基于6U_VPX主板的铝基均热板散热性能实验研究_李翊.pdf

基于6 U V P X主板的铝基均热板散热性能实验研究*李 翊(海军装备部驻西安地区军事代表局,陕西 西安 7 1 0 0 5 4)摘 要:针对某6 U V P X高性能主板发热器件众多、总热功耗大导致的散热难题,开展了铝基均热板散热盒的工程应用实验研究。测试结果表明:常温2 8 环境中,自然散热工况下铝基均热板散热盒无法满足主板散热要求,风冷散热工况下,铝基均热板散热盒上最大温差为7.2,C P U和D S P芯片最大结温分别为4 5 和5 0;高温6 0 环境中,均热板上最大温差为6.7,C P U和D S P芯片最大结温分别为8 5 和8 3,低于允许结温1 0 5。由此可知,铝基均热板散热盒散热性能显著,配合风冷工况可以满足标准6 U V P X高性能大功耗主板的散热需求,是解决主板散热困难的有效手段。关键词:V P X主板;均热板;散热性能;实验研究中图分类号:T K 1 2 4文献标志码:Ad o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 7-1 3 0 X.2 0 2 3.0 6.0 0 5E x p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n h e a t d i s s i p a t i o n p e r f o r m a n c e o f a l u m i n o u s v a p o r c h a m b e r b a s e d o n 6 U V P X m o t h e r b o a r dL I Y i(N a v a l E q u i p m e n t D e p a r t m e n t M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e O f f i c e i n X ia n R e g i o n,X ia n 7 1 0 0 5 4,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e h e a t d i s s i p a t i o n p r o b l e m o f a 6 U V P X h i g h-p e r f o r m a n c e m o t h e r b o a r d w i t h m a n y h e a t i n g d e v i c e s a n d l a r g e t o t a l t h e r m a l p o w e r c o n s u m p t i o n,A n e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n e x p e r i m e n-t a l r e s e a r c h o n t h e a l u m i n o u s v a p o r c h a m b e r i s c a r r i e d o u t.T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e a l u m i n o u s v a-p o r c h a m b e r c a n n o t m e e t t h e h e a t d i s s i p a t i o n r e q u i r e m e n t s o f t h e m o t h e r b o a r d u n d e r n a t u r a l h e a t d i s s i-p a t i o n c o n d i t i o n s a t t h e n o r m a l t e m p e r a t u r e o f 2 8,t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e o n t h e a l u-m i n o u s v a p o r c h a m b e r i s 7.2 u n d e r t h e a i r-c o o l e d h e a t d i s s i p a t i o n c o n d i t i o n,a n d t h e m a x i m u m j u n c-t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e C P U a n d D S P c h i p s i s 4 5 a n d 5 0 r e s p e c t i v e l y.T h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e o n t h e a l u m i n o u s v a p o r c h a m b e r i s 6.7 a t a 6 0 -h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t,a n d t h e m a x i m u m j u n c t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e C P U a n d D S P c h i p s i s 8 5 a n d 8 3 r e s p e c t i v e l y,w h i c h i s l o w-e r t h a n t h e a l l o w a b l e j u n c t i o n t e m p e r a t u r e o f 1 0 5.I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e h e a t d i s s i p a t i o n p e r f o r m-a n c e o f t h e a l u m i n o u s v a p o r c h a m b e r i s r e m a r k a b l e,a n d i t c a n m e e t t h e h e a t d i s s i p a t i o n r e q u i r e m e n t s o f t h e s t a n d a r d 6 U V P X h i g h-p e r f o r m a n c e a n d h i g h-p o w e r c o n s u m p t i o n m o t h e r b o a r d w i t h a i r-c o o l i n g c o n-d i t i o n s,w h i c h i s o n e o f t h e e f f e c t i v e m e t h o d s t o s o l v e t h e h e a t d i s s i p a t i o n d i f f i c u l t y o f t h e m o t h e r b o a r d.K e y w o r d s:V P X m o t h e r b o a r d;v a p o r c h a m b e r;h e a t d i s s i p a t i o n p e r f o r m a n c e;e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h1 引言随着嵌入式计算机主板性能不断提高、功能不断增多,板上元器件数量快速增加,大功耗器件越来越密集,布线间距不断缩小,印制板叠层不断增加,导致主板的热流密度急剧攀升1,2,其散热问题越来越突出,热可靠性难以保障,采用新型高效传导散热技术已成为必然选择。嵌入式计算机高性能主板散热的现有技术主*收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 2;修回日期:2 0 2 2-1 0-1 8通信地址:7 1 0 0 5 4 陕西省西安市海军装备部驻西安地区军事代表局A d d r e s s:N a v a l E q u i p m e n t D e p a r t m e n t M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e O f f i c e i n X ia n R e g i o n,X ia n 7 1 0 0 5 4,S h a a n x i,P.R.C h i n a C N 4 3-1 2 5 8/T PI S S N 1 0 0 7-1 3 0 X 计算机工程与科学C o m p u t e r E n g i n e e r i n g&S c i e n c e第4 5卷第6期2 0 2 3年6月 V o l.4 5,N o.6,J u n.2 0 2 3 文章编号:1 0 0 7-1 3 0 X(2 0 2 3)0 6-0 9 8 7-0 8要有4类:铝合金散热盒、热管散热盒、液冷板散热盒和均热板散热盒。铝合金散热盒由于具有加工简单、成本低、可靠性高等优点,应用最为广泛,但其散热能力相对较低,只适用于热功耗较低的主板。热管散热盒应用于总功耗大但高功耗器件较少的主板,尤其对热流密度较高的单个器件有很好的效果,但对散热盒厚度方向的空间要求较大,且广泛应用的铜热管与铝合金散热盒需要镀镍再焊接,对散热盒表面处理有较大影响。液冷板散热盒仅适用于具备液冷条件的情况,且存在安全性和可靠性顾虑,在嵌入式计算机中目前应用较少。均热板散热盒是目前快速发展的一种新型高效散热设备,具有重量轻、体积小、导热效率高、均温性好等优点,非常适合于热功耗大且发热器件数量众多的主板,在厚度空间非常有限的主板上也有很好的应用前景,是解决高性能主板散热困难的有效途径之一3。均热板的散热原理是通过全密闭真空腔内液体工质的蒸发与凝结来实现热量快速传递,其结构主要由金属壳体、吸液芯、支撑柱和液体工质等组成,其工作原理及结构如图1所示。近年来,铝基均热板的研究与开发已成为热控领域的热点之一。F i g u r e 1 W o r k i n g p r i n c i p l e a n d s t r u c t u r e o f t h e v a p o r c h a m b e r图1 均热板的工作原理及结构均热板的理论研究多为数学建模,如结合毛细理论研究相变界面蒸发传热模型、基于二维热阻网络预测均热板内部温度分布等,主要分析吸液芯结构、孔隙率、工质流动规律等的影响4。数值仿真目前尚无法准确仿真出均热板内部流场及毛细驱动过程,文献5 针对型号应用提出了一种等效替代仿真分析方法,能够快速获得工程应用可参考的仿真结果。均热板影响因素的研究多集中在结构形式、制造工 艺、液 体 工 质、环 境 工 况、工 程 应 用 等 方面3 1 1。结构形式上重点研究吸液芯结构,包括微槽道、金属丝网、粉末烧结、泡沫金属等6,7,1 1。微槽道吸液芯结构简单、加工方便、成本低,但液体工质的毛细驱动力较小,均温性能相对较差;金属丝网吸液芯具有孔隙率大、厚度更薄、结构规则、柔性较好等优点,但毛细驱动力较小;粉末烧结吸液芯的毛细驱动力大,是目前应用最广泛、技术也最成熟的吸液芯结构,但其渗透性较差;泡沫金属吸液芯具有较大的毛细驱动力和孔隙率,但结合强度较低、力学性能较差。制造工艺涉及工序较多,关键在于毛细芯烧结、壳体焊接、工质注入、真空处理等环节6。文献8 研究了均热板热阻与充液率的关系,指出相同热功耗下充液率为6 0%时热阻最低。不同环境工况下的散热性能和工程应用方面的研究相对较少3,5,9,1 0。文献9 分析了丝网数目、工质和温度的影响,结果表明丝网数目愈大传热量愈大,水工质的均热板优于乙醇和丙酮。文献1 0 研究了工质R 1 2 3 3 z d的均热板在不同热源功率和冷源温度下的表面温度分布情况,结果表明均热板有较好的均温效果和导热性能。文献3,5 基于型号产品,实验对比了应用于主板的铝合金散热盒、热管散热盒和铝基均热板性能,在某计算机产品中应用铝基均热板满足了高温6 5 环境下的主板散热需求。由于实际工程应用中,均热板散热性能与其设计方案、位置布局、使用工况息息相关,如均热板结合风冷或液冷进行复合式散热设计、全密封嵌入式计算机中的应用效果评估等。目前针对均热板实际工程应用的研究仍然较少,因此非常有必要对均热板的工程应用开展深入的实验研究。为此,本文基于某6 U V P X高性能主板开展铝基均热板的散热性能实验研究,分析铝基均热板在常温环境(自然散热工况和风冷散热工况)和高温环境(风冷散热工况)下的散热性能,为工程设计人员提供参考。2 6 U V P X主板均热板散热盒设计某主板为6 U V P X标准板卡,总热功耗约为8 0.0 W,使用环境为风冷散热,其结构设计遵循风冷散热设计标准AN S I/V I T A 4 8.1-2 0 1 01 2,采用1英寸系列尺寸,结构模型如图2所示。主板总热功耗大且发热器件众多(主要发热器件分布及器件参数见图3和表1),C P U热功耗达3 0.0 W,常用的铝合金散热盒无法满足散热要求,热管散热盒上热管布局也很难覆盖所有发热器件,均温性无法保障,综合对比后发现采用均热板散热方案具有明显优势。因此,采用铝基均热板散热技术进行主板散热设计(如图4所示),均热板散热盒内表面设计凸台与印制板上发热器件对接,中间设置厚度为1.5 mm的导热衬垫,导热率为6.0 W/(mk),将大功耗器件的热量快速传导至均热板上。889C o m p u t e r E n g i n e e r i n g&S c i e n c e 计算机工程与科学 2 0 2 3,4 5(6)F i g u r e 2 S t r u c t u r a l m o d e l o f a 6 U V P X m o t h e r b o a r d图2 某6 U V P X主板结构模型F i g u r e 3 D i s t r i b u t i o n a n d t h e r m a l p o w e r c o n s u m p t i o n o f m a i n h e a t i n g d e v i c e s o n t h e m o t h e r b o a r d图3 主板上主要发热器件分布及热功耗T a b l e 1 H e a t i n g d e v i c e s p a r a m e t e r s o n t h e m o t h e r b o a r d表1 主板上主要发热器件参数器件名称功耗/W 结构尺寸/(mm3)数量/个允许结温/C P U3 0.06 04 2.53.311 0 5D S P6.02 52 52.521 0 5器件A5.02 72 72.411 2 5器件B5.02 92 93.911 2 5器件C4.03 13 13.511 2 5器件D2.02 12 11.811 2 5器件E1.51 61 65.051 2 5器件F1.51 595.181 2 5器件G2.01 31 31.911 2 5 根据6 U V P X板卡风冷散热设计标准AN S I/V I T A 4 8.1-2 0 1 0进行均热板散热盒结构设计,模型如图5所示。散热盒外表面设计散热翅,以增大散热面积,增强风冷散热效果。均热板材料的选择主要考虑相容性、导热率、润湿性和加工性,同时也与使用场景密切相关,常用材料为铜、铝合金和不锈钢,由于该板卡应用于航空航天领域,故选用铝F i g u r e 4 H e a t d i s s i p a t i o n d e s i g n o f t h e v a p o r c h a m b e r f o r a 6 U V P X m o t h e r b o a r d图4 某6 U V P X主板均热板散热设计合金6 0 6 3,导热率为2 0 1 W/(mk)。根据对几种常见结构的分析,结合主板的工程应用背景,吸液芯结构选择毛细驱动力强、技术最成熟的铝粉烧结式吸液芯。液体工质重点考虑物理性能、安全性能及与壳体材料的相容性,在常用的去离子水、丙铜、乙醇中选择与壳体铝合金6 0 6 3相容的丙铜,充液率参照文献8 中研究结论设置为6 0%,散热盒表面进行绝缘氧化染黑处理,其详细参数见表2。F i g u r e 5 3 D m o d e l o f t h e v a p o r c h a m b e r图5 均热板散热盒三维模型T a b l e 2 S t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f t h e v a p o r c h a m b e r表2 均热板散热盒结构参数mm结构参数结构参数散热盒长2 3 3.4散热翅高4.8散热盒宽1 4 7.0散热翅间距2.0散热盒厚1 8.6空腔高度3.0散热翅厚1.5空腔壁厚1.03 实验测试方法与过程利用主板测试工装和安柏AT 4 5 2 4多路温度测试仪进行均热板散热性能实验测试,实验在常温和高温2种环境条件下进行。常温环境约2 8,分自然散 热和风冷散 热2种工 况;高温环境 为6 0,只考察风冷散热工况。利用多路温度测试仪进行温度测量和采集,通过热电偶温度传感器记录测点温度,传感器布局和编号如图6所示,主要测试均热板散热盒两侧导轨、C P U和D S P对应均热板外表面位置、中心位置等处的温度。图6中C P U和D S P的结温通过系统程序读出。989李 翊:基于6 U V P X主板的铝基均热板散热性能实验研究F i g u r e 6 S c h e m a t i c d i a g r a m o f t e m p e r a t u r e s e n s o r l o c a t i o n a n d n u m b e r i n g图6 温度传感器位置和编号示意图(1)2 8 常温环境测试过程。实验房间常温环境约2 8,为验证自然散热和风冷散热工况下均热板散热盒的散热性能,主板首先不加风机工作3 0 m i n,处于自然散热工况下记录温度值;然后增加风机,风机风量为5 7 C FM,主板测试点7附近平均风速0.9 6 m/s,持续记录温度值,继续工作3 0 m i n后,基本达到热平衡状态。根据2种工况下的均热板散热盒表面温度、表面温差及关键散热器件温度,来评估均热板散热盒在常温环境下的散热效果。(2)6 0 高温环境测试过程。在高温箱中进行6 0 环境下主板散热性能测试,风冷散热工况与常温环境下的实验保持一致,主板工作3 0 m i n后达到热平衡状态,持续记录各测试点处温度值,主板上C P U芯片和D S P芯片通过操作系统程序直接读出结温。(3)温度测量不确定度分析。采用B类不确定度评定方法,多路温度测试仪分辨率0.1,配K型热电偶,测试温度在0 2 0 0 内,测量精度为0.8。温度测量的不确定度包括温度测试仪分辨率引起的不确定度ut1=0.1 和热电偶测量精度引起的不确定度ut2。热电偶测量精度带来的误差按均匀分布考虑,取k=3,则不确定度值ut2=0.8/k=0.4 6。由于2个部分不确定度不相关,因此合成不确定度u=0.4 7,取扩展不确定度的包含因子为2,可得到温度测量的不确定度为0.9 4。4 实验测试结果分析4.1 常温2 8 环境主板上C P U芯片和D S P芯片结温如表3所示,均热板散热盒上测试点温度值如表4所示。通过测试数据绘制得到C P U和D S P芯片结温随主板运行时间变化曲线,如图7所示。均热板散热盒上各测试 点温度随时 间变化曲线 如图8所示。C P U和D S P芯片结温与对应均热板散热盒外表面处的温差曲线分别如图9和图1 0所示。T a b l e 3 C h i p j u n c t i o n t e m p e r a t u r e d a t au n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t表3 常温环境下芯片结温数据时间/m i nC P U结温/D S P结温/时间/m i nC P U结温/D S P结温/02 82 83 36 26 664 64 83 65 66 194 95 23 95 15 61 25 45 64 24 85 31 55 95 94 54 85 31 86 26 34 84 75 12 16 46 65 14 65 02 36 56 85 44 55 02 66 87 05 74 65 03 07 07 16 04 55 0F i g u r e 7 V a r i a t i o n c u r v e s o f c h i p j u n c t i o n t e m p e r a t u r e w i t h t i m e u n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图7 常温环境下芯片结温随时间变化曲线F i g u r e 8 V a r i a t i o n c u r v e s o f t e s t p o i n t t e m p e r a t u r e w i t h t i m e u n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图8 常温环境下测试点温度随时间变化曲线099C o m p u t e r E n g i n e e r i n g&S c i e n c e 计算机工程与科学 2 0 2 3,4 5(6)F i g u r e 9 T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e c u r v e s b e t w e e n t h e C P U c h i p a n d t h e o u t e r s u r f a c e o f t h e v a p o r c h a m b e r u n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图9 常温环境下C P U芯片与均热板散热盒外表面温差曲线F i g u r e 1 0 T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e c u r v e s b e t w e e n D S P c h i p a n d t h e o u t e r s u r f a c e o f t h e v a p o r c h a m b e r u n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图1 0 常温环境下D S P芯片与均热板散热盒外表面温差曲线 分析表3和图7可知:(1)常温2 8 环境下,自然散热工况时,随着主板工作时间增加,C P U芯片和D S P芯片结温迅速升高,在主板运行3 0 m i n时仍未达到热平衡状态,此时C P U芯片和D S P芯片的结温分别为7 0 和7 1,温升分别 达到4 2 和4 3。基于环境温度线性外推,当6 0 高温时,C P U芯片和D S P芯片结温会超过允许结温,表明自然散热工况下铝基均热板也无法满足该主板的散热需求。(2)增加风机,形成风冷散热工况,随着主板工作时间继续增加,C P U芯片和D S P芯 片 结 温 迅 速 降 低,风 冷 工 况 下 主 板 工 作 约3 0 m i n后达到热平衡状态,此时C P U芯片和D S P芯片的结温分别为4 5 和5 0,温升分 别为1 7 和2 2,说明采用风冷散热结合铝基均热板的综合散热设计才能满足该主板的散热需求。分析表4和图8可知:(1)常温2 8 环境下,随着主板工作时间增加,均热板散热盒表面温度逐渐升高,自然散热工况下工作3 0 m i n时均热板散热盒的 中 心 位 置 处(测 试 点5)温 度 最 高,达 到6 6.1,左侧导轨处(测试点7)温度最低为6 0,右侧导轨处(测试点6)温度为6 2.5,均热板散热盒表面最大温差为4.1,说明自然散热工况下均热板散热盒的均温性非常好;(2)施加风冷散热时,均热板散热盒表面温度迅速下降,随着主板运行时间进一步增加,继续工作3 0 m i n后达到热平衡状态,此时测试点1温度最高4 4.2,左侧导轨处(测试点7)温度最低3 7,右侧导轨处(测试点6)温度为4 1.9,均热板散热盒表面最大温差为7.2。这表明风冷散热工况下均热板散热盒的横向(平行板面方向)散热性能仍然优良,风冷工况下均热板散热盒的散热性能大幅提升。T a b l e 4 T e m p e r a t u r e d a t a o f t h e t e s t p o i n t s o f t h e v a p o r c h a m b e r u n d e r n o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t表4 常温环境下均热板散热盒测试点温度数据时间/m i n测试点1234567802 8.2 2 8.0 2 8.1 2 8.2 2 8.2 2 7.9 2 7.8 2 7.733 4.9 3 4.0 3 4.6 3 4.8 3 4.9 3 3.5 3 3.4 3 3.264 1.4 4 0.3 4 0.7 4 0.8 4 1.3 3 9.7 3 9.0 3 8.794 6.8 4 5.5 4 6.0 4 6.1 4 6.7 4 4.8 4 4.0 4 3.71 25 1.3 4 9.9 5 0.5 5 0.7 5 1.2 4 8.7 4 7.9 4 7.81 55 5.0 5 3.5 5 4.2 5 4.4 5 4.9 5 2.4 5 1.5 5 1.61 85 8.1 5 6.5 5 7.3 5 7.5 5 8.0 5 5.3 5 4.5 5 4.92 16 0.6 5 8.9 5 9.9 6 0.2 6 0.6 5 7.6 5 6.8 5 7.42 36 2.1 6 0.4 6 1.3 6 1.6 6 2.1 5 9.0 5 8.2 5 9.02 66 4.2 6 2.3 6 3.2 6 3.6 6 4.1 6 1.0 5 9.9 6 0.73 06 6.0 6 4.2 6 5.4 6 5.7 6 6.1 6 2.5 6 2.0 6 2.43 36 0.2 5 8.2 5 8.4 5 4.8 5 9.9 5 6.6 4 8.6 5 3.33 65 4.4 5 2.4 5 1.8 4 8.9 5 4.0 5 1.3 4 3.6 4 7.83 95 0.2 4 8.5 4 7.6 4 5.1 4 9.6 4 7.5 4 0.9 4 4.34 24 7.6 4 5.9 4 5.1 4 3.0 4 7.0 4 4.9 3 9.2 4 2.34 54 6.4 4 4.7 4 4.0 4 2.0 4 5.8 4 3.8 3 8.3 4 1.24 84 5.4 4 3.9 4 3.2 4 1.3 4 4.9 4 3.0 3 7.8 4 0.55 14 4.9 4 3.3 4 2.6 4 0.8 4 4.3 4 2.4 3 7.3 4 0.15 44 4.4 4 2.8 4 2.2 4 0.5 4 3.9 4 2.0 3 7.0 3 9.75 74 4.4 4 2.9 4 2.2 4 0.5 4 3.9 4 2.1 3 7.1 3 9.86 04 4.2 4 2.7 4 2.1 4 0.4 4 3.7 4 1.9 3 7.0 3 9.5 分析图9和图1 0可以发现:(1)风冷散热工况下,C P U芯片与对应的均热板散热盒外表面之间的温差相对自然散热工况下略微增大,主板运行199李 翊:基于6 U V P X主板的铝基均热板散热性能实验研究3 0 m i n时和6 0 m i n时的温差分别为4.8 和4.3;D S P芯片与对应的均热板散热盒外表面之间的温差相对自然散热工况下的也略有增大,主板运行3 0 m i n时和6 0 m i n时的温差分别为5.0 和5.8。(2)观察2种工况下的温差曲线,温差基本保持平稳,表明均热板散热盒的纵向(垂直板面方向)散热性能受外界环境工况影响很小,考虑到该温差影响因素还包括导热衬垫热阻和接触热阻,说明铝基均热板散热盒的纵向散热性能也非常优秀。4.2 6 0 高温环境主板上C P U芯片和D S P芯片结温如表5所示,均热板散热盒上测试点温度值如表6所示。通过测试数据绘制得到C P U和D S P芯片结温随主板运行时间变化曲线,如图1 1所示;均热板散热盒上各测试点温度随时间变化曲线,如图1 2所示;C P U和D S P芯片结温与对应均热板散热盒外表面处的温差曲线,分别如图1 3和图1 4所示。T a b l e 5 M a c h i n e-r e a d a b l e d a t a o f c h i p j u n c t i o n t e m p e r a t u r e u n d e r h i g h t e m p e r a t u r e a i r c o o l i n g c o n d i t i o n s表5 高温风冷散热条件下芯片结温机读数据时间/m i nC P U结温/D S P结温/时间/m i nC P U结温/D S P结温/05 96 01 88 48 237 16 82 18 58 267 67 32 48 58 398 07 72 78 58 31 28 27 93 08 58 31 58 38 1T a b l e 6 T e m p e r a t u r e t e s t d a t a o f v a p o r c h a m b e r u n d e r h i g h t e m p e r a t u r e a i r c o o l i n g c o n d i t i o n s表6 高温风冷散热条件下均热板温度测试数据时间/m i n测试点1234567805 9.3 5 8.7 5 9.7 5 9.6 5 9.1 5 8.1 6 0.2 5 9.736 6.0 6 6.1 6 6.2 6 6.9 6 6.0 6 3.8 6 4.4 6 4.767 1.1 7 1.1 7 1.4 7 1.9 7 1.4 6 7.9 6 7.8 6 9.097 4.4 7 4.4 7 4.7 7 5.0 7 4.8 7 0.8 7 0.0 7 1.91 27 6.5 7 6.7 7 6.7 7 6.9 7 7.0 7 2.4 7 1.4 7 3.51 57 7.8 7 8.0 7 8.0 7 8.1 7 8.4 7 3.6 7 2.4 7 4.71 87 8.7 7 8.8 7 8.8 7 8.8 7 9.3 7 4.2 7 2.9 7 5.42 17 9.4 7 9.3 7 9.2 7 9.2 7 9.5 7 4.9 7 3.2 7 5.82 47 9.8 7 9.7 7 9.5 7 9.5 7 9.8 7 5.3 7 3.5 7 6.12 78 0.0 7 9.9 7 9.7 7 9.7 8 0.0 7 5.5 7 3.6 7 6.33 08 0.1 8 0.0 7 9.7 7 9.7 8 0.1 7 5.4 7 3.8 7 6.4F i g u r e 1 1 V a r i a t i o n c u r v e s o f c h i p j u n c t i o n t e m p e r a t u r e w i t h t i m e a t 6 0-h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图1 1 6 0 高温环境下芯片结温随时间变化曲线F i g u r e 1 2 T e m p e r a t u r e c u r v e s o f t e s t p o i n t s w i t h t i m e a t 6 0-h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图1 2 6 0 高温环境下测试点温度随时间变化曲线 分析表5和图1 1可知:(1)6 0 高温环境下,随着主板工作时间增加,C P U芯片和D S P芯片结温迅速升高并在主板运行2 1 m i n后达到热平衡状态,此 时C P U芯 片 和D S P芯 片 的 结 温 分 别 为8 5 和8 3,温升分别为2 5 和2 3,结温都低于芯片的允许结温1 0 5。表明6 0 高温环境中,采用风冷散热结合铝基均热板的综合散热设计也能满足该主板的散热需求。(2)达到热平衡时,6 0 高温环境下相对常温环境下,C P U芯片温升分别为2 5 和1 7,而D S P芯片温升分别为2 3 和2 2,C P U芯片温升在高温下明显增大,这说明工程应用中C P U的功耗随环境温度的升高会增大,其散热设计应该留有更大的裕度。分析表6和图1 2可知:(1)6 0 高温环境下,主板工作3 0 m i n后均热板散热盒表面温度基本趋于稳定,表面最高温度8 0.1,左侧导轨处(测试点7)温度最低为7 3.8,右侧导轨处(测试点6)温度为7 5.4,均热板散热盒表面最大温差为6.7,而均热板散热盒的空腔区域(测试点15)最大温差仅为0.4。这说明高温环境下均热板散热盒的均温性仍然非常优秀,散热瓶颈主要在299C o m p u t e r E n g i n e e r i n g&S c i e n c e 计算机工程与科学 2 0 2 3,4 5(6)于均热板散热盒上的热量如何带走。F i g u r e 1 3 T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e c u r v e s b e t w e e n t h e C P U c h i p a n d t h e o u t e r s u r f a c e o f t h e v a p o r c h a m b e r a t 6 0 -h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图1 3 6 0 高温环境下C P U芯片与对应均热板散热盒外表面温差曲线F i g u r e 1 4 T e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e c u r v e s b e t w e e n t h e D S P c h i p a n d t h e o u t e r s u r f a c e o f t h e v a p o r c h a m b e r a t 6 0 -h i g h t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n t图1 4 6 0 高温环境下D S P芯片与对应均热板散热盒外表面温差曲线分析图1 3和图1 4可以发现:(1)6 0 高温环境下达到热平衡后,C P U芯片和D S P芯片与对应的均热板散热盒外表面之间的温差分别为5.3 和2.9,而常温环境下热平 衡时温差分 别为4.3 和5.8,D S P芯片结温与对应的均热板散热盒外表面之间的温差显著降低,表明6 0 高温时均热板散热盒的散热性能相对常温下的会有提升。(2)高温环境下,芯片与对应的均热板散热盒外表面之间的温差仍然保持平稳,相比常温下的温差曲线波动更小,充分说明均热板散热盒的纵向(垂直板