隨著20世紀末行動電話與無線網路快速成長，整個射頻(Radio Frequency, RF)IC應用領域亦擴散至大眾消費市場。而在市場對無線通訊系統價格與性能要求驅使下，射頻IC技術快速進展，製程選擇由以往的GaAs、SiGe BiCMOS到目前的CMOS...
隨著20世紀末行動電話與無線網路快速成長，整個射頻(Radio Frequency, RF)IC應用領域亦擴散至大眾消費市場。而在市場對無線通訊系統價格與性能要求驅使下，射頻IC技術快速進展，製程選擇由以往的GaAs、SiGe BiCMOS到目前的CMOS，設計面亦由個別射頻IC，包括功率放大器(PA)、射頻收發器(RF Transceiver)、鎖相迴路(PLL)等，進展至現在單晶片解決方案。而未來隨著多元網路整合的發展，射頻IC技術勢必持續往高整合、低耗電，乃至於整合異質元件如射頻微機電等方向發展。
射頻IC屬於類比IC的一份子，被廣泛運用在各式無線通訊應用上，舉凡從國防航太的微波通訊，乃至於大眾所熟知的手機、無線區域網路(WLAN)、新興的微波存取全球互通(WiMAX)或ZigBee等，只要以無線訊號作為傳輸媒介，就需有相對應的射頻晶片進行訊號接收與發送的工作。簡單來說，射頻IC在整個無線系統中可說扮演著承先啟後的功能，不論是接收由天線端傳來的高頻訊號(數百MHz至數十GHz)，並降頻成後端基頻晶片所能處理的訊號，或是依相反途徑將訊號升頻後傳送至天線端發送出去，均需要射頻IC進行訊號的Down/Up轉換與功率放大的動作，可說是整個無線傳輸機制的關鍵核心。
射頻IC類似類比IC，但由於必須進一步考慮元件本身的相關高頻特性，其技術要求較類比IC又更深一層，觀察目前射頻IC技術的發展走向，可分別就製程面與設計面陳述。
如同類比IC，射頻IC之元件特性屬於連續操作區間，但更重視在高頻運作時的低雜訊、高增益與低功率耗損等特性。在如此嚴苛的元件特性和效能要求下，如何在不同的製程間進行選擇，以達成射頻IC在成本和效能之間的平衡，實為一大挑戰，目前射頻IC常採用的製程，主要有GaAs、SiGe BiCMOS (SiGe)、CMOS與InP等4種。
在上述4種製程中，GaAs最早被使用於射頻IC。由於材料本身高頻響應良好、雜訊值低、效率高、具備高增益與良好線性度，在無線通訊市場發展初期受到極大重視，相關磊晶與代工業者紛紛成立，不過由於GaAs製程須另成一開發與生產體系，加上應用面主要優勢僅侷限於無線通訊，在無法進一步擴展應用範疇下，導致元件成本無法有效降低，無法與後端CMOS元件整合亦為其劣勢。即便如此，GaAs在效能的優勢，仍被廣泛應用於許多射頻特性要求較為嚴格的元件。
在無線系統產品逐漸走向低價化與小型化的壓力下，業者紛紛致力於其他低價與高整合度製程開發，其中以IBM於1998年導入量產的SiGe最早取得明顯成果，在射頻要求較為寬鬆的產品應用上快速取代GaAs的地位。SiGe最大的特色是在CMOS的基礎下發展，可運用現行矽製程所累積的龐大資源來降低製造成本；而就材料特性來看，SiGe高頻特性良好，材料安全性佳，導熱性好，在性能上亦符合省電、高截止頻率、晶粒面積較小之特性；而CMOS微細化的製程技術亦使得與其相容的SiGe技術具備高集積度；從元件整合化趨勢來看，與CMOS製程相容的SiGe製程亦擁有高度整合潛力。
在眾多射頻製程中，針對射頻特性要求而加以強化的CMOS製程(或稱RFCMOS)無疑是最受到業者關注並持續發展的新星。採用CMOS製程不但可直接利用已具備的龐大生產線，在製程上亦毋須進行大變動，降低製造難度，提供極具競爭利基的成本效能比；而最吸引人之處便在於未來更可在不增加製造難度下，將射頻元件與同為CMOS製程的基頻、記憶體等元件整合為一系統單晶片(SoC)。不過，CMOS製程先天架構所導致的高雜訊、低絕緣度與Q值仍為應用於射頻IC時須克服的挑戰。
InP較GaAS具更佳高頻特性以及更小元件尺寸，不過由於價格昂貴以及低整合度，主要被採用於極高頻(>40GHz)，如國防航太等微波通訊。
上述4種製程，依據所應用的頻譜範圍、產品與元件射頻規格要求，及成本考量而有不同選擇。以手機系統為例，雖然在低價與提高整合度壓力下，射頻IC開始嘗試採用CMOS製程；但觀察目前主要領導業者在射頻IC的製程選擇(表1)，就手機用收發器而言，由於手機的射頻規格要求甚嚴，射頻性能仍為業者考量重點，故目前仍以具備低雜訊、高速、良好線性度的SiGe製程為主流，雖然亦有採用RFCMOS製程的產品推出，不過短期仍不易取代其主流地位。除收發器外，功率放大器在同樣的考量下，亦同樣以GaAs為主要製程選擇。
在WLAN方面，由於在射頻規格要求相對寬鬆，加上其應用市場屬於資訊領域，低成本為市場主要需求，故具備成本和晶片整合優勢的CMOS製程在此領域相對受到矚目，由Atheros和博通(Broadcom)在WLAN市場占有率的上揚，無疑反映出CMOS製程勢力的抬頭。除CMOS製程外，在WLAN功率放大器方面，由於為同時兼具低耗電與送信能力，目前仍廣泛採用SiGe製程。
而未來InP、GaAs、SiGe與CMOS在射頻領域的應用趨勢，單就材料面來看，如國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semicon-ductor, ITRS)所示(圖1)，以材料應用頻譜來看，在矽製程技術不斷快速進步下，CMOS或SiGe的應用將進一步往高頻擴展。其中SiGe將朝以往被GaAs所主宰的高頻應用(10～40GHz)發展，而CMOS則將挾著成本與整合度優勢，主宰消費性無線通訊市場(＜10GHz)。
此外，在製程技術發展方面，目前在上述4種射頻製程技術中，由於CMOS的適用範圍落在大眾通訊應用，加上符合消費電子產品市場的低成本特性要求，廣受業者關注並持續投入研發資源；由於其本來即建構在CMOS製程之上，故可直接汲取CMOS技術之研發成果快速成長，加上與其他射頻製程相較，在相同截止頻率下可提供更高的集積度，符合消費市場對於產品輕薄短小的要求趨勢，目前聲勢更甚於早期廣被看好的SiGe BiCMOS製程，此由相關晶圓代工業者在CMOS上持續開發先進製程可見一斑(表2)。
綜觀而言，在消費性通訊產品朝向低價化的壓力之下，CMOS挾著具備CMOS高集積特性及易於與現有CMOS製程整合等成本優勢下，已成為未來主流無線製程的不二選擇。目前除在無線網路已廣被採用外，手機亦出現採用CMOS製程的收發器與功率放大器，日前TI更已利用CMOS製程，開發出同時整合記憶體、基頻與射頻電路的GSM手機系統單晶片，並投入商業量產。
雖然CMOS技術目前仍不免在射頻效能和雜訊方面有相當疑慮，但隨著CMOS製程的快速進步，相關解決方案如SOI(Silicon-On-Insulator)、應變矽(Strained Silicon)技術持續成熟及新材料的相繼出現，均將使CMOS元件的射頻性能愈趨完善，而SoC平台成長與多元網路整合趨勢，亦會促成CMOS快速發展，成為消費性無線通訊產品的主流製程平台。
隨著無線通訊終端產品對低價及輕薄短小需求興起，連帶使射頻IC須具備穩定效能、較低的原物料(BOM)成本、低耗電量，以及較小的晶片體積，方能在競爭激烈的市場出線。這包含設計架構的精簡與晶片整合度的提升，首先，就射頻IC的設計架構來看，由於不需額外的中頻處理電路與被動元件，零中頻(ZIF)架構已取代傳統使用的超外差式架構，成為目前無線通訊系統的主流架構；此外，在提升晶片整合度方面，為縮減射頻次系統的體積，除在收發器上整合更多射頻元件外，在應用WLAN時，亦藉由SiP技術，將目前仍難以整合的功率放大器封裝在一起，進一步縮小射頻晶片體積(圖2)。
而未來射頻IC在設計面上的發展趨勢與挑戰，仍在於如何持續符合市場對其性能成本需求，由ITRS的技術規劃來觀察，這包含設計架構進化、射頻元件整合度持續提升，以及藉由異質元件導入來提升整體射頻效能。
首先是設計架構的進化，除目前已廣被採用的零中頻架構外，在手機射頻架構方面，另一個演變為DigRF架構的推出。藉著將原先架構在基頻晶片內之類比/數位轉換電路整合至前端的射頻收發器，除可簡化後端基頻IC的設計難度外，由於基頻/射頻晶片間訊號傳輸由以往類比介面變成數位介面，可大幅提升不同廠牌基頻與射頻IC間之相容性，如此一來，手機製造廠商毋須負責太大的整合風險，便可從成本或性能的角度考慮，挑選最合適的基頻及射頻晶片組合方式。目前此標準已獲得英飛凌(Infineon)、摩托羅拉(Motorola)、飛利浦(Philips)等大廠支持。
而除架構演進外，如何藉由設計技術達成未來行動通訊所需要的低功耗(Lower Power Consumption)、低噪音(Lower Noise)以及低成本(Lower Cost)之「3L」需求，亦是未來射頻技術的發展重點。
另一個明顯趨勢則為晶片整合度持續提升，這包括系統內個別射頻元件整合與多元網路元件整合。以整合個別射頻元件而言，目前主要是藉由SiP技術，將收發器與更多的被動元件、LNA、PLL/VCO，甚至功率放大器整合為單一晶片，大幅減少射頻次系統所需之元件個數。未來則會採用SoC技術進一步降低生產成本，其中如何在解決元件整合可能產生的熱與訊號隔離問題時，仍能保有具競爭力的晶片尺寸將是主要挑戰。
在多元網路元件整合方面，由於網路發展將朝向多元架構前進，不論是藍芽、WLAN、WiMAX、ZigBee或是3G等通訊協定，未來勢必共存，共同構建一個無所不在之行動網路社會。在此趨勢之下，未來無線行動終端產品必須同時具備不同性質的網路通訊功能，這將促使不同無線規格射頻元件亦須整合，以符合未來成本需求。
為因應不同國家的頻譜使用法規，目前無線終端產品多朝向多模與多頻發展。以手機而言，已由以往雙頻或三頻，進一步往四頻(GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900)，甚至是六頻發展，在此趨勢下，除收發器須同時整合多模式功能外，前端的功率放大器與交換器亦須要具備多頻傳送功能，而更形複雜。
由於傳統以電子元件為主的解決方案在此趨勢下，已漸無法在耗電量或功率效益等特性上符合未來發展需求，故藉由導入如RF MEMS等微機電技術提升整體射頻系統效能已成下一波射頻元件發展方向。目前如IBM、英飛凌、意法半導體(ST)都已積極投入相關技術開發，其中IBM更利用微機電技術在功率放大器內形成可動開關元件，將功率放大器與交換器成功整合在單一晶片上。
未來無線射頻IC的發展趨勢，在製程面將以CMOS製程的導入為發展主軸，在設計面則以提高元件整合度以及導入新技術為發展方向。對照目前我國在無線射頻技術的投入進度，在製程面上，我國在CMOS製程上的開發可說居於領導角色，相關晶圓代工廠商如台積電、聯電都已相繼提供0.13μm CMOS製程，並積極投入90nm製程的開發。
在設計面上，由於我國以往均將資源投注於數位IC發展，間接造成我國在射頻技術開發上落後國外業者，目前雖已有部分業者投入，但大多仍側重於WLAN射頻IC或是GSM/GPRS射頻IC的開發，對於目前快速成長的3G手機射頻IC仍未見明顯成果。對照目前國外業者除已具備完整射頻IC產品線外，更積極朝設計架構、整合度以及異質元件導入等方向投入。
我國除須努力克服技術落差外，如何藉由合適之產品定位、市場策略，甚至就區域內規格競逐所產生之切入契機，如中國自有之TD-SCDMA規格，來彌補技術劣勢，這是我國產官學研界應深思並積極迎頭趕上的課題。
隨著20世紀末行動電話與無線網路快速成長，整個射頻(Radio Frequency, RF)IC應用領域亦擴散至大眾消費市場。而在市場對無線通訊系統價格與性能要求驅使下，射頻IC技術快速進展，製程選擇由以往的GaAs、SiGe BiCMOS到目前的CMOS，設計面亦由個別射頻IC，包括功率放大器(PA)、射頻收發器(RF Transceiver)、鎖相迴路(PLL)等，進展至現在單晶片解決方案。而未來隨著多元網路整合的發展，射頻IC技術勢必持續往高整合、低耗電，乃至於整合異質元件如射頻微機電等方向發展。
射頻IC屬於類比IC的一份子，被廣泛運用在各式無線通訊應用上，舉凡從國防航太的微波通訊，乃至於大眾所熟知的手機、無線區域網路(WLAN)、新興的微波存取全球互通(WiMAX)或ZigBee等，只要以無線訊號作為傳輸媒介，就需有相對應的射頻晶片進行訊號接收與發送的工作。簡單來說，射頻IC在整個無線系統中可說扮演著承先啟後的功能，不論是接收由天線端傳來的高頻訊號(數百MHz至數十GHz)，並降頻成後端基頻晶片所能處理的訊號，或是依相反途徑將訊號升頻後傳送至天線端發送出去，均需要射頻IC進行訊號的Down/Up轉換與功率放大的動作，可說是整個無線傳輸機制的關鍵核心。
射頻IC類似類比IC，但由於必須進一步考慮元件本身的相關高頻特性，其技術要求較類比IC又更深一層，觀察目前射頻IC技術的發展走向，可分別就製程面與設計面陳述。
如同類比IC，射頻IC之元件特性屬於連續操作區間，但更重視在高頻運作時的低雜訊、高增益與低功率耗損等特性。在如此嚴苛的元件特性和效能要求下，如何在不同的製程間進行選擇，以達成射頻IC在成本和效能之間的平衡，實為一大挑戰，目前射頻IC常採用的製程，主要有GaAs、SiGe BiCMOS (SiGe)、CMOS與InP等4種。
在上述4種製程中，GaAs最早被使用於射頻IC。由於材料本身高頻響應良好、雜訊值低、效率高、具備高增益與良好線性度，在無線通訊市場發展初期受到極大重視，相關磊晶與代工業者紛紛成立，不過由於GaAs製程須另成一開發與生產體系，加上應用面主要優勢僅侷限於無線通訊，在無法進一步擴展應用範疇下，導致元件成本無法有效降低，無法與後端CMOS元件整合亦為其劣勢。即便如此，GaAs在效能的優勢，仍被廣泛應用於許多射頻特性要求較為嚴格的元件。
在無線系統產品逐漸走向低價化與小型化的壓力下，業者紛紛致力於其他低價與高整合度製程開發，其中以IBM於1998年導入量產的SiGe最早取得明顯成果，在射頻要求較為寬鬆的產品應用上快速取代GaAs的地位。SiGe最大的特色是在CMOS的基礎下發展，可運用現行矽製程所累積的龐大資源來降低製造成本；而就材料特性來看，SiGe高頻特性良好，材料安全性佳，導熱性好，在性能上亦符合省電、高截止頻率、晶粒面積較小之特性；而CMOS微細化的製程技術亦使得與其相容的SiGe技術具備高集積度；從元件整合化趨勢來看，與CMOS製程相容的SiGe製程亦擁有高度整合潛力。
在眾多射頻製程中，針對射頻特性要求而加以強化的CMOS製程(或稱RFCMOS)無疑是最受到業者關注並持續發展的新星。採用CMOS製程不但可直接利用已具備的龐大生產線，在製程上亦毋須進行大變動，降低製造難度，提供極具競爭利基的成本效能比；而最吸引人之處便在於未來更可在不增加製造難度下，將射頻元件與同為CMOS製程的基頻、記憶體等元件整合為一系統單晶片(SoC)。不過，CMOS製程先天架構所導致的高雜訊、低絕緣度與Q值仍為應用於射頻IC時須克服的挑戰。
InP較GaAS具更佳高頻特性以及更小元件尺寸，不過由於價格昂貴以及低整合度，主要被採用於極高頻(>40GHz)，如國防航太等微波通訊。
上述4種製程，依據所應用的頻譜範圍、產品與元件射頻規格要求，及成本考量而有不同選擇。以手機系統為例，雖然在低價與提高整合度壓力下，射頻IC開始嘗試採用CMOS製程；但觀察目前主要領導業者在射頻IC的製程選擇(表1)，就手機用收發器而言，由於手機的射頻規格要求甚嚴，射頻性能仍為業者考量重點，故目前仍以具備低雜訊、高速、良好線性度的SiGe製程為主流，雖然亦有採用RFCMOS製程的產品推出，不過短期仍不易取代其主流地位。除收發器外，功率放大器在同樣的考量下，亦同樣以GaAs為主要製程選擇。
在WLAN方面，由於在射頻規格要求相對寬鬆，加上其應用市場屬於資訊領域，低成本為市場主要需求，故具備成本和晶片整合優勢的CMOS製程在此領域相對受到矚目，由Atheros和博通(Broadcom)在WLAN市場占有率的上揚，無疑反映出CMOS製程勢力的抬頭。除CMOS製程外，在WLAN功率放大器方面，由於為同時兼具低耗電與送信能力，目前仍廣泛採用SiGe製程。
而未來InP、GaAs、SiGe與CMOS在射頻領域的應用趨勢，單就材料面來看，如國際半導體技術藍圖(International Technology Roadmap for Semicon-ductor, ITRS)所示(圖1)，以材料應用頻譜來看，在矽製程技術不斷快速進步下，CMOS或SiGe的應用將進一步往高頻擴展。其中SiGe將朝以往被GaAs所主宰的高頻應用(10～40GHz)發展，而CMOS則將挾著成本與整合度優勢，主宰消費性無線通訊市場(＜10GHz)。
此外，在製程技術發展方面，目前在上述4種射頻製程技術中，由於CMOS的適用範圍落在大眾通訊應用，加上符合消費電子產品市場的低成本特性要求，廣受業者關注並持續投入研發資源；由於其本來即建構在CMOS製程之上，故可直接汲取CMOS技術之研發成果快速成長，加上與其他射頻製程相較，在相同截止頻率下可提供更高的集積度，符合消費市場對於產品輕薄短小的要求趨勢，目前聲勢更甚於早期廣被看好的SiGe BiCMOS製程，此由相關晶圓代工業者在CMOS上持續開發先進製程可見一斑(表2)。
綜觀而言，在消費性通訊產品朝向低價化的壓力之下，CMOS挾著具備CMOS高集積特性及易於與現有CMOS製程整合等成本優勢下，已成為未來主流無線製程的不二選擇。目前除在無線網路已廣被採用外，手機亦出現採用CMOS製程的收發器與功率放大器，日前TI更已利用CMOS製程，開發出同時整合記憶體、基頻與射頻電路的GSM手機系統單晶片，並投入商業量產。
雖然CMOS技術目前仍不免在射頻效能和雜訊方面有相當疑慮，但隨著CMOS製程的快速進步，相關解決方案如SOI(Silicon-On-Insulator)、應變矽(Strained Silicon)技術持續成熟及新材料的相繼出現，均將使CMOS元件的射頻性能愈趨完善，而SoC平台成長與多元網路整合趨勢，亦會促成CMOS快速發展，成為消費性無線通訊產品的主流製程平台。
隨著無線通訊終端產品對低價及輕薄短小需求興起，連帶使射頻IC須具備穩定效能、較低的原物料(BOM)成本、低耗電量，以及較小的晶片體積，方能在競爭激烈的市場出線。這包含設計架構的精簡與晶片整合度的提升，首先，就射頻IC的設計架構來看，由於不需額外的中頻處理電路與被動元件，零中頻(ZIF)架構已取代傳統使用的超外差式架構，成為目前無線通訊系統的主流架構；此外，在提升晶片整合度方面，為縮減射頻次系統的體積，除在收發器上整合更多射頻元件外，在應用WLAN時，亦藉由SiP技術，將目前仍難以整合的功率放大器封裝在一起，進一步縮小射頻晶片體積(圖2)。
而未來射頻IC在設計面上的發展趨勢與挑戰，仍在於如何持續符合市場對其性能成本需求，由ITRS的技術規劃來觀察，這包含設計架構進化、射頻元件整合度持續提升，以及藉由異質元件導入來提升整體射頻效能。
首先是設計架構的進化，除目前已廣被採用的零中頻架構外，在手機射頻架構方面，另一個演變為DigRF架構的推出。藉著將原先架構在基頻晶片內之類比/數位轉換電路整合至前端的射頻收發器，除可簡化後端基頻IC的設計難度外，由於基頻/射頻晶片間訊號傳輸由以往類比介面變成數位介面，可大幅提升不同廠牌基頻與射頻IC間之相容性，如此一來，手機製造廠商毋須負責太大的整合風險，便可從成本或性能的角度考慮，挑選最合適的基頻及射頻晶片組合方式。目前此標準已獲得英飛凌(Infineon)、摩托羅拉(Motorola)、飛利浦(Philips)等大廠支持。
而除架構演進外，如何藉由設計技術達成未來行動通訊所需要的低功耗(Lower Power Consumption)、低噪音(Lower Noise)以及低成本(Lower Cost)之「3L」需求，亦是未來射頻技術的發展重點。
另一個明顯趨勢則為晶片整合度持續提升，這包括系統內個別射頻元件整合與多元網路元件整合。以整合個別射頻元件而言，目前主要是藉由SiP技術，將收發器與更多的被動元件、LNA、PLL/VCO，甚至功率放大器整合為單一晶片，大幅減少射頻次系統所需之元件個數。未來則會採用SoC技術進一步降低生產成本，其中如何在解決元件整合可能產生的熱與訊號隔離問題時，仍能保有具競爭力的晶片尺寸將是主要挑戰。
在多元網路元件整合方面，由於網路發展將朝向多元架構前進，不論是藍芽、WLAN、WiMAX、ZigBee或是3G等通訊協定，未來勢必共存，共同構建一個無所不在之行動網路社會。在此趨勢之下，未來無線行動終端產品必須同時具備不同性質的網路通訊功能，這將促使不同無線規格射頻元件亦須整合，以符合未來成本需求。
為因應不同國家的頻譜使用法規，目前無線終端產品多朝向多模與多頻發展。以手機而言，已由以往雙頻或三頻，進一步往四頻(GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900)，甚至是六頻發展，在此趨勢下，除收發器須同時整合多模式功能外，前端的功率放大器與交換器亦須要具備多頻傳送功能，而更形複雜。
由於傳統以電子元件為主的解決方案在此趨勢下，已漸無法在耗電量或功率效益等特性上符合未來發展需求，故藉由導入如RF MEMS等微機電技術提升整體射頻系統效能已成下一波射頻元件發展方向。目前如IBM、英飛凌、意法半導體(ST)都已積極投入相關技術開發，其中IBM更利用微機電技術在功率放大器內形成可動開關元件，將功率放大器與交換器成功整合在單一晶片上。
未來無線射頻IC的發展趨勢，在製程面將以CMOS製程的導入為發展主軸，在設計面則以提高元件整合度以及導入新技術為發展方向。對照目前我國在無線射頻技術的投入進度，在製程面上，我國在CMOS製程上的開發可說居於領導角色，相關晶圓代工廠商如台積電、聯電都已相繼提供0.13μm CMOS製程，並積極投入90nm製程的開發。
在設計面上，由於我國以往均將資源投注於數位IC發展，間接造成我國在射頻技術開發上落後國外業者，目前雖已有部分業者投入，但大多仍側重於WLAN射頻IC或是GSM/GPRS射頻IC的開發，對於目前快速成長的3G手機射頻IC仍未見明顯成果。對照目前國外業者除已具備完整射頻IC產品線外，更積極朝設計架構、整合度以及異質元件導入等方向投入。
我國除須努力克服技術落差外，如何藉由合適之產品定位、市場策略，甚至就區域內規格競逐所產生之切入契機，如中國自有之TD-SCDMA規格，來彌補技術劣勢，這是我國產官學研界應深思並積極迎頭趕上的課題。