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。

 

MACOM 中国销售总监孟爱国先生

 

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,MACON 是 GaN-on-Si 技术领域首家开发公司及专利申请人,目前持有该知识产权的专属权。”

 

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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