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硅基氮化镓在5G市场将大有可为

王伟 2019/4/14 9:30:00

  2019年是5G产业进入全面商用的关键一年,功率器件的发展也迎来了新一轮机遇与挑战。氮化镓凭借其禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质,在5G市场得以迅速扩张。

  MACOM公司一直以来致力于推动氮化镓在主流应用中实现商业化。日前,MACOM参展EDI CON China 2019,展示了丰富的高性能射频氮化镓器件产品组合,及适用于5G连接、无线基站等射频应用的全新产品解决方案。

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MACOM无线产品中心资深总监成钢

  在5G市场发掘更多氮化镓应用需求

  传统基站中采用的射频功放主要基于LDMOS技术,但LDMOS技术的极限频率不超过3.5GHz,也不能满足视频应用所需的300MHz以上带宽。因为上述原因,基站开始采用射频氮化镓器件来替代LDMOS器件。LDMOS器件物理上已经遇到极限,这就是氮化镓器件进入市场的原因。基站应用需要更高的峰值功率、更宽的带宽以及更高的频率,这些因素都促成了基站接受氮化镓器件。

  而随着5G商业化工作的逐步推进,5G基站的建设也迎来了一个高峰。据预测,我国将需新增460万个5G宏基站,2019年新建5G基站预计为10万站左右,预计全球在30万~40万站左右。由此催生的氮化镓器件的需求是巨大的。

  即使在5G启用后,依然存在技术上的难题,即通信的稳定性和高效性。5G基站和终端的开发挑战主要在射频领域,由于5G基站采用大规模天线阵列技术、支持更宽的带宽和速率,为满足其商用化的要求,对射频器件的集成度,带宽,功耗以及成本提出了更高的要求。频谱作为稀缺资源,要提高频谱利用率,主要的技术方式是增加基站和天线的数量,对应5G中的关键技术应为大规模天线阵列(MassiveMIMO)和超密集组网(UDN)。

  在5G的关键技术Massive MIMO应用中,基站收发信机上使用大数量(如32/64等)的阵列天线来实现了更大的无线数据流量和连接可靠性,这种架构需要相应的射频收发单元阵列配套,因此射频器件的数量将大为增加,器件的尺寸大小很关键,利用氮化镓的尺寸小、效率高和功率密度大的特点可实现高集化的解决方案,如模块化射频前端器件。

  同时在5G毫米波应用上,GaN的高功率密度特性在实现相同覆盖条件及用户追踪功能下,可有效减少收发通道数及整体方案的尺寸。实现性能成本的最优化组合。

  MACOM在氮化镓领域的持续投入

  MACOM在射频微波领域耕耘了60年以上,有相当多的技术积累。目前MACOM可以提供覆盖射频收发、上/下变频、功率放大器、天线的完整射频链路解决方案。据MACOM无线产品中心资深总监成钢介绍,MACOM具备服务军品市场的资质与能力,由此转向服务民用市场,有着绝对的优势,且MACOM可以将已有的产品和技术进行结合,由此派生出新的应用需求,同时在高质量高精度方面也极具优势。以5G中Massive MIMO为例,就可以借用相控阵雷达的结构和概念。

  MACOM的硅基氮化镓技术能够以更低的成本结构实现更优的性能结果,而且质量完全可靠,推动在蜂窝网络、射频能量,甚至雷达和航空电子等关键应用中取得全新突破。

  成钢特别指出,在中国本土,MACOM的人力与设计能力投入也一直稳步增长,MACOM也是唯一一家将M-MIMO的设计任务交给国内设计团队的外企。

  与ST合作为大规模商用做产能储备

  随着全球推出5G网络并转向大规模MIMO天线配置,射频RF功率产品需求预计将会大幅提高。具体而言,MACOM估计功率放大器需求数量将增至32倍至64倍,相应地,5G基础设施投资在5年内预计增至3倍多,因此,单个放大器成本估计会降至十分之一至二十分之一。为满足5G天线现场部署的成本、频谱和能效目标,基站OEM厂商需要氮化镓器件的性能,以及能够促进升级转型的成本结构和制造规模。

  MACOM早在去年2月份就与ST就硅基氮化镓晶圆的开发达成一项协议,即由ST负责生产,供MACOM在各种射频应用中使用。在扩大MACOM供应来源的同时,赋予ST针对手机、无线基站和相关商业电信基础设施应用以外的射频市场生产及销售其自己的硅基氮化镓产品的权利。

  通过这项协议,MACOM有望提高硅晶圆生产能力、改进成本结构以取代现有的硅LDMOS技术,还可加速硅基氮化镓在主流市场的普及。据了解,2019MACOM还将扩大ST工厂150mm 硅基氮化镓的产能,200mm硅基氮化镓按需扩产以全球5G电信网建设。

  通过与ST的合作,MACOM能够满足基站厂商的全部要求--产品性能、成本优势和高产量供应链。这个早期阶段的联合产能投资,可以使MACOM迅速布局全球5G网络建设市场。


MACOM 氮化镓