MÉTHODOLOGIE DE TEST DE CYCLE DE VIE WEDGELOCK THERMIQUE ET DE FORCE DE SERRAGE

Chaque SolidWedge est testé dans le cadre d'un test de 100 cycles composé de quatre tests thermiques et de 96 tests d'analyse de contrainte (force de serrage). Vous trouverez ci-dessous comment WaveTherm procède à ces tests. 

Méthodologie des tests thermiques

Des tests thermiques sont effectués pour déterminer la résistance thermique totale sur les surfaces de contact d'une plaque d'essai et d'un verrou de coin sur une paroi froide. 

Il y a une chute de température mesurable lorsque l'énergie thermique circule à travers la zone de contact de deux surfaces. En mesurant la différence de température entre les deux surfaces et en connaissant l'énergie thermique insérée dans la plaque d'essai, un calcul de la résistance thermique du joint peut être calculé.


Théorie de la résistance parallèle
Il existe trois manières de dissiper la chaleur de la plaque d'essai. Parmi les trois, il y a deux chemins parallèles à prendre en compte dans le calcul de la résistance thermique totale de la plaque d'essai et du système de verrouillage par coin :

• La conduction vers la paroi froide est supposée représenter 70 % de la dissipation thermique de la plaque d'essai.
• La conduction à travers le coin de verrouillage vers la paroi froide est supposée représenter 30 % de la dissipation thermique de la plaque d'essai.
• Les pertes convectives et radiatives de la plaque de test sont supposées être négligeables en raison de l'isolation décrite dans la procédure de configuration et du blindage du flux d'air qui peut être placé autour de l'unité testée pendant le processus de test.

Terminologie

Les termes suivants sont utilisés tout au long de cette procédure de test :

• Wedgelock - Le dispositif mécanique qui verrouille un cadre chauffant ou un circuit imprimé dans une paroi froide et fournit la force de serrage nécessaire pour faciliter le transfert de chaleur et résister au déplacement dû aux chocs ou aux vibrations
• Cadre chauffant – Une plaque ou un cadre métallique qui se fixe à un circuit imprimé et est conçu pour conduire l'énergie thermique des composants actifs sur le circuit imprimé (ci-après PCB).
• Plaque d'essai – Un cadre chauffant représentatif avec un verrou à coin sur un bord, des thermocouples adjacents au verrou à coin et des résistances montées dessus pour simuler l'effet des composants actifs sur une combinaison PCB/châssis chauffant.
• Cold Wall – Un dissipateur thermique avec un ou plusieurs canaux de bord de carte formés à l'intérieur pour supporter le châssis chauffant, et qui utilise un refroidissement actif pour dissiper la charge thermique générée par le circuit imprimé/châssis chauffant.
• Dispositif d'essai – Une paroi froide représentative avec un refroidissement actif, généralement des dissipateurs thermiques à ailettes et des ventilateurs.
• Thermocouple – Une paire de fils dissemblables utilisés pour déterminer une température à son point de contact.
• Lecteur de données – Un convertisseur analogique-numérique qui convertit les micro-tensions générées par un thermocouple en valeurs de température.

Exigences en matière d'équipement

Mur froid
La paroi froide est de taille suffisante pour permettre à la combinaison ailettes de refroidissement et ventilateur de refroidir efficacement la puissance qui doit être dissipée pendant les tests. Il y a une fente usinée dans la paroi froide qui est fabriquée selon une spécification appropriée correspondant à l'échantillon de verrouillage de coin (VITA 48, VITA 78, etc.) à tester. Les surfaces de contact des fentes à paroi froide ont une rugosité de surface de 16 µin (RMS) ou mieux. Des thermocouples sont placés de chaque côté de la fente pour déterminer la température de la paroi froide adjacente à la fente. La paroi froide est plaquée de chromate clair selon MIL-C-5541m classe 3 pour représenter un châssis typique.

Afin d'empêcher le cadre thermique testé d'entrer en contact avec le "fond" du canal et de fournir ainsi une troisième surface pour transférer l'énergie thermique, il existe une entretoise d'environ 0,5 pouce de large et d'environ 0,040 pouce d'épaisseur en plastique non conducteur de la chaleur tel que l'ABS, ou similaire, et placé à la base ou sur le côté sans contact de la fente de la paroi froide. Cette entretoise est retirée une fois la plaque d'essai verrouillée en place.

Figure 1 : Paroi froide pour l'analyse thermique
Plaque d'essai
La plaque de test est suffisamment longue pour accueillir le verrou à coin à tester, et environ 2,50" de large pour accueillir les éléments résistifs à utiliser. L'épaisseur du bord de montage du verrou de coin est déterminée par la hauteur du verrou de coin et la fente de la paroi froide :

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 𝑊𝑎𝑙𝑙 𝑆𝑙𝑜𝑡 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

Voici un exemple de calcul utilisant une paroi froide VITA 48 standard avec un wedgelock de 0,225" de hauteur qui a une expansion nominale de 0,025" :

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 0.525 − 0.225 − 0.025 = 0.275𝑖𝑛

Le matériau pour la paroi froide et les plaques d'essai est de l'aluminium 6061-T6 avec une finition de surface spécifiée comme 16 µin (RMS) dans les zones de contact avec le coin de verrouillage et entre la plaque d'essai et la paroi froide.
Figure 2 : Plaque d'essai pour l'analyse thermique
Mesure de température
Trois températures sont nécessaires pour calculer la résistance thermique totale :
  • Plaque de test (TP) : la température de la plaque de test est déterminée en faisant la moyenne de quatre lectures de thermocouple. Les emplacements des thermocouples sont régulièrement espacés sur la longueur de la plaque de test, à au moins un pouce (1,0 pouce) de chaque extrémité. Les thermocouples sont situés entre la source de chaleur et le coin de verrouillage, aussi près que possible du coin de verrouillage (généralement entre 0,100" et 0,200 pouce du centre du trou du thermocouple au bord du coin de verrouillage).

    • Cold Wall Frame Side (TCWF) - La température du côté du cadre de la paroi froide est déterminée en faisant la moyenne de deux lectures de thermocouple. Les emplacements des thermocouples sont centrés sur la longueur de la paroi froide, à au moins un pouce (1,0 pouce) de chaque extrémité. Les thermocouples sont aussi proches que possible de l'interface cadre-paroi froide (généralement entre 0,100" et 0,200" du centre du trou du thermocouple à l'interface spécifiée).

    • Côté paroi froide (TCWW) - La température côté paroi froide est déterminée en faisant la moyenne de deux lectures de thermocouple. Les emplacements des thermocouples sont centrés sur la longueur de la paroi froide, à au moins un pouce (1,0 pouce) de chaque extrémité. Les thermocouples sont aussi proches que possible de l'interface de verrouillage de coin-paroi froide (généralement entre 0,100" et 0,200" du centre du trou du thermocouple à l'interface spécifiée).
    Calcul

    Pour calculer la résistance totale du système, la résistance thermique de chaque chemin est d'abord calculée séparément. La résistance totale du système peut alors être calculée en utilisant la même méthode que les résistances parallèles dans un circuit électrique :

    • Résistance thermique côté cadre (RF) - La résistance thermique de la plaque d'essai au côté cadre de la paroi froide peut être calculée comme la différence de température entre la plaque d'essai et le côté cadre de la paroi froide, divisée par la quantité de puissance dissipée à travers ce chemin.

    •  Résistance thermique côté coin (RW) - La résistance thermique de la plaque d'essai au côté coin de la paroi froide peut être calculée comme la différence de température entre la plaque d'essai et le côté coin de la paroi froide, divisée par la quantité de puissance dissipée à travers ce chemin. 


    • Résistance thermique totale (RT) - La résistance thermique totale des deux chemins parallèles peut être calculée de la même manière que deux résistances parallèles dans un circuit.
              Ce calcul donne des unités de °C/W. 

    Températures initiales
    L'alimentation du système alimente le ou les ventilateurs de refroidissement du dissipateur thermique, ou un autre appareil de refroidissement, et le système d'acquisition de données. Tous les canaux se stabilisent à température ambiante avant d'initialiser le test. Les canaux sont ajustés de manière à ce que la moyenne numérique des quatre lectures sur la paroi froide soit à moins de 0,2°C de la moyenne numérique des quatre lectures sur la plaque de test. Remarque : une température absolue précise n'est pas requise car toutes les lectures seront prises à partir de la même valeur de départ connue et seule la température différentielle sera utilisée dans le calcul des résultats du test. 

    Niveaux de puissance
    Les données de test sont acquises à des intervalles de 20 watts, jusqu'à 100 watts par intervalles de 20 watts. Pour chaque niveau de puissance, l'alimentation est ajustée pour fournir la puissance souhaitée sur la plaque de test. Toutes les lectures de thermocouple se stabilisent, puis les lectures de la plaque de test et du thermocouple à paroi froide sont enregistrées dans un fichier Excel formaté. La stabilité est définie comme aucun changement de température supérieur à 1°C sur une période de cinq minutes.

    Essai de force de serrage

    Résumé

    Des tests de force de serrage sont effectués sur le WaveTherm SolidWedge ainsi que sur d'autres divers wedgelocks pour comparer la force de sortie générée par un couple d'entrée donné. Les wedgelocks sont fixés sur leurs plaques de montage correspondantes et la plaque de montage sera insérée dans l'ensemble d'essai de force de serrage. Les cellules de charge dans l'ensemble sont utilisées pour lire la force de serrage de l'appareil à un couple spécifié. Il existe un logiciel spécifique qui s'associe au lecteur de données utilisé (OM-DAQ-USB-2401, module d'acquisition de données Omega) qui représente graphiquement les livres appliquées aux cellules de charge du dispositif de test au début du test.

     Configuration des tests

    La configuration de test nécessite une plaque de test avec les dimensions correctes corrélées à la taille de l'éprouvette et du montage de test, comme indiqué ci-dessous. Lorsqu'ils sont combinés, l'éprouvette et la plaque d'essai doivent mesurer 0,525". La largeur du dispositif d'essai avec le bloc de transfert de charge standard est de 0,600". Le dispositif de test de force de serrage est destiné à simuler un châssis réel. La clé dynamométrique est utilisée pour imiter l'application réelle d'un SétaientDANSbord appliqué dans un système embarqué. Chaque échantillon doit avoir un cycle de 2-24, 26-49 et 51-99 cycles de force de serrage pour un total de 96 cycles. Les 1er, 25e, 50e et 100e cycles sont les essais thermiques. Toutes les données de chaque test sont collectées dans des fichiers Excel distincts, puis regroupées dans une feuille de calcul globale. 

    Figure 3 : Dispositif d'analyse des contraintes