Termalni izazovi 5G stanica

Do 2025. godine telekomunikacijska industrija će trošiti 20 posto svjetske električne energije, a u mreži mobilnih komunikacija glavni potrošači su bazne stanice, a oko 80 posto potrošnje energije dolazi iz široko rasprostranjenih baznih stanica. Gušće bazne stanice znače veću potrošnju energije, što predstavlja veliki izazov troškova za 5G mreže.

U pogledu energetske strukture, potrošnja energije znači veće troškove i veći indirektni pritisak na zagađenje životne sredine. Iz perspektive termičkog dizajna, proizvodnja topline bazne stanice se povećava, a teškoća kontrole temperature naglo se povećava.

Inženjeri koji su radili u komunikacijskoj industriji znaju da se komunikacijske bazne stanice obično postavljaju na željezne okvire na krovovima zgrada i visokim mjestima u divljini. Volumen i težina su kritični za jednostavnu ugradnju opreme. Slučajno, potrošnja energije, zapremina i težina su svi osnovni granični uslovi dizajna u termičkom dizajnu.

Prema dosadašnjim dizajnerskim navikama, bazna stanica je tipičan zatvoreni uređaj za prirodno rasipanje topline (vanjska primjena zahtijeva strogu vodootpornost i prašinu). Nakon što se toplina emituje iz komponenti, postoje samo dva mjesta:

1. Apsorbuju ga unutrašnji uređaji - toplota se pretvara u unutrašnju energiju, što dovodi do porasta temperature uređaja;

2. Zbog temperaturne razlike, toplina se prenosi sa visokotemperaturnog objekta na objekt niske temperature - kada je temperatura stabilna, brzina prijenosa topline=stopa proizvodnje topline.

Kako bi se smanjila količina i težina proizvoda, potražnja za termičkim dizajnom takvih proizvoda je evoluirala kako bi se maksimizirala efikasnost prijenosa topline i smanjila toplinska otpornost prijenosa topline u istom prostoru. Toplotni otpor prijenosa topline ovdje je podijeljen na unutarnji toplinski otpor i vanjski toplinski otpor.

Smanjenje unutrašnjeg toplotnog otpora zahteva razuman raspored čipova, tako da je sam izvor toplote bliže ljusci za rasipanje toplote. Ovo je zajednički napor između hardverskih inženjera i inženjera termičkog dizajna.

Sa materijalne tačke gledišta, između čipa i kućišta treba primeniti termalni materijal interfejsa. 5G bazne stanice mogu promovirati veliko poboljšanje materijala termičkog interfejsa, što se ogleda u sljedećim aspektima:

1. Najniža moguća termička otpornost - potrebna je veća toplotna provodljivost i bolje vlaženje interfejsa;

2. Pouzdanost - bazne stanice se koriste u složenim vanjskim okruženjima, širom svijeta, sa temperaturnim rasponom od -40C~55C, a održavanje je teško nakon kvarova - odlična termička stabilnost, anti-sag, anti-pucanje

3. Upotrebljivost - 5G bazne stanice se koriste u velikoj količini, a više čipova dijeli toplotu šasije, što zahtijeva automatizaciju montaže materijala i naprezanje koje se stvara tokom procesa montaže.

Iz perspektive kućišta, potrošnja energije je povećana, a razumniji oblik peraja mora biti dizajniran tako da odgovara nivou materijala velike potrošnje energije bazne stanice, a materijali manje gustine, bolje toplotne provodljivosti i jake otpornosti na koroziju su potrebno. Primena ploče za naduvavanje u baznoj stanici zasniva se na njenoj visokoj toplotnoj provodljivosti i maloj gustini. Zbog niske gustine i visoke toplinske provodljivosti, primjena proizvoda dvofaznog toka u baznim stanicama će postati sve ekstenzivnija. Porast polučvrstog tlačnog livenja i drugih procesa takođe je promovisao poboljšanje toplotne provodljivosti materijala kućišta za livenje pod pritiskom.

Efikasnost prirodnog odvođenja toplote je ograničena. Sa povećanjem snage, proučavaju se i vazdušno i tečno hlađenje baznih stanica. Kada je temperatura dobro kontrolirana, to ne samo da poboljšava pouzdanost proizvoda, već i smanjuje potrošnju energije uređaja.