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。
第一部分：引言
1.1 需求背景
随着运营商共建共享(xiang)场(chang)景越来越多(duo)，对“大(da)功(gong)率、全带宽”需(xu)求逐渐增强，分布式5G基(ji)(ji)站向多(duo)频合一方向不断发(fa)展，导致基(ji)(ji)站功(gong)耗持续上升，功(gong)率热密度持续增长，给基(ji)(ji)站热管理带来了巨大(da)挑战。
1.2 问题陈述
如何高效(xiao)地冷却5G基站并保持其工作温度在可控范围内(nei)，成为当前亟待解决的问(wen)题。
1.3 目标和意义
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。
第二部分：3D VC的概述
2.1 技术背景
两相传热(re)依靠工(gong)质相变(bian)潜热(re)传递热(re)量，具有(you)传热(re)效率(lv)高、均(jun)(jun)温(wen)(wen)性好的(de)(de)(de)优(you)点(dian)，近几年被广泛应用于电子设(she)备散热(re)。由两相均(jun)(jun)温(wen)(wen)技术发展趋势可(ke)知(zhi)，从一维热(re)管的(de)(de)(de)线式(shi)均(jun)(jun)温(wen)(wen)，到(dao)二(er)维VC的(de)(de)(de)平面(mian)均(jun)(jun)温(wen)(wen)，最终会发展到(dao)三维的(de)(de)(de)一体式(shi)均(jun)(jun)温(wen)(wen)，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）
2.2 定义与原理
3D VC，即通(tong)过焊接工艺将(jiang)基(ji)板(ban)空腔(qiang)与(yu)PCI齿片内(nei)(nei)腔(qiang)相连，形(xing)成一体(ti)式腔(qiang)体(ti)，腔(qiang)体(ti)内(nei)(nei)充注工质(zhi)并封口，工质(zhi)在(zai)靠近芯片端的(de)基(ji)板(ban)内(nei)(nei)腔(qiang)侧蒸发，在(zai)远热源端的(de)齿片内(nei)(nei)腔(qiang)侧冷凝，通(tong)过重力(li)驱动及回(hui)路(lu)设计形(xing)成两相循环，可以实现(xian)理想(xiang)均温(wen)效(xiao)果。
2.3 技术特点
3D VC可(ke)以显(xian)著提(ti)升均(jun)温(wen)范围及散(san)热(re)能力，具有“高热(re)传(chuan)导性(xing)能、均(jun)温(wen)效果好、紧凑结(jie)构(gou)”等技术特(te)点；3D VC通(tong)过基(ji)板和散(san)热(re)齿(chi)的一体化设计，进一步降(jiang)低(di)(di)了(le)(le)传(chuan)热(re)温(wen)差，增加了(le)(le)基(ji)板和散(san)热(re)齿(chi)的均(jun)温(wen)性(xing)，提(ti)升了(le)(le)对(dui)流换(huan)热(re)效率，可(ke)显(xian)著降(jiang)低(di)(di)高热(re)流密度(du)区域的芯(xin)片温(wen)度(du)，是未来5G基(ji)站高热(re)流密度(du)场景(jing)的解热(re)关(guan)键，为基(ji)站产品的小型化、轻(qing)量化设计提(ti)供了(le)(le)可(ke)能。
第三部分：3D VC在5G基站中的应用
3.1 散热问题分析
5G基站存在局部高热(re)(re)流密度芯(xin)片，造成局部解热(re)(re)困难。通(tong)过当前(qian)导热(re)(re)材(cai)(cai)料、壳体材(cai)(cai)料、二维均(jun)温（基板HP/齿片PCI）等技术(shu)，可降低散热(re)(re)器导热(re)(re)热(re)(re)阻，但(dan)针(zhen)对高热(re)(re)流区域的散热(re)(re)改善十分有限。
3.2 3D VC的应用优势
在不引入外部运动(dong)部件强化(hua)散热(re)(re)的(de)情(qing)况(kuang)下(xia)，3D VC通过三维结构的(de)热(re)(re)扩散，更(geng)高(gao)效(xiao)地将芯片(pian)热(re)(re)量传递至齿(chi)片(pian)远(yuan)端(duan)散热(re)(re)，具有“高(gao)效(xiao)散热(re)(re)、均匀温度分布(bu)、减少热(re)(re)点(dian)”等解热(re)(re)优势(shi)，可满足大功率器件解热(re)(re)、高(gao)热(re)(re)流(liu)密度区(qu)域均温的(de)瓶颈需(xu)求。
3.3 实际案例分析
飞荣达与中兴(xing)通讯共同研发打样了3D VC样机，实现了5G基站的首(shou)次(ci)应用实例。
经过中兴(xing)通讯热设(she)(she)计(ji)团队(dui)的(de)实(shi)测验证，3D VC整机方(fang)案相(xiang)比PCI整机方(fang)案，Tmax降低超10℃，基(ji)板均温性(xing)维(wei)(wei)持3℃以内(nei)，散热齿均温性(xing)维(wei)(wei)持3℃以内(nei)，说明了(le)3D VC可(ke)凭借其高效三维(wei)(wei)均温能(neng)(neng)力以实(shi)现高热流(liu)密度芯片区的(de)解(jie)热，为(wei)基(ji)站产品的(de)进一(yi)步小型化、轻量化设(she)(she)计(ji)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)能(neng)(neng)。
第四部分：未来发展前景
4.1 技术改进与创新
尽(jin)管3D VC相(xiang)比传统散(san)热解(jie)决方案已有显著优势(shi)，但仍有进一步的散(san)热挖潜空(kong)间。展(zhan)望3D VC技术的未来发(fa)展(zhan)趋势(shi)，包括材料(liao)改(gai)进、结构(gou)创新、制造工(gong)艺优化、两(liang)相(xiang)强(qiang)化等方面。
❉ 材料改(gai)进：轻质高导壳体(ti)材料、优良热物(wu)性冷媒工质；
❉ 结(jie)构(gou)创(chuang)新：支撑结(jie)构(gou)创(chuang)新、齿形架(jia)构(gou)创(chuang)新、整机装配结(jie)构(gou)创(chuang)新；
❉ 工艺优化：管路成型工艺、散热齿开口(kou)工艺、模组焊接工艺、毛细工艺、整机装配工艺；
❉ 两相(xiang)强化：管路设计(ji)，局部沸腾强化结构、两相(xiang)循环架构设计(ji)、逆重(zhong)力补液(ye)设计(ji)；
4.2 市场前景与商业化应用
1、3D VC通过相变均(jun)温(wen)突破材(cai)料导热(re)限制，极(ji)大(da)提升均(jun)温(wen)效果，布局灵活形态多样(yang)，是未来5G基站应对(dui)高密度、轻量化(hua)设(she)计需求的关(guan)键技术方向；
2、铝(lv)3D VC行业(ye)目前处于起步阶段，在IT和光伏逆变有(you)一定(ding)应(ying)用。随着５G基站持续增长的(de)高功耗、轻量化极限需求，大(da)尺度铝(lv)3D VC在通(tong)讯领(ling)域研(yan)究与应(ying)用正急速(su)升温；
3、基站产品具有免维护需(xu)求，对3D VC的可靠性提出极(ji)高要求，对3D VC的工艺(yi)实现(xian)、工艺(yi)管控带来了巨(ju)大(da)挑(tiao)战(zhan)；部分(fen)厂家在(zai)未批量前谨慎投入(ru)研发，但更(geng)多(duo)厂家已积(ji)极(ji)布局并推动相关供应(ying)链及技(ji)术发展，是未来向好的高新技(ji)术；
第五部分：结论
3D VC作(zuo)为一(yi)种创新的(de)热(re)管理技术(shu)在5G基站中极具应用优势，可匹配(pei)5G基站的(de)“大功(gong)率、全带宽”发(fa)展，可满足客(ke)户(hu)的(de)“轻量(liang)化、高(gao)集成”需求，对于5G通信发(fa)展具有重要性和潜(qian)在价值。
3D VC的(de)发(fa)展与应用(yong)受限于工(gong)艺(yi)实现与供应链生态，需要相关(guan)产业链各方的(de)共同(tong)努力(li)，一齐推(tui)动3D VC技术(shu)的(de)进一步(bu)研发(fa)和商业化应用(yong)。
（中兴通讯股份有限公司和深圳市飞荣达科技股份有限公司联合发布）