與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G提速10-100倍，提高網(wǎng)速，降低時(shí)延，提高可靠性，實(shí)現(xiàn)大連接，包括自動(dòng)駕駛、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)和萬(wàn)物互聯(lián)，同時(shí)提高100倍的數(shù)據(jù)傳輸速率，這意味著5G基站的功率更大、發(fā)熱呈指數(shù)增長(zhǎng)，溫度控制急劇上升。

 隨著5G時(shí)代傳輸速率的10倍提高，天線數(shù)量將增加，功率消耗將增加，能耗也將增加，特別是天線、功放等射頻器件將成為“能耗大戶”?；臼?G通信能源消耗的大戶，其能耗的80%來(lái)自于廣泛分布的基站。

 預(yù)計(jì)到2025年，全球通訊產(chǎn)業(yè)將耗電20%?；静粌H要適應(yīng)全球的極端氣候，還要保持-40℃~55℃的正常工作溫度，這對(duì)基站散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新材料和新工藝提出了新的挑戰(zhàn)。華為，中興，愛立信，諾基亞等都從軟硬件入手。硬體方面，企業(yè) 通過低功耗基站芯片，高集成度基站設(shè)備，創(chuàng)新電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基站節(jié)能。

通信業(yè)的工程師們都知道，通信基站通常安裝在樓頂?shù)蔫F架子上，高出地面。容積和重量是設(shè)備安裝的關(guān)鍵因素?！睙o(wú)獨(dú)有偶，在熱設(shè)計(jì)中，功耗、體積和重量是設(shè)計(jì)的核心邊界條件。

根據(jù)以往的設(shè)計(jì)習(xí)慣，基站是典型的自然散熱設(shè)備(應(yīng)用于室外，要求嚴(yán)格防水防塵)，散熱后的元件發(fā)出的熱量只有兩個(gè)地方：

 被內(nèi)部裝置吸收——將熱量轉(zhuǎn)換成內(nèi)能，從而使裝置溫度上升；

 由于出現(xiàn)溫差，熱量從高溫的物體向低溫的物體傳遞——當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，熱量傳遞速率=產(chǎn)生熱量的速率；

封閉自然散熱產(chǎn)品，當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，所有的熱量首先被送到外殼，再由外殼傳至空氣。熱傳輸路徑如下：

隨著產(chǎn)品體積和重量的減少，對(duì)此類產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)的要求逐漸發(fā)展為在同一空間內(nèi)盡可能提高換熱效率，減小傳熱熱阻。傳熱阻又可分為內(nèi)熱阻和外熱阻兩種。降低內(nèi)部熱阻，需要合理的芯片布局，使熱源離散熱殼更近。它由硬件工程師和熱設(shè)計(jì)工程師共同完成。就材料而言，晶片與外殼之間需要施加熱傳導(dǎo)介面材料，而5G基座則可將熱傳導(dǎo)介面材料大幅提升，具體表現(xiàn)為：

 一是盡可能降低熱阻——要求更高的熱傳導(dǎo)率，更好的界面潤(rùn)濕性能；

 可靠——基站應(yīng)用在戶外復(fù)雜的環(huán)境中，溫度范圍在-40C~55C之間，故障后難以維護(hù)，熱穩(wěn)定性好，抗垂流，抗裂化；

使用——5G基站使用量大，多片共用外殼散熱，對(duì)材料的裝配自動(dòng)化、裝配過程產(chǎn)生的應(yīng)力等都有要求。

在提高機(jī)殼功耗方面，需要設(shè)計(jì)更合理的翅片形式，以匹配基站的高功耗。材料層，要求較低的密度，較好的導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能。在基站中應(yīng)用吹脹板是基于其高導(dǎo)熱、低密度的特點(diǎn)。兩相流產(chǎn)品由于具有低密度、高導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，將在基站中得到廣泛應(yīng)用。半固態(tài)壓鑄等工藝的興起，也促進(jìn)了壓鑄機(jī)殼材料熱導(dǎo)率的提高。

隨著功耗墻的臨近，基站內(nèi)部的風(fēng)冷、液冷問題也正在逐步解決。在良好的溫度控制下，不僅影響產(chǎn)品的可靠性，而且降低設(shè)備的功耗。隨著溫度的升高，由泄漏電流引起的靜態(tài)功耗會(huì)迅速增加，而隨著晶體管制造工藝的演變，晶體管尺寸變小，泄漏電流也會(huì)變大。也就是說(shuō)，溫度對(duì)芯片功耗的影響也會(huì)越來(lái)越大。若溫控不當(dāng)，則使產(chǎn)品耗電量增大，從而進(jìn)一步升溫，導(dǎo)致產(chǎn)品熱循環(huán)惡化。

 根據(jù)5G基站散熱器產(chǎn)品“大截面，高導(dǎo)熱，低密度，均勻性”的性能特點(diǎn)，部分企業(yè)還開發(fā)了高倍數(shù)的一次擠壓成型散熱器，這種鏟削式散熱器實(shí)現(xiàn)了超薄齒片，散熱片厚度可控制在3mm以下，超小間距，后處理可采用摩擦焊焊接技術(shù)，滿足超寬體散熱的要求，20倍以上高倍數(shù)的散熱器工藝技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，鳳鋁開發(fā)的“6063一體成型散熱器”，“1060鏟齒散熱器”。

 另外還有用純鋁或銅板沖壓或擠壓成型的散熱片。沖壓制取熱軋和冷軋鋼板和鋼帶，或依靠壓力機(jī)和模具對(duì)鋼板、鋼帶、管材和型材等施加外力，造成塑性變形或分離。

 基站加速落地，工信部透露，2020年全年新增5G基站50萬(wàn)個(gè)，為保證后續(xù)5G通信設(shè)備的信號(hào)傳輸，小尺寸金屬濾清器、雙工器、諧振器、散熱器、基站外殼等精密金屬結(jié)構(gòu)件也將迎來(lái)新一波需求高峰，5G終端、基站等通信設(shè)備制造商、半固態(tài)壓鑄、吹脹板、液態(tài)金屬、粉末冶金等金屬加工、模具、壓鑄機(jī)、注射機(jī)、數(shù)控、精雕機(jī)、鋅/鋁/鎂合金、不銹鋼等材料生產(chǎn)商加入到交流中來(lái)。

 在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，基站的集中采購(gòu)是最大的投資。各基站建設(shè)過程中均需配置散熱器，5G基站加速落地，散熱結(jié)構(gòu)件需求激增，給產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，除產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工技術(shù)升級(jí)外，在材料研究與開發(fā)方面也有了新的發(fā)展。