2019年是5G產(chǎn)業(yè)進(jìn)入全面商用的關(guān)鍵一年，功率器件的發(fā)展也迎來了新一輪機(jī)遇與挑戰(zhàn)。氮化鎵憑借其禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì)，在5G市場得以迅速擴(kuò)張。
MACOM公司一直以來致力于推動氮化鎵在主流應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。日前，MACOM參展EDI CON China 2019，展示了豐富的高性能射頻氮化鎵器件產(chǎn)品組合，及適用于5G連接、無線基站等射頻應(yīng)用的全新產(chǎn)品解決方案。
MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼
在5G市場發(fā)掘更多氮化鎵應(yīng)用需求
傳統(tǒng)基站中采用的射頻功放主要基于LDMOS技術(shù)，但LDMOS技術(shù)的極限頻率不超過3.5GHz，也不能滿足視頻應(yīng)用所需的300MHz以上帶寬。因為上述原因，基站開始采用射頻氮化鎵器件來替代LDMOS器件。LDMOS器件物理上已經(jīng)遇到極限，這就是氮化鎵器件進(jìn)入市場的原因。基站應(yīng)用需要更高的峰值功率、更寬的帶寬以及更高的頻率，這些因素都促成了基站接受氮化鎵器件。
而隨著5G商業(yè)化工作的逐步推進(jìn)，5G基站的建設(shè)也迎來了一個高峰。據(jù)預(yù)測，我國將需新增460萬個5G宏基站，2019年新建5G基站預(yù)計為10萬站左右，預(yù)計全球在30萬~40萬站左右。由此催生的氮化鎵器件的需求是巨大的。
即使在5G啟用后，依然存在技術(shù)上的難題，即通信的穩(wěn)定性和高效性。5G基站和終端的開發(fā)挑戰(zhàn)主要在射頻領(lǐng)域，由于5G基站采用大規(guī)模天線陣列技術(shù)、支持更寬的帶寬和速率，為滿足其商用化的要求，對射頻器件的集成度，帶寬，功耗以及成本提出了更高的要求。頻譜作為稀缺資源，要提高頻譜利用率，主要的技術(shù)方式是增加基站和天線的數(shù)量，對應(yīng)5G中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)為大規(guī)模天線陣列(MassiveMIMO)和超密集組網(wǎng)(UDN)。
在5G的關(guān)鍵技術(shù)Massive MIMO應(yīng)用中，基站收發(fā)信機(jī)上使用大數(shù)量（如32/64等）的陣列天線來實(shí)現(xiàn)了更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性，這種架構(gòu)需要相應(yīng)的射頻收發(fā)單元陣列配套，因此射頻器件的數(shù)量將大為增加，器件的尺寸大小很關(guān)鍵，利用氮化鎵的尺寸小、效率高和功率密度大的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)高集化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。
同時在5G毫米波應(yīng)用上，GaN的高功率密度特性在實(shí)現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實(shí)現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。
MACOM在氮化鎵領(lǐng)域的持續(xù)投入
MACOM在射頻微波領(lǐng)域耕耘了60年以上，有相當(dāng)多的技術(shù)積累。目前MACOM可以提供覆蓋射頻收發(fā)、上/下變頻、功率放大器、天線的完整射頻鏈路解決方案。據(jù)MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼介紹，MACOM具備服務(wù)軍品市場的資質(zhì)與能力，由此轉(zhuǎn)向服務(wù)民用市場，有著絕對的優(yōu)勢，且MACOM可以將已有的產(chǎn)品和技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，由此派生出新的應(yīng)用需求，同時在高質(zhì)量高精度方面也極具優(yōu)勢。以5G中Massive MIMO為例，就可以借用相控陣?yán)走_(dá)的結(jié)構(gòu)和概念。
MACOM的硅基氮化鎵技術(shù)能夠以更低的成本結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的性能結(jié)果，而且質(zhì)量完全可靠，推動在蜂窩網(wǎng)絡(luò)、射頻能量，甚至雷達(dá)和航空電子等關(guān)鍵應(yīng)用中取得全新突破。
成鋼特別指出，在中國本土，MACOM的人力與設(shè)計能力投入也一直穩(wěn)步增長，MACOM也是唯一一家將M-MIMO的設(shè)計任務(wù)交給國內(nèi)設(shè)計團(tuán)隊的外企。
與ST合作為大規(guī)模商用做產(chǎn)能儲備
隨著全球推出5G網(wǎng)絡(luò)并轉(zhuǎn)向大規(guī)模MIMO天線配置，射頻RF功率產(chǎn)品需求預(yù)計將會大幅提高。具體而言，MACOM估計功率放大器需求數(shù)量將增至32倍至64倍，相應(yīng)地，5G基礎(chǔ)設(shè)施投資在5年內(nèi)預(yù)計增至3倍多，因此，單個放大器成本估計會降至十分之一至二十分之一。為滿足5G天線現(xiàn)場部署的成本、頻譜和能效目標(biāo)，基站OEM廠商需要氮化鎵器件的性能，以及能夠促進(jìn)升級轉(zhuǎn)型的成本結(jié)構(gòu)和制造規(guī)模。
MACOM早在去年2月份就與ST就硅基氮化鎵晶圓的開發(fā)達(dá)成一項協(xié)議，即由ST負(fù)責(zé)生產(chǎn)，供MACOM在各種射頻應(yīng)用中使用。在擴(kuò)大MACOM供應(yīng)來源的同時，賦予ST針對手機(jī)、無線基站和相關(guān)商業(yè)電信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用以外的射頻市場生產(chǎn)及銷售其自己的硅基氮化鎵產(chǎn)品的權(quán)利。
通過這項協(xié)議，MACOM有望提高硅晶圓生產(chǎn)能力、改進(jìn)成本結(jié)構(gòu)以取代現(xiàn)有的硅LDMOS技術(shù)，還可加速硅基氮化鎵在主流市場的普及。據(jù)了解，2019MACOM還將擴(kuò)大ST工廠150mm 硅基氮化鎵的產(chǎn)能，200mm硅基氮化鎵按需擴(kuò)產(chǎn)以全球5G電信網(wǎng)建設(shè)。
通過與ST的合作，MACOM能夠滿足基站廠商的全部要求--產(chǎn)品性能、成本優(yōu)勢和高產(chǎn)量供應(yīng)鏈。這個早期階段的聯(lián)合產(chǎn)能投資，可以使MACOM迅速布局全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)市場。