Qorvo 密切關注著新興的5G 標準。令人興奮的是，5G 可能包括適用于高數據帶寬連接的毫米波(mmW) 功能。隨著PC 電路板空間日益緊湊且5G 環境中的頻率越來越高，氮化鎵(GaN) 技術對于RF 應用來說越來越具有吸引力。

邁向5G 之路

與GaAs、硅或其他傳統半導體材料相比，GaN將在5G 網絡應用中大放異彩，如高頻和尺寸受限的小型蜂窩。如下圖所示，隨著標準向5G 演變，無線網絡的強化會驅動許多技術進步。

圖1: 邁向5G 之路

談及新興的mmW 標準時，GaN 較之現在的技術具有明顯的優勢。GaN 能夠提供更高的功率密度，具有多種優點：

我們已經目睹GaN 在4G 基站方面的優勢，在這一領域中，GaN 已經開始替代硅LDMOS。對于5G 來說，GaN 在高頻范圍內工作的能力有助于其從基站演變至小型蜂窩應用，從而進入移動設備。

越過基礎設施：將GaN 應用到移動電話

首款GaN 應用是針對大功率軍事使用開發的，例如雷達或反IED 干擾機，然后逐漸擴展至商用基站和有線電視轉播機。這些應用的典型工作電壓范圍為28 至48 V。

但是，手持式設備的平均電壓范圍為2.7 至5 V。因此，要在上述低壓水平下操作GaN，我們需要研究不同種類的設備。采用替代材料的GaN 器件正在研發，以在低壓下有效工作。

Qorvo 面向5G 開發GaN

如下圖所示，Qorvo 目前擁有廣泛的生產核可GaN 鑄造流程，可用于制造5G 應用產品：

· 電壓更高，頻率更低： 隨著頻率降低，我們的0.25 µm 高壓技術（即QGaN25HV）開始發揮作用。QGaN25HV 使我們能夠通過0.25 µm 器件升高至48 V，實現高增益和功率效率。QGaN25HV 非常適合邁向6 GHz 的5G 基站。在L 和 S 頻段之間的較低4G 頻率下，我們最高功率密度的0.5 µm 技術可達每毫米10W。

· 高頻應用： 我們目前的GaN 工藝產品組合包括針對更高頻率的0.15 µm 或150 納米技術。0.25 µm 技術非常適合X 至Ku 頻段的應用。0.25 µm 技術還可提供高效的功率放大器功能。

GaN 工藝能為5G 移動電話帶來哪些優勢呢？正如我們所見，隨著頻率標準越來越高（Ka 頻段或mmW），低壓GaN 工藝需要進一步發展。

圖2: Qorvo's GaN Technology Roadmap

解決GaN 和5G 的封裝和散熱難題

將GaN 應用于5G 的最后一步在于高級封裝技術和熱管理。用于高可靠性軍事應用的GaN 器件一般采用陶瓷或金屬封裝；但是，商用5G 網絡基礎設施和移動電話則需要更小巧、更低成本的超模壓塑料封裝，才可與采用塑料封裝的現有硅基LDMOS 或GaAs 器件競爭。同樣，移動電話注重低成本模塊，包括與其他技術組合的GaN，其與目前的產品并無二致，但也需要非常緊湊、高效的mmW 材料和器件。

基礎設施挑戰是開發合適的封裝，既能保持RF 性能又能解決熱管理問題。GaN 的較高功率密度（3 至5 倍，甚至10 倍于GaAs）給子系統封裝設計人員帶來了棘手的散熱和機械問題。

我們的工程師們必須在以下三個要求之間做好權衡：RF 性能、熱管理和低成本。Qorvo 的塑料包塑封裝具有針對GaN 的增強熱管理能力，包括內置于封裝基座的均熱器。

采用塑料封裝的產品還符合嚴格的環境標準，如針對溫度、濕度和偏置合規性的JEDEC 標準。這相當于給客戶做出保證，我們的產品具有適合于5G 應用的長期可靠性，無論是高頻、高功率還是低壓要求。

展望未來

盡管實現5G 還有很長的路要走，但Qorvo 已在開發相應的工藝技術和封裝技術，以推動客戶的5G 應用。GaN 必將在5G 格局中發揮激動人心的關鍵作用。

作者：Dr. Doug Reep，Senior Director of Research，Qorvo公司