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[导读] 随著5G技术逐渐成熟,带给射频前端(RF Front End)晶片市场商机,未来射频功率放大器(RF PA)需求将持续成长,其中传统金属氧化半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS;LDMOS具备低成本和大功率性能优势)制程逐步被氮化镓(Gallium Nitride,GaN)取代,尤其在5G技术下需要支援更多元件、更高频率,另砷化镓(GaAs)则相对稳定成长。

 随著5G技术逐渐成熟,带给射频前端(RF Front End)晶片市场商机,未来射频功率放大器(RF PA)需求将持续成长,其中传统金属氧化半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS;LDMOS具备低成本和大功率性能优势)制程逐步被氮化镓(Gallium Nitride,GaN)取代,尤其在5G技术下需要支援更多元件、更高频率,另砷化镓(GaAs)则相对稳定成长。透过导入新的射频技术,RF PA将以新的制程技术实现,其中GaN的RF PA将成为输出功率3W以上的主流制程技术,LDMOS市占率则逐渐降低。

1. 随著5G技术成熟,射频功率放大器市场具商机

5G技术涵盖毫米波频率和大规模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天线运用,以实现5G无线整合及架构上的突破,未来如何大规模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系统将是发展关键。由于5G频率高,因此对于高功率、高性能、高密度的射频元件需求增加,其中氮化镓(GaN)符合其条件,即GaN市场具有潜在商机。

射频前端晶片市场主要分为两大类,一为使用MEMS(Microelectromechanical Systems)制程制造的滤波器,以声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave,SAW)和体声波滤波器(Bulk Acoustic Wave,BAW)为主;二为使用半导体制程制造的电路晶片,以功率放大器(PA)和开关电路(Switch)为主。

过去GaN主要应用在高功率或长距离传输讯号领域,包括基地台收发器(Base Station Subsystem,BTS)、雷达、电子战(Electronic Warfare,EW)、卫星通讯等。而GaN技术发展最大挑战在于成本,也因此影响其发展速度,然随著技术不断演进,GaN成本在大厂投入下有下降趋势。目前投入射频功率放大器业者众多,包括NXP、Qorvo、Ampleon、Infineon、Sumitomo、Analog Devices、M-A/COM、Wolfspeed、UMS等。

2. GaN PA在5G发展下成为超高频通讯应用首选

电信基地台设备升级与小型基地台之建置,为推动射频功率放大器市场规模成长动能之一,其中功率放大器(其功能为将无线讯号从基地台发射出去)占基地台成本比重约25~30%,具举足轻重角色,业者无不积极提升PA性能,使PA输出功率最大化,同时获得最佳线性度和效率。

2016年全球RF PA市场规模达15亿美元,预估至2022年整体市场规模将为25亿美元,复合年增率(Compound Annual Growth Rate,CAGR)为10%。随著未来对更高频段需求,以5G为例,相较于4G中最高支援5个20MHz的载波聚合,5G载波聚合的数量可能高达32或64个,这对射频厂商而言,技术设计挑战性更大。

由于GaN功率放大器支援更高频宽与频率(已能处理50GHz或以上的毫米波频率),尽管在考量成本因素下,采用LDMOS基地台需求仍不少,但主要以中低频率为主,然在5G毫米波时代,高频段让传统PA的LDMOS略显不足,尤其在10GHz以上频段,GaN具有明显优势。换言之,GaN PA在5G发展趋势下将成为超高频通讯应用首选。

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