通过卡固定器表征热性能

与传统的卡固定夹（通常称为楔形锁）相比，ICE-Lok 的开发是为了降低热阻。楔形锁已经存在了几十年，提供了有用的机械连接，可以轻松连接、维修或更换电子卡;然而，随着功率密度的不断提高，它们已成为传导冷却机箱的热瓶颈。ICE-Lok通过这个阻塞点降低温度梯度。在此示例中，热管用于有效地将热量输送到侧壁。因此，最大的问题是通过固定夹的传热。ICE-Lok 提供从该卡框架到机箱的机械和热连接。

ICE-Lok背后的概念很简单;它旨在增加散热器和机箱之间的接触点数量。这些额外的表面提供了两个好处：（1）它增加了表面积以直接改善传热，（2）它允许热量绕过锁定机构内的金属到金属界面。在标准楔形锁中，夹具使用安装螺钉机械地连接到卡架或散热器上。导热器滑入机箱卡导轨，固定夹被激活，在导热器和机箱之间形成机械和热连接。激活方法是轴向螺钉，当拧紧时，将“楔块”压在一起。该力在轴向上缩短楔形锁，但在垂直方向上扩展楔形锁;在卡导轨上产生力。

热量通过吊具和底盘之间的直接接触力以及楔形锁传递到底盘（见图3a）。通过楔形锁的方向是曲折的热路径，因为它需要通过几个干燥（金属到金属）界面进行传热。由于热量希望进入阻力最小的路径，因此超过 70% 的热量直接从卡框流向机箱，不到 30% 的热量通过楔形锁。

使用类似的操作（将“楔子”压在一起的紧固件），ICE-Lok™ 接触散热器上的两 （2） 个表面和机箱上的两 （2） 个表面（见图 3b）。这会产生三个不同的热路径，每个路径都不需要段之间的热传输。测试结果显示，与 COTS 楔形锁相比，整体热阻降低了 30% 以上。

 

图3.（左）传统楔形锁热路和（右）ICE-Lok 的热流

经过测试，很明显该产品设计得很好，但没有数据可以帮助设计人员使用计算模型模拟性能。挑战在于影响热性能的变量数量众多;以施加在每个干界面上的力、摩擦效应和表面光洁度为例。为了简化ICE-Lok的表征工作，使用了顺序建模方法。首先，使用由每个“楔块”和界面组成的详细模型来表征通过三（3）条路径中每条路径的热量。该模型的结果表明，图4中30.2%的热量通过方向A逸出，22.1%通过方向B逸出，47.7%通过方向C逸出。获得热量分布后，开发了整个夹具的简化模型。这基本上利用了一个横跨散热器和底盘之间间隙的实心矩形。调整体积热导率（k有效）和界面电阻匹配详细的分布模型和记录的测试数据，使我们能够大大简化模型。表 1 显示了对 ICE-Loks™ 进行建模的输入条件，这些条件改变了施加的扭矩。

 

表1 ICE-Loks变化施加扭矩的建模输入条件

有了这些结果，工程师现在可以使用一个非常简单的模型来预测该接口的性能。通过简化计算模型，它允许设计人员增加电路板的必要复杂性，并在没有大量运行时间的情况下运行完整的模型。

审核编辑：郭婷