CN112040753A - 一种5g通讯设备散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种5G通讯设备散热装置。该散热装置包括封闭式散热翅片、石墨烯薄层以及5G通讯设备主体；所述石墨烯薄层设于所述封闭式散热翅片以及所述5G通讯设备主体之间，所述石墨烯薄层用于将所述5G通讯设备主体产生的热量传递至所述封闭式散热翅片，通过所述封闭式散热翅片向外界环境散热。本发明能够及时有效的将设备主体内部的热量散发至外界环境汇总，提高设备使用效率以及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及5G通讯设备领域，特别是涉及一种5G通讯设备散热装置。
背景技术
目前通信技术发展日新月异，尤其第五代移动通信技术(5G)的发展与崛起，对移动互联网业务的发展要求和全球通信基站数量的需求正急剧增大，通信设备高度集成化，通信基站的能耗日渐增长，研究者开始致力于关注通信行业的能耗问题。提高通信基站自然对流强化传热主要途径是增大换热面积，封闭式散热翅片有结构简单、维护成本低等优点，并且受到通信行业的广泛关注。近年来各级运营商已明确要求大规模规划的分布式拉远基站必须采用BBU+RRU组网方式，与传统的基站相比，分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站处理设备(Base Band Unit，BBU)和地面塔端移动通信传输远端(Remote RadioUnit，RRU)分离并且通过光纤相连。BBU放置在接入机房内，RRU直接放置在远端基站塔顶，RRU设备的正常和高效工作对信号数据的传输起着重要的作用。
RRU设备是保证移动通信网络传输的重要设备，通信网络从4G更新到5G网络后，芯片的工作功率将大大提高，对设备的散热要求提出新的挑战。现有常见类似设备通常有主动式散热和被动式散热两种方式。主动式散热会大大提高成本，并且在后期设备维护应用等方面会提高工作量和人员资金的投入。被动式散热可以有效的避免主动式散热存在的问题，然而现有的常规设备常常会加大散热器的尺寸来满足散热要求，对高频使用时间短，出现的热流密度峰值引起的高温不能够有效及时的散发，常常会引起设备使用效率降低甚至降低使用寿命等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种5G通讯设备散热装置，以解决常规设备对高频使用时间短，出现的热流密度峰值引起的高温不能够有效及时的散发，导致设备使用效率低以及使用寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种5G通讯设备散热装置，包括：封闭式散热翅片、石墨烯薄层以及5G通讯设备主体；
所述石墨烯薄层设于所述封闭式散热翅片以及所述5G通讯设备主体之间，所述石墨烯薄层用于将所述5G通讯设备主体产生的热量传递至所述封闭式散热翅片，通过所述封闭式散热翅片向外界环境散热。
可选的，所述封闭式散热翅片由浇筑工艺制备，所述封闭式散热翅片的外部表面为粗糙表面。
可选的，所述封闭式散热翅片与所述石墨烯薄膜的接触层涂覆有第一散热硅胶层；
所述封闭式散热翅片的剩余外表面涂覆有低于发射率阈的低发射率涂层；所述低发射率涂层用于隔绝太阳辐射。
可选的，所述5G通讯设备主体与所述石墨烯薄膜的接触层涂覆有第二散热硅胶层。
可选的，所述5G通讯设备主体的内部包括高功率芯片以及低功率芯片；
在垂直方向上，所述低功率芯片设于所述高功率芯片的上方。
可选的，采用压紧工艺将所述封闭式散热翅片、所述石墨烯薄层以及所述5G通讯设备主体压紧。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种5G通讯设备散热装置，石墨烯薄层设于封闭式散热翅片以及5G通讯设备主体之间，基于石墨烯平面方向的超高导热系数特性，石墨烯薄层能够及时有效的将5G通讯设备主体内部的芯片工作时产生的热量向远离芯片方向传递，通过封闭式散热翅片向外界环境散热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的5G通讯设备散热装置爆炸图；
图2为本发明所提供的5G通讯设备散热装置侧视图；
图3为本发明所提供的封闭式散热翅片结构图；
图4为本发明所提供的不同芯片功率与翅片结构参数之间关系图；
图5为本发明所提供的5G通讯设备优化前后温度云图对比图。
符号说明：1表示石墨烯薄层，2表示封闭式散热翅片，3表示设备主体，4表示低功率芯片，5表示高功率芯片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种5G通讯设备散热装置，能及时有效的将设备主体内部的热量散发至外界环境汇总，提高设备使用效率以及使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
5G通讯设备主体是指现有移动通信户外塔端网络信息传输装置，该设备主体主要功能是承载5G网络信号处理芯片等维持正常工作的相关部件；5G网络信号处理芯片，以下简称芯片是RRU设备最核心部件，芯片正常工作与否直接影响到5G网络信号的传输。本发明提供的5G通讯设备散热装置的尺寸远小于现有常规设备并且5G通讯设备散热装置在环境温度较高的条件下，能够将芯片最高工作温度控制在远远低于75℃以下。5G通讯设备散热装置是一种封闭散热翅片、一石墨烯薄层和设备主体组成“三明治”形式的散热体系；封闭式散热翅片-石墨烯薄层-设备主体“三明治”体系在制作加工过程中需要压紧，所述体系相互之间不能留有空隙以防出现热集中现象。
图1为本发明所提供的5G通讯设备散热装置爆炸图，图2为本发明所提供的5G通讯设备散热装置侧视图，如图1-2所示，一种5G通讯设备散热装置，包括：石墨烯薄层1、封闭式散热翅片2以及5G通讯设备主体3；所述5G通讯设备主体3的内部设有低功率芯4以及高功率芯片5；所述石墨烯薄层1设于所述封闭式散热翅片2以及所述5G通讯设备主体3之间，所述石墨烯薄层1用于将所述5G通讯设备主体3产生的热量传递至所述封闭式散热翅片2，通过所述封闭式散热翅片2向外界环境散热。
在实际应用中，散热翅片是一种封闭式散热翅片2，图3为本发明所提供的封闭式散热翅片结构图，如图3所示，经过大量数值模拟研究得出，封闭式散热翅片2的翅片热量向周围空气散热，引起温度升高，由于浮升力作用，空气沿着有垂直坡度的空间向上升造成空气加强对流的现象，从而提供一种近似烟囱效应的强化散热现象，可以在现有散热翅片的基础上强化封闭式散热翅片2内部空气浮生作用，强化自然对流散热。
封闭式散热翅片2建议整体浇筑制作，避免散热翅片焊接或铆接引起的热集中。所述封闭式散热翅片2制作完成后保留制作粗糙表面，在换热过程可以破坏高温边界层，起到强化换热效果。
封闭式散热翅片2在现有散热翅片的基础上在外表面(不包括与石墨烯薄层1接触表面)均匀涂抹低发射率涂层，所述低发射率涂层可以有效的降低日间太阳辐射对设备的影响，因此所述封闭式散热翅片2可以有效隔绝一本分太阳辐射引起的热量；所述低发射率涂层可以根据实际经济成本和设备工作条件进行择优处理。
翅片散热体系借助了石墨烯平面方向超高导热系数的特性，所述石墨烯薄片可以有效的将芯片工作时产生的热量向远离芯片方向传递，通过所述封闭式散热翅片2环境外界散热。
不同热流密度达到安全温度时热沉翅片高度不同，图4为本发明所提供的不同芯片功率与翅片结构参数之间关系图，如图4所示，封闭式散热翅片2的结构参数可以根据不同芯片工作功率进行调整，满足投入最低成本的条件下达到最佳散热效果，所述封闭式散热翅片2的设计工作是基于大量数值仿真结果，封闭式散热翅片2不局限于单一工况条件。
应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)技术，对研究对象进行实际尺寸建模，对极端工况条件下设备工作情况进行数值研究，通过数值研究发现，高功率芯片放置在低功率芯片下方时，散热效果较好，芯片达到最高温度较低，因此，将高功率芯片5放置下方，低功率芯片4放置上方这一芯片放置方式是基于大量数值仿真结果的最优选择。
在实际应用中，组装过程中应当避免部件之间的接触热阻过高，石墨烯薄层1与设备主体和石墨烯薄层1与封闭式散热翅片2之间应当均匀涂抹散热硅胶层。
本发明所提供的“三明治”式散热体系，包括设备主体，石墨烯薄层1和封闭式散热翅片2。设备主体是芯片工作承载部件，也是第一受热部件，石墨烯薄层1可以依靠自身的超高导热系数将设备主体进芯片处的热量导向四周，封闭式散热翅片2可以依靠自身与周围环境进行自然对流换热的条件下进一步借助烟囱效应强化散热能力。
本发明完全采用被动式散热方式，克服了主动式散热方式成本过高和后期维护难度较大和运营投入过大的问题。
本发明首次综合考虑了烟囱效应，石墨烯超高导热系数和降低设备表面发射率对设备散热的影响，并且综合应用到本发明之中，以高功率芯片和低功率芯片热流密度分别为1.0W/cm2和0.5W/cm2为例，采用厚度为2mm、高度为30mm数量为10的肋片对其进行冷却，在室外温度为40℃时，芯片最高温度可控制在72℃，综合优化之后可将芯片最高温度降至70℃以下，并且大幅改善通讯设备表面的温度均匀性，如图5所示。
本发明提供的散热体系可以使用比现有常规尺小的设备达到散热效果，克服了占用较大空间的问题和降低材料消耗成本问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种5G通讯设备散热装置，其特征在于，包括：封闭式散热翅片、石墨烯薄层以及5G通讯设备主体；
所述石墨烯薄层设于所述封闭式散热翅片以及所述5G通讯设备主体之间，所述石墨烯薄层用于将所述5G通讯设备主体产生的热量传递至所述封闭式散热翅片，通过所述封闭式散热翅片向外界环境散热。
2.根据权利要求1所述的5G通讯设备散热装置，其特征在于，所述封闭式散热翅片由浇筑工艺制备，所述封闭式散热翅片的外部表面为粗糙表面。
3.根据权利要求2所述的5G通讯设备散热装置，其特征在于，所述封闭式散热翅片与所述石墨烯薄膜的接触层涂覆有第一散热硅胶层；
所述封闭式散热翅片的剩余外表面涂覆有低于发射率阈的低发射率涂层；所述低发射率涂层用于隔绝太阳辐射。
4.根据权利要求3所述的5G通讯设备散热装置，其特征在于，所述5G通讯设备主体与所述石墨烯薄膜的接触层涂覆有第二散热硅胶层。
5.根据权利要求4所述的5G通讯设备散热装置，其特征在于，所述5G通讯设备主体的内部包括高功率芯片以及低功率芯片；
在垂直方向上，所述低功率芯片设于所述高功率芯片的上方。
6.根据权利要求1-5所述的5G通讯设备散热装置，其特征在于，采用压紧工艺将所述封闭式散热翅片、所述石墨烯薄层以及所述5G通讯设备主体压紧。
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