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5G 基站散热需求大,半固态压铸件+吹胀板有望成为 AAU 散热主流选择 ...

2021-4-4 15:19| 发布者: admin| 查看: 10| 评论: 0|来自: 热管理技术

摘要: 5G基站散热在基站领域,传统的散热方案难以满足 5G 基站的散热要求,集散热性能提升和产品重量 减轻于一身的半固态压铸件+吹胀板散热方案有望超出市场预期。5G 基站的功耗约为 3kW~4kW,较 4G 基站提升约 2~3 倍;而 ...

5G基站散热


在基站领域,传统的散热方案难以满足 5G 基站的散热要求,集散热性能提升和产品重量 减轻于一身的半固态压铸件+吹胀板散热方案有望超出市场预期。5G 基站的功耗约为 3kW~4kW,较 4G 基站提升约 2~3 倍;而且 5G 基站天线等单元的体积、重量也有较大 幅度增加,因此亟需实现基站散热模组散热性能提升+产品重量减轻。


对于 BBU 散热,目前主流的散热方案为:正面采用大面积鳍片散热片;背 面采用大面积金属散热片,主要为热管/均热板;内部使用导热凝胶、金属 散热片等导热界面材料。

对于 AAU 散热,采用热管/均热板等液冷散热模 组、采用半固态压铸件+吹胀板的新型散热方案、采用新型散热片结构设计 是更有效的散热设计。其中半固态压铸件+吹胀板的组合结合了半固态压铸 件重量轻、散热性能好的优势和吹胀板热传导效率高、散热速度快的优势, 有望成为 5G 基站 AAU 散热的主流方案;此外,中兴、华为采用的新型散 热片结构设计能使基站的整体散热能力提升 20%。


根据某网显示, 半固态压铸件的导热率比一般压铸件高 50%,能够满足基站产品快速散热的要求;同时, 其重量轻的特点能够帮助基站产品减重 30%。此外,吹胀板具有导热速度快、可靠性高、 性价比高等优势,也能起到提升散热性能和减轻设备重量的效果。因此我们认为,半固态 压铸件+吹胀板有望成为 5G 基站散热的主流方案。


一、5G 基站散热需求大,半固态压铸件+吹胀板散热方案有望普及


基站是典型的封闭式自然散热设备,热量从元器件发出后,首先会被内部器件吸收,导致 器件温度升高;由于温差出现,热量会从高温物体转移到低温物体。因此基站的热量会先 传到外壳,再由外壳传导到空气,具体的热量传递路径如下:芯片(发热源)→界面材料 →导热结构件→内部空气→外壳→外部环境。基站的热设计需要在相同空间下尽可能提高 换热效率、降低传热热阻。


 封闭式自然散热产品温度问题解决思路汇总


二、BBU 散热依靠自身散热设计,主要使用散热片、导热凝胶等散热材料


BBU 应用环境多在室外,无法依靠风扇散热,因此散热主要依靠自身的散热设计。以华为 BBU 为例,目前主流的 5G 基站 BBU 散热方案为:BBU 正面采用大面积鳍片散热片,几 乎覆盖了整个 PCB,仅露出电源部分;BBU 背面同样覆盖大面积的金属散热片,主要为 热管/均热板;BBU 内部使用导热凝胶、金属散热片等导热界面材料。


华为 BBU 正面鳍片散热片   

华为 BBU 背面金属散热片(内含两根铜管)


 华为 BBU 内部导热凝胶     华为 BBU 内部金属散热片


三、AAU 散热需求激增,半固态压铸件+吹胀板新型散热方案有望成为主流


传统的 AAU 散热方案包括:

(1)降低芯片与外壳的温差,采用高导热界面材料和热桥接 导热块或热管,但是当外壳被太阳光暴晒时,表面温度可高达 60℃至 90℃,导致实际散 热效果有限。

(2)降低外壳表面温度,增加设备的外壳体积,优化散热叶片设计,加大表 面积;

(3)改善外壳温度均匀性,采用铸铝加厚外壳;方案(2)、(3)的缺点是对产品的 外观、尺寸和重量有一定的限制,不能随意的增大。为解决 5G 基站 AAU 的散热问题, 可以从采用液冷散热方式、新型的散热材料、新型的结构设计方向入手。


1、采用基站热管/基站均热板等液冷散热模组 


热管/均热板应用于基站中具有诸多优势:导热速度快;可承受热流密度大,消除系统热点;不存在异种金属连接,反复的温度变化不会破坏连接;与热源面直接接触,减少接触热阻, 宽度与长度方向任意调整。

  

2、采用半固态压铸件+吹胀板新型散热方案 


利用半固态浆料进行压铸的方法称为半固态压铸成形技术,主要有流变成形和触变成形两 种加工工艺。流变成形是将得到的半固态金属浆料在保持其半固态温度下直接压射到型腔 里形成铸件;触变成形是提前将半固态浆料冷却凝固成坯料,切分成一定大小储存备用, 成形时把切分的半固态坯料再次加热到熔融半固态,然后送入压室进行压铸。根据伊之密 官网,半固态压铸件应用于基站的优势明显,半固态技术超薄壁成型能力强,产品散热齿 厚度基本在 1.2mm 以下,最薄可以到 0.9mm,不仅能帮助产品快速散热,还能减重 30%;此外,半固态压铸件的导热率比一般压铸件高 50%,能够满足产品的散热要求。


    通信设备使用普通机箱与半固态机箱散热效果对比



吹胀型铝质均热板是一种新型均热板结构,需要先采用印刷、滚压、吹胀等工艺制造出中 空铝质板壳,再通过真空、灌注、封口等工艺制造出可高效传热的均热板。密封式吹胀板 内部为真空状态,作为工作介质的冷媒在热源位置汽化吸收热量,在热源外区域液化释放 热量,从而实现整个吹胀板平面内的温度均匀。


用于基站散热的吹胀板工作原理    用于基站散热的吹胀板结构(mm)

吹胀板具有导热速度快(由于内部蒸汽腔互通,具有更优异的均热性能)、可靠性高(工 质不结冰,启动温度低,可在负 60 度环境中正常工作)、性价比高、适用于各种狭小空间、 可作为散热鳍片等优势。吹胀板组装在基站壳体上,效果强于普通金属翅片,并且质量较 轻,在大幅度提升散热效果的同时,又能相当程度的减轻设备总体重量。


         用于基站散热的吹胀板

相比于传统的散热材料及方案,“半固态压铸件+吹胀板”结合了半固态压铸件重量轻、散 热性能好的优势和吹胀板热传导效率高、散热速度快的优势,有望成为 5G 基站 AAU 散 热的主流方案。随着 5G 商用基站大规模建设的推进,将进而驱动半固态压铸件和吹胀板 散热市场规模的增长。

3、采用新型散热片结构设计以提升基站散热能力 


基站厂商可以采用新型结构设计来提升基站的散热能力。例如散热片结构中的散热齿,下 部热量上部扩散,造成散热齿结构上部温度高,降低散热效率,成为散热瓶颈。中兴通讯 采用独特的 V 齿结构设计,改进散热气流,使冷空气正面进两侧出,避免热级联,散热提 升 20%,成为业界首创。华为也采用了独创的仿生散热技术——辊压接合散热齿,同样使 基站的整体散热能力提升 20%。


  传统基站散热片结构   中兴通讯采用独特的 V 齿结构设计


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