5G基站射频市场：LDMOS开始下滑，GaN快速增长

　　2016年8月29日，每年一次循例来为华为RF工程师讲课的Qorvo高级Fellow Bill Boesch在深圳接受了电子发烧友专访，他说：“4G、5G基站大功率射频（RF）元件市场正在发生变革，原有的占主导地位的LDMOS元件虽有成本较低的优势，但市场份额正在出现下滑态势，代之而起的是新兴的GaN元件，它因其能够节省更大功率的优势正在基站RF市场上快速增长。”

　　他特别提到，5G现在频谱标准还没有定，有可能会选择4-5GHz或更高至毫米波频段。对于手机终端来说，如果5G频段在4-5GHz左右，GaAs RF应该还是主流，但如果最终选择8GHz以上频段，GaN RF元件就应该会成为主流选择，因为它的高频和高功率性能更加突出。再考虑到未来的汽车前向毫米波雷达将采用77GHz毫米波频段，GaN大功率RF元件未来无疑将成为市场的应用主流。

 

　　图1：Qorvo高级Fellow Bill Boesch

　　图2：Qorvo高级Fellow Bill Boesch在深圳讲课

　　Qorvo虽然2015年1月才正式宣布成立，但其实这不是一家新公司，它是由两家在RF市场上久负盛名的美国公司Triquint和RFMD合并而成，Bill Boesch是这家公司的最高技术权威。

　　新兴的GaN功率元件采用一种拥有类似于SiC性能优势的宽能隙材料，但拥有更大的成本控制潜力，尤其是高功率的硅基GaN具有更大输出功率与更快工作频率，已被广泛看好成为下一世代的大功率元件。

　　知名市场研究公司IHS IMS Research的报告也显示，未来十年，受到5G基站、汽车毫米波雷达、大功率电源、太阳能逆变器以及工业马达的需求驱动，新兴的GaN功率半导体市场将以18%的速度稳步成长，预计在2022年以前， GaN功率元件的全球销售额将从2012年的1.43亿美元大幅增加到28亿美元。

　　随着GaN功率元件出货量快速增长，业界观察家均看好GaN的市场前景。市场研究分析公司Yole Developpement在最近的调查报告中指出，‘GaN功率市场迈向整合，准备迎向巨大成长。’

　　Yole分析师Philippe Rousel也预测：“GaN元件市场可望在2020年达到6亿美元的规模，届时将需要制造58万片6寸晶圆。此外，GaN市场将于2016年起迅速发展，5G基站、汽车毫米波雷达、纯电动汽车（EV）/油电混合车（HEV）将在2018-2019年开始广泛采用GaN RF元件，2020年以前估计可实现80%的CAGR成长率。”

　　目前，新一代GaN元件正从以下4个方面突破技术障碍：1）具备更低导通电阻：由于全新GaN FET系列可降低一半导通电阻，因此可支援大电流、高功率密度应用。2）进一步改善品质因子（FOM）：最新一代GaN FET较上代元件降低一半的硬开关FOM，因此在高频功率转换应用可进一步提高开关性能。3）更宽广的电压范围：由于受惠于采用GaN FET扩展至30V的应用，因此可支援更高功率的DC-DC转换器、POL转换器以及隔离型电源供电、电脑与伺服器内的同步整流器等更多应用。5）更优越的散热性能：新一代GaN FET系列产品在温度方面具备增强性能并配备更优越的晶片布局，因而改善了散热及电学性能，使得GaN FET在任何条件下都能更高功率地工作。

　　Bill Boesch表示：“GaN FET的结温可以高达250摄氏度，环境工作温度可以高达150度，完全可以满足汽车级元件要求。”