5G基站AAU散熱看這篇就夠了

5G基站引入大規(guī)模天線技術(shù)，AAU的體積、重量、散熱都受到挑戰(zhàn)。如何在三者之間找到平衡點，做好AAU設(shè)計，需要采用多種新技術(shù)、新工藝、新材料結(jié)合。在聊我們今日即將展開的AAU散熱設(shè)計之前，先看看AAU的結(jié)構(gòu)。

5GAAU

AAU作為基站的主設(shè)備，其可拆解為四個部分：

（1）保護罩，采取了玻璃纖維和新型材料形成的混合材料，重量要比原來輕40%，另外在信號穿透損耗降低了90%，氣透性更強，表面不容易老化，壽命更長，而傳統(tǒng)的塑料材料時間久了材質(zhì)會變脆，容易損耗。

（2）天線底板和振子的組合結(jié)構(gòu)，與4G相比變化較大，材質(zhì)上高頻化，通道數(shù)量上也有增加。5GAAU天線底板主要是高頻PCB，為天線振子的載體，并負責傳輸信號。5GAAU天線振子與4G相比也有大幅升級，傳統(tǒng)的方案一個振子有多個零件，現(xiàn)在5G把幾個振子通過加工技術(shù)整合成一個零件，減少了焊點數(shù)量，故障率就下降了，振子是由塑料、金屬鍍膜、PCB構(gòu)成。

（3）射頻+功放的組合結(jié)構(gòu)，5G方案中，以技術(shù)較為領(lǐng)先的廠商為例，射頻部分和天線部分整合在AAU中，且射頻部分以一塊多層PCB為載體，其上布設(shè)了中頻芯片、濾波器、功放等。

功放芯片采用氮化鎵工藝、需要幾塊PCB作為載體，再與射頻PCB底板組合在一起，結(jié)合軟件算法可將功放效率提升10%（相對業(yè)界其他5GAAU方案的平均水平）。

AAU中頻芯片則采用自研的ASIC，性能上也有優(yōu)化。

陶瓷介質(zhì)濾波器方面，相比原來的金屬腔體濾波器單器件重量和體積減小約40%，數(shù)量更多，對應(yīng)的功放數(shù)量也相應(yīng)提升（一個濾波器對應(yīng)一個功放）。

（4）散熱模組、光模塊、保護罩等組合結(jié)構(gòu)：

由于5G結(jié)構(gòu)及天線等的變化，AAU相對于4G方案的主要變化之一是散熱等模塊的升級。

接下來看看AAU的散熱方案都有哪些？

AAU傳統(tǒng)散熱方案

1、降低芯片與外殼的溫差，采用高導(dǎo)熱界面材料和熱橋接導(dǎo)熱塊或熱管；

2、降低外殼表面溫度，增加設(shè)備的外殼體積，加大表面積；

3、改善外殼溫度均勻性，采用鑄鋁加厚外殼。

在實際產(chǎn)品中，方案1的改善效果有限，當外殼被太陽光暴曬時，其表面溫度可高達60℃至90℃。而很多芯片的Tc要求在90℃以內(nèi)，此時將無法滿足散熱要求；對于方案2和方案3，通常產(chǎn)品的外觀尺寸和產(chǎn)品重量有一定的限制，不能隨意的增大。因此5G散熱將是一個很大的挑戰(zhàn)，需要更有效的散熱設(shè)計。

AAU基站新的散熱方案

基站內(nèi)部發(fā)熱模塊產(chǎn)生的熱量，會使密閉腔體內(nèi)的溫度升高，當溫度一致后，再傳至外殼，通過空氣對流散熱。AAU散熱可以從新材料，新結(jié)構(gòu)設(shè)計及新的散熱方案入手。

（1）新的散熱方案，液冷散熱。

液冷散熱模組：散熱片連接的導(dǎo)熱管下方有特殊的散熱液體，其沸點比較低，吸收熱量后會蒸發(fā)為氣體到頂部，散發(fā)熱量后重新液化，回流至原來的地方，從而提高散熱效率。

圖為帶副板液冷散熱模組

然而由于散熱模組與散熱片均適于剛性材料，兩者之間存在界面熱阻，因此內(nèi)部必定會使用到TIM材料。如導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱墊片等。

光模塊方面，其本身有一個最佳的工作溫度范圍。AAU在室外工作溫度范圍變化比較大，比如東北氣候偏冷、南方氣候炎熱，為此光模塊周圍采用了新的材料，通過控制材料電流出入方向就可以實現(xiàn)光模塊溫度的調(diào)節(jié)，升溫可至30度，降溫可至10度，相當于“空調(diào)”。

（2）新材料。AAU除了內(nèi)部使用TIM、散熱材料及方案外，半固態(tài)壓鑄件具有重量輕和散熱性能好的優(yōu)勢，吹脹板具有熱傳導(dǎo)效率高、制冷速度快的優(yōu)勢，結(jié)合半固態(tài)壓鑄件和吹脹板的散熱器件有望大幅提升5G基站散熱價值量。

圖為吹脹板

（3）新的結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外廠商在AAU散熱片結(jié)構(gòu)上通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計優(yōu)化整機體積重量，引入新工藝，在整機結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了輕量化。例如傳統(tǒng)設(shè)計的散熱齒，下部熱量上部擴散，造成散熱齒結(jié)構(gòu)上部溫度高，降低散熱效率，成為散熱瓶頸。中興通訊獨特的V齒結(jié)構(gòu)設(shè)計，改進散熱氣流，使冷空氣正面進兩側(cè)出，避免熱級聯(lián)，散熱提升20%，成為業(yè)界首創(chuàng)。

圖為V齒結(jié)構(gòu)設(shè)計的散熱片

AAU散熱做不好，將導(dǎo)致設(shè)備功耗上升，這對運營商來說是一個嚴峻挑戰(zhàn)，也是我們推進5G建設(shè)的一個重要障礙。如果無法有效解決散熱問題，5G的落地推進和長遠發(fā)展將受到一定影響。