تصميم منهجي واختبار حول اللوح الحراري عالي التماثل

مع التكرار والأداء السريع للشريحة وتكنولوجيا المكونات الإلكترونية ، زادت قوة المكونات الأساسية بشكل كبير.بشكل عام ، فإن مصدر أجهزة الطاقة التي تتمتع بقدرة كبيرة على تبديد الحرارة ، مثل الترانزستور RF وشريحة MMIC ، يحتوي على مساحة تبديد حرارة أصغر بكثير من منطقة تبديد الحرارة للركيزة تبديد الحرارة.يُظهر التحكم في درجة الحرارة خصائص كثافة التدفق الحراري العالية.فيما يتعلق بهذه المشكلة ، من الصعب تطبيق طرق التحكم في درجة الحرارة التقليدية.

يتمثل جوهر مشكلة الكثافة الحرارية العالية في استمرار توليد الحرارة في منطقة صغيرة.معدل التفريغ الحراري لطرق التحكم في درجة الحرارة التقليدية في المساحات الصغيرة أقل بكثير من معدل تسخين مصدر الحرارة.أدى تراكم الحرارة في مناطق صغيرة إلى ارتفاع حاد في درجة حرارة الغرفة في وقت قصير.التكنولوجيا المتوسطة هي نوع من تقنية تشتت السعرات الحرارية التي تم تطويرها بناءً على تطوير غرفة البخار.يمكنه نشر تدفق الحرارة عالي الكثافة بسرعة وتقليل الكثافة الحرارية المحلية بشكل فعال.هيكل ومبدأ العمل للمتوسط لوحة حرارية هي موضحة في الشكل 1. تصميمها يشمل بشكل أساسي أغلفة هيكلية ، ونظام شعري ، ووسط عمل.

البحث في المتوسط لوحة حرارية يركز بشكل أساسي على مقياس درجة الحرارة المتوسطة لضغط الهواء المشبع المنخفض ، مثل الماء والأسيتون والإيثانول.نظرًا لمحدودية نطاق درجة حرارة العمل ، وكفاءة النقل الحراري المتوسطة ، والتوافق مع الغلاف والمتوسط ​​، وحساسية الغاز غير المكثف ، فهذه متوسطات لوحة حراريةمن الصعب تطبيقها في مجال التحكم في درجة حرارة كثافة التدفق الحراري العالية.

تستخدم هذه المقالة مزيجًا من الألومنيوم استنادًا إلى مبدأ تجويف الفراغ لتطوير نوع من الألواح المقاومة للحرارة التي يمكن تطبيقها على بيئة الفضاء ، والتي توفر حلاً موثوقًا وفعالًا للتحكم في درجة الحرارة السلبية لمشكلة التحكم في درجة الحرارة بكثافة تدفق الحرارة العالية.

بحث وتطوير مدة الجهد العالي للضغط العالي

المتوسط ​​التقليدي لوحة حرارية يستخدم وسط هوائي منخفض التشبع.تدعم حافة التجويف عمومًا التجويف الداخلي بعدد صغير من أعمدة الدعم.الحجم الكلي للمتوسط ​​التقليدي لوحة حرارية (بشكل عام لا يزيد عن 100 مم × 100 مم) ويكون مسار التدفق المتوسط ​​الداخلي قصيرًا.إنه أساسًا لب شعر متلبد كنواة سائل شفط.بالمقارنة مع وسائط الضغط المنخفض ، فإن ضغط الأمونيا المشبع أعلى بكثير.عند 60 درجة مئوية ، يكون ضغط تشبع الأمونيا أكثر من 130 ضعف ضغط تشبع الماء.لذلك ، يجب أن يكون لتصميم متوسط ​​درجة حرارة الخطة ضغط جيد.بالنظر إلى تطبيق النموذج ، يبلغ متوسط ​​لوحة درجة الحرارة التي تم تطويرها في هذه المقالة 200 مم × 200 مم.

استنادًا إلى منصة طاولة العمل ، تستخدم هذه المقالة تقنية تحليل العناصر المحدودة لمحاكاة نماذج الهياكل والمعلمات المختلفة.يستخدم التحليل نموذجًا منفصلاً للشبكة غير الإنشائية مع قدرة جيدة على التكيف.هيكل الدعم متعدد النقاط شامل ، ويتم التحكم في الحجم الأقصى المتغير بعد الضغط في حدود 0.1 مم.تحلل المحاكاة تأثيرات أشكال وأحجام أعمدة الدعم المختلفة ، وتوزيع أعمدة الدعم ، وإضعاف ممرات الفتحات.يهدف التصميم إلى تلبية عدد أعمدة الدعم وحجم الدعامة والوزن الكلي والسمك مع تلبية مؤشرات مثل القوة الهيكلية والقدرة على الانتشار الحراري والتشوه.وجدت نتائج التحليل أن الضغط الأقصى لعمود الدعم الدائري قد انخفض بشكل كبير مقارنة بعمود الدعم المربع.حجم الإطار الذي يبلغ مدته أربعة أسابيع له تأثير أكبر على الحد الأقصى من الإجهاد والضغط ، ويجب أن يكون سمك الإطار حوالي 1.5 ضعف قطر عمود الدعم.يمكن أن تزيد الفتحة من الضغط المحلي ، ويجب تعديل سمك الركيزة وفقًا لشكل الفتحة وحجمها وكثافتها.

بينما المتوسط لوحة حرارية يلبي الهيكل متطلبات الأداء الميكانيكي ، كما يحتاج إلى تلبية متطلبات الأداء الحراري.هذه المقالة تحلل المتوسط لوحة حرارية توزيع درجة الحرارة والمقاومة الحرارية على أساس منصة FLOEFD والصيغة التجريبية ، كما هو موضح في الشكل 2. وفقًا للتحليل ، المقاومة الحرارية (R0) للمكون ، المقاومة الحرارية (R1) بين العنصر والمتوسط لوحة حرارية، مقاومة الحرارة للقذيفة (R2) ، ودرجة الحرارة الداخلية للوسط-لوحة حرارية والمقاومة الحرارية (R3) عبارة عن عناصر تسخين ذاتي للحرارة تنتشر إلى المقاومة الحرارية الأولية في عملية وسيطة لوحة حرارية.R0 و R1 هما المقاومة الحرارية الأولية لدرجة حرارة المكونات المرتفعة.R2 و R3 هما المقاومة الحرارية الفورية التي تؤثر على متوسط ​​درجة حرارة الوسط لوحة حرارية.

2. اختبار الأداء لمتوسط ​​الضغط العالي لوحة حرارية

نظام اختبار الأداء للمتوسط لوحة حرارية يتكون بشكل أساسي من خزان ماء بدرجة حرارة ثابتة ، وأنبوب حراري من الأمونيا من الألومنيوم ، وأقراص تسخين عالية الحرارة ، ومصدر طاقة عالي الطاقة ، ومجمعات بيانات ، وما إلى ذلك. حجم المتوسط لوحة حرارية 200 مم × 200 مم ، وقدرة مقاومة الضغط أفضل من 5.6 ميجا باسكال.انتشر التدفق الحراري عالي الكثافة الناتج عن صفائح التسخين ذات درجة الحرارة المرتفعة من خلال العام لوحة حرارية تم تطويره بواسطة كثافة تقليدية.ثم قم بنقله من الأمونيا التقليدية لأنبوب الألمنيوم الحراري إلى لوح التبريد.تعكس هذه العملية استخدام طرق التحكم في درجة الحرارة السلبية لحل مشكلة التحكم بالحرارة عالية الكثافة.لتجنب حرق عناصر التسخين وتدميرها ، تحاكي أفلام التسخين ذات درجة الحرارة العالية عناصر التسخين عالية الطاقة ، وتسخن مساحة محاكاة الألواح الباردة.مادة واجهة الملء بين أقراص التسخين ذات درجة الحرارة العالية ، متوسط-لوحة حراريةs ، أنابيب تسخين الأمونيا المصنوعة من الألومنيوم ، والأطباق الباردة تقلل المقاومة الحرارية للتلامس.مواصفات أمونيا الألومنيوم مستطيلة الشكل 37.4 × 19.1 أنابيب حرارية ثنائية الفتحات.تصل سعة نقل الحرارة القصوى النظرية إلى 1100 وات.

يتم وضع المصدر الحراري في زاوية المتوسط لوحة حرارية أثناء الاختبار.من الناحية النظرية ، هناك أكثر المواقف غير المواتية للمتوسط لوحة حرارية قدرة نقل الحرارة.يجب أن يكون للمصدر الحراري متوسط ​​درجة حرارة أفضل عندما يكون في مناطق أخرى.يظهر توزيع نقطة القياس على سطح قطعة الاختبار في الشكل 3. الجانبان العلوي والسفلي من المتوسط لوحة حرارية يتم ترتيب أجزاء الاختبار بنقاط قياس درجة الحرارة.تستخدم عملية الاختبار طريقة التحسين التدريجي لقدرة التسخين لاختبار أداء الانتشار الحراري لأجزاء الاختبار المتوسطة تحت كثافات حرارية مختلفة.تختلف قوة التسخين ودرجة حرارة السطح بين الكثافات الحرارية المختلفة والسطح لوحة حرارية موضحة في الجدول أدناه.

مع زيادة قوة التسخين والكثافة الحرارية ، فإن درجة حرارة السطح ودرجة حرارة المصدر الحراري وفرق درجة حرارة السطح في المتوسط لوحة حرارية يزيد.عندما تكون الكثافة الحرارية 34.3 واط / سم 2 ، تكون طاقة التسخين 107.7 واط ، ويكون الحد الأقصى لفرق درجة الحرارة بين أجزاء الاختبار الحراري 0.25 درجة مئوية فقط. عندما تتجاوز كثافة تدفق الحرارة 34.3 واط / سم 2 إلى أقصى كثافة حرارية توفرها المصدر الحراري للاختبار لهذا الاختبار ، المتوسط لوحة حرارية يمكن أن تحافظ على متوسط ​​درجة حرارة مناسبة ككل.لا يتجاوز الفرق في درجة الحرارة 1 درجة مئوية ، مما يدل على تأثير انتشار الحرارة الصلبة.مقيدة بقدرة تسخين مصدر التسخين ، فإن قدرة الانتشار الحراري القصوى التي طورها متوسط ​​اختبار لوحة درجة الحرارة غير قادرة على القياس.فيما يتعلق بالكثافة الحرارية القصوى للمعدات والمكونات الأساسية لنماذج الأقمار الصناعية ، يجب أن يكون نطاق الكثافة الحرارية لهذا الاختبار قادرًا على تغطية نطاق الكثافة الحرارية لمعظم نماذج وميزات الأقمار الصناعية.يبلغ الحد الأقصى لكثافة التدفق الحراري للأنابيب الحرارية للألمونيا التقليدية حوالي 3 وات / سم 2 ، وبالتالي فإن تطور المتوسط لوحة حرارية التسامح لتأثير الوسيط لوحة حرارية لديها أكثر من 20 مرة من كثافة تدفق الحرارة التقليدية لتحمل الأنبوب الحراري.

أثناء عملية الاختبار ، مرت الحرارة الحرارية عالية الكثافة الناتجة عن صفائح التسخين ذات درجة الحرارة العالية عبر المتوسط لوحة حرارية وأنبوب حراري من الأمونيا المصنوعة من الألومنيوم إلى الصفيحة الباردة ، مما يحقق مشكلة استخدام طرق التحكم في درجة الحرارة السلبية لحل مشكلة التحكم في درجة الحرارة عالية الكثافة الحرارية.

تم إجراء اختبار الاستجابة الحرارية في المتوسط لوحة حرارية لاختبار استجابة مصدر الحرارة وحالة الفتح لكل نقطة قياس للوسيط لوحة حرارية.يتم إجراء الاختبار في نظام الاختبار ، ويكون ترتيب مصدر الحرارة ونقطة القياس هو نفسه اختبار الكثافة الحرارية.يمكن لعملية الاختبار محاكاة مصدر الحرارة عن طريق تشغيله وتشغيل مصدر الطاقة والضبط المستمر لطاقة مصدر الحرارة.مدى كثافة التدفق الحراري (0.5 ～ 45) ث / سم 2.

متوسط ​​درجة حرارة السطح لوحة حرارية ودرجة حرارة سطح لوح التسخين لها تأثيرات استجابة حرارية متزامنة تقريبًا مع قوة مصدر الحرارة.لا تزيد استجابة درجة حرارة المصدر الحراري للثرموستات على درجة حرارة سطح الترموستات عن 8 درجة مئوية. الوسيط الداخلي للوحة لديه سرعة نقل حرارة فائقة ، لذلك فهو يظهر وظيفة انتشار حراري عالية الكفاءة.

أثناء عملية الاستجابة للحرارة ، فرق درجة حرارة السطح بين المتوسط لوحة حرارية يتم الاحتفاظ بها في حدود 1 درجة مئوية طوال الاختبار.يمكن ملاحظة أن المتوسط ​​المطور لوحة حرارية لا يزال لديه متوسط ​​درجة حرارة مناسبة في عملية تغيير الظروف أو انتقال الحرارة العابر.

3. الأداء المقارن

أقوم بتلخيص آلات العينات الهندسية والمنتجات المماثلة في الداخل والخارج من جودة العمل ، ومواد الغلاف ، وإمكانية تطبيق الفضاء ، ومتوسط ​​درجة الحرارة.المتوسط ​​المتطور لوحة حرارية تعتبر آلة العينة الهندسية أفضل بكثير من المنتجات المماثلة في الداخل والخارج فيما يتعلق بالتطبيق المكاني ، وكثافة تدفق الحرارة المقاومة ، ومتوسط ​​درجة الحرارة ، والتوصيل الحراري للحجم ، ونطاق استخدام درجة الحرارة.

4. تلخيص

1) تطوير الأجزاء عن طريق تطوير المتوسط لوحة حرارية لديها أداء قوي لنشر الحرارة.عندما تكون الكثافة الحرارية 34.3 واط / سم 2 وقوة التسخين 107.7 واط ، يكون متوسط ​​فرق درجة الحرارة بين أجزاء اختبار لوحة درجة الحرارة 0.25 درجة مئوية فقط.

2) فرق درجة الحرارة أقل من 0.7 درجة مئوية عندما ترتفع الكثافة الحرارية إلى 57.7 واط / سم 2.

3) خصائص أجزاء الاختبار لها استجابات متزامنة تقريبًا لتغير طاقة مصدر الحرارة ، مما يشير إلى أن أجزاء الاختبار لها تفاعل حراري ممتاز.

4) تطوير مقاومة الضغط هو الهدف من طرق التحكم في درجة الحرارة السلبية لحل مشكلة الكثافة الحرارية العالية.