5G穩(wěn)步起飛,GaN的成長好時機到了

在今年的CES上國內(nèi)多家手機廠商發(fā)布了5G手機，從而將5G技術(shù)再次推向高潮，全球?qū)?G的呼聲越來越高，中國、英國、韓國、美國都已經(jīng)開始部署5G基站，并展開測試。在5G無線網(wǎng)絡(luò)中，功率是一個至關(guān)重要的因素。如果工程師想不增加面積持續(xù)提升功率，只能提高功率密度。

當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)桎梏時，人們很容易想到通過更先進的材料實現(xiàn)更高的技術(shù)指標(biāo)，GaN進入人們的視線。GaN是直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，屬于第三代半導(dǎo)體，具備良好的導(dǎo)熱率、抗輻射能力、擊穿電場和電子飽和速率。與硅組件相比，GaN可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等的功率。由此便可以提高功率密度，幫助客戶在不增大設(shè)計空間的同時滿足更高的功率要求。

MACOM中國銷售總監(jiān)孟愛國先生

基站大量建設(shè)，GaN產(chǎn)品市場看漲在5G應(yīng)用中，大范圍的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求運營商部署更高功率和運行頻率的設(shè)備。目前通訊基站使用的砷化鎵器件已經(jīng)無法滿足在高頻下保持高集成度。但是網(wǎng)絡(luò)運營商不希望提高信號塔設(shè)備的尺寸，GaN射頻功率放大器具有高功率、高增益和高效率，更能適配5G基站的技術(shù)需求，顯然會成為網(wǎng)絡(luò)運營商的首選。在基站應(yīng)用中GaN器件的增量會有多大？筆者在今年的EDICON上采訪了MACOM中國銷售總監(jiān)孟愛國先生，他表示，“預(yù)計2019年中國將建設(shè)20-30萬臺5G基站，按照一個基站64T 192路功放計算，大概需要10億顆，估計明年的量會更大，2021年-2022年會呈指數(shù)級增加?！?/p>

據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會天津院表示，2016年射頻功率半導(dǎo)體（＞3W）市場規(guī)模接近15億美元，預(yù)計2020年將達到26億美元，其中電信基礎(chǔ)設(shè)施（包含基站、無線回傳）射頻功率半導(dǎo)體將占據(jù)一半的市場份額。5G基礎(chǔ)建設(shè)大范圍鋪開后，GaN器件數(shù)量將以80％的年均復(fù)合增長率增長。這也印證了GaN市場將迎來飛速發(fā)展。

中國的半導(dǎo)體市場對于全球的芯片供應(yīng)商來說都舉足輕重。同樣孟愛國也表示，MACOM中國的市場營收占全球的三分之一，隨著5G的發(fā)展會進一步擴大。國內(nèi)華為、中興等設(shè)備上已經(jīng)采用了MACOM的產(chǎn)品。

篤定GaN-on-Si產(chǎn)品研發(fā)，在該領(lǐng)域做成唯一對于寬禁帶產(chǎn)品而言，物理屬性表現(xiàn)好，尤其是SiC和GaN材料的器件，其中SiC適合高功率應(yīng)用，GaN適合高頻率應(yīng)用。這兩種產(chǎn)品MACOM原來都有，后來轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂贕aN-on-Si（硅基氮化鎵）器件研發(fā)，其產(chǎn)品效率更高，有助于開發(fā)商設(shè)計和部署更小、更輕的基站硬件；網(wǎng)絡(luò)運營商致力于提供盡可能多天線以達到目標(biāo)容量，而將GaN-on-Si器件技術(shù)與模塊驅(qū)動設(shè)計相結(jié)合，便能夠設(shè)計并部署更小、更輕的產(chǎn)品。就拿功放散熱來說，MACOM的GaN產(chǎn)品在2.6GHz時，功放效率可以做到60%，而LDMOS產(chǎn)品的效率只有40%-50%。

而且MACOM是唯一一家研究GaN-on-Si的公司，擁有多項專利，從工藝的復(fù)雜程度，產(chǎn)品良率，生產(chǎn)周期來看，不管產(chǎn)能還是成本，MACOM都占有優(yōu)勢?？赡芎芏嗳藭氲?，為什么其它公司沒有來做GaN-on-Si？孟愛國解釋，“主要是技術(shù)壁壘問題，英飛凌曾經(jīng)也計劃研發(fā)GaN-on-Si產(chǎn)品，但是沒辦法繞過技術(shù)壁壘最后放棄了?！?/p>

當(dāng)筆者問只有一家公司來做GaN-on-Si 產(chǎn)品是不是不利于生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)時，孟愛國表示，“我們對自己的技術(shù)很產(chǎn)品有信心，我們的功率晶體管、MMIC和PA專為主流5G基站部署而量身定制，將實現(xiàn)可為數(shù)據(jù)速率、范圍和能效設(shè)定新標(biāo)準(zhǔn)的天線和無線電設(shè)計?！?/p>