随着5G技术的快速发展，高效冷却和热管理成为5G基站设计的重要挑战。在这个背景下，3D VC技术（三维两相均温技术）作为一种创新的热管理技术，为5G基站提供了解决方案。本白皮书将介绍3D VC的定义、工作原理以及其在5G基站中的应用优势。同时，我们还将探讨未来3D VC的发展前景，以揭示其在5G通信领域中的潜在价值和广阔市场前景。
随着运营商共建共享场景越来越多，对“大功率、全带宽”需求逐渐增强，分布式5G基站向多频合一方向不断发展，导致基站功耗持续上升，功率热密度持续增长，给基站热管理带来了巨大挑战。
如何高效地冷却5G基站并保持其工作温度在可控范围内，成为当前亟待解决的问题。
本白皮书旨在介绍3D VC技术及其在5G基站中的应用，展示其对于5G通信领域的重要意义和潜在影响。
两相传热依靠工质相变潜热传递热量，具有传热效率高、均温性好的优点，近几年被广泛应用于电子设备散热。由两相均温技术发展趋势可知，从一维热管的线式均温，到二维VC的平面均温，最终会发展到三维的一体式均温，即3D VC技术路径；
图1 两相均温技术发展趋势 （公开资料整理）
3D VC，即通过焊接工艺将基板空腔与PCI齿片内腔相连，形成一体式腔体，腔体内充注工质并封口，工质在靠近芯片端的基板内腔侧蒸发，在远热源端的齿片内腔侧冷凝，通过重力驱动及回路设计形成两相循环，可以实现理想均温效果。
3D VC可以显著提升均温范围及散热能力，具有“高热传导性能、均温效果好、紧凑结构”等技术特点；3D VC通过基板和散热齿的一体化设计，进一步降低了传热温差，增加了基板和散热齿的均温性，提升了对流换热效率，可显著降低高热流密度区域的芯片温度，是未来5G基站高热流密度场景的解热关键，为基站产品的小型化、轻量化设计提供了可能。
5G基站存在局部高热流密度芯片，造成局部解热困难。通过当前导热材料、壳体材料、二维均温（基板HP/齿片PCI）等技术，可降低散热器导热热阻，但针对高热流区域的散热改善十分有限。
在不引入外部运动部件强化散热的情况下，3D VC通过三维结构的热扩散，更高效地将芯片热量传递至齿片远端散热，具有“高效散热、均匀温度分布、减少热点”等解热优势，可满足大功率器件解热、高热流密度区域均温的瓶颈需求。
下图为飞荣达与中兴通讯共同研发打样的3D VC样机，为5G基站的首次应用实例。
经过中兴通讯热设计团队的实测验证，3D VC整机方案相比PCI整机方案，Tmax降低超10℃，PA区均温性维持3℃以内，散热齿均温性维持3℃以内，说明了3D VC可凭借其高效三维均温能力以实现高热流密度功放区的解热，为基站产品的进一步小型化、轻量化设计提供了可能。
图2 基于5G基站的3D VC应用实例（中兴通讯提供）
尽管3D VC相比传统散热解决方案已有显著优势，但仍有进一步的散热挖潜空间。展望3D VC技术的未来发展趋势，包括材料改进、结构创新、制造工艺优化、两相强化等方面。
※ 材料改进：轻质高导壳体材料、优良热物性冷媒工质；
※ 结构创新：支撑结构创新、齿形架构创新、整机装配结构创新；
※ 工艺优化：管路成型工艺、散热齿开口工艺、模组焊接工艺、毛细工艺、整机装配工艺；
※ 两相强化：管路设计，局部沸腾强化结构、两相循环架构设计、逆重力补液设计。
1、3D VC通过相变均温突破材料导热限制，极大提升均温效果，布局灵活形态多样，是未来5G基站应对高密度、轻量化设计需求的关键技术方向；
2、铝3D VC行业目前处于起步阶段，在IT和光伏逆变有一定应用。随着５G基站持续增长的高功耗、轻量化极限需求，大尺度铝3D VC在通讯领域研究与应用正急速升温；
3、基站产品具有免维护需求，对3D VC的可靠性提出极高要求，对3D VC的工艺实现、工艺管控带来了巨大挑战；部分厂家在未批量前谨慎投入研发，但更多厂家已积极布局并推动相关供应链及技术发展，是未来向好的高新技术。
3D VC作为一种创新的热管理技术在5G基站中极具应用优势，可匹配5G基站的“大功率、全带宽”发展，可满足客户的“轻量化、高集成”需求，对于5G通信发展具有重要性和潜在价值。
3D VC的发展与应用受限于工艺实现与供应链生态，需要相关产业链各方的共同努力，一齐推动3D VC技术的进一步研发和商业化应用。
原文始发于微信公众号（飞荣达）：多维两相均温技术，助力5G基站轻量化、高集成---3D VC技术白皮书