成為近年來行動設(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通訊標準將逐漸不敷使用,，在市場驅(qū)動下，5G標準的制定已積極展開,，預(yù)計2020年，市場將出現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,，高速傳輸對行動設(shè)備帶來嚴峻挑戰(zhàn),，新世代的行動設(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)熱性和高擊穿電場強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)體市場年均復(fù)合將達 38%,，而 2016 年至 2020 年 GaN 射頻組件市場復(fù)合年增長率將達到4%，因此,，如何積極因應(yīng)此一趨勢,， 善用本身優(yōu)勢布局市場，將是臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)這幾年的重要課題,。
持續(xù)精進的化合物半導(dǎo)體技術(shù)
絡(luò)達科技技術(shù)長林珩之博士就指出,，與過去的通訊標準相較，5G在大幅強化傳輸速度,、容量的同時,，功耗不至于同步提升，為達成此一目標,，通訊設(shè)備的內(nèi)部設(shè)計也必須進化,，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的標準制定已積極展開,，新世代的行動設(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)備同時考慮進去,，至于在5G功率放大器的制程選擇，CMOS與GaAs/GaN誰會勝出,？ 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，至于在自行檢測能力,、復(fù)雜偏壓電路設(shè)計,、訊號處理能力、整合性,、配置彈性,、低供電電壓能力方面，則是CMOS勝出,，因此他認為在5G乃至于6G與毫米波的基地臺設(shè)計 ,，由于效能是主要考慮，GaAa/GaN仍會繼續(xù)存在,，而以成本考慮為主的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,，具低耗電與低價設(shè)備特色的CMOS，將比GaAa/GaN更有機會,，手持式裝置部分,，小于6GHz的設(shè)備，仍會采用GaAs/GaN或是CMOS+GaAs的復(fù)合式架構(gòu),，至于毫米波市場,，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)計需求中,，GaN制成的半導(dǎo)體可在高頻運作下，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)備與消費性電子產(chǎn)品中,，會有相當高的發(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)界并不會不關(guān)心其顆粒數(shù),，但對于大芯片尺寸的功率器件來說，每片芯片只有不到千個芯片,，而產(chǎn)量與晶粒數(shù)量有關(guān),，在這部分就會需要用創(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)量客戶通常不會接受,，另一種則是以機器手臂取代人工，機器手臂可將顆粒數(shù)大幅降低至100顆以下,，因此目前的主要做法會是從機器手臂著手,，而聯(lián)鈞光電的目標則是將其降至20顆以下，以符合市場需求,，為此在聯(lián)鈞光電要求下,， 晶圓設(shè)備商Aixtron在2015年設(shè)計全球第一部出可維持攝氏600度、以卡匣對卡匣,，不碰觸晶圓表面的磊晶設(shè)備,，成功達到目標。
從模塊到封測 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，例如點對點的射頻傳輸與VSAT,，目前穩(wěn)懋半導(dǎo)體的pHEMT和PIN二極管主要技術(shù)平臺,，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,，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)前端模塊也會有巨大潛力,。
圖二 : 對于大芯片尺寸的功率器件來說，每片芯片只有不到千個芯片,，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Ka-Band Doherty放大器和低噪放大器已透過o.15um增強模式完成,，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)域相當適用的驗證解決方案,。
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,，但市場上行動設(shè)備通訊需求與云端運算概念所帶來的數(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)在客戶對委外封測廠商的要求除了數(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，是目前云端運算平臺的關(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，同時具備了小型化,、高效能與功能整合等特色,， 提供臺灣產(chǎn)業(yè)最佳解決方案。