PCIe 카드 열관 사례 연구

소개

Boyd Corporation의 열 부문 사업부인 Aavid는 랙 장착 위성 추적, 원격 측정, 원격 명령(TT&C) 장치 내에 수용된 고출력 PCIe 카드 냉각에 대한 도전 과제를 수행했습니다. 이 제품은 위성 제어 센터와 위성 자체 사이의 중요한 다리 역할을 합니다.



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도전 과제

문제의 PCIe 카드는 작동 조건에 따라 40-50W의 전력을 분산시켜야했습니다. 추가 능동 냉각에 대한 고객 제한으로 Aavid는 시스템의 기존 팬 어레이를 활용하는 패시브 솔루션을 찾아야 했습니다.

냉각 솔루션의 주요 초점은 BGA 장치 온도를 최소로 유지해 PCIe 카드의 MTBF를 최대화하는 것이었습니다.

해결책

전력 소실의이 수준에 대한, 히트 파이프 / 라디에이터 핀 디자인은 가장 효과적인 선택이었다. 오늘날의 하이 엔드 컴퓨터 그래픽 카드는 열을 덤프하는 유사한 시스템을 활용; 그러나, 이들의 대부분은 적극적으로 보드 팬에 작은 냉각. 시스템을 수동적으로 유지하기 위해 Aavid는 더 큰 핀 스택이 두 번째 슬롯을 차지하는 이중 슬롯 설계를 살펴보기로 결정했습니다.

Aavid는 FPGA, PHY, DDR, DDS, Omap, 브리지 및 LTM 패키지를 포함하는 상세한 CFD 기본 모델을 만들었습니다. PCB 열 특성은 고객이 지정한 접지 및 전력 층의 수에 의해 정의되었습니다. RF 및 방열판 과 같은 시스템의 다른 구성 요소는 열 방출 PCB 보드로 모델링되었습니다. 그런 다음 750hPa의 고도 압력과 300LFM의 유량으로 55°C의 주변 온도에서 시스템을 분석했습니다.

Aavid는 기본 CFD 시뮬레이션을 통해 위의 조건에서 보드 및 구성요소 접합 온도와 케이스 열전도에 대한 유량과 온도 맵을 결정할 수 있었습니다. 이 기본 모델은 열 솔루션을 완성하기 위해 다음과 같이 변경되었습니다.

-열 한계 이상 이상의 부품의 경우 안전한 작동 범위로 가져오기 위해 필요한 최소 방열판 열 저항을 찾기 위해 계산이 수행되었습니다.
-최소 접합점을 초과하는 모든 구성요소에 대한 열 솔루션을 설계했습니다.
온도 요건
-DFM, 비용, 성능을 위한 방열판 최적화.

산출물/결과

완성된 열 보고서 및 테스트를 위한 샘플 기기를 고객에게 제공했습니다. 이 샘플 기기는 NH의 Laconia 본사에 있는 Aavid의 신속한 프로토타입 시설에서 제작되었으며 이것으로 고객은 신속하고 효과적으로 열 솔루션을 검증할 수 있었습니다. 성공적인 샘플 테스트 완료 후 Aavid는 최종 제품에 사용할 PCIe 카드 냉각 솔루션을 전면 생산하기 시작했습니다. 컨셉에서 생산에 이르기까지 그 모든 과정에서 Aavid는 이 어려운 열 문제에 대해 비용 효율적이고 시의적절한 솔루션을 제공할 수 있었습니다.

-위의 테스트 조건(55°C, 750hPaand 300LFM)에서 모든 구성품은 최대 접합 온도 제한을 낮게 유지했습니다.
-사이드 배플은 공기 바이 패스를 방지하고 접합 온도를 더 향상시킬 수 있기 때문에 권장되었습니다.
-히트 파이프의 전략적 3D 라우팅은 열이 pcbas의 표면을 가로 질러 지느러미까지 확산할 수 있게 했습니다.

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