Telekommunikation &5G-Infrastruktur

Wärmeleitmaterialien, die mit der Geschwindigkeit eines Telekommunikationsprogramms Schritt halten

Telekommunikations- und 5G-Hardware stellt hohe Anforderungen an Wärmeleitmaterialien. Ein optischer Transceiver mit gefaltetem Strahlengang lässt nur etwa 0,2 mm Aufbauhöhe zwischen einem Kupfer-Heatspreader und dem Modulgehäuse. Eine aktive Antenneneinheit (AAU) für den Außenbereich schmort ein Jahrzehnt lang in der Sonne auf einem Mast. Eine 51,2 Tb/s Switch-Linecard drängt Switch-ASICs, PHY-Bausteine und Taktgeber bei drei verschiedenen Spalthöhen unter einen einzigen Kühlkörper. Und jedes Programm läuft bereits – die Entwicklungsabteilung verfügt über eine funktionierende Stückliste und sucht nach einer Zweitquelle, die ohne erneute Qualifizierung eingesetzt werden kann.

Das TIM-Portfolio von Ziitek für Telekommunikation und 5G ist auf diese Anforderungen ausgerichtet. Wir beginnen damit, die Lösung des etablierten Anbieters zu spiegeln – Pad-Umriss, Trägerdicke, Klebstoffinsel, Verpackungsformat, Ablöseverhalten bei der Nacharbeit – und liefern dann K-Wert, Kompressionskurve und Alterungsdaten, die die Referenzwerte auf den kundeneigenen Vorrichtungen erreichen oder übertreffen.

5G-Basisstationen: AAUs, BBUs und Remote Radio Heads

Die Wärmeableitung bei 5G-Funkhardware erfolgt über Baseband Units (BBUs), Active Antenna Units (AAUs) und Remote Radio Heads (RRHs). Die AAU ist für ein TIM in der Regel die größte Herausforderung. Massive-MIMO-Arrays betreiben Dutzende von Leistungsverstärkerketten hinter einem einzigen Deckel aus Aluminiumdruckguss. Die Ebenheit des Gussstücks weist große Toleranzen auf, die Umgebungstemperatur wird vom Mast vorgegeben und das Wartungsfenster ist in der Praxis quasi nicht vorhanden. Wir liefern weiche Silikon-Gap-Filler-Pads der TIF-Serie, die so dimensioniert sind, dass sie die Gussunebenheiten auf den Oberflächen von Leistungsverstärkern und Beamforming-Komponenten ausgleichen, sowie Graphit-Spreizer, wo eine gerichtete Kühlung hilft, die Wärme zu einem kühleren Rand des Gehäuses zu leiten. Für den BBU-Pool in einem Schaltschrank überbrücken Pad-Kits mit gemischten Dicken die Abstände zu FPGA-, DSP- und DC-DC-Wandleroberflächen unter einer einzigen Coldplate oder einem Rippenkühlkörper.

Optische Module: Fronthaul, Midhaul, Access und AI-Interconnect

Bei optischen Transceivern wird das TIM-Engineering zur Präzisionsarbeit. Bei einem 5G-Access-Modul mit gefaltetem Strahlengang, einer Nennleistung von 34 W und einer Heatspreader-Temperaturgrenze von ~60 °C, verwendete der etablierte Anbieter ein PCM mit K=7,5 W/m·K bei 0,2 mm auf einem 0,02 mm Edelstahlträger. Messungen mit Thermoelementen an vier Positionen ergaben 59 / 59 / 61 / 61 °C, was praktisch keinen Spielraum für einen Ersatz lässt. Für unsere Zweitquellen-Qualifizierung setzten wir TIC808H mit derselben Trägerdicke ein. Wir replizierten die um 1 mm nach innen versetzte Schnittlinie des Kupfer-Spreizers, übernahmen die lokale 0,1 mm PET-Klebstoffinsel für die Kiss-Cut-Zuführung und passten die segmentierte Streifenverpackung mit Marken-Liner an, sodass die Mitarbeiter in der Produktion dieselbe SOP beibehalten konnten.

Auf der nächsten Dichtestufe – optische 800G- und 1,6T-AI-Module – übersteigt die Wärmedichte 50 W/cm² innerhalb von QSFP-DD- und OSFP-Gehäusen. Es gibt keinen Platz für ein steifes Pad. TIF700UU mit Shore OO 25 / OO 35 bietet eine gelartige Konformität bei 10 W/m·K, und bei 70 % Kompression einer 2-mm-Probe beträgt der erforderliche Druck nur 11 psi – 10 psi weniger als das Flaggschiff des Wettbewerbers. Diese Differenz hält die Belastung von Lasern und oberflächenmontierten Kondensatoren unter der Rissbildungsgrenze und schützt so die Wellenlängenstabilität und die Bitfehlerrate über die gesamte Lebensdauer des Moduls. Für die externe Coldplate-Schnittstelle hält der PCM-Metall-Verbundwerkstoff TIC800T-ST Tausenden von Ein- und Ausbauzyklen in Hot-Swap-fähigen Einschüben stand, ohne das Verschmieren und die Migration, die bei losen PCM-Folien zu beobachten sind.

HF-Leistungsverstärkermodule und Mikrowellenketten

HF- und Mikrowellen-Leistungsverstärkermodule – die GaN- und LDMOS-Leistungsstufen hinter Sub-6-GHz-Zellen, mmWave-Frontends und Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen – konzentrieren die Wärme auf kleinen Die-Flächen hinter einem Flansch oder direkt auf einem Kupfer-Coin. Die Dicke der Klebefuge bestimmt die Sperrschichttemperatur, welche wiederum die Zuverlässigkeitsangaben und die MTBF am Ende der Lebensdauer bestimmt. Wir kombinieren TIG-Wärmeleitpaste für dünne, wiederholbare Klebefugen unter Bare-Dies oder integrierten Heatspreadern mit weichen TIF-Pads für die Schnittstelle zwischen Gehäuse und Kühlkörper. Anschließend charakterisieren wir den kombinierten Aufbau auf der Hardware des Kunden, damit das Team für die thermische Simulation gemessene Kurven anstelle von Datenblattwerten erhält.

Router, Switches und leitungsgebundener Datenpfad

Im Inneren eines Chassis-Routers oder Top-of-Rack-Switches kühlt ein einziger Kühlkörper üblicherweise einen Switch-ASIC, einen benachbarten PHY und einen Taktgeber – drei Oberflächen in drei verschiedenen Höhen. Silikon-Pad-Kits mit gemischten Dicken gleichen die Höhenunterschiede aus, während eine dünne Schicht Wärmeleitpaste für den Die mit dem höchsten Wärmestrom verwendet wird. Kiss-Cut-Pads mit haftbeschichteter, selbstpositionierender Rückseite überstehen SMT-nahe Montageschritte, und die Pick-and-Place-Kompatibilität macht einen manuellen Platzierungsschritt überflüssig. Für Stücklisten mit mehreren Lieferanten bieten wir pinkompatiblen Ersatz für bekannte globale TIM-Marken mit dokumentierten Vergleichstests auf der kundeneigenen Hardware – keine theoretische Äquivalenz.

Warum Second-Sourcing im Telekommunikationsbereich anders ist

Kunden aus der Telekommunikationsbranche unterliegen den strengen Audit-Vorgaben von Netzbetreibern, die Änderungsmitteilungen, Chargenrückverfolgbarkeit und Materialdeklarationen genau überwachen. Jede Ziitek-Charge wird mit den Vergleichstestdaten geliefert – Phasenwechseltemperatur, thermischer Widerstand von Edelstahl+PCM, Druck-Verformungs-Kurven, Nacharbeits-/rückstandsfreies Ablöseverhalten –, die bereits mit der Baseline des etablierten Anbieters abgeglichen sind. Das Paket mit den Qualifizierungsunterlagen ist bereits Teil der Musterlieferung und muss nicht erst nach der technischen Prüfung angefordert werden. Die Durchlaufzeit für Muster beträgt in der Regel vier Tage ab einem Design-Review-Meeting; Platten-, Rollen- oder vorgestanzte Formate sind innerhalb weniger Tage für EVT-Slots verfügbar. Das Ergebnis ist ein Second-Source-Pfad, der in das Zeitfenster eines laufenden Programms passt, anstatt einen neuen Qualifizierungszyklus auszulösen.

Projektergebnisse

• TIC808H auf einem 0.02 mm Edelstahlträger mit K=7.5 W/m·K und 0.2 mm Pad-Dicke entsprach der thermischen Hüllkurve des etablierten Anbieters bei einem optischen 5G-Transceiver mit gefaltetem Strahlengang (34 W Wärmequelle, ~60 °C Heatspreader-Grenzwert)
• Wir hielten die Schnittlinie gemäß Kundenzeichnung 1 mm innerhalb des Kupferspreaders ein und bildeten die PET-Klebefläche sowie die segmentierte Streifenverpackung des etablierten Anbieters nach, sodass die Bediener an der Fertigungslinie dieselbe SOP beibehalten konnten.
• Der ultraweiche Gap-Filler TIF700UU mit 10 W/m·K erforderte bei 70 % Kompression nur 11 psi – 10 psi unter dem Flaggschiffprodukt des Wettbewerbers – und schützte so Laser und SMT-Kondensatoren auf 800G / 1.6T QSFP-DD- und OSFP-Modulen über 50 W/cm²
• Der PCM-Metall-Verbundwerkstoff TIC800T-ST an der externen Cold-Plate-Schnittstelle überstand wiederholte Hot-Swap-Einschubzyklen ohne zu verschmieren.
• Der thermische Widerstand blieb nach 1.000-stündiger Alterung bei 85 °C stabil.
• Die Durchlaufzeit für Muster beträgt in der Regel vier Tage ab dem Design-Review-Meeting; vorgestanzte, Platten- und Rollenformate sind innerhalb weniger Tage für EVT-Slots verfügbar.

Materialkonformität und -qualifizierung

Ziitek-Typen für die Telekommunikationsbranche werden mit RoHS-, REACH- und betreibergeprüften Materialdeklarationen sowie dem Paket der Vergleichstestdaten geliefert – Phasenwechseltemperatur, thermischer Widerstand von Edelstahl+PCM, Kompressions-Deflektions-Kurven, Nacharbeits-/rückstandsfreies Ablöseverhalten und 1.000-stündige Alterung bei 85 °C –, die bereits mit der Baseline des etablierten Anbieters abgeglichen sind. Die Aufzeichnungen zu Änderungsmitteilungen und Chargenrückverfolgbarkeit sind auf die Qualitätssysteme der Telekommunikationskunden und die Audit-Checklisten der Betreiber formatiert, sodass ein Paket mit Qualifizierungsunterlagen für die Zweitquelle als Teil der Musterlieferung erstellt und nicht erst nach der technischen Prüfung nachgefordert wird.

Fazit

Das Telekommunikations- und 5G-Portfolio von Ziitek ist als Drop-in-Zweitquelle für etablierte Tier-1-TIM-Marken in laufenden Programmen für optische Transceiver, AAU und Switching qualifiziert. Dabei werden Trägerdicke, Schnittlinie, Klebefläche und Nacharbeitsverhalten so abgestimmt, dass die Umstellung in das laufende Programm übernommen werden kann, ohne die Qualifizierung neu zu starten. Die Produktfamilie TIC808H / TIF700UU / TIC800T-ST ist die Referenzkonfiguration, die wir für neue Fronthaul-, KI-Interconnect- und AAU-Programme empfehlen.

Empfohlene Produkte

Optischer Transceiver mit gefalteter Leitungsführung — der hervorgehobene Steckplatz beherbergt den TIC808H PCM-Edelstahlträger, der das bisherige globale Pad ersetzt (aus dem Gehäuseprogramm für optische Module).

Optischer KI-Transceiver der nächsten Generation mit 800G / 1.6T — ultraweiches TIF700UU-Pad und TIC800T-ST PCM-Metallverbundwerkstoff (aus dem KI-Gehäuseprogramm für optische Module).