熱管技術在5G領域的應用前景

劉晉龍 羅奇梁 董道偉

摘? 要：該文以熱管技術為研究對象，對其在5G領域的應用前景進行分析。通過對熱管技術原理進行闡述，從小微型熱管技術、5G技術散熱需求、熱管技術開發、當前行業發展狀態這4個方面入手，詳細分析熱管技術在5G領域中的發展前景，在拓展技術空間的同時，為加快推進5G技術的發展提供熱管用材的研究方向。

關鍵詞：5G領域;散熱;熱管

中圖分類號：TK172.4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

信息化不斷發展，對技術條件提出了更高的要求。當前5G技術已經進入了應用發展的快車道，需要對各項細節的技術進行優化與完善，才能保證5G技術的優勢性地位。對此，該文以熱管技術為核心，對其在5G設備散熱處理中的材料應用進行分析，并在研究熱管技術原理的基礎上，闡述材料科學在信息領域的應用前景。

1 熱管技術原理

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

從熱力學的角度出發，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出明顯的差異性。在管殼、吸液芯、端蓋的結構中，熱管內部始終保持負壓狀態，在充入一定低沸點液體介質后，通過吸液芯多孔的結構，介質由熱源端通過相變傳熱的方式將熱量向另一端傳導。

2 熱管技術在5G領域的技術應用

2.1 熱管的小微型發展

熱管的發展受到容積條件的影響，在未解決安置問題的條件下，使熱管無法發揮正常的換熱功能。而在研發出微小熱管后，有效地解決了這一問題。象在航天熱調節設備中，也會在航天器外殼與設備中布設相應的熱管設施。通過熱管平衡設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。而由于航空設備的精細化程度較高，如果低能效的散熱設備無法滿足應用需要，就需要使用微小熱管進行調整。

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，大多是由微型風扇或是金屬翼片來實現的，可以達到2 W～4 W的散熱量級。在計算機技術高速發展的條件下，CPU的熱量等級不斷增減，通常會達到5 W～12 W的熱量等級。因此傳統的技術方法無法滿足其散熱條件。所以，可以嘗試使用熱管技術對其進行優化，發揮體積空間小、散熱效果好、無噪聲條件、穩定性強等多種優勢。尤其在筆記本電腦中，這種以熱管技術為核心的CPU散熱處理，已經在市場環境中得到了檢驗。在規格參數上，這種熱管的外徑為3 mm～5 mm，內徑保持在2.6 mm～4 mm，并可在小于300 mm的長度條件下，根據實際使用條件，彎曲成各種形狀，以滿足技術上的需求條件。

正是由于計算機領域對于熱管材料的應用實踐探索，為熱管技術開發了新的應用市場，可使其與5G技術結合在一起，發揮出其熱傳導優勢，并為熱管技術在5G領域中的應用創造了實踐經驗。

2.2 5G領域的高散熱需求

5G技術主要指超密集的異構網絡空間。在系統結構上，5G技術無須進行重新建設，可以在現有4G網絡與Wi-Fi結構的基礎上進行網絡覆蓋。但是在5G技術條件下，需要對硬件設施系統進行適當的升級，尤其在終端設備系統的管理中，必須作好相應的散熱管理工作，以便保證設備能保持正常的運行狀態，并盡可能地減少維修次數，延長使用壽命，達到經濟成本收益最大化的技術條件。

從散熱設備的角度出發，在應用先進導熱材料進行移動設備導熱的過程中，已經可以實現了最低7 W的導熱率。而在熱管的應用中，可以更好地完成導熱工作，并可通過熱管的建設升級，使設備展現出更好地開放性，并能夠結合5G系統，使其容納更多的技術條件。

而在當前的智能設備中，為解決設備發熱問題須找到設備產生熱量的具體原因。象在電腦的CPU中包括了數以億計的晶體管，其功能作用相當于電路的開關。在與CPU中的微元件進行連接的過程中，就會產生焦耳熱。當電流通過系統中的PN結時，就會將熱量條件釋放出來，并表現出與頻率、電流平方的正比例關系。所以，計算機系統運算速率越快，就越容易產生熱量。因此，在網絡系統達到5G之后，高網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、手機移動端的系統中保有一定的散熱條件。否則就會造成設備過熱，造成設備使用過程中的故障問題，嚴重時甚至會形成安全隱患。

2.3 熱管技術開發內容

5G技術直接影響到電腦、手機等智能化的網絡連接設備。因此，對此類設備的散熱能力升級成為當前技術開發的關鍵內容。從熱管技術的角度出發，現有的智能手機生產廠家，已經逐漸將PC電腦端的熱管散熱技術條件應用在了手機設計中。作為“水冷散熱技術”的變形發展，可以在手機主板系統中，設置銅制散熱管結構，并在導管系統中放置水、乙二醇作為導熱液體。當熱管完成手機內部熱量吸收后，導熱也會進入液化狀態，并進入導管內部空間，當流動條案達到一定的地溫水平后，可轉化為液態條件，使手機內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 當前行業發展狀態

技術條件的發展離不開市場環境中企業的推動力量。在當前的技術研發領域中，為了更好地滿足5G技術的轉型升級，并將熱管技術條件功能優勢更好地嫁接在5G領域中，部分企業已經針對這一產業內容對自身的技術條件與生產能力做出了適當調整，以便適應5G技術環境下的市場需求。而在散熱技術的角度中，這種技術轉型也助力了熱管技術的發展，使其在行業領軍科研企業的帶動下，展現出了更強的發展動力與市場活力。

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5G應用領域熱管產品方面已經處于領先地位。其原材料使用江西耐樂銅業有限公司所提供的TU00級超低氧銅管，從前端原材料方面保證了所生產熱管產品的良品率和傳熱性能，主要針對5G基站的發射塔和5G手機2個領域開發熱管產品。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、和碩等生產企業的同時，率先占領了行業產業鏈，為熱管的產業化發展提供了重要動力。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企業，自2004年成立至今，在電腦、航空、高鐵等領域，形成了系列的高級熱傳導產品體系。在公司發展戰略上，也將復合散熱管、超薄散熱管等多種設備作為研發目標，前瞻性的占領了手機、平板電腦、筆記本電腦、游戲機等多技術領域，為5G技術的到來奠定了堅實的基礎。

3 結語

綜上，5G技術的市場化應用是時代信息通信水平與技術條件發展的必然結果。在構建5G技術領域的過程中，相關科研人員應注意到熱管技術的特性與優勢，在結合其技術發展條件的基礎上，開發熱管技術中的材料科學，解決5G領域中的技術問題，并在研發型企業的帶動下，使熱管技術在5G領域中展現出更加強烈的技術優勢，為5G領域的技術全面發展貢獻力量。

參考文獻

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