News

Praxiszirkel «Funktionale Beschichtungen in der Leistungselektronik» bei Hitachi Energy

Unser Praxiszirkel zum Thema «Funktionale Beschichtungen in der Leistungselektronik» bei Hitachi Energy Semiconductors in Lenzburg gab tiefgehende Einblicke in eine europäische Halbleiterproduktion für den Markt der Hochleistungshalbleiter.

Hochleistungshalbleiter schalten und regeln hohe Spannungen bei gleichzeitig hohen Strömen − mindestens 1200 V und 300 A. Hitachi entwickelt und produziert in Lenzburg auf Basis des leistungsfähigsten Materials, Siliziumkarbid (SiC), Module im Bereich bis 13.5 kA und bis 8.5 kV, die es ermöglichen, dass Elektrofahrzeuge und Züge (80% der Schweizer Züge verwenden Hitachis Power-Module!) reibungslos und effizienter fahren, Strom effizient erzeugt und übertragen wird und Windkraftanlagen zuverlässig laufen. Drei bis vier Jahre kann es typischerweise dauern, bis eine neue Technologie fertigungsreif ist und die bis zu 400 Fertigungsschritte vom Wafer zum Chip entsprechend angepasst sind. Und so ist die Forschung und Entwicklung stets schon mit der nächsten Innovation befasst.

Neue Technologien für mehr Effizienz und Lebensdauer

Die Produktion bei Hitachi Energy ist stark vertikalisiert, dadurch aber auch anspruchsvoll. Nach der Begrüssung durch Milad Maleki, Leiter der Abteilung Forschung und Entwicklung, beleuchteten drei Fachvorträge Technologien und Materialien, die für die Leistungselektronik auf Dünnschichtbasis und deren Produktion unerlässlich sind:

  • Materialwissenschaftliche und fertigungstechnische Erfolgsfaktoren für Hochleistungsbauelemente, mit dielektrischen und metallischen Schichten und deren mikrotechnologische Verarbeitung als Herzstück, zeigte Dietmar Bertsch vom Institut für Mikrotechnik & Photonik der OST - Ostschweizer Fachhochschule.
  • Vorteile der Integration von hoch-κ-dielektrischen Gate Stacks in SiC-Leistungs-MOSFETs − Moritz Wehrle, Projektleiter SiC bei Hitachi Energy, erläuterte, dass bei hoch beanspruchten Leistungshalbleitern neben der Effizienz insbesondere die Zuverlässigkeit um Grössenordnungen gesteigert werden kann, wenn man das Gate-Material Siliziumoxid (SiO2) durch sogenannte High-κ-Dielektrika ersetzt. Bekannte Beispiele solcher Nano-Schichten sind Silikate oder auch Nitride von Übergangsmetallen.
  • Manchmal werden Hochleistungsmodule in rauen Umgebungen eingesetzt, z. B. in der Papierindustrie, wo sie z. B. Schwefelwasserstoff (H2S) oder Schwefeloxiden (meist SO2) ausgesetzt sind. David Guillon, leitender Ingenieur für Forschung und Entwicklung bei Hitachi Energy, zeigte die Verbesserungen auf, die durch konforme Nano- und Mikrobeschichtungen zum Schutz von Leistungsmodulen in solchen korrosiven Umgebungen erzielt werden können, was zu einem stabilen Betrieb führt.

Technologie (fast) zum Anfassen

Eine hochinteressante Fabtour mit der Frontend-Produktion im Reinraum (Chips) und der weitgehend robotergestützten Backend-Produktion (Module) sorgte für noch tiefere Einblicke und Diskussionen, bevor der Apéro die Veranstaltung abrundete. Ein herzliches Dankeschön an die beiden Workcenterleiter Backend (Pauline Morin) und Frontend (Lukas Hitz) sowie Experte Cemal Aydogan für die tolle Führung und an Hitachi Energy für die Gastfreundschaft und die Einblicke!

Die Chip-Industrie in Europa und der Schweiz

Ein weiterer Punkt: Wie wir alle erkannt haben, ist die Halbleiterindustrie ein systemrelevanter Sektor der Europäischen und Schweizer Wirtschaft. Hitachi Energy ist Gründungsmitglied des neu gegründeten Industriesektors Semiconductors (SEMI) von Swissmem. Dieser wird das Schweizer Halbleiter-Ökosystem unterstützen, um hiesige Firmen zu stärken in ihren Anstrengungen, international wettbewerbsfähig zu bleiben.

(MMo / nano.swiss)

Organisationen

Die Organisationen dahinter

Fusszeile

Ihr Projekt