שיטת בדיקת מחזור חיים של WEDGELOCK תרמית וכוח הידוק

כל SolidWedge נבדק תחת מבחן של 100 מחזורים המורכב מארבע בדיקות תרמיות ו-96 מבחני ניתוח מתח (כוח הידוק). להלן מפורט כיצד WaveTherm מבצע את הבדיקות הללו. 

מתודולוגיית בדיקה תרמית

בדיקה תרמית נעשית כדי לקבוע את ההתנגדות התרמית הכוללת על פני משטחי המגע של לוחית בדיקה ונעילת טריז לקיר קר. 

יש ירידה בטמפרטורה הניתנת למדידה כאשר אנרגיה תרמית זורמת על פני שטח המגע של שני משטחים. על ידי מדידת הפרש הטמפרטורה בין שני המשטחים והכרת האנרגיה התרמית המוכנסת ללוחית הבדיקה, ניתן לחשב חישוב של ההתנגדות התרמית של המפרק.


תורת ההתנגדות המקבילה
ישנן שלוש דרכים בהן ניתן לפזר את החום מצלחת הבדיקה. מבין השלושה ישנם שני נתיבים מקבילים שיש לקחת בחשבון בחישוב ההתנגדות התרמית הכוללת של לוחית הבדיקה ומערכת נעילת הטריז:

• ההנחה לקיר הקר היא 70% מפיזור החום מלוח הבדיקה.
• ההולכה דרך מנעול הטריז לקיר הקר אמורה להיות אחראית ל-30% מפיזור החום מלוחית הבדיקה.
• הפסדי הסעה וקרינה מלוחית הבדיקה נחשבים זניחים עקב הבידוד המתואר בנוהל ההתקנה ומיגון זרימת האוויר שניתן למקם סביב היחידה הנבדקת במהלך תהליך הבדיקה.

טרמינולוגיה

המונחים הבאים משמשים לאורך הליך בדיקה זה:

• Wedgelock - ההתקן המכני הנועל מסגרת חום או PCB לתוך קיר קר ומספק את כוח ההידוק הדרוש כדי להקל על העברת חום ולהתנגד לתזוזה עקב זעזועים או רטט
• מסגרת חום – לוחית מתכת או מסגרת המתחברת ל-PCB ומיועדת להוליך אנרגיה תרמית מהרכיבים הפעילים על המעגל המודפס (להלן PCB).
• מבחן פלטה – מסגרת חום מייצגת עם נעילת טריז בקצה אחד, צמדים תרמיים צמודים למנעול הטריז, ועליה מותקנות נגדים כדי לדמות את ההשפעה של רכיבים פעילים על שילוב PCB/מסגרת חום.
• קיר קר – גוף קירור עם תעלת קצה אחת או יותר שנוצרה בתוכו לתמיכה במסגרת החום, ואשר משתמש בקירור אקטיבי לפיזור העומס התרמי שנוצר על ידי ה-PCB/מסגרת החום.
• מתקן בדיקה - קיר קר מייצג עם קירור אקטיבי, גופי קירור עם סנפירים ומאווררים.
• צמד תרמי - זוג חוטים לא דומים המשמשים לקביעת טמפרטורה בנקודת המגע שלו.
• Data Reader - ממיר אנלוגי לדיגיטלי הממיר את המיקרו-מתחים שנוצרים על ידי צמד תרמי לערכי טמפרטורה.

דרישות ציוד

קיר קר
הקיר הקר בגודל מספיק כדי לאפשר לשילוב של סנפירי הקירור והמאוורר לקרר ביעילות את הספק המתוכנן להתפזר במהלך הבדיקה. יש חריץ במכונה בקיר הקר שמיוצר לפי מפרט מתאים המתאים לדגימת הטריז (VITA 48, VITA 78 וכו') שיש לבדוק. למשטחי המגע של חריצי הקיר הקר יש חספוס פני השטח של 16 µin (RMS) או טוב יותר. ישנם צמדים תרמיים הממוקמים בכל צד של החריץ כדי לקבוע את הטמפרטורה של הקיר הקר הסמוך לחריץ. הקיר הקר מצופה Clear Chromate לפי MIL-C-5541m class 3 כדי לייצג שלדה טיפוסית.

על מנת למנוע ממסגרת החום הנבדקת ליצור קשר עם ה"תחתית" של התעלה ובכך לספק משטח שלישי להעברת אנרגיה תרמית, קיים מרווח ברוחב של כ-0.5 אינץ' ובעובי של כ-0.040 אינץ' העשוי מפלסטיק שאינו מוליך תרמית כגון ABS, או דומה, וממוקם בבסיס או בצד ללא מגע של חריץ הקיר הקר. מרווח זה מוסר לאחר שלוחית הבדיקה ננעלת במקומה.

איור 1: קיר קר לניתוח תרמי
לוחית בדיקה
לוחית הבדיקה ארוכה מספיק כדי להכיל את נעילת הטריז שיש לבדיקה, ורוחבה בקירוב של 2.50 אינץ' כדי להכיל את האלמנטים ההתנגדות שיש להשתמש בהם. עובי קצה ההרכבה של מנעול הטריז נקבע על פי גובה מנעול הטריז וחריץ הקיר הקר:

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 𝐶𝑜𝑙𝑑 𝑊𝑎𝑙𝑙 𝑆𝑙𝑜𝑡 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 𝐻𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡 - 𝑊𝑒𝑑𝑔𝑒𝑙𝑜𝑐𝑘 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛

להלן דוגמה לחישוב באמצעות קיר קר סטנדרטי VITA 48 עם טריז גבוה בגובה 0.225 אינץ' בעל התרחבות נומינלית של 0.025 אינץ':

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 0.525 − 0.225 − 0.275 =𝑖𝑖

החומר הן לקיר הקר והן ללוחות הבדיקה הוא אלומיניום 6061-T6 עם גימור פני השטח המצוין כ- 16 µin (RMS) באזורי המגע עם נעילת הטריז ובין לוחית הבדיקה לקיר הקר.
איור 2: לוח בדיקה לניתוח תרמי
מדידת טמפרטורה
ישנן שלוש טמפרטורות הנדרשות לחישוב ההתנגדות התרמית הכוללת:
  • לוח בדיקה (TP) - טמפרטורת לוח הבדיקה נקבעת על ידי ממוצע של ארבע קריאות של צמד תרמי. מיקומי הצמד התרמי מרווחים באופן שווה לאורך לוחית הבדיקה, לפחות אינץ' (1.0 אינץ') משני קצותיו. הצמדים התרמיים ממוקמים בין מקור החום למנעול הטריז, קרוב ככל האפשר לנעילת הטריז (בדרך כלל 0.100 אינץ' - 0.200 אינץ' ממרכז החור של הצמד התרמי לקצה נעילת הטריז).

    • צד מסגרת קיר קר (TCWF) - טמפרטורת צד מסגרת הקיר הקרה נקבעת על ידי ממוצע של שתי קריאות של צמד תרמי. מיקומי הצמד התרמי מרוכזים לאורך הקיר הקר, לפחות אינץ' (1.0 אינץ') משני קצותיו. הצמדים התרמיים קרובים ככל האפשר לממשק הקיר הקר של המסגרת (בדרך כלל 0.100 אינץ' - 0.200 אינץ' ממרכז החור של הצמד התרמי לממשק שצוין).

    • Cold Wall Wedge Side (TCWW) - טמפרטורת צד טריז הקיר הקר נקבעת על ידי ממוצע של שתי קריאות של צמד תרמי. מיקומי הצמד התרמי מרוכזים לאורך הקיר הקר, לפחות אינץ' (1.0 אינץ') משני קצותיו. הצמדים התרמיים קרובים ככל האפשר לממשק הקיר הקר של טריז (בדרך כלל 0.100 אינץ' - 0.200 אינץ' ממרכז החור של הצמד התרמי לממשק שצוין).
    תַחשִׁיב

    כדי לחשב את ההתנגדות הכוללת של המערכת, ההתנגדות התרמית של כל נתיב מחושבת תחילה בנפרד. לאחר מכן ניתן לחשב את ההתנגדות הכוללת של המערכת באמצעות אותה שיטה כמו נגדים מקבילים במעגל חשמלי:

    • התנגדות תרמית בצד המסגרת (RF) - ניתן לחשב את ההתנגדות התרמית מלוחית הבדיקה לצד המסגרת של הקיר הקר כהפרש הטמפרטורה בין לוחית הבדיקה לצד מסגרת הקיר הקר, חלקי כמות הכוח המתפזר באמצעות השביל הזה.

    •  התנגדות תרמית בצד טריז (RW) -ניתן לחשב את ההתנגדות התרמית מלוחית הבדיקה לצד הטריז של הקיר הקר כהפרש הטמפרטורה בין לוחית הבדיקה לצד טריז הקיר הקר, חלקי כמות ההספק שפוזר דרך השביל הזה. 


    • התנגדות תרמית כוללת (RT) -ניתן לחשב את ההתנגדות התרמית הכוללת של שני הנתיבים המקבילים באותו אופן כמו שני נגדים מקבילים במעגל.
              חישוב זה מביא ליחידות של °C/W. 

    טמפרטורות ראשוניות
    כוח המערכת ממריץ את מאוורר או מאווררי הקירור של גוף הקירור, או מכשירי קירור אחרים, ואת מערכת רכישת הנתונים. כל הערוצים מתייצבים לטמפרטורת החדר לפני אתחול הבדיקה. התעלות מותאמות כך שהממוצע המספרי של ארבע הקריאות על הקיר הקר נמצא בטווח של 0.2 מעלות צלזיוס מהממוצע המספרי של ארבע הקריאות על לוחית הבדיקה. הערה: אין צורך בטמפרטורה אבסולוטית מדויקת מכיוון שכל הקריאות יילקחו מאותו ערך התחלתי ידוע ורק הטמפרטורה ההפרש תשמש בחישוב תוצאות הבדיקה. 

    רמות כוח
    נתוני הבדיקה נרכשים במרווחים של 20 וואט, עד 100 וואט במרווחים של 20 וואט. עבור כל רמת הספק, אספקת החשמל מותאמת כדי לספק את הספק הרצוי על לוחית הבדיקה. כל קריאות הצמד התרמי מתייצבות, ואז קריאות צלחת הבדיקה והקיר הקר נרשמות בקובץ אקסל מעוצב. יציבות מוגדרת כלא שינוי בטמפרטורה העולה על 1°C בטווח של חמש דקות.

    בדיקת כוח הידוק

    תַקצִיר

    בדיקת כוח הידוק מתבצעת ב-WaveTherm SolidWedge כמו גם במנעולי טריז שונים כדי להשוות את כוח הפלט שנוצר על ידי מומנט כניסה נתון. המנעולים מהודקים על לוחות ההרכבה התואמים להם ולוחית ההרכבה תוכנס למכלול בדיקת כוח ההידוק. תאי עומס במכלול משמשים לקריאת כוח ההידוק של המכשיר במומנט מוגדר. קיימת תוכנה ספציפית שמתמזגת עם קורא הנתונים שמשתמש בו (OM-DAQ-USB-2401, Omega Data Acquisition Module) אשר משרטטת את הקילוגרמים המופעלים על תאי העומס של מתקן הבדיקה עם תחילת הבדיקה.

     הגדרות בדיקה

    הגדרת הבדיקה דורשת לוחית בדיקה עם הממדים הנכונים המתואמים לגודל דגימת הבדיקה ומתקן הבדיקה כפי שניתן לראות להלן. בשילוב דגימת הבדיקה וצלחת הבדיקה צריכים להיות בגודל .525 אינץ'. הרוחב של מתקן הבדיקה עם בלוק העברת העומס הסטנדרטי הוא .600 אינץ'. מתקן בדיקת כוח ההידוק נועד לדמות שלדה אמיתית. מפתח המומנט משמש כדי לחקות יישום בעולם האמיתי של א סהיוINקצה מוחל בתוך מערכת משובצת. לכל דגימה צריך להיות מחזור של 2-24, 26-49 ו-51-99 מחזורי כוח מהדק עבור סך של 96 מחזורים. המחזורים ה-1, ה-25, ה-50 וה-100 הם הבדיקות התרמיות. כל הנתונים עבור כל מבחן נאספים בתוך קבצי אקסל נפרדים ולאחר מכן מאוחדים לגיליון אלקטרוני כולל אחד. 

    איור 3: מתקן ניתוח מתח