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Mobilkommunikation beflügelt Galliumnitrid-Einsatz in HF-Anwendungen

| Autor / Redakteur: Wolfgang Patelay / Peter Koller

Markus Schäfer, Director EMEA von Macom: „Die HF- und Mikrowellenindustrie steht mit GaN an der Schwelle zu einer bedeutenden technischen Veränderung. In den kommenden Jahrzehnten wird diese Verschiebung die Entwicklung nicht nur unserer Branche massiv beeinflussen.“
Markus Schäfer, Director EMEA von Macom: „Die HF- und Mikrowellenindustrie steht mit GaN an der Schwelle zu einer bedeutenden technischen Veränderung. In den kommenden Jahrzehnten wird diese Verschiebung die Entwicklung nicht nur unserer Branche massiv beeinflussen.“ (Macom)

Die Vorteile von Galliumnitrid (GaN) als Wide-Bandgap-Halbleiter in HF- und Mikrowellenanwendungen werden zunehmend erkannt, sodass es immer häufiger auch in weit verbreiteten kommerziellen Anwendungen zum Einsatz kommt. Macom möchte mit einer Reihe neuer Produkte und IP-Lizenzvereinbarungen diese Entwicklung weiter fördern.

Galliumnitrid ist ein II-V-Halbleiter mit großer elektronischer Bandlücke (wide bandgap), der bisher in der Optoelektronik insbesondere für blaue und grüne Leuchtdioden (LED) und als Legierungsbestandteil bei High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMT), einer Bauform eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (JFET), Verwendung findet. Darüber hinaus ist das Material für verschiedene Sensorikanwendungen und auch in der Leistungselektronik geeignet.

Um den Einsatz in den Kommunikations-Massenmärkten voran zu treiben hat Macom, ein Anbieter von Hochleistungs-HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Bausteinen eine neue Reihe von S-Band-GaN-Produkten (2 bis 4 GHz) im oberflächenmontierbaren Gehäuse vorgestellt, die für zivile Flugsicherungs-, Wetterradar- und militärische Radaranwendungen optimiert sind.

Das 350-Wpk-GaN-Power-Pallet MAPG-002729-350L00 ist ein robustes Hochleistungsmodul in kleiner Baugröße
Das 350-Wpk-GaN-Power-Pallet MAPG-002729-350L00 ist ein robustes Hochleistungsmodul in kleiner Baugröße (Macom)

Die Hybrid-GaN-Verstärker (GaN auf SiC) mit einer Spitzenleistung von jeweils mindestens 30 Watt (Wpk) und 85 Wpk werden von einer Pallet-Option auf Aluminiumbasis mit 350 Wpk ergänzt. Diese neuen S-Band-GaN-Produkte sind integrierte Lösungen, die dem Anwender eine beschleunigte Produkteinführungszeit durch den Einsatz von kommerziellen Best-Practices für die Massenfertigung ermöglichen, was für zahlreiche zusätzliche Vorteile sorgt, wie unter anderem eine verbesserte Montageausbeute, eine geringere Anzahl an Bauteilen und verringerte Handarbeit.

Diese S-Band-Hochleistungsprodukte eignen sich besonders für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Größe, Gewicht und Leistung (SWaP). Die 30-Wpk- und 85-Wpk-Hybridverstärker messen 7 x 7 mm² bzw. 14 x 24 mm², während das 350-Wpk-Pallet nur 51 x 23 mm² misst. Diese Komponenten unterstützen weite Bandbreiten und ermöglichen so multifunktionale Systemfähigkeiten sowie eine breite, dynamische Frequenzabdeckung für komplexe Wellenformen. Gleichzeitig maximieren sie die Leistungs- und Kühleffizienz und liefern eine robuste Leistung über ein breites Spektrum von Eingangsspannungen.

Durch die flexible Betriebsspannung können Systemanwender, vorgegebene Leistungsziele erreichen und ihr Gesamt-Systemenergiebudget steuern, und dabei gleichzeitig eine hohe Effizienz und HF-Leistung beibehalten. Die Produkte sind so konzipiert, dass ein zuverlässiger Betrieb unter einem breiten Spektrum von Umweltbedingungen gewährleistet ist. Die berechnete mittlere Betriebsdauer bis zu einem Ausfall (Mean Time To Failure – MTTF) bei 200 ⁰C beträgt rund 600 Jahre.

Die GaN-Produkte werden mit streng kontrollierten Prozessen unter strikter Einhaltung von IPC-Normen hergestellt, um die höchste Integrität, Zuverlässigkeit und Konsistenz zu gewährleisten. Die neuen Module sind in verschiedenen Gehäusen und Leistungsstufen erhältlich und derzeit als Muster verfügbar.

Außerdem wurde ein IP-Lizenzprogramm für die GaN-auf-SiC-Technik bekannt gegeben. Der erste Schritt ist eine Lizenz- und Liefervereinbarung über Epitaxie-Wafer, die dem weltgrößten Hersteller von Epi-Wafern, IQE, die Massenfertigung von GaN-auf-Silizium-Wafern mit 4, 6 und 8 Zoll Durchmesser für HF-Anwendungen ermöglichen wird. Desweiteren wurde bekannt gegeben, dass man in aktiven Gesprächen mit ausgewählten Unternehmen über den Einsatz dieser Technik in HF-Anwendungen stehe.

Nach Überzeugung von Macom ist der Aufbau von Fertigungskapazitäten für große Wafer ein Schlüsselfaktor für die breite kommerzielle Einführung der GaN-Technologie. Liefersicherheit ist für Produkte mit Leistungsverstärkern, wie beispielsweise Basisstationen für Mobiltelefone, von entscheidender Bedeutung. Dem Marktforschungsunternehmen Strategy Analytics zufolge werden die Erträge aus dem Verkauf von Leistungsverstärker-Transistoren für Basisstationen im Jahr 2014 um mehr als 1 Milliarde US-Dollar (725 Millionen Euro) steigen.

Marktentwicklung und Chancen zweier Technologien

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22.04.14 - Siliziumkarbid oder Galliumnitrid – welche der Technologien hat die Nase vorn? Die Massenproduktion der Wide-Bandgap-Halbleiter und weitere Kostenreduzierungen sind essentiell für ihren Breiteneinsatz. lesen

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