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芯思想 | 美国军用GaN进展情况

2017/03/28
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2005 年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)为开始将氮化镓(GaN)视为砷化镓(GaAs)的替代品,开始为制造商提供 GaN 研发资金,从而开始致力于其发展。可以说近十年来,电子战和雷达最大的变化之一就是材料由 GaAs 向 GaN 过渡,度由此带来功率、可靠性和经济上的改善。已经证实,在可靠性和导热率方面 GaN 都超过 GaAs。


GaN 已经在大部分高功率军事应用中占据强有力的稳固地位,,并已占领一些有线电视和蜂窝基础设施市场,但是 LDMOS 目前仍占据基础设施和工业市场的绝大部分份额。但这种情况可能很快就会改变,因为 GaN 性能与 LDMOS 基本相当甚至更胜一筹。


当其他国家的制造厂商都在关注 3 或 4 英寸的 GaN 晶圆,美国制造商已经将重心转移到 6 英寸的 GaN 晶圆生产上。一些公司已经宣布会在接下来的一到两年内转到 6 英寸生产上。


Qorvo
Qorvo 成立于 2015 年 1 月,其前身是 RFMD 和 TriQuint。Qorvo 是全球移动、基础设施和航天航空 / 国防应用领域提供核心技术和 RF 解决方案的领先供应商,可让战略客户获得全球最广泛、最先进的 III-V 技术组合。


Qorvo(TriQuint)公司于 1999 年开始探索 GaN 的可行性,并于 2008 年推出了第一个 SiC 基 GaN 的生产工艺。


2014 年 6 月 Qorvo(TriQuint)达到了制造成熟度(MRL)9 级,2014 年 7 月 29 日公司也被美国国防部(DoD)认证为可提供代工、后道工艺、封装和组装、射频测试等服务的微电子可信供应商(种类 A1),是第一个实现 GaN 射频芯片制造成熟度 MRL 达到 9 级的生产商,符合全部性能、成本和产能目标,并具备全速率生产的能力。


2015 年 5 月 Qorvo 推出了采用 GaN 的 Ku 和 Ka 波段的功率放大器,能提高商业小孔径终端和军用卫星通信的效率、增益和功率。


2015 年 9 月公司成功将专有的 SiC 基 QGaN25 工艺技术扩展用于在 6 英寸晶圆上生产单片微波集成电路(MMIC),预计从 4 英寸过渡到 6 英寸晶圆,大约能使 Qorvo 公司的碳化硅基氮化镓生产能力增加一倍,并且有利于降低制造成本,对价格实惠的射频器件生产,能起到显著的推进作用。


Qorvo 公司认为 GaN 已经成熟,公司 GaN 产量的增加源于从有线电视到手机信号塔的商业需求。


Qorvo 公司目前有三大工艺 QGaN50(0.5µm)、QGaN25(0.25µm)、QGaN15(0.15µm),之前作为独立的公司,RFMD 和 TriQuint 都提供 GaN 制造服务,但自从合并为 Qorvo 以来,它们则只与“战略”客户(如 Lockheed Martin)合作。

Raytheon
Raytheon 公司是美国甚至全球军工技术、政府与商业电子技术等行业的龙头老大。
公司 1999 年开始研究氮化镓中,2000 年推出第一个 MMIC 产品;2009 年开始在 4 英寸基板上生产,目前公司所有产品都符合 DARPA 的标准


公司位于美国马萨诸塞州的制造厂属于公司国防部门 RF Components,通过美国国防部(DoD)的认证,成为 1A 类“可信代工 Trusted Foundry”服务提供商。


2014 年 6 月,雷声公司表示已经成功地演示了装备有 AESA 和 GaN 的“爱国者”雷达。基于 GaN 的 AESA 赋予雷达 360°的监视能力。


2015 年 2 月,美国政府批准雷声公司研制的装备有 AESA/GaN 的新型“爱国者”雷达进入国际市场销售。


2015 年雷声公司的 AMDR 雷达将作为首个采用 GaN 芯片的雷达交付,AMDR 雷达将被整合到美国海军 DDG 51 Flight III 型驱逐舰上。

MACOM
MACOM 是射频微波领域的先驱者,是全球领先的射频 / 微波 / 光学半导体和混合光、电芯片的完整解决方案领先供应商。


MACOM 有两大类氮化镓器件,第一类是基于碳化硅衬底的氮化镓器件;第二类是基于硅衬底的氮化镓器件,第二类性价比很高。


公司开发基于硅衬底的氮化镓功率放大器,在尽量接近基于碳化硅工艺的基础上,把成本降低了很多。这将非常有助于推动氮化镓半导体工艺往大批量有低成本要求的商业领域应用进行拓展。在用量非常大的无线能源和无线通信领域,比如基站等应用,我们基于硅衬底的氮化镓功率放大器成本和传统 LDMOS 的成本现在是可以比拟的。

 


Northrop Grumman
Northrop Grumman 是是世界上最大的雷达制造商和最大的海军船只制造商,主要为全球客户提供系统协同化、防卫电器和信息技术的创新解决方案,公司位于加利福尼亚州的制造厂通过美国国防部(DoD)的认证,成为 1A 类“可信代工 Trusted Foundry”和“可信设计 Trusted Design”服务提供商。位于马里兰州的制造厂通过美国国防部(DoD)的认证,为 1A 类“可信代工 Trusted Foundry”服务提供商。


Northrop Grumman 利用内部强大的制造能力,已将 GaAs 和 GaN 发射 / 接收模块混合并匹配到了同一孔径中。


2015 年 8 月 25 日,Northrop Grumman 获得美国海军陆战队 900 万美元资助,进行 GaN 生产。

Lockheed Martin
Lockheed Martin 与上述竞争对手不同,公司没有晶圆制造厂。公司借助于商业制造厂商美国 Wolfspeed 公司(原 Cree)和 Qorvo 公司(原 TriQuint)。Lockheed Martin 的模式是将自己的系统需求交给两个商业制造厂。


Lockheed Martin 已经完成“SpaceFence”的系统设计评审。在公司开始进行初始设计评审时,GaN 功率放大器已进入第三次迭代过程。在“SpaceFence”雷达达到 TRL5 级同时,Lockheed Martin 做了大量的工作来优化他们与 Wolfspeed 公司(原 Cree)和 Qorvo 公司(原 TriQuint)一同设计的 MMIC,以获得尽可能实惠和可靠的功率放大器。2010 年在““SpaceFence”雷达达到 TRL6 级;2012 年实现了“SpaceFence”TRL7 级。”


Lockheed Martin 开发了一种被美国空军称为三坐标远程雷达(3DELRR)的新型 L 波段雷达,美国空军希望雷达采用 GaN。 

本文授权转载自“芯思想”,如需转载请联系“芯思想”微信公共帐号。

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Qorvo(纳斯达克代码:QRVO)提供各种创新半导体解决方案,致力于让我们的世界更美好。我们结合产品和领先的技术优势、以系统级专业知识和全球性的制造规模,快速解决客户最复杂的技术难题。Qorvo 面向全球多个快速增长的细分市场提供解决方案,包括消费电子、智能家居/物联网、汽车、电动汽车、电池供电设备、网络基础设施、医疗保健和航空航天/国防。访问 www.qorvo.com,了解我们多元化的创新团队如何连接地球万物,提供无微不至的保护和源源不断的动力。

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“芯思想semi-news”微信公众号主笔。非211非985非半导体专业非电子专业毕业,混迹半导体产业圈20余载,熟悉产业链各环节情况,创办过半导体专业网站,参与中国第一家IC设计专业孵化器的运营,担任《全球半导体晶圆制造业版图》一书主编,现供职于北京时代民芯科技有限公司发展计划部。邮箱:zhao_vincent@126.com;微信号:门中马/zhaoyuanchuang