到(dào)2025年(nián)，通(tòng)信(xìn)行業将消耗全(quán)球20%的(de)電(diàn)力，而(ér)在移动通(tòng)信(xìn)网(wǎng)絡中(zhōng)，基站是(shì)耗電(diàn)大(dà)户，大(dà)約80%的(de)能(néng)耗来(lái)自(zì)廣泛分(fēn)布(bù)的(de)基站。越加密集的(de)基站意(yì)味着更(gèng)高(gāo)的(de)能(néng)耗，这(zhè)是(shì)5G网(wǎng)絡面(miàn)臨的(de)一(yī)大(dà)成(chéng)本(běn)挑戰。

從能(néng)源結構上(shàng)，耗電(diàn)意(yì)味着成(chéng)本(běn)更(gèng)高(gāo)，对(duì)环(huán)境污染的(de)间接壓力較大(dà)。從热(rè)設計(jì)角(jiǎo)度(dù)看(kàn)，則是(shì)基站发热(rè)量(liàng)增加，温(wēn)度(dù)控制的(de)难度(dù)陡然上(shàng)升(shēng)。從上(shàng)图(tú)的(de)實(shí)測數据来(lái)看(kàn)，5G基站功耗达(dá)到(dào)了(le)4G基站的(de)2.5~4倍。

從事(shì)过(guò)通(tòng)訊行業的(de)工程师(shī)都知道(dào)，通(tòng)訊基站通(tòng)常安裝(zhuāng)在樓頂的(de)铁(tiě)架、野外(wài)的(de)高(gāo)處(chù)。體(tǐ)積、重(zhòng)量(liàng)对(duì)設備的(de)安裝(zhuāng)便捷性(xìng)至(zhì)關(guān)重(zhòng)要(yào)。“巧合”的(de)是(shì)，功耗、體(tǐ)積、重(zhòng)量(liàng)都是(shì)热(rè)設計(jì)中(zhōng)的(de)核心(xīn)設計(jì)边界条(tiáo)件(jiàn)。

從以(yǐ)往的(de)設計(jì)習慣看(kàn)，基站是(shì)典型的(de)封(fēng)閉式自(zì)然散(sàn)热(rè)設備(户外(wài)应用(yòng)，需要(yào)嚴格的(de)防水(shuǐ)防塵(chén))，热(rè)量(liàng)從元(yuán)器件(jiàn)发出(chū)后，

只有(yǒu)两(liǎng)个去(qù)處(chù)：

1、被内部(bù)器件(jiàn)吸收——热(rè)量(liàng)被轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)内能(néng)，導致(zhì)器件(jiàn)温(wēn)度(dù)升(shēng)高(gāo);

2、由(yóu)于(yú)温(wēn)差出(chū)現(xiàn)，热(rè)量(liàng)從高(gāo)温(wēn)物(wù)體(tǐ)轉(zhuǎn)移到(dào)低(dī)温(wēn)物(wù)體(tǐ)——當温(wēn)度(dù)穩定(dìng)后，热(rè)量(liàng)轉(zhuǎn)移速率=热(rè)量(liàng)産生(shēng)速率

封(fēng)閉式自(zì)然散(sàn)热(rè)産品，當温(wēn)度(dù)穩定(dìng)后，所(suǒ)有(yǒu)热(rè)量(liàng)都会(huì)先傳到(dào)外(wài)殼(ké)，再由(yóu)外(wài)殼(ké)傳導到(dào)空(kōng)气(qì)。

热(rè)量(liàng)傳遞路(lù)徑如下(xià)：

降低(dī)産品體(tǐ)積和(hé)重(zhòng)量(liàng)，对(duì)这(zhè)類(lèi)産品的(de)热(rè)設計(jì)的(de)需求就(jiù)演变成(chéng)在相同(tóng)空(kōng)间下(xià)盡可能(néng)提(tí)高(gāo)換热(rè)效率、降低(dī)傳热(rè)热(rè)阻。这(zhè)里(lǐ)的(de)傳热(rè)热(rè)阻又分(fēn)为(wèi)内部(bù)热(rè)阻和(hé)外(wài)部(bù)热(rè)阻。内部(bù)热(rè)阻的(de)降低(dī)，需要(yào)合理(lǐ)的(de)芯片(piàn)布(bù)局(jú)，讓热(rè)源本(běn)身(shēn)就(jiù)更(gèng)加靠近(jìn)散(sàn)热(rè)殼(ké)體(tǐ)。这(zhè)屬于(yú)硬(yìng)件(jiàn)工程师(shī)和(hé)热(rè)設計(jì)工程师(shī)的(de)協同(tóng)工作(zuò)。從材料角(jiǎo)度(dù)看(kàn)，芯片(piàn)和(hé)殼(ké)體(tǐ)之间需要(yào)施加導热(rè)界面(miàn)材料，5G基站可能(néng)会(huì)推动热(rè)界面(miàn)材料的(de)极(jí)大(dà)提(tí)升(shēng)。

表(biǎo)現(xiàn)在如下(xià)幾(jǐ)个方(fāng)面(miàn)[3]:

1、盡可能(néng)低(dī)的(de)热(rè)阻——需要(yào)更(gèng)高(gāo)導热(rè)系(xì)數，更(gèng)好(hǎo)的(de)界面(miàn)潤湿(shī)度(dù);

2、可靠性(xìng)——基站应用(yòng)于(yú)户外(wài)複雜环(huán)境，遍(biàn)布(bù)全(quán)球各(gè)地(dì)，温(wēn)度(dù)範圍达(dá)到(dào)-40C~55C，出(chū)故障后维護困难——极(jí)佳的(de)热(rè)穩定(dìng)性(xìng)，抗垂流，抗裂化(huà)

3、使用(yòng)性(xìng)——5G基站的(de)用(yòng)量(liàng)很大(dà)，多(duō)芯片(piàn)共(gòng)用(yòng)機(jī)殼(ké)散(sàn)热(rè)，对(duì)于(yú)材料裝(zhuāng)配自(zì)动化(huà)、裝(zhuāng)配过(guò)程中(zhōng)産生(shēng)的(de)应力等有(yǒu)要(yào)求

封(fēng)閉式自(zì)然散(sàn)热(rè)産品温(wēn)度(dù)問(wèn)题解(jiě)決思(sī)路(lù)彙總(zǒng)

從外(wài)殼(ké)上(shàng)看(kàn)，功耗提(tí)高(gāo)，需要(yào)設計(jì)更(gèng)合理(lǐ)的(de)翅(chì)片(piàn)形式，以(yǐ)便匹配基站的(de)高(gāo)功耗。材質(zhì)层面(miàn)，需要(yào)密度(dù)更(gèng)低(dī)、導热(rè)更(gèng)好(hǎo)、抗腐蝕性(xìng)強(qiáng)的(de)材料。吹胀闆在基站中(zhōng)的(de)应用(yòng)就(jiù)是(shì)基于(yú)其高(gāo)導热(rè)、低(dī)密度(dù)特(tè)征。由(yóu)于(yú)低(dī)密度(dù)和(hé)高(gāo)導热(rè)屬性(xìng)，两(liǎng)相流産品在基站中(zhōng)的(de)应用(yòng)会(huì)越来(lái)越廣。半固态壓鑄等工藝的(de)興起(qǐ)，也(yě)促進(jìn)了(le)壓鑄機(jī)殼(ké)材料導热(rè)系(xì)數的(de)提(tí)升(shēng)。

 

自(zì)然散(sàn)热(rè)的(de)效率是(shì)受限的(de)，随着功耗牆(qiáng)的(de)逼近(jìn)，基站的(de)風(fēng)冷(lěng)、液冷(lěng)也(yě)在研究中(zhōng)。温(wēn)度(dù)控制良好(hǎo)时(shí)，不(bù)僅影響産品的(de)可靠性(xìng)，還(huán)会(huì)降低(dī)設備功耗。由(yóu)漏電(diàn)電(diàn)流導致(zhì)的(de)静态功耗会(huì)随温(wēn)度(dù)的(de)上(shàng)升(shēng)快(kuài)速上(shàng)升(shēng)，而(ér)随着芯片(piàn)制程的(de)演進(jìn)，晶體(tǐ)管尺(chǐ)寸(cùn)越来(lái)越小，漏電(diàn)電(diàn)流将越来(lái)越大(dà)。这(zhè)意(yì)味着温(wēn)度(dù)对(duì)芯片(piàn)功耗的(de)影響也(yě)会(huì)越来(lái)越顯著。如果(guǒ)温(wēn)度(dù)控制不(bù)當，那(nà)産品功耗会(huì)增加，從而(ér)進(jìn)一(yī)步升(shēng)温(wēn)，造成(chéng)産品热(rè)循环(huán)恶化(huà)。