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针对性的研发GaN [复制链接]

利用 GaN 技术实现 5G 移动通信:为成功奠定坚实基础

 

Qorvo 密切关注着新兴的 5G 标准。令人兴奋的是,5G 可能包括适用于高数据带宽连接的毫米波功能。随着 PC 电路板空间日益紧凑且 5G 环境中的频率越来越高,GaN 技术对于 RF 应用来说越来越具有吸引力。

 

迈向 5G 之路

 

 

与 GaAs、硅或其他传统半导体材料相比,GaN 将在 5G 网络应用中大放异彩,如高频和尺寸受限的小基站。如下图所示,随着标准向 5G 演变,无线网络的强化会驱动许多技术进步。

 

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谈及新兴的毫米波标准时,GaN 较之现在的技术具有明显的优势。GaN 能够提供更高的功率密度,具有多种优点:

 

- 尺寸减小
- 电流消耗减少 
- 系统效率提高
 

 

我们已经目睹 GaN 在 4G 基站方面的优势,在这一领域中,GaN 已经开始替代硅 LDMOS。对于 5G 来说,GaN 在高频范围内工作的能力有助于其从基站演变至小基站应用,从而进入移动设备。

 

越过基础设施:将 GaN 应用到移动电话
 

首款 GaN 应用是针对大功率军事使用开发的,例如雷达或反 IED 干扰机,然后逐渐扩展至商用基站和有线电视转播机。这些应用的典型工作电压范围为 28 至 48V。

 

但是,手持式设备的平均电压范围为 2.7 至 5 V。因此,要在上述低压水平下操作 GaN,我们需要研究不同种类的设备。采用替代材料的 GaN 器件正在研发,以在低压下有效工作。

 

Qorvo 面向 5G 开发 GaN
 

如下图所示,Qorvo 目前拥有广泛的生产核可 GaN 铸造流程,可用于制造 5G 应用产品:

 

  • 更高电压,更低频率:随着频率降低,我们的0.25 μm 高压技术(即 QGaN25HV)开始发挥 作用。QGaN25HV 使我们能够通过 0.25 μm器件升高至 48 V,实现高增益和功率效率。QGaN25HV 非常适合迈向 6 GHz 的 5G 基 站。在 L 和 S 频段之间的较低 4G 频率下, 我们最高功率密度的 0.5 μm 技术可达每毫米10W。

 

  • 高频应用:我们目前的 GaN 工艺产品组合包括 针对更高频率的 0.15 μm 或 150 纳米技术。0.25 μm 技术非常适合 X 至 Ku 频段的应用。0.25 μm 技术还可提供高效的功率放大器功能。

 

 

GaN 工艺能为 5G 移动电话带来哪些优势呢?正如我们所见,随着频率标准越来越高(Ka 频段或毫米波),低压 GaN 工艺需要进一步发展。

 

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解决 GaN 和 5G 的封装和散热难题
 

将 GaN 应用于 5G 的最后一步在于高级封装技术和热管理。用于高可靠性军事应用的 GaN 器件一般采用陶瓷或金属封装;但是,商用 5G 网络基础设施和移动电话则需要更小巧、更低成本的超模压塑料封装,才可与采用塑料封装的现有硅基 LDMOS 或 GaAs 器件竞争。同样,移动电话注重低成本模块,包括与其他技术组合的 GaN,其与目前的产品并无二致,但也需要非常紧凑、高效的毫米波材料和器件。

 

基础设施挑战是开发合适的封装,既能保持 RF 性能又能解决热管理问题。GaN 的较高功率密度(3 至 5 倍,甚至 10 倍于 GaAs)给子系统封装设计人员带来了棘手的散热和机械问题。

 

我们的工程师们必须在以下三个要求之间做好权衡:RF 性能、热管理和低成本。Qorvo 的塑料包塑封装具有针对 GaN 的增强热管理能力,包括内置于封装基座的均热器。

 

采用塑料封装的产品还符合严格的环境标准,如针对温度、湿度和偏置合规性的 JEDEC 标准。这相当于给客户做出保证,我们的产品具有适合于 5G 应用的长期可靠性,无论是高频、高功率还是低压要求。

 

展望未来
 

尽管实现 5G 还有很长的路要走,但 Qorvo 已在开发相应的工艺技术和封装技术,以推动客户的 5G 应用。GaN 必将在 5G 格局中发挥激动人心的关键作用。

此帖出自RF/无线论坛
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射频【放大器】


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