5G部署高频,GaN将显得重要
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5G部署正如火如荼展开,到2021年底,所安装的中频基础设施几乎是2019年的6倍。但这并不意味着所有挑战都已解决。迄今为止,大部分5G部署都与现有4G相似,是采用较低频段,而不是充分利用较高频率──6 GHz以下和毫米波(> 20 GHz)频段才是关键。
也因为如今,5G的当前状态所看到的技术创新比最初预期的还要少,因为高频率、Gigabit下载速度和毫秒延迟的承诺尚未得到完全实现。IDTechEx认为GaN在5G市场的技术创新上将非常具有机会。
横向扩散金属氧化物半导体(laterally-diffused metal-oxide semiconductor;LDMOS)器件一直是4G时代功率放大器的首选技术。这些功率放大器提供了增强传输讯号的关键作用。问题是进入4 GHz以上,LDMOS就变得低效率。效率是电信基础设施的一个关键因素,因为它直接影响天线的能耗。
随着大部分5G基础设施与现有设备一起部署,电信塔台的能耗将急剧增加,如果采用GaN等宽能隙半导体,在更高频率下将可大大提高效率10%或更多。
华为采用GaN是其开始部署4G网络之时,但由于价格上涨、产量降低以及难以与其他零组件整合,所以在全球的采用率并不高。
随着5G的持续成长,尤其是在更高频率方面,IDTechEx预计未来十年GaN将大量被使用,且每年将成长4倍,特别是使用6 GHz以下的基础设施。
采用宽能隙半导体通常会提高器件的接面温度(Junction Temperature),并要多考虑热管理。热循环的一个关键故障点是半导体器件的连接方式或芯片黏结材料。GaN器件的接面温度通常高于175 °C,在这温度点上会限制厂商可选择的焊接材料,尤其是当大多数市场要求采用无铅材料时。这导致许多厂商考虑使用烧结材料,其中以银烧结为主,结果当然是获得更可靠的连接和改进的导热性。
例如:随着市场向SiC(碳化硅)和800 V平台的过渡,银烧结材料已经开始在电动车市场大范围采用。
IDTechEx预计到2030年,5G基础设施中对烧结材料的需求将增长10倍。不过,为了能够降低成本和提高性能,厂商想要寻求铜烧结材料以取代银烧结材料,但也会遇到了其他问题与挑战。
总之,随着5G逐步往高频基础设施部署,宽能隙半导体所扮演的角色将愈来愈重要,甚至可能改变天线设计、热接口材料的使用与创新发展。