5G射频前端 | RF MEMS与RF SOI 两种工艺谁才是主流？

即便不考虑RF设备和工艺类型的变革，当今RF市场的挑战也足以令人望而生畏。Cavendish Kinetics公司总裁兼首席执行官Paul Dal Santo表示："几年前，RF还是一项相当简单的设计，但是现在，事情已经发生了大大的改变。首先，您的射频前端必须处理范围非常广泛的频带，从600MHz一直延伸到3GHz。随着更加先进的5G技术的到来，频段将进一步上延，达到5GHz至60GHz。这给前端RF设计师带来了一些难以置信的挑战。"

RF MEMS是什么？

所谓RF MEMS是用MEMS技术 加工的RF产品。RF-MEMS技 术可望实现和MMIC的高度 集成，使制作集信息的采 集、处理、传输、处理和 执行于一体的系统集成芯 片（SOC）成为可能。按微 电子技术的理念，不仅可 以进行圆片级生产、产品 批量化，而且具有价格便 宜、体积小、重量轻、可 靠性高等优点。RF MEMS器件主要可以 分为两大类：一类称为无 源MEMS，其结构无可动零 件；另一类称为有源MEMS，有可动结构，在电 应力作用下，可动零件会 发生形变或移动。其关键 加工技术分为四大类：平 面加工技术、体硅腐蚀技 术、固相键合技术、LIGA 技术。

尽管RF开关的出货量巨大，但市场竞争激烈，价格压力较大。Taylor说，这些设备的平均销售价格（ASP）为10至20美分。

射频微机电系统（RF MEMS） 是MEMS技术的重要应用领域之一，也是二十世纪九十年代以来MEMS领域的研究热点。RF MEMS用于射频和微波频率电路中的信号处理，是一项将能对现有雷达和通讯中射频结构产生重大影响的技术。随着信息时代的来临，在无线通信领域，特别是在移动通信和卫星通信领域，正迫切需要一些低功耗、超小型化且能与信号处理电路集成的平面结构的新型器件，并希望能覆盖包括微波、毫米波和亚毫米波在内的宽频波段。而目前的通讯系统中仍有大量不可或缺的片外分立元件，例如电感、可变电容、滤波器、耦合器、移相器、开关阵列等，成为限制系统尺寸进一步缩小的瓶颈。RF MEMS技术的出现有望解决这个难题。采用RF MEMS技术制造的无源器件能够直接和有源电路集成在同一芯片内，实现射频系统的片内高集成，消除由分立元件带来的寄生损耗，真正做到系统的高内聚，低耦合，能显著提高系统的性能。

尽管RF开关的出货量巨大，但市场竞争激烈，价格压力较大。Taylor说，这些设备的平均销售价格（ASP）为10至20美分。

基于RF SOI的射频开关将继续占据主导地位，但新技术RF MEMS也可能存在一定的生存空间。"随着时间的推移，SOI已经取得了不可思议的进步。电阻下降了，线性度也变得更好了。"Cavendish Kinetics的Dal Santo说。"但是SOI开关的本质是一个晶体管导通或关闭。导通时，表现不是很好，关闭时，也不是很好。

多年来，RF MEMS技术一直在稳步前进。今天，Cavendish、Menlo Micro和WiSpry（AAC Technologies）正在为移动应用开发RF MEMS。

RF MEMS与陀螺仪和加速度计等基于传感器的MEMS不同。传感器MEMS是将机械能转化为电信号。相比之下，RF MEMS只进行信号的传导。

尽管RF开关的出货量巨大，但市场竞争激烈，价格压力较大。Taylor说，这些设备的平均销售价格（ASP）为10至20美分。

最初，Cavendish等公司将RF MEMS技术应用到使用RF SOI和其它工艺的天线调谐器市场。

"如果天线是固定的，我们不可能使它支持所需的不同频段。所以天线需要调整。"Dal Santo说。"现在，主要的方法是采取切换，要么切换不同的固定电容器，要么切换不同的固定电感器。问题在于天线是高Q设备。你必须小心，否则会带来辐射性能的损失。"

相比之下，Cavendish的调谐器有32个不同的电容范围。"它们是完全可编程的，具有非常好的高Q性能。所以辐射性能损失非常低。您可以使用这些，把天线调整到您需要支持的频率范围。"他说。

展望未来，Cavendish计划在更大的RF开关领域采用RF SOI器件。他说："如果用一个真正的开关代替RF SOI，那就是MEMS开关，你的接收机或发射机的插入损耗都会降低。"他说。

但是，RF MEMS器件是否会取代基于RF SOI的器件？关于这个问题，TowerJazz可以提供一些见解。TowerJazz提供传统的RF SOI工艺，也是Cavendish的RF MEMS器件的代工厂商。

"RF MEMS和RF SOI可能在竞争相同的应用上会有一些小的重叠。一般来说，它们是相互补充关系，RF MEMS用于最苛刻的应用，而RF SOI用于其余的应用，"TowerJazz RF /高性能模拟业务部门高级副总裁兼总经理Marco Racanelli说。

"RF SOI技术将继续发展，它对于RF开关应用和部分低噪声放大器市场仍然是可用的，"Racanelli说。"然而，在一些特殊的应用中，用于低噪声放大器的