Clas SIC Wafer Fab grundades i juni 2017 och är världens första öppna gjuteri som uteslutande tillverkar krafthalvledare av kiselkarbid. Deras kapacitet sträcker sig från process- och komponentutveckling till provtagning och produktion av medelstora volymer på 150 mm wafers.
Lochgelly-baserade SCS International Ltd för för närvarande diskussioner med flera företag om att etablera tillverkning av kiselkarbid i Indien, men CFO Scott Forrest ville inte nämna några namn offentligt.
Gjuteri för krafthalvledare
Halvledarindustrin har upplevt en explosionsartad tillväxt på grund av den kraftiga ökningen av efterfrågan på AI, 5G och elfordon. För att hålla jämna steg med den tekniska utvecklingen och investera i ny produktionskapacitet samtidigt som kostnaderna per wafer hålls nere används avancerad analys och datainsamling på produktionsanläggningarna för att förbättra effektiviteten och kvaliteten. Gjuterierna måste ligga steget före genom att hålla sig à jour med den tekniska utvecklingen och göra nödvändiga investeringar samtidigt som de är effektiva när det gäller kostnadshantering för expansion av produktionskapaciteten för wafers och investeringar i ny produktionskapacitet.
Som ett resultat av detta omstrukturerar många företag sina gjuteriverksamheter och tillhandahåller specialiserade tjänster på nyckelmarknader som krafthalvledare. Dessutom stärker många foundries sin FoU-kapacitet så att de är beredda att ta emot framtida teknologier som 3nm- och 2nm-noder som erbjuder ökad prestanda med minskad energiförbrukning.
Effekthalvledare har tillämpningar som spänner över industriell utrustning och fabriksautomation. På senare tid, på grund av ökad efterfrågan från tillverkning av elfordon och byggprojekt för datacenter, har tillverkare upplevt brist på flera typer av krafthalvledare som behövs i små kvantiteter. För att möta detta behov lanserade Toppan nyligen en tjänst för hantering av kontraktstillverkning av krafthalvledare; initialt erbjuds portning2 och tillverkningsprocesser för 6-tums waferprocesser innan erbjudandet utökas till 8-tums processer i mars 2025.
Krafthalvledarkomponenter
Krafthalvledarkomponenter är kärnan i alla kraftelektroniska system. De omvandlar elektrisk energi till användbar form för integrerade kretsar och system som elfordon, anläggningar för förnybar energi och molntjänster. Att maximera enheternas effektivitet är avgörande för att förbättra tillförlitligheten, storleken och kostnaden när dessa system byggs.
IGBT-transistorer (Silicon Bipolar Junction Transistors) och MOSFET-transistorer (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) har använts flitigt under lång tid, men börjar nu nå sina gränser, vilket kräver effektivare enheter med bredare bandbredd, snabbare stig/fall-tider, lägre on-resistans, högre strömtäthet och temperaturkapacitet samt förbättrad switchprestanda.
Halvledare med brett bandgap, t.ex. kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN), har stor potential att uppfylla detta mål tack vare sina egenskaper med brett bandgap som minskar on-motståndet genom att använda tunnare skikt med lägre on-motstånd och starkare genomslagsstyrka utan att kompromissa med andra viktiga egenskaper som elektronrörlighet och värmeledningsförmåga.
Clas-SiC är världens första öppna gjuteri som tillverkar krafthalvledare av kiselkarbid och samarbetar med ledande komponentdesigners för att påskynda forskning och utveckling och minska tiden till marknaden. När du testar högspänningsenheter med Keithley SourceMeter SMU-instrument eller bygger dina egna enheter, kom ihåg att de kräver särskild omsorg vid hantering och omsorg under karakterisering med högspänningseffekthalvledare - för att förhindra chock eller skada!
Utveckling av krafthalvledare
I takt med att de globala kraftsystemen anpassas till ökande energibehov måste krafthalvledarna anpassas för att effektivt kunna omvandla och reglera elektrisk ström och spänning. Tekniken med sammansatta halvledare av kiselkarbid (SiC) möjliggör dessa nya enheter, men konstruktörerna måste övervinna betydande hinder för att uppfylla de ständigt ökande kraven på prestanda och storlek.
Karan Chechi, Research Director på TechSci Research, betonar svårigheten med att samtidigt öka effektiviteten och klara utmaningarna med termisk hantering. Därför vänder sig industrin mot halvledare med brett bandgap, som SiC och GaN, med överlägsna egenskaper jämfört med konventionella kiselkretsar - vilket leder till högre effektivitet, minskade förluster och lättare system som uppfyller hållbarhetsmålen - vilket driver på innovationen inom industrin.
En annan stor utmaning är att förbättra enheternas tillförlitlighet, vilket kräver noggrann design och testning för att bibehålla hög prestanda vid högre temperaturer utan att förlora stabiliteten. Keithley SourceMeter SMU-instrument är användbara testverktyg som möjliggör exakta mätningar av ström, spänning, temperatur med mera innan kretsarna ens har monterats på wafers.
Verktyg för karakterisering av enheter måste också vara konstruerade för användning i tuffa miljöer, vilket är särskilt viktigt eftersom kraftaggregat ofta producerar höga spänningar som kan vara livsfarliga om de hanteras felaktigt. Säkerheten måste alltid sättas i första rummet vid hantering av sådana höga spänningar; enkla försiktighetsåtgärder som att ansluta mätningens gemensamma jord till skyddsjord eller skyddsjord kan bidra till att säkerställa detta.
Tillverkning av krafthalvledare
SiC Power är världens första öppna gjuteri för tillverkning av krafthalvledare av kiselkarbid i en renrumsanläggning av ISO klass 5. Företaget är världens främsta källa för accelererad process-FoU, device/IC-design, provtagning, upp till medelhög volymproduktion på 150 mm wafers, samt snabb process-FoU för medelhög volymproduktion på 150 mm wafers.
Efter att front-end-processen är klar genomgår varje wafer olika elektriska tester för att säkerställa att varje chip fungerar som avsett. Andelen chip som klarar dessa tester - det s.k. utbytet - varierar mellan olika tillverkare men kan uppgå till så lite som 30%, vilket innebär att endast en tredjedel av waferns chip fungerar som de ska! För att förhindra att defekta delar monteras i dyra paket, t.ex. i elfordon, måste testning ske innan wafers skickas ut för att användas vid tillverkning av nya enheter.
Tekniska framsteg förväntas driva på expansionen på den globala marknaden för krafthalvledare. Industriell automation driver också på marknadsexpansionen. Dessutom bör många statliga initiativ för att stärka halvledarindustrin runt om i världen bidra till att öka tillväxten.
Swedish 
English