STMicroelectronicsin SiC-kampus Catanian kaupungissa Italiassa

Catania SiC Campus on ensimmäinen integroitu tuotantolaitos, jossa valmistetaan sarjatuotantona 150 mm:n SiC-epitaaksisia substraatteja hyödyntäen tuotantoprosessin kaikkia vaiheita; 200 mm:n piikiekot tulevat tuotantoon pian tämän jälkeen. Se tukee ST:n vertikaalisen integraation strategiaa laajakaistaisissa tehoelektroniikkakomponenteissa, joita käytetään auto-, teollisuus- ja energiasovelluksissa.

Yole Groupin vanhempi teknologia- ja markkina-analyytikko Poshun Chiu sekä Yole Groupin tehoelektroniikan ja akkujen pääanalyytikko Milan Rosina keskustelevat viimeaikaisista kehityssuuntauksista.

Tehoelektroniikkalaitteet

Sähköautot (EV) ja hybridisähköautot (HEV) muodostavat houkuttelevan kohdemarkkinan autoteollisuuden sovelluksissa käytettäville tehopuolijohteille. Viime vuonna Tesla oli ensimmäinen autonvalmistaja, joka otti käyttöön kolmannen sukupolven STPOWER SiC MOSFET -komponentit Model 3:n pääinvertterissä.

SiC-komponentit tarjoavat paremman hyötysuhteen ja lämmönkestävyyden kuin piipohjaiset vaihtoehdot, mikä vähentää energiahäviöitä sähköjärjestelmissä. Lisäksi niiden pienempi johtavavastus mahdollistaa pienikokoisemmat ratkaisut sekä vähentää jäähdytystarpeita – mikä lopulta parantaa ajoneuvon luotettavuutta.

STMicroelectronics on äskettäin allekirjoittanut monivuotisen toimitussopimuksen Geely Auto Groupin kanssa toimittaakseen sille SiC-tehoelektroniikkakomponentteja, jotka on suunniteltu nimenomaan parantamaan suorituskykyä, lyhentämään latausaikoja ja pidentämään ajomatkaa. Genevessä sijaitseva STMicroelectronics toimittaa näitä huipputeknologisia SiC-komponentteja, joita tullaan hyödyntämään useissa Geelyn keski- ja huippuluokan täyssähköautoissa suorituskyvyn parantamiseksi, lataamisen nopeuttamiseksi ja ajomatkan pidentämiseksi.

Yhtiön seuraavan sukupolven laitteita tullaan tarjoamaan sekä 750 V:n että 1200 V:n luokissa, ja 1200 V:n laitteiden odotetaan saavan sertifioinnin vuoden 2025 alkupuolella. Molemmat laitteet toimitetaan HiP247-koteloissa, jotka tarjoavat korkeat liitoskohdan lämpötilarajat, mikä takaa erinomaisen kytkentäsuorituskyvyn ja pienemmät häviöt, mikä puolestaan mahdollistaa energiatehokkaammat järjestelmät. Lisäksi niillä on yksi markkinoiden alhaisimmista eteenpäin suuntautuvista jännitehäviöistä, mikä vähentää energianhukkaa ja parantaa samalla tehonmuunnoksen hyötysuhdetta.

Autoteollisuus

STM valmistaa siruja auto-, energia- ja teollisuuskäyttöön sekä kuluttajaelektroniikkaan, kuten antureihin. Yhtiön asiakaskuntaan kuuluvat muun muassa Apple, Google, SpaceX, Tesla, BYD, Stellantis, BMW ja Airbus sekä lukuisat henkilö- ja kuorma-autojen, sähköautojen, lentokoneiden, sähköntuotannon ja latausratkaisujen valmistajat.

STMicro esitteli äskettäin kolmannen sukupolven “STpower”-SiC-MOSFET-komponenttinsa, jotka on tarkoitettu sähköajoneuvoihin (EV) ja pikalatausinfrastruktuuriin, joissa vaaditaan korkeaa energiatehokkuutta ja tehotiheyttä. Näillä edistyneillä tehoelektroniikkakomponenteilla on edellisiin sukupolviin verrattuna alhaisempi päälläoloresistanssi, mikä vähentää johtohäviöitä ja maksimoi järjestelmän hyötysuhteen. Lisäksi ne tarjoavat erinomaisen kytkentäsuorituskyvyn dynaamisissa käänteisjänniteolosuhteissa, jotka ylittävät AQG324-autoteollisuusstandardin vaatimukset, mikä takaa korkean luotettavuustason.

Näissä uusissa 650 V:n ja 1200 V:n laitteissa on alan pienimmät eteenpäin suuntautuvat jännitehäviöt, mikä vähentää merkittävästi lämpönä haihtuvaa energiaa. Lisäksi ne on pakattu innovatiiviseen, matalaprofiiliseen HiP247-koteloon, joka maksimoi piirilevyn tilankäytön ja helpottaa lämmönhallintaa.

STMicro on solminut Geelyn kanssa yksinoikeudellisen pitkäaikaisen toimitussopimuksen, jonka puitteissa se toimittaa piikarbidipohjaisia tehoelektroniikkakomponentteja Geelyn täysin sähköisiin ajoneuvoihin. Tavoitteena on parantaa ajoneuvojen suorituskykyä, nopeuttaa latausnopeuksia ja pidentää toimintasädettä. STMicro keskittyy tarjoamaan ratkaisuja, jotka ulottuvat virranmittaus-shunt-komponenteista aina 650 V:n ja 1200 V:n jännitetasojen korkeajännite-MOSFET-komponentteihin – sekä tukemaan niitä kaikkia intuitiivisilla suunnittelutyökaluilla, kuten eDesignSuite-suunnittelutyökaluilla.

Teollisuus

Piikarbidista (SiC) valmistetut komponentit tarjoavat merkittäviä etuja piikomponentteihin verrattuna läpilyöntijännitteen, käyttölämpötilan ja kytkentänopeuden suhteen – mikä tekee niistä ihanteellisen valinnan esimerkiksi sähköisen liikenteen ja tehokkuuden parantamisen kaltaisiin sovelluksiin. ST tarjoaa SiC-MOSFET-komponentteja ja teho-Schottky-diodeja, jotka on suunniteltu täyttämään nämä vaativat standardit sovelluksissa, kuten sähköajoneuvojen (EV) inverttereissä, aurinkosähköinverttereissä, teollisuuden moottoriohjaimissa ja energianvarastointisovelluksissa.

STMicroelectronics ilmoitti merkittävästä investoinnistaan SiC-kampuksen rakentamiseksi Cataniaan. Kampukseen kuuluu suurikapasiteettinen 200 mm:n tuotantolaitos tehoelektroniikkakomponenttien ja -moduulien valmistukseen sekä testaus- ja pakkauspalvelut, joita täydentää yhtiön olemassa oleva SiC-substraattien tuotantokeskus. Yhdessä olemassa olevan SiC-substraattien valmistuslaitoksen kanssa tästä muodostuu kattava SiC-teknologian tuotantokeskus, joka nopeuttaa merkittävästi tämän uraauurtavan teknologian kehittämistä ja käyttöönottoa.

Tämä integroitu tuotantolaitos mahdollistaa täydellisen vertikaalisen integraation SiC-epitaaksiaalisten substraattien valmistuksesta SiC-tehoelektroniikkakomponenttien ja -moduulien tuotantoon, edistyneeseen pakkaamiseen ja testaukseen. Tämä toimintamalli takaa kustannussäästöjä ja samalla varmistaa laadunvalvonnan tiiviiden palautesilmukoiden avulla, jotka yhdistävät materiaalivirheet komponenttien suorituskykyyn, sekä mahdollistaa nopean reagoinnin toimitusketjun häiriöihin, jotka uhkaavat tuotteiden toimitusta tai kuluttajien luottamusta. Lisäksi paikallista osaamista ja taloudellista omavaraisuutta edistetään kehittämällä ammattikoulutusta ja yhteisön osallistumista.

Energia

STMicroelectronicsin insinöörit hyödyntävät piikarbidin (SiC) energiansäästöpotentiaalia kolmannen sukupolven STPOWER SiC-metallioksidipuolijohde-kenttävaikutustransistoreillaan (MOSFET). Nämä MOSFET-transistorit on suunniteltu erityisesti toimimaan nykyisiä 800 voltin järjestelmiä korkeammilla jännitteillä, minkä ansiosta ne mahdollistavat suuremmat latausnopeudet, kevyemmät ajoneuvot ja pidemmät ajomatkat kuljettajille.

18 V:n jännitteellä tämän laitteen RDS(on) x A -suorituskyky vastaa Wolfspeedin tasomaisia MOSFET-transistoreita ja ylittää ON Semiconductorin NTH4L015N065SC1-mallin arvon 2,51 mO*cm2:lla. Laitteessa on pienempi porttijonon väli ja dopanttijakauman optimointi, joka on räätälöity erityisesti driftialueelle. Lisäksi sen erittäin alhainen liitoksen kapasitanssi mahdollistaa nopeat kytkentätoiminnot, mikä johtaa pienempiin kytkentähäviöihin ja lyhyempiin viiveaikoihin, samalla kun se tarjoaa paremman lämmönkestävyyden, luotettavuuden ja energiatehokkuuden.

Poshun Chiu, Yole-konsernin yhdistepuolijohteiden ja uusien substraattien vanhempi teknologia- ja markkina-analyytikko, sekä Milan Rosina, tehoelektroniikan ja akkujen pääanalyytikko, työskentelevät molemmat Yole-konsernissa. He keskustelivat äskettäin SiC-teknologiasta STMicroelectronicsin uusien materiaalien ja tehoelektroniikkaratkaisujen divisioonan johtajan Riccardo Nicoloson kanssa saadakseen ajankohtaista tietoa aiheesta.