科銳推出多款碳化硅基氮化鎵器件，助力大型雷達(dá)加速發(fā)展

2021年4月19日，美國(guó)北卡羅萊納州達(dá)勒姆訊 –– 全球碳化硅技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)科銳Cree, Inc. 宣布，推出多款碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)器件：Wolfspeed CMPA901A020S、CMPA9396025S、CMPA801B030 系列。本次推出的器件采用MMIC技術(shù)，具備研發(fā)部署大型雷達(dá)系統(tǒng)所需的小型化、高效率、高可靠性、以及優(yōu)異的功率密度等特點(diǎn)，可有效應(yīng)對(duì)大型雷達(dá)所面臨的挑戰(zhàn)。

X-波段(8 GHz 到 12 GHz)雷達(dá)是適用于商業(yè)導(dǎo)航的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。除航空外，X-波段還廣泛部署于包括海上船舶交通管制、氣象監(jiān)測(cè)、機(jī)場(chǎng)附近的鳥類活動(dòng)監(jiān)測(cè)以及防冰凍遙感等領(lǐng)域。

隨著X-波段有源電子掃描陣列(AESA)系統(tǒng)領(lǐng)域愈來愈受到研發(fā)的青睞，該系統(tǒng)主要運(yùn)用于大型機(jī)載平臺(tái)上，同時(shí)在陸地和海事細(xì)分市場(chǎng)也有采用。AESA 系統(tǒng)使用有源陣列，每個(gè)陣列擁有數(shù)百甚至數(shù)千根天線。每一根天線均有其各自的相位和增益控制。天線元件的間距通常為半波長(zhǎng)，以減少近場(chǎng)中的暴露。AESA 雷達(dá)同時(shí)也常常需要在寬范圍的高頻率內(nèi)擴(kuò)散信號(hào)。這樣的頻率捷變可以讓雷達(dá)快速地搜索扇形區(qū)中的目標(biāo)，同時(shí)保持隱蔽，并帶來更出色的抗干擾能力。這些要求為工程師們帶來了一定挑戰(zhàn)：每個(gè)天線元件必須足夠小型和輕量，同時(shí)要讓整體系統(tǒng)尺寸和重量在空中和海上使用時(shí)可控。

賦能技術(shù)：GaN

GaN能夠幫助雷達(dá)設(shè)計(jì)者克服功率、散熱、重量和尺寸、以及成本效益等諸多挑戰(zhàn)，其具備寬的能帶隙，擁有極高的臨界擊穿電場(chǎng);具備出色的高溫可靠性、出眾的高供電電壓下的魯棒性，以及優(yōu)異的功率密度。將碳化硅(SiC)作為 GaN 的襯底，能實(shí)現(xiàn)較低的熱膨脹、較低的晶格失配，以及出色的熱導(dǎo)率，進(jìn)而充分發(fā)揮 GaN 的特性。

高性能關(guān)鍵

單片微波集成電路(MMIC)能將多個(gè)元件的完整功能模塊制造在單個(gè)設(shè)備中，進(jìn)而提高電路密度。MMIC采用方形扁平無引腳(QFN)封裝，能夠帶來進(jìn)一步降低成本和減小尺寸的優(yōu)勢(shì)。由于 QFN 封裝采用短鍵合引線，有助于降低引線電感，其暴露在外的銅裸芯片焊盤提供出色的熱學(xué)性能。

本次科銳推出的器件就是基于上述技術(shù)：

Wolfspeed的CMPA901A020S 器件采用 6 × 6 mm QFN 封裝，是一款 20W 的GaN-on-SiC高功率放大器，能夠在 9 GHz 至 10 GHz 頻率范圍內(nèi)工作，適用于海洋氣象雷達(dá)這樣的脈沖雷達(dá)應(yīng)用。該放大器擁有三級(jí)增益，能夠提供大于 30 dB 的大信號(hào)增益和大于 50% 的效率，能夠滿足更低的系統(tǒng)直流功率要求，并為簡(jiǎn)化系統(tǒng)熱管理解決方案提供支持。

另一款GaN MMIC 是CMPA9396025S ，其能夠集成諸多技術(shù)，帶來尺寸、重量、功率和成本(SWaP-C)改進(jìn)的最大化。該三級(jí)器件針對(duì) 9.3-GHz 至 9.6-GHz 工作而設(shè)計(jì)，采用 6 × 6 mm QFN 封裝，在 100-μs 脈沖寬度、占空比為 10% 條件下的功率為 25 W。

MMIC 放大器中的CMPA801B030 系列在 7.9-GHz 到 11-GHz 頻率范圍內(nèi)工作，能夠支持在 X-波段中實(shí)現(xiàn)更寬的帶寬和更高的功率。其輸出典型值高達(dá) 40 W，大信號(hào)增益大于 20 dB，功率附加效率達(dá) 40%。該產(chǎn)品系列采用 7 × 7 mm 的塑料二次注塑成型 QFN，同樣提供裸芯片和 10 引腳金屬 / 陶瓷安裝凸緣 flanged 封裝，從而帶來更出眾的電氣性能和熱學(xué)性能。

▲ CMPA801B030提供裸芯片和高度緊湊型封裝，帶來SWaP-C改進(jìn)的最大化

(備注：以上所列所有器件 ECCN均為3A001.b.2)

上述此類GaN器件有利于推動(dòng)迅速增加的各類平臺(tái)更快速地采用 AESA 雷達(dá)，而雷達(dá)系統(tǒng)的 GaN 開支也將快速增長(zhǎng)。