По мере того, как технология связи 5G быстро развивается в направлении подразделения - 6 ГГц и миллиметровых волновых полос, плотность мощности усилителей мощности базовой станции (PA) и радиочастотного фронта - конечных модулей (FEM) превышали 15 Вт/мм². Теплопроводность традиционных субстратов оксида алюминия (Al₂O₃), при 24 Вт/мк, недостаточно для удовлетворения требований к охлаждению, став критической надежностью ограничивающего узкого места. Керамика алюминия нитрида (Aln) с их сверхвысокой теплопроводностью 170–220 Вт/мк становится окончательным решением для теплового управления в 5G-устройствах.
5G Проблемы теплового управления: экспоненциальный рост плотности теплового потока
Эффект теплового накопления устройств GAN
Gan - на - SIC Power Devices, используемые в 5G массивных антеннах MIMO, могут достигать температуры соединения выше 200 градусов во время работы. Если тепло не может быть рассеяно быстро, каждое повышение температуры на 10 градусов снизит срок службы устройства на 50% (модель Аррениуса).
Диэлектрическая потеря высокой - частотных сигналов
Подложки алюминия демонстрируют диэлектрические потери (TANδ ≈ 0,0004) в полосе частоты 28 ГГц, вызывая ослабление сигнала. Напротив, нитрид алюминия имеет TANΔ <0,0001 (@40 ГГц), сочетая высокую теплопроводность с низкими характеристиками потери сигнала.
Заблокированные пути рассеивания тепла в 3D -упаковке
AIP (антенна в пакете) Технология интегрирует радиочастотные чипы с антеннами. Традиционные металлические радиаторы мешают электромагнитным полям, что требует боковой теплопроводности через керамические субстраты.
Три основных технологических прорыва при алюминиевом нитриде
Значительное увеличение теплопроводности
Благодаря использованию высокого- порошка чистоты Aln (содержание кислорода <0,8 мас.%) И технологии спекания давления, теплопроводность превысила 170 Вт/мк (измерено при 195 Вт/мк), что в семь раз выше, чем у оксида алюминия, и может снизить температуру чипсов в контакте с чипсами GAN на 45 градусов.
Точное соответствие CTE
Коэффициент термического расширения нитрида алюминия (4,5 × 10⁻⁶/ градуля) тесно соответствует тем, что у GAN (3,5 × 10⁻⁶/ градус), предотвращая растрескивание сварного слоя, вызванного термо -цикличностью.
Инновация в процессе метализации
Использование технологии Active Metal Brausing (AMB) достигает термического сопротивления <5 × 10⁶M² · K/W на Cu - ALN, соответствующих требованиям рассеивания тепла более 30 Вт/мм².
Отраслевые доказательства: модернизация рассеяния тепла ведущими производителями базовых станций
После определенного производителя оборудования базовой станции 5G принял керамические субстраты Aln:
1. Температура рабочего соединения снизилась с 182 градуса до 137 градусов (измерена с помощью инфракрасной тепловой визуализации).
2. MTBF (среднее время между сбоями) устройства увеличилось до 150 000 часов (по сравнению с 60 000 часов с исходным раствором оксида алюминия).
3. Общее энергопотребление уменьшилось на 8% (из -за более низкой деградации тепловой эффективности)
Будущие тенденции: интегрированные решения охлаждения
1. Следующее поколение субстратов нитридов алюминия движется к многофункциональной интеграции:
2. Встроенные микроканалы: синергетическое охлаждение водяного охлаждения снижает теплостойкость еще на 30%.
3. Three - Dimensional Cupre Co - Зажигание: достигает трех - размерной архитектуры для передачи сигнала и охлаждения.
4. Nano - Diamond Composite: теплопроводность в лабораториях превысила 400 Вт/мк.
В гонке от 5G до 6G керамические материалы алюминия переопределяют границы рассеивания тепла электроэнергии посредством материаловедения. Когда каждый ватт энергопотребления влияет на покрытие сигнала и энергоэффективность, эта керамика, толщиная менее 1 мм, становится «концентратором теплового управления» инфраструктуры беспроводной связи.