5G基站射頻市場：LDMOS開始下滑、GaN快速增長

　　2016年8月29日，每年一次循例來為華為RF工程師講課的Qorvo高級Fellow Bill Boesch在深圳接受了專訪，他說：“4G、5G基站大功率射頻(RF)元件市場正在發(fā)生變革，原有的占主導地位的LDMOS元件雖有成本較低的優(yōu)勢，但市場份額正在出現(xiàn)下滑態(tài)勢，代之而起的是新興的GaN元件，它因其能夠節(jié)省更大功率的優(yōu)勢正在基站RF市場上快速增長。”

　　他特別提到，5G現(xiàn)在頻譜標準還沒有定，有可能會選擇4-5GHz或更高至毫米波頻段。對于手機終端來說，如果5G頻段在4-5GHz左右，GaAs RF應該還是主流，但如果最終選擇8GHz以上頻段，GaN RF元件就應該會成為主流選擇，因為它的高頻和高功率性能更加突出。再考慮到未來的汽車前向毫米波雷達將采用77GHz毫米波頻段，GaN大功率RF元件未來無疑將成為市場的應用主流。

　　圖1：Qorvo高級Fellow Bill Boesch與筆者合影

　　左一、陳路主編，左二、Bill Boesch，右二、Fay，右一、VIvo Xie

　　圖2：Qorvo高級Fellow Bill Boesch在深圳講課

　　Qorvo雖然2015年1月才正式宣布成立，但其實這不是一家新公司，它是由兩家在RF市場上久負盛名的美國公司Triquint和RFMD合并而成，Bill Boesch是這家公司的最高技術(shù)權(quán)威。

　　新興的GaN功率元件采用一種擁有類似于SiC性能優(yōu)勢的寬能隙材料，但擁有更大的成本控制潛力，尤其是高功率的硅基GaN具有更大輸出功率與更快工作頻率，已被廣泛看好成為下一世代的大功率元件。

　　知名市場研究公司IHS IMS Research的報告也顯示，未來十年，受到5G基站、汽車毫米波雷達、大功率電源、太陽能逆變器以及工業(yè)馬達的需求驅(qū)動，新興的GaN功率半導體市場將以18%的速度穩(wěn)步成長，預計在2022年以前， GaN功率元件的全球銷售額將從2012年的1.43億美元大幅增加到28億美元。

　　隨著GaN功率元件出貨量快速增長，業(yè)界觀察家均看好GaN的市場前景。市場研究分析公司Yole Developpement在最近的調(diào)查報告中指出，‘GaN功率市場邁向整合，準備迎向巨大成長。’

　　Yole分析師Philippe Rousel也預測：“GaN元件市場可望在2020年達到6億美元的規(guī)模，屆時將需要制造58萬片6寸晶圓。此外，GaN市場將于2016年起迅速發(fā)展，5G基站、汽車毫米波雷達、純電動汽車(EV)/油電混合車(HEV)將在2018-2019年開始廣泛采用GaN RF元件，2020年以前估計可實現(xiàn)80%的CAGR成長率。”

　　目前，新一代GaN元件正從以下4個方面突破技術(shù)障礙：1)具備更低導通電阻：由于全新GaN FET系列可降低一半導通電阻，因此可支援大電流、高功率密度應用。2)進一步改善品質(zhì)因子(FOM)：最新一代GaN FET較上代元件降低一半的硬開關FOM，因此在高頻功率轉(zhuǎn)換應用可進一步提高開關性能。3)更寬廣的電壓范圍：由于受惠于采用GaN FET擴展至30V的應用，因此可支援更高功率的DC-DC轉(zhuǎn)換器、POL轉(zhuǎn)換器以及隔離型電源供電、電腦與伺服器內(nèi)的同步整流器等更多應用。5)更優(yōu)越的散熱性能：新一代GaN FET系列產(chǎn)品在溫度方面具備增強性能并配備更優(yōu)越的晶片布局，因而改善了散熱及電學性能，使得GaN FET在任何條件下都能更高功率地工作。

　　Bill Boesch表示：“GaN FET的結(jié)溫可以高達250攝氏度，環(huán)境工作溫度可以高達150度，完全可以滿足汽車級元件要求。”