Von der Stromerzeugung über die Verteilung bis zur Nutzung

Höherer Wirkungsgrad auf Systemebene

8. Juni 2010, 14:49 Uhr | Heinz Arnold

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Dünne Wafer für hohe Leistungsdichte

Bis 2030 werden im Smart Grid Halbleiter im Wert von 50 Mrd. Dollar verbaut sein. In diesen Wert sind Hybrid- und Elektroautos noch nicht mit inbegriffen

Wie lässt sich nun die Leistungsdichte in den Halbleitern erhöhen? Eine Schlüsseltechnik ist die Dünnung der Wafer, denn aus dünnen Chips kann die Wärme schneller abgeführt werden. Heute kann Infineon die Wafer auf 40 µm dünnen. Erstens ist es nicht einfach, dies überhaupt zu erreichen, zweitens besteht die Herausforderung darin, die dünnen Wafer weiter zu verarbeiten. Drittens verarbeitet Infineon die Wafer sowohl auf der Ober- wie auf der Rückseite. »Wir sind derzeit die Einzigen, die solch dünne Wafer auf beiden Seiten prozessieren«, sagt Mittal. Die Transistoren fertigt Infineon auf Basis der Trench-Technik, heute an sich nichts Besonderes mehr. Doch wenn die Trench-Zellen mit hohen Spannungen zurecht kommen sollen, trennt sich die Spreu vom Weizen. Hier ist ein ausgeklügeltes Design erforderlich, denn die Ränder der Trench-Strukturen reagieren empfindlich auf schnelle Strom- und Spannungsänderungen. Hohe Stromdichten und enorme Feldstärken in den modernen Chips erfordern ein ausgeklügeltes Design sowohl in den Trenchzellen, dem Zellenfeld sowie dem Randabschluss und bei Infineon auf der Scheibenrückseite. Welche Tricks Infineon genau anwendet, will Mittal selbstverständlich nicht verraten.

Wie oben schon angedeutet, Anwendungen finden sich fast überall: Ob im Antrieb von Zügen, in der Steuerung von Elektromotoren, in Stromversorgungen von Computern, Servern und Consumer-Geräten, in der Beleuchtungstechnik oder in Autos – überall sorgen die Leistungshalbleiter auf Basis von gedünnten Wafern für höhere Effizienz.

Die Leistungshalbleiter spielen zwar eine wichtige Rolle, doch um Effizienz in die Systeme zu bringen, müssen sie mit den anderen Komponenten zusammen arbeiten. Dazu zählen die Mikrocontroller, die für die Steuerung unumgänglich sind. Teilweise wachsen Mikrocontroller und Leistungshalbleiter zu Smart Power zusammen. Und nicht zu vergessen die Sensoren, die den Mikrocontrollern die Daten liefern, auf deren Grundlage sie die Steuerung der Leistungshalbleiter durchführen. Auch hier wachsen die Welten zu Smart Sensors zusammen. »Wir bauen alle drei Komponenten. Damit verfügen wir über das Systemwissen, um alle Aspekte des Energy-Managements berücksichtigen zu können. Das unterscheidet uns von so manchem Mitspieler«, sagt Mittal.

Ein Beispiel dafür sind die Mikrocontroller, die in Autos zum Einsatz kommen. Bessere Motorsteuerung bedeutet weniger Treibstoffverbrauch. Und hier zeigt sich auch, wie sich die Preis-Leistungsanalyse verändert hat, die Mittal eingangs erwähnt hatte. Um möglichst wenig Treibstoff zu verbrauchen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren, arbeitet heute sogar ein Billigauto, das in Indien für 2000 Dollar angeboten wird, mit einem High-End-32-Bit-Mikrocontroller. High-End-Komponenten im Low-Cost-Produkt – das macht es erst möglich, Energieeffizienz auf breiter Basis in die Systeme zu bringen.

Elektrische sowie Hybridantriebe, denen Analysten ein schnelles Wachstum prognostizieren, lassen den Bedarf an Halbleitern weiter steigen. Je nach Topologie und Leistung können in einem Auto Halbleiter im Wert zwischen 100 bis 250 Dollar oder auch 500 bis 1000 Dollar verbaut sein. 50 bis 80 Prozent davon gehen auf das Konto von IGBTs und Dioden, meist als Komplettmodule. Infineon fertigt die Komponenten deshalb auf 8-Zoll-Wafern. Wäre bei dem rasanten Wachstum der Übergang auf 12-Zoll-Wafer gerechtfertigt? Vorläufig nicht, meint Mittal. Es seien noch viele Herausforderungen zu lösen. Hierzu gehören die Verfügbarkeit von Rohwafern, die Weiterentwicklung spezifischer Prozesse für Leistungsbauelemente und auch das Handling eines 40µm dünnen 12-Zoll-Wafers.

 


  1. Höherer Wirkungsgrad auf Systemebene
  2. Dünne Wafer für hohe Leistungsdichte
  3. Was die Optimierung bringt - 5 € bringen 10 Prozent mehr Wirkungsgrad

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