20-mikrometrowe płytki krzemowe mocy

W ostatnim czasie niemiecki producent zaprezentował 300-milimetrowe płytki mocy z azotku galu (GaN), a także otworzył największą na świecie fabrykę 200-milimetrowych płytek mocy na bazie węglika krzemu (SiC) w Kulim w Malezji. Obecnie Infineon Technologies AG zaprezentował kolejny kamień milowy w technologii produkcji półprzewodników: najcieńszą krzemową płytkę mocy, jaką kiedykolwiek wyprodukowano, której grubość wynosi zaledwie 20 mikrometrów, a średnica równa jest 300 milimetrów. Grubość tych ultracienkich płytek krzemowych, produkowane seryjnie, stanowi jedynie jedną czwartą grubości ludzkiego włosa i są o połowę cieńsze najnowocześniejszych płytek o grubości 40-60 mikrometrów.

- Najcieńsze na świecie płytki krzemowe są dowodem naszego zaangażowania w dostarczanie klientom wyjątkowej wartości poprzez przesuwanie granic technologii półprzewodników mocy - powiedział Jochen Hanebeck, dyrektor generalny Infineon Technologies. - Przełom Infineon w technologii ultracienkich płytek oznacza znaczący krok naprzód w energooszczędnych rozwiązaniach energetycznych i pomaga nam wykorzystać pełny potencjał globalnych trendów dekarbonizacji i digitalizacji. Dzięki temu technologicznemu arcydziełu umacniamy naszą pozycję lidera innowacji w branży, opanowując wszystkie trzy istotne materiały półprzewodnikowe: Si, SiC i GaN.

Ta innowacja znacznie pomoże zwiększyć efektywność energetyczną, gęstość mocy i niezawodność rozwiązań konwersji mocy w takich zastosowaniach jak centra przetwarzania danych AI, aplikacje konsumenckie, sterowanie silnikami i obliczenia. Zmniejszenie grubości płytki o połowę zmniejsza jej rezystancję o 50 procent, zmniejszając tym samym utratę mocy w systemach energetycznych o ponad 15 procent w porównaniu z rozwiązaniami opartymi na konwencjonalnych waflach krzemowych. Jest to szczególnie ważne w konwersji mocy dla zaawansowanych aplikacji serwerowych AI, w których rosnące zapotrzebowanie na energię jest napędzane przez wyższe poziomy prądu: w tym przypadku napięcie musi zostać obniżone z 230V do napięcia wymaganego przez procesor, tj. poniżej 1,8V. Technologia ultracienkich płytek ułatwia wertykalną konstrukcję układów zasilania, która opiera się na technologii pionowego tranzystora MOSFET Trench i umożliwia połączenie z procesorem AI, zmniejszając w ten sposób straty mocy i zwiększając ogólną wydajność.

Aby pokonać przeszkody techniczne stojące na drodze do redukcji grubości płytki do 20 mikrometrów, inżynierowie Infineon musieli opracować innowacyjne i unikalne podejście do szlifowania wafli, ponieważ metalowa warstwa, która utrzymuje chip na płytce, jest grubsza niż 20 mikrometrów. Ma to znaczący wpływ na przetwarzanie tylnej strony tak cienkiej płytki. Ponadto, wyzwania techniczne i produkcyjne, takie jak wyginanie się płytki i jej separacja, mają duży wpływ na procesy finalnego montażu, które wymagają zapewnienia stabilności i wytrzymałości płytki. Proces produkcji cienkich wafli o grubości 20 mikrometrów można bezproblemowo integrować z istniejącymi, wielkoskalowymi liniami produkcyjnymi Si, bez dodatkowych komplikacji produkcyjnych, co gwarantuje wysoką wydajność i bezpieczeństwo dostaw.

Technologia została zastosowana w przetwornicach DC-DC Infineon (przetwornice Integrated Smart Power Stages), które zostały już dostarczone pierwszym klientom. Uwzględniając przewidywany rozwój technologii ultracienkich płytek, Infineon spodziewa się zastąpienia istniejącej konwencjonalnej technologii płytek w przetwornikach mocy niskiego napięcia w ciągu najbliższych trzech do czterech lat.

Infineon zaprezentuje publicznie pierwszy ultracienki wafel krzemowy na targach electronica 2024 w dniach od 12 do 15 listopada w Monachium (hala C3, stoisko 502).