无线通信广泛应用 加速射频元件小型化发展

随着智能手机、汽车、智能家居、智能电网、医疗与保健等的广泛应用，正加速朝无线化、智能化方向发展，驱动Wi-Fi、蓝牙、GPS、3G、LTE等射频芯片开发商加快技术创新脚步，以打造集成度更高、尺寸更小且支持多频或多模设计的新方案。

当今射频(RF)技术是半导体中变动快速且成长最快的领域之一，多年来随着人们生活方式的改变，无线连结设备已成为每个人不可或缺的必需品。回顾1980年以前，射频电子显得有点神秘，过去大多应用于军事用途，直至第一个采用低噪声放大器(LNA)的民用设备--卫星电视出炉，才开启新局面。

英飞凌射频/保护元件事业部经理麦正奇介绍Infineon在射频技术领域投入超过50年(图1)，第一款射频锗电晶体于1954年推出，距今将近60年，这也是西门子(Siemens)半导体公司(现为英飞凌)的起点。而1956年，该公司又开发出第一款Si-NPNRF电晶体，当时矽与砷化镓双极性电晶体(GaAs BJT)已开始用于高频率应用。1950和1960年代推出的产品更使电晶体收音机大受欢迎。

图1　50年来射频芯片技术演进过程

随后在1970与1980年代，业界也持续推出射频金属氧化物场效电晶体(RF MOSFET)与变容二极体技术产品，打开射频元件在电视机市场的应用版图。1990年代的生活方式从家用有线电话转变为个人移动设备，20年前移动通信市场仅有2G全球移动通信系统(GSM)手机，可让使用者传送、接收语音与简讯，但是随着1992年代无线技术进化，宽带网络也逐渐成为分享资讯的通讯平台。

射频技术日新月异　传输频率大跃进

观察市场趋势的变化，射频元件的传输频率成为芯片商在市场上相互较劲的关键要素。在1990与2000年代，英飞凌射频产品的传输频率以指数成长至超过200GHz，以指数型曲线达到全新等级的优异传输频率，奠定离散电晶体与二极体的射频效能标准。

几年前，业界没有人想到无线局域网络(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)、全球卫星定位系统(GPS)及3G/4G等无线技术，能整合至智能手机及平板设备之类的产品。另外，随着互联网工具使用逐渐普及，无线通讯技术和相关设备的互动方式已迈入另一个新阶段。

以英飞凌为例，该公司已历经七个双极时代的射频技术演进，反映此技术从60年代后期至最新8寸硅锗碳(SiGe:C)工艺的大幅转变(图2)。硅锗碳对射频元件而言是一项重要的工艺技术突破，透过该工艺可提供高达200GHz及0.6dBNFmin@1.8GHz的fT*BVCEO产品。

图2　射频芯片硅锗工艺演进过程

值得关注的是，2008年第一款以射频互补式金属氧化物半导体(CMOS)技术、工艺与设计专业知识开发的Bulk CMOS RF开关问世，更彻底改变移动通信前段开关市场，随后在2012年此技术也进一步升级至130纳米。

小型、高整合及多功能设计成趋势

由于各种无线通讯应用设计持续增加，加上用户对提高无线使用体验的需求，包括智能手机、汽车、智能家居、智能电网、医疗与保健等领域皆需要更具智能的连线能力，同时也须整合具备3G、LTE与Wi-Fi功能的智能手机与平板电脑。

据市场分析机构统计，全球Wi-Fi电子产品出货量正快速成长，年成长率约20%。消费者持续选择具有Wi-Fi功能的移动设备，Wi-Fi热点的数量也持续增加，通过新一代传输量极高(最低目标1Gbit/s)的802.11ac产品，可提供双频段、双并行(DBDC)无线存取点、路由器与闸道器，Wi-Fi信号将会变得更强。

对已经到来的无线技术，例如IEEE 802.11ac/ad/af、LTE、LTE-Advanced、IMT-Advanced，已改变未来多模式与多频段多重输入多重输出(MIMO)移动设备的射频架构，并以移动产业处理器界面(MIPI)或DigRF V4界面支持愈来愈多的语音、资料及视频应用。另外，随着4G LTE开始应用于日常生活中，估计下一代移动通信技术5G也将于2020年推出，进一步提供更快的传输速率。

在目前的射频元件市场开发中，封装是极重要的技术，因为消费者不断追求轻薄短小的移动设备。随着更多的应用整合至单一平台，预期射频元件设计趋势将聚焦于小型化尺寸、更高的整合度、更多的频段与模式、更强的抗干扰能力，以及可支持多种新兴无线功能共存、多种收发器的控制形式。

总而言之，移动通信与Wi-Fi技术将不断演化，资料传输速率是技术的主要改进要点，包括速度、距离覆盖范围与技术标准的提升，皆是射频芯片商未来的投资重点。