5G已来，RF-SOI赋能射频技术变革

      5G正在中国飞速发展，自今年6月6日5G牌照发放之日起，这意味着中国运营商可以开始大规模建设5G网络，而中国也正式跻身全球第一批5G商用国家。而加入全球第一批5G商用国家后，中国将何以利用大市场，与海内外共建“5G未来”，而5G的商用也引发RF-SOI的大规模爆发。
 
      9月17日，继2019 FD-SOI论坛举办的第二天，由SOI产业联盟、上海新傲科技、芯原微电子、SIMIT和硅产业集团组织的“2019国际RF-SOI研讨会”又如期在上海浦东香格里拉大酒店举行。今年来自全球400多位RF-SOI领域的行业领袖和技术专家聚集在香格里拉参加研讨座谈，共同推动RF-SOI技术和产业的发展。
 

 
      大会伊始，上海新傲科技股份有限公司总经理王庆宇博士以及SOI产业联盟主席Carlos MAZURE发表了致辞演讲，硅产业集团EVP、上海新傲科技董事长李炜博士宣读科学技术部副部长王曦院士发来的贺词。
 
硅产业集团EVP 上海新傲科技董事长李炜博士宣读王曦院士贺词
 
上海新傲科技股份有限公司总经理王庆宇博士

SOI产业联盟主席Carlos MAZURE
 
 
5G的发展促使RF-SOI全面开花
 
      中国移动项目经理宋丹（Danni Song）博士讲到，中国的5G初期将聚焦在6GHz以下的频段，中国移动计划年内5G基站将超5万个，实现50个以上城市拥有5G商用服务。5G终端的两种发展路径主要有消费类终端以及垂直行业类终端，而今年中国移动也陆续发布了几款可应用于垂直行业类终端的5G通用模组（5G S-Module）。目前5G通用模组主要包括：基础型（Basic type）、智能型（Smart Type）和全能型（All in one Type）。可以看出中国移动正在紧锣密鼓的部署5G。
 

 
      5G无线通讯需要更高的频率以达到更快的网速，而相比传统的砷化镓（GaAs）和蓝宝石上硅（SOS）技术，RF-SOI可以同时提供优良的射频性能和较低的成本。正是基于以上优势，作为移动智能终端前端模块中的关键器件之一，射频开关芯片从2013年已经舍弃原来的GaAs和SOS工艺，转而采用成本更低的RF-SOI工艺。
 
      muRata旗下子公司pSemi董事长兼CTO Jim Cable分享了pSemi过去30余年在RF-SOI的演进发展，30多年前，pSemi开创了UltraCMOS技术取代GaAs成为手机开关的首选工艺，他分析了为什么CMOS工艺能在射频前端获胜，主要是集成的FET可以实现堆叠以应对更高级别的射频功率，而SOI衬底可以助力进一步创新。在全球2017专利实力排行榜中，pSemi排在第10位，甚至超越了Skyworks，TI，英飞凌等大企业。事实证明他们坚守的是对的，未来RF一定是朝着单片多通道全集成射频前端发展，集中在28GHz和39GHz。
 

 
      Soitec业务部经理Michael Reiha表示，Soitec在5G方面有很多布局，也拥有丰富的产品，5G非常看重集成的技术，也非常看重集成的材料。5G mMIMO将提高一级(密集城市)城市的吞吐量限制，网络共享和降低设备成本将使低功耗5G mMIMO成为可能，为了优化5G mMIMO的TCO并启用Radio-AI，需要对架构进行更新，Soitec将不断推进RF-SOI、FD-SOI、POI、GaN等产品，实现5G容量集成。
 

 
      Yole技术和市场分析师Cedric Malaquin介绍到，5G已经在全球范围内启动，网络和兼容设备都可以使用。云游戏、AR/VR/XR、多视频通话和大型的5G体育场这些都将驱动5G的发展，5G的网络容量和延迟能力为消费者提供了身临其境的感受，并确保了LTE具有挑战性的场景。自2018年到2024年，全球移动数据流量呈指数级增长，而电信费用却在不断下降。5G正在更好地利用无线电资源。随着新技术的演进，每一代手机的RF容量都在增加。未来在5G将会有更多的频谱，新频谱集中在3- 6GHz范围以及mmwave范围(28/39GHz)。新的频谱中低于3GHz是补充上行功能。
 

 
      那么射频前端在移动端如何实现呢？目前来看，细分市场并不是唯一的线索，即使是高端手机也可以利用离散部件的广泛的机动性，例如三星Galaxy S10+采用了大部分的RF SiP模块，华为P20则采用了大部分的射频分立模块。所以说射频前端在移动端具体采用哪种方法，选择权取决于OEM，Yole分析师讲到。
 
      ST市场总监Laura Formenti 发表了主题为“5G的发展驱动了RF和SOI技术的发展”，她讲到5G射频集成电路的全系列领先技术主要有RF-SOI、BICMOS以及FD-SOI。ST有用于支持MM波的RF-SOI工艺SOIMMW，以及广泛的IP组合包括低功耗/高速度AD/DA和SerDes。ST的RF-SOI能支持5G射频前端模块的技术实现，拥有持续的战略投资和长期承诺，并提供一流的工艺开发和支持。从2000年开始进军RF-SOI的ST，一路走来在SOI稳扎稳打，ST也是5G射频技术忠实的合作伙伴。
 

 
pSemi和中芯(宁波)的领导获RF-SOI技术发展贡献奖
 
      此次年度RF-SOI论坛，共有来自中国和世界各地的450多位行业领袖参加，是SOI产业联盟最大规模的一次活动。会后的晚宴颁奖环节上SOI产业联盟还颁发了RF-SOI产业成就奖。获奖者分别是来自村田制作所(muRuta)旗下pSemi公司的董事长兼首席技术官Jim Cable和中芯集成电路(宁波)有限公司的首席执行官兼总经理Herb Huang(黄河)。

 SOI产业联盟主席Carlos MAZURE（右）为pSemi公司的董事长兼首席技术官Jim Cable（左）颁奖
 
      SOI产业联盟执行董事Carlos Mazure说到：“正是有了像 Jim Cable和Herb Huang等人的创新、奉献和持之以恒，基于SOI的RF技术才变得无处不在，Jim Cable促进了SOI和RF开关的发展，现在每一部手机中都有SOI和RF开关;而Herb Huang一直是SOI技术的重要贡献者，也是中国SOI代工生态系统的倡导者。我们很高兴也很荣幸地看到他们为推动RF-SOI在全球的发展所做出的贡献。”
 
      Jim Cable是SOI技术的早期开拓者，他认为SOI最终将取代RF前端中的其他技术，并促使自己的团队不断创新。 Cable也是70多项半导体和技术专利的共同发明人，包括针对CMOS RF开关线性和集成中基于SOI工艺的突破，目前该技术在所有的智能手机中均得到应用，且将在5G和毫米波市场中变得更加关键。
 
      黄河是中芯集成电路(宁波)有限公司(NSI)的首席执行官，2016年，中芯国际与国家集成电路产业投资基金、宁波经济技术开发区产业发展投资有限公司以及其他的集成电路投资基金公司一同筹建了合资子公司中芯集成电路(宁波)有限公司。在黄河的领导下，中芯(宁波)优化了从中芯国际转移过来的0.13um RF-SOI技术平台的流程和模型。RF-SOI技术平台现已投入批量生产，为新一代无线电通信的IC设计和产品开发提供支持。
 
RF-SOI在5G下的机遇
 
      众所周知，目前RF-SOI已经牢牢把控4G手机射频开关市场，RF-SOI技术目前已经成为4G手机开关类RF应用的主流技术，其市占率已经超过95%。RF-SOI将延续其在4G应用的技术和市场优势，继续成为5G Sub-6GHz频段手机射频开关的主流解决方案。
 
      经过近几年的发展，基于RF-SOI技术的射频开关市场已经被Qorvo、pSemi、Skyworks等IDM公司垄断。但这些射频厂商也有充足的技术积累和市场优势，这为RF-SOI技术快速切入5G Sub-6GHz频段应用打下了坚实的基础。
 
      高性能、大尺寸的RF-SOI衬底制备和射频开关代工技术已经证明能够满足5G Sub-6 GHz应用的性能和产能需求，未来RF-SOI无疑将把持5G Sub-6GHz下的手机射频开关市场。除此之外，由于具备高集成能力优势，RF-SOI在毫米波段仍具有广泛的应用潜力。
 
      国内的新傲科技作为全球SOI材料的主要供应商，通过自主研发和海外合作，已经具备提供5G SOI材料的能力。新傲科技采用SIMOX，BONDING，SIMBOND和Smart-Cut四种方法，能够提供100mm（4英寸）、125mm（5英寸）和150mm（6英寸）SOI晶片和外延片，能批量提供8英寸SOI片。
 
      由于5G和电动汽车市场的快速发展，全球SOI材料持续需求旺盛，新傲科技已于今年3月启动30K生产线项目的首台工艺设备搬入仪式，30K的生产线建设也进入了冲刺阶段。随着该项目的建成，必将为国内和国际客户提供更多高品质的SOI材料。
 
结语
 
      据2019年3月GSMA发布的报告，到2025年中国将成为全球最大5G市场，坐拥4.6亿用户。5G不仅是频谱扩大约10倍，更是一个全新的无线电系统，它将为整个产业链带来全新机遇。纵观国内SOI来看，国内从材料、芯片代工、射频器件到系统设计和整机，已经形成完整的SOI产业链。但产业链发展不平衡，有的环节发展很快，有的环节还有待提高，需要大家共同努力，尽快形成可以支持5G射频前端完整的产业链能力。
 
      这也是本次SOI研讨会的目的所在，通过这次论坛，整个SOI产业进一步达成共识，支持5G的部署和发展，为2020年5G商用做好准备。