PCMag veröffentlichte kürzlich einen Bericht, der die Downloadgeschwindigkeiten von 4G und 5G in verschiedenen Regionen der USA vergleicht (PCMag-Bericht). Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass 5G noch nicht ausgereift ist. Verizon erreichte zwar die höchste Downloadgeschwindigkeit mit rund 2 Gbit/s, stellte aber fest, dass nur 4 % seines Netzes 5G-fähig sind. 5G nutzt Millimeterwellen (mmWave) oder Frequenzen unter 6 GHz. mmWave ermöglicht die höchsten Downloadgeschwindigkeiten, hat aber auch die geringste Reichweite, was die begrenzte 5G-Abdeckung von Verizon erklärt. Obwohl Frequenzen unter 6 GHz eine größere Reichweite haben, waren sie in Tests in vielen Fällen in derselben Region tatsächlich langsamer als 4G. Die Downloadgeschwindigkeiten verbesserten sich zwar insgesamt ab 2019, was jedoch größtenteils auf Verbesserungen der 4G-Infrastruktur zurückzuführen ist. mmWave ist die technisch anspruchsvollste Technologie, und mit der Weiterentwicklung der 5G-Netze erwarten wir einen deutlichen Anstieg des Einsatzes von mmWave und damit zahlreiche Möglichkeiten für neue Materialien und Technologien. Frühere Tests zeigen jedoch, dass trotz des großen Hypes um 5G noch viele Herausforderungen bestehen und es noch ein langer Weg ist, bis die Realität mithalten kann.
Mit dem fortschreitenden Ausbau der 5G-Infrastruktur verlagert sich der Fokus hin zu mmWave-Installationen, wodurch sich neue Einsatzmöglichkeiten für Wärmemanagementmaterialien ergeben. Ausführliche Daten finden Sie im IDTechEx-Bericht „Thermal Management for 5G“.
Eine der größten Herausforderungen der 5G-Infrastruktur ist das Wärmemanagement. Die höheren Frequenzen der 5G-Antennen erfordern eine höhere Verstärkung, um eine akzeptable Reichweite zu erzielen. Zudem ist die Ausbreitung von Millimeterwellen durch Oberflächen wie Wände oder Fenster sehr schlecht, sodass deutlich mehr Antenneneinheiten benötigt werden, um eine ausreichende Abdeckung zu gewährleisten. Höhere Frequenzen verringern außerdem den Abstand zwischen den Antennenelementen, was zu einer wesentlich dichteren Anordnung der elektronischen Bauteile führt, die Wärme abführen müssen. Aufgrund der größeren Anzahl und Dichte der Antenneninstallationen im Netzwerk sind aktive Kühlmethoden wie Lüfter oder Flüssigkeitskühlung möglicherweise nicht mehr so praktikabel wie bei der bisherigen Infrastruktur.
Um den gestiegenen Verstärkungsanforderungen gerecht zu werden, geht der Trend hin zu neuen Halbleitertechnologien wie GaN für Antennenleistungsverstärker. Dies bringt jedoch eigene Herausforderungen mit sich. GaN-Bauelemente können bei höheren Temperaturen als siliziumbasierte Technologien betrieben werden; dies ermöglicht eine höhere Ausgangsleistung, erfordert aber gleichzeitig eine Fokussierung auf die Chip-Verbindungstechnologie. Die zunehmende Verbreitung von GaN, insbesondere in Systemen unter 6 GHz, führt zu einem Übergang von bestehenden Chip-Verbindungstechnologien wie AuSn zu neuen Alternativen wie dem druck- und drucklosen Silbersintern.
Die Marktanteile der verschiedenen Sintermaterialien/-technologien werden sich in den nächsten 10 Jahren drastisch verändern.
Ein weiterer entscheidender Faktor für die passive Wärmeableitung ist der Einsatz von Wärmeleitmaterialien (TIMs). TIMs sind in verschiedenen Zusammensetzungen und Formaten erhältlich und dienen der Wärmeübertragung von elektronischen Bauteilen auf einen Kühlkörper. Mit der Weiterentwicklung der 5G-Technologie und dem verstärkten Einsatz von Beamforming und Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) steigt auch der Bedarf an TIMs – nicht nur für dicht gepackte Antennenarrays, sondern auch für die erhöhte Basisbandverarbeitung und die notwendige Stromversorgung zur Bewältigung des signifikanten Datendurchsatzes.
