5G时代热门半导体:碳化硅、氮化镓有什么差别?

再加上手机内部能留给天线的空间越来越小,5G手机天线的性能,通常会减少0.5~1.5dB。

EFFECT PHOTONICS首席技术官Tim Koene表示,提到光电集成电路,业界普遍想到的都是硅光子(Silicon Photonic),并认为硅光子将在成本上拥有压倒性优势,其他基于化合物半导体的光电集成电路很难与之竞争。

以耐受电压与输出功率为界,SiC、GaN各有其优势场景

Yole Développement电源与无线部门总监Claire Troadec表示,电源芯片产业大约每20年会有一次革命性突破,GaN on Si与SiC将是引领这波新革命的要角。但由于材料特性不同,这两种组件适合的应用市场也有所区隔。一般来说,以耐受电压600~650伏特为界,高于该区间的应用会以SiC为主;低于该区间的市场则会是GaN的主战场。就个别应用来说,SiC最重要的应用会是电动汽车、轨道运输与电动汽车充电站;GaN最重要的应用则是消费性电源,其次是电动汽车与不断电系统(UPS)等。

乾坤科技首席技术官詹益仁认为,GaN在电源领域的应用潜力自2010年开始受到关注,当时业界对其发展前景相当看好,投入的厂商也不少。但由于GaN与硅的特性不同,操作方式也不一样,因此在商品化初期遇到相当多问题,发展并不如预期顺利。直到最近一两年,GaN在技术上才真的达到成熟阶段,可以大量商品化。

GaN Systems亚洲区总经理Stephen Coates则指出,以GaN材料制作的功率晶体管,经过多年发展,生态系统统已经渐趋成熟。不仅市场上已有相当多标准产品,价格也十分具有竞争力。以往客户最有疑虑的组件可靠度问题,现在也已不成问题。除了消费性电源之外,GaN Systems也有服务器、工业设备、能源存储等领域的客户,推出采用GaN功率组件的应用产品;汽车Tier 1客户则正在设计导入阶段。这些对组件品质、可靠度要求极为严谨的垂直产业开始采用,正是GaN组件可靠度已经不成问题的最佳证明。

产品线横跨GaN与SiC的意法半导体(ST)则认为,两种产品虽然有应用重叠之处,但由于技术特性的差异,会自然形成产品区隔。意法策略营销经理Filippo Di Giovanni指出,GaN与SiC应用重叠的地方,落在输出功率1~30kW之间的应用,低于 1kW的应用,GaN有明显的优势,高于30kW的应用,则应该采用SiC。

检测、蚀刻、封装陆续到位,宽能隙组件起飞可期

日月光处长邱基综就指出,过去几十年来,电源芯片的封装一直在追求微型化、更好的散热性能与更好的电气特性,所用到的封装技术也日益复杂。早年的电源芯片几乎都使用打线封装,但近年来采用复晶封装的电源芯片已越来越常见。而为了进一步在单一封装体内实现更高的集成度,很多芯片商已经发展出将主被动组件集成在同一个基板上的封装技术,推出外观看似芯片,实为电源模块(Module)的产品。

在检测部分,科磊(KLA)区域产品营销经理周发业表示,就SiC而言,最关键的是芯片投片生产前的瑕疵检测,因为SiC芯片出现缺陷的几率较高,因此在生产前的芯片缺陷检测十分关键。GaN组件的状况则正好相反,GaN组件最棘手的地方在于,蚀刻制程不能对GaN的结构造成损伤,否则会对组件可靠度造成负面影响。因此,针对GaN组件,检测重点在蚀刻加工后的检测。

至于在蚀刻部分,住程科技(SPTS)系统副总裁Dave Thomas认为,SiC蚀刻最具挑战性的地方在于如何加快蚀刻的速度,以及加工的终点侦测。由于SiC的硬度相当高,要对此材料进行快速蚀刻是比较困难的。另外,因为SiC组件的晶体管未来都会采用沟槽式结构,这意味着加工的终点会在盲区,要通过终点侦测把蚀刻深度控制得恰到好处,也是相对挑战的任务。

而在GaN的蚀刻方面,诚如周发业所言,GaN层对蚀刻制程所造成的损伤相当敏感,故在蚀刻过程中,必须放慢速度,小心翼翼地进行。目前SPTS已经能做到将反应炉控制在电浆即将消失的极限条件,借此把蚀刻速度放到最慢,以尽可能避免对组件结构造成损伤。