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中国电子科技集团公司首席专家要志宏:5G时代我们在功率器件领域的机遇与挑战
浏览次数:33     发布时间:2017-11-13    

2017年11月3日,由北京市顺义区人民政府、第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)和国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)主办的第十四届中国国际半导体照明论坛暨 2017 国际第三代半导体论坛闭幕大会在北京顺义胜利举行。闭幕式上,特别带来中国电子科技集团公司首席专家要志宏带来了“5G时代我们在功率器件领域的机遇与挑战”的精彩主题报告,大视野,跨界视角分析了5G对功率器件的需求分析、国内在5G领域具备的技术与能力,以及未来发展的战略与思考。

5G对功率器件的需求分析


  5G时代的到来会带来新的商业模式,将需要满足三大场景中用户的需求,包括增强移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信(mMTC)、高可靠低延时通信(uRLLC)。比如VR/AR、物联网、车联网应用等。这些应用会带来对高速宽带低功耗的需求,5G对系统及器件带来了高速、宽带、低功耗、高频及低时延技术及要求,三大热点将开启万物互联时代,射频芯片、基带芯片及其它MEMS等相关需求旺盛,但国外占据一定优势,这对我国芯片行业而言,既是机遇、也是挑战。


  5G时代对器件提出了技术要求,比如最低工作频率从 3.4GHz 到 100GHz;瞬时带宽从 20MHz 到 1GHz;相控阵体制,功率放大器的平均输出功率将从几 W到几十W;更高的效率,减少能耗提高效率;更低的成本,降低总体物料成本。等。


  今年6月份,工信部进一步明确了我国5G频段技术试验频段,其中,6G频段以下为3.3-3.6G、4.8-5.0G;6G频段以上:24.75-27.5G、37-42.5G。芯片的发展路标更加清晰。


  在2G、3G、4G时代,我国在移动通信领域的有源射频芯片(器件)基本被国外所垄断,随着国内第三代半导体技术产业的快速发展,我们必然会在5G时代占有重要的一席之地。


  国内在5G领域具备技术能力与基础


  国内在第二代半导体砷化镓方面,已经建成含材料外延的完整4-6英寸研制、生产平台,与国际同步; 形成了标准的GaAs器件及MMIC工艺;重点是PHEMT和HBT工艺,全/半自动后道装配生产线。


  GaAs主要在手机终端高效率高线性功率放大器,一般采用HBT工艺,目前大部分的手机功放均集成射频功放、开关以及滤波器/双工器芯片的模组形式。5G时代砷化镓可以应用在手机终端上。


  GaN工艺将在5G时代发挥重要影响,尤其是在5G的低频段3-6GHz和毫米波频段发挥巨大作用。国内 4英寸GaN方面,目前含材料外延的完整4英寸研制、生产平台,与国际同步;形成了标准的GaN器件及MMIC工艺等。


  虽然有基础,但第三代半导体在5G领域也面临着挑战。从技术挑战来看,材料方面,SiC单晶衬底存在缺陷和价格问题。工艺方面,目前批量生产的都是4英寸的GaN,还不足以支撑未来5G时代的发展,需要升级到6英寸。硅基氮化镓目前也尚不成熟。封装技术方面,毫米波器件低损耗、低成本塑封技术没有解决。


  从产业挑战来看,当前产业链还有薄弱环节,比如SiC单晶衬底产能低,封测效率不高,主要是没有形成规模市场。GaN技术本身市场规模方面,根据中国的4G基站数量推测,5G时代6GHz以下基站数量不会有质的变化,预计为千万量级。GaN功放总市场规模为一百亿美元量级。不对,对于毫米波基站应用设置,是小功率Si还是中等功率的GaN 为主,尚不明确。


  当前,面向通信基站PA,国内目前已取得的进展,已开发出满足通讯制造商要求的GaN系列功放产品。十三所的情况来看,2016-2017年已开发完成并实现小批量供货的产品,国内通讯商5G 毫米波实验基站的氮化镓功放全部由国内提供


  未来发展思路


  未来要统筹利用现有材料、模型、工艺、电路、封装测试及可靠性等全产业链优势,分步实施,全系列开发满足4G、5G通信所需的有源芯片、无源元件、模块。实现自主可控,占领产业链关键环节和价值链的高端。


  5G时代来临,需要把目前4英寸线升级到6英寸GaN生产线;继续加大技术投入,尤其是毫米波封测领域;密切关注低成本Si基GaN技术的发展,希望未来能够在硅基上实现8英寸的GaN。同时,要完善产业链,降成本、提产能,碳化硅材料能够国产化,实现完全的自主可控。


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