多芯片混合集成解决GaNPA的成本挑战

　　导读：在5G垂直应用快速落地的推动下，全球5G部署正在有序推进根据最新数据，中国部署的5G基站超过150万个，预计到2025年将超过500万个 伴随着5G大规模MIMO架构的普及，包括PA在内的各种射频器...

在5G垂直应用快速落地的推动下，全球5G部署正在有序推进根据最新数据，中国部署的5G基站超过150万个，预计到2025年将超过500万个

伴随着5G大规模MIMO架构的普及，包括PA在内的各种射频器件需求成倍增长，5G基站的建设和基站内信道的增加，为国产基站PA，Yougallium科技的创始人黄飞告诉王记伟。

面对这一巨大的增量市场，第三代半导体材料GaN显示出诱人的应用前景黄妃认为:GaN的宽带隙和高电子迁移率的天然特性使其特别适合于下一代通信和微波射频应用，尤其是其高频，宽带宽和高效率的优势，使其成为5G基站PA的理想材料

多芯片混合集成解决GaN PA的成本挑战

功率放大器是基站中的核心设备，消耗基站近50%的电能因为它位于发射机的最后一级，直接决定了基站的通信信号质量伴随着通信频段和信号带宽的不断提高，传统LDMOS PA的增益，带宽，效率等性能指标会急剧下降，因此GaN PA成为必然选择

尽管在材料性能上具有先天优势，但目前相比传统的硅基LDMOS或GaAs，RF GaN的工艺成本仍然较高，单片集成方案意味着更大的GaN管芯尺寸，导致芯片成本更高，难以应用于民用市场。

采用混合集成方案是一个很好的解决方案黄妃解释，所谓混合集成，就是采用多管芯互连的结构，在核心功率管部分采用GaN工艺，在其他匹配网络和电源网络采用低成本工艺，既能保证整个产品发挥GaN的显著性能优势，又能大大减少GaN的使用面积，从而降低整体成本

优加科技的多管芯互联混合集成模块大大降低了成本。

优盖乐科技推出的全匹配集成模块GaN MCM产品，采用了上述混搭的设计思路例如，GaN+IPD，GaN+HBT和GaN+SOI的混搭模式将不同工艺材料的管芯集成到一个模块中

这种混搭模式不仅可以降低成本，还有助于提高性能黄妃说，IPD工艺的无源器件具有较高的Q值，结合片外键合金丝和衬底SMT元件，可以实现低损耗阻抗匹配，进一步提高功放效率

与传统产品相比，U—Ga技术的5G GaN MCM模块产品不仅解决了成本挑战，还可以降低PA模块尺寸，缩短设计周期，集成度高，有助于简化5G基站的部署黄飞透露:目前产品关键技术指标已经赶上国际大厂水平，如恩智浦，Qorvo等在产品规划上，产品矩阵围绕功率和频率两个维度进行布局，将覆盖频段从2.6GHz到4.9GHz，输出功率从5W到15W的多型号射频功率放大器

软硬结合，突破效率和线性两大挑战。

GaN主要用于高频大功率的场景，这些应用领域通常特别注重其效率和线性度因此，在设计GaN射频电路时，不仅要采用传统的电路设计方法，还要针对其应用场景的特殊要求，采用特殊的电路设计方法从事甘帕设计多年的黄飞深有体会地指出

Gan电路设计充满挑战。

GaN PA的原始线性度较差为了满足基站严格的线性度要求，通常采用数字预失真算法对功率放大器进行线性化可是，伴随着通信信号带宽的增加，DPD的功耗和硬件成本将急剧上升为了解决这个问题，有必要在电路设计层面提高功率放大器的原始线性度这需要硬件电路和软件算法相结合，不断调试和改进此外，在提高效率的同时，我们还必须考虑到不同市场的价格需求例如，在尽力减少核心GaN的占用面积的同时，我们还必须考虑到苛刻的散热要求这些是我们过去一直关注的方面黄飞说

脱胎于清华大学的科研成果转化，经过多年的积累，目前，优盖乐科技在北京和苏州拥有R&D中心基于第三代半导体GaN材料，优加灵科技团队已经掌握了射频功放的全栈技术能力，可以提供功放芯片和DPD线性化射频前端的一体化解决方案从半导体器件设计，仿真，测试和验证，到基于不同工艺的混合方案组合，再到塑封，陶瓷封装等不同封装，以及各种功率，频段的不同模块的集成设计，Yougallium Technology的产品在性能和可靠性上得到了快速迭代和不断提升目前已推出多款产品，得到了数十家客户的认可，部分产品正在量产

满足RF GaN新蓝海市场国产化趋势，引领行业发展。

根据Yole 2020的数据，到2025年，GaN射频器件的全球市场预计将以年均12%的复合增长率增长5G基站的建设是GaN射频器件市场的关键驱动力，预计该市场的年均复合增长率将达到15%

如果说手机等消费电子领域的射频器件市场已经呈现出激烈竞争的迹象，那么基站等工业领域的射频器件应用则呈现出蓬勃发展的势头尤其是在5G通信的带动下，射频芯片需求激增，射频GaN面临的新赛道市场可以说是一片蓝海

GaN作为第三代半导体器件，在商用射频领域的发展和应用时间并不长Cree于2004年推出了第一个商用gan器件，我们的团队于2006年在清华大学开始专注于制造GaN射频器件所以从这项技术的研发历史来看，国内外一线厂商几乎处于同一起跑线上黄飞透露，我们非常看好GaN RF未来的发展前景

如今，在疫情，地缘政治等因素的影响下，近两年来，芯片国产化的呼声日益高涨，这给国内集成电路企业带来了难得的机遇。

从市场应用来看，目前中国引领全球5G基础设施建设，全球主流通信设备厂商有华为，中兴等对于国内射频器件供应商来说，这些强大的客户市场资源有助于快速的技术迭代，从而形成产品的应用壁垒和技术壁垒

我认为国产替代是我们实现快速发展的第一步在推进国产替代的同时，逐步占据行业骨干地位，从而引领产业技术发展黄妃上告，背靠中国这个全球最大的市场，我们应该充分利用近水楼台的优势，创造机遇，承担起引导产业技术发展的主导权

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