Obwohl 5G im Sub-6-GHz-Band nicht die rasanten Geschwindigkeiten und Anwendungen bietet, die oft für 5G angepriesen werden, spielt es eine entscheidende Rolle bei der flächendeckenden Versorgung. Ein Teil dieser Versorgung wird in den niedrigeren Frequenzbändern erreicht, vergleichbar mit denen des älteren 4G-Netzes. Oberhalb von 4 GHz stoßen herkömmliche LDMOS-Leistungsverstärker (lateral diffundierte Metalloxid-Halbleiter) jedoch an ihre Effizienzgrenzen. Hier spielen Breitband-Halbleiter wie GaN (Galliumarsenid) ihre Stärken aus. Unternehmen wie Huawei setzen GaN bereits in ihrer 4G-Infrastruktur ein. Wir erwarten, dass GaN im 5G-Bereich einen größeren Marktanteil gewinnen wird, und mit GaN geht ein Wandel in der Array-Fixierungstechnologie einher. IDTechEx prognostiziert sogar, dass die jährliche Nachfrage nach GaN-Leistungsverstärkern für die 5G-Infrastruktur in den nächsten 10 Jahren um das Vierfache steigen wird. AuSn ist heute das typische Die-Fixierungsmaterial für GaN, aber wir sehen eine Chance für gesinterte Pasten als Ersatz aufgrund ihrer verbesserten thermischen Leistung, wie im neuesten IDTechEx-Bericht „Thermal Management for 5G 2022-2032“ erörtert.

Millimeterwellen sind die Hochfrequenztechnologie, die das Potenzial für die bahnbrechenden Anwendungen von 5G mit unglaublichen Downloadgeschwindigkeiten und extrem niedriger Latenz bietet. Die Herausforderung liegt in der Signalausbreitung, da die Signaldämpfung mit der Frequenz zunimmt. Dies führt zu einer geringeren Reichweite und kann leicht durch Wände, Fenster oder sogar widrige Wetterbedingungen blockiert werden. Um den Antennengewinn zu erhöhen, wird die Anzahl der Antennenelemente erhöht. Dank der kürzeren Wellenlänge können die Antenneneinheiten selbst jedoch kleiner ausfallen. Dies führt zu einer deutlich dichteren Anordnung von Leistungsverstärkern und Beamforming-Elektronik und somit zu einer größeren Herausforderung im Wärmemanagement. Zwar kann die erhöhte Anzahl an Antennenelementen den Leistungsbedarf jedes Verstärkers reduzieren, die hohe Kompaktheit der Elektronik führt jedoch zu einer stärkeren Komponentenintegration und wahrscheinlich zu einer stärkeren Abhängigkeit von Silizium-basierten Technologien. Kleine Millimeterwellenzellen benötigen jedoch eine größere Anzahl von Installationen, um eine ausreichende Abdeckung zu gewährleisten, und können aufgrund ihrer Einsatzszenarien wahrscheinlich keine aktiven Kühlmethoden nutzen. Dies, kombiniert mit der höheren Dichte der Beamforming-Komponenten, stellt höhere Anforderungen an Lösungen wie Wärmeleitmaterialien.

Eine weitere gängige 5G-Technologie 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 Beamforming-Kapazität und die Anzahl der in den Netzwerken verwendeten Antennenelemente. Daraus resultiert ein erhöhter Materialbedarf für Antennenplatinen, Leistungsverstärker und Beamforming-Komponenten. Massive MIMO steigert zudem die Datenübertragungsraten und die Anzahl der Kanäle, was einen höheren Bedarf an Basisbandprozessoren, einen höheren Stromverbrauch und somit größere Marktchancen für Wärmeleitmaterialien zur Folge hat.