Onsemi 慶祝新的 SiC 生產(chǎn)設(shè)施
onsemi 舉辦了剪彩活動(dòng),以紀(jì)念其在新罕布什爾州哈德遜的碳化硅工廠開(kāi)業(yè)。以美國(guó)商務(wù)部長(zhǎng)吉娜·雷蒙多為首的多位主賓見(jiàn)證了本次盛會(huì)和美國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)的意義。出席會(huì)議的還有 Sens. Jeanne Shaheen 和 Maggie Hassan、眾議員 Chris Pappas (NH-01) 和 Annie Kuster (NH-02) 以及其他當(dāng)?shù)卣賳T。
該工廠將把其 SiC 產(chǎn)能同比提高 5 倍,確保onsemi客戶能夠獲得重要組件。新罕布什爾州 SiC 運(yùn)營(yíng)副總裁兼 onsemi Hudson 生產(chǎn)基地總經(jīng)理 Joe Loiselle 分析了這個(gè)新設(shè)施最重要的方面和下一個(gè)目標(biāo)。
“我們目前只生產(chǎn) 150 毫米的基板;我們還有 200 毫米工藝,并將其提升到設(shè)備級(jí)別,”Loiselle 說(shuō)?!肮逻d工廠的目標(biāo)是擴(kuò)大基板產(chǎn)能。我們正在積極推進(jìn),目標(biāo)是到 2022 年底達(dá)到最佳狀態(tài)。我們正在擴(kuò)大和投資的所有設(shè)備都能夠生產(chǎn) 200 毫米。因此,無(wú)需進(jìn)一步投資?!?
“好消息是,我們?cè)诮M織內(nèi)擁有一支核心團(tuán)隊(duì),他們?cè)?SiC 晶錠生長(zhǎng)的設(shè)備和技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn),”他補(bǔ)充道。“所以這里存在的所有熔爐都是 GT Advanced Technology,所以現(xiàn)在是 onsemi 專(zhuān)有技術(shù)。我們采購(gòu)所有零件。零件到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)組裝熔爐,我們對(duì)其進(jìn)行調(diào)試,并在現(xiàn)場(chǎng)投入生產(chǎn)??梢韵胂螅?yīng)鏈的約束還包括這些建筑物的基礎(chǔ)設(shè)施要求,例如開(kāi)關(guān)設(shè)備、不間斷電源、備用系統(tǒng)、工藝用水系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。因此,我們的團(tuán)隊(duì)一直在努力緩解這種情況,如您所知,
在 SiC 基板的制造過(guò)程中,最常見(jiàn)的缺陷包括晶體堆垛層錯(cuò)、微管、凹坑、劃痕、污點(diǎn)和表面顆粒。在 150 毫米晶圓上,這些可能對(duì) SiC 器件的性能產(chǎn)生負(fù)面影響的變量比 100 毫米晶圓更容易被發(fā)現(xiàn)。由于 SiC 是世界上硬度第三高的復(fù)合材料,而且非常脆弱,因此其制造在周期時(shí)間、成本和切割性能方面存在復(fù)雜的問(wèn)題。
即使使用 200 毫米晶圓也可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。盡管故障密度不可避免地增加,但仍需要保持相同水平的基板質(zhì)量。SiC 晶圓本質(zhì)上比相同尺寸的硅晶圓更難加工。
通過(guò)物理蒸汽傳輸 (PVT) 的幾種變體之一正常形成 SiC 晶片襯底是其主要缺點(diǎn)之一。較差的生長(zhǎng)速率和接近 2,400?C 的溫度使得該方法比用于制造硅晶片的液體熔化方法成本高得多。PVT 過(guò)程中的缺陷和缺陷會(huì)降低芯片良率。
“在 Onsemi 之前,我們有一群材料科學(xué)家與 GTAT 合作了很長(zhǎng)時(shí)間,我們?cè)诰w生長(zhǎng)方面做了很多研究——PVT 的多晶生長(zhǎng)、單晶和生長(zhǎng),”Loiselle 說(shuō)?!爱?dāng)然,我們?cè)谒{(lán)寶石方面也發(fā)揮了重要作用。所以我們長(zhǎng)期從事碳化硅技術(shù)和 PVT 增長(zhǎng),我們從較小的增長(zhǎng)開(kāi)始,4 英寸,然后發(fā)展到 6 英寸,然后發(fā)展到 8 英寸,但這帶來(lái)了無(wú)數(shù)的挑戰(zhàn),僅就缺陷的密度而言。我們?cè)诩夹g(shù)和路線圖方面采取了極其激進(jìn)的舉措,只是為了能夠推動(dòng)質(zhì)量并提高它。”
碳化硅設(shè)施
該地點(diǎn)將使公司的 SiC 晶錠制造能力每年提高五倍,到 2022 年底,其 Hudson 員工人數(shù)將增加近四倍。此次擴(kuò)建使 Onsemi 能夠完全控制其碳化硅制造供應(yīng)鏈,首先是采購(gòu)碳化硅粉末和石墨原材料并以交付完全封裝的 SiC 器件結(jié)束。這使 onsemi 能夠?yàn)槠淇蛻籼峁┍匾墓?yīng)確定性,以滿足對(duì)基于 SiC 的產(chǎn)品不斷擴(kuò)大的需求。
碳化硅晶圓制造是一個(gè)微妙的過(guò)程。并非所有晶圓都適合最終解決方案。當(dāng)然,碳化硅晶片的制造仍然存在一些挑戰(zhàn)。
具有 SiC 功率器件的系統(tǒng)受益于減小的尺寸和重量,因?yàn)?SiC 可以在更高的溫度下工作。這些系統(tǒng)比類(lèi)似的基于硅的替代方案效率更高。高溫操作提高了可靠性,尤其是在惡劣的工業(yè)應(yīng)用、飛機(jī)和機(jī)車(chē)中。此外,減小尺寸和重量對(duì)于便攜式醫(yī)療設(shè)備和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)至關(guān)重要。通過(guò)使用基于 SiC 的技術(shù),功率器件能夠更好地管理電氣負(fù)載并支持更高的開(kāi)關(guān)速率。
Onsemi 表示,碳化硅對(duì)于提高電動(dòng)汽車(chē) (EV)、電動(dòng)汽車(chē)充電和能源基礎(chǔ)設(shè)施的效率至關(guān)重要,并且對(duì)脫碳做出了重大貢獻(xiàn)。預(yù)計(jì) SiC 的整個(gè)潛在市場(chǎng)將以 33% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率從 2021 年的 20 億美元增長(zhǎng)到 2026 年的 65 億美元。
onsemi 為 SiC 和絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 解決方案提供端到端的供應(yīng)能力。上周,在其第二季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議上,該公司根據(jù)與各種客戶的長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議,透露了未來(lái)三年 40 億美元的 SiC 收入承諾。到 2022 年,碳化硅的銷(xiāo)售額將增加兩倍,到 2023 年將超過(guò) 10 億美元。
就職典禮前幾天,拜登總統(tǒng)簽署了《芯片和科學(xué)法案》,使其成為法律。該法案將提高供應(yīng)鏈的彈性,并有助于防止影響所有經(jīng)濟(jì)部門(mén)的關(guān)鍵組件中斷。
“我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間。我認(rèn)為技術(shù)上的改進(jìn)已經(jīng)得到了很好的測(cè)試,從設(shè)備到包裝,最后到客戶手中。因此,我們對(duì)擴(kuò)張決策過(guò)程感到非常自在。我不認(rèn)為你可以做出更好的決定,了解世界上的情況,”Loiselle 說(shuō)。
電動(dòng)汽車(chē)中的碳化硅
汽車(chē)無(wú)疑是 SiC 器件的主要用途之一,尤其是在電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的制造中。下一代電動(dòng)汽車(chē)需要能夠提高車(chē)輛效率(從而提高其續(xù)航里程)和電池充電速率的電源設(shè)備。
事實(shí)證明,SiC 逆變器是滿足這些需求的關(guān)鍵組件。除了將直流電轉(zhuǎn)換為交流電外,逆變器還根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求調(diào)節(jié)輸送到電機(jī)的功率量。隨著汽車(chē)電動(dòng)客車(chē)從400V逐漸過(guò)渡到800V,逆變器的重要性越來(lái)越高。在將能量從電池傳輸?shù)诫姍C(jī)時(shí),傳統(tǒng)逆變器的效率在 97% 到 98% 之間,但基于 SiC 的逆變器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 99% 的效率。必須強(qiáng)調(diào)的是,燃油經(jīng)濟(jì)性的一位或兩位小數(shù)改進(jìn)會(huì)為整個(gè)車(chē)輛帶來(lái)巨大的好處。
SiC 逆變器適用于此類(lèi)應(yīng)用,因?yàn)樗鼈兙哂心透邏汉湍透邷氐哪芰?,并且能夠減小所有其他組件的尺寸。通過(guò)使用電壓為 800 V 的電池,可以使用所需的電流下降和更少的電纜,從而降低成本、車(chē)輛重量和電氣系統(tǒng)組裝階段的復(fù)雜性??傮w而言,這增加了電動(dòng)汽車(chē)或插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的續(xù)航里程和效率。通過(guò)使用基于 SiC 的大功率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,與400V 電池。由于其高效率,可以增加充電期間傳輸?shù)诫姵氐哪芰浚?