熱管技術(shù)在5G領(lǐng)域的應(yīng)用前景

劉晉龍 羅奇梁 董道偉

摘? 要：該文以熱管技術(shù)為研究對象，對其在5G領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行分析。通過對熱管技術(shù)原理進(jìn)行闡述，從小微型熱管技術(shù)、5G技術(shù)散熱需求、熱管技術(shù)開發(fā)、當(dāng)前行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)這4個方面入手，詳細(xì)分析熱管技術(shù)在5G領(lǐng)域中的發(fā)展前景，在拓展技術(shù)空間的同時，為加快推進(jìn)5G技術(shù)的發(fā)展提供熱管用材的研究方向。

關(guān)鍵詞：5G領(lǐng)域;散熱;熱管

中圖分類號：TK172.4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

信息化不斷發(fā)展，對技術(shù)條件提出了更高的要求。當(dāng)前5G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了應(yīng)用發(fā)展的快車道，需要對各項細(xì)節(jié)的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與完善，才能保證5G技術(shù)的優(yōu)勢性地位。對此，該文以熱管技術(shù)為核心，對其在5G設(shè)備散熱處理中的材料應(yīng)用進(jìn)行分析，并在研究熱管技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，闡述材料科學(xué)在信息領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

1 熱管技術(shù)原理

20世紀(jì)60年代的美國，Los Alamos國家實驗室的工作人員發(fā)明了一種導(dǎo)熱元件，這就是熱管技術(shù)的基礎(chǔ)模型。在早期的技術(shù)應(yīng)用中，熱管技術(shù)被應(yīng)用在航天與軍工領(lǐng)域中，隨著市場化的發(fā)展，熱管技術(shù)逐漸進(jìn)入了散熱器制造的商業(yè)領(lǐng)域，并取得了較大的突破。而在步入信息化時代后，由于電子設(shè)備對散熱的剛性需求，使熱管技術(shù)逐漸進(jìn)入了電腦PC機、手機、游戲機等設(shè)備的散熱組件中，從而使熱管技術(shù)表現(xiàn)出了技術(shù)應(yīng)用上的開放性。技術(shù)原理方面，熱管技術(shù)將熱傳導(dǎo)理論作為基礎(chǔ)，在制冷介質(zhì)的結(jié)合下，展現(xiàn)出了高速率的熱傳導(dǎo)特性，并通過熱管將熱量迅速的轉(zhuǎn)移到了熱源外部，已高過任何已知金屬材料的導(dǎo)熱水平，表現(xiàn)出卓越的功能價值。

從熱力學(xué)的角度出發(fā)，熱管充分地利用了相變傳熱的原理，使熱管兩端的溫度表現(xiàn)出明顯的差異性。在管殼、吸液芯、端蓋的結(jié)構(gòu)中，熱管內(nèi)部始終保持負(fù)壓狀態(tài)，在充入一定低沸點液體介質(zhì)后，通過吸液芯多孔的結(jié)構(gòu)，介質(zhì)由熱源端通過相變傳熱的方式將熱量向另一端傳導(dǎo)。

2 熱管技術(shù)在5G領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用

2.1 熱管的小微型發(fā)展

熱管的發(fā)展受到容積條件的影響，在未解決安置問題的條件下，使熱管無法發(fā)揮正常的換熱功能。而在研發(fā)出微小熱管后，有效地解決了這一問題。象在航天熱調(diào)節(jié)設(shè)備中，也會在航天器外殼與設(shè)備中布設(shè)相應(yīng)的熱管設(shè)施。通過熱管平衡設(shè)備與儀器之間的溫度差，并配合吸熱與隔熱功能，保證其正常使用條件。而由于航空設(shè)備的精細(xì)化程度較高，如果低能效的散熱設(shè)備無法滿足應(yīng)用需要，就需要使用微小熱管進(jìn)行調(diào)整。

在臺式PC計算機或是筆記本電腦的中央處理器中，CPU的散熱冷卻，大多是由微型風(fēng)扇或是金屬翼片來實現(xiàn)的，可以達(dá)到2 W～4 W的散熱量級。在計算機技術(shù)高速發(fā)展的條件下，CPU的熱量等級不斷增減，通常會達(dá)到5 W～12 W的熱量等級。因此傳統(tǒng)的技術(shù)方法無法滿足其散熱條件。所以，可以嘗試使用熱管技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)揮體積空間小、散熱效果好、無噪聲條件、穩(wěn)定性強等多種優(yōu)勢。尤其在筆記本電腦中，這種以熱管技術(shù)為核心的CPU散熱處理，已經(jīng)在市場環(huán)境中得到了檢驗。在規(guī)格參數(shù)上，這種熱管的外徑為3 mm～5 mm，內(nèi)徑保持在2.6 mm～4 mm，并可在小于300 mm的長度條件下，根據(jù)實際使用條件，彎曲成各種形狀，以滿足技術(shù)上的需求條件。

正是由于計算機領(lǐng)域?qū)τ跓峁懿牧系膽?yīng)用實踐探索，為熱管技術(shù)開發(fā)了新的應(yīng)用市場，可使其與5G技術(shù)結(jié)合在一起，發(fā)揮出其熱傳導(dǎo)優(yōu)勢，并為熱管技術(shù)在5G領(lǐng)域中的應(yīng)用創(chuàng)造了實踐經(jīng)驗。

2.2 5G領(lǐng)域的高散熱需求

5G技術(shù)主要指超密集的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)空間。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，5G技術(shù)無須進(jìn)行重新建設(shè)，可以在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)與Wi-Fi結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋。但是在5G技術(shù)條件下，需要對硬件設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳墸绕湓诮K端設(shè)備系統(tǒng)的管理中，必須作好相應(yīng)的散熱管理工作，以便保證設(shè)備能保持正常的運行狀態(tài)，并盡可能地減少維修次數(shù)，延長使用壽命，達(dá)到經(jīng)濟成本收益最大化的技術(shù)條件。

從散熱設(shè)備的角度出發(fā)，在應(yīng)用先進(jìn)導(dǎo)熱材料進(jìn)行移動設(shè)備導(dǎo)熱的過程中，已經(jīng)可以實現(xiàn)了最低7 W的導(dǎo)熱率。而在熱管的應(yīng)用中，可以更好地完成導(dǎo)熱工作，并可通過熱管的建設(shè)升級，使設(shè)備展現(xiàn)出更好地開放性，并能夠結(jié)合5G系統(tǒng)，使其容納更多的技術(shù)條件。

而在當(dāng)前的智能設(shè)備中，為解決設(shè)備發(fā)熱問題須找到設(shè)備產(chǎn)生熱量的具體原因。象在電腦的CPU中包括了數(shù)以億計的晶體管，其功能作用相當(dāng)于電路的開關(guān)。在與CPU中的微元件進(jìn)行連接的過程中，就會產(chǎn)生焦耳熱。當(dāng)電流通過系統(tǒng)中的PN結(jié)時，就會將熱量條件釋放出來，并表現(xiàn)出與頻率、電流平方的正比例關(guān)系。所以，計算機系統(tǒng)運算速率越快，就越容易產(chǎn)生熱量。因此，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)達(dá)到5G之后，高網(wǎng)速條件會使運算速率得到更加明顯的升級，而這種高速運算，需要在PC端、手機移動端的系統(tǒng)中保有一定的散熱條件。否則就會造成設(shè)備過熱，造成設(shè)備使用過程中的故障問題，嚴(yán)重時甚至?xí)纬砂踩[患。

2.3 熱管技術(shù)開發(fā)內(nèi)容

5G技術(shù)直接影響到電腦、手機等智能化的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。因此，對此類設(shè)備的散熱能力升級成為當(dāng)前技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵內(nèi)容。從熱管技術(shù)的角度出發(fā)，現(xiàn)有的智能手機生產(chǎn)廠家，已經(jīng)逐漸將PC電腦端的熱管散熱技術(shù)條件應(yīng)用在了手機設(shè)計中。作為“水冷散熱技術(shù)”的變形發(fā)展，可以在手機主板系統(tǒng)中，設(shè)置銅制散熱管結(jié)構(gòu)，并在導(dǎo)管系統(tǒng)中放置水、乙二醇作為導(dǎo)熱液體。當(dāng)熱管完成手機內(nèi)部熱量吸收后，導(dǎo)熱也會進(jìn)入液化狀態(tài)，并進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部空間，當(dāng)流動條案達(dá)到一定的地溫水平后，可轉(zhuǎn)化為液態(tài)條件，使手機內(nèi)部的溫度被徹底吸收，并通過與熱管連接的固定散熱件材料釋放出來。

2.4 當(dāng)前行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

技術(shù)條件的發(fā)展離不開市場環(huán)境中企業(yè)的推動力量。在當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域中，為了更好地滿足5G技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，并將熱管技術(shù)條件功能優(yōu)勢更好地嫁接在5G領(lǐng)域中，部分企業(yè)已經(jīng)針對這一產(chǎn)業(yè)內(nèi)容對自身的技術(shù)條件與生產(chǎn)能力做出了適當(dāng)調(diào)整，以便適應(yīng)5G技術(shù)環(huán)境下的市場需求。而在散熱技術(shù)的角度中，這種技術(shù)轉(zhuǎn)型也助力了熱管技術(shù)的發(fā)展，使其在行業(yè)領(lǐng)軍科研企業(yè)的帶動下，展現(xiàn)出了更強的發(fā)展動力與市場活力。

蘇州泰碩電子有限公司、訊強電子（惠州）有限公司、中山偉強科技有限公司在生產(chǎn)5G應(yīng)用領(lǐng)域熱管產(chǎn)品方面已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。其原材料使用江西耐樂銅業(yè)有限公司所提供的TU00級超低氧銅管，從前端原材料方面保證了所生產(chǎn)熱管產(chǎn)品的良品率和傳熱性能，主要針對5G基站的發(fā)射塔和5G手機2個領(lǐng)域開發(fā)熱管產(chǎn)品。通過與華為、中興、諾基亞等市場主流電子廠商合作，在連接富士康、和碩等生產(chǎn)企業(yè)的同時，率先占領(lǐng)了行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，為熱管的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了重要動力。象東莞海寶電子熱傳科技有限公司，作為一家走投資額1 000萬美金的國家級高新技術(shù)企業(yè)，自2004年成立至今，在電腦、航空、高鐵等領(lǐng)域，形成了系列的高級熱傳導(dǎo)產(chǎn)品體系。在公司發(fā)展戰(zhàn)略上，也將復(fù)合散熱管、超薄散熱管等多種設(shè)備作為研發(fā)目標(biāo)，前瞻性的占領(lǐng)了手機、平板電腦、筆記本電腦、游戲機等多技術(shù)領(lǐng)域，為5G技術(shù)的到來奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

綜上，5G技術(shù)的市場化應(yīng)用是時代信息通信水平與技術(shù)條件發(fā)展的必然結(jié)果。在構(gòu)建5G技術(shù)領(lǐng)域的過程中，相關(guān)科研人員應(yīng)注意到熱管技術(shù)的特性與優(yōu)勢，在結(jié)合其技術(shù)發(fā)展條件的基礎(chǔ)上，開發(fā)熱管技術(shù)中的材料科學(xué)，解決5G領(lǐng)域中的技術(shù)問題，并在研發(fā)型企業(yè)的帶動下，使熱管技術(shù)在5G領(lǐng)域中展現(xiàn)出更加強烈的技術(shù)優(yōu)勢，為5G領(lǐng)域的技術(shù)全面發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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