5G 基站散熱需求大，半固態(tài)壓鑄件+吹脹板有望成為 AAU 散熱主流選擇
5G基站散熱
在基站領(lǐng)域，傳統(tǒng)的散熱方案難以滿足 5G 基站的散熱要求，集散熱性能提升和產(chǎn)品重量 減輕于一身的半固態(tài)壓鑄件+吹脹板散熱方案有望超出市場預(yù)期。5G 基站的功耗約為 3kW~4kW，較 4G 基站提升約 2~3 倍；而且 5G 基站天線等單元的體積、重量也有較大 幅度增加，因此亟需實(shí)現(xiàn)基站散熱模組散熱性能提升+產(chǎn)品重量減輕。
對(duì)于 BBU 散熱，目前主流的散熱方案為：正面采用大面積鰭片散熱片；背 面采用大面積金屬散熱片，主要為熱管/均熱板；內(nèi)部使用導(dǎo)熱凝膠、金屬 散熱片等導(dǎo)熱界面材料。
對(duì)于 AAU 散熱，采用熱管/均熱板等液冷散熱模 組、采用半固態(tài)壓鑄件+吹脹板的新型散熱方案、采用新型散熱片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 是更有效的散熱設(shè)計(jì)。其中半固態(tài)壓鑄件+吹脹板的組合結(jié)合了半固態(tài)壓鑄 件重量輕、散熱性能好的優(yōu)勢(shì)和吹脹板熱傳導(dǎo)效率高、散熱速度快的優(yōu)勢(shì)， 有望成為 5G 基站 AAU 散熱的主流方案；此外，中興、華為采用的新型散 熱片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能使基站的整體散熱能力提升 20%。
根據(jù)伊之密官網(wǎng)， 半固態(tài)壓鑄件的導(dǎo)熱率比一般壓鑄件高 50%，能夠滿足基站產(chǎn)品快速散熱的要求；同時(shí)， 其重量輕的特點(diǎn)能夠幫助基站產(chǎn)品減重 30%。此外，吹脹板具有導(dǎo)熱速度快、可靠性高、 性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，也能起到提升散熱性能和減輕設(shè)備重量的效果。因此我們認(rèn)為，半固態(tài) 壓鑄件+吹脹板有望成為 5G 基站散熱的主流方案。
一、5G 基站散熱需求大，半固態(tài)壓鑄件+吹脹板散熱方案有望普及
基站是典型的封閉式自然散熱設(shè)備，熱量從元器件發(fā)出后，首先會(huì)被內(nèi)部器件吸收，導(dǎo)致 器件溫度升高；由于溫差出現(xiàn)，熱量會(huì)從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。因此基站的熱量會(huì)先 傳到外殼，再由外殼傳導(dǎo)到空氣，具體的熱量傳遞路徑如下：芯片（發(fā)熱源）→界面材料 →導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)件→內(nèi)部空氣→外殼→外部環(huán)境。基站的熱設(shè)計(jì)需要在相同空間下盡可能提高 換熱效率、降低傳熱熱阻。
封閉式自然散熱產(chǎn)品溫度問題解決思路匯總
二、BBU 散熱依靠自身散熱設(shè)計(jì)，主要使用散熱片、導(dǎo)熱凝膠等散熱材料
BBU 應(yīng)用環(huán)境多在室外，無法依靠風(fēng)扇散熱，因此散熱主要依靠自身的散熱設(shè)計(jì)。以華為 BBU 為例，目前主流的 5G 基站 BBU 散熱方案為：BBU 正面采用大面積鰭片散熱片，幾 乎覆蓋了整個(gè) PCB，僅露出電源部分；BBU 背面同樣覆蓋大面積的金屬散熱片，主要為 熱管/均熱板；BBU 內(nèi)部使用導(dǎo)熱凝膠、金屬散熱片等導(dǎo)熱界面材料。
三、AAU 散熱需求激增，半固態(tài)壓鑄件+吹脹板新型散熱方案有望成為主流
傳統(tǒng)的 AAU 散熱方案包括：
（1）降低芯片與外殼的溫差，采用高導(dǎo)熱界面材料和熱橋接 導(dǎo)熱塊或熱管，但是當(dāng)外殼被太陽光暴曬時(shí)，表面溫度可高達(dá) 60℃至 90℃，導(dǎo)致實(shí)際散 熱效果有限。
（2）降低外殼表面溫度，增加設(shè)備的外殼體積，優(yōu)化散熱葉片設(shè)計(jì)，加大表 面積；
（3）改善外殼溫度均勻性，采用鑄鋁加厚外殼；方案（2）、（3）的缺點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)品的 外觀、尺寸和重量有一定的限制，不能隨意的增大。為解決 5G 基站 AAU 的散熱問題， 可以從采用液冷散熱方式、新型的散熱材料、新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向入手。
1、采用基站熱管/基站均熱板等液冷散熱模組
熱管/均熱板應(yīng)用于基站中具有諸多優(yōu)勢(shì)：導(dǎo)熱速度快；可承受熱流密度大，消除系統(tǒng)熱點(diǎn)；不存在異種金屬連接，反復(fù)的溫度變化不會(huì)破壞連接；與熱源面直接接觸，減少接觸熱阻， 寬度與長度方向任意調(diào)整。
2、采用半固態(tài)壓鑄件+吹脹板新型散熱方案
通信設(shè)備使用普通機(jī)箱與半固態(tài)機(jī)箱散熱效果對(duì)比
吹脹型鋁質(zhì)均熱板是一種新型均熱板結(jié)構(gòu)，需要先采用印刷、滾壓、吹脹等工藝制造出中 空鋁質(zhì)板殼，再通過真空、灌注、封口等工藝制造出可高效傳熱的均熱板。密封式吹脹板 內(nèi)部為真空狀態(tài)，作為工作介質(zhì)的冷媒在熱源位置汽化吸收熱量，在熱源外區(qū)域液化釋放 熱量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)吹脹板平面內(nèi)的溫度均勻。
吹脹板具有導(dǎo)熱速度快（由于內(nèi)部蒸汽腔互通，具有更優(yōu)異的均熱性能）、可靠性高（工 質(zhì)不結(jié)冰，啟動(dòng)溫度低，可在負(fù) 60 度環(huán)境中正常工作）、性價(jià)比高、適用于各種狹小空間、 可作為散熱鰭片等優(yōu)勢(shì)。吹脹板組裝在基站殼體上，效果強(qiáng)于普通金屬翅片，并且質(zhì)量較 輕，在大幅度提升散熱效果的同時(shí)，又能相當(dāng)程度的減輕設(shè)備總體重量。
用于基站散熱的吹脹板
相比于傳統(tǒng)的散熱材料及方案，“半固態(tài)壓鑄件+吹脹板”結(jié)合了半固態(tài)壓鑄件重量輕、散 熱性能好的優(yōu)勢(shì)和吹脹板熱傳導(dǎo)效率高、散熱速度快的優(yōu)勢(shì)，有望成為 5G 基站 AAU 散 熱的主流方案。隨著 5G 商用基站大規(guī)模建設(shè)的推進(jìn)，將進(jìn)而驅(qū)動(dòng)半固態(tài)壓鑄件和吹脹板 散熱市場規(guī)模的增長。
3、采用新型散熱片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提升基站散熱能力
基站廠商可以采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提升基站的散熱能力。例如散熱片結(jié)構(gòu)中的散熱齒，下 部熱量上部擴(kuò)散，造成散熱齒結(jié)構(gòu)上部溫度高，降低散熱效率，成為散熱瓶頸。中興通訊采用獨(dú)特的V齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)散熱氣流，使冷空氣正面進(jìn)兩側(cè)出，避免熱級(jí)聯(lián)，散熱提 升 20%，成為業(yè)界首創(chuàng)。華為也采用了獨(dú)創(chuàng)的仿生散熱技術(shù)——輥壓接合散熱齒，同樣使 基站的整體散熱能力提升 20%。
本文來源：eCooling熱設(shè)計(jì)
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