Der zuverlässige Betrieb dieses riesigen Netzwerks hängt nicht nur von Millionen von Basisstationen ab, sondern auch zum Teil von den
elektrischen Kontakten in den Stromverteilungs-, Schutz- und Steuerungseinrichtungen, die diese unterstützen.
Laut dem chinesischen Ministerium für Industrie und Informationstechnologie hatte China bis Ende Juni 2026 5,102 Millionen 5G-Basisstationen in Betrieb genommen, was mehr als 60 % des weltweiten Gesamtbestands entspricht. Im Rahmen des 15. Fünfjahresplans (2026–2030) plant China den Bau von 500.000 5G-Advanced (5G-A)-Basisstationen. Im gleichen Zeitraum wird erwartet, dass die breitere Entwicklung der Kommunikationsnetze der nächsten Generation in den entsprechenden Branchen eine Wirtschaftsleistung von rund 7 Billionen RMB generieren wird.
Mit dem fortschreitenden Ausbau der Basisstationen, der Erweiterung der Recheninfrastruktur und der Weiterentwicklung von Endgeräten wird die Nachfrage nach zuverlässigen Kommunikationsgeräten und -komponenten voraussichtlich steigen. Gleichzeitig entwickelt sich
die 5G-Infrastruktur hin zu höherer Leistungsdichte und kompakteren, integrierten Designs, was anspruchsvollere Betriebsbedingungen für elektrische Schalt- und Verbindungspunkte mit sich bringt.
Bei Relais, Gleichstrom-Leistungsschaltern und anderen Leistungssteuergeräten, die in Kommunikationssystemen eingesetzt werden, beeinflusst die Wahl des Kontaktmaterials die elektrische Leistung, die Schaltzuverlässigkeit, den Temperaturanstieg und die Lebensdauer. Hochleistungsfähige und zuverlässige Kontaktmaterialien spielen daher eine wichtige Rolle für die langfristige Stabilität der 5G-Infrastruktur.
Herausforderungen bei Kontaktmaterialien in der 5G-Infrastruktur
Die Weiterentwicklung der 5G-Infrastruktur verändert die Anforderungen an elektrische Kontakte. Da die Geräte kompakter und leistungsstärker werden, treten die Grenzen herkömmlicher Kontaktmaterialien deutlicher hervor und stellen die langfristige Zuverlässigkeit der Geräte vor neue Herausforderungen.
1. Höhere Stromdichte in kompakten Bauformen
Da die Stromverteilungs- und Steuermodule in 5G-Basisstationen immer kleiner und stärker integriert werden, steht weniger Platz für Schaltkomponenten zur Verfügung, obwohl in vielen Anwendungen die Strombelastbarkeit steigt. Der daraus resultierende Anstieg der Stromdichte kann zu einem übermäßigen Temperaturanstieg an den Kontakten führen.
Höhere Temperaturen können den Kontaktwiderstand erhöhen und die Oberflächenoxidation beschleunigen, wodurch ein sich selbst verstärkender Kreislauf aus Wärmeentwicklung und elektrischer Degradation entsteht. In Schutzgeräten kann übermäßige Wärme auch zu Fehlauslösungen beitragen und den normalen Gerätebetrieb stören.
2. Lichtbogenerosion und Kontaktschweißen unter anspruchsvollen Schaltbedingungen
Das Schalten mechanischer Kontakte unter Last kann einen Lichtbogen erzeugen. Wiederholte Lichtbogenbildung kann mit der Zeit die Kontaktflächen erodieren, Materialübertragung verursachen und das Risiko des Kontaktverschweißens erhöhen.
Kontaktverschweißen zählt zu den schwerwiegendsten Ausfallursachen. Übersteigt die Kraft, die die Kontakte zusammenhält, die Trennkraft des Schaltmechanismus, können die Kontakte nicht öffnen, wodurch die Schalt- oder Schutzfunktion des Geräts beeinträchtigt wird. Anwendungen mit häufigem Schalten, hohen Einschaltströmen, Fehlerunterbrechungen oder Gleichstromlasten stellen daher besonders hohe Anforderungen an die Kontaktmaterialien.
3. Aufenthalt in anspruchsvollen Außenumgebungen
Viele 5G-Basisstationen und zugehörige Anlagen werden im Freien oder in nur teilweise geschützten Umgebungen betrieben. Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit, Salznebel in Küstenregionen und Luftschadstoffe können Oxidation und Korrosion fördern, den Kontaktwiderstand destabilisieren und den Materialverschleiß beschleunigen.
Ohne geeignete Materialauswahl und Schutzkonstruktion können diese Bedingungen die Schaltzuverlässigkeit verringern und die Lebensdauer der Komponenten verkürzen.
Herkömmliche Kontaktmaterialien können diese Kombination aus elektrischen, thermischen, mechanischen und umweltbedingten Anforderungen oft nicht erfüllen. Materiallösungen für die 5G-Infrastruktur müssen eine hohe Leitfähigkeit und einen niedrigen, stabilen Kontaktwiderstand mit Beständigkeit gegen Lichtbogenerosion, Kontaktverschweißung und Umwelteinflüsse in Einklang bringen. Sie müssen außerdem auf die jeweilige Spannung, den Strom, die Lastart, die Schaltfrequenz, die Betriebsumgebung und die erforderliche Lebensdauer jeder Anwendung abgestimmt sein.
Fudar Alloys Kontaktmateriallösungen für die 5G-Infrastruktur
Um die elektrischen, thermischen und umweltbedingten Herausforderungen der 5G-Infrastruktur zu bewältigen, entwickelt
Fudar Alloy anwendungsspezifische Kontaktmateriallösungen durch Materialformulierung, Optimierung der Fertigungsprozesse und Produktdesign. Unser Portfolio umfasst Relais, Gleichstrom-Leistungsschalter und andere Schalt- und Schutzgeräte für Kommunikationsgeräte.
Relais für 5G-Basisstationsmodule: AgSnO₂/Cu-Kontaktnietlösung
Für Relais in 5G-Basisstationsmodulen forderte ein Kunde, dass der Spannungsabfall an den Kontakten unter vorgegebenen elektrischen Dauerfestigkeitsbedingungen unter 55 mV bleiben durfte. Mit dem herkömmlichen Kontaktmaterial stieg der Spannungsabfall in den späteren Testphasen an und überschritt schließlich den Grenzwert. Dies führte zu einem übermäßigen Temperaturanstieg und beeinträchtigte die langfristige Betriebsstabilität der Geräte.
Fudar Alloy entwickelte daraufhin eine maßgeschneiderte
Kontaktnietlösung aus AgSnO₂/Cu . AgSnO₂ bietet eine hohe Beständigkeit gegen Lichtbogenerosion und Materialübertragung und eignet sich daher hervorragend für anspruchsvolle Schaltbedingungen. Die Verbundnietkonstruktion kombiniert eine AgSnO₂-Arbeitsschicht mit einer Kupferbasis. Durch die Optimierung der Materialanteile und des Grenzflächenverbindungsprozesses wurde ein besseres Verhältnis zwischen Temperaturanstieg, elektrischer Dauerfestigkeit und Verbindungsfestigkeit erzielt.
Kundentests zeigten, dass der Spannungsabfall an den Kontakten während des gesamten Dauerfestigkeitstests innerhalb des vorgegebenen Grenzwerts blieb. Durch die Begrenzung der Spannungsabfalldrift verbesserte die Lösung die langfristige Kontaktstabilität, reduzierte das Ausfallrisiko, verlängerte die Lebensdauer der Geräte und senkte den Wartungsaufwand.
Gleichstrom-Leistungsschalter: AgSnO₂-Kontaktspitzen mit einer BAg15CuP-Lötschicht
Bei Gleichstrom-Leistungsschaltern für 5G-Stromverteilungssysteme wies die bestehende Kontaktlösung eines Kunden einen übermäßigen Temperaturanstieg, unzureichende Beständigkeit gegen Kontaktverschweißung und eine begrenzte elektrische Lebensdauer auf. Diese Probleme konnten die Betriebssicherheit beeinträchtigen und den Wartungsaufwand erhöhen.
Fudar Alloy entwickelte daraufhin eine AgSnO₂-
Kontaktspitzenlösung mit einer BAg15CuP-Lötschicht. Durch ein Pulverzerstäubungsverfahren wurde eine präzisere Kontrolle der Materialmikrostruktur und eine gleichmäßigere Verteilung der SnO₂-Partikel in der Silbermatrix erreicht. Diese homogene Mikrostruktur gewährleistet eine gleichbleibende Beständigkeit gegen Lichtbogenerosion und Kontaktverschweißung unter Hochstrom-Schaltbedingungen.
Die BAg15CuP-Schicht sorgt für eine zuverlässige Lötverbindung zwischen der Kontaktspitze und dem Kupferträger und trägt dazu bei, dass die Verbindung den thermischen und mechanischen Belastungen im Betrieb standhält.
Die Kundenvalidierung ergab, dass der montierte Leistungsschalter 8.000 elektrische Schaltzyklen erreichte, im Vergleich zu 3.000 zuvor. Auch seine mechanische Lebensdauer stieg von 12.000 auf 20.000 Zyklen. Durch die Verlängerung der elektrischen Nutzungsdauer und die Verbesserung der Betriebsstabilität trug die Lösung dazu bei, den Wartungsaufwand über den gesamten Lebenszyklus zu reduzieren und die Sicherheitsmarge der Geräte zu erhöhen.
Unterstützung der nächsten Generation von Kommunikationsinfrastruktur
Eine zuverlässige Kommunikationsinfrastruktur ist auf das reibungslose Zusammenspiel zahlreicher Komponenten angewiesen – darunter auch elektrische Kontakte, die eine sichere und stabile Stromverteilung gewährleisten.
Fudar Alloy verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit elektrischen Kontaktmaterialien und kombiniert Expertise in der Materialentwicklung, fortschrittliche Fertigungsprozesse und anwendungsspezifisches Produktdesign, um den wachsenden Anforderungen der 5G-Infrastruktur gerecht zu werden.
Auch in Zukunft werden wir die Fortschritte in der Kommunikationstechnologie verfolgen und leistungsfähigere elektrische Kontaktmaterialien entwickeln, die eine zuverlässige Stromsteuerung und einen zuverlässigen Schutz in 5G- und zukünftigen Kommunikationsnetzen ermöglichen.
