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硅基GaN器件将用于5G小基站和手机——专访MACOM无线产品中心资深总监成钢先生
录入时间:2019/4/22 21:55:02

高性能模拟射频、毫米波、微波和光电解决方案的领先供应商MACOM于4月1-3日参加了在北京国家会议中心举办的第7届电子设计创新大会(EDICON China 2019)。期间本刊采访了MACOM无线产品中心资深总监成钢先生。

问:业界认为今年是5G无线通信元年,MACOM是否已做好准备?

答:MACOM对5G还是非常重视的,我们前期对5G重点客户的跟踪和对行业方案的准备都做了大量的工作。MACOM的产品线比较广,从RF信号处理、RF变频、链路一直到后面的放大器甚至大规模MIMO阵列,我们都有解决方案。MACOM凭借比较长的历史积累和比较宽的产品线给5G前期预商用原型机提供的方案是齐备的。我们要考虑的是下一步5G达到大批量应用时怎样快速地满足市场需求。MACOM不光有自己的工厂,同时还准备了代工方案,可以补充我们自己的产能。特别是我们去年已经和意法半导体签了一个合同,它可以提供6吋晶圆上制造GaN器件的方案。今年更扩展了一步,它的主流8吋晶圆也可以根据MACOM的需要随时提供大批量生产。

问:5G将使用毫米波频段,这个频段对器件有何新的要求?MACOM的产品是否能满足这些要求?

答:我们对毫米波也很重视。我们北美和欧洲的客户在这方面提了很多要求。我们看到的大的差别来自于大规模MIMO阵列的要求,原来的方案是分立器件搭起来的,有很多的波导、同轴结构。这对于毫米波来说是很难接受的,它需要将电路和天线尽量集成在一个单板上面。毫米波带来的一个好处是,天线尺寸的显著下降,它可能在一个天线板上集成128个单元。MACOM在微波、毫米波集成电路方面有很长时间的积累。我们在北美的研发中心可以提供整体方案,可以让你的集成电路直接集成在天线背部,这样就可以作为一个完整的天线阵列去使用。客户的最终体验会好很多。毫米波的设计有很多know-how或是专业上的要求,一些普通的厂家是很难做到的。所以MACOM提供一种交钥匙的解决方案是它们非常欢迎的方式。

问:MACOM 16年时宣布放弃碳化硅基氮化镓,全力发展硅基氮化镓,现在这块业务发展得怎么样?

答:这段时间内我们完成了硅基氮化镓替代碳化硅基氮化镓的方案。从客户反馈看,它们没有感觉到硅基氮化镓比碳化硅基氮化镓在性能上有多少差距,还体会到了硅基氮化镓在一些特定指标上还有一些优势。另外硅基氮化镓在成本和产能方面也有明显的优势,可以保证随时供货。在基站应用上我们也得到了客户的认可。

问:硅基氮化镓在5G应用方面有没有一些独特的优势?

答:主要体现在其一些固有的优势,包括高效率。高效率对5G来说是一个决定性的优势。虽然现在很多厂家可以提供LDMOS低成本方案,但是这些方案可能在市场上是很难被接受的,因为它们的效率不够高。对MIMO基站来说,它里面可能有64个通道,每个通道效率的些许提高对基站总体的散热都会有较大的改善。现在的基站的瓶颈很多都是在效率上。效率上不去,功率就上不去,功率上不去,覆盖范围就很小,基站的性价比就下降。基站是长时间持续运行的,电费跟效率的关系就非常大。长期来看,电费的支出大于设备的支出。所以基站对效率的要求是很高的。GaN就能带来这个好处,可以满足基站的效率要求。我们现在主推的方案就非常受运营商欢迎。

问:会在小基站方面布局吗?

答:会有这方面的考虑。小基站(small cell)大量采用的是比较低功率的如0.25W、0.5W的传统上用砷化镓做的解决方案。但是现在随着频率提高,如国内的3.5GHz、4.9GHz频段的推出,小基站的发射功率将提高。我们也看到了这样的需求,即1W以上的需求。1W的平均功率需求转换为峰值功率需求大约是10-15W,这对于砷化镓来说是一个瓶颈,无法做出可靠的产品,而对于GaN来说则是很轻松的事。实际上,我们最早的针对64通道大规模MIMO基站的GaN器件就是1W的功率,后来又提高到3W、5W、6W。小基站的部署会比基站延后1-3年,我们会先提供方案让大家进一步验证,验证完后,我们和意法半导体就可以供货。

问:MACOM一直在主推硅基GaN产品,最近在生产工艺、器件性能、成本等方面有何新的进展?比如说,尺寸和成本有没有降到可以用到手机上这种程度?

答:整体来说,尺寸和性能已经有了很大的变化。硅基GaN的性能已经与碳化硅基GaN基本一样了,从我们的基站客户的评估中已经很难看到两者在效率、线性度等方面的差别。这也是我们这两年努力的结果。尺寸方面,我们前两年看到的都是比较大个的陶瓷封装,但是,现在我们看到的GaN产品更多是使用手机上用的QFN封装来做的。尺寸已经缩小到4*4mm、5*7mm,厚度小于2mm。这已经非常接近于手机的产品形态了。成本结构方面也在向手机看齐,甚至会用与手机同样的封测线来做GaN产品。这是一个递进的过程。只要我们把基站这一块做起来以后,它的整个产品结构能够支撑,加上我们和意法半导体的产能达到规模效应会把GaN带到手机应用上。

问:GaN产品的价格是否已经降到手机能承受的程度?

答:现在还没有达到,因为发货量还没有上去。对于功率器件来说,封装占很大一部分。如果采用的封装与手机相同的话,剩下的就看晶圆尺寸。目前砷化镓器件是手机的主流应用,它们最普遍采用的是6吋晶圆。但我们的合作伙伴意法半导体将采用8吋晶圆制造GaN产品。从晶圆成本上看,未来GaN可能比砷化镓更有优势,在手机应用上还是有竞争力的。


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