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5G毫米波手机PA材料仙拚仙 孰能胜出尚待规格一统

来源:科技网 发布时间:2019-03-29

摘要: 5G、AI、车用电子无非是全球电子产业确定的发展趋势,5G世代高频特性、数据中心走向更高速传输等产业界方向,逐步考验硅材料在半导体市场的广大版图。


5G、AI、车用电子无非是全球电子产业确定的发展趋势,5G世代高频特性、数据中心走向更高速传输等产业界方向,逐步考验硅材料在半导体市场的广大版图。


化合物半导体在射频(RF)、功率放大器(PA)组件应用行之有年,也大量应用于发光二极管(LED)、雷射二极管(LD)、光收发器等光电组件领域。


而就2019年众厂纷纷高喊5G声浪,5G基础建设自然先行驱动,到了终端手机搭载的射频组件层次,Sub 6 GHz还是主流的砷化镓产品可发挥所长的频段,不过中长期趋势的毫米波高频段,哪种化合物半导体制程才能在手机PA领域胜出,目前尚有待大一统时程到来。


熟悉半导体业者坦言,一般谈到现行的化合物半导体,最主流也最成熟的为砷化镓,主要应用在基地台、行动装置等无线射频、PA组件,如现行4G手机都大量采用砷化镓PA,而像磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)等也陆续被提及有机会导入于5G世代高频段的手机用功率放大器。


若以IDM大厂的角度来看,原本在无线通信射频组件寡占的IDM大厂Skyworks、Avago、Qorvo也将面临后起直追的英飞凌(Infineon)、意法半导体(STM)等竞争,5G世代布局高频、高电子迁移率的新材料已经是现在进行式。


其中,碳化硅(SiC)、氮化镓被视为是车用功率组件、无线通信组件性能优异的材料之一。不过目前车用SiC组件仍与硅基MOSFET、IGBT有不小的成本差距,呼声较高的GaN通讯组件也持续要面对InP、GaAs间的竞争。


而在无线通信领域,熟悉砷化镓磊芯片业者表示,目前以砷化镓制程制作的异质接面双面性晶体管(HBT),仍可以支持Sub 6 GHz的5G低频段的手机PA使用,不过,未来5G世代中长期发展是毫米波频段,如28GHz、38GHz、69GHz等30~300GHz各类更高频段,砷化镓制程则可导入假型高电子迁移率晶体管(pHEMT),估计可以适用到约100GHz频段。


但针对砷化镓未来应用于手机PA组件,业界则各有不同看法。据了解,IDM大厂目前各类研发方案并行。一方面有业者认为砷化镓pHEMT不太适用于手机PA,反而是磷化铟(InP)制程HBT芯片有机会在5G mmWave手机PA胜出,频段可支持到900GHz,同时具有磷化铟之低功率消耗、更佳电气特性,能够使手机待机电压更低、功率放大倍率更佳的表现,有利于采用分子束磊晶法(MBE)制程的唯二磊芯片大厂如IQE、英特磊等。


而业界看法却未必全然相同,在InP领域,用MBE法可有质量与良率等优势,不过事实上,全球光通讯大厂目前也已经多方采用InP材料,InP磊芯片事实上用有机金属化学气相沉积(MOCVD)机台也可生产,目前MBE法生产之磊芯片质量、成本、价格相对较高,MOCVD最大优势就是能够大量、有效率的长晶,相关业者也提出,未来5G手机PA量能将相当庞大,性价比、产能供应势必是商业化最大挑战之一。


另外被业界视为第三代半导体材料的氮化镓(GaN),也是5G mmWave手机PA技术的候选者之一,并且不少业者相当看好GaN潜力。如IDM厂STM等业者积极希望能够以硅基氮化镓(GaN-On-Si)抢进射频组件,但是在昂贵设备、成本、量能上,也同样面临未来商业化的瓶颈。在硅的基础上,台系晶圆代工厂如台积电、世界先进也具有GaN-On-Si的制程能力。


碳化硅基氮化镓(GaN-On-SiC)制程的氮化镓组件,则是台系三五族业者如稳懋、全新光电的GaN技术主轴,同时具有SiC的高功率密度优势,但是硅制程为基础的GaN-on-Si,仍「相对」在SiC基板上制作GaN组件稍微有些成本优势,只是性能上打了点折扣。

但总体而言,5G世代推动各类制程、技术百花齐放,InP、GaN相较于主流的砷化镓、甚至是硅基础制程中可生成的GaN-on-Si、硅锗(SiGe)合金,也让硅基技术不灭,如何在5G世代山雨欲来的态势下,在性能、成本、商业化当中取得平衡,业界则认为,目前还有待规格统一的一天。


也因此,目前全球RF、PA组件龙头IDM大厂尚未有非常确定的手机5G mmWave PA规格出现,但不可否认的是,IDM大厂多半自家也拥有质量、精准度较高的MBE磊芯片机台,与MOCVD两大磊芯片制程技术仍是并驾齐驱,未来孰能在5G世代中胜出还是未知数。


这也恐怕是台系三五族半导体业者泰半对于5G mmWave 手机PA的推出与普及时程暂时无法给出确切时间点的原因之一。

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