5G行业技术的发展带起了氮化镓材料,产品市场颇为广阔

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在今年的CES上国内多家手机厂商发布了5G手机,从而将5G技术再次推向高潮,全球对5G的呼声越来越高,中国、英国、韩国、美国都已经开始部署5G基站,并展开测试。在5G无线网络中,功率是一个至关重要的因素。如果工程师想不增加面积持续提升功率,只能提高功率密度。

当现有技术出现桎梏时,人们很容易想到通过更先进的材料实现更高的技术指标,GaN进入人们的视线。GaN是直接宽带隙半导体材料,属于第三代半导体,具备良好的导热率、抗辐射能力、击穿电场和电子饱和速率。与硅组件相比,GaN可以在尺寸和能耗减半的条件下输送同等的功率。由此便可以提高功率密度,帮助客户在不增大设计空间的同时满足更高的功率要求。

基站大量建设,GaN产品市场看涨

在5G应用中,大范围的5G网络覆盖要求运营商部署更高功率和运行频率的设备。目前通讯基站使用的砷化镓器件已经无法满足在高频下保持高集成度。但是网络运营商不希望提高信号塔设备的尺寸,GaN射频功率放大器具有高功率、高增益和高效率,更能适配5G基站的技术需求,显然会成为网络运营商的首选。在基站应用中GaN器件的增量会有多大?笔者在今年的EDICON上采访了MACOM中国销售总监孟爱国先生,他表示,“预计2019年中国将建设20-30万台5G基站,按照一个基站64T 192路功放计算,大概需要10亿颗,估计明年的量会更大,2021年-2022年会呈指数级增加。”

据国家新材料产业发展战略咨询委员会天津院表示,2016年射频功率半导体(>3W)市场规模接近15亿美元,预计2020年将达到26亿美元,其中电信基础设施(包含基站、无线回传)射频功率半导体将占据一半的市场份额。5G基础建设大范围铺开后,GaN器件数量将以80%的年均复合增长率增长。这也印证了GaN市场将迎来飞速发展。

中国的半导体市场对于全球的芯片供应商来说都举足轻重。同样孟爱国也表示,MACOM中国的市场营收占全球的三分之一,随着5G的发展会进一步扩大。国内华为、中兴等设备上已经采用了MACOM的产品。

笃定GaN-on-Si产品研发,在该领域做成唯一

对于宽禁带产品而言,物理属性表现好,尤其是SiC和GaN材料的器件,其中SiC适合高功率应用,GaN适合高频率应用。这两种产品MACOM原来都有,后来转向专注于GaN-on-Si(硅基氮化镓)器件研发,其产品效率更高,有助于开发商设计和部署更小、更轻的基站硬件;网络运营商致力于提供尽可能多天线以达到目标容量,而将GaN-on-Si器件技术与模块驱动设计相结合,便能够设计并部署更小、更轻的产品。就拿功放散热来说,MACOM的GaN产品在2.6GHz时,功放效率可以做到60%,而LDMOS产品的效率只有40%-50%。

而且MACOM是唯一一家研究GaN-on-Si的公司,拥有多项专利,从工艺的复杂程度,产品良率,生产周期来看,不管产能还是成本,MACOM都占有优势。可能很多人会想到,为什么其它公司没有来做GaN-on-Si?孟爱国解释,“主要是技术壁垒问题,英飞凌曾经也计划研发GaN-on-Si产品,但是没办法绕过技术壁垒最后放弃了。”

当笔者问只有一家公司来做GaN-on-Si 产品是不是不利于生态系统的建设时,孟爱国表示,“我们对自己的技术很产品有信心,我们的功率晶体管、MMIC和PA专为主流5G基站部署而量身定制,将实现可为数据速率、范围和能效设定新标准的天线和无线电设计。”

 

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