全球電信營運商均采用低于6GHz頻段、毫米波頻段部署5G,促使OEM廠商相繼朝更大頻寬、更高效率、新天線技術平臺與熱管理(Thermal Management)四面向尋找市場機會,故推動GaN技術于RF功率中應用,甚至奠定GaN-on-SiC商業(yè)應用之基礎。
5G基礎建設與天線部署,迅速帶動GaN技術應用
TrendForce集邦咨詢旗下拓墣產業(yè)研究院認為,5G基礎建設市場之競爭中均圍繞著高效率天線類型,且將GaN-on-SiC技術用于5G 6GHz以下的無線寬帶頭端設備(Remote Radio Head,RRH)、主動天線系統(tǒng)(Active Antenna Systems,AAS)。
多數大廠已掌握無線寬帶頭端設備切換到主動天線系統(tǒng)之技術,并將RF前端從少量的高功率RF線轉為大量的低功率RF線,且于5G 6GHz以下AAS之市場中大規(guī)模部署巨量天線(Massive Multiple-Input Multiple-Output,Massive MIMO)。
使得GaN與LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)之競爭更加激烈,盡管LDMOS技術在6GHz以下的高頻性能上取得顯著進步;再者,GaN可依附在SiC基板上制作磊晶,即半絕緣SiC襯底上300mm GaN層約有3KV垂直擊穿電壓、2MV/CM橫向臨界擊穿場,相較于傳統(tǒng)厚緩沖法的擊穿場高3倍,最后再進行后續(xù)電路加工。
根據Cobham Antenna Systems、ArrayComm基于GaN-on-SiC的5G天線(2^6~2^10 unit)在測試環(huán)境中,其散熱問題、運行時電力損耗較傳統(tǒng)制程技術優(yōu)異,亦能提供出色的頻寬、散熱與功率輸出。
汽車市場或將是GaN-on-SiC的主要驅動力
自SiC二極管首次商業(yè)化以來,功率SiC元件市場一直受到電源應用推動,尤其是Tesla各車系的逆變器開始采用SiC后,各汽車制造商也投入資金研發(fā)與設計SiC解決方案,現(xiàn)有許多車型的逆變器皆是采用基于SiC之解決方案,諸如Audi、Volkswagen、Hyundai與比亞迪等,其中比亞迪將其用于高階車型。
隨著5G與自駕車技術逐漸成熟,以及汽車產業(yè)正處于轉型階段,燃油車逐漸趨向新能源汽車(如FCEV、BEV、HEV等)發(fā)展,汽車制造商的逆變器解決方案將從SiC轉為采用GaN-on-SiC技術,以消彌或改善新能源汽車于運行時的電力過度損耗問題,例如車廠針對逆變器解決方案透過采用基于GaN-on-SiC的模塊或芯片優(yōu)化功率輸出與散熱,使RDS(on)降低至41mΩ(Max:25℃的典型值為35mΩ),并具有低反向導通電壓、高柵級閥值電壓。
另外,部分廠商因應車廠需求,轉而采用CCPAK封裝技術,以銅夾帶替內部縫合線減少寄生損耗,加上CCPAK GaN FET本身具有頂部或底部冷卻配置,能提升優(yōu)化電器與熱性能,讓電阻值可以降低到39mΩ(Max:25℃的典型值為33mΩ)。









