5G基站散热器冲压、CNC加工等行业将面临新的挑战

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5G基站散热器冲压、CNC加工等行业将面临新的挑战

作者:冲压、CNC加工 来源:5G基站散热器 点击:

 与4G网络相比,5G提速10-100倍,提高网速,降低时延,提高可靠性,实现大连接,包括自动驾驶、智慧城市、工业互联和万物互联,同时提高100倍的数据传输速率,这意味着5G基站的功率更大、发热呈指数增长,温度控制急剧上升。

 随着5G时代传输速率的10倍提高,天线数量将增加,功率消耗将增加,能耗也将增加,特别是天线、功放等射频器件将成为“能耗大户”。基站是5G通信能源消耗的大户,其能耗的80%来自于广泛分布的基站。

 预计到2025年,全球通讯产业将耗电20%。基站不仅要适应全球的极端气候,还要保持-40℃~55℃的正常工作温度,这对基站散热结构设计、新材料和新工艺提出了新的挑战。华为,中兴,爱立信,诺基亚等都从软硬件入手。硬体方面,企业 通过低功耗基站芯片,高集成度基站设备,创新电源技术,实现了基站节能。

通信业的工程师们都知道,通信基站通常安装在楼顶的铁架子上,高出地面。容积和重量是设备安装的关键因素。”无独有偶,在热设计中,功耗、体积和重量是设计的核心边界条件。

根据以往的设计习惯,基站是典型的自然散热设备(应用于室外,要求严格防水防尘),散热后的元件发出的热量只有两个地方:

 被内部装置吸收——将热量转换成内能,从而使装置温度上升;

 由于出现温差,热量从高温的物体向低温的物体传递——当温度稳定时,热量传递速率=产生热量的速率;

封闭自然散热产品,当温度稳定时,所有的热量首先被送到外壳,再由外壳传至空气。热传输路径如下:

随着产品体积和重量的减少,对此类产品热设计的要求逐渐发展为在同一空间内尽可能提高换热效率,减小传热热阻。传热阻又可分为内热阻和外热阻两种。降低内部热阻,需要合理的芯片布局,使热源离散热壳更近。它由硬件工程师和热设计工程师共同完成。就材料而言,晶片与外壳之间需要施加热传导介面材料,而5G基座则可将热传导介面材料大幅提升,具体表现为:

5G基站散热器冲压、CNC加工等行业将面临新的挑战

 一是尽可能降低热阻——要求更高的热传导率,更好的界面润湿性能;

 可靠——基站应用在户外复杂的环境中,温度范围在-40C~55C之间,故障后难以维护,热稳定性好,抗垂流,抗裂化;

使用——5G基站使用量大,多片共用外壳散热,对材料的装配自动化、装配过程产生的应力等都有要求。

在提高机壳功耗方面,需要设计更合理的翅片形式,以匹配基站的高功耗。材料层,要求较低的密度,较好的导热性能和耐腐蚀性能。在基站中应用吹胀板是基于其高导热、低密度的特点。两相流产品由于具有低密度、高导热性等特点,将在基站中得到广泛应用。半固态压铸等工艺的兴起,也促进了压铸机壳材料热导率的提高。

随着功耗墙的临近,基站内部的风冷、液冷问题也正在逐步解决。在良好的温度控制下,不仅影响产品的可靠性,而且降低设备的功耗。随着温度的升高,由泄漏电流引起的静态功耗会迅速增加,而随着晶体管制造工艺的演变,晶体管尺寸变小,泄漏电流也会变大。也就是说,温度对芯片功耗的影响也会越来越大。若温控不当,则使产品耗电量增大,从而进一步升温,导致产品热循环恶化。

 根据5G基站散热器产品“大截面,高导热,低密度,均匀性”的性能特点,部分企业还开发了高倍数的一次挤压成型散热器,这种铲削式散热器实现了超薄齿片,散热片厚度可控制在3mm以下,超小间距,后处理可采用摩擦焊焊接技术,满足超宽体散热的要求,20倍以上高倍数的散热器工艺技术。举例来说,凤铝开发的“6063一体成型散热器”,“1060铲齿散热器”。

 另外还有用纯铝或铜板冲压或挤压成型的散热片。冲压制取热轧和冷轧钢板和钢带,或依靠压力机和模具对钢板、钢带、管材和型材等施加外力,造成塑性变形或分离。

 基站加速落地,工信部透露,2020年全年新增5G基站50万个,为保证后续5G通信设备的信号传输,小尺寸金属滤清器、双工器、谐振器、散热器、基站外壳等精密金属结构件也将迎来新一波需求高峰,5G终端、基站等通信设备制造商、半固态压铸、吹胀板、液态金属、粉末冶金等金属加工、模具、压铸机、注射机、数控、精雕机、锌/铝/镁合金、不锈钢等材料生产商加入到交流中来。

 在5G网络建设中,基站的集中采购是最大的投资。各基站建设过程中均需配置散热器,5G基站加速落地,散热结构件需求激增,给产业链上下游企业带来了新的挑战和机遇,除产品设计、加工技术升级外,在材料研究与开发方面也有了新的发展。


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