芯思想 | 全球射频GaN器件代工厂巡览

OMMIC (Limeil-Brévannes, France)

OMMIC的硅基D01GH GaN工艺与碳化硅基GaN相比具有成本上的优势，该公司用其来提供制造服务和客户定制的设计。该工艺有0.1µm栅极长度，运行在3英寸晶圆，计划在2017发展到6英寸。这一工艺是为功率应用开发的，功率密度为3.3W/mm，这很适合于从15 到50GHz的LNA，在30GHz时噪声系数达到1dB。凭借其欧姆接触再生工艺， D01GH器件具有非常低的噪声，相当于最先进的GaAs工艺。原位钝化将栅极滞 后效应限制于不足10%，使得其在像雷达这样的开关模式应用中具有更好的性能。OMMIC的低偏置30V击穿器件，对于PA的偏置大约为12V VDD，带约5V供电的低噪声放大器(LNA)。这要低于市场上主要工作在28V的其他工艺。

OMMIC的D006GH是栅极长度60nm 的碳化硅基GaN工艺。将在2017第一季度发布多项目晶圆服务。其目的是支持从40至100GHz的功率和低噪声应用。 OMMIC的发展重点集中在Ka波段、卫星通信用的功率放大器（PA）和军事应用的X及Ku波段低噪声放大器。四川益丰电子将其收购之后进行了重大的战略调整，在今后三年中，它们计划把重点放在商业市场，比如需要Ka及W波段发送 /接收芯片的5G基站、需要覆盖直流 到67GHz且在1dB压缩时输出功率为 32dBm的仪表。

United Monolithic Semiconductors (Yvette, France)

UMS已经开发出经认证合格的两个碳化硅基GaN工艺，服务于军事、航天和商业（主要是电信基础设施和汽车）市场。0.5µm的GH5010工艺适用于最大工作到C波段的功率放大器且提供5W/ mm及50V偏压。这个工艺已经被列入 European Space Agency（ESA）的欧洲上市首选零件清单（EPPL）。0.25µm 的GH25MMIC工艺流程超过4W/mm、 效率高、频率达Ku波段（图3）。典型工作电压为30V。这个工艺也有良好的 噪声性能，通常在15GHz的噪声系数 为1.8dB，相关增益为11dB。超过60个 GH25制造项目已经启动。

为了应对高至K和Ka波段的高频率 应用，UMS正在开发一个0.15µm的工 艺。UMS引用其EPPL清单表明其工艺技 术的高质量和可靠性。它们的制造技术和UMS产品之间存在密切联系，以确保 工艺和模型符合设计师的需求，并得到 及时更新和持续改进。它们为短周期需求提供加急生产的晶圆。

WIN Semiconductors (Tao Yuan City, Taiwan)

稳懋半导体是最大的化合物半导体制造厂，拥有两个GaN工艺。作为一个纯粹的制造企业，WIN通过非竞争性的商业模式使客户与潜在冲突 和供应链风险相隔离来提供这种技术。WIN的GaN工艺利用其广泛的砷化镓（GaAs）生产能力，支持离散晶体管以及MMIC。 它们还提供6英寸砷化镓晶圆上的一个28V、高功率无源器件工艺，并为经济高效的混合 GaN产品提供高Q无源器件。

稳懋半导体的GaN技术的主要商业市场 是无线基础设施中 使用的功率放大器（PA）。对于军事应用，其技术着重解决用于雷达系统的PA 和LNA。WIN目前拥有两种GaN HEMT技术：NP25和NP45。这两种都是在4 英寸的碳化硅衬底上制造的。NP25的栅极为0.25µm，带有源耦合场板，工作在28V。典型功率密度为4W/mm，其1.25mm单元在6GHz、偏置28V和 100mA/mm时测得的效率大于50%。线 性增益为17dB。在15GHz，该工艺的性 能大于12dB线性增益和4.2W/mm，效率 高于40%。NP45工艺的栅极为0.45µm， 带有源耦合场板，工作在50V。4mm单元调节峰值输出功率在2.7GHz和50V偏 置时测得的典型器件性能为：线性增 益大于16dB、大于6.5W/mm且效率达 60%。同样的设备调整后测得的最大效率（也在2.7GHz和50V偏压时）达到75%，约5W/mm，增益大于17dB。这是所报告的最高效率。

Wolfspeed (Durham, N.C.)

Wolfspeed是Cree的一家子公司(2016年7月德国英飞凌宣布收购)， 它是最多被使用的制造厂，拥有四个工艺且都是基于4吋晶圆的。它们的工艺适合许多军事和商业应用，如无线基础设施、雷达（商用和军用）、ISM、LMR、卫星通信、航空电子设备、数据链、空间和CATV。它们有栅长0.4µm的工艺，工作电压50V和28V，电压更高的工艺则功率密度为8W/mm，击穿电压超过150V。我们发现这在GaN工艺所报告的功率密度中是最高的。对于更高频率的应用，Wolfspeed提供偏置40V和28V 的0.25µm工艺，覆盖高达18GHz。它们所有工艺的效率都为65%，这在所有报 告的工艺中是非常有竞争力的。

最近Wolfspeed宣布，他们的分立晶体管和多级GaN MMIC已经超过了1000亿小时的现场操作，这是任何国内GaN供应商积累的最大的已知体积数据。日本住友可能是唯一可能积累了这种现场操作历史的其他射频GaN供应商。Wolfspeed通过国防微电子学活动（DMEA）认证获得了第1A类信任代工厂的地位。 此外，它们已经被美国国防部（DoD）评估为制造准备等级8或更高。

可靠性

BAE系统公司其可靠性测试比较严格，军用GaN单片微波集成电路（MMIC）均强制性实施了可靠性评价。所有工艺流程均被测试，来满足苛刻的要求。而且其测试是在不同工作温度下进行的，其激活能的估计和平均无故障时间的计算都是在实际工作的温度下进行计算的。0.18μmNFP工艺测试数据：MTTF（平均无故障工作时间）：107小时（200℃、30V）。

Fraunhofer公司的测试：对GaN50、GaN25工艺采取直流、高温反偏（high temperature reverse bias HTRB）和在2、10GHz工作下的测试。对GaN10工艺只测试了10GHz工作模式。

NRC报道称GaN150的可靠性测试还在进展中。GaN800工艺过程的MTTF：2.5×107小时（200℃）。

OMMIC的测试：外壳80℃、直流电下工作2000小时无明显变化，其源漏电压12V，电流200mA/mm，和在200℃下工作的结果相同。其他的可靠性测试还在进行中。

UMS进行测试的科目有：存储、高温反向偏压、高温寿命和直流寿命，以及射频递进应力和射频寿命测试。以上的测试确保产品能够达到200℃下至少工作20年。这类质量鉴定测试是在单位基元上进行测试的，特别是那些有分离器件和有更大栅长的MMIC上。

稳懋半导体则为客户提供了全套的测试鉴定报告，包括四个温度的平均无故障工作时间结果。

Wolfspeed已经完成了超过1000亿小时的外场工作测试，在测试时间内，其FIT（Failure in time 工作时间失效率）失效率低于每十亿器件小时5个失效（包括分立GaN晶体管和集成电路）。这一公司在近期宣布，他们的GaN射频功率晶体管通过了NASA的卫星和太空系统可靠性标准。其器件还符合NASA的EEE-INST-0021级可靠性测试。

后道服务

BAE系统公司提供晶圆测试和晶圆切割、芯片的挑选和检查。还有些客户给提供初级封装。例如，他们提供在热膨胀系数匹配垫片上烧结芯片，或者再封装到封装壳体中。

Fraunhofer的所有SiC工艺包括所有的背面加工处理，包括客户要求的金属通孔。他们提供全面的检测（直流、小信号和负载牵引圆片数据图），以及全套的MMIC的检测。他们为大功率特性提供快速条状功率封装。

NRC提供晶圆测试，但其他检测还有之后的封装服务不提供。

OMMIC提供晶圆测试服务，外观检验（商用和太空级）、还有为太空项目所作的大量验收测试（LAT）和晶圆验收测试（WAT）。所有的设计都能够进行QFN（达到30GHz工作）或者是直接封装。他们也为太空器件提供气密外封装服务，，同时在中国国内有配套的四川益丰电子具备后端划片、测试服务。

UMS提供的售后服务范围很广而且比较灵活，包括晶圆片上噪声和功率测试。并且帮忙进行外表检测、挑选和封装。

稳懋半导体为GaN客户提供高电压直流产品测试，切割和检查服务。

Wolfspeed提供切割、晶圆上直流、交流探针测试和固定的直流/交流特征化测试。