CN110618372B - 一种基于沉浸式液冷的pcb迭板高精度电气损耗测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，包括PCB载板、埋设于所述PCB载板中的被测部件、开设于所述PCB载板表面上的安装槽、铺设于所述安装槽底面上并与所述被测部件信号连接的信号传递板，以及安装于所述PCB载板表面上并与测试仪信号连接的信号连接器，所述信号连接器的底面与所述PCB载板的表面紧贴并保持密封，且所述信号连接器底面上的信号引脚与所述信号传递板保持抵接。本发明所公开的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，能够避免信号连接器的电气特性受到气液相测试环境变化的影响，提高对PCB材料于沉浸式液冷环境中的电气损耗测试结果精确性。
Description
技术领域
本发明涉及PCB技术领域，特别涉及一种基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置。
背景技术
随着5G互连与AI技术发展等大数据爆发世代的来临，数据传输量以倍数成长。对于这些数据运算和存储的大数据中心而言，高密度高功率的发展变成一种势不可挡的趋势。但这样的发展需求却带来一个棘手的问题就是散热，传统使用空气冷却散热的风冷系统逐渐出现无法满足设计的现象，而液冷技术因具有更高效率和更低能耗的特色，因此逐渐崭露头角顺势发展。
现阶段的液冷不单只是水冷系统，使用高比热容的液体作为传输介质，可以将IT设备或服务器产生的热量带走以使之冷却，还有一种方式叫做沉浸式或浸没式液冷，其特点是将服务器需要散热的IT设备完全浸没在冷却液体中，藉由液体的循环流动带走IT设备产生的热量，也可以称为直接接触型液冷。将服务器置放在设计的容器中并浸没于特殊的冷却液中，冷却液因为热量而被气化，通过冷凝管路冷却之后循环再利用。此种浸没液冷冷却方式因冷却液和设备充分接触，因此散热冷却效率高，服务器建置容积率大增，再加上没有风扇需求，机房环境噪音低，整体用电能耗相对降低不少。
对于PCB板材特性的测试，连接器件的选择至关重要，必须能够在相关范围内满足测试频率的需求。选定连接器件后还必需确保连接器与PCB之间的结点设计良好，如果不匹配，可能会破坏VNA(Vector Network Analyzer，矢量网络分析仪)信号电缆与PCB传输线路之间所需阻抗的一致性，导致系统回路损耗增大而影响DUT(Device Under Test，被测设备)的特性参数萃取。大部分的连接器制造商都会提供高频连接器的正确布局、布线图设计方式以及传输线路设计和PCB堆叠。其次需要考虑连接器与PCB传输线路之间的结点与配装，因此连接器的过渡连接会产生重大影响，连接不良或结点未对齐的连接器会破坏电感和电容之间的微妙平衡，因而影响结点的阻抗。
对于服务器架构内的电子主动与被动元件而言，主要电气特性的设计与验证都是以工作于空气环境下为主。当服务器使用于沉浸式液冷环境之下，电子元件随之进入冷却液内工作，其电气性能是否有所差异更是关注的焦点。为实现对PCB材料电气损耗特性在沉浸式液冷环境中的测试研究，现有技术中一般将PCB迭板完全沉浸在在冷却液中，再利用VNA仪器发射测试信号，通过信号连接器将测试信号传递到被测部件中，通过其反馈信号完成测试。然而，由于信号连接器的信号端子的电气特性一般在空气中稳定，并与被测部件的电气特征相匹配，比如输入阻抗和节点阻抗一般稳定在50Ω左右，但是，当信号连接器浸没到冷却液中后，信号连接器的信号端子的工作环境产生变化，由气相环境改变为液相环境，环境介电参数Dk值等产生变化，如此将导致信号端子的电气特性发生变化，比如阻抗偏离50Ω等，造成系统回路损耗大幅增加，进而影响被测部件的电气损耗测试结果准确性。
因此，如何避免信号连接器的电气特性受到气液相测试环境变化的影响，提高对PCB材料于沉浸式液冷环境中的电气损耗测试结果精确性，是本领域技术人员所面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，能够避免信号连接器的电气特性受到气液相测试环境变化的影响，提高对PCB材料于沉浸式液冷环境中的电气损耗测试结果精确性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，包括PCB载板、埋设于所述PCB载板中的被测部件、开设于所述PCB载板表面上的安装槽、铺设于所述安装槽底面上并与所述被测部件信号连接的信号传递板，以及安装于所述PCB载板表面上并与测试仪信号连接的信号连接器，所述信号连接器的底面与所述PCB载板的表面紧贴并保持密封，且所述信号连接器底面上的信号引脚与所述信号传递板保持抵接。
优选地，所述信号连接器的底面上凸出设置有预设高度的接地环台，所述安装槽的底面上沿周向边缘设置有接地板，且所述接地环台的底面压紧在所述接地板的表面上。
优选地，所述接地环台的中心开设有预设直径的凹槽，且所述信号引脚立设于所述凹槽的中心。
优选地，所述接地环台的外径与所述安装槽的内径相当，且所述信号传递板铺设于所述安装槽底面的中心区域。
优选地，所述PCB载板的内部沿高度方向开设有信号通道，且所述信号传递板通过所述信号通道与所述被测部件信号连接。
优选地，所述信号连接器的底部位置沿周向设置有密封环板，所述密封环板的底面紧贴在所述PCB载板的表面上且与其保持密封。
优选地，所述密封环板通过若干个紧固件与所述PCB载板可拆卸连接。
优选地，所述密封环板与所述PCB载板的表面接触位置沿周向铺设有密封胶。
优选地，所述被测部件具体为若干条埋设于所述PCB载板中且尺寸长度各异的PCB带状线。
优选地，所述信号连接器具体为射频同轴连接器。
本发明所提供的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，主要包括PCB载板、被测部件、信号传递板、信号连接器和测试仪。其中，测试仪主要用于对被测部件发送测试信号，一般可为VNA等，其通过信号线缆与信号连接器相连，利用信号连接器将测试信号发送给被测部件。PCB载板为PCB迭板的某一层部分，被测部件埋设在PCB载板中，可对测试仪的测试信号产生对应反馈信号。在PCB载板的表面上开设有安装槽，在安装槽内铺设有信号传递板，信号连接器通过该信号传递板将来自测试仪的测试信号发送给被测部件。同时，信号连接器整体安装在PCB载板的表面上，并且信号连接器的底面与PCB载板的表面互相紧贴，两者的接触面之间保持密封，而设置于信号连接器底面上的信号引脚则在此基础上与安装槽内的信号传递板表面保持抵接。如此，当PCB迭板被沉浸入冷却液中，并在液相环境中对被测部件进行电气损耗测试时，由于信号连接器的底面与PCB载板表面之间的互相紧贴和密封，使得两者之间的安装槽内空间形成密闭腔体，类似“水中气室”，进而使得信号连接器的信号引脚所在的安装槽内环境免受外界冷却液的影响，并仍然保持在气相环境，因此信号连接器的电气特性保持不变；同时通过信号引脚与信号传递板之间的抵接，可将来自测试仪的测试信号稳定地传递到被测部件上，从而顺利完成对测试部件在沉浸式液冷环境中的电气损耗测试研究。综上所述，本发明所提供的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，能够避免信号连接器的电气特性受到气液相测试环境变化的影响，提高对PCB材料于沉浸式液冷环境中的电气损耗测试结果精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1的分解结构示意图。
图3为图1中所示的信号连接器的具体结构示意图。
图4为图3中所示的信号连接器与PCB载板的安装结构示意图。
图5为图1中所示的被测部件在PCB载板上的分布情况示意图。
图6为通过测试仪对被测部件进行电气损耗测试的结构示意图。
其中，图1—图6中：
PCB载板—1，被测部件—2，安装槽—3，信号传递板—4，测试仪—5，信号连接器—6，接地板—7，信号通道—8，紧固件—9；
信号引脚—601，接地环台—602，凹槽—603，密封环板—604。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的分解结构示意图。在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置主要包括PCB载板1、被测部件2、信号传递板4、信号连接器6和测试仪5。
其中，测试仪5主要用于对被测部件2发送测试信号，一般可为VNA等，其通过信号线缆与信号连接器6相连，利用信号连接器6将测试信号发送给被测部件2。
PCB载板1为PCB迭板的某一层部分，被测部件2埋设在PCB载板1中，可对测试仪5的测试信号产生对应反馈信号。在PCB载板1的表面上开设有安装槽3，在安装槽3内铺设有信号传递板4，信号连接器6通过该信号传递板4将来自测试仪5的测试信号发送给被测部件2。
同时，信号连接器6整体安装在PCB载板1的表面上，并且信号连接器6的底面与PCB载板1的表面互相紧贴，两者的接触面之间保持密封，而设置于信号连接器6底面上的信号引脚601则在此基础上与安装槽3内的信号传递板4表面保持抵接。
如此，当PCB迭板被沉浸入冷却液中，并在液相环境中对被测部件2进行电气损耗测试时，由于信号连接器6的底面与PCB载板1表面之间的互相紧贴和密封，使得两者之间的安装槽3内空间形成密闭腔体，类似“水中气室”，进而使得信号连接器6的信号引脚601所在的安装槽3内环境免受外界冷却液的影响，并仍然保持在气相环境，因此信号连接器6的电气特性保持不变；同时通过信号引脚601与信号传递板4之间的抵接，可将来自测试仪5的测试信号稳定地传递到被测部件2上，从而顺利完成对测试部件在沉浸式液冷环境中的电气损耗测试研究。
综上所述，本实施例所提供的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，能够避免信号连接器6的电气特性受到气液相测试环境变化的影响，提高对PCB材料于沉浸式液冷环境中的电气损耗测试结果精确性。
如图3和图4所示，图3为图1中所示的信号连接器6的具体结构示意图，图4为图3中所示的信号连接器6与PCB载板1的安装结构示意图。
在关于信号连接器6的一种优选实施方式中，该信号连接器6的底面上设置有接地环台602。具体的，该信号连接器6可为2.92mm射频同轴连接器。接地环台602设置在信号连接器6的底面上，并且凸出底面预设高度，比如0.05mm等。该接地环台602主要用于与PCB载板1表面上开设的安装槽3配合安装，插入到安装槽3中形成接插配合。同时，在安装槽3的底面上沿周向边缘位置铺设有接地板7，而接地环台602的底面在于安装槽3配合后，可压紧在接地板7的表面上，实现接地。
进一步的，接地环台602的外径可与安装槽3的内径相当，如3.56mm等，如此设置，接地环台602在安装到安装槽3后，其外壁将与安装槽3的内壁紧密贴合，进一步提高了安装槽3内气相环境的密封性。同时，考虑到安装槽3的底面上还需要安装信号传递板4，而安装槽3的周向边缘位置铺设有接地板7，因此，可将信号传递板4铺设在安装槽3的底面中心区域位置，并且其外圆还可与接地板7的内圆抵接。
为方便信号传递板4将测试信号传递至被测部件2上，本实施例还在PCB载板1的内部沿着高度方向(或厚度方向)开设了信号通道8。该信号通道8可沿着高度方向从PCB迭板的顶层一直贯穿延伸至底层，埋设于某层或多层PCB载板1上的被测部件2能够方便地与其实现信号连接。同时，由于在PCB载板1的表面上开设了安装槽3，因此还能够相对地减小信号通道8(贯通孔，via)的轴向长度，进而降低电感的寄生效应。
此外，为保证信号连接器6底面上的信号引脚601能够在安装在安装槽3后稳定地抵接在信号传递板4的表面上，本实施例在接地环台602的中心区域开设了具有预设直径(如1.31mm等)的凹槽603，同时信号引脚601立设在该凹槽603的中心位置。具体的，信号引脚601一般呈柱状，其直径一般为0.57mm左右，仅占凹槽603内部安装空间中心的一部分，因此，信号引脚601的周围是由凹槽603的内部空间形成的环形空腔。该环形空腔的作用即是用于在PCB迭板完全浸入冷却液中之后，能够在信号连接器6的底面与PCB载板1的表面形成密封的基础上，形成密闭空腔，对信号引脚601形成“水中气室”，保证信号引脚601仍然处于气相环境中。
为保证信号连接器6与PCB载板1之间能够形成稳定的液密封，本实施例在信号连接器6的底部位置沿周向设置了密封环板604。该密封环板604的表面积较大，能够覆盖在PCB载板1的表面上，主要用于与PCB载板1的表面紧贴，并在两者的结合表面之间保持密封。具体的，为提高密封性能，该密封环板604具体可为弹性材料，当其压紧在PCB载板1的表面上时，能够因为弹性形变而提高与PCB载板1的表面贴合程度，进而消除两者表面间的微小缝隙，提高密封性。
进一步的，本实施例还在密封环板604的两侧位置处开设了安装孔，同时通过紧固件9贯穿该安装孔与PCB载板1上的预留孔形成可拆卸连接。具体的，紧固件9可采用螺栓、铆钉等，一方面可以通过紧固件9的拉紧固定作用提高密封环板604与PCB载板1之间的压紧力，从而提高密封性；另一方面还可以通过对紧固件9的拆卸操作，方便地在PCB载板1上调整信号连接器6的安装位置。
不仅如此，本实施例还在密封环板604与PCB载板1的表面接触位置沿周向铺设了一层密封胶或密封圈，以此进一步提高两者接触面件的密封性能。
如图5和图6所示，图5为图1中所示的被测部件2在PCB载板1上的分布情况示意图，图6为通过测试仪5对被测部件2进行电气损耗测试的结构示意图。
在关于被测部件2的一种实施例中，该被测部件2具体可为若干条埋设在PCB载板1中的PCB带状线。具体的，各条PCB带状线的长度尺寸各不相同，比如可为10inch、5inch或2inch等，如此可利用三种不同走线长度的两两耦合求解出每英寸线材损耗参数，作为PCB材料选型标准与板厂良率的判断依据。本实施例中，在铺设PCB带状线时，可在表层的PCB载板1上设计由三条长度尺寸分别为5mil、7mil、5mil的PCB带状线形成的差动对线组，如此可同时采用4个信号连接器6分别安装在两条5mil的PCB带状线的两端，而两条5mil的PCB带状线之间通过7mil的PCB带状线互相连接。测试仪5(如VNA等)通过4根信号线缆同时与各个信号连接器6信号连接，可同时对各根PCB带状线进行信号测试。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，包括PCB载板（1）、埋设于所述PCB载板（1）中的被测部件（2）、开设于所述PCB载板（1）表面上的安装槽（3）、铺设于所述安装槽（3）底面上并与所述被测部件（2）信号连接的信号传递板（4），以及安装于所述PCB载板（1）表面上并与测试仪（5）信号连接的信号连接器（6），所述信号连接器（6）的底面与所述PCB载板（1）的表面紧贴并保持密封，且所述信号连接器（6）底面上的信号引脚（601）与所述信号传递板（4）保持抵接；
所述信号连接器（6）的底面上凸出设置有预设高度的接地环台（602），所述安装槽（3）的底面上沿周向边缘设置有接地板（7），且所述接地环台（602）的底面压紧在所述接地板（7）的表面上；
所述接地环台（602）的中心开设有预设直径的凹槽（603），且所述信号引脚（601）立设于所述凹槽（603）的中心；
所述接地环台（602）的外径与所述安装槽（3）的内径相当，且所述信号传递板（4）铺设于所述安装槽（3）底面的中心区域。
2.根据权利要求1所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述PCB载板（1）的内部沿高度方向开设有信号通道（8），且所述信号传递板（4）通过所述信号通道（8）与所述被测部件（2）信号连接。
3.根据权利要求1-2任一项所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述信号连接器（6）的底部位置沿周向设置有密封环板（604），所述密封环板（604）的底面紧贴在所述PCB载板（1）的表面上且与其保持密封。
4.根据权利要求3所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述密封环板（604）通过若干个紧固件（9）与所述PCB载板（1）可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述密封环板（604）与所述PCB载板（1）的表面接触位置沿周向铺设有密封胶。
6.根据权利要求1所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述被测部件（2）具体为若干条埋设于所述PCB载板（1）中且尺寸长度各异的PCB带状线。
7.根据权利要求1所述的基于沉浸式液冷的PCB迭板高精度电气损耗测试装置，其特征在于，所述信号连接器（6）具体为射频同轴连接器。
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