RF射频CMOS工艺能否取代砷化镓工艺?

　　随着移动终端的迅速发展，类似于WIFI、LTE对射频前端的技术要求也越来越高，而包括功率放大器、天线开关、低杂讯放大器等射频元件所涵盖的频段处理通道也比以前更多，这种情况下越来越多的射频元件厂商在寻找更高性价比的方案。

　　目前，PCBA上大部分的器件都可以使用硅来制造，只有射频部分没有办法使用，主流都是采用砷化镓(GaAs)的工艺来制造。然而由于砷化镓工艺所需要的材料比较稀缺，不管是材料成本和制造成本都比较高，对于生产线的要求也很高。据了解，最近4G LTE的PA缺货，主要就是由于用砷化镓工艺受材料的限制，产能无法满足。

　　根据调研机构的数据，到2013年全球采用硅工艺制造的IC产品收入达到430亿美金，而砷化镓工艺则小于10亿美金。拓扑产业研究院预计，至2016年CMOS功率放大器的市占率将逐步提升到15~20%。

　　此外，华为预测到2025年，物联网的整个市场规模可以达到1千亿美金，规模越大，对产品的成本要求也越高。

　　思科则预测2020年整个物联网市场会到500亿美金，意味着500亿个左右的Device。这样就是说每一个Device的射频前端成本是不能超过1个美金的。如果要系统产品的价格低于一个美金，意味着射频前端的成本要非常非常低。现在市面上，一个砷化镓的射频前端在物联网上的应用大概是8~9毛，要实现这一目标只有想办法把射频前端降下来。

　　在这种情况下，业界很早就将目光投向硅，因为硅的材料是沙子，取之不尽用之不竭，而且对于晶圆厂来说CMOS工艺也是最为成熟的，可以直接采用晶圆厂的Wafer。高通资深行销总监Carson就表示，射频前端系统的主控制端主要还是在于数据机平台，目前LTE数据机早已普遍采用CMOS职称，因此若射频前端虚体部分也能导入CMOS工艺，将大幅提高LTE平台控制界面的整合度。

　　传统的砷化镓工艺采用6英寸Wafer，成本大于1000美金。其面积只有纯CMOS工艺8英寸的Wafer的78%。单颗Die成本相差明显

　　然而实现CMOS工艺的技术难度非常大。一个是CMOS工艺对功率有要求，如果电压功率太大会烧掉;第二个是截止频率低的时候惰性强，为了提高功率需要选择更厚的材料;第三是转换效率不高。要满足这三点需求是非常困难的。

　　目前包括高通、RFaxis、英飞凌等厂商都在大力推动CMOS工艺的射频元件。不过高通的RF360平台目前采用的是SOI-CMOS职称，而RFaxis和英飞凌则采用成本更具优势且职称整合度更成熟的Bulk CMOS技术(纯CMOS)。

　　成立于2008年的RFaxis公司是目前全球第一家采用纯CMOS工艺来生产PA的厂商。“由于CMOS工艺能大大改善产品空间，这是我们用纯CMOS工艺的原因，希望未来能把砷化镓工艺赶出市场” RFaxis大中华区销售副总裁蔡玉书表示，目前该公司产品应用涵盖云服务、移动互联、物联网应用等多个领域。“目前竞品的产品一般都是3~4个Die，而我们是唯一能提供单颗芯片的厂商。”该公司全球销售副总裁Raymond Biagan表示，相对于目前市面上流行的砷化镓工艺、Bicmosg工艺等，纯CMOS用无掺杂物，是最成熟的工艺。纯CMOS工艺的优点在于集成度高，由于系统集成度高，除了芯片成本降低外，外围元器件相应减少，系统成本也会降低。随着RF前端逐渐采用CMOS工艺，未来射频芯片和数字芯片将有可能整合到一起。特别是一些对功率要求不大的应用场景，可以尝试跟数字芯片集成在一起。

　　此外CMOS工艺在性能上也具有优势，包括射频性能、灵敏度、热导性、噪声指数都具有天然的优势。通过平均功率追踪(APT)、封包追踪(ET)、数字预失真(DPD)、天线调谐等技术，CMOS解决方案已能满足载波聚合对线性及功耗的需求。

　　RFaxis产品总监虞强表示，虽然目前CMOS工艺相对砷化镓工艺量还比较小。而且可以看到市场空间的增长很大。从2014年开始，在无线应用方面，CMOS工艺会越来越多的取代砷化镓工艺。2014年CMOS工艺会达到7个million 美金，到2018年会增长到714个million美金，在4年的时间内会增加100倍。

　　RFaxis CMOS射频IC Roadmap，其中蓝色部分是已经量产，黄色部分目前可提供样品，红色部分正在开发中，白色部分正在规划中

　　部分合作客户，涵盖中日韩美知名品牌

　　去年年底RFaxis和展讯合作，得到认可成为其主要的合作伙伴，为其提供RF前端产品，还给博通公司的一个手机平台提供5G/2G的双频段射频前端

　　目前已经采用RFaxis CMOS射频产品的芯片商产品

　　当然，尽管CMOS工艺具有如此多的优点。虞强也表示砷化镓工艺的导电性能更好，接收频率高，针对一些高频率的应用，砷化镓仍然有它的市场。此外，即使是CMOS工艺本身，不同的应用需求也不同。比如GSM和3G上强调的是功率，不强调线性度。而WIFI、LTE非常强调线性度。所以目前RFaxis主要专注于WIFI领域。不过他表示，CMOS射频元件趋势已成，特别是在LTE等应用的大规模普及下，这股风潮已不可逆转。

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