随着5G技术的快速发展,,,高效冷却和热管理成为5G基站设计的重要挑战。。在这个背景下,,3D VC技术(三维两相均温技术)作为一种创新的热管理技术,,为5G基站提供了解决方案。。。本白皮书将介绍3D VC的定义、、、工作原理以及其在5G基站中的应用优势。。。同时,,,,我们还将探讨未来3D VC的发展前景,,以揭示其在5G通信领域中的潜在价值和广阔市场前景。。。
第一部分:引言
1.1 需求背景
随着运营商共建共享场景越来越多,,,,对“大功率、、全带宽”需求逐渐增强,,,分布式5G基站向多频合一方向不断发展,,,导致基站功耗持续上升,,,功率热密度持续增长,,给基站热管理带来了巨大挑战。。。。
1.2 问题陈述
如何高效地冷却5G基站并保持其工作温度在可控范围内,,成为当前亟待解决的问题。。。
1.3 目标和意义
本白皮书旨在介绍3D VC技术及其在5G基站中的应用,,,,展示其对于5G通信领域的重要意义和潜在影响。。
第二部分:3D VC的概述
2.1 技术背景
两相传热依靠工质相变潜热传递热量,,具有传热效率高、、、均温性好的优点,,,,近几年被广泛应用于电子设备散热。。。。由两相均温技术发展趋势可知,,,,从一维热管的线式均温,,到二维VC的平面均温,,最终会发展到三维的一体式均温,,,即3D VC技术路径:
图1 两相均温技术发展趋势(公开资料整理)
2.2 定义与原理
3D VC,,,,即通过焊接工艺将基板空腔与PCI齿片内腔相连,,,,形成一体式腔体,,腔体内充注工质并封口,,工质在靠近芯片端的基板内腔侧蒸发,,在远热源端的齿片内腔侧冷凝,,通过重力驱动及回路设计形成两相循环,,,可以实现理想均温效果。。。
2.3 技术特点
3D VC可以显著提升均温范围及散热能力,,,,具有“高热传导性能、、、均温效果好、、紧凑结构”等技术特点;3D VC通过基板和散热齿的一体化设计,,,进一步降低了传热温差,,增加了基板和散热齿的均温性,,,提升了对流换热效率,,可显著降低高热流密度区域的芯片温度,,,是未来5G基站高热流密度场景的解热关键,,,,为基站产品的小型化、、、、轻量化设计提供了可能。。。
第三部分:3D VC在5G基站中的应用
3.1 散热问题分析
5G基站存在局部高热流密度芯片,,造成局部解热困难。。。通过当前导热材料、、、壳体材料、、二维均温(基板HP/齿片PCI)等技术,,可降低散热器导热热阻,,,但针对高热流区域的散热改善十分有限。。
3.2 3D VC的应用优势
在不引入外部运动部件强化散热的情况下,,,3D VC通过三维结构的热扩散,,更高效地将芯片热量传递至齿片远端散热,,,具有“高效散热、、、均匀温度分布、、减少热点”等解热优势,,可满足大功率器件解热、、高热流密度区域均温的瓶颈需求。。。
3.3 实际案例分析
林讯与中兴通讯共同研发打样了3D VC样机,,,实现了5G基站的首次应用实例。。。
经过中兴通讯热设计团队的实测验证,,,3D VC整机方案相比PCI整机方案,,,,Tmax降低超10℃,,基板均温性维持3℃以内,,,散热齿均温性维持3℃以内,,说明了3D VC可凭借其高效三维均温能力以实现高热流密度芯片区的解热,,,为基站产品的进一步小型化、、、、轻量化设计提供了可能。。
第四部分:未来发展前景
4.1 技术改进与创新
尽管3D VC相比传统散热解决方案已有显著优势,,,,但仍有进一步的散热挖潜空间。。展望3D VC技术的未来发展趋势,,,包括材料改进、、、结构创新、、制造工艺优化、、两相强化等方面。。。。
❉ 材料改进:轻质高导壳体材料、、、优良热物性冷媒工质;
❉ 结构创新:支撑结构创新、、、齿形架构创新、、、、整机装配结构创新;
❉ 工艺优化:管路成型工艺、、、、散热齿开口工艺、、模组焊接工艺、、毛细工艺、、、整机装配工艺;
❉ 两相强化:管路设计,,,局部沸腾强化结构、、、两相循环架构设计、、、、逆重力补液设计;
4.2 市场前景与商业化应用
1、、、3D VC通过相变均温突破材料导热限制,,,,极大提升均温效果,,布局灵活形态多样,,,,是未来5G基站应对高密度、、、轻量化设计需求的关键技术方向;
2、、、、铝3D VC行业目前处于起步阶段,,,在IT和光伏逆变有一定应用。。随着5G基站持续增长的高功耗、、、、轻量化极限需求,,,,大尺度铝3D VC在通讯领域研究与应用正急速升温;
3、、基站产品具有免维护需求,,对3D VC的可靠性提出极高要求,,,,对3D VC的工艺实现、、、工艺管控带来了巨大挑战;部分厂家在未批量前谨慎投入研发,,,,但更多厂家已积极布局并推动相关供应链及技术发展,,是未来向好的高新技术;
第五部分:结论
3D VC作为一种创新的热管理技术在5G基站中极具应用优势,,可匹配5G基站的“大功率、、、全带宽”发展,,可满足客户的“轻量化、、高集成”需求,,,对于5G通信发展具有重要性和潜在价值。。。
3D VC的发展与应用受限于工艺实现与供应链生态,,,,需要相关产业链各方的共同努力,,,一齐推动3D VC技术的进一步研发和商业化应用。。。
(中兴通讯股份有限公司和深圳市林讯科技股份有限公司联合发布)