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5G發展將帶動RF功率元件需求成長

2017-08-08
關鍵詞: LDMOS 半導體 5G 制程

隨著5G技術逐漸成熟,帶給射頻前端(RF Front End)晶片市場商機,未來射頻功率放大器(RF PA)需求將持續成長,其中傳統金屬氧化半導體(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS;LDMOS具備低成本和大功率性能優勢)制程逐步被氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)取代,尤其在5G技術下需要支援更多元件、更高頻率,另砷化鎵(GaAs)則相對穩定成長。透過導入新的射頻技術,RF PA將以新的制程技術實現,其中GaN的RF PA將成為輸出功率3W以上的主流制程技術,LDMOS市占率則逐漸降低。

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1. 隨著5G技術成熟,射頻功率放大器市場具商機

5G技術涵蓋毫米波頻率和大規模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天線運用,以實現5G無線整合及架構上的突破,未來如何大規模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系統將是發展關鍵。由于5G頻率高,因此對于高功率、高性能、高密度的射頻元件需求增加,其中氮化鎵(GaN)符合其條件,即GaN市場具有潛在商機。

射頻前端晶片市場主要分為兩大類,一為使用MEMS(Microelectromechanical Systems)制程制造的濾波器,以聲表面波濾波器(Surface Acoustic Wave,SAW)和體聲波濾波器(Bulk Acoustic Wave,BAW)為主;二為使用半導體制程制造的電路晶片,以功率放大器(PA)和開關電路(Switch)為主。

過去GaN主要應用在高功率或長距離傳輸訊號領域,包括基地臺收發器(Base Station Subsystem,BTS)、雷達、電子戰(Electronic Warfare,EW)、衛星通訊等。而GaN技術發展最大挑戰在于成本,也因此影響其發展速度,然隨著技術不斷演進,GaN成本在大廠投入下有下降趨勢。目前投入射頻功率放大器業者眾多,包括NXP、Qorvo、Ampleon、Infineon、Sumitomo、Analog Devices、M-A/COM、Wolfspeed、UMS等。

2. GaN PA在5G發展下成為超高頻通訊應用首選

電信基地臺設備升級與小型基地臺之建置,為推動射頻功率放大器市場規模成長動能之一,其中功率放大器(其功能為將無線訊號從基地臺發射出去)占基地臺成本比重約25~30%,具舉足輕重角色,業者無不積極提升PA性能,使PA輸出功率最大化,同時獲得最佳線性度和效率。

2016年全球RF PA市場規模達15億美元,預估至2022年整體市場規模將為25億美元,復合年增率(Compound Annual Growth Rate,CAGR)為10%。隨著未來對更高頻段需求,以5G為例,相較于4G中最高支援5個20MHz的載波聚合,5G載波聚合的數量可能高達32或64個,這對射頻廠商而言,技術設計挑戰性更大。

由于GaN功率放大器支援更高頻寬與頻率(已能處理50GHz或以上的毫米波頻率),盡管在考量成本因素下,采用LDMOS基地臺需求仍不少,但主要以中低頻率為主,然在5G毫米波時代,高頻段讓傳統PA的LDMOS略顯不足,尤其在10GHz以上頻段,GaN具有明顯優勢。換言之,GaN PA在5G發展趨勢下將成為超高頻通訊應用首選。


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