電信和國防市場推動射頻氮化鎵（RF GaN）應(yīng)用

電信和國防市場推動射頻氮化鎵（RF GaN）應(yīng)用

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，近年來，GaN憑借高頻下更高的功率輸出和更小的占位面積，被射頻行業(yè)大量應(yīng)用。在電信基礎(chǔ)設(shè)施和國防兩大主要市場的推動下，預(yù)計到2024年RF GaN整體市場規(guī)模將增長至20億美元。

過去十年，全球?qū)﹄娦呕A(chǔ)設(shè)施的投資一直很穩(wěn)定，并且，中國政府的投入近年持續(xù)增長。在這個穩(wěn)定的市場中，更高的頻率趨勢，為RF GaN在5G網(wǎng)絡(luò)頻率低于6GHz（sub-6Ghz）的功率放大器（PA）中找到了用武之地。該應(yīng)用預(yù)計將在未來五年內(nèi)推動GaN市場的增長。

盡管下一代有源天線技術(shù)可以為硅橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）技術(shù)提供優(yōu)勢，但由于熱管理等技術(shù)限制，以及在大多數(shù)高密度領(lǐng)域?qū)Υ祟愄炀€的本地化需求，射頻拉遠頭（RRH）將不會被替代，并將采用GaN PA長期存在。從2021年開始，小型蜂窩和回程連接的大規(guī)模應(yīng)用也將為RF GaN帶來重大機遇。

國家安全一直是全球各國的頭等大事。國防應(yīng)用總是優(yōu)先考慮高端且高效的系統(tǒng)。在此背景下的主流技術(shù)趨勢是，美國、中國、歐盟和日本已經(jīng)用更小的固態(tài)系統(tǒng)取代行波管（TWT），以提供更高的性能和可擴展性。隨著新型GaN基有源電子掃描陣列（AESA）雷達系統(tǒng)的應(yīng)用，基于GaN的軍用雷達預(yù)計將主導GaN軍事市場，預(yù)計2018~2024年該細分市場的復合年增長率（CAGR）將超過21%。

對于需要高頻高輸出的衛(wèi)星通信應(yīng)用，GaN有望逐步取代砷化鎵（GaAs）解決方案。對于有線電視（CATV）和民用雷達市場，GaN與LDMOS或GaAs相比仍然面臨著高成本壓力，但其附加價值顯而易見。對于代表GaN重要消費市場機遇的RF能量傳輸市場，GaN-on-Si可提供更具成本效益的解決方案。

最后但并非最不重要的是，意法半導體（STMicroelectronics）剛剛正式宣布它們正在瞄準采用GaN-on-Si技術(shù)的手機PA。GaN PA能夠進入手機應(yīng)用嗎？它們有哪些優(yōu)勢和瓶頸？

本報告包含了Yole對不同細分市場GaN應(yīng)用的理解。本報告全面概述了5G對無線基礎(chǔ)設(shè)施、射頻前端（FE）和基于GaN的軍事市場的影響，以及Yole對當前市場動態(tài)和未來發(fā)展的展望。

GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond的未來發(fā)展

GaN如何贏得競爭，哪種技術(shù)終將勝出？

自從20年前第一批商用產(chǎn)品問世，GaN在射頻功率應(yīng)用領(lǐng)域已成為LDMOS和GaAs的重要競爭對手，并且，正在以更低的成本不斷提高性能和可靠性。首批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件幾乎同時出現(xiàn)，但GaN-on-SiC在技術(shù)上已經(jīng)變得更加成熟。GaN-on-SiC目前主導了RF GaN市場，已滲透到4G LTE無線基礎(chǔ)設(shè)施市場，預(yù)計將部署在5G sub-6Ghz的RRH架構(gòu)中。

不過，與此同時，經(jīng)濟高效的LDMOS技術(shù)也取得了顯著進步，可能會對5G sub-6Ghz有源天線和大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）應(yīng)用中的GaN解決方案發(fā)起挑戰(zhàn)。在此背景下，GaN-on-Si作為潛在的挑戰(zhàn)者可能會擴展到8英寸晶圓，為商用市場提供具有成本效益的解決方案。盡管到了2019年第一季度，GaN-on-Si仍然處于小批量生產(chǎn)階段，但是，預(yù)計它將挑戰(zhàn)基站（BTS）和RF能源市場中現(xiàn)有的LDMOS解決方案。

GaN-on-Si廠商的另一個目標市場是大規(guī)模消費類5G手機PA市場，如果成功，將在未來幾年開辟新的市場機遇。隨著GaN-on-Si產(chǎn)品的最終上量，GaN-on-SiC和GaN-on-Si可能會在一段時間內(nèi)在市場上共存。

最后但并非最不重要的是，創(chuàng)新的GaN-on-Diamond技術(shù)正在參與競爭，與其它競爭技術(shù)相比，GaN-on-Diamond技術(shù)有望提供更高的功率輸出密度和更小的占位面積。該技術(shù)主要針對性能驅(qū)動型應(yīng)用，例如高功率基站、軍事和衛(wèi)星通信等。

本報告探討了SiC、Si、金剛石（Diamond）和體GaN不同襯底平臺上的RF GaN器件技術(shù)。本報告預(yù)期了未來幾年的市場格局和成本趨勢，概述了GaN分立晶體管、單片微波集成電路（MMIC）和前端模塊（FEM）技術(shù)，并特別關(guān)注了新興的封裝技術(shù)。

2018~2024年GaN RF器件市場規(guī)模預(yù)測

RF GaN供應(yīng)鏈現(xiàn)狀

RF GaN商用產(chǎn)品或樣品目前主要有三種不同的襯底平臺：SiC、Si和Diamond。每種技術(shù)的成熟度對各個供應(yīng)鏈的成熟度有很大影響。GaN-on-SiC作為一項成熟的技術(shù)，供應(yīng)鏈已經(jīng)成熟，擁有眾多廠商和不同的集成水平。在RF組件層面，頂級供應(yīng)商包括住友電工（SEDI）、科銳（Cree/Wolfspeed）和Qorvo。韓國艾爾福（RFHIC）自2017年上市后，營收獲得了大幅增長。領(lǐng)先的化合物半導體代工廠穩(wěn)懋半導體（Win Semiconductors）目前正在積極供應(yīng)RF GaN產(chǎn)品。MACOM-ST聯(lián)盟引領(lǐng)了GaN-on-Si競爭，而RFHIC和Akash Systems公司則是推動GaN-on-Diamond技術(shù)的兩大主要供應(yīng)商。

對于軍事市場，各個國家和地區(qū)都在加強自己的GaN RF生態(tài)系統(tǒng)。GaN的應(yīng)用受到許多強勢廠商的推動，例如來自美國的雷神（Raytheon）、諾斯洛普·格魯門（Northrop Grumman）、洛克希德馬丁（Lockheed Martin）等，來自歐洲的UMS、空中客車（Airbus）、薩博（Saab）等，以及中國領(lǐng)先的垂直整合廠商中國電子科技集團公司（CETC）。

不過，在電信市場，情況有所不同。2018年發(fā)生了很多戰(zhàn)略合作和并購。

■ 市場領(lǐng)導者SEDI和貳陸（II-VI）建立了垂直整合的6英寸GaN-on-SiC晶圓平臺，以滿足5G領(lǐng)域不斷增長的市場需求。

■ 科銳收購了英飛凌（Infineon）RF業(yè)務(wù)，包括LDMOS和GaN-on-SiC技術(shù)的封裝和測試。

本報告概覽了RF GaN產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，覆蓋了SiC、Si和Diamond襯底上外延、器件和模塊設(shè)計的價值鏈，以及Yole對當前市場動態(tài)和未來發(fā)展的理解和展望。

全球GaN RF廠商地圖