Những thách thức về nhiệt của các trạm 5G

Đến năm 2025, ngành Viễn thông sẽ tiêu thụ 20% điện năng của thế giới và trong mạng thông tin di động, các trạm cơ sở là những người tiêu thụ điện chính và khoảng 80% mức tiêu thụ năng lượng đến từ các trạm cơ sở được phân phối rộng rãi. Các trạm gốc dày đặc hơn đồng nghĩa với mức tiêu thụ năng lượng cao hơn, đây là một thách thức lớn về chi phí đối với mạng 5G.

Xét về cơ cấu năng lượng, tiêu thụ điện năng đồng nghĩa với chi phí cao hơn và áp lực gián tiếp về ô nhiễm môi trường lớn hơn. Từ góc độ thiết kế nhiệt, khả năng sinh nhiệt của trạm gốc tăng lên và độ khó kiểm soát nhiệt độ tăng đột ngột.

Các kỹ sư đã làm việc trong ngành truyền thông đều biết rằng các trạm thu phát sóng truyền thông thường được lắp đặt trên khung sắt trên mái nhà của các tòa nhà và những nơi cao trong tự nhiên. Khối lượng và trọng lượng rất quan trọng đối với việc dễ dàng lắp đặt thiết bị. Thật trùng hợp, mức tiêu thụ điện năng, khối lượng và trọng lượng đều là các điều kiện biên thiết kế cốt lõi trong thiết kế nhiệt.

Theo thói quen thiết kế trước đây, trạm gốc là một thiết bị tản nhiệt tự nhiên khép kín điển hình (ứng dụng ngoài trời yêu cầu chống thấm và chống bụi nghiêm ngặt). Sau khi nhiệt được tỏa ra từ các thành phần, chỉ có hai nơi:

1. Bị hấp thụ bởi các thiết bị bên trong - nhiệt được chuyển thành năng lượng bên trong, khiến nhiệt độ của thiết bị tăng lên;

2. Do có sự chênh lệch nhiệt độ nên nhiệt lượng truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp - khi nhiệt độ ổn định thì tốc độ truyền nhiệt=tốc độ sinh nhiệt.

Để giảm khối lượng và trọng lượng của sản phẩm, nhu cầu thiết kế nhiệt của các sản phẩm đó đã phát triển để tối đa hóa hiệu quả truyền nhiệt và giảm điện trở nhiệt truyền nhiệt trong cùng một không gian. Điện trở nhiệt truyền nhiệt ở đây được chia thành điện trở nhiệt bên trong và điện trở nhiệt bên ngoài.

Việc giảm điện trở nhiệt bên trong đòi hỏi phải bố trí chip hợp lý, sao cho nguồn nhiệt tự thân gần vỏ tản nhiệt hơn. Đây là nỗ lực hợp tác giữa các kỹ sư phần cứng và kỹ sư thiết kế nhiệt.

Từ quan điểm vật liệu, vật liệu giao diện nhiệt cần được áp dụng giữa chip và vỏ. Các trạm gốc 5G có thể thúc đẩy cải tiến lớn về vật liệu giao diện nhiệt, được phản ánh trong các khía cạnh sau:

1. Điện trở nhiệt thấp nhất có thể - cần có độ dẫn nhiệt cao hơn và khả năng làm ướt giao diện tốt hơn;

2. Độ tin cậy - trạm gốc được sử dụng trong môi trường ngoài trời phức tạp, trên toàn thế giới, với dải nhiệt độ -40C~55C và khó bảo trì sau khi hỏng hóc - ổn định nhiệt tuyệt vời, chống chảy xệ, chống nứt

3. Khả năng sử dụng - 5Các trạm gốc G được sử dụng với số lượng lớn và nhiều chip chia sẻ khả năng tản nhiệt của khung máy, điều này yêu cầu tự động hóa quá trình lắp ráp vật liệu và ứng suất được tạo ra trong quá trình lắp ráp.

Từ góc độ của vỏ, mức tiêu thụ điện năng tăng lên và cần thiết kế dạng vây hợp lý hơn để phù hợp với mức vật liệu tiêu thụ điện năng cao của trạm gốc và các vật liệu có mật độ thấp hơn, dẫn nhiệt tốt hơn và chống ăn mòn mạnh là yêu cầu. Ứng dụng của tấm lạm phát trong trạm gốc dựa trên tính dẫn nhiệt cao và mật độ thấp. Do mật độ thấp và đặc tính dẫn nhiệt cao, việc ứng dụng các sản phẩm dòng chảy hai pha trong các trạm gốc sẽ ngày càng rộng rãi hơn. Sự gia tăng của đúc khuôn bán rắn và các quy trình khác cũng đã thúc đẩy cải thiện tính dẫn nhiệt của vật liệu vỏ đúc.

Hiệu quả tản nhiệt tự nhiên bị hạn chế. Cùng với việc tăng công suất, việc làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng của các trạm gốc cũng đang được nghiên cứu. Khi nhiệt độ được kiểm soát tốt không chỉ nâng cao độ tin cậy của sản phẩm mà còn giảm điện năng tiêu thụ của thiết bị.