Ποια ψυκτική ισχύς χρειάζεται ένας ημιαγωγός ψύκτης για εργαλεία δοκιμής

Ποια είναι η απαιτούμενη ισχύς ψύξης ενός ψύκτη ημιαγωγών για εργαλεία δοκιμής;

Δεν υπάρχει μία ενιαία, αποδεκτή τιμή σε kW για έναν ψυκτικό ημιαγωγών που χρησιμοποιείται με εργαλεία δοκιμής. Η κατάλληλη ισχύς ψύξης προκύπτει από τη θερμότητα που φτάνει στο κύκλωμα ψυκτικού υγρού κατά την πραγματική ακολουθία δοκιμής, όχι από την ονομαστική ηλεκτρική ισχύ του εξοπλισμού δοκιμής μόνο. Από προοπτική ενσωμάτωσης εξοπλισμού, το πρώτο χρήσιμο ερώτημα είναι: πόση θερμότητα πρέπει να αφαιρεθεί από το κύκλωμα στην απαιτούμενη θερμοκρασία παροχής, ενώ το DUT, το στερέωμα, η θερμική κεφαλή και οι περιβαλλοντικές συνθήκες βρίσκονται όλα σε λειτουργία;

Aψυκτικό ημιαγωγών για έναν εκτελεστή ATE, μια σταθμό δοκιμής με προβολείς, μια διάταξη καύσιμου ή μια διεπαφή θερμικής ροής πρέπει να επιλεγεί λαμβάνοντας υπόψη τόσο το σταθερό φορτίο όσο και το υψηλότερο πιθανό προσωρινό φορτίο. Αυτή η διάκριση είναι σημαντική, επειδή ένα εργαλείο μπορεί να φαίνεται άνετο κατά την αδρανή λειτουργία, αλλά να υπερβαίνει τη διαθέσιμη ικανότητα ψύξης όταν ένα υψηλής ισχύος συσκευή αρχίζει να εναλλάσσεται, όταν μια θάλαμος αυξάνει τη θερμοκρασία της ή όταν η διάταξη αλλάζει θερμοκρασία.

Ξεκινήστε με το πραγματικό θερμικό φορτίο του εργαλείου δοκιμής

Το θερμικό φορτίο μιας διάταξης δοκιμής είναι συνήθως μια στοίβα φορτίων. Η διασπορά θερμότητας από τη συσκευή είναι συχνά ο πιο εμφανής όρος, αλλά δεν είναι ο μοναδικός. Μια πρακτική ψυκτικό ημιαγωγών φύλλο διαστασιολόγησης διαχωρίζει τη θερμότητα που παράγεται στη συσκευή υπό δοκιμή (DUT), τη θερμότητα από τις υποδοχές και την ηλεκτρονική διεπαφή, τις απώλειες από το θερμικό κεφάλι ή την πλάκα, τη θερμότητα από την αντλία και τη θερμική διαρροή από τους σωλήνες, τους αγωγούς και το περιβάλλον δωμάτιο.

• Σταθερή θερμότητα DUT: η μέση θερμότητα που απελευθερώνεται κατά το προβλεπόμενο πρότυπο δοκιμής.
• Θερμότητα διάταξης και διεπαφής: πλακέτες φορτίου, υλικό υποδοχής, επαφές, μονάδες τροφοδοσίας ή θερμικό κεφάλι που ανταλλάσσει θερμότητα με τον κύκλο.
• Περαστική θερμότητα: παλμοί που προκαλούνται από την εναλλαγή της ισχύος, γρήγορες αύξησεις, δοκιμές σε πολλαπλές θέσεις ή μετάβαση από μία κατάσταση συσκευής σε μία άλλη.
• Περιβαλλοντική αύξηση θερμότητας: απώλειες μόνωσης, εκτεθειμένο μέταλλο, μακριά σωληνάκια και ζεστός αέρας γύρω από τον εξοπλισμό.
• Υδραυλικό φορτίο: θερμότητα αντλίας και επιδράσεις πτώσης πίεσης που μπορούν να αλλάξουν το πρακτικό σημείο λειτουργίας.

Με α ακριβές ψυκτικό σύστημα , είναι ελκυστικό να ξεκινήσει κανείς με τη δηλωθείσα ισχύ ενός μοντέλου. Μία ασφαλέστερη σειρά είναι η αντίστροφη: να οριστεί πρώτα το φορτίο, και στη συνέχεια να συγκριθεί η ισχύς στην απαιτούμενη θερμοκρασία εξόδου ρευστού, την παροχή και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η ισχύς σε ένα ήπιο σημείο αναφοράς καταλόγου ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύει την ισχύ σε χαμηλή δοκιμαστική θερμοκρασία ή υπό διαφορετικό μείγμα ψυκτικού.

Υπολογισμός του φορτίου ψύξης από μετρήσεις ψυκτικού ρευστού

Όταν ο βρόχος λειτουργεί, ο πιο χρήσιμος αρχικός υπολογισμός χρησιμοποιεί την παροχή ψυκτικού ρευστού και τη μετρηθείσα αύξηση θερμοκρασίας στο εργαλείο:

Φορτίο ψύξης, Q = m-dot × Cp × ΔT

Εδώ, το m-dot είναι η παροχή μάζας του ψυκτικού υγρού, το Cp είναι η ειδική θερμότητα του ψυκτικού υγρού και το ΔT είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ επιστροφής και παροχής. Το αποτέλεσμα είναι η θερμότητα που μεταφέρεται στο υγρό. Για νερό κοντά στη θερμοκρασία δωματίου, το Cp συχνά προσεγγίζεται ως 4,18 kJ/kg·°C για προκαταρκτικό υπολογισμό· μίγμα γλυκόλης απαιτεί τις πραγματικές του ιδιότητες, που εξαρτώνται από τη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία. Πρόκειται για προκαταρκτικό υπολογισμό, όχι για αντικατάσταση της επιβεβαίωσης της πλήρους δοκιμαστικής συνθήκης.

Για παράδειγμα, υποθέστε ότι ένας βρόχος μετακινεί 12 L/min νερού και η θερμοκρασία επιστροφής είναι 3°C υψηλότερη από τη θερμοκρασία παροχής. Η παροχή είναι περίπου 0,2 kg/s, οπότε το εκτιμώμενο φορτίο είναι 0,2 × 4,18 × 3 = 2,5 kW. Εάν αυτή η μέτρηση αντικατοπτρίζει την υψηλότερη διαρκή δοκιμαστική κατάσταση, η επιλογή της χωρητικότητας πρέπει να λαμβάνει επίσης υπόψη την αβεβαιότητα, τις προσωρινές κορυφές, τη διαρροή θερμότητας και τη χωρητικότητα του ψυκτικού μηχανήματος στην επιθυμητή θερμοκρασία παροχής. Δεν σημαίνει αυτόματα ότι μία μονάδα 2,5 kW είναι κατάλληλη.

Εφαρμόστε περιθώριο χωρίς να το αντιμετωπίζετε ως εικασία

Aψύκτη ελέγχου θερμοκρασίας απαιτείται εφεδρική ισχύς, αλλά το περιθώριο πρέπει να αντιστοιχεί σε γνωστή αβεβαιότητα και όχι σε καθολικό ποσοστό. Εάν η θερμότητα της διαδικασίας μετράται με ακρίβεια και ο κύκλος λειτουργίας είναι σταθερός, μια μέτρια μηχανική επιφύλαξη μπορεί να είναι επαρκής. Εάν τα προφίλ ισχύος, οι θερμοκρασίες δοκιμής, η συγκέντρωση του ψυκτικού υγρού ή οι συνθήκες του χώρου παραμένουν άγνωστες, μια ευρύτερη επιφύλαξη είναι λογική μέχρις ότου το εργαλείο χαρακτηριστεί.

Αντί να ζητάτε «επιπλέον ισχύ», ρωτήστε τι προστατεύει. Μπορεί να καλύπτει ένα θερμότερο εργαστήριο, μια μελλοντική πολυτοπική διάταξη, μια μακρύτερη περίοδο λειτουργίας υψηλής ισχύος, μια υποτιμημένη απώλεια στον σωλήνα ή μείωση της ισχύος σε χαμηλότερη ρυθμιζόμενη τιμή. Αυτή η προσέγγιση καθιστά τη συζήτηση για την ισχύ ελέγξιμη από τον μηχανικό δοκιμών, την ομάδα εγκαταστάσεων και τον ενσωματωτή εξοπλισμού.

Ελέγξτε τέσσερις συνθήκες πέραν των kW

1. Θερμοκρασία παροχής και σταθερότητα

Τη ψυκτικό ημιαγωγών πρέπει να παράγει την επιθυμητή συνθήκη παροχής στο απαιτούμενο φορτίο, όχι απλώς να επιτυγχάνει αυτή την τιμή ρύθμισης με ελάχιστο ή μηδενικό φορτίο. Οι απαιτήσεις σταθερότητας πρέπει να διατυπώνονται ως απαίτηση δοκιμής, με τον καθορισμό της τοποθεσίας μέτρησης, της μεθόδου αισθητήρα και του επιτρεπόμενου χρόνου εξομάλυνσης. Μια αυστηρή τιμή στην έξοδο του ψυκτικού μηχανήματος ενδέχεται να μην αντιστοιχεί στη σταθερότητα στη διεπαφή της συσκευής υπό δοκιμή (DUT).

2. Ροή και πτώση πίεσης

Aψυγείο διαδικασίας μπορεί να διαθέτει επαρκή ψυκτική ισχύ και παρόλα αυτά να αποτελεί ακατάλληλη ενδεχόμενη ενσωμάτωση, εάν η ροή είναι υπερβολικά χαμηλή ή η αντλία δεν μπορεί να υπερνικήσει την πτώση πίεσης που προκαλούν το εξάρτημα, οι σωλήνες και το φίλτρο. Πρέπει να ληφθεί το απαιτούμενο εύρος ροής, η επιτρεπόμενη πίεση, οι περιορισμοί της διαδρομής του ψυκτικού υγρού και οι λεπτομέρειες σύνδεσης προτού εγκριθεί μια διαμόρφωση.

3. Απόκριση σε μεταβατικές καταστάσεις

Τα εργαλεία δοκιμής συνήθως μεταβάλλουν την ισχύ ταχύτερα από την ικανότητα αντίδρασης του ψυκτικού κυκλώματος. Ο όγκος αποθήκευσης, η λογική ελέγχου, ο όγκος του κυκλώματος και η θερμική μάζα μπορούν όλα να επηρεάσουν την απόκλιση της θερμοκρασίας. Για ένα ψυκτικό ημιαγωγών , χρησιμοποιήστε μια αντιπροσωπευτική ακολουθία υψηλής ισχύος για να αξιολογήσετε την υπερύψωση, τον χρόνο ανάκαμψης και την τάση της θερμοκρασίας επιστροφής, αντί να βασίζεστε μόνο σε μέσο φορτίο.

4. Συμβατότητα ψυκτικού υγρού και έλεγχος συμπύκνωσης

Η επιλογή υγρού επηρεάζει την ειδική θερμότητα (Cp), την ιξώδες, την απαίτηση αντλίας, τον έλεγχο διάβρωσης και τους υπολογισμούς ισχύος. Σε χαμηλές θερμοκρασίες παροχής, η μόνωση, η σφράγιση ατμών και ο έλεγχος του σημείου δρόσου γίνονται απαιτήσεις του συστήματος. Μια ακριβές ψυκτικό σύστημα επιλογή θα πρέπει επομένως να τεκμηριώνει το υγρό, τη συγκέντρωσή του, το εύρος λειτουργίας και την ευθύνη για τον έλεγχο συμπύκνωσης.

Μια πρακτική ροή διαστασιολόγησης για δοκιμές ημιαγωγών

1. Καταγράψτε κάθε ψυχόμενο στοιχείο και προσδιορίστε εάν η θερμότητά του είναι σταθερή, περιοδική ή περαστική.
2. Καταγράψτε την επιθυμητή θερμοκρασία παροχής, την επιτρεπόμενη θερμοκρασία επιστροφής, την απαιτούμενη παροχή, τον τύπο ψυκτικού υγρού και τις αναμενόμενες συνθήκες χώρου.
3. Μετρήστε ή εκτιμήστε το Q από την παροχή, τις ιδιότητες του υγρού και τη διαφορά θερμοκρασίας παροχής-επιστροφής κατά τις αντιπροσωπευτικές καταστάσεις δοκιμής.
4. Προσθέστε μια ελέγξιμη επιφύλαξη για αβεβαιότητα και μελλοντικές συνθήκες λειτουργίας.
5. Συγκρίνετε την απαιτούμενη χωρητικότητα με τη ψυκτικό ημιαγωγών απόδοση στο πραγματικό σημείο ρύθμισης και στις περιβάλλουσες συνθήκες.
6. Επαληθεύστε την υδραυλική απόδοση, τη θερμοκρασιακή σταθερότητα στη διεπαφή, τις ειδοποιήσεις και την ανάκαμψη μέσω δοκιμής εκκίνησης.

Το αποτέλεσμα θα πρέπει να είναι μια απαίτηση όπως «αφαίρεση του επιβεβαιωμένου αιχμής θερμικού φορτίου στην καθορισμένη θερμοκρασία παροχής και παροχής, με καθορισμένα κριτήρια σταθερότητας και ανάκαμψης», αντί για μια απλή αίτηση χωρητικότητας. Αυτός ο τρόπος διατύπωσης βοηθά έναν προμηθευτή να αξιολογήσει ένα ψύκτη ελέγχου θερμοκρασίας έναντι του ολόκληρου κύκλου φόρτισης.

Ερωτήσεις που πρέπει να επιλυθούν πριν από την τελική επιλογή

• Ποια είναι η μέγιστη διαρκής θερμότητα DUT και της εγκατάστασης κατά το προβλεπόμενο πρόγραμμα;
• Ποια είναι η συντομότερη μεταβατική κατάσταση υψηλότερης ισχύος και πόση απόκλιση θερμοκρασίας είναι αποδεκτή;
• Πού μετρώνται οι θερμοκρασίες παροχής και επιστροφής;
• Ποιο ψυκτικό υγρό, ποια συγκέντρωση, ποια παροχή και ποια όρια πτώσης πίεσης ισχύουν;
• Προστίθενται στο μελλοντικό σχέδιο δοκιμών νέες τοποθεσίες, κανάλια ή χαμηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας;

Ένα δίχτυ με το κατάλληλο μέγεθος ψυκτικό ημιαγωγών δεν είναι απλώς η μεγαλύτερη διαθέσιμη μονάδα. Η υπερδιάσταση μπορεί να περιπλέξει τη συμπεριφορά ελέγχου και το κόστος λειτουργίας, ενώ η υποδιάσταση μπορεί να προκαλέσει παρέκκλιση θερμοκρασίας, αργή ανάκτηση και διακοπές δοκιμών. Η καλύτερη απόφαση είναι μια τεκμηριωμένη θερμική ισορροπία, επαληθευμένη υπό αντιπροσωπευτική ακολουθία δοκιμών, και στη συνέχεια ταιριάζει με μια ψυγείο διαδικασίας διαμόρφωση που διαθέτει την απαιτούμενη ισχύ, ροή, απόδοση ελέγχου και μέτρα ασφαλείας εγκατάστασης.