• 5G基站散熱器沖壓、CNC加工等行業(yè)將面臨新的挑戰

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    5G基站散熱器沖壓、CNC加工等行業(yè)將面臨新的挑戰

    作者:沖壓、CNC加工 來(lái)源:5G基站散熱器 點(diǎn)擊:

     與4G網(wǎng)絡(luò )相比,5G提速10-100倍,提高網(wǎng)速,降低時(shí)延,提高可靠性,實(shí)現大連接,包括自動(dòng)駕駛、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)和萬(wàn)物互聯(lián),同時(shí)提高100倍的數據傳輸速率,這意味著(zhù)5G基站的功率更大、發(fā)熱呈指數增長(cháng),溫度控制急劇上升。

     隨著(zhù)5G時(shí)代傳輸速率的10倍提高,天線(xiàn)數量將增加,功率消耗將增加,能耗也將增加,特別是天線(xiàn)、功放等射頻器件將成為“能耗大戶(hù)”?;臼?G通信能源消耗的大戶(hù),其能耗的80%來(lái)自于廣泛分布的基站。

     預計到2025年,全球通訊產(chǎn)業(yè)將耗電20%?;静粌H要適應全球的極端氣候,還要保持-40℃~55℃的正常工作溫度,這對基站散熱結構設計、新材料和新工藝提出了新的挑戰。華為,中興,愛(ài)立信,諾基亞等都從軟硬件入手。硬體方面,企業(yè) 通過(guò)低功耗基站芯片,高集成度基站設備,創(chuàng )新電源技術(shù),實(shí)現了基站節能。

    通信業(yè)的工程師們都知道,通信基站通常安裝在樓頂的鐵架子上,高出地面。容積和重量是設備安裝的關(guān)鍵因素?!睙o(wú)獨有偶,在熱設計中,功耗、體積和重量是設計的核心邊界條件。

    根據以往的設計習慣,基站是典型的自然散熱設備(應用于室外,要求嚴格防水防塵),散熱后的元件發(fā)出的熱量只有兩個(gè)地方:

     被內部裝置吸收——將熱量轉換成內能,從而使裝置溫度上升;

     由于出現溫差,熱量從高溫的物體向低溫的物體傳遞——當溫度穩定時(shí),熱量傳遞速率=產(chǎn)生熱量的速率;

    封閉自然散熱產(chǎn)品,當溫度穩定時(shí),所有的熱量首先被送到外殼,再由外殼傳至空氣。熱傳輸路徑如下:

    隨著(zhù)產(chǎn)品體積和重量的減少,對此類(lèi)產(chǎn)品熱設計的要求逐漸發(fā)展為在同一空間內盡可能提高換熱效率,減小傳熱熱阻。傳熱阻又可分為內熱阻和外熱阻兩種。降低內部熱阻,需要合理的芯片布局,使熱源離散熱殼更近。它由硬件工程師和熱設計工程師共同完成。就材料而言,晶片與外殼之間需要施加熱傳導介面材料,而5G基座則可將熱傳導介面材料大幅提升,具體表現為:

    5G基站散熱器沖壓、CNC加工等行業(yè)將面臨新的挑戰

     一是盡可能降低熱阻——要求更高的熱傳導率,更好的界面潤濕性能;

     可靠——基站應用在戶(hù)外復雜的環(huán)境中,溫度范圍在-40C~55C之間,故障后難以維護,熱穩定性好,抗垂流,抗裂化;

    使用——5G基站使用量大,多片共用外殼散熱,對材料的裝配自動(dòng)化、裝配過(guò)程產(chǎn)生的應力等都有要求。

    在提高機殼功耗方面,需要設計更合理的翅片形式,以匹配基站的高功耗。材料層,要求較低的密度,較好的導熱性能和耐腐蝕性能。在基站中應用吹脹板是基于其高導熱、低密度的特點(diǎn)。兩相流產(chǎn)品由于具有低密度、高導熱性等特點(diǎn),將在基站中得到廣泛應用。半固態(tài)壓鑄等工藝的興起,也促進(jìn)了壓鑄機殼材料熱導率的提高。

    隨著(zhù)功耗墻的臨近,基站內部的風(fēng)冷、液冷問(wèn)題也正在逐步解決。在良好的溫度控制下,不僅影響產(chǎn)品的可靠性,而且降低設備的功耗。隨著(zhù)溫度的升高,由泄漏電流引起的靜態(tài)功耗會(huì )迅速增加,而隨著(zhù)晶體管制造工藝的演變,晶體管尺寸變小,泄漏電流也會(huì )變大。也就是說(shuō),溫度對芯片功耗的影響也會(huì )越來(lái)越大。若溫控不當,則使產(chǎn)品耗電量增大,從而進(jìn)一步升溫,導致產(chǎn)品熱循環(huán)惡化。

     根據5G基站散熱器產(chǎn)品“大截面,高導熱,低密度,均勻性”的性能特點(diǎn),部分企業(yè)還開(kāi)發(fā)了高倍數的一次擠壓成型散熱器,這種鏟削式散熱器實(shí)現了超薄齒片,散熱片厚度可控制在3mm以下,超小間距,后處理可采用摩擦焊焊接技術(shù),滿(mǎn)足超寬體散熱的要求,20倍以上高倍數的散熱器工藝技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō),鳳鋁開(kāi)發(fā)的“6063一體成型散熱器”,“1060鏟齒散熱器”。

     另外還有用純鋁或銅板沖壓或擠壓成型的散熱片。沖壓制取熱軋和冷軋鋼板和鋼帶,或依靠壓力機和模具對鋼板、鋼帶、管材和型材等施加外力,造成塑性變形或分離。

     基站加速落地,工信部透露,2020年全年新增5G基站50萬(wàn)個(gè),為保證后續5G通信設備的信號傳輸,小尺寸金屬濾清器、雙工器、諧振器、散熱器、基站外殼等精密金屬結構件也將迎來(lái)新一波需求高峰,5G終端、基站等通信設備制造商、半固態(tài)壓鑄、吹脹板、液態(tài)金屬、粉末冶金等金屬加工、模具、壓鑄機、注射機、數控、精雕機、鋅/鋁/鎂合金、不銹鋼等材料生產(chǎn)商加入到交流中來(lái)。

     在5G網(wǎng)絡(luò )建設中,基站的集中采購是最大的投資。各基站建設過(guò)程中均需配置散熱器,5G基站加速落地,散熱結構件需求激增,給產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)帶來(lái)了新的挑戰和機遇,除產(chǎn)品設計、加工技術(shù)升級外,在材料研究與開(kāi)發(fā)方面也有了新的發(fā)展。


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