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从硅基到化合物工艺:多频段射频前端的工艺平台选择逻辑

2026-10-15 12:04:13
有连云
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射频前端芯片设计的第一步,是选工艺平台。

频段不同,对芯片的要求不同——低频段拼集成度和成本,高频段拼功率和效率。没有一种工艺能覆盖所有频段。射频前端企业需要根据目标频段和场景,选择最适配的工艺路线。

目前主流的工艺平台有四种:CMOS、SOI、GaAs、GaN。它们分属硅基和化合物半导体两大阵营,各自适配不同的频段和应用场景。

工艺平台 材料阵营 核心优势 典型应用环节 适配频段
CMOS 硅基 集成度高、成本低、供应链成熟 开关、LNA、控制电路、波束赋形 Sub-GHz至毫米波
SOI 硅基 损耗低、寄生电容小、射频性能优 Wi-Fi FEM集成、射频开关、LNA、波束赋形 Sub-GHz至毫米波
GaAs 化合物半导体 功率高、噪声低、电子迁移率高 功率放大器(PA) 数百MHz至毫米波
GaN 化合物半导体 功率密度高、散热好、耐高压 基站、星载BUC、高功率场景 Sub-6GHz至毫米波

硅基工艺:CMOS与SOI

CMOS是集成电路中最成熟的工艺平台。它的优势在于集成度高、成本低、供应链成熟——先进CMOS工艺的特征尺寸不断缩小,晶体管截止频率大幅提升,已经能够覆盖到毫米波频段。但CMOS在射频功率放大场景中存在线性度和效率的局限,通常更适合低噪声放大器、开关和波束赋形等环节。准确地说,硅基工艺体系(含CMOS、SOI)可覆盖到毫米波的控制与低噪环节,但功率放大不是它的主战场。

SOI(绝缘体上硅)是CMOS工艺的衍生路线。它在硅衬底和晶体管之间增加了一层绝缘层,减少了衬底损耗和寄生电容,使射频性能明显提升。SOI工艺在射频开关和低噪声放大器上应用广泛,也是Wi-Fi FEM中集成LNA和开关的常用平台。

据康希通信2026年半年报,其Wi-Fi 6系列产品采用GaAs、SOI、CMOS等工艺;Wi-Fi 7系列采用GaAs、CMOS等工艺;Wi-Fi 8系列计划采用GaAs、SOI、CMOS等工艺。在这些工艺组合中,GaAs主要负责功率放大器(PA),SOI和CMOS负责开关、低噪声放大器(LNA)和控制电路。

在毫米波频段,硅基工艺同样可以覆盖。康希通信旗下控股子公司知融科技在地面终端侧采用全国产化高性能硅基工艺路线,据公司2026年9月16日至18日投资者关系活动记录表(2026-009),控股子公司知融科技在地面终端侧已进入Ku、Ka主流频段相控阵T/R芯片的量产阶段。硅基工艺在这一频段的应用,核心优势在于集成度高、供应链成熟、单位成本可控,适配地面终端对成本敏感的场景。需要说明的是,卫星相关业务整体尚未形成规模化收入。

化合物半导体:GaAs与GaN

化合物半导体是射频前端中高频、大功率场景的主要选择。

GaAs(砷化镓)的电子迁移率高、击穿电压高,在毫米波频段能实现更高的输出功率和更低的噪声系数。GaAs HBT和pHEMT工艺在功率放大器和低噪声放大器中应用广泛。据半年报,康希通信的Wi-Fi 5/6/7/8系列产品均采用GaAs工艺,用于功率放大环节。

GaN(氮化镓)的功率密度更高、散热性能更好,适合高功率(大于10瓦)、更高效率、更高频率的场景。GaN在基站射频和卫星通信载荷中应用较多。2024年,控股子公司知融科技发布了Ka频段GaN功率放大器芯片ZRA1153和ZRA1154,工作频率27-31GHz,连续波输出功率分别达到7W和14W(据公司公开资料)。该产品定位为卫星通信BUC(上变频功率放大器)等高功率场景的补充。行业方面,硅基BFIC加GaN PA以及硅基BFIC加GaAs PA均可作为相控阵T/R主链方案。

成本方面,GaAs介于硅基和GaN之间。化合物工艺设计方案下,晶圆尺寸较小、工艺复杂度高、良率控制难度大,单片产出芯片数量少,单位成本远高于硅基工艺。这决定了化合物半导体更适合对性能要求极高、对价格不敏感的场景。

康希通信的工艺路线矩阵

把康希通信的工艺路线放在一起看,可以发现一条清晰的逻辑。

地面层的Wi-Fi FEM和IoT射频前端,以硅基工艺(CMOS、SOI)为基底,配合GaAs功率放大器,覆盖2.4GHz、5GHz和Sub-GHz频段,核心追求集成度与成本效率。

低轨层的毫米波相控阵T/R芯片,由控股子公司知融科技承担。据公司资料,控股子公司知融科技具备CMOS、SOI、GaAs、GaN等多种工艺的毫米波射频芯片开发能力,在地面终端侧采用全国产化高性能硅基工艺路线,实现Ku、Ka主流频段相控阵T/R芯片的稳定量产。

两条产品线的工艺选择逻辑不同。地面层追求集成度和成本效率,硅基工艺是主力;低轨层追求高频性能,地面终端T/R以硅基为主,化合物工艺产品更多落在BUC功放和后续星载载荷的预备能力上。两条产品线在GaAs工艺上存在交集——Wi-Fi FEM的功率放大器和毫米波T/R芯片的功率放大器,都用到GaAs。

从硅基到化合物工艺,四种工艺平台构成了射频前端从低频到高频、从低功率到高功率的完整覆盖。哪种工艺适配哪个频段,取决于频率、功率、集成度和成本之间的平衡。

结语

从硅基到化合物工艺,从来没有万能的工艺平台,只有适配场景的最优选择。硅基胜在集成与成本,化合物半导体胜在高频与功率,两者不是替代关系,而是不同频段、不同场景下的互补组合。

对多频段射频前端企业而言,真正的竞争力不是掌握某一种先进工艺,而是能根据目标场景,在成本、性能、集成度之间找到最优的工艺组合。以康希通信及知融科技的工艺路线选择为例,地面终端侧选择硅基、高功率场景预留GaN、PA环节用GaAs,正是多频段射频前端“按场景选工艺”的典型样本。

关于康希通信

康希通信(688653.SH)以Wi-Fi射频前端芯片为核心业务,产品覆盖Wi-Fi 5/6/7全系列,已完成博通、高通、联发科、瑞昱四大国际主芯片平台参考设计认证。公司同时积极拓展泛IoT领域:工业IoT产品已在智能表计、智能家居等场景落地,Cat.1蜂窝射频前端芯片已开始小批量出货并通过模组大厂认证;低空经济无人机用射频前端芯片已实现批量交付;在卫星互联网方向,公司通过旗下控股子公司知融科技布局Ka/Ku频段毫米波相控阵T/R芯片,已在千帆星座、GW星座地面终端芯片中占有领先地位。

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