Korleis Wedgelock si termiske yting vert målt

Termisk motstand for wedgelockar er oppgitt i produktdatablad i °C/W. Denne artikkelen gir ein kort oversikt over WaveTherm sin testmetodikk for å bestemme °C/W og karakterisere den termiske ytinga til SOLIDWEDGE™ wedgelockar ved bruk av VITA-kompatible festeanordningar og standardiserte tilhøve. For full metodikk, inkludert detaljerte teikningar av festeanordningar og rekneeksempel, sjå fullstendig termisk testrapport.

Kva er termisk motstand?

Termisk motstand måler kor mykje eit materiale eller grensesnitt motstår varmeflyt, og for wedgelockar kvantifiserer det kor effektivt varme blir overført frå varmeramma til chassiset sin kaldvegg. Det blir uttrykt i °C/W, som fortel deg kor mange grader temperaturauke du får for kvar watt effekt som blir avgitt gjennom den vegen.

Ein wedgelock med termisk motstand på 0,1 °C/W vil gi eit temperaturfall på 1 °C over grensesnittet når han leier 10 watt. Lågare termisk motstand betyr betre varmeoverføring. For konduksjonskjølte VPX-modular som avgir 50 til 100 watt eller meir, fører små forskjellar i termisk motstand direkte til temperaturforskjellar på komponentane som påverkar pålitelegheit og yting.

Korleis flyt varme gjennom ein konduksjonskjølt modul?

I ein konduksjonskjølt VPX-modul flyt varmen som blir generert av komponentar på PCB-en gjennom varmeramma og inn i chassiset sin kaldvegg. Det finst to parallelle vegar for denne varmeoverføringa:

• Ramme-til-kaldvegg-kontakt (om lag 70 % av varmen): Varmeramme-dekselet pressar direkte mot eine sida av sporet i kaldveggen. Dette er hovudvegen for varme på grunn av den store kontaktflata.
• Wedgelock-til-kaldvegg-kontakt (om lag 30 % av varmen): Wedgelocken utvidar seg mot den motsette sida av sporet i kaldveggen. Denne vegen fører mindre varme fordi kontaktflata er mindre, men den er essensiell for klemmekraften og bidreg vesentleg til termisk yting.

Konvektive og radiative tap frå modulflatene er vanlegvis ubetydelige i forseglede kabinett og blir ikkje rekna med i termisk karakterisering av wedgelock.

Sidan varme flyt gjennom begge vegar samtidig, følgjer den totale termiske motstanden i systemet formelen for parallell motstand, lik motstandar i ein elektrisk krets.

Korleis wedgelock-orientering påverkar varmeflyten

Fordelinga av varme på 70/30 mellom ramme-til-kaldvegg og wedgelock-til-kaldvegg-kontakt held seg konstant uavhengig av konfigurasjon. Likevel avgjer wedgelock-monteringens orientering kva side av kortramma som har direkte kontakt med kaldveggen, og dette har viktige termiske konsekvensar.

Primærsidens deksel (komponentsida av PCB) mottar mesteparten av varmen frå kortet. Kor dette dekselet sit i forhold til kaldveggen avgjer kor effektivt varmen blir trekt ut.

Sekundærsida orientering (SOLIDWEDGE™ Wedgelock ved sida av PCB)

Primærsidens deksel har direkte kontakt med kaldveggen. Sidan dette dekselet fører mesteparten av varmen, maksimerer det termisk effektivitet å leie 70 % av varmen direkte til kaldveggen. Wedgelocken handterer dei resterande 30 % frå sekundærsida.

Primærsida orientering (SOLIDWEDGE™ Wedgelock på toppen av PCB)

Sekundærsidens deksel har direkte kontakt med kaldveggen. Sidan varmen oppstår på primærsida (komponentsida), må den først leie gjennom PCB og sekundærsidens deksel før den når den 70 % direkte kontaktvegen. PCB-substratet er ein dårleg termisk leiar, så dette legg til betydeleg termisk motstand. I tillegg avgrensar wedgelocken som ligg på toppen av primærsidens deksel den termiske vegen frå det dekselet til kaldveggen, og begrensar kor mykje varme som kan overførast gjennom den 30 % wedgelock-vegen. Denne konfigurasjonen blir vanlegvis brukt når konveksjon er hovudkjølemetoden og konduksjon fungerer som eit supplement.

For høg-effekt konduksjonskjølte moduler er sekundærsida orientering føretrekt fordi den gir den mest direkte termiske vegen for majoriteten av komponentvarmen.

Testutstyr og oppsett

Nøyaktig termisk testing krev utstyr som etterliknar verkelege chassisforhold samtidig som det tillèt presis temperaturmåling.

Kaldvegg testfeste

Den kalde veggen er ein kjøleflate med eit kortkantspor maskinert etter rett VITA-spesifikasjon (VITA 48, VITA 78, osv.). Nøkkelkrav inkluderer:

• Overflatefinish: 16 µin RMS eller betre på kontaktflatene i sporet
• Belegg: Klart kromat i samsvar med MIL-C-5541 klasse 3 for å representere typiske chassisforhold
• Aktiv kjøling: Ribba kjøleflater med vifter dimensjonert for å avkjøle den planlagde testwattstyrken
• Termoelement: Plassert på begge sider av sporet for å måle kaldveggtemperatur ved kvar grenseflate

Ein ikkje-termisk leiar spacer (vanlegvis ABS-plast) er plassert i botnen av sporet for å hindre at varmeinnramminga kjem i kontakt med botnen og skapar ein tredje varmeveg som ville forvrenge resultata.

Testplate

Testplata simulerer ein varmeinnramming med wedgelock festa. Den er laga av 6061-T6 aluminium med 16 µin RMS overflatefinish i kontaktområda. Plate-tykkleiken blir rekna ut basert på kaldveggspor-høgda, wedgelock-høgda og nominell ekspansjon:

Testplate-tykkleik = Kaldveggspor-høgd - Wedgelock-høgd - Wedgelock nominell ekspansjon

For ein standard VITA 48-konfigurasjon med ein 0,225" høg wedgelock og 0,025" nominell ekspansjon: 0,525" - 0,225" - 0,025" = 0,275"

Lastmotstandar montert på testplata simulerer komponentvarmeutvikling, med kapasitet på minst 100 watt. Motstandane er dekte med PTFE-isolasjon for å minimere konvektive tap og sikre at varme flyt gjennom dei tiltenkte leiingsvegane.

Temperaturmåling

Tre temperaturmålingar er nødvendige for å rekne ut termisk motstand:

• Temperatur på testplate (T_P): Gjennomsnitt av fire termoelement jamt fordelt langs testplatens lengde, plassert mellom varmekjelde og wedgelock, om lag 0,100" til 0,200" frå wedgelock-kanten
• Temperatur på kaldvegg rammeside (T_CWF): Gjennomsnitt av to termoelement sentrert langs kaldveggens lengde, plassert om lag 0,100" til 0,200" frå ramme-til-kaldvegg-grensesnittet
• Temperatur på kaldvegg wedgelock-side (T_CWW): Gjennomsnitt av to termoelement sentrert langs kaldveggens lengde, plassert om lag 0,100" til 0,200" frå wedgelock-til-kaldvegg-grensesnittet

Type-T termoelement blir brukt for nøyaktig måling i relevant temperaturområde. Plassering av termoelement er kritisk. Sensorar må vere så nær grensesnittet som mogleg utan å forstyrre kontakten.

Utrekningar av termisk motstand

Sidan varme flyt gjennom parallelle løypor, blir kvar løype sin termiske motstand rekna ut kvar for seg, og deretter kombinert med parallellmotstandsformelen.

Termisk motstand på rammesida (R_F)

R_F = (T_P - T_CWF) / 0,7P

Der P er total effekt og 0,7P representerer 70 % av varmen som antas å flyte gjennom rammesida.

Termisk motstand på wedgelock-sida (R_W)

R_W = (T_P - T_CWW) / 0,3P

Der 0,3P representerer 30 % av varmen som antas å flyte gjennom wedgelock-løypa.

Total termisk motstand (R_T)

R_T = (R_F × R_W) / (R_F + R_W)

Dette er den standard parallellmotstandsformelen. Resultatet blir uttrykt i °C/W.

Testprosedyre

Data blir henta inn på fleire effektnivå for å verifisere jamn ytelse over driftsområdet:

• Effektaukar: 20W, 40W, 60W, 80W, og 100W
• Kriterium for stabilisering: Ingen temperaturendring større enn 1°C over fem minutt (i følgje MIL-STD-202)
• Initial kalibrering: Gjennomsnitt for kaldvegg og testplate innan 0,2°C før effekt blir påført

Testing på fleire effektnivå stadfestar at termisk motstand held seg stabil og avdekkjer eventuell ikkje-lineær åtferd som kan påverke høgeffekt-applikasjonar.

Kvifor overflatefinish er viktig

Varmeoverføring over eit metall-mot-metall-grensesnitt avheng av faktisk kontaktflate. På mikroskopisk nivå har sjølv maskinerte overflater toppar og dalar. Det er berre toppane som er i kontakt, så den effektive kontaktflata er ein brøkdel av den tilsynelatande flata.

Ein 16 µin RMS overflatefinish-spesifikasjon sikrar konsistente, repeterbare kontaktforhold. Råare overflater reduserer kontaktflata og aukar termisk motstand. Difor spesifiserer WaveTherm krav til overflatefinish både for testutstyr og produksjonshardware.

Testfiksturens overflater blir rekna som slitasjeartiklar og må reingjerast mellom prøvar. Dersom overflaterugleiken fell utanfor akseptabelt område, må overflatene finpussast for å oppretthalde testnøyaktigheit.

Vakuum- og høgdetesting

Den same metodikken kan brukast i eit vakuumkammer for å karakterisere yting i høgda. I høgda eliminerer redusert lufttrykk konvektiv kjøling, noko som gjer leiing gjennom wedgelock og varmeinnramming endå viktigare. Vakuumtesting stadfestar at termisk yting held under desse forholda.

Kva dette betyr for designet ditt

Å forstå termisk testmetodikk hjelper deg å tolke leverandørspesifikasjonar og forutse verkeleg yting. Når du vurderer termisk motstand for wedgelock, bør du ta omsyn til:

• Testforhold: Var testane utførte på effektnivå som er relevante for di bruk?
• Overflateforhold: Kva slags overflatefinish og belegg vart brukt?
• VITA-etterleving: Var testfiksturen bygd etter same VITA-spesifikasjon som kabinettet ditt?
• Repeterbarheit: Brukar leverandøren ein standardisert metodikk som gir konsistente resultat?
• Klemkraft: Kontakttrykket ved grensesnittet mellom wedgelock og kaldvegg påverkar direkte kor godt varme overførast over dette grensesnittet. Høgare klemkraft betyr betre kontakt og lågare termisk motstand. Sjå korleis SOLIDWEDGE™ klemkraft blir rekna ut for ein detaljert gjennomgang.

WaveTherm si termiske testmetodikk er utforma for å gi nøyaktig, repeterbar karakterisering av SOLIDWEDGE™ wedgelocks under forhold som samsvarar med verkelege VPX-kabinettmiljø. Dei publiserte termiske motstandsverdiane reflekterer yting du kan forvente i rett utforma system.