一文读懂毫米波集成电路现状与趋势，我国想要出人头地必须练好内力

随着电子系统工作频率的不断提高，毫米波波段的电子设备在国防与商业上的应用越来越多，对毫米波集成电路的需求也日益明显。相对于国际毫米波集成电路产业，中国的毫米波集成电路产业正处于起步阶段。

中科院上海微系统所孙晓玮博士和她带领的团队，经过十几年的艰苦探索，在毫米波单片集成电路研发和应用上做出了大量研究成果，有部分毫米波集成电路已经在系统上得到应用，并且建立了标准化的毫米波集成电路测试系统，为国内外高校研究机构和企业提供毫米波的测试服务。最近智慧产品圈（pieeco）对孙晓玮博士以及她带领的团队进行了专访。

一、毫米波集成电路的发展现状及趋势
毫米波集成电路是指工作频率在30～300GHz（波长：1～10mm）内的集成电路。其定义是相对于早期立体的波导与同轴结构的微波／毫米波电路以及电真空器件组成的微波／毫米波集成电路而言的。它不同于低频段的模拟与数字集成电路划分，但和低频段集成电路一样，毫米波集成电路也经历了从分立器件、混合集成电路到单片集成电路的发展道路。

由于毫米波单片集成电路具有工作频率高、体积小、可靠性高、适于大规模生产等特性，逐步取代了分立器件和混合电路工艺而成为毫米波系统的核心芯片。

由于人们对电子信息系统的高宽带、高速率、小型化需求，无线通信频段已经扩展到毫米波段、亚毫米波波段。国际上毫米波集成电路正在从实验室走向应用，商品化的毫米波集成电路层出不穷。运用45nm的硅集成电路工艺，使器件的截止频率已经突破了400GHz；利用三五族化合物半导体材料和50nm InP HEMT的集成电路工艺，器件的截止频率突破了600GHz。

为了满足高比特、大宽带的通信系统、智能交通系统、汽车防撞系统以及反恐安检系统的应用，毫米波集成电路的市场正在形成，需求越来越大。

孙晓玮博士向智慧产品圈（微信ID:pieeco）介绍了毫米波集成电路的发展现状及趋势。当前毫米波集成电路已经在现代通信、雷达、引信、遥感、电子对抗、测试与测量、成像、制导、导航等领域得到广泛应用，在某些毫米波系统中，毫米波集成电路已经成为毫米波系统最核心的电路芯片之一，对系统指标起到决定性因素。

尽管在低频段与低功耗领域内Si基集成电路不断"蚕食"着GaAs集成电路在商用无线通信市场的份额，但无论是当前的4G、WCDMA、TDSCDMA、LTE等无线标准，还是将来的5G标准，都要求功率放大器具有很高的线性度、较高的PAE（低功耗）。

由于GaAs HBT、GaN工艺的突出表现，Si基CMOS工艺在物理上的局限性，GaAs HBT、GaN的优势还是相当突出。新兴的WBG基集成电路在高频段与高功率领域试图"侵占"GaAs电路的应用领域，但由于其封装成本很高，其更多的应用还是在对成本控制相对较低的国防领域和航空领域。

现代毫米波电子系统工作频率已从早期的毫米波中低波段（Ka波段：26.5～40GHz至W波段：75～110GHz），逐步提高到毫米波高频段（G波段：140～220GHz），甚至进入亚毫米波段/THz波段领域。

随着"摩尔定律"不断被修正和超越，毫米波集成电路也从早期的单一功能芯片逐步向子系统／系统级、小型化、高可靠性与一致性的多功能芯片，以及片上系统、三维系统级集成封装迈进，实现"超跃摩尔定律"。

二、毫米波单片集成电路Fabless成为主流

毫米波集成电路的衬底材料主要有氮化镓、硅／锗、GaAs和InP，而后两种是当前毫米波集成电路的主流衬底材料。所以拥有一条合格的工艺线是毫米波集成电路的生命。孙晓玮博士告诉智慧产品圈（微信ID:pieeco），一条优秀的毫米波集成电路工艺线需要同时具备以下几个方面：

（1）先进与稳定的工艺制造能力；

（2）精确与可靠的模型库；

（3）周到与全面的代工服务；

（4）准确与合理的市场定位与价格定位。

在国外已经有许多成熟的毫米波集成电路晶圆代工厂，比较著名的有TriQuint、WIN、AWSC、UMS、OMMIC等，这些主流的三五族毫米波集成电路晶圆代工厂，不仅可为科研院所、公司、大专院校提供代工服务，而且拥有出色的毫米波单片集成电路与封装设计工程师队伍，以及在此工艺线上出品性能出众的毫米波集成电路产品供应商。目前在毫米波低频段（<40GHz）产业已经相对成熟，而在中高频段（>40GHz）产业正成为学术界与工业界竞相开垦的一块处女地。

GaAs的晶圆代工服务是从2002年兴起的，现在的市场形势是TriQuint和稳懋半导体（WIN）稳坐头两把交椅，两家的代工市场份额占据了全球市场的80％。当前主流的GaAs晶圆代工服务厂商可以提供从4英寸到6英寸的晶圆代工服务。