隨著5G技術的快速發展，高效冷卻和熱管理成為5G基站設計的重要挑戰。在這個背景下，3D VC技術（三維兩相均溫技術）作為一種創新的熱管理技術，為5G基站提供了解決方案。本白皮書將介紹3D VC的定義、工作原理以及其在5G基站中的應用優勢。同時，我們還將探討未來3D VC的發展前景，以揭示其在5G通信領域中的潛在價值和廣闊市場前景。
隨著運營商共建共享場景越來越多，對“大功率、全帶寬”需求逐漸增強，分布式5G基站向多頻合一方向不斷發展，導致基站功耗持續上升，功率熱密度持續增長，給基站熱管理帶來了巨大挑戰。
如何高效地冷卻5G基站并保持其工作溫度在可控范圍內，成為當前亟待解決的問題。
本白皮書旨在介紹3D VC技術及其在5G基站中的應用，展示其對于5G通信領域的重要意義和潛在影響。
兩相傳熱依靠工質相變潛熱傳遞熱量，具有傳熱效率高、均溫性好的優點，近幾年被廣泛應用于電子設備散熱。由兩相均溫技術發展趨勢可知，從一維熱管的線式均溫，到二維VC的平面均溫，最終會發展到三維的一體式均溫，即3D VC技術路徑；
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圖1??兩相均溫技術發展趨勢?（公開資料整理）
3D VC，即通過焊接工藝將基板空腔與PCI齒片內腔相連，形成一體式腔體，腔體內充注工質并封口，工質在靠近芯片端的基板內腔側蒸發，在遠熱源端的齒片內腔側冷凝，通過重力驅動及回路設計形成兩相循環，可以實現理想均溫效果。
3D VC可以顯著提升均溫范圍及散熱能力，具有“高熱傳導性能、均溫效果好、緊湊結構”等技術特點；3D VC通過基板和散熱齒的一體化設計，進一步降低了傳熱溫差，增加了基板和散熱齒的均溫性，提升了對流換熱效率，可顯著降低高熱流密度區域的芯片溫度，是未來5G基站高熱流密度場景的解熱關鍵，為基站產品的小型化、輕量化設計提供了可能。
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5G基站存在局部高熱流密度芯片，造成局部解熱困難。通過當前導熱材料、殼體材料、二維均溫（基板HP/齒片PCI）等技術，可降低散熱器導熱熱阻，但針對高熱流區域的散熱改善十分有限。
在不引入外部運動部件強化散熱的情況下，3D VC通過三維結構的熱擴散，更高效地將芯片熱量傳遞至齒片遠端散熱，具有“高效散熱、均勻溫度分布、減少熱點”等解熱優勢，可滿足大功率器件解熱、高熱流密度區域均溫的瓶頸需求。
下圖為飛榮達與中興通訊共同研發打樣的3D VC樣機，為5G基站的首次應用實例。
經過中興通訊熱設計團隊的實測驗證，3D VC整機方案相比PCI整機方案，Tmax降低超10℃，PA區均溫性維持3℃以內，散熱齒均溫性維持3℃以內，說明了3D VC可憑借其高效三維均溫能力以實現高熱流密度功放區的解熱，為基站產品的進一步小型化、輕量化設計提供了可能。
圖2 ?基于5G基站的3D VC應用實例（中興通訊提供）
盡管3D VC相比傳統散熱解決方案已有顯著優勢，但仍有進一步的散熱挖潛空間。展望3D VC技術的未來發展趨勢，包括材料改進、結構創新、制造工藝優化、兩相強化等方面。
?※??材料改進：輕質高導殼體材料、優良熱物性冷媒工質；
?※??結構創新：支撐結構創新、齒形架構創新、整機裝配結構創新；
?※??工藝優化：管路成型工藝、散熱齒開口工藝、模組焊接工藝、毛細工藝、整機裝配工藝；
?※??兩相強化：管路設計，局部沸騰強化結構、兩相循環架構設計、逆重力補液設計。
1、3D VC通過相變均溫突破材料導熱限制，極大提升均溫效果，布局靈活形態多樣，是未來5G基站應對高密度、輕量化設計需求的關鍵技術方向；
2、鋁3D VC行業目前處于起步階段，在IT和光伏逆變有一定應用。隨著５G基站持續增長的高功耗、輕量化極限需求，大尺度鋁3D VC在通訊領域研究與應用正急速升溫；
3、基站產品具有免維護需求，對3D VC的可靠性提出極高要求，對3D VC的工藝實現、工藝管控帶來了巨大挑戰；部分廠家在未批量前謹慎投入研發，但更多廠家已積極布局并推動相關供應鏈及技術發展，是未來向好的高新技術。
3D VC作為一種創新的熱管理技術在5G基站中極具應用優勢，可匹配5G基站的“大功率、全帶寬”發展，可滿足客戶的“輕量化、高集成”需求，對于5G通信發展具有重要性和潛在價值。
3D VC的發展與應用受限于工藝實現與供應鏈生態，需要相關產業鏈各方的共同努力，一齊推動3D VC技術的進一步研發和商業化應用。
原文始發于微信公眾號（飛榮達）：多維兩相均溫技術，助力5G基站輕量化、高集成---3D VC技術白皮書