高均一性サーマルプレートに関する体系的な設計とテスト

チップと電子コンポーネント技術の急速な反復とパフォーマンスにより、重要なコンポーネントの能力は大幅に増加しました。一般に、RF トランジスタや MMIC チップなど、放熱能力に余裕のあるパワーデバイスの放熱面積は、放熱基板の放熱面積に比べて非常に小さくなります。この温度制御は高い熱流密度の特性を示します。この問題に関しては、従来の温度制御方法を適用するのは困難です。

高熱密度の問題の本質は、狭い領域で熱が発生し続けることです。狭い空間における従来の温度制御方法の熱排出率は、熱源の加熱率に比べて大幅に低くなります。狭い領域に熱が蓄積すると、室内の温度が短時間で急激に上昇します。アベレージテクノロジーは、ベイパーチャンバーの開発をもとに開発されたカロリー分散技術の一種です。高密度の熱流を迅速に拡散し、局所的な熱密度を効果的に低減できます。平均的なの構造と動作原理を サーマル プレート 図 1 に示します。その設計には主に構造シェル、毛細管システム、および作動媒体が含まれています。

平均的なの研究は サーマルプレート 、水、アセトン、エタノールなどの低飽和気圧の中温スケールに主に集中しています。使用温度範囲、中程度の熱伝達効率、シェルと媒体の適合性、非凝縮ガス感度の制限により、これらの平均的な サーマル プレートを高熱流密度の温度制御の分野に適用するのは困難です。

この記事では、真空キャビティの原理に基づくアルミニウムの組み合わせを使用して、宇宙環境に適用できるタイプの耐熱プレートを開発します。これは、高熱流密度の温度制御の問題に対して、信頼性が高く効率的な受動的温度制御ソリューションを提供します。

高圧の高電圧持続時間の研究開発

従来の平均的な サーマル プレートは 、低飽和の空気圧媒体を使用しています。キャビティのエッジは一般に、少数の支持柱で内部キャビティを支持します。従来の平均的なの全体サイズ サーマルプレート （一般に 100 mm × 100 mm 以下）と内部媒体流路が短い。それは主に吸引流体コアとしての焼結ヘアコアです。低圧媒体と比較して、アンモニアの飽和圧力ははるかに高くなります。 60℃では、アンモニアの飽和圧力は水の飽和圧力の130倍以上になります。したがって、計画の平均温度の設計には適切な圧力が必要です。モデルの用途を考慮して、この記事で開発した平均温度ボードは 200 mm × 200 mm です。

この記事では、ワークベンチ プラットフォームに基づいて、有限要素解析テクノロジを使用して、さまざまな構造とパラメーターのモデルをシミュレートします。解析では、適応性に優れた非構造格子離散モデルを使用します。全体は多点支持構造となっており、加圧後の最大可変体積は0.1mm以内に制御されています。シミュレーションでは、さまざまな支柱の形状、サイズ、支柱の分布、スロット レーンの弱化の影響を分析します。構造強度、熱拡散性、変形などの指標を満足しつつ、支柱の本数、支柱の体積、全体の重量と厚みを設計することを目指しています。解析の結果、円形支柱の最大応力は角形支柱に比べて大幅に低減されていることがわかりました。 4 週間ベゼルのサイズは最大応力と歪みにさらに大きな影響を及ぼし、フレームの厚さは支柱の直径の約 1.5 倍でなければなりません。スロットにより局所的な圧力が高まる可能性があるため、スロットの形状、サイズ、密度に応じて基板の厚さを調整する必要があります。

平均的な サーマル プレート 構造は機械的性能の要件を満たしていますが、熱的性能の要件も満たす必要があります。この記事では平均温度分布と熱抵抗を分析します。 、図 2 に示すように、FLOEFD プラットフォームと経験式に基づいて、 サーマル プレートの 分析によると、コンポーネントの熱抵抗 (R0)、要素と平均 サーマル プレート間の熱抵抗 (R1)、シェルの熱熱抵抗 (R2)、および中間サーマル プレートの内部温度 と熱抵抗 (R3) は、発熱の過程で一次熱抵抗に広がる自己発熱要素です。中間 サーマルプレート。 R0 と R1 は、高温になったコンポーネントの温度に対する主な熱抵抗です。 R2 と R3 は、中間の平均温度に影響を与える直接熱抵抗です。 サーマル プレート.

2. 高圧平均 サーマルプレートの性能試験

平均的なの性能試験システム サーマルプレート は、主に恒温水タンク、アルミニウムアンモニアサーマルチューブ、高温加熱タブレット、高出力電源、データコレクターなどで構成されています。平均的な サーマルプレートのサイズ は200 mm×200 mmで、耐圧容量は5.6 mPaより優れています。高温加熱シートにより発生する高密度の熱流は、 従来の密度で開発された一般的な次に、アンモニアを従来のアルミニウム製サーマルチューブからコールドボードに送ります。このプロセスは、高密度熱監視制御の問題を解決するための受動的温度制御方法の使用を反映しています。発熱体の燃焼や破壊を避けるために、高温加熱フィルムは高出力の発熱体をシミュレートし、コールド プレートは空間の熱シンクをシミュレートします。高温加熱タブレット、平均的な サーマルプレートに広がります。サーマルプレート、アルミニウムアンモニアヒートパイプ、およびコールドディッシュの間の充填界面材料により、接触熱抵抗が低減されます。アルミアンモニアの仕様は角型37.4×19.1二穴保温管です。理論上の最大熱伝達能力は1100Wに達します。

熱源は、 テスト中、平均的なには最も不利な位置があります。 サーマル プレートの隅に配置されます。理論的には、 サーマル プレートの平均 熱伝達能力熱源が他の領域にある場合、その平均温度はより適切になるはずです。試験片表面の測定点の分布を図 3 に示します。平均的なの上下に Thermal Plate試験部品 温度測定点を配置しています。テストプロセスでは、加熱出力を徐々に向上させる方法を使用して、さまざまな熱密度の下で平均的なテスト部品の熱拡散性能をテストします。加熱出力と、異なる熱密度と表面 サーマルプレートの間の表面温度の差を 以下の表に示します。

加熱出力と熱密度が増加するにつれて、平均的なの表面温度、熱源温度、および表面温度差 サーマルプレート が増加します。熱密度が 34.3 W/CM2 の場合、加熱出力は 107.7 W で、熱試験部品間の最大温度差はわずか 0.25 °C です。熱流密度が 34.3 W/CM2 を超え、この試験の試験熱源によって提供される最大熱密度を超えると、平均的な サーマル プレートは 全体として適切な平均温度を維持できます。温度差は1℃を超えず、しっかりとした熱拡散効果を発揮します。熱源の加熱能力によって制限されるため、平均温度ボード試験によって開発される極端な熱拡散能力を測定することはできません。衛星モデルの重要な機器およびコンポーネントの極端な熱密度に関しては、このテストの熱密度範囲は、ほとんどの衛星モデルおよび機能の熱密度範囲をカバーできる必要があります。従来のアルミニウムアンモニアサーマルパイプの最大許容熱流密度は約 3 W/CM2 であるため、中間 サーマルプレート の効果に対する平均 サーマルプレート許容値の開発は 、従来のサーマルチューブ許容熱流密度の 20 倍以上になります。

テストプロセス中、高温加熱シートによって生成された高密度の熱は、平均的な サーマルプレート とアルミニウムアンモニアサーマルチューブを通ってコールドプレートに達し、受動的な温度制御方法を使用して高密度の温度制御の問題を解決するという問題が実現しました。

熱応答試験は平均的なに対して実施し 放熱板 、熱源の応答と中間 放熱板の各測定点の開口状況を試験しました。試験は試験システム内で実施され、熱源と測定点の配置は熱密度試験と同じです。テストプロセスでは、熱源の電源を入れ、電源を投入し、熱源の電力を継続的に調整することで、熱源をシミュレートできます。熱流密度の範囲は(0.5 ～ 45)W/CM2です。

平均的なの表面温度 サーマルプレート と発熱シートの表面温度は、熱源のパワーとほぼ同期した熱応答効果を持っています。サーモスタットの熱源の温度に対するサーモスタットの表面温度の応答は8℃以下です。基板内部の媒体は猛烈な熱伝達速度を持っており、高効率な熱拡散機能を発揮します。

熱応答プロセス中、平均的な間の表面温度の差は、 サーマル プレート テスト全体を通じて 1 °C 以内に維持されます。開発された中間ことがわかります。 サーマルプレートは 、条件の変化や過渡熱伝達の過程においても適切な平均温度を維持している

3. 性能比較

国内外のエンジニアリングサンプル機や類似製品をワーク品質、シェル材質、スペース適合性、平均温度などからまとめています。開発された平均的な サーマルプレート エンジニアリングサンプルマシンは、空間適用性、抵抗熱流密度、平均温度、体積熱伝導率、および使用温度範囲に関して、国内外の同様の製品よりも大幅に優れています。

4.要約する

1) 平均的なの開発により開発された開発部品は、 サーマルプレート 強力な熱拡散性能を持っています。熱密度が 34.3 W/CM2、加熱出力が 107.7 W の場合、温度ボードのテスト部品間の平均温度差はわずか 0.25 °C です。

2) 熱密度が 57.7 W/CM2 に上昇したときの温度差は 0.7 °C 未満です。

3) 試験部品の特性は、熱源電力の変化に対してほぼ同期した応答を示しており、試験部品が優れた熱反応を示していることがわかります。

4) 耐圧性の開発は、高熱密度の問題を解決するための受動的温度制御方法の目標です。