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RF在新兴市场的应用中崛起,给FD-SOI技术带来机遇

2017年以来,全球半导体市场迎来了爆发时增长,其中SOI市场预计将以29%的年复合增长率增长,预计到2022年,达到18亿万美元的规模。

 

现今,大多数RF应用在智能手机、WiFi等无线通讯领域上,其中绝大多数使用了RF-SOI制造工艺。随着5G与物联网等应用的不断进化,以及新一轮智能手机的更新换代,这一切都需要更加成熟的RF技术支持。

 

从市场的规模来看,目前SOI市场依然保持着每年15%的增长,依照这种增长速度,相当于没4-5年就翻一番。而整个半导体行业都只保持一位数的增长,可以说SOI市场的增长速度远高于行业平均水平。

 

从近几年市场的主要趋势来看,物联网正在驱动着整个产业的前进,无论是电源管理、传感器还是高性能网络连接,都出现了大幅度的增长,其中,高性能网络连接更是保持着31%的增长速度。

 

而RF作为网络连接的主要技术之一,更是广泛的应用在移动终端,尤其是智能手机领域。而目前智能手机当中所使用RF部件几乎都是采用RF-SOI技术生产的。如iPhone就是采用了RF-SOI技术生产的射频器件。而随着5G的出现,这一趋势将会更加明显。

 

因此,未来RF-SOI技术,将会随着市场对于数据的需求出现迅猛的增长,在5G出现之后,这一趋势也将会继续。

 

RF-SOI工艺非常适合用来做射频开关的设计,基于这种先进的工艺,可以将MIPI标准控制接口、滤波器等集成在开关模块中,并且提供优良的ESD可靠性,用于3G/4G的移动终端中,

 

因此,随着智能手机的迅猛发展、5G应用的日益成熟、无处不在的物联网应用等势头的出现,RF-SOI越发显得重要。2018年,蜂窝芯片的数量预计将会达到26.5亿颗,其中以4G芯片占主要份额。

 

从目前的形势来看,4G LTE芯片的出货量已经超越了3G芯片。在中国,TD-LTE标准已经成为了中国的主流标准,被广泛的厂商所接受。而这些蜂窝芯片中都包含着RF射频前端。

 

未来,随着5G技术的出现,将会进一步驱动射频前端和RF-SOI技术技术的发展。主要体现在更高的频率、毫米波技术的应用等几个方面。

 

目前,中芯国际正在推进0.13um RF-SOI 平台的升级,努力满足随着5G等新技术的出现,而带来的对于射频前端的各种需求。

 

晶圆代工厂格罗方德(GLOBALFOUNDRIES) 在大会中发布了新一代适用于无线及物联网芯片组之射频/ 类比制程设计套件(PDK) 的22FDX-rfa 制程解决方案,以及适用于5G、汽车雷达、WiGig、SatComm 及无线移动网络回传的毫米波制程设计套件之22FDX-mmWave 制程解决方案,两者都可协助相关IC 企业在进行相类似产品设计与生产时,达到最高的产品性能。

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格罗方德表示,两款解决方案皆以22纳米FD-SOI制程平台为基础,结合了高性能射频、毫米波以及高密度数字特性,能为整合式单芯片系统解决方案提供强大支援。此技术在高电流密度及低电流密度下均能拥有最高的fT (电流增益截止频率) 和fmax (最大振荡截止频率) 特性,适合需要尖端性能和电源效率的应用,例如LTE-A、NB- IOT 和5G 无线收发器、GPS Wi-Fi,以及WiGig 复合芯片、多种搭载整合式eMRAM 的物联网与汽车雷达应用。

 

格罗方德进一步指出,由于客户不断挑战智能连网装置的功能极限,格罗方德希望快速推进的移动及物联网主流市场需要射频及类比领域的不断创新。

 

格罗方德CMOS 业务部门资深副总裁Gregg Bartlett 表示,22FDX-rfa 制程解决方案整合出色的射频及类比功能,有助于提供具差异化特性的移动及物联网产品,并能完美平衡功耗、性能及成本。另外,针对新兴的毫米波市场,22FDX-mmWave 制程解决方案则提供业界前所未有的性能,造就差异化的相位阵列波束成形,以及其他毫米波系统解决方案,同时具备最低功耗以及最高水准的性能以及整合度。

 

另外,22FDX-rfa 做为 FinFET 类技术以外的方案,不仅提供整合前端模组元件的功能,更具备较低热噪声特性。而且其自增益放大性能与 FinFET 技术相当,而与bulk CMOS 相比,则具有高达至少两倍的自增益性能。与 FinFET 技术相比,FD-SOI 技术基础的固有特性能进一步减少将近三成的浸润式微影层,却能取得更为优异的射频性能。

 

格罗方德Peter Rabbeni先生在演讲中表示,随着从4G向5G市场的转变,射频前端市场正在不断增长。

 

这其中最大的原因,就是从2G、3G、4G向5G发展的过程中,射频前端所采用的器件的数量越来越多,结构越来越复杂。

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从上图中,我们能够看到,数量正在成倍的增长,这就使得芯片的体积越来越大。但是终端就要求芯片的体积要足够的小,因为终端市场在往微型化这个方向前进。尤其是在5G即将到来的今天,这种要求愈加迫切。

 

5G这一新的标准为我们带来的多种技术,要满足这些技术的需求,就必须在芯片中加入更多的部件。目前,微波集成电路采用的工艺主要有GaAs、SiGe BiCMOS、CMOS和RF-SOI,传统采用的是GaAs,其优点是RF性能好、击穿电压高,缺点是成本高、难于集成。目前,业界越来越多的公司都看重RF-SOI的发展,并不断加大研发投入,其在功耗、易于集成方面具有先天优势。

 

所以,Peter Rabbeni先生也表示,RF-SOI将会在5G标准的影响下显得更加重要。

 

未来无论在功率放大器、天线/模式转换器、天线调谐器以及LNA上,RF-SOI都将有长远的进步,尽管目前在PA等领域,传统GaAs由于性能原因仍将占据市场的重要地位,但在其他领域RF-SOI将成为市场的绝对主力。

 

目前,随着数据传输的复杂度越来越高,手机射频也变得越来越复杂,有更大的功率放大器、更多的开关以及其他相关部件,因此给了RF-SOI巨大的发展空间。


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