5G殺到!射頻前端需要怎樣的工藝和技術?

RF器件和工藝技術的市場正在升溫, 特別是對于智能手機中使用的兩個關鍵組件——RF開關器件和天線調諧器 。
RF器件制造商及其代工合作伙伴繼續推出基于RF SOI工藝技術的傳統RF開關芯片和調諧器, 用于當今的4G無線網絡 。 最近, GlobalFoundries為未來的5G網絡推出了45nm RF SOI工藝 。 RF SOI是RF版本的絕緣體上硅(SOI)技術, 利用內置隔離的高電阻率襯底 。
為了打破市場環境, 一家無晶圓廠IC設計公司Cavendish Kinetics正在推出基于一種替代技術——RF MEMS的新一代RF產品和天線調諧器 。
RF開關和調諧器是手機RF前端模塊中的關鍵組件之一 。 RF前端將發送和接收功能集成到系統中, RF開關對信號進行路由 。 調諧器幫助天線調整到任意頻段 。
無論哪種器件和技術類型, 當今RF市場的挑戰都令人望而生畏 。 Cavendish Kinetics總裁兼首席執行官Paul Dal Santo表示:“幾年前, RF是一項相當簡單的設計 。 但事情現在已經大大改變 。 首先, RF前端必須可以處理非常寬的頻率范圍, 從600 MHz至3 GHz 。 采用先進的信號技術和5G技術, 頻率范圍將達到5GHz至60GHz 。 這給前端RF設計師帶來了難以置信的挑戰 。 ”
考慮到這些挑戰, 手機OEM廠商必須考慮選擇一些新的組件 。 具體來說, 對于RF開關和天線調諧器, 可以歸結為兩種技術——基于RF SOI的器件和RF MEMS 。
RF SOI是現有技術 。 基于RF SOI的器件能力尚可, 但它們開始遇到一些技術問題 。 除此之外, 市場還存在價格壓力, 隨著器件從200mm遷移到300mm晶圓廠, 問題還會出現 。
相比之下, RF MEMS有一些有趣的特性, 并在某些領域取得了進展 。 事實上, Cavendish Kinetics公司表示, 其基于RF MEMS的天線調諧器正在被三星和其他OEM接受 。
Strategy Analytics的分析師Chris Taylor說:“接觸式RF MEMS提供非常低的導通電阻, 從而降低插入損耗 。 但RF MEMS沒有生產記錄, 高容量無線系統OEM廠商將不會對新技術和小型供應商做出巨大貢獻 。 當然, RF MEMS作為替代品, 價格必須有競爭力, 但主要OEM廠商想要可靠性得到檢驗的產品和可靠的供應來源 。 ”
RF前端
不過, 在智能手機(RF開關, 調諧器, 和其他組件)的混合商業環境中, RF前端市場值得關注 。 根據Pacific Crest Securities的數據, 智能手機出貨量預計將在2017年增長1%, 而2016年則增長了1.3% 。
另一方面, 根據YoleDéveloppement的數據, 手機的RF前端模塊/組件市場預計將從2016年的101億美元躍升至2022年的227億美元 。 據Strategy Analytics分析, RF開關器件市場在2016年達到了17億美元 。
隨著OEM廠商繼續在智能手機中增加更多RF內容, RF市場正在不斷增長 。 Strategy Analytics的Taylor說:“多頻段LTE也正在向下層器件延伸, 開關內容正在增加 。 ”
在轉向4G或長期演進(LTE)的過程中, 每臺手機的RF開關器件數量都有所增加 。 Taylor 說:“我們每年都在談論大量的單元, 大多數但并非全部(RF開關)都會進入手機, 其中現在絕大多數是SOI 。 RF MEMS仍然是新興市場, 相對于RF SOI開關來說微不足道 。 ”
盡管RF開關的出貨數量很大, 但是市場競爭激烈, 價格壓力較大 。 Taylor 表示, 這些器件的平均銷售價格(ASP)為10-20美分 。
同時, 在一個簡單的系統中, RF前端由多個組件組成——功率放大器、低噪聲放大器(LNA)、濾波器、以及RF開關 。

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