אתגרי הקירור של תחנות בסיס 5G

עד שנת 2025, תעשיית התקשורת תצרוך 20% מהחשמל בעולם, וברשתות תקשורת ניידות, תחנות הבסיס הן צרכניות גדולות של חשמל, וכ-80% מצריכת האנרגיה מגיעה מתחנות בסיס בתפוצה רחבה. יותר תחנות בסיס מוצפנות אומרות צריכת אנרגיה גבוהה יותר, שהיא אתגר עלות גדול העומד בפני רשתות 5G.

ממבנה האנרגיה, צריכת החשמל פירושה עלויות גבוהות יותר ולחץ עקיף גדול יותר על זיהום הסביבה.

מנקודת המבט של עיצוב תרמי, תחנת הבסיס מייצרת יותר חום, והקושי של בקרת הטמפרטורה עולה בחדות.

מהנדסים שעבדו בענף התקשורת יודעים שתחנות בסיס תקשורת מותקנות לרוב על מסגרות ברזל על גג מבנים ובמקומות גבוהים בשטח. הגודל והמשקל חשובים מאוד לנוחות ההתקנה של הציוד."במקרה" הוא שצריכת חשמל, נפח ומשקל הם תנאי הגבול של תכנון הליבה בתכנון תרמי.

מהרגלי העיצוב בעבר, תחנת הבסיס היא מכשיר סגור אופייני לפיזור חום טבעי (יישומים חיצוניים דורשים עמיד למים ואבק). לאחר שהחום נפלט מהרכיבים, ישנם שני מקומות בלבד:

1. נספג במכשירים פנימיים-חום הופך לאנרגיה פנימית, מה שגורם לטמפרטורה של המכשיר לעלות;

2. עקב הפרש הטמפרטורות, חום מועבר מהאובייקט בטמפרטורה גבוהה לאובייקט בטמפרטורה נמוכה-כשהטמפרטורה מתייצבת, קצב העברת החום =קצב ייצור החום

כדי להפחית את נפח ומשקל המוצרים, הדרישה לעיצוב תרמי של מוצרים כאלה התפתחה כדי למקסם את יעילות העברת החום ולהפחית את ההתנגדות להעברת חום באותו חלל. התנגדות העברת החום כאן מחולקת להתנגדות תרמית פנימית והתנגדות תרמית חיצונית.

הפחתת ההתנגדות התרמית הפנימית דורשת פריסת שבב סבירה, כך שמקור החום עצמו קרוב יותר למעטפת פיזור החום. זוהי עבודה משותפת של מהנדסי חומרה ומהנדסי תכנון תרמי.

מנקודת מבט חומרית, יש צורך ליישם חומר ממשק תרמי בין השבב לבין הדיור. תחנות בסיס 5G עשויות לקדם שיפור גדול בחומר הממשק התרמי, המתבטא בהיבטים הבאים:

1. נדרשות ההתנגדות התרמית הנמוכה ביותר האפשרית - מוליכות תרמית גבוהה יותר ויכולת הרטבה טובה יותר של ממשק;

2. תחנות בסיס אמינות משמשות בסביבות חיצוניות מורכבות, בכל רחבי העולם, עם טווח טמפרטורות של -40C~55C, קשות לתחזוקה לאחר תקלה-יציבות תרמית מצוינת, אנטי צניחה ואנטי סדקים

3. תחנות בסיס שמישות-5G משתמשות בכמות גדולה של פיזור חום, וישנן דרישות לאוטומציה של הרכבת חומרים ולמתח שנוצר בתהליך ההרכבה.

היעילות של פיזור חום טבעי מוגבלת. עם התקרבות קיר החשמל, נלמדים גם קירור אוויר וקירור נוזלי של תחנות בסיס. כאשר הטמפרטורה נשלטת היטב, זה לא רק ישפיע על אמינות המוצר, אלא גם יפחית את צריכת החשמל של המכשיר.

צריכת החשמל הסטטית הנגרמת על ידי זרם הזליגה תעלה במהירות עם עליית הטמפרטורה, ועם התפתחות תהליך ייצור השבבים, גודל הטרנזיסטור הופך קטן יותר ויותר, וזרם הזליגה יגדל וגדל.

המשמעות היא שהשפעת הטמפרטורה על צריכת החשמל של שבב תהפוך משמעותית יותר ויותר. אם הטמפרטורה לא נשלטת כראוי, צריכת החשמל של המוצר תגדל, מה שיתחמם עוד יותר ויגרום להידרדרות המחזור התרמי של המוצר'.

בשנים האחרונות, הוצאות החשמל היוו כ-20% מהמפעילים' עלויות תחזוקת הרשת. אין ספק שבעיות חשמל יהפכו ללחץ עצום עבור המפעילים להשקיע ברשתות 5G.

הממשלה, המפעילים, ספקי הציוד וחברות רשת החשמל צריכים לעבוד יחד כדי להפחית את צריכת החשמל ועלויות החשמל של תחנות בסיס 5G.