Thermische uitdagingen van 5G-stations

Tegen 2025 zal de telecommunicatie-industrie 20 procent van de elektriciteit in de wereld verbruiken, en in het mobiele communicatienetwerk zijn basisstations de grootste stroomverbruikers, en ongeveer 80 procent van het energieverbruik komt van wijd verspreide basisstations. Dichtere basisstations betekent een hoger energieverbruik, wat een grote kostenuitdaging is voor 5G-netwerken.

In termen van energiestructuur betekent stroomverbruik hogere kosten en een grotere indirecte druk op de milieuvervuiling. Vanuit het perspectief van thermisch ontwerp neemt de warmteontwikkeling van het basisstation toe en neemt de moeilijkheid van temperatuurregeling plotseling toe.

Ingenieurs die in de communicatie-industrie hebben gewerkt, weten dat communicatiebasisstations meestal op ijzeren frames op de daken van gebouwen en hoge plaatsen in het wild worden geïnstalleerd. Volume en gewicht zijn cruciaal voor het installatiegemak van apparatuur. Toevallig zijn het stroomverbruik, het volume en het gewicht allemaal essentiële ontwerprandvoorwaarden bij thermisch ontwerp.

Volgens de ontwerpgewoonten uit het verleden is het basisstation een typisch gesloten apparaat voor natuurlijke warmteafvoer (buitentoepassing vereist een strikte water- en stofdichtheid). Nadat de warmte van de componenten is afgegeven, zijn er slechts twee plaatsen:

1. Geabsorbeerd door interne apparaten - warmte wordt omgezet in interne energie, waardoor de temperatuur van het apparaat stijgt;

2. Vanwege het temperatuurverschil wordt de warmte overgedragen van het object met hoge temperatuur naar het object met lage temperatuur - wanneer de temperatuur stabiel is, is de warmteoverdrachtssnelheid=de warmteontwikkelingssnelheid.

Om het volume en het gewicht van producten te verminderen, is de vraag naar thermisch ontwerp van dergelijke producten geëvolueerd om de efficiëntie van de warmteoverdracht te maximaliseren en de thermische weerstand van de warmteoverdracht in dezelfde ruimte te verminderen. De thermische weerstand van de warmteoverdracht is hier verdeeld in interne thermische weerstand en externe thermische weerstand.

De vermindering van de interne thermische weerstand vereist een redelijke chiplay-out, zodat de warmtebron zelf dichter bij de warmteafvoerschaal ligt. Dit is een samenwerking tussen hardware-ingenieurs en thermische ontwerpingenieurs.

Vanuit materieel oogpunt moet er een thermisch interfacemateriaal worden aangebracht tussen de chip en de behuizing. 5G-basisstations kunnen een grote verbetering in thermische interfacematerialen bevorderen, wat tot uiting komt in de volgende aspecten:

1. De laagst mogelijke thermische weerstand - hogere thermische geleidbaarheid en betere interfacebevochtiging zijn vereist;

2. Betrouwbaarheid - basisstations worden gebruikt in complexe buitenomgevingen, over de hele wereld, met een temperatuurbereik van -40C~55C, en onderhoud is moeilijk na storingen - uitstekende thermische stabiliteit, anti-sag, anti-kraken

3. Bruikbaarheid - 5G-basisstations worden in grote hoeveelheden gebruikt en meerdere chips delen de warmteafvoer van het chassis, wat automatisering van de materiaalassemblage vereist en spanning die tijdens het assemblageproces wordt gegenereerd.

Vanuit het perspectief van de behuizing wordt het energieverbruik verhoogd en moet een redelijkere vinvorm worden ontworpen om te passen bij het materiaalniveau met hoog energieverbruik van het basisstation, en materialen met een lagere dichtheid, betere thermische geleidbaarheid en sterke corrosieweerstand zijn vereist. De toepassing van de opblaasplaat in het basisstation is gebaseerd op zijn hoge thermische geleidbaarheid en lage dichtheid. Vanwege de lage dichtheid en hoge thermische geleidbaarheidseigenschappen zal de toepassing van tweefasestroomproducten in basisstations steeds uitgebreider worden. De opkomst van halfvast spuitgieten en andere processen heeft ook de verbetering van de thermische geleidbaarheid van spuitgietmaterialen bevorderd.

De efficiëntie van natuurlijke warmteafvoer is beperkt. Met de toename van het vermogen worden ook luchtkoeling en vloeistofkoeling van basisstations bestudeerd. Wanneer de temperatuur goed wordt gecontroleerd, verbetert dit niet alleen de betrouwbaarheid van het product, maar vermindert het ook het stroomverbruik van het apparaat.