微波射頻器件的案例
微波射頻電路、IC及微系統設計領域有哪些前沿技術挑戰？
微波射頻電路是雷達、通信、導航、測控、電子對抗及數據傳輸等系統中重要的組成部分。在科技以及5G技術發展的推動下，雷達和無線通信系統的指標如發射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動射頻微波技術向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發射，高靈敏度等方向發展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續涌現，這些都為微波射頻電路設計帶來了新的挑戰。
另外，隨著系統小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統已經成為射頻電路發展的熱門方向。射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。Ansys仿真技術最終實現微波射頻電路與系統的高效率、高質量設計。
Ansys微波射頻電路、IC及微系統解決方案以三維全波電磁場仿真軟件HFSS為基礎，結合電路仿真及電-熱-結構多物理場仿真技術，提供完整的仿真設計與優化方案。
展開 2024深圳國際微波射頻技術及應用展覽會
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2024深圳國際微波射頻技術及應用展覽會
2024 Shenzhen International Holdings International Microwave RF Technology and Application Exhibition
時間：2024年4月9 日-11日
地點：深圳會展中心（福田）
參展咨詢：金丹137 6181 8142（同微信） QQ：362502110
Email:cdekmh@163.com
網站：www.kmfwuexpo.com
展會介紹：
5G毫米波及基站產業鏈正在蓬勃發展,射頻與微波技術在軍工和民用領域的應用越來越廣泛,氮化鎵技術、陣列天線、太赫茲技術取得了眾多實質性進展;越來越多的企業開始了6G預研,處于同樣的毫米波段的兩代技術是否意味著產品在設計、工藝、材料和相關測試方面都將順利發展。射頻微波作為電子元器件的重要組成部分，國家產業政策對電子元器件發展的支持，將對電子元器件整體產業發展及其中電容器領域的發展產生積極作用。
深圳是中國重要的軍工、航空/航天、雷達、空間技術產業基地,聚集了一大批優秀的微波射頻器件 制造企業和科研院所。依托深圳城市的優勢“2024深圳國際微波射頻技術應用展覽會”將于2024年4月09-11日在深圳會展中心舉辦，作為第十二屆中國電子信息博覽會的重磅項目展會之一，受到了線上線下廣大工程師和研究人員的青睞，同期舉辦“中國微波射頻技術研討會”聚焦了微波射頻領域的前沿技術和熱門議題包括：無線能量傳輸、微波技術在加速5G部署方面的作用、5G/6G前沿技術研究、5G時代下的電磁兼容挑戰與發展、毫米波電路與天線、雷達感知、集成封裝、人工電磁超材料等。
展開 行業應用方案 | 微波射頻電路、IC及微系統
微波射頻電路是雷達、通信、導航、測控、電子對抗及數據傳輸等系統中重要的組成部分。
在國防科技以及5G技術發展的推動下，雷達和無線通信系統的指標如發射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動射頻微波技術向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發射，高靈敏度等方向發展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續涌現，這些都為微波射頻電路設計帶來了新的挑戰。
另外，隨著系統小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統已經成為射頻電路發展的熱門方向。射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。
展開 行業應用方案 | 微波射頻電路、IC及微系統
Ansys 行業應用方案連載（1）
微波射頻電路、IC及微系統
微波射頻電路是雷達、通信、導航、測控、電子對抗及數據傳輸等系統中重要的組成部分。
在國防科技以及5G技術發展的推動下，雷達和無線通信系統的指標如發射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動射頻微波技術向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發射，高靈敏度等方向發展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續涌現，這些都為微波射頻電路設計帶來了新的挑戰。
另外，隨著系統小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統已經成為射頻電路發展的熱門方向。射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。
展開 
射頻/微波/毫米波：雷達，收發機，天線，器件
咨詢，培訓，委托開發
智芯研報 | 氮化鎵（GaN）射頻器件市場：2026年預計達到24億美元以上
▲不同應用領域主流射頻器件技術路線演進
全球 GaN射頻器件
產業鏈競爭格局
目前，射頻器件的主要市場如下：手機和通訊模塊市場，約占80%；WIFI路由器市場，約占9%；通訊基站市場，約占9%；NB-IoT市場，約占2%。
▌境外 GaN射頻器件產業鏈重點公司及產品進展
GaN 微波射頻器件產品推出速度明顯加快。目前微波射頻領域雖然備受關注，但是由于技術水平較高，專利壁壘過大，因此這個領域的公司相比較電力電子領域和光電子領域并不算很多，但多數都具有較強的科研實力和市場運作能力。GaN 微波射頻器件的商業化供應發展迅速。
Qorvo 產品工作頻率范圍最大，Skyworks 產品工作頻率較小。Qorvo、CREE、MACOM 73%的產品輸出功率集中在 10W～100W 之間，最大功率達到 1500W（工作頻率在 1.0-1.1GHz，由 Qorvo 生產），采用的技術主要是 GaN/SiC GaN 路線。
此外，部分企業提供 GaN 射頻模組產品，目前有 4家企業對外提供 GaN 射頻放大器的銷售，其中 Qorvo 產品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達到 31GHz。Skyworks 產品工作頻率較小，主要集中在 0.05-1.218GHz 之間。
Qorvo 射頻放大器的產品類別最多。
展開 《Ansys_微波射頻電路與系統-連接器》現已開放領取
射頻連接器的設計難點
1.1 連接器的設計挑戰
1.1.1 電磁設計
1.1.2 結構可靠性設計
1.1.3 散熱設計
1.2 連接器的電氣性能
1.3 電磁與熱及結構的多物理場耦合分析
2. ANSYS全面的連接器多物理場仿真解決方案
2.1 ANSYS多物理場概述
2.1.1 電磁場解決方案
2.1.2 熱/應力解決方案
2.1.3 流體動力學解決方案
3. 案例 – N型連接器的多物理場可靠性分析
3.1 仿真設計過程
3.2 建立多物理場仿真流程
3.2.1 熱仿真分析
3.2.2 熱性能分析結果
3.2.3 不同輸入功率下的溫升曲線
3.3 結構仿真
4. 案例 – 射頻直角接頭的電熱耦合分析
4.1 直角接頭的材料選用
4.2 設計要點:支撐介質
4.3 Teflon熱性能分析
4.4 Fluoroloy H熱性能分析
4.5 連接器熱性能
5. 案例 – AEDT平臺連接器的電熱耦合分析
5.3 AEDT平臺的電-熱材料定義
5.4 AEDT平臺的電-熱耦合仿真
6.
展開 揭秘第三代半導體材料核心，國產替代潛力巨大
氮化鎵作為第三代半導體材料，有更高的禁帶寬度，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系，下游應用包括微波射頻器件(通信基站等)，電力電子器件(電源等)，光電器件(LED照明等)。不過，第三代半導體材料中，受技術與工藝水平限制，氮化鎵材料作為襯底實現規模化應用仍面臨挑戰，其應用主要是以藍寶石、硅晶片或碳化硅晶片為襯底，通過外延生長氮化鎵以制造氮化鎵器件。
根據預測，2020年末，GaN射頻器件市場規模將達到7.5億美元，年均復合增長率20%。目前氮化鎵器件已應用于5G通信基站射頻收發單元、消費類電子快速充電器、電動汽車充電機OBC等領域。
LED領域
其中LED領域占比達70%。隨著LED芯片技術和制程持續更新迭代，LED照明產品的發光效率、技術性能、產品品質、成本經濟性不斷大幅提升；再加上產業鏈相關企業和投資不斷增多，LED光源制造和配套產業的生產制造技術不斷升級，終端產品規模化生產的成本經濟性進一步提高，目前LED照明產品已成為家居照明、戶外照明、工業照明、商業照明、景觀亮化、背光顯示等應用領域的主流應用，LED照明產品替代傳統照明產品的市場滲透率不斷提升，市場需求持續增長。
根據國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）的統計，中國LED照明產品國內市場滲透率（LED照明產品國內銷售數量/照明產品國內總銷售數量）由2012年的3.3%快速提升至2018年的70%，遠超全球平均水平。
數據來源：國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）、中商產業研究院整理
中國是LED照明產品最大的生產制造國，隨著國內LED照明市場滲透率快速攀升至七成以上，LED照明已基本成為照明應用的剛需，國內的LED照明市場規模呈現出較全球平均水平更快的增長勢頭。
展開 5G預商用，哪些射頻器件廠商先行一步？
主要產品：手機及移動終端射頻前端、WiFi射頻前端、物聯網射頻前端
小結：
目前，國內除了上文提到的6家射頻器件廠商，還有蘇州宜確（長盈精密）、Airoha（中國臺灣）、重慶聲光電（中電24、26、44所）、無錫好達電子、麥捷科技等
射頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件。5G 通信使用了多種關鍵技術提升容量及速率，在多天線技術、載波聚合及毫米波頻段的應用下，移動終端的射頻前端模塊設計變得越來越復雜，我們看好射頻前端模塊技術變革帶來的行業性機遇。
預計未來3-5 年，射頻濾波器、射頻開關、PA 芯片(功率放大器芯片)三大細分領域將掀起一大波產業資本投資浪潮，并帶動相應的國產替代進程。
來源：芯師爺
展開 揭秘第三代半導體材料核心，國產替代潛力巨大
根據Yole和CREE預測，受益5G的普及與5G基站的建設，碳化硅基氮化鎵外延功率器件市場規模將從2018年6.45億美金增長到2024年的20億美金，年均復合增速達20.76%，2027年市場規模有望達到35億美金。
第三代半導體材料產業鏈之氮化鎵
與硅元器件相比，GaN具有高臨界磁場、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點，是超高頻器件的極佳選擇，適用于5G通信、微波射頻等領域的應用。
具體來看，氮化鎵產業鏈與碳化硅產業鏈環節無較大差別，同樣分為襯底、外延片和器件環節。盡管碳化硅被更多地作為襯底材料，但國內仍有從事氮化鎵單晶生長的企業，主要有蘇州納維、東莞中鎵、上海鎵特和芯元基等；從事氮化鎵外延片的國內廠商主要有三安光電、賽微電子、海陸重工、晶湛半導體、江蘇能華等；從事氮化鎵器件的廠商主要有三安光電、聞泰科技、賽微電子、聚燦光電、乾照光電等。
氮化鎵作為第三代半導體材料，有更高的禁帶寬度，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系，下游應用包括微波射頻器件(
通信基站等
)，電力電子器件(
電源等
)，光電器件(
LED照明等)
。不過，第三代半導體材料中，受技術與工藝水平限制，氮化鎵材料作為襯底實現規模化應用仍面臨挑戰，其應用主要是以藍寶石、硅晶片或碳化硅晶片為襯底，通過外延生長氮化鎵以制造氮化鎵器件。
展開 深度解析：第三代半導體材料的關鍵技術、產業集群、發展趨勢與展望等！
在微波射頻器件方面：GaN微波射頻器件主要包括SiC基GaN、Si基GaN和金剛石基GaN的功率放大器。對于SiC基GaN工藝，主要應用場景是軍事和國防領域的雷達、衛星通信，對輸出功率要求比較高，中國已經研制出覆蓋C波段和Kα波段多款軍用GaN HEMT及MMIC；在民用方面，中國推出了用于無線通信基站的GaN微波功率管，但在可靠性、工藝技術方面還存在較大差距。對于Si基GaN器件來說，主要應用場景是規模巨大的5G通信系統，輸出功率要求不高，對低成本、高性價比的要求相對比較高，中國已經推出了相關產品，但還未大規模應用。對于金剛石基GaN 射頻器件來說，主要應用場景是軍事和國防用雷達、衛星通信，對輸出功率要求比較高，目前處于實驗室研發階段。
在光電子器件方面：LED技術與國際差距較小，部分技術國際領先。目前中國在藍寶石襯底上制備的功率型白光LED產業化光效超過160Im/W，在Si襯底上制備的LED產業化光效超過150Im/W，處于國際領先水平。在高端照明如汽車照明，核心專利技術由美國、德國、日本掌握。在新型顯示方面，Micro-LED作為下一代顯示技術的重要技術路線，中國從關鍵裝備到芯片、封裝、驅動、應用系統，國內企業也進行了全面布局。
三、區域發展各具特色，產業集群正在形成
中國半導體照明產業已經有20多年的發展歷程，政府高度重視技術創新和產業發展，產業布局相對完善，已經成為全球最重要的半導體照明產品生產國。中國第三
代半導體電力電子、射頻及光電子產業發展時間相對較短，從中央到地方密集出臺政策措施扶持產業發展，第三代半導體產業集聚態勢正在形成。
展開 
SiC整條產業鏈，華為投全了
與傳統的硅基器件不同，碳化硅襯底的質量和表面特性不能滿足直接制造器件的要求，因此在制造大功率和高壓高頻器件時，不能直接在碳化硅襯底上制作器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。這就形成了SiC外延產業。
在導電型SiC襯底上生長SiC外延層制得SiC外延片，可進一步制成功率器件，功率器件是電力電子行業的重要基礎元器件之一，廣泛應用于電力設備的電能轉化和電路控制等領域。應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域；在半絕緣型SiC襯底上生長氮化鎵外延層制得SiC基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，可進一步制成微波射頻器件，微波射頻器件是實現信號發送和接收的基礎部件，是無線通訊的核心，主要包括射頻開關、LNA、功率放大器、濾波器等器件，應用于5G通訊、雷達等領域。隨著全球 5G 通訊技術的發展和推廣，5G 基站建設將為射頻器件帶來新的增長動力。
華為：SiC產業鏈爆發的拐點將至
去年9月底，華為發布了《數字能源2030》白皮書，白皮書中指出，“電力電子技術和數字技術成為驅動能源產業變革的核心技術”。未來的能源系統以可再生能源最大限度地開發
利用、能源效率最高為目標，對能源輸送和控制的安全、高效、智能等方面提出更高的要求，具體包括適應新能源電力的輸送和分配的網絡，與分布式電源、儲能等融合互動的高效終端系統，與信息系統結合的綜合服務體系等。
這些都需要通過電力電子化設備進行運行、補償、控制。
而目前這些設備中所使用的基本都還是硅基器件，硅基器件的參數性能已接近其材料的物理極限，無法擔負起未來大規模清潔能源生產傳輸和消納吸收的重任，節能效果也接近極限。
展開 融資1個億！20萬片的氮化鎵項目4季度投產
除了LED外，2020年3月，芯元基宣布，該公司開發出了低位錯密度的高阻GaN材料，可用于電子功率器件和微波射頻器件等的制備。
據悉，該材料（測試厚度為2-2.5微米的GaN樣品），002面搖擺曲線的半高寬小于70arcsec，102面搖擺曲線的半高寬小于200arcsec，材料的面電阻大于109Ω，在該材料上制作二維電子氣，方塊電阻小于350 Ω，面載流子濃度接近9 *10 12 cm－２，遷移率大于2000cm2 /(V·s)，接近SiC基GaN。
截止目前，芯元基已完成6輪融資。這輪融資由張江浩成領投，上海自貿區基金、浦東新產投等跟投，老股東杭州創徒繼續追加投資。
其A+輪融資發生在2020年6月，當時完成870萬元融資，投資方為中微半導體、創徒叢林-創徒投資。
2018年11月，芯元基完成A輪數千萬元融資，主要用于工藝升級和量產，由中微半導體設備（上海）有限公司領投，杭州創徒和甲湛投資跟投。
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展開 國產GaN功率放大器重磅宣布，能應用于5G基站
該研究院有關負責人透露，GaN芯片已完成多款產品設計，并已獲得中電集團客戶認證成功，計劃2019年正式推出，將可全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的需求，未來可望實現人與人乃至物聯網、生產機器人、無人駕駛“實時無線電通信”。據悉，此舉亦打破國外對高性能GaN器件實行對華禁運之壟斷。
在2018中國國際應用科技交易博覽會上，GaN功率放大器芯片對外亮相。（方俊明 攝）
“GaN是第三代半導體的代表材料。”中國發明成果轉化研究院有關負責人表示，采用GaN的微波射頻器件目前主要用于軍事領域及4G/5G通訊基站應用場景，出于軍事安全的考量，國外對高性能的氮化鎵器件實行對華禁運。因此，發展自主GaN射頻功放產業，對于打破國外壟斷具有重要的意義。
芯片2019年推出將更可靠廉價
據透露，由中國科學院精英等高端人才組成的本創微電子團隊，擁有豐富的管理與芯片工藝開發經驗，專注于微波射頻功率器及芯片設計。該團隊歷經3年的技術攻關，擁有工藝結構、封裝結構多項專利。目前該團隊已完成多款關鍵GaN功率放大器芯片設計，并已獲中電集團客戶認證成功。而5G-Sub6G基站所需的GaN芯片產品，計劃于2019年推出，屆時將可全面滿足中國5G通信基站對射頻功率放大器的殷切需求。
“從2020年起，5G移動標準將廣泛應用，它旨在更加快速高效的傳播數據。”有業內專家指出，未來最大數據率料達每秒10Gbit，不僅人們之間相互快速通信，汽車、設備乃至生產機器人都將加入到網絡中，屆時物聯網（IOT）、工業4.0或無人駕駛汽車都可實現“實時無線電通信”，不僅可靠而且可望更加廉價。
展開 第三代半導體技術競爭白熱化！碳化硅(SiC)的前世今生！
氮化鎵（GaN）
目前氮化鎵單晶生長尺寸在2英寸和4英寸，一般不作為襯底材料，而是采用異質外延技術生長GaN-on-SiC器件、GaN-on-Si器件以及藍寶石基氮化鎵外延器件等。在器件及應用方面，首先，GaN-on-SiC器件、GaN-on-Si器件可作為微波射頻器件，應用于5G 通信、雷達預警、衛星通訊等方面。
此外，GaN寬帶隙功率晶體管可以在高壓和高開關頻率條件下提供高功率效率，使其能夠應用于智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等電力電子方向，其性能遠遠超過硅MOSFET產品。根據Yole數據，GaN射頻全球市場在2018年為6.45億美元，預計2024年達到約 20億美元；在GaN電源市場方面，受消費者快速充電器應用推動，到2024 年全球市場規模將超過3.5億美元。基于硅襯底GaN還可制造藍光LED和白光LED，GaN因其材料的高頻特性是制備紫外光器件的良好材料，可應用在包括滅火抑爆系統、紫外制導、紫外通信等在內的軍事領域，以及火焰探測、電暈放電檢測、醫學監測診斷等在內的民用領域。
除SiC、GaN外，第三代半導體還包括眾多其他材料，包括III族氮化物（AlN、InGaN、InAlN、AlGaN、AlInGaN等）、氧化物半導體（包括ZnO, CaTiO3, IGZO, β-Ga2O3 ,TiO2）以及金剛石半導體等。碳化硅基氮化鎵技術開始的，它在20多年前即已推出，現已成為RF功率應用方面LDMOS和GaAs的有力競爭者。碳化硅基、氮化鎵打頭，硅基氮化鎵緊跟，硅基氮化鎵除了軍用雷達領域的深度滲透，它還是華為、諾基亞、三星等電信原始設備制造商（OEM）5G大規模MIMO基礎設施的首選。
增速方面，第三代半導體在功率器件的增速和體量都要大于微波射頻。
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