5G材料：低于6 GHz与毫米波

5G部署正如火如荼，到2021年底，安装的中频基础设施几乎是 2019 年的六倍。但这并不意味着所有挑战都已解决。

大部分5G基础设施是在较低频段重新利用的4G设备。向5G的真正过渡来自更高频段的采用，这些频段主要分为6GHz以下和毫米波（>20GHz）频段。

关键挑战之一是热管理。随着 5G 部署向更高频率过渡，天线设计、技术和材料选择也发生了变化。这将影响几个因素，例如半导体技术、相关的芯片连接材料和热界面材料。

虽然低于6 GHz的 5G 可能无法提供 5G 经常宣传的惊人速度和应用，但它在实现大范围覆盖方面发挥着至关重要的作用。其中一些是在更低的频段可与之前的4G相媲美，但随着我们推向4 GHz以上，之前的LDMOS功率放大器便开始在效率上挣扎。

这就是像 GaN 这样的宽带隙半导体开始大放异彩的地方。我们已经开始看到像华为这样的企业在他们的 4G 基础设施中采用 GaN。我们预计 GaN 将在 5G 中占据更大的市场份额，而随着 GaN 的出现，芯片贴装技术将发生转变。

IDTechEx 预测，未来 10 年，5G基础设施对GaN 功率放大器的年需求量将增长四倍。AuSn 是当今 GaN 的典型芯片贴装材料，但我们预计烧结浆料将有机会取而代之，因为它们具有更好的热性能，正如 IDTechEx 的最新报告《2022-2032年5G的热管理》中所述。

毫米波承诺了高下载速度和超低延迟。挑战来自于信号传播，随着频率的增加，信号的衰减也随之增加，从而导致范围减小，并且容易被墙壁、窗户甚至恶劣的天气条件阻挡。

为了增加天线增益，天线元件的数量会增加，但由于波长较小，天线元件本身会缩小。这导致功率放大器和波束成形电子元件的阵列更加紧密，随之而来的是更大的热管理挑战。

由于天线元件数量的增加，每个放大器的功率需求可能会降低，但电子器件的高度紧凑性将导致组件的集成度更高，并且可能更多地依赖硅基技术。

然而，毫米波小电池将需要更多的部署数量来提供足够的覆盖范围，并且由于它们的部署场景，不太可能利用主动冷却方法，这结合波束成形组件的致密化，将对热界面材料等解决方案提出更高的要求。

5G 的另一项流行技术是大规模 MIMO，使基础设施能够在同一频段为更多终端提供服务。这增加了每个装置的射频链数量、波束成形能力以及网络中使用的天线元件的数量。结果是增加了天线 PCB、功率放大器、波束成形组件等所需的材料。大规模 MIMO 还推动了更高的数据传输速率和通道，从而导致对基带处理单元、功耗的更高要求，从而为热界面材料带来更大的市场机会。

IDTechEx 关于“5G 热管理”的最新报告谈到了 5G 部署的趋势以及这如何影响天线设计、半导体技术的选择、芯片贴装材料和热界面材料。未来 10 年的技术方面和市场预测都包括在内。此外，它还考虑了许多智能手机以及5G的加入如何影响热材料（接口和散热器）。