WEDGELOCK THERMAL & CAMPING KRAFT LIVSCYKEL TESTMETOD

Varje SolidWedge testas under ett 100 cykeltest bestående av fyra termiska tester och 96 spänningsanalyser (spännkrafts)-tester. Nedan beskrivs hur WaveTherm går tillväga för att genomföra dessa test. 

Termisk testmetod

Termisk testning görs för att bestämma det totala termiska motståndet över kontaktytorna på en testplatta och killås till en kall vägg. 

Det finns ett mätbart temperaturfall när termisk energi strömmar över kontaktytan på två ytor. Genom att mäta temperaturskillnaden mellan de två ytorna och känna till den termiska energin som införs i testplattan kan en beräkning av fogens termiska motstånd beräknas.


Parallell motståndsteori
Det finns tre sätt på vilka värmen från testplattan kan avledas. Av de tre finns det två parallella vägar att beakta vid beräkning av det totala termiska motståndet för testplattan och killåssystemet:

• Ledningen till den kalla väggen antas stå för 70 % av värmeavledningen från testplattan.
• Ledning genom killåset till den kalla väggen antas stå för 30 % av värmeavledningen från testplattan.
• Konvektiva och strålningsförluster från testplattan antas vara försumbara på grund av den isolering som beskrivs i installationsproceduren och luftflödesskärmning som kan placeras runt enheten som testas under testprocessen.

Terminologi

Följande termer används under denna testprocedur:

• Killås – Den mekaniska enheten som låser en värmeram eller PCB i en kall vägg och ger den klämkraft som krävs för att underlätta värmeöverföring och motstå förskjutning på grund av stötar eller vibrationer
• Värmeram – En metallplatta eller ram som fästs på ett kretskort och är designat för att leda värmeenergi från de aktiva komponenterna på kretskortet (nedan kallat kretskort).
• Testplatta – En representativ värmeram med ett killås på ena kanten, termoelement intill killåset och resistorer monterade på den för att simulera effekten av aktiva komponenter på en kombination av PCB/värmeram.
• Kallvägg – En kylfläns med en eller flera kortkantkanaler utformade för att stödja värmeramen, och som använder aktiv kylning för att avleda den termiska belastningen som genereras av kretskortet/värmeramen.
• Testarmatur – En representativ kall vägg med aktiv kylning, typiskt flänsförsedda kylflänsar och fläktar.
• Termoelement – Ett par olika ledningar som används för att bestämma en temperatur vid dess kontaktpunkt.
• Data Reader – En analog-till-digital-omvandlare som omvandlar mikrospänningarna som genereras av ett termoelement till temperaturvärden.

Utrustningskrav

Kall vägg
Den kalla väggen är tillräckligt stor för att tillåta kombinationen av kylflänsar och fläktar att effektivt kyla den effekt som är planerad att försvinna under testningen. Det finns en maskin bearbetad i den kalla väggen som är tillverkad enligt en lämplig specifikation som motsvarar killåsprovet (VITA 48, VITA 78, etc.) som ska testas. Kontaktytorna för den kalla väggen har en ytråhet på 16 µin (RMS) eller bättre. Det finns termoelement placerade på varje sida av spåret för att bestämma temperaturen på den kalla väggen intill spåret. Den kalla väggen är pläterad med Clear Chromate enligt MIL-C-5541m klass 3 för att representera ett typiskt chassi.

För att förhindra att värmeramen som testas kommer i kontakt med kanalens "botten" och därmed tillhandahåller en tredje yta för att överföra värmeenergi, finns det en distans som är cirka 0,5 tum bred och cirka 0,040 tum tjock gjord av en icke-värmeledande plast såsom ABS, eller liknande, och placeras vid basen eller den beröringsfria sidan av den kalla väggslitsen. Denna distans tas bort efter att testplattan har låsts på plats.

Figur 1: Kall vägg för termisk analys
Testplatta
Testplattan är tillräckligt lång för att rymma killåset som ska testas, och cirka 2,50” bred för att rymma de resistiva elementen som ska användas. Tjockleken på killåsets monteringskant bestäms av killåsets höjd och kallväggsspåret:

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

Här är ett exempel på beräkning med en standard VITA 48 kall vägg med ett 0,225” högt killås som har en nominell expansion på 0,025”:

𝑇𝑒𝑠𝑡 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 = 0,525 − 0,225 − 0,025 =𝑖275 = 0,025

Material för både den kalla väggen och testplattorna är 6061-T6 aluminium med en ytfinish specificerad som 16 µin (RMS) i kontaktområdena med killåset och mellan testplattan och den kalla väggen.
Figur 2: Testplatta för termisk analys
Temperaturmätning
Det krävs tre temperaturer för att beräkna totalt termiskt motstånd:
  • Testplatta (TP) – Testplattans temperatur bestäms genom att beräkna medelvärdet för fyra termoelementavläsningar. Termoelementets placeringar är jämnt fördelade längs testplattans längd, minst en tum (1,0 tum) från vardera änden. Termoelementen är placerade mellan värmekällan och killåset, så nära killåset som möjligt (vanligtvis 0,100” – 0,200” från mitten av termoelementets hål till killåsets kant).

    • Cold Wall Frame Side (TCWF) – Den kalla väggramens sidotemperatur bestäms genom att beräkna ett genomsnitt av två termoelementavläsningar. Termoelementets placeringar är centrerade längs den kalla väggens längd, minst en tum (1,0 tum) från vardera änden. Termoelementen är så nära ram-kall vägggränssnittet som möjligt (vanligtvis 0,100” – 0,200” från mitten av termoelementhålet till det specificerade gränssnittet).

    • Cold Wall Wedge Side (TCWW) – Temperaturen på den kalla väggens kilsida bestäms genom att beräkna ett genomsnitt av två termoelementavläsningar. Termoelementets placeringar är centrerade längs den kalla väggens längd, minst en tum (1,0 tum) från vardera änden. Termoelementen är så nära gränssnittet för killås-kall vägg som möjligt (vanligtvis 0,100" – 0,200" från mitten av termoelementhålet till det specificerade gränssnittet).
    Beräkning

    För att beräkna systemets totala resistans beräknas först varje banas termiska resistans separat. Systemets totala resistans kan sedan beräknas med samma metod som parallella motstånd i en elektrisk krets:

    • Termiskt motstånd på ramsidan (RF) - Det termiska motståndet från testplattan till ramsidan av den kalla väggen kan beräknas som temperaturskillnaden mellan testplattan och den kalla väggens ramsida, dividerat med mängden effekt som förbrukas genom den vägen.

    •  Termiskt motstånd på kilsidan (RW) - Det termiska motståndet från testplattan till kilsidan av den kalla väggen kan beräknas som temperaturskillnaden mellan testplattan och den kalla väggens kilsida, dividerat med mängden effekt som förbrukas genom den vägen. 


    • Totalt termiskt motstånd (RT) -Det totala termiska motståndet för de två parallella banorna kan beräknas på samma sätt som två parallella motstånd i en krets.
              Denna beräkning resulterar i enheter av °C/W. 

    Inledande temperaturer
    Systemströmmen aktiverar kylflänsens kylfläkt eller fläktar, eller annan kylapparat, och datainsamlingssystemet. Alla kanaler stabiliseras till rumstemperatur innan testet påbörjas. Kanalerna justeras så att det numeriska medelvärdet av de fyra avläsningarna på den kalla väggen ligger inom 0,2°C från det numeriska medelvärdet av de fyra avläsningarna på testplattan. Notera: en exakt absolut temperatur krävs inte eftersom alla avläsningar kommer att tas från samma kända startvärde och endast differentialtemperaturen kommer att användas vid beräkning av testresultat. 

    Effektnivåer
    Testdata samlas in med intervaller på 20 watt, upp till 100 watt med intervaller på 20 watt. För varje effektnivå justeras strömförsörjningen för att ge önskad effekt på testplattan. Alla termoelementavläsningar stabiliseras, sedan registreras avläsningarna av testplattan och den kalla väggen i en formaterad excel-fil. Stabilitet definieras som ingen temperaturförändring på mer än 1°C under fem minuter.

    Spännkraftstest

    Abstrakt

    Spännkraftstestning utförs på WaveTherm SolidWedge såväl som andra olika killås för att jämföra den utgående kraften som genereras av ett givet ingående vridmoment. Killåsen fästs på sina motsvarande monteringsplattor och monteringsplattan kommer att sättas in i klämkrafttestenheten. Lastceller i aggregatet används för att avläsa enhetens klämkraft vid ett specificerat vridmoment. Det finns en specifik programvara som paras ihop med den dataläsare som används (OM-DAQ-USB-2401, Omega Data Acquisition Module) som visar pounds som appliceras på testfixturens lastceller när testet börjar.

     Testuppsättning

    Testuppställningen kräver en testplatta med korrekta dimensioner korrelerade till storleken på testexemplaret och testfixturen enligt nedan. När de kombineras måste testprovet och testplattan vara 0,525”. Testfixturens bredd med standardlastöverföringsblocket är 0,600”. Klämkrafttestfixturen är tänkt att simulera ett riktigt chassi. Momentnyckeln används för att efterlikna den verkliga tillämpningen av en SvarIkant applicerad i ett inbäddat system. Varje prov ska ha en cykel på 2-24, 26-49 och 51-99 klämkraftcykler för totalt 96 cykler. Den första, 25:e, 50:e och 100:e cykeln är de termiska testerna. All data för varje test samlas in i separata excel-filer och konsolideras sedan till ett övergripande kalkylblad. 

    Figur 3: Stressanalysfixtur