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。
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