Tepelné výzvy 5G stanic

Do roku 2025 bude telekomunikační průmysl spotřebovávat 20 procent světové elektřiny a v mobilní komunikační síti jsou hlavními spotřebiteli energie základnové stanice a asi 80 procent spotřeby energie pochází z široce distribuovaných základnových stanic. Větší hustota základnových stanic znamená vyšší spotřebu energie, což je pro sítě 5G hlavní nákladová výzva.

Z hlediska energetické struktury znamená spotřeba energie vyšší náklady a větší nepřímý tlak na znečištění životního prostředí. Z hlediska tepelného návrhu se zvyšuje produkce tepla základnové stanice a náhle se zvyšuje obtížnost regulace teploty.

Inženýři, kteří pracovali v komunikačním průmyslu, vědí, že komunikační základnové stanice jsou obvykle instalovány na železných rámech na střechách budov a vysokých místech ve volné přírodě. Objem a hmotnost jsou rozhodující pro snadnou instalaci zařízení. Shodou okolností jsou spotřeba energie, objem a hmotnost – to vše jsou základní hraniční podmínky návrhu tepelného návrhu.

Z dřívějších designových zvyklostí je základnová stanice typickým uzavřeným zařízením pro přirozený odvod tepla (venkovní aplikace vyžaduje přísnou vodotěsnost a prachotěsnost). Po vyzařování tepla z komponent existují pouze dvě místa:

1. Absorbováno vnitřními zařízeními - teplo se přeměňuje na vnitřní energii, což způsobuje zvýšení teploty zařízení;

2. V důsledku rozdílu teplot se teplo přenáší z objektu s vysokou teplotou do objektu s nízkou teplotou - když je teplota stabilní, rychlost přenosu tepla=rychlost tvorby tepla.

Aby se snížil objem a hmotnost výrobků, vyvinula se poptávka po tepelném designu takových výrobků s cílem maximalizovat účinnost přenosu tepla a snížit tepelný odpor přenosu tepla ve stejném prostoru. Tepelný odpor přenosu tepla se zde dělí na vnitřní tepelný odpor a vnější tepelný odpor.

Snížení vnitřního tepelného odporu vyžaduje rozumné rozložení čipu tak, aby samotný zdroj tepla byl blíže plášti odvádějícímu teplo. Jedná se o společné úsilí mezi hardwarovými inženýry a tepelnými konstruktéry.

Z materiálového hlediska je třeba mezi čip a pouzdro nanést materiál tepelného rozhraní. Základnové stanice 5G mohou podporovat velké zlepšení materiálů tepelného rozhraní, které se odráží v následujících aspektech:

1. Co nejnižší tepelný odpor - je vyžadována vyšší tepelná vodivost a lepší smáčení rozhraní;

2. Spolehlivost – základnové stanice se používají ve složitých venkovních prostředích, po celém světě, s teplotním rozsahem -40C~55C a údržba je po poruchách obtížná – vynikající tepelná stabilita, proti prohýbání, proti praskání

3. Použitelnost - 5Základnové stanice G se používají ve velkém množství a více čipů sdílí odvod tepla šasi, což vyžaduje automatizaci montáže materiálu a napětí vznikající během procesu montáže.

Z pohledu pláště je spotřeba energie zvýšená a je třeba navrhnout rozumnější tvar žebra, aby odpovídal vysoké spotřebě energie na úrovni materiálu základní stanice, a materiály s nižší hustotou, lepší tepelnou vodivostí a silnou odolností proti korozi jsou Požadované. Použití nafukovací desky v základnové stanici je založeno na její vysoké tepelné vodivosti a nízké hustotě. Vzhledem k nízké hustotě a vysoké tepelné vodivosti bude aplikace dvoufázových proudových produktů v základnových stanicích stále rozsáhlejší. Vzestup polotuhého tlakového lití a dalších procesů také podpořil zlepšení tepelné vodivosti materiálů pro tlakové lití.

Účinnost přirozeného odvodu tepla je omezená. S nárůstem výkonu se studuje i chlazení vzduchem a kapalinové chlazení základnových stanic. Když je teplota dobře řízena, nejen že zlepšuje spolehlivost produktu, ale také snižuje spotřebu energie zařízení.