成為近年來行動(dòng)設(shè)備的必備技術(shù)，而隨著應(yīng)用領(lǐng)域的漸深漸廣，目前的4G通訊標(biāo)準(zhǔn)將逐漸不敷使用，在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，5G標(biāo)準(zhǔn)的制定已積極展開，預(yù)計(jì)2020年，市場(chǎng)將出現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，高速傳輸對(duì)行動(dòng)設(shè)備帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，新世代的行動(dòng)設(shè)備需要滿足更高的溫度、功率、電壓、效能與抗輻射需求，就目前技術(shù)來看，具備寬能帶、高飽和速度、 高導(dǎo)熱性和高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度等特色的化合物半導(dǎo)體碳化硅 (SiC)、氮化鎵 (GaN) 無疑是市場(chǎng)上高溫、高頻及高功率組件材料的最佳解答，根據(jù)Yole Development的研究指出，2013年至 2022年，SiC功率半導(dǎo)體市場(chǎng)年均復(fù)合將達(dá) 38%，而 2016 年至 2020 年 GaN 射頻組件市場(chǎng)復(fù)合年增長率將達(dá)到4%，因此，如何積極因應(yīng)此一趨勢(shì)， 善用本身優(yōu)勢(shì)布局市場(chǎng)，將是臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)這幾年的重要課題。
持續(xù)精進(jìn)的化合物半導(dǎo)體技術(shù)
絡(luò)達(dá)科技技術(shù)長林珩之博士就指出，與過去的通訊標(biāo)準(zhǔn)相較，5G在大幅強(qiáng)化傳輸速度、容量的同時(shí)，功耗不至于同步提升，為達(dá)成此一目標(biāo)，通訊設(shè)備的內(nèi)部設(shè)計(jì)也必須進(jìn)化，在傳統(tǒng)的蜂巢式通訊網(wǎng)絡(luò)中，功率放大器(PA)往往是設(shè)備中功耗最大的組件，因此要解決此一問題，必須由PA著手。
圖一 : 5G的標(biāo)準(zhǔn)制定已積極展開，新世代的行動(dòng)設(shè)備需要滿足更高的溫度、功率、電壓、效能與抗輻射需求。
而要解決5G PA的功耗問題，林珩之博士表示除了從電路優(yōu)化設(shè)計(jì)著手，還必須將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)芯片、PA架構(gòu)、PA設(shè)備同時(shí)考慮進(jìn)去，至于在5G功率放大器的制程選擇，CMOS與GaAs/GaN誰會(huì)勝出？ 林珩之博士以方式指出，在Breakdown voltage、Power handling、Through wafer via、Substrate loss等部分，GaAs/GaN具有優(yōu)勢(shì)，至于在自行檢測(cè)能力、復(fù)雜偏壓電路設(shè)計(jì)、訊號(hào)處理能力、整合性、配置彈性、低供電電壓能力方面，則是CMOS勝出，因此他認(rèn)為在5G乃至于6G與毫米波的基地臺(tái)設(shè)計(jì) ，由于效能是主要考慮，GaAa/GaN仍會(huì)繼續(xù)存在，而以成本考慮為主的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，具低耗電與低價(jià)設(shè)備特色的CMOS，將比GaAa/GaN更有機(jī)會(huì)，手持式裝置部分，小于6GHz的設(shè)備，仍會(huì)采用GaAs/GaN或是CMOS+GaAs的復(fù)合式架構(gòu)，至于毫米波市場(chǎng)，CMOS有可能全拿。
聯(lián)鈞光電竹科分公司總經(jīng)理林昆泉博士，則針對(duì)GaN的磊晶晶圓制程提出相關(guān)看法，他指出在高耐熱性、高擊穿電壓、高電子飽和度與高電流密度的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求中，GaN制成的半導(dǎo)體可在高頻運(yùn)作下，提供高功率輸出，因此在新一代的應(yīng)用如車用電子、電力管理系統(tǒng)、工業(yè)照明、攜帶式電子裝置、通訊設(shè)備與消費(fèi)性電子產(chǎn)品中，會(huì)有相當(dāng)高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
林昆泉表示硅功率組件上的GaN未來將采用硅制程，在6吋磊晶硅晶圓片的每片芯片上，都含有上萬顆的LED芯片，一般業(yè)界并不會(huì)不關(guān)心其顆粒數(shù)，但對(duì)于大芯片尺寸的功率器件來說，每片芯片只有不到千個(gè)芯片，而產(chǎn)量與晶粒數(shù)量有關(guān)，在這部分就會(huì)需要用創(chuàng)新的技術(shù)來將的磊晶晶圓的顆粒。
林昆泉指出，目前MOCVD設(shè)備的長晶，大多是采人工方式，以鑷子放置，這種方式會(huì)導(dǎo)致顆粒大量增加至500顆以上，此一數(shù)量客戶通常不會(huì)接受，另一種則是以機(jī)器手臂取代人工，機(jī)器手臂可將顆粒數(shù)大幅降低至100顆以下，因此目前的主要做法會(huì)是從機(jī)器手臂著手，而聯(lián)鈞光電的目標(biāo)則是將其降至20顆以下，以符合市場(chǎng)需求，為此在聯(lián)鈞光電要求下， 晶圓設(shè)備商Aixtron在2015年設(shè)計(jì)全球第一部出可維持?jǐn)z氏600度、以卡匣對(duì)卡匣，不碰觸晶圓表面的磊晶設(shè)備，成功達(dá)到目標(biāo)。
從模塊到封測(cè) 新世代通訊架構(gòu)現(xiàn)身
穩(wěn)懋半導(dǎo)體技術(shù)處處長王文凱博士，則針對(duì)GaAs在毫米波的前端模塊解決方案提出看法，他指出GaAs pHEMT制程已被業(yè)界長期應(yīng)用于無線通信，例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的射頻傳輸與VSAT，目前穩(wěn)懋半導(dǎo)體的pHEMT和PIN二極管主要技術(shù)平臺(tái)，在效能與電路方面已有解決方案，他指出近年來GaAs技術(shù)的快速演進(jìn)，讓晶圓封裝與通訊設(shè)備上的多數(shù)功能開始整合， 此外，pHEMT和PIN二極管整合為PINHEMT的技術(shù)，在毫米波通訊系統(tǒng)前端模塊也會(huì)有巨大潛力。
圖二 : 對(duì)于大芯片尺寸的功率器件來說，每片芯片只有不到千個(gè)芯片，因此需要用創(chuàng)新的技術(shù)來將的磊晶晶圓的顆粒。
王文凱指出，目前已可用0.1um pHEMT執(zhí)行E波段和D波段放大器，同時(shí)Ka-Band Doherty放大器和低噪放大器已透過o.15um增強(qiáng)模式完成，而Ka波段的switch則可由GaAs PIN二極管制程示范，這說明了GaAs pHEMT是毫米波領(lǐng)域相當(dāng)適用的驗(yàn)證解決方案。
在方裝技術(shù)方面，日月光技術(shù)處處長林弘毅博士表示，現(xiàn)在整體產(chǎn)業(yè)的問題在于摩爾定律逐漸趨緩，但市場(chǎng)上行動(dòng)設(shè)備通訊需求與云端運(yùn)算概念所帶來的數(shù)據(jù)傳輸量卻越來越龐大，目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中任何一種芯片技術(shù)的提升速度，因此異系統(tǒng)整合就成為帶寬問題的解決之道，現(xiàn)在客戶對(duì)委外封測(cè)廠商的要求除了數(shù)字CMOS制程外，還必須提供射頻與光學(xué)等技術(shù)的解決方案。
現(xiàn)在行動(dòng)設(shè)備的射頻模塊與數(shù)據(jù)中心的硅光子模塊，是目前云端運(yùn)算平臺(tái)的關(guān)鍵組件，這兩類組件都需要有多元材料包括化合物半導(dǎo)體、硅和被動(dòng)組件或特殊晶體等異材質(zhì)的高速連通芯片，其中阻抗匹配和低插入損耗將是關(guān)鍵性能指針，在演講過程中，林弘毅展示的射頻模塊和硅光子模塊的新封裝平臺(tái)，同時(shí)具備了小型化、高效能與功能整合等特色， 提供臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)最佳解決方案。