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氮化鎵RF器件
欄目:氮化鎵RF器件 發布時間:2019-06-20

電信和國防市場推動射頻氮化鎵(RF GaN)應用


據麥姆斯咨詢介紹,近年來,GaN憑借高頻下更高的功率輸出和更小的占位面積,被射頻行業大量應用。在電信基礎設施和國防兩大主要市場的推動下,預計到2024年RF GaN整體市場規模將增長至20億美元。


過去十年,全球對電信基礎設施的投資一直很穩定,并且,中國政府的投入近年持續增長。在這個穩定的市場中,更高的頻率趨勢,為RF GaN在5G網絡頻率低于6GHz(sub-6Ghz)的功率放大器(PA)中找到了用武之地。該應用預計將在未來五年內推動GaN市場的增長。


盡管下一代有源天線技術可以為硅橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)技術提供優勢,但由于熱管理等技術限制,以及在大多數高密度領域對此類天線的本地化需求,射頻拉遠頭(RRH)將不會被替代,并將采用GaN PA長期存在。從2021年開始,小型蜂窩和回程連接的大規模應用也將為RF GaN帶來重大機遇。


國家安全一直是全球各國的頭等大事。國防應用總是優先考慮高端且高效的系統。在此背景下的主流技術趨勢是,美國、中國、歐盟和日本已經用更小的固態系統取代行波管(TWT),以提供更高的性能和可擴展性。隨著新型GaN基有源電子掃描陣列(AESA)雷達系統的應用,基于GaN的軍用雷達預計將主導GaN軍事市場,預計2018~2024年該細分市場的復合年增長率(CAGR)將超過21%。


對于需要高頻高輸出的衛星通信應用,GaN有望逐步取代砷化鎵(GaAs)解決方案。對于有線電視(CATV)和民用雷達市場,GaN與LDMOS或GaAs相比仍然面臨著高成本壓力,但其附加價值顯而易見。對于代表GaN重要消費市場機遇的RF能量傳輸市場,GaN-on-Si可提供更具成本效益的解決方案。


最后但并非最不重要的是,意法半導體(STMicroelectronics)剛剛正式宣布它們正在瞄準采用GaN-on-Si技術的手機PA。GaN PA能夠進入手機應用嗎?它們有哪些優勢和瓶頸?


本報告包含了Yole對不同細分市場GaN應用的理解。本報告全面概述了5G對無線基礎設施、射頻前端(FE)和基于GaN的軍事市場的影響,以及Yole對當前市場動態和未來發展的展望。


GaN如何贏得競爭,哪種技術終將勝出?


自從20年前第一批商用產品問世,GaN在射頻功率應用領域已成為LDMOS和GaAs的重要競爭對手,并且,正在以更低的成本不斷提高性能和可靠性。首批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件幾乎同時出現,但GaN-on-SiC在技術上已經變得更加成熟。GaN-on-SiC目前主導了RF GaN市場,已滲透到4G LTE無線基礎設施市場,預計將部署在5G sub-6Ghz的RRH架構中。


不過,與此同時,經濟高效的LDMOS技術也取得了顯著進步,可能會對5G sub-6Ghz有源天線和大規模多輸入多輸出(MIMO)應用中的GaN解決方案發起挑戰。在此背景下,GaN-on-Si作為潛在的挑戰者可能會擴展到8英寸晶圓,為商用市場提供具有成本效益的解決方案。盡管到了2019年第一季度,GaN-on-Si仍然處于小批量生產階段,但是,預計它將挑戰基站(BTS)和RF能源市場中現有的LDMOS解決方案。


GaN-on-Si廠商的另一個目標市場是大規模消費類5G手機PA市場,如果成功,將在未來幾年開辟新的市場機遇。隨著GaN-on-Si產品的最終上量,GaN-on-SiC和GaN-on-Si可能會在一段時間內在市場上共存。


最后但并非最不重要的是,創新的GaN-on-Diamond技術正在參與競爭,與其它競爭技術相比,GaN-on-Diamond技術有望提供更高的功率輸出密度和更小的占位面積。該技術主要針對性能驅動型應用,例如高功率基站、軍事和衛星通信等。


本報告探討了SiC、Si、金剛石(Diamond)和體GaN不同襯底平臺上的RF GaN器件技術。本報告預期了未來幾年的市場格局和成本趨勢,概述了GaN分立晶體管、單片微波集成電路(MMIC)和前端模塊(FEM)技術,并特別關注了新興的封裝技術。


RF GaN供應鏈現狀


RF GaN商用產品或樣品目前主要有三種不同的襯底平臺:SiC、Si和Diamond。每種技術的成熟度對各個供應鏈的成熟度有很大影響。GaN-on-SiC作為一項成熟的技術,供應鏈已經成熟,擁有眾多廠商和不同的集成水平。在RF組件層面,頂級供應商包括住友電工(SEDI)、科銳(Cree/Wolfspeed)和Qorvo。韓國艾爾福(RFHIC)自2017年上市后,營收獲得了大幅增長。領先的化合物半導體代工廠穩懋半導體(Win Semiconductors)目前正在積極供應RF GaN產品。MACOM-ST聯盟引領了GaN-on-Si競爭,而RFHIC和Akash Systems公司則是推動GaN-on-Diamond技術的兩大主要供應商。


對于軍事市場,各個國家和地區都在加強自己的GaN RF生態系統。GaN的應用受到許多強勢廠商的推動,例如來自美國的雷神(Raytheon)、諾斯洛普·格魯門(Northrop Grumman)、洛克希德馬?。↙ockheed Martin)等,來自歐洲的UMS、空中客車(Airbus)、薩博(Saab)等,以及中國領先的垂直整合廠商中國電子科技集團公司(CETC)。


不過,在電信市場,情況有所不同。2018年發生了很多戰略合作和并購。


■ 市場領導者SEDI和貳陸(II-VI)建立了垂直整合的6英寸GaN-on-SiC晶圓平臺,以滿足5G領域不斷增長的市場需求。


■ 科銳收購了英飛凌(Infineon)RF業務,包括LDMOS和GaN-on-SiC技術的封裝和測試。


本報告概覽了RF GaN產業現狀,覆蓋了SiC、Si和Diamond襯底上外延、器件和模塊設計的價值鏈,以及Yole對當前市場動態和未來發展的理解和展望。


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