隨著新興的 5G 標(biāo)準(zhǔn)。令人興奮的是，5G 可能包括適用于高數(shù)據(jù)帶寬連接的毫米波 (mmW) 功能。
隨著 PC 電路板空間日益緊湊且 5G 環(huán)境中的頻率越來越高，氮化鎵 (GaN) 技術(shù)對于 RF 應(yīng)用來說越來越具有吸引力。與 GaAs、硅或其他傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，GaN 將在 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中大放異彩，如高頻和尺寸受限的小型蜂窩。如下圖所示，隨著標(biāo)準(zhǔn)向 5G 演變，無線網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)化會驅(qū)動許多技術(shù)進(jìn)步。
談及新興的 mmW 標(biāo)準(zhǔn)時，GaN 較之現(xiàn)在的技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。GaN 能夠提供更高的功率密度，具有多種優(yōu)點：
?尺寸減小
?功耗降低
?系統(tǒng)效率提高
我們已經(jīng)目睹 GaN 在 4G 基站方面的優(yōu)勢，在這一領(lǐng)域中，GaN 已經(jīng)開始替代硅 LDMOS。對于 5G 來說，GaN 在高頻范圍內(nèi)工作的能力有助于其從基站演變至小型蜂窩應(yīng)用，從而進(jìn)入移動設(shè)備。
越過基礎(chǔ)設(shè)施：將 GaN 應(yīng)用到移動電話
首款 GaN 應(yīng)用是針對大功率軍事使用開發(fā)的，例如雷達(dá)或反 IED 干擾機(jī)，然后逐漸擴(kuò)展至商用基站和有線電視轉(zhuǎn)播機(jī)。這些應(yīng)用的典型工作電壓范圍為 28 至 48 V。
但是，手持式設(shè)備的平均電壓范圍為 2.7 至 5 V。因此，要在上述低壓水平下操作 GaN，我們需要研究不同種類的設(shè)備。采用替代材料的 GaN 器件正在研發(fā)，以在低壓下有效工作。
Qorvo 面向 5G 開發(fā) GaN
如下圖所示，Qorvo 目前擁有廣泛的 GaN 工藝技術(shù)，可用于制造 5G 應(yīng)用產(chǎn)品：
?電壓更高，頻率更低：隨著頻率降低，我們的 0.25 μm 高壓技術(shù)（即 QGaN25HV）開始發(fā)揮作用。QGaN25HV 使我們能夠通過 0.25 μm 器件升高至 48 V，實現(xiàn)高增益和功率效率。QGaN25HV 非常適合邁向 6 GHz 的 5G 基站。在 L 和 S 頻段之間的較低 4G 頻率下，我們最高功率密度的 0.5 μm 技術(shù)可達(dá)每毫米 10W。
?高頻應(yīng)用：我們目前的 GaN 工藝產(chǎn)品組合包括針對更高頻率的 0.15 μm 或 150 納米技術(shù)。0.25 μm 技術(shù)非常適合 X 至 Ku 頻段的應(yīng)用。0.25 μm 技術(shù)還可提供高效的功率放大器功能。
GaN 工藝能為 5G 移動電話帶來哪些優(yōu)勢呢？正如我們所見，隨著頻率標(biāo)準(zhǔn)越來越高（Ka 頻段或 mmW），低壓 GaN 工藝需要進(jìn)一步發(fā)展。
解決 GaN 和 5G 的封裝和散熱難題
將 GaN 應(yīng)用于 5G 的最后一步在于高級封裝技術(shù)和熱管理。用于高可靠性軍事應(yīng)用的 GaN 器件一般采用陶瓷或金屬封裝；但是，商用 5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和移動電話則需要更小巧、更低成本的超模壓塑料封裝，才可與采用塑料封裝的現(xiàn)有硅基 LDMOS 或 GaAs 器件競爭。同樣，移動電話注重低成本模塊，包括與其他技術(shù)組合的 GaN，其與目前的產(chǎn)品并無二致，但也需要非常緊湊、高效的 mmW 材料和器件。
基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)是開發(fā)合適的封裝，既能保持 RF 性能又能解決熱管理問題。GaN 的較高功率密度（3 至 5 倍，甚至 10 倍于 GaAs）給子系統(tǒng)封裝設(shè)計人員帶來了棘手的散熱和機(jī)械問題。
我們的工程師們必須在以下三個要求之間做好權(quán)衡：RF 性能、熱管理和低成本。Qorvo 的塑料包塑封裝具有針對 GaN 的增強(qiáng)熱管理能力，包括內(nèi)置于封裝基座的均熱器。
采用塑料封裝的產(chǎn)品還符合嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，如針對溫度、濕度和偏置合規(guī)性的 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)。這相當(dāng)于給客戶做出保證，我們的產(chǎn)品具有適合于 5G 應(yīng)用的長期可靠性，無論是高頻、高功率還是低壓要求。
展望未來
盡管實現(xiàn) 5G 還有很長的路要走，但 Qorvo 已在開發(fā)相應(yīng)的工藝技術(shù)和封裝技術(shù)，以推動客戶的 5G 應(yīng)用。GaN 必將在 5G 格局中發(fā)揮激動人心的關(guān)鍵作用。
行業(yè)動態(tài)
