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業(yè)。以美國商務(wù)部長吉娜·雷蒙多為首的多位主賓見證了本次盛會(huì)和美國半導(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?！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，無需進(jìn)一步投資?！?

“好消息是，我們在組織內(nèi)擁有一支核心團(tuán)隊(duì)，他們在 SiC 晶錠生長的設(shè)備和技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，”他補(bǔ)充道?！八赃@里存在的所有熔爐都是 GT Advanced Technology，所以現(xiàn)在是 onsemi 專有技術(shù)。我們采購所有零件。零件到達(dá)現(xiàn)場，我們在現(xiàn)場組裝熔爐，我們對其進(jìn)行調(diào)試，并在現(xiàn)場投入生產(chǎn)?？梢韵胂?，供應(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 基板的制造過程中，最常見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 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 合作了很長時(shí)間，我們在晶體生長方面做了很多研究——PVT 的多晶生長、單晶和生長，”Loiselle 說?！爱?dāng)然，我們在藍(lán)寶石方面也發(fā)揮了重要作用。所以我們長期從事碳化硅技術(shù)和 PVT 增長，我們從較小的增長開始，4 英寸，然后發(fā)展到 6 英寸，然后發(fā)展到 8 英寸，但這帶來了無數(shù)的挑戰(zhàn)，僅就缺陷的密度而言。我們在技術(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)車中。此外，減小尺寸和重量對于便攜式醫(yī)療設(shè)備和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車至關(guān)重要。通過使用基于 SiC 的技術(shù)，功率器件能夠更好地管理電氣負(fù)載并支持更高的開關(guān)速率。

Onsemi 表示，碳化硅對于提高電動(dòng)汽車 (EV)、電動(dòng)汽車充電和能源基礎(chǔ)設(shè)施的效率至關(guān)重要，并且對脫碳做出了重大貢獻(xiàn)。預(yù)計(jì) SiC 的整個(gè)潛在市場將以 33% 的復(fù)合年增長率從 2021 年的 20 億美元增長到 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)與各種客戶的長期供應(yīng)協(xié)議，透露了未來三年 40 億美元的 SiC 收入承諾。到 2022 年，碳化硅的銷售額將增加兩倍，到 2023 年將超過 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)得到了很好的測試，從設(shè)備到包裝，最后到客戶手中。因此，我們對擴(kuò)張決策過程感到非常自在。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。

電動(dòng)汽車中的碳化硅

汽車無疑是 SiC 器件的主要用途之一，尤其是在電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的制造中。下一代電動(dòng)汽車需要能夠提高車輛效率(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。隨著汽車電動(dòng)客車從400V逐漸過渡到800V，逆變器的重要性越來越高。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)車輛帶來巨大的好處。

SiC 逆變器適用于此類應(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)汽車或插電式混合動(dòng)力汽車的續(xù)航里程和效率。通過使用基于 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?