5G技术有望提供低于1毫秒的无线通信，100倍网络能效改进，每秒高达20千兆位的数据速率（Gbit / s）。
最近，Idtechex发布了关于创新和增长机会的报告5G技术从热管理的角度来看。根据本研究，基于GaN的功率放大器（PAS），模具附着解决方案，如减压银烧结，热界面材料可以在解决5G技术的热管理问题方面发挥重要作用。
在本文中，我们将讨论为什么热管理在5G中非常重要，以及解决此问题的某些方法。
为什么5G需要更有效的热管理？
制作5G现实的关键技术是具有全维自适应波束形成的大规模MIMO。MIMO系统采用一系列天线以降低用户间干扰，增加网络容量和实现波束成形。下图显示了具有4×4阵列天线的系统。
描绘了高度集成的包装可以创造设计问题。图片礼貌里克斯特温斯特
使用数字波束成形，这些天线中的每一个都应具有自己的RF收发器。典型的RF单元由几种不同的块组成，例如LNA，PA，两个ADC和DAC以及一些过滤器和混合器。
为避免在5G频率范围内的信号完整性问题，重要的是将天线的不同电路元件集成到单个芯片中，并将该收发器芯片靠近天线。因此，使用4×4阵列的天线，在单板上有16个收发器芯片。
这种复杂程度导致动力饥饿的系统，其中热管理是至关重要的。
例如，设计用于在30GHz下操作的这种系统可以具有约1W / cm2（由4cm 2板产生4W的热量）的热密度。这甚至可能被认为是一个相对低功率的应用。
预计未来的5G网络将采用具有数百个天线元件的大量MIMO，以补偿大的传播损耗并实现高效的频率使用。这些网络的热管理将构成严重的挑战。
GaN：从根本上更好地适合5克
功率放大器是RF收发器最耗电的构建块，并且可以在传输时占总耗散的75％。MM波PA的局部热通量可以像每平方厘米一样大的瓦特。
PA器件技术以及创新的电路结构是必要的，使5G成为现实。从设备选择的角度来看，基于GaN的解决方案可能是最好的选择。这些器件具有优异的特性，例如低输出电容，高输出阻抗，高功率密度和高击穿电压。
这些功能允许我们具有提高效率的高功率PA。下图比较了已发布的PA的输出功率和效率。
图片礼貌瑞马
如您所见，GaN PA可以在非常高的频率下提供更高水平的输出功率。此外，GaN技术允许我们在宽频率范围内具有更高的效率。
选择热结构
虽然基于GAN的PA有可能提供更高的效率和输出功率，但即使使用这些高性能设备也仍然具有挑战性。实际上，没有高效的热结构，所产生的热量可以对GaN设备的应力放置并限制其RF性能。例如，热限制的GaN设备可以减少增益，输出功率和效率。进一步的热应力最终可能导致可靠性问题。
根据应用的热密度，可以选择适当的热结构。例如，具有约1W / cm2的热密度，基于自然对流现象的冷却配置可能适用。在更高的热密度下，可能需要强制空气冷却或液体冷却配置。
嵌入式冷却研究
除了这些传统方法之外，还有先进的技术，试图降低大功率芯片和冷却剂之间的热阻抗，以实现更有效的热管理解决方案。
事实上，研究人员正在开发具有嵌入式冷却的芯片，其中通过将热提取的介电流体泵入芯片中，通过微观的间隙作为单股头发（〜100μm）。在芯片内部，液体冷却剂提取热量并变成气相。然后将蒸汽转移到芯片的外部，其中它回收并倾倒热量到环境环境。
泵送的两相冷却回路的图。图片礼貌Pritish R. Parida.
有趣的是，所采用的介电流体甚至可以与芯片的电连接接触。结果，该技术可用于冷却3D芯片堆叠，其中散热器或冷板可能不是有效的解决方案。
