er utilstrekkelig til å oppfylle de kravene som stilles av en 16- eller 32-bits fler-bussstruk-tur.

Et annet format eller størrelse som benyttes for sivile anvendelser, for eksempel for 32-bits DLX kalkulator,

er det formatet som er kjent som "dobbelt europa" hvor dimensjonene på kretskortet er 320 mm x 320 mm. Disse kortene har hver fire kontakter med 96 pinner, to på

hver av to parallelle kanter. Kretskort med dette formatet oppfyller ikke i tilstrekkelig grad de kravene som stilles under vanskelige miljøbetingelser, for eksempel de som gjelder for militære systemer.

Ved vanlig fremgangsmåte blir forbindelsespluggene til kretskort av SEN-format forbundet ved hjelp av en plugg som kalles en "sokkel eller hunnkjønnsplugg", montert på en holder, kretskortene blir skjøvet inn i glideskinner normalt mot bunnen av holderen. Således befinner pinnene og kontaktene seg rett overfor hverandre såsnart kortet er på plass i stativet. Videre, vil forbindelsespinnene som er plassert på motsatte kanter av kortet for kort av dobbelt europaformat, bli tilkoblet på forsiden slik at forbindelsen med miljøet utenfor oppnås gjennom forsiden. Mellomrommet mellom forbindelsespinnene i disse 96-pins-kontaktene er 2.54 mm, og det standardiserte mellomrom mellom kortene i stativet er enten 12.7 mm eller 7.62 mm.Anordninger for avkjøling blir i alminnelighet besørget

i rammen som danner det mekaniske skjelettet til kortet, avkjølingsmetoden er tilpasset til den effekt som skal fjernes.

De kjente anordningene gjør det ikke mulig å komme uten-

om problemet som er indikert ovenfor. Spesielt kan de ikke bli benyttet på 32-bits teknologi med minst 400

forbindelsespinner, når man tar hensyn til at de er høy-integrerte og skal tåle vanskelige miljøkrav.

Foreliggende oppfinnelse angår en mekanisk og elektrisk anordning for høyintegrerte elektroniske kretskort som gjør det mulig å overvinne problemene i et konvensjonelt "lite" format som er for likelig med en mekanisk integrasjon i for eksempel en 1/2 ATR eller 3/4 ATR boks. For å oppnå dette brukes det plugger med høy tetthet av kontakter, for eksempel med 200 pinner, som har null innsettingskraft og er forbundet med låseanordninger og en spesiell mottaksanordning.

Ifølge oppfinnelsen er det frembragt en anordning for mekanisk og elektrisk montering av høyintegrerte elektroniske kretskort, nevnte anordning består av en U-formet holder i et stykke, hvor det i bunnen er anordnet minst en spalte, og i sideveggene på den er det anordnet fordypninger som hver kan holde minst en koblingsplugg med mange kontakter, nevnte kontakter er anbragt langs leng-deretningen til kortet som blir satt inn i spalten i koblingspluggen, nevnte koblingsplugg har null innsetningskraft og er forbundet med en låseanordning, hvorved nevnte holder er beregnet for tilkobling til kretskort som har kontaktskinner med samme avstand som kontaktene i koblingspluggen på minst en side av kortet og på to motsatte kanter, og som omfatter en termisk tilkobling på

en tredje kant som i låst posisjon passer inn i den tilsvarende spalten i bunnen av holderen, og som danner et bakstykke og varmeveksler.

Oppfinnelsen vil bli tydeligere, og andre detaljer, kon-struksjonsmåter og fordeler blir mer åpenbare ved å le-se den følgende beskrivelsen med referanse til de med-følgende figurer.

Figur 1 er et blokkskjema av et system med mange prosessorer og mange databusser hvor for eksempel sam-mensetnings anordningen ifølge oppfinnelsen kan anvendes. Figur 2 viser en elementær holder tilhørende en anordning ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser en monteringsanordning for mange kretskort ifølge oppfinnelsen. Figur 4 viser et kretskort tilpasset monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser et system med mange prosessorer og mange databusser som gjør det mulig fullt ut å fortså hvorfor monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen er interessant. Systemet består av 16 eller 32-bits prosessorer, P-^...Pn som har forbundet til seg lokale lågere M]_...Mn. Et visst antall koblingsenheter C1...Cner forbundet med hver sin av prosessorene P^...Pn, likedan er de spesialiserte ope-ras jonsenhe tene 0]_...0n. I et byggeelement er prosessoren P]_, lageret Mj_, koblingsenheten Cj_, og den spesialiserte funks jonsenhe ten 0j_ koblet sammen ved hjelp av en lokal databuss Bjj. Videre er disse byggeelementene koblet til hverandre ved hjelp av en systembuss BG som er forbundet med et samlelager MG. En velgerkrets for databussene AR er anordnet for å kontrollere utvekslingen mellom bygge-enhetene. I et slikt system med 32-bits mikroprosessorer, må systembussen med krafttilkoblinger gi ca. 200 koblingspinner, hver sentrale prosessorenhet eller lokale lager er tilkoblet systembussen med ca. 100 pinner. Likeledes, er prosessorene, de lokale lagrene, koblingsenhetene eller spesialiserte funksjonsenhetene i alminnelighet tilkoblet ved hjelp av 100-pins kontakter, på samme måte som utgangsenhetene. Følgelig er det fordelaktig å fremskaffe tilpassede monteringsanordninger som gjør det mulig å integrere flere funksjoner på et enkelt høyinte-

grert kretskort, hvor monteringsanordningen har ca. 400 koblingspinner for å forbinde kortet både til systembussen og til de lokale databussene på forskjellige byggeenheter.

Den mekaniske og elektriske monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen består av en holder som er forbundet med moderkort med eventuelle beskyttelsesanordninger tilpasset for sammenkobling av innpluggbare elektroniske elementer eller kort, kontaktpinnene og de termiske koblingsanord-ningene til nevnte monteringsanordning er anordnet på

en spesiell måte som vil bli beskrevet nedenfor.

En grunnleggende holder som inngår i den elektriske mon-ter ingsanor dningen ifølge oppfinnelsen er vist i figur 2. Denne holderen 10 skal motta, holde og koble til et plugg-bart elektronisk element ved hjelp av to koblingsplugger 30 med null innsetningskraft. Holderen 10 består av et U-formet metallstykke hvis dimensjoner, armlengde 1, bunn-lengde h og bredde e er tilpasset den standarden som benyttes. Denne holderen er laget av en lettvektslegering, for eksempel AG4, ved støpeteknikker slik som sandstøp-ing, formstøping, voksutsmeltningsmetoden eller injek-sjonsstøpning. Hver arm av det U-formede stykket består av en rektangulær fordypning som inneholder en koblingsplugg 30 med 200 kontakter og null innsettingskraft. Spalten til koblingspluggen 30 er forlenget opp til endene på armene til det U-formede stykket, slik at inn-settingen av det pluggbare elektroniske elementet blir utført ved å skyve det inn i spaltene parallellt med armene. Det er også anordnet en spalte 50 i bunnen av holderen, og denne har til hensikt å motta en termisk kontakt på det pluggbare elektroniske elementet. Tyk-kelsen E av bunnen til det U-formede stykket er tilstrekkelig til at spalten virker etter hensikten som term-

isk bakstykke. I det formatet som er tilpasset mekanisk innpassing i en 1/2 ATR-boks, er dimensjonen til kortene 123 mm x 193 mm. I det formatet som er til-

passet mekanisk innpassing i en 3/4 ATR-boks er dimensjonen på kortene 190 mm x 19 3 mm. Den bredden som kan nyt-tiggjøres ved kontaktenes nivå for den felles lengden til disse to størrelsene, 19 3 mm, er ca. 140 mm. I en utfør-else av oppfinnelsen har koblingspluggene med null innsetningskraft således 100 kontakter på hver side av plug-gen, anbragt med et mellomrom på 1.27 mm, enten rett ovenfor hverandre eller vekslende. På den andre siden av koblingspluggen er det terminaler 32 vinkelrett på plug-gen og med vekslende intervaller på 1.2 7 mm. Terminal-ene 32 er fortinnede og av den type som kan loddes til en trykket krets.

Koblingspluggene 30 som har null innsettingskraft består av 200 kontakter med, som nevnt ovenfor, avstander på 1.27 mm, og virker på følgende måte: Hver koblingsplugg har to stillinger for kontaktene og blir kontrollert av en anordning 30 for låsing og opplåsing. Når det pluggbare elektroniske elementet settes inn i spaltene på holderen og koblingspluggen, er koblingspluggen i åpen posisjon med kontaktene trukket tilbake i

spaltene i koblingspluggen, og det utøves ikke noen kraft på kontaktskinnene til det pluggbare elektroniske elementet. Når dette elementet er i riktig posisjon, brukes låseanordningen 31 til å presse kontaktene mot de tilsvarende kontaktskinnene på kantene til kortet, også med et mellomrom på 1.2 7 mm. Kontaktene blir således låst i stilling. Låsingen fra åpen stilling til lukket stilling blir utført ved hjelp av en låseanordning 31

som er tilgjengelig på enden av hver arm ved bruk av passende verktøy.

Figur 3 viser monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen med en flerekorts holder. På denne figuren har de samme delene som de på figur 2 blitt betegnet med samme hen-visningstall. Holderen 10 skal motta, holde og koble sammen et antall pluggbare elektroniske elementer eller kretskort ved hjelp av koblingspluggene 30 som har null innsettingskraft. Holderen 10 består selv av et metallstykke som har U-formet tverrsnitt og som er anordnet slik at den kan holde et visst antall kretskort. Hver sidevegg forbundet med en arm av det U-formede stykket er anordnet til å holde koblingsplugger med 200 kontakter og null innsettingskraft, og som beskrevet ovenfor, er bunnstykket beregnet på å fjerne varme. Veggene som sva-rer til armene på det U-formede stykket, har fordypninger slik at hver kan holde en gruppe koblingsplugger. Disse koblingspluggene kan bli sammenbundet ved hjelp av led-ningskretser for hver sidevegg, for eksempel et moderkort, henholdsvis 20 og 21 som tidligere er bølgeloddet til disse koblingspluggene. Moderkortene 20 og 21 er trykte kretser som gjør det mulig å oppnå direkte sammenkobling-er mellom kort montert i en enkelt flerkorts-hoIder. I

en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, er mellomrommet mellom kortene av standard størrelse 12, 7 mm, og bredden på forbindelsene er også nær 12.7 mm, fordypningen 40

i holderen for montering av koblingspluggene som er loddet til moderkortene 20 og 21, blir maskinert i en enkelt operasjon langs hele lengden til holderen, derved unngås akkumulering av posisjonsfeil. I den viste utførelsen strekker koblingspluggene 30 seg utenfor holderen, og deres innsettingsspalter er således tilgjengelige innen-for den U-formede holderen uten at det er nødvendig å lage en spalte i holderen 10. Bunnen av metalldelen som danner holderen 10 har spalter 50 med en avstand på 12.7 mm, hvor det kan settes inn termiske koblingsplugger anbragt på en av kantene til kretskortene. Forsterkningsskinner 60 kan bli anordnet og loddet langs hele lengden av moderkortene på motsatt side av den som holder koblingspluggene. Holderen er utstyrt med en anordning 31 for låsing og opplåsing som dannes av et element for låsing og opplåsing forbundet med hver koblingsplugg 30 og anbragt langs lengden til holderen.

Denne holderen 10 som danner skjelettet til monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen kan bli komplettert ved et hus som gjør det mulig å beskytte moderkortene såvel som de datterkortene som er plugget inn i holderen. For å oppnå dette, er det anordnet beskyttelsesdeksler 70 og 71 av metall for de to moderkortene som holder koblingspluggene. De er festet til holderen 10 ved hjelp av for-sterkningsskinnene 30 og kantene på moderkortene. Disse dekslene kan gjøres hermetiske. Endene av den U-formede holderen kan bli lukket med flenser, eller direkte med plater 72 og 73 som i figur 3. Den ene platen kan for-synes med en betjeningspult, og den andre kan inneholde de utvendige tilkoblingspunktene.

Forsiden av holderen som har vært åpen for innsetting

av kortene, blir lukket ved en plate 74 som hviler på bak-stykker anordnet på den fjerde siden av kretskortene for å gi supplerende varmeledning til utsiden.

En slik struktur gjør det mulig å sørge for alle krafttil-koblingene og tilkoblingene til systembussen på en av sideveggene av den U-formede holderen. Utgangen fra systembussen kan for eksempel i en slik koblingsanordning bli besørget ved hjelp av en koblingsinnretning med høy tetthet som er reservert for dette formålet på det øvre moderkortet, hvor det ikke er plugget inn noe kretskort, og hvortil er forbundet en skjermet flatkabel 80. Videre,

på den motsatte siden blir sammenkoblingene mellom de forskjellige koblingspluggene oppnådd direkte via moderkortet 21 i en trykket krets for sammenkobling mellom kortene i hver enkelt holder. Skjermede flatkabler 81, 82, 83 kan for eksempel bli fremskaffet og tilkoblet spesielle koblingsplugger med høy tetthet for å gi inngangs- og ut-gangstilkoblinger.

På grunn av strukturen til holderen, og det faktum at avkjølingen blir besørget av en termisk koblingsplugg forbundet til bunnen av det U-formede stykket, kan flere av-

kjølingsmetoder bli benyttet. Bakstykket av holderen,

det vil si bunnen av den U-formede profilen, som mot-

tar de termiske koblingspluggene til kortene er den natur-lige termiske utstråler i denne teknologien. Varmeveks-lingen kan på dette nivå bli besørget enten ved naturlig konveksjon, ved ledning (bakstykket av holderen blir festet til en varmeveksler, en varmeleder eller en kjøler bygget på Peltier effekt, osv), eller ved tvungen konveksjon hvor bakstykket er utformet slik at ventilasjonsluft kan sendes gjennom det. Det øvre moderkortet som har forbindelse med systembussen, kan også gjøre det mulig, som indikert ovenfor, å fordele kraften på lederne til den øvre delen. Dette samlende moderkortet kan bli fremstilt som en fler-lags trykket krets. Den mulige forbindelsen med denne databussen mot utsiden er fremskaffet med metal-liserte hull på enden av kortene som muliggjør tilkobling av et trykket ark. Moderkortene for de lokale databussene er tilpasset til hver anvendelse.

Figur 4 gir i tverrsnitt den mekaniske og elektriske monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen, hvori er blitt inn-satt et elektronisk kretskort 100 som består av en nytt-bar sentral del, en termisk koblingsplugg 55 for innsetting i en spalte 50 i bakstykket til holderen, to kontakt-kort, hvert med 200 kontakter som hver befinner seg i to soner på kortet 35, som befinner seg på to motsatte sider og utgjør ledersonen, forbindelsesskinner er lagt ned ved fotoetsing med intervaller på 1.2 7 mm. De to sideveggene til innretningen er symmetriske, men koblingspluggen 30

er vist på den øvre delen av figur 4, og kortdelen med dens kontaktskinner i sone 35 er vist i nedre del av figuren.

Et supplementerende bakstykke er anbragt på den fjerde siden av kortene. Som beskrevet ovenfor, når formatet samsvarer med en 1/2 ATR-boks for mekanisk tilpasning,

kan de ytre dimensjonene.til kortet være 80 mm x 190 mm.

Denne kortstørrelse eller format har på hver side plass

til 30 vanlige pakker med 14 eller 16 pinner, eller 60

"chip carrier" pakker, eller 100 til 120 hybridbrikker.

I et format samsvarende med en 3/4 ATR-boks, det vil si

145 mm x 190 mm har et slikt kort plass til 60 vanlige pakker med 14 til 16 pinner, eller 120 pakker av "chip carrier" typen. Dette formatet gjør det også mulig å

montere hybridbrikker ved hjelp av tilpassede understøt-telser. Effekttapet som kan forventes kan være ca.

20 watt for et keramisk substrat, 15 watt for et lami-

nert substrat eller 10 watt for epoxy-glass substrat.

Foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til de ut-førelsene som er beskrevet og vist ovenfor. Spesielt,

er størrelsen på mellomrommet mellom koblingspunktene,

127 mm, blitt valgt som halvparten av det normale mel-

lomrom på 2.54 mm. Men denne størrelsen er ikke begrensende, og lignende verdier som gjør det mulig å opprettholde samme størrelsesorden for antall koblingspinner kan også bli valgt. Likeledes er antall koblingspinner 400 ikke begrensende r men er blitt antydet for å ha noen ekstra koblingspinner utover antall pin-

ner nødvendig i et 32-bits system. Videre er de koblingspluggene som er beskrevet, som har kontakter på

begge sider av innsettingsspalten tilpasset tosidige kort. Men koblingsplugger tilpasset ensidige kort bestående av kontakter på en side av innsettingsspalten kan også bli benyttet.

På den annen side, kan den termiske koblingspluggen

også bli benyttet for å øke tilkoblingskapasiteten av et elektronisk kort utover 400 pinner (for eksempel hovedlinjer for kraft, elektrisk og mekanisk jord,

osv.).

Videre er den mekaniske og elektriske monteringsanord-

ningen ovenfor blitt beskrevet som å inneholde så mange koblingsplugger som det er mulig å få plass til i for-

dypningene i sideveggene på holderen. I praksis kan denne anordningen bli tilpasset til det formål hvor den skal anvendes, og visse av koblingspluggene med elementært mellomrom kan bli utelatt, for eksempel når et bygningselement har ledningsføring med dobbelt tykkelse og tar opp to elementære mellomrom. Det vil også være mulig for å feste mekanisk et bygningselement bestående av to kort,

å benytte en koblingsplugg hvor de elektriske kontaktene ikke lenger blir utnyttet.

Den mekaniske og elektriske monteringsanordningen ifølge oppfinnelsen som samtidig sørger for mekanisk stabilitet og elektriske forbindelser, er spesielt godt anvendelig på grunn av muligheten for fysisk å skille kablingen mellom systembussen og de lokale databusser, og på grunn av de store mulighetene for utvidelse ved vanlig led-ningsføring.

Denne monteringsanordningen kan ta i mot alle typer ensidige eller tosidige kort: vanlige kort med standard komponenter "chip carrier"-kort, kort med hybridkretser eller kort som har komponenter bygget på forskjellige teknologier.

Claims (8)

1. Mekanisk og elektrisk monteringsanordning for høyinte-grerte elektroniske datakretskort, karakterisert ved at den består av en holder (10) utført i et stykke med U-formet tverrsnitt som i bunnen har minst en spalte (50), og i sideveggene til nevnte holder er det fordypninger som hver kan holde minst en mangepins koblingsplugg (30) hvis kontakter er fordelt langs lengden av spalten for innsetting av kort i koblingspluggen (30), denne koblingspluggen (30) har null innsettingskraft og er forbundet med en anordning for låsing/opplåsing (31), hvorved nevnte holder (10) er beregnet for å forbindes til elektroniske kretskort som har kontaktskinne med samme mellomrom som kontaktene til koblingspluggen (30) på minst en side av kortet og på to motsatte kanter, og inneholder en termisk koblingsplugg på en tredje kant som i låst posisjon blir anbragt i den tilsvarende spalten (50) i bunnen av holderen (10), som danner et bakstykke og varmeveksler .

2. Anordning ifølge krav 1 for kretskort med lengde 190 mm og et format passende til mekanisk sammenstilling med en 1/2 ATR eller 3/4 ATR-boks, kar akteri-. sert ved at koblingspluggene (30) er koblingsplugger med 200 kontaktpinner med 100 kontaktpinner på hver side av innsettingsspalten til kortet (100) med mellomrom 1.2 7 mm.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det er en holder for et antall kort som inneholder en gruppe koblingsplugger, en koblingskrets hvortil er direkte loddet yttersidene av de tilsvarende koblingsplugger (30) som er ført ut på de utvendige sideveggene til holderen (10).

4. Anordning ifølge kr av 3, karakterisert ved at koblingskretsene er moderkort (20, 21) som inneholder forbindelsene mellom koblingspluggene i form av trykte kretser, nevnte moderkort (20, 21) er festet til nevnte sidevegger til holderen (10).

5. Anordning ifølge kr av 4, karakterisert ved at et demonterbart deksel er anordnet for å beskytte moderkortene (20, 21), og samtidig la disse kortene være tilgjengelig for mulige tester.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at forsterkningsskinner (60) er anordnet på de fire kantene av holderen (10) mellom moderkortene (20, 21) og dekselet bestående av to beskyttelsesplater (70, 71) som hver holdes fast til moderkortet (20, 21) via to forsterkningsskinner (60) .

7. Anordning for kretskort ifølge krav 1, karakterisert ved at det på siden motsatt den termiske koblingspluggen (50) har et bakstykke for varmeveksling, videre bestående av en plate (74) for å lukke det U-formede stykket (10) og som hviler på bakstykket til kortene (10) for likeledes å sikre en termisk ledning mot utsiden.

8. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den termiske koblingspluggen (50) også inneholder elektriske kontakter i den hensikt å øke tilkoblingskapasiteten til et elektronisk kretskort.