5G部署高頻，GaN將顯得重要 - 工程師

5G部署高頻，GaN將顯得重要

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5G部署正如火如荼展開，到2021年底，所安裝的中頻基礎設施幾乎是2019年的6倍。但這並不意味著所有挑戰都已解決。迄今為止，大部分5G部署都與現有4G相似，是採用較低頻段，而不是充分利用較高頻率──6 GHz以下和毫米波（> 20 GHz）頻段才是關鍵。

也因為如今，5G的當前狀態所看到的技術創新比最初預期的還要少，因為高頻率、Gigabit下載速度和毫秒延遲的承諾尚未得到完全實現。IDTechEx認為GaN在5G市場的技術創新上將非常具有機會。

橫向擴散金屬氧化物半導體（laterally-diffused metal-oxide semiconductor；LDMOS）器件一直是4G時代功率放大器的首選技術。這些功率放大器提供了增強傳輸訊號的關鍵作用。問題是進入4 GHz以上，LDMOS就變得低效率。效率是電信基礎設施的一個關鍵因素，因為它直接影響天線的能耗。

隨著大部分5G基礎設施與現有設備一起部署，電信塔臺的能耗將急劇增加，如果採用GaN等寬能隙半導體，在更高頻率下將可大大提高效率10%或更多。

華為採用GaN是其開始部署4G網路之時，但由於價格上漲、產量降低以及難以與其他零組件整合，所以在全球的採用率並不高。

隨著5G的持續成長，尤其是在更高頻率方面，IDTechEx預計未來十年GaN將大量被使用，且每年將成長4倍，特別是使用6 GHz以下的基礎設施。

採用寬能隙半導體通常會提高器件的接面溫度（Junction Temperature），並要多考慮熱管理。熱循環的一個關鍵故障點是半導體器件的連接方式或晶片黏結材料。GaN器件的接面溫度通常高於175 °C，在這溫度點上會限制廠商可選擇的焊接材料，尤其是當大多數市場要求採用無鉛材料時。這導致許多廠商考慮使用燒結材料，其中以銀燒結為主，結果當然是獲得更可靠的連接和改進的導熱性。
例如：隨著市場向SiC（碳化矽）和800 V平台的過渡，銀燒結材料已經開始在電動車市場大範圍採用。

IDTechEx預計到2030年，5G基礎設施中對燒結材料的需求將增長10倍。不過，為了能夠降低成本和提高性能，廠商想要尋求銅燒結材料以取代銀燒結材料，但也會遇到了其他問題與挑戰。

總之，隨著5G逐步往高頻基礎設施部署，寬能隙半導體所扮演的角色將愈來愈重要，甚至可能改變天線設計、熱介面材料的使用與創新發展。

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