Keď sa komunikačná technológia 5G rýchlo vyvíja smerom k sub - 6GHz a milimetrových vlnových pásov, koncové moduly napájania základnej stanice (PA) a rádiové frekvenčné predné - (FEM) prekročili 15 W/m². Tepelná vodivosť tradičných substrátov oxidu hlinitého (AL₂O₃), pri 24 W/MK, nie je dostatočná na splnenie požiadaviek na chladenie a stáva sa kritickou spoľahlivosťou obmedzujúcim prekážkou zariadenia. Keramika nitridu hliníka (ALN) s ich ultra vysokou tepelnou vodivosťou 170-220 w/mk sa objavuje ako konečné riešenie tepelného riadenia v 5G výkonových zariadeniach.
5G Výzvy tepelného riadenia: Exponenciálny rast hustoty toku tepelného toku
Účinok tepelnej akumulácie zariadení GAN
Gan - na - sic Power zariadeniach používaných v masívnych Mimo anténach 5G môžu počas prevádzky dosiahnuť teploty križovatky nad 200 stupňov. Ak sa teplo nedá okamžite rozptýliť, každé zvýšenie teploty o 10 stupňov zníži životnosť zariadenia o 50% (model Arrhenius).
Dielektrická strata vysokých - frekvenčných signálov
Substráty z hliníka vykazujú dielektrickú stratu (TanA 0,0004) vo frekvenčnom pásme 28 GHz, čo spôsobuje útlčanie signálu. Naopak, nitrid hliníka má TanA <0,0001 (@40 GHz), čo kombinuje vysokú tepelnú vodivosť s nízkymi charakteristikami straty signálu.
Blokované dráhy rozptyľovania tepla v 3D balení
Technológia AIP (anténa v balíku) integruje RF čipy s anténami. Tradičné kovové chladiče interferujú s elektromagnetickými poliami, ktoré si vyžadujú bočné vedenie tepla prostredníctvom keramických substrátov.
Tri hlavné technologické prielomy v hliníkovom nitride
Významné zvýšenie tepelnej vodivosti
Vďaka použitiu vysokej - čistiaceho prášku (obsah kyslíka <0,8%hmotn.) A technológie tlakového spekania, tepelná vodivosť prekročila 170 W/mk (merané pri 195 W/Mk), ktorá je sedemkrát vyššia ako pri oxidu hlinitého hlinitého a dokáže znížiť križovatku teploty Gan Chips o 45 stupňa.
Presné porovnávanie CTE
Koeficient tepelnej expanzie nitridu hlinitého (4,5 × 10⁻⁶/ stupňa) sa úzko zhoduje s korenom GAN (3,5 × 10⁻⁶/ stupňa), čo bráni prasknutiu zváranej vrstvy spôsobenej tepelnou cyklovaním.
Inovácia procesu metazácie
Použitie technológie aktívneho kovového spájkovania (AMB) dosahuje tepelný odpor <5 × 10⁶m² · k/w v rozhraní Cu -, pričom spĺňajú požiadavky na rozptyl tepelného rozptylu viac ako 30 W/mm².
Priemyselné dôkazy: Vylepšenie rozptylu tepla poprednými výrobcami základných staníc
Po tom, čo určitý výrobca zariadení na základňovej stanici 5G prijal keramické substráty ALN:
1. Teplota prevádzkového spojenia klesla z 182 stupňov na 137 stupňov (merané infračerveným tepelným zobrazovaním).
2. MTBF (priemerný čas medzi poruchami) zariadenia sa zvýšil na 150 000 hodín (v porovnaní so 60 000 hodinami s pôvodným roztokom oxidu hlinitého).
3. Celková spotreba energie sa znížila o 8% (v dôsledku nižšej degradácie tepelnej účinnosti)
Budúce trendy: integrované chladiace riešenia
1. Nová generácia substrátov nitridu hliníka sa pohybuje smerom k multifunkčnej integrácii:
2. Vstavané mikrokanály: Synergické chladenie chladenia vodou znižuje tepelnú rezistenciu o ďalších 30%.
3. Tri - Dimensional Circuit Co - Vypúšťanie: Dosahuje tri - rozmerovú architektúru pre prenos a chladenie signálu.
4. Nano - Diamond Composit: Tepelná vodivosť v laboratóriách prekročila 400 W/Mk.
V závode od 5G do 6G keramické materiály z nitridu hliníka nanovo definujú limity rozptylu tepla energie prostredníctvom vedy o materiáloch. Keď každý Watt spotreby energie ovplyvňuje pokrytie signálu a energetickú účinnosť, táto keramika s nižšou ako 1 mm hrubá, stáva sa „tepelným manažérskym centrom“ bezdrôtovej komunikačnej infraštruktúry.