5G 통신 기술이 서브 - 6GHz 및 밀리미터 웨이브 밴드를 향해 빠르게 진화함에 따라, 기지국 전력 증폭기 (PA) 및 무선 주파수 전면의 전력 밀도 - 엔드 모듈 (FEM)이 15W/mm²를 초과했습니다. 24W/MK에서 전통적인 알루미늄 (ALAOJ) 기판의 열전도율은 냉각 요구 사항을 충족시키기에 불충분하여 중요한 병목 현상 제한 장치 신뢰성이됩니다. 170-220 w/mk의 초고 열전도율을 갖는 알루미늄 질화물 (ALN) 세라믹은 5G 전원 장치의 열 관리를위한 최고의 솔루션으로 떠오르고 있습니다.
5G 열 관리 문제 : 열유속 밀도의 지수 성장
GAN 장치의 열 축적 효과
- on - 5G 대규모 MIMO 안테나에 사용되는 - SIC 전원 장치는 작동 중에 200도 이상의 접합 온도에 도달 할 수 있습니다. 열을 즉시 소산 할 수없는 경우 온도가 10도마다 기기 수명을 50% 줄입니다 (Arrhenius 모델).
높은 - 주파수 신호의 유전 손실
Alumina 기판은 28GHz 주파수 대역에서 유전체 손실 (TanΔ ≈ 0.0004)을 나타내어 신호 감쇠를 유발합니다. 대조적으로, 알루미늄 질화물은 TanΔ <0.0001 (@40GHz)을 가지며, 높은 열전도율을 신호 손실 특성이 낮은 것과 결합합니다.
3D 포장에서 열 소산 경로를 차단했습니다
AIP (패키지의 안테나) 기술은 RF 칩을 안테나와 통합합니다. 전통적인 금속 방열판은 전자기장을 방해하여 세라믹 기판을 통해 측면 열 전도가 필요합니다.
알루미늄 질화물의 세 가지 주요 기술 혁신
열전도율의 상당한 증가
높은 - 순도 ALN 분말 (산소 함량 <0.8 wt%) 및 압력 소결 기술을 통해 열전도율은 산화 알루미늄의 7 배 더 높은 170 w/mk (195 w/mk에서 측정 됨)를 초과했으며 GAN 칩의 접합 온도를 45도 감소시킬 수 있습니다.
정확한 CTE 매칭
질화증 알루미늄 (4.5 × 10/도)의 열 팽창 계수는 GAN (3.5 × 10/도)의 것과 밀접하게 일치하여 열 사이클링으로 인한 용접 층의 균열을 방지합니다.
금속 화 과정 혁신
활성 금속 브레이징 (AMB) 기술의 사용은 Cu - aln 인터페이스에서 <5 × 10 ℃ · k/w의 열 저항을 달성하며 30W/mm² 이상의 열 소산 요구 사항을 충족시킵니다.
산업 증거 : 선도적 인 기지국 제조업체의 열 소산 업그레이드
특정 5G 기지국 장비 제조업체가 ALN 세라믹 기판을 채택한 후 :
1. 작동 접합 온도는 182도에서 137 도로 떨어졌다 (적외선 열 영상으로 측정).
2. 장치의 MTBF (평균 시간)는 150,000 시간으로 증가했습니다 (원래 알루미늄 용액의 60,000 시간에 비해).
3. 전체 전력 소비는 8% 감소했습니다 (열 효율 저하로 인해)
향후 트렌드 : 통합 냉각 솔루션
1. 차세대 알루미늄 질화물 기질은 다기능 통합으로 이동하고 있습니다.
2. 내장 된 마이크로 채널 : 수냉식 시너지 효과 냉각은 열 저항을 30%감소시킵니다.
3. 3 - 치수 회로 Co - 발사 : 신호 전송 및 냉각을위한 3 개의 - 치수 아키텍처를 달성합니다.
4. 나노 - 다이아몬드 복합재 : 실험실의 열전도율은 400W/mk를 초과했습니다.
5G ~ 6G 경주에서 알루미늄 질화물 세라믹 재료는 재료 과학을 통한 전력 장치 열 소산의 한계를 재정의하고 있습니다. 전력 소비의 모든 와트가 신호 커버리지 및 에너지 효율에 영향을 미치면 1mm 미만 의이 세라믹은 무선 통신 인프라의 '열 관리 허브'가되고 있습니다.