象由芯生：如何讓功率器件插上智能的翅膀？

2020-11-17 C114通信網

本周，以「象由芯生·科技服務人民」為主題的2020紫光展銳市場峰會在上海召開。

同期舉行的「智能功率專題論壇」上，紫光展銳攜手來自三安集成電路、晨宸辰科技、迦美信芯、成都電子科技大學、西安交通大學、東南大學等產學研合作夥伴的專家開展「智能功率專題論壇」，深度分享了有關射頻前端、射頻濾波器以及功率器件領域的技術發展洞見，共同推進產業技術進步發展。

5G時代射頻前端器件面臨新挑戰

射頻前端，是移動通信設備的重要組成部分。據預測，到2025年全球射頻前端市場規模將達258億美金，年複合增長率超過8%。其中濾波器和 PA是射頻前端領域最大的兩個細分市場，合計佔市場的61%。全球射頻前端市場集中度較高，細分市場均為日美巨頭壟斷。前四大廠商佔據全球約85%的市場份額。目前全球貿易保護主義盛行，射頻前端市場的國產替代迫在眉睫。

隨著5G時代的到來，為滿足5G大帶寬、低時延、大連接的新要求，同時為了滿足終端小型化、高集成度的需求，對射頻前端器件也提成眾多新挑戰。

紫光展銳高級副總裁宓曉瓏

紫光展銳高級副總裁宓曉瓏指出：5G時代，射頻前端器件不但需要採用新材料、新工藝，更需要注入新設計理念；同時5G能耗的增加對功率器件也提出了更高要求，功率器件要向更高效的方向發展。面對如此複雜挑戰，紫光展銳必須承擔好自身的義務與責任，更需要產業上下遊共同努力和應對，共同推動產業技術進步，讓功率器件插上智能的翅膀。

據介紹，紫光展銳的射頻前端部門2007年推出2G PA，2011年推出3G PA，2015年推出4GPA，2020年推出5G PA，目前已在海信5G手機中先行量產。紫光展銳射頻前端產品從2G到5G的不同產品已突破眾多品牌客戶，年出貨量超過1億顆。

紫光展銳陳景

紫光展銳陳景博士分析了射頻濾波器的機遇與挑戰--伴隨5G核心技術，如CA、Massive MIMO以及高階QAM等射頻前端元器件數量和市場份額的大幅度增加，其中濾波器增長速度最快。手機濾波器的市場趨勢來看，分立和模組化的濾波器數量均呈快速上漲趨勢，集成濾波器產品的增長勢頭強勁。總體來看，目前射頻濾波器市場主要被美日韓壟斷，但增長的濾波器市場滋養了各種創新與創業的機會，射頻前端濾波器面臨本土化的機遇，同時也面對智慧財產權、多工器設計以及產品模組化等諸多挑戰。

新材料、新工藝、新設計理念

說到射頻前端器件需要採用新材料、新工藝、注入新設計理念的趨勢，眾多合作夥伴在論壇演講中進行了精彩分享。

晨宸辰科技總經理陳飛

晨宸辰科技總經理陳飛解析了5G射頻前端中晶圓級濾波器模組實現的挑戰和機會--5G射頻前端集成度大幅提升，5G射頻方案的複雜性導致成本增加，模組方案需要更多製造產能。實現SAW濾波器的低成本晶圓級封裝是射頻前端模組的關鍵。為此，晨宸辰推出晶圓級封裝方案：第一代WLAP和第二代WLAP濾波器，晨宸辰已經部署月產一萬片晶圓級濾波器封測產能和月產一千萬顆的SiP封測產能；未來晨宸辰將持續部署月產兩萬片晶圓濾波器級封測產能和月產三千萬顆的SiP封測產能。

成都電子科技大學教授吳傳貴

成都電子科技大學教授吳傳貴介紹了新一代單晶壓電薄膜射頻濾波器晶片技術，針對布拉格反射型聲學器件結構，其團隊建立了涵蓋材料仿真計算、材料製備方法、器件結構設計、器件製備工藝和表徵方法的完整技術鏈條新材料方面，突破了現有聲學濾波器長期以來的帶寬和頻率雙重瓶頸；新結構方面，提高工作頻率，大幅減小晶片尺寸，滿足模組化發展；新工藝方面，開發獨創的製造工藝，減少流片步驟，降低製造成本。

迦美信芯CEO倪文海

迦美信芯CEO倪文海博士介紹了Sub-6GHz 5G NR平臺上基於矽SOI CMOS工藝的核心射頻器件。他指出，Sub-6GHz 5G NR平臺上，濾波器其實還有很多是基於矽工藝的，這個特殊工藝叫SOI CMOS，需要核心射頻器件。迦美信芯的差異化優勢包括：一是專注細分領域，專注於射頻前端的天線開關，天線調諧器和低噪放的產品開發與合作，與紫光展銳的5G平臺合作是互補的關係；二是單襯底的SOI CMOS工藝設計，採用成熟的晶圓和封裝工藝，做出高性能的產品；三是穩定的供應鏈，晶圓和封測都採用國內一流的供應商，供貨穩定，封裝與國際公司產品兼容，容易推廣和備貨；四是高性能的產品，從130nm到 110nm再到 55nm的技術路線圖，產品技術指標達到國際水準，能滿足國際品牌客戶需求，產品品類齊全，滿足各種不同的應用需求。

東南大學王海明教授

東南大學王海明教授介紹了智慧天線射頻設計技術。伴隨著無線移動通信快速發展，工作頻率越來越高，天線及射頻電路的結構和設計日趨複雜，由此帶來了越來越高的計算負擔。對天線及射頻電路的優化及敏感性分析等問題而言，可靠的全波電磁仿真所耗費的計算資源和優化算法對參數與性能函數的調用次數形成了一對天然的矛盾。近年來，人工智慧被廣泛引入天線與射頻的設計領域，用以緩解全波電磁仿真帶來的計算壓力，從而大幅加速天線及射頻設計。包括人工神經網絡、支持向量機和高斯過程回歸等機器學習方法被用來建立低計算複雜度的代理模型，從而對未知設計點處的天線及射頻性能做出快速預測。通過機器學習與全局優化方法的結合，能夠為複雜的天線及射頻電路設計帶來全新的解決方案。

西安交通大學教授王來利

西安交通大學教授王來利介紹了寬禁帶功率半導體器件的高密度封裝集成技術。由於其優異的開關性能和高溫工作性能，寬禁帶功率器件未來將對應用帶來革命性變化，但同時也對器件的封裝技術帶來了巨大的挑戰：寬禁帶半導體的開關頻率可以顯著提高，因此可以實現功率變換的高功率密度、高頻化、高效率的目標。但是，在高開關頻率下，如何降低寄生電感影響，如何提升電磁元件的性能是面臨的主要問題。未來希望通過互連技術、封裝結構優化等方法，實現系統集成，來減小寄生參數的影響。在高溫工作方面，主要的挑戰來自於器件的面積減小，發熱集中，如何解決低熱阻散熱、熱膨脹係數匹配等問題。所以必須在封裝材料，封裝結構等方面尋找解決方案。此外，由於器件的工作溫度大幅高於傳統的矽器件，挑戰主要來自於由功率循環引起的對封裝結構機械應力的耐受。必須在封裝材料、結構等方面進行升級，才能真正發揮寬禁帶器件的優勢。

三安功率器件技術市場總監葉念慈

三安功率器件技術市場總監葉念慈闡述了第三代半導體電力電子器件的優勢：一是低導通電阻，可以降低導通損耗；二是高頻開關，可以減小無源器件尺寸；三是器件容許的工作溫度升高，可以減小散熱器體積。現在第三代半導體的量還很小，市場應用暫時還沒有鋪開，業界要想辦法把一些製造優勢或設計優勢能夠集中展現，先度過比較困難的時期，之後才會有一個比較好的發展。C114通信網 安迪

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