Die 5G-Einführung ist in vollem Gange, und die bis Ende 2021 installierte Mittelband-Infrastruktur ist fast sechsmal so groß wie im Jahr 2019. Dies bedeutet jedoch nicht, dass alle Herausforderungen gelöst sind. Ein Großteil der 5G-Infrastruktur besteht aus wiederverwendeten 4G-Geräten in niedrigeren Frequenzbändern. Der eigentliche Übergang zu 5G erfolgt durch die Einführung höherer Frequenzen, die größtenteils in Bänder unter 6 GHz und mmWave (> 20 GHz) eingeteilt wurden. Eine der größten Herausforderungen ist das Wärmemanagement. Mit dem Übergang zu höheren Frequenzen bei der 5G-Einführung ändern sich auch das Antennendesign, die Technologie und die Auswahl der Materialien. Dies wirkt sich auf verschiedene Faktoren aus, wie z. B. die Halbleitertechnologie, die zugehörigen Materialien für die Chipanbindung und die thermischen Schnittstellenmaterialien.

 

 

Auch wenn 5G im Sub-6-GHz-Band nicht die erstaunlichen Geschwindigkeiten und Anwendungen bietet, die oft für 5G propagiert werden, spielt es eine entscheidende Rolle bei der Abdeckung großer Gebiete. Einiges davon wird in niedrigeren Bändern erreicht, die eher mit dem historischen 4G vergleichbar sind, aber wenn wir über 4 GHz hinausgehen, beginnen die historischen LDMOS-Leistungsverstärker (lateral-diffused metal-oxide semiconductor) mit der Effizienz zu kämpfen. Hier beginnen Halbleiter mit breiter Bandlücke wie GaN (Galliumarsenid) zu glänzen. Wir haben festgestellt, dass GaN von Unternehmen wie Huawei in ihrer 4G-Infrastruktur eingesetzt wird. Wir gehen davon aus, dass GaN einen größeren Marktanteil bei 5G einnehmen wird, und mit GaN kommt ein Übergang in der Die-Attach-Technologie. IDTechEx prognostiziert, dass die jährliche Nachfrage nach GaN-Leistungsverstärkern für 5G-Infrastrukturen in den nächsten 10 Jahren um das Vierfache steigen wird. AuSn ist heute das typische Die-Attach-Material für GaN, aber wir sehen eine Chance für gesinterte Pasten als Ersatz mit ihrer verbesserten thermischen Leistung, wie im neuesten Bericht von IDTechEx, "Wärmemanagement für 5G 2022-2032", beschrieben.

 

mmWave ist die Hochfrequenztechnologie, die die potenziell wunderbaren Anwendungen von 5G mit unglaublichen Download-Geschwindigkeiten und ultraniedrigen Latenzzeiten ermöglichen kann. Die Herausforderung liegt in der Signalausbreitung. Mit steigender Frequenz nimmt auch die Dämpfung des Signals zu, was zu einer geringeren Reichweite und einer leichten Blockierung durch Wände, Fenster und sogar schwere Wetterbedingungen führt. Um den Antennengewinn zu erhöhen, wird die Anzahl der Antennenelemente erhöht, aber dank der kleineren Wellenlänge schrumpfen die Antenneneinheiten selbst. Dies führt zu einer viel dichter gepackten Anordnung von Leistungsverstärkern und elektronischen Komponenten für die Strahlformung und damit zu einer größeren Herausforderung für das Wärmemanagement. Dank der größeren Anzahl von Antennenelementen kann der Leistungsbedarf jedes Verstärkers potenziell reduziert werden, aber die äußerst kompakte Natur der Elektronik wird zu einer stärkeren Integration von Komponenten führen und wahrscheinlich mehr auf Silizium-basierte Technologien setzen. Allerdings werden mmWave-Kleinzellen eine größere Anzahl von Standorten benötigen, um eine ausreichende Abdeckung zu gewährleisten, und aufgrund ihrer Einsatzszenarien ist es unwahrscheinlich, dass sie aktive Kühlungsmethoden nutzen können, was in Kombination mit der Verdichtung der Beamforming-Komponenten höhere Anforderungen an Lösungen wie thermische Schnittstellenmaterialien stellt.

 

Eine weitere beliebte Technologie für 5G ist Massive MIMO, die es der Infrastruktur ermöglicht, mehr Endgeräte im selben Frequenzband zu bedienen. Dies erhöht die Anzahl der HF-Ketten pro Installation, die Strahlformungsfähigkeiten und die Anzahl der in den Netzen verwendeten Antennenelemente. Das Ergebnis ist ein Anstieg des Materialbedarfs für die Antennenplatine, Leistungsverstärker, Beamforming-Komponenten und vieles mehr. Massive MIMO treibt auch die Datenübertragungsraten und -kanäle in die Höhe, was zu höheren Anforderungen an die Basisband-Verarbeitungseinheiten, den Stromverbrauch und damit zu größeren Marktchancen für thermische Schnittstellenmaterialien führt.

 

Der neueste Bericht von IDTechEx zum Thema "Wärmemanagement für 5G 2022-2032" befasst sich mit den Trends bei der Einführung von 5G und wie sich dies auf das Antennendesign, die Wahl der Halbleitertechnologie, die Materialien für die Chipanbindung und die thermischen Schnittstellenmaterialien auswirkt. Es werden sowohl technologische Aspekte als auch Marktprognosen für die nächsten 10 Jahre einbezogen. Darüber hinaus wird auf viele Smartphones eingegangen und darauf, wie sich die Integration von 5G auf die thermischen Materialien (Schnittstellen und Wärmespreizer) auswirkt.

 

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