芯思想 | 全球射频GaN器件代工厂巡览

前言

2016年的氮化镓器件市场异常活跃，因为氮化镓逐渐成为主流并开始渗透一些批量需求的商业市场。

GaN已经在大部分高功率军事应用中占据强有力的稳固地位，，并已占领一些有线电视和蜂窝基础设施市场，但是LDMOS目前仍占据基础设施和工业市场的绝大部分份额。但这种情况可能很快就会改变，因为GaN性能与LDMOS基本相当甚至更胜一筹。也许LDMOS现在的唯一优势就是价格了，但这一优势也逐渐不保：Qorvo公司最近宣布将重心转移到6英寸碳化硅基GaN上；MACOM公司也宣布将尝试在成本较低的CMOS生产线上生产8英寸硅基GaN；（法国OMMIC已实现6寸线的硅基GaN，且2017年将量产）。这些举动都有利于提高GaN的成本竞争优势，有可能使其具有与LDMOS相竞争的能力。在许多高频电力市场。

此外，GaN在高功率应用市场上还在挑战GaAs的地位，并且在大部分面向未来的军事应用中已经取代了GaAs，这些军事应用最重要的性能指标就是功率。

您的公司如果没有RF GaN器件的制造能力，那么你就需要找到一个可靠的GaN制造服务商。尽管世界各地有许多RF GaN晶片制造设施， 但是其中许多是专用的，需要将其产品委托制造的设计公司则无法使用。有关RF GaN代工服务的一般适用信息似乎不多，所以 Microwave Journal调查了尽可能多的GaN代工服务商，并总结了相关调查结果。

总体情况

北美有几家GaN的代工厂（其中一家在加拿大），欧洲有两家，还有被称作是最大的不受管制类化合物半导体制造厂家：台湾的稳懋半导体（WIN Semiconductors）。尽管日本的射频GaN市场份额占有率高，但我们也没发现有任何日本的公司提供代工服务，其中包括最大的GaN制造厂商之一的Sumitomo。

中国正在积极的收购及成立半导体公司，打算快速地构建模拟市场和数字化市场。成都的海威华芯（HiWafer）半导体公司和厦门的三安集成电路公司（San’an Integrated Circuit）提供化合物半导体的代工服务，而且这两家公司都对外宣布说他们的6英寸GaN生产线已投产或正在建设。

美国的大多数客户选择Wolfspeed（原Cree 旗下公司，2016年7月被英飞凌收购），而很多欧洲的企业，特别是在做航天航空和防务领域的企业，通常都会选择UMS（United Monolithic Semiconductors）公司或者OMMIC公司。

一些公司与特定的制造厂有战略合作关系，其专有的工艺不向其它公司开放，说白了就是将渠道独享，不分享给其他的公司。举例来说，总部位于加利福尼亚州的托伦斯Torrance的GCS公司拒绝提为本项调查提供工艺信息，因为GCS是典型的受ITAR（国际武器贸易条例）控制的公司，他们确实为一些公司提供射频GaN的制造服务。

还有几个专用的RF GaN制造商，像雷声（Raytheon），MACOM和Qorvo。根据我们收到的反馈，之前作为独立的公司，RFMD和TriQuint都提供GaN制造服务，但自从合并为Qorvo以来，它们则只与"战略"客户合作。

衬底

大多数射频GaN器件的衬底都是SiC，因为SiC和GaN具有良好的晶格匹配，，而且SiC还具有GaN需要的高热导率的性能，因为GaN器件相对于其他的一些器件来说，其功率密度很高。将热量从器件中散出是一个巨大的挑 战，所以衬底和外面封装材料同样至关重要。

但MACOM公司决定逆潮流而上，它们的知识产权中包括IR公司（2015年被德国英飞凌公司收购）有关硅基GaN（MACOM收购Nitronex获得的）的原始专利。相比于碳化硅衬底，硅衬底的成本低得多， 但热导率较低。可以说，较低的热导率使硅相比于碳化硅处于劣势。然而， MACOM已公布的数据显示，通过合理设计，硅基GaN与碳化硅基GaN在许多应用上同样可靠。硅基GaN的优势或在于其可在标准低成本CMOS生产线上的更大晶圆上进行处理。但MACOM并不提供制造服务，它们与GCS合作生产硅基GaN器件的工艺是一个不可用于其他公司的排他性工艺。我们确实发现OMMIC 提供硅基GaN的制造服务。

OMMIC是我们发现的除MACOM外唯一提供硅基 GaN器件的公司，但我们并没有发现OMMIC公司提供硅基GaN代工服务。

所有的相关制造厂商都在关注3英或4英寸的GaN晶圆，但随着需求的不断提升，也有很多打算将重心转移到6英寸的GaN晶圆生产上。一些公司已经宣布会在接下来的一到两年内转到6英寸生产上。这是因为转到6英寸上利用率会更高，成本会稍降。举个例子：据BAE系统公司估计，若从4英寸晶圆生产转到6英寸晶圆生产（见图一），每平方毫米成本将会从3美元降到1.5美元。这是因为其可用面积会增加一倍。

图1 6 inch GaN on SiC wafer (courtesy BAE Systems)