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专题
2020/11/12 21:00

象由芯生:如何让功率器件插上智能的翅膀?

C114通信网  安迪

C114讯 11月12日消息(安迪)本周,以“象由芯生·科技服务人民”为主题的2020紫光展锐市场峰会在上海召开。

同期举行的“智能功率专题论坛”上,紫光展锐携手来自三安集成电路、晨宸辰科技、迦美信芯、成都电子科技大学、西安交通大学、东南大学等产学研合作伙伴的专家开展“智能功率专题论坛”,深度分享了有关射频前端、射频滤波器以及功率器件领域的技术发展洞见,共同推进产业技术进步发展。

5G时代射频前端器件面临新挑战

射频前端,是移动通信设备的重要组成部分。据预测,到2025年全球射频前端市场规模将达258亿美金,年复合增长率超过8%。其中滤波器和 PA是射频前端领域最大的两个细分市场,合计占市场的61%。全球射频前端市场集中度较高,细分市场均为日美巨头垄断。前四大厂商占据全球约85%的市场份额。目前全球贸易保护主义盛行,射频前端市场的国产替代迫在眉睫。

随着5G时代的到来,为满足5G大带宽、低时延、大连接的新要求,同时为了满足终端小型化、高集成度的需求,对射频前端器件也提成众多新挑战。

紫光展锐高级副总裁宓晓珑

紫光展锐高级副总裁宓晓珑指出:5G时代,射频前端器件不但需要采用新材料、新工艺,更需要注入新设计理念;同时5G能耗的增加对功率器件也提出了更高要求,功率器件要向更高效的方向发展。面对如此复杂挑战,紫光展锐必须承担好自身的义务与责任,更需要产业上下游共同努力和应对,共同推动产业技术进步,让功率器件插上智能的翅膀。

据先容,紫光展锐的射频前端部门2007年推出2G PA,2011年推出3G PA,2015年推出4G PA,2020年推出5G PA,目前已在海信5G手机中先行量产。紫光展锐射频前端产品从2G到5G的不同产品已突破众多品牌客户,年出货量超过1亿颗。

紫光展锐陈景

紫光展锐陈景博士分析了射频滤波器的机遇与挑战--伴随5G核心技术,如CA、Massive MIMO以及高阶QAM等射频前端元器件数量和市场份额的大幅度增加,其中滤波器增长速度最快。手机滤波器的市场趋势来看,分立和模组化的滤波器数量均呈快速上涨趋势,集成滤波器产品的增长势头强劲。总体来看,目前射频滤波器市场主要被美日韩垄断,但增长的滤波器市场滋养了各种创新与创业的机会,射频前端滤波器面临本土化的机遇,同时也面对常识产权、多工器设计以及产品模组化等诸多挑战。

新材料、新工艺、新设计理念

说到射频前端器件需要采用新材料、新工艺、注入新设计理念的趋势,众多合作伙伴在论坛演讲中进行了精彩分享。

晨宸辰科技总经理陈飞

晨宸辰科技总经理陈飞解析了5G射频前端中晶圆级滤波器模组实现的挑战和机会--5G射频前端集成度大幅提升,5G射频方案的复杂性导致成本增加,模组方案需要更多制造产能。实现SAW滤波器的低成本晶圆级封装是射频前端模组的关键。为此,晨宸辰推出晶圆级封装方案:第一代WLAP和第二代WLAP滤波器,晨宸辰已经部署月产一万片晶圆级滤波器封测产能和月产一千万颗的SiP封测产能;未来晨宸辰将持续部署月产两万片晶圆滤波器级封测产能和月产三千万颗的SiP封测产能。

成都电子科技大学教授吴传贵

成都电子科技大学教授吴传贵先容了新一代单晶压电薄膜射频滤波器芯片技术,针对布拉格反射型声学器件结构,其团队建立了涵盖材料仿真计算、材料制备方法、器件结构设计、器件制备工艺和表征方法的完整技术链条新材料方面,突破了现有声学滤波器长期以来的带宽和频率双重瓶颈;新结构方面,提高工作频率,大幅减小芯片尺寸,满足模组化发展;新工艺方面,开发独创的制造工艺,减少流片步骤,降低制造成本。

迦美信芯CEO倪文海

迦美信芯CEO倪文海博士先容了Sub-6GHz 5G NR平台上基于硅SOI CMOS工艺的核心射频器件。他指出,Sub-6GHz 5G NR平台上,滤波器其实还有很多是基于硅工艺的,这个特殊工艺叫SOI CMOS,需要核心射频器件。迦美信芯的差异化优势包括:一是专注细分领域,专注于射频前端的天线开关,天线调谐器和低噪放的产品开发与合作,与紫光展锐的5G平台合作是互补的关系;二是单衬底的SOI CMOS工艺设计,采用成熟的晶圆和封装工艺,做出高性能的产品;三是稳定的供应链,晶圆和封测都采用国内一流的供应商,供货稳定,封装与国际企业产品兼容,容易推广和备货;四是高性能的产品,从130nm到 110nm再到 55nm的技术路线图,产品技术指标达到国际水准,能满足国际品牌客户需求,产品品类齐全,满足各种不同的应用需求。

东南大学王海明教授

东南大学王海明教授先容了智慧天线射频设计技术。伴随着无线移动通信快速发展,工作频率越来越高,天线及射频电路的结构和设计日趋复杂,由此带来了越来越高的计算负担。对天线及射频电路的优化及敏感性分析等问题而言,可靠的全波电磁仿真所耗费的计算资源和优化算法对参数与性能函数的调用次数形成了一对天然的矛盾。近年来,人工智能被广泛引入天线与射频的设计领域,用以缓解全波电磁仿真带来的计算压力,从而大幅加速天线及射频设计。包括人工神经网络、支撑向量机和高斯过程回归等机器学习方法被用来建立低计算复杂度的代理模型,从而对未知设计点处的天线及射频性能做出快速预测。通过机器学习与全局优化方法的结合,能够为复杂的天线及射频电路设计带来全新的解决方案。

西安交通大学教授王来利

西安交通大学教授王来利先容了宽禁带功率半导体器件的高密度封装集成技术。由于其优异的开关性能和高温工作性能,宽禁带功率器件未来将对应用带来革命性变化,但同时也对器件的封装技术带来了巨大的挑战:宽禁带半导体的开关频率可以显著提高,因此可以实现功率变换的高功率密度、高频化、高效率的目标。但是,在高开关频率下,如何降低寄生电感影响,如何提升电磁元件的性能是面临的主要问题。未来希翼通过互连技术、封装结构优化等方法,实现系统集成,来减小寄生参数的影响。在高温工作方面,主要的挑战来自于器件的面积减小,发热集中,如何解决低热阻散热、热膨胀系数匹配等问题。所以必须在封装材料,封装结构等方面寻找解决方案。此外,由于器件的工作温度大幅高于传统的硅器件,挑战主要来自于由功率循环引起的对封装结构机械应力的耐受。必须在封装材料、结构等方面进行升级,才能真正发挥宽禁带器件的优势。

三安功率器件技术市场总监叶念慈

三安功率器件技术市场总监叶念慈阐述了第三代半导体电力电子器件的优势:一是低导通电阻,可以降低导通损耗;二是高频开关,可以减小无源器件尺寸;三是器件容许的工作温度升高,可以减小散热器体积。现在第三代半导体的量还很小,市场应用暂时还没有铺开,业界要想办法把一些制造优势或设计优势能够集中展现,先度过比较困难的时期,之后才会有一个比较好的发展。

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