隨著5G的發(fā)展，工程師們越來越多地談論該技術的主要設計挑戰(zhàn)之一：熱管理。

預計5G技術將為無線通信提供少于1毫秒的延遲，網(wǎng)絡能效提高100倍，并且數(shù)據(jù)速率高達每秒20吉比特(Gbit / s)。

最近，IDTechEx發(fā)表了一份從熱管理角度關于5G技術創(chuàng)新和增長機會的報告。根據(jù)這項研究，基于GaN的功率放大器(PA)，無壓銀燒結等裸片連接解決方??案以及熱界面材料在解決5G技術的熱管理問題方面可以發(fā)揮重要作用。

在本文中，我們將討論為什么熱管理在5G中很重要，以及解決此問題的一些方法。

為什么5G需要更高效的熱管理?

使5G成為現(xiàn)實的關鍵技術是具有全尺寸自適應波束成形的大規(guī)模MIMO。MIMO系統(tǒng)采用天線陣列來減少用戶間干擾，增加網(wǎng)絡容量并實現(xiàn)波束成形。下圖顯示了一個帶有4×4天線陣列的系統(tǒng)。

描述高度集成的包裝如何引起設計關注

描述高度集成的包裝如何引起設計關注。圖片由Rick Sturdivant提供

使用數(shù)字波束成形時，這些天線中的每一個都應具有自己的RF收發(fā)器。典型的RF單元由幾個不同的模塊組成，例如LNA，PA，兩個ADC和DAC，以及一些濾波器和混頻器。

為避免5G頻率范圍內的信號完整性問題，將天線的不同電路元件集成到單個芯片中并將此收發(fā)器芯片放置在靠近天線的位置非常重要。因此，對于4×4天線陣列，在一塊板上有16個收發(fā)器芯片。

這種復雜性水平導致了一個耗電的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，熱管理至關重要。

例如，設計為以30 GHz運行的這種系統(tǒng)可以具有約1 W / cm2的熱密度(4 cm2的板產(chǎn)生4 W的熱量)。這甚至可以被認為是一種相對低功耗的應用。

預計未來的5G網(wǎng)絡將采用具有數(shù)百個天線元件的大規(guī)模MIMO，以補償較大的傳播損耗并實現(xiàn)有效的頻率使用。這些網(wǎng)絡的熱管理將帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。

GaN：從根本上更適合5G

功率放大器是RF收發(fā)器中最耗電的構件，發(fā)射時可占總功耗的75%之多。毫米波功率放大器的局部熱通量可能高達每平方厘米數(shù)千瓦。

PA設備技術以及創(chuàng)新的電路結構對于實現(xiàn)5G必不可少。從器件選擇的角度來看，基于GaN的解決方案可能是最佳選擇。這些器件具有出色的特性，例如低輸出電容，高輸出阻抗，高功率密度和高擊穿電壓。

這些功能使我們能夠擁有效率更高的大功率PA。下圖比較了已發(fā)布PA的輸出功率和效率。