Nach der Ankündigung der weltweit ersten 300-Millimeter-Galliumnitrid (GaN)-Wafer Technologie für Leistungselektronik und der Eröffnung der weltweit größten 200-Millimeter-„Siliziumcarbid (SiC) Power Fab“ in Kulim, Malaysia, hat die Infineon Technologies AG jetzt den nächsten Meilenstein in der Halbleitertechnologie erreicht.
Mit einer Dicke von nur 20 Mikrometern hat Infineon einen Durchbruch in Herstellung und Verarbeitung der dünnsten Silizium-Leistungshalbleiter-Wafer erzielt, die jemals in einer hochskalierten Halbleiterfabrik hergestellt wurden.
Die Silizium-Dünnwafer sind nur ein Viertel so dick wie ein menschliches Haar und halb so dick wie die aktuell fortschrittlichsten Wafer.
„Die weltweit dünnsten Silizium-Wafer sind ein Beleg dafür, dass wir bei Infineon die technischen Grenzen der Leistungs-Halbleitertechnologie bis ans Limit treiben, um unseren Kunden erstklassigen Mehrwert zu bieten. Der Durchbruch von Infineon in der Ultradünnwafer-Technologie ist ein bedeutender Schritt vorwärts im Bereich energieeffizienter Stromversorgungslösungen und hilft uns, das volle Potenzial der globalen Trends Dekarbonisierung und Digitalisierung auszuschöpfen. Mit diesem technologischen Meisterwerk festigen wir unsere Position als Innovationsführer in der Branche, indem wir mit Si, SiC und GaN alle drei relevanten Halbleitermaterialien beherrschen“, verdeutlicht Jochen Hanebeck, CEO von Infineon Technologies.
Energieeffizienz und Leistung
Die Innovation wird dazu beitragen, die Energieeffizienz, die Leistungsdichte und die Zuverlässigkeit in Stromversorgungslösungen für KI-Rechenzentren, Consumer-, Motorsteuerungs- und Computing-Anwendungen signifikant zu erhöhen.
Die Halbierung der Waferdicke verringert den Substratwiderstand um 50 Prozent. Leistungsverluste in Power-Systemen können so im Vergleich zu Lösungen auf Basis von konventionellen Silizium-Wafern mit einer Dicke von 40-60 Mikrometern um mehr als 15 Prozent reduziert werden.
Für die Stromversorgung fortschrittlicher KI-Server-Anwendungen, bei denen die steigende Energienachfrage durch höhere Stromstärken angetrieben wird, ist dies besonders wichtig. In KI-Rechenzentren müssen Spannungen von 230 V auf eine Prozessor-Spannung von unter 1,8 V reduziert werden. Die Ultradünnwafer-Technologie fördert ein vertikales Stromversorgungs-Design, das auf der Trench-MOSFET-Technologie basiert und eine sehr nahe Positionierung am KI-Chip-Prozessor ermöglicht, wodurch Leistungsverluste reduziert und die Gesamteffizienz verbessert werden.
„Die neue Ultradünnwafer-Technologie befeuert unsere Ambition, verschiedenste KI-Server-Konfigurationen auf die energieeffizienteste Weise zu versorgen, vom Stromnetz bis hin zum Prozessorkern. Da der Energiebedarf für KI-Rechenzentren rapide ansteigt, gewinnt Energieeffizienz immer mehr an Bedeutung. Für Infineon ist dies ein schnell wachsendes Geschäftsfeld. Wir erwarten, dass unser KI-Geschäft in den kommenden zwei Jahren ein Volumen von einer Milliarde Euro erreichen wird“, erklärt Adam White, Division President Power & Sensor Systems bei Infineon.
Technologische Hürden und Praxistauglichkeit
Um die technischen Hürden bei der Reduzierung der Waferdicke auf 20 Mikrometer zu überwinden, mussten Infineon-Ingenieure einen innovativen und einzigartigen Wafer-Schleifansatz entwickeln, da das Metallgehäuse, das den Chip auf dem Wafer hält, dicker als 20 Mikrometer ist. Dies beeinflusst Handhabung und Verarbeitung der Rückseite des Wafers erheblich. Außerdem haben Herausforderungen wie Wafer-Bow (Krümmung) und Wafer-Separation einen großen Einfluss auf die Backend-Montageprozesse, die die Stabilität und erstklassige Robustheit der Wafer sicherstellen.
„Infineon ist das erste Unternehmen weltweit, das ultradünne Silizium-Leistungshalbleiter mit 20 Mikrometern zur Marktreife gebracht hat. Die Halbierung der Waferdicke von den branchenüblichen 40 bis 60 Mikrometern auf 20 Mikrometer ist eine technische Meisterleistung – wir bewegen uns hier an der Grenze des technisch Machbaren. Mit den ultradünnen Silizium-Wafern reduzieren wir den Leistungsverlust in Stromversorgungssystemen um mehr als 15 Prozent. Dieser entscheidende Schritt in Richtung Energieeffizienz, vor allem in Zeiten steigenden Energiebedarfs durch KI-Rechenzentren, unterstreicht die Bedeutung von Villach als Kompetenzzentrum für Leistungshalbleiter im Infineon-Konzern“, ergänzt Thomas Reisinger, Vorstand Operations Infineon Technologies Austria AG, abschließend.
Der Dünnwafer-Prozess auf 20 Mikrometer basiert auf der bestehenden Fertigungsexpertise von Infineon und gewährleistet eine nahtlose Integration der neuen Technologie in existierende Hochvolumen-Silizium-Produktionslinien. Es fallen keine zusätzlichen Fertigungskosten an, um höchste Produktionserträge und Liefersicherheit zu garantieren.
Infineon hat die Technologie bereits mit Kunden qualifiziert und auf seine Integrated Smart Power Stages (DC-DC-Wandler) angewendet. Die Innovationsführerschaft in der Halbleiterfertigung unterstreicht Infineon durch ein starkes Patentportfolio im Bereich der 20-Mikrometer-Wafer-Technologie.
Das Unternehmen plant, die Produktion von Ultradünnwafern zu erhöhen und bestehende konventionelle Silizium-Wafer für Niedervolt-Stromversorgungen innerhalb der kommenden drei bis vier Jahre durch den 20-Mikrometer-Prozess zu ersetzen.
Die ersten Silizium-Ultradünnwafer werden auf der „electronica 2024“, vom 12. bis 15. November, in München (Halle C3, Stand 502) präsentiert.
