Halvledere

Øget effekttæthed i halvledere er afgørende for at dække verdens kraftigt stigende energibehov. Derfor lancerer den amerikanske mikrochip-producent onsemi sin seneste siliciumkarbid teknologiplatform, EliteSiC M3e MOSFET, der forbedrer energieffektiviteten for strømkrævende applikationer markant.

Klimakriser og en voksende global energiefterspørgsel presser regeringer og industrier til at sætte ambitiøse klimamål og sikre en bæredygtig fremtid. Nøglen til denne indsats ligger i en effektiv energiomstilling, der udnytter vedvarende energiressourcer.

onsemi tager nu et afgørende skridt i sin strategi om at imødekomme og styrke de voksende krav fra den globale elektrificering og lancerer derfor det seneste skud på virksomhedens siliciumkarbidteknologi, EliteSiC M3e MOSFET. Den nye platform reducerer blandt andet ledningstab med 30 procent og omskiftningstabmed op til 50 procent sammenlignet med tidligere generationer.

Derudover sætter mikrochip-producenten innovationstempoet op og varsler planer om flere siliciumcarbid-generationer og nye EliteSiC-produkter, der kan øge effekttætheden yderligere, frem mod 2030.

Baner vejen for den globale elektrificering

Den nye siliciumcarbid-teknologiplatform vil ifølge onsemis group president for Power Solutions Group, Simon Keeton, komme til at spille en central rolle i at optimere ydeevnen og pålideligheden i den næste generation af elektriske systemer til lavere omkostninger pr. kW. Samtidig vil det styrke implementeringen og effektiviteten af fremtidige elektrificeringsinitiativer.

"Nutidens infrastruktur kan ikke følge med de stigende krav om mere intelligent og elektrificeret mobilitet uden, der sker markante innovationer inden for strøm. Derfor er avancerede effekthalvledere med høj ydeevne og pålidelighed samt lavere omkostninger per kilowatt helt afgørende for elektriske systemer i fremtiden," siger Simon Keeton, group president, Power Solutions Group, onsemi.

EliteSiC M3e MOSFETs evne til at operere ved højere koblingsfrekvenser og spændinger end tidligere og med mindre effektkonverteringstab gør platformen central for en lang række applikationer inden for bilindustrien, solenergi, energilagring.

Derudover styrker EliteSiC M3e MOSFETs højere effekttæthed overgangen til mere energieffektive datacentre og imødekommer dermed også den stigende energiefterspørgsel til bæredygtige AI-løsninger.

Forbedret platform leverer markant effektivitetsspring

Onsemi skubber med sin mangeårige erfaring inden for effekthalvledere til grænserne for hastighed og innovation og imødekommer branchens behov for øget effekttæthed. EliteSiC M3e MOSFETs nye unikke design- og produktionskapacitet opnår en markant reduktion i både lednings- og omskiftningstab. Sammenlignet med tidligere generationer kan platformen reducere ledningstab med 30 procent og omskiftningstab med op til 50 procent.

Det sker blandt andet ved, at hver ny generation af siliciumcarbid vil optimere cellestrukturerne til effektivt at sende endnu mere strøm gennem et mindre område, hvilket øger effekttætheden. Sammen med virksomhedens avancerede emballageteknikker er onsemi i stand til både at maksimere ydeevnen og reducere pakkestørrelsen.

Udover den imponerende ydeevne sikrer EliteSiC M3e teknologien forlænget levetid og en robust og pålidelig platform, der gør den ideel til kritiske elektrificeringsapplikationer. EliteSiC M3e MOSFET tilbyder samtidig markedets laveste specifikke on-resistance (RSP) med kortslutningsevne, hvilket er afgørende for traktionsinvertere og andre kritiske applikationer.

Pakket i state-of-the-art moduler fra onsemi leverer M3e-dioden ved 1200V betydeligt mere fasestrøm sammenlignet med den tidligere EliteSiC-teknologi. Det giver 20 procent mere udgangseffekt inden for samme fysiske rum, så det bliver muligt at designe mindre, lettere og mere omkostningseffektive systemer.

Dertil kommer onsemis kombination af optimerede, co-engineerede power switches, drivere og controllere, der kan integrere flere avancerede funktioner, som igen er med til at sænke de samlede systemomkostninger.

Endelig leverer onsemi nu en bredere portefølje af intelligente strømteknologier, der kan kombineres med EliteSiC M3e-platformen, herunder gate-drivere, DC-DC-konvertere, e-Fuses.

Onsemis nyeste EliteSiC M3e MOSFET i industristandard TO-247-4L-pakken er nu på prøve. 

Dr. Stefan Hartung: "Investeringen styrker ikke kun vores konkurrenceevne, men vil også gavne vores kunder og hjælpe med at bekæmpe krisen i halvlederforsyningskæden".

Investerer 250 mio. EUR i nye produktionsfaciliteter

Som et yderligere skridt i bekæmpelsen af den globale chipmangel udvider Bosch kapaciteten på sin fabrik i Reutlingen. Dette er for at imødekomme den stadigt voksende efterspørgsel efter chips inden for mobilitet og IoT-applikationer. "Investeringen styrker ikke kun vores konkurrenceevne, men vil også gavne vores kunder og hjælpe med at bekæmpe krisen i halvlederforsyningskæden," siger Stefan Hartung, direktionsformand hos Bosch.

Udvidelsen i Reutlingen skaber yderligere 3.600 kvadratmeter ultramoderne renrumsfaciliteter. Samtidig udvider Bosch med et strømforsyningsanlæg og en bygning til de forsyningssystemer, der understøtter nye og eksisterende produktionsområder. Alt planlægges at være i drift i 2025.

"AI-metoder kombineret med tilslutningsmuligheder hjælper os med at opnå kontinuerlige, datadrevne forbedringer i fremstillingen og derved producere bedre og bedre chips," siger Markus Heyn, leder af forretningsområdet Mobility Solutions hos Robert Bosch GmbH.

Øget efterspørgsel efter halvledere

Bosch har udviklet og fremstillet halvledere i over 60 år, og i Reutlingen i over 50 år til både køretøjer og forbrugerelektronik. Udvidelsen af fabrikken vil primært tjene den voksende efterspørgsel efter MEMS i bil- og forbrugersektoren og efter siliciumcarbid krafthalvledere.

"Bosch er allerede en førende chipproducent til køretøjsapplikationer," siger Markus Heyn. "Og det er en position, vi agter at konsolidere." Bosch er i øjeblikket den eneste leverandør til bilindustrien i verden, som selv producerer siliciumcarbid-krafthalvledere til biler.

"For Bosch er halvledere en kerneteknologi, og det er strategisk vigtigt, at vi selv udvikler og fremstiller dem. I Dresden, med hjælp fra kunstig intelligens, vil vi løfte halvlederproduktionen til det næste niveau", udtaler Dr. Volkmar Denner, koncernchef for Robert Bosch GmbH.

Fuldt forbundet, datadrevet, selvoptimerende: I Dresden åbner Bosch en af verdens mest moderne mikrochip-fabrikker. Højt automatiserede, fuldt forbundne maskiner og integrerede processer kombineret med metoder, hvor der bruges kunstig intelligens (AI), vil gøre Dresden-fabrikken til en intelligent fabrik og en pioner i Industri 4.0. I overværelse af forbundskansler Dr. Angela Merkel, EU-Kommissionens næstformand Margrethe Vestager og Sachsens ministerpræsident Michael Kretschmer blev det højteknologiske anlæg officielt indviet den 7. juni 2021.

” Den nyeste teknologi i Boschs nye halvlederfabrik i Dresden viser, hvilke fremragende resultater der kan opnås, når industrien og den offentlige sektor går sammen. Halvledere vil bidrage til udviklingen af industrier som transport, fremstilling, ren energi og sundhedspleje - hvor Europa udmærker sig. Det vil hjælpe med at styrke Europas konkurrenceevne som en vugge for banebrydende innovationer, ”sagde Margrethe Vestager, EU-kommissions næstformand.

"For Bosch er halvledere en kerneteknologi, og det er strategisk vigtigt, at vi selv udvikler og fremstiller dem. I Dresden, med hjælp fra kunstig intelligens, vil vi løfte halvlederproduktionen til det næste niveau", sagde Dr. Volkmar Denner, koncernchef for Robert Bosch GmbH. "Dette er vores første AIoT-fabrik: fuldt forbundet, datadrevet og selvoptimerende lige fra starten".

Bosch investerer omkring en milliard euro i denne højteknologiske lokation. Dette er den største enkeltinvestering i virksomhedens mere end 130-årige historie. Produktionen i Dresden starter allerede i juli – seks måneder tidligere end planlagt. Fremover vil halvledere, der fremstilles på det nye anlæg, blive installeret i Bosch-elværktøj. For bilkunder vil chipproduktionen starte i september og således tre måneder tidligere end planlagt. Den nye fabrik bliver en vigtig del af netværket til halvlederproduktion. "Den nye mikrochipfremstilling er godt for Europa, for Tyskland og for Sachsen. Det vil både direkte og indirekte betyde mange nye arbejdspladser i en enorm vækstindustri. Denne milliardinvestering styrker Silicon Sachsen og hele den europæiske halvlederindustri", sagde Michael Kretschmer, ministerpræsident i Sachsen. På 72.000 kvadratmeter gulvplads arbejder 250 mennesker allerede ved halvlederfremstillingen i Sachsens statshovedstad. Arbejdsstyrken forventes at vokse til omkring 700, når byggearbejdet er afsluttet.

Ingen anden billeverandør har arbejdet intensivt med mikroelektronik siden 1950'erne. Siden 1958 har Bosch fremstillet sine egne halvledere. Og siden 1970 har firmaets fabrik i Reutlingen lavet specielle komponenter, der ikke er kommercielt tilgængelige. I sine mikrochipfabrikker i Reutlingen og Dresden har Bosch investeret mere end 2,5 milliarder euro siden 200 millimeter skiveteknologien blev introduceret i 2010. Derudover er der investeret milliarder af euro i udvikling af mikroelektronik.

Pioner inden for Industri 4.0

Maskiner, der tænker selv, vedligeholdelse fra en afstand af 9.000 kilometer, briller med indbyggede kameraer: en af de mest moderne halvlederfabrikker i verden er nu i Dresden. "Takket være kombinationen af kunstig intelligens og Internet of Things skaber vi grundlaget for løbende datadrevet forbedring i produktionen", sagde Denner. Konkret betyder det, at alle data fra halvlederfabrikken– fra maskiner, sensorer og produkter – indsamles i en central database. Resultatet: Hvert sekund genereres produktionsdata svarende til 500 sider tekst. På blot en enkelt dag vil dette svare til mere end 42 millioner sider. Disse data evalueres derefter vha. metoder, der bruger kunstig intelligens. I denne proces lærer selvoptimerende algoritmer, hvordan der kan laves forudsigelser på grundlag af dataene. På denne måde kan produktions- og vedligeholdelsesprocesser analyseres i realtid. En AI-algoritme kan f.eks. registrere selv de mindste uregelmæssigheder i produkter. Disse uregelmæssigheder er synlige på halvlederskiveoverfladen i form af specifikke fejlmønstre, der kaldes signaturer. Deres årsager analyseres straks, og afvigelser fra processen korrigeres straks, før de kan påvirke produktets pålidelighed. "Kunstig intelligens er nøglen til yderligere at forbedre fremstillingsprocesserne og halvlederkvaliteten samt til at opnå en høj grad af processtabilitet", sagde Denner. Til gengæld betyder det, at halvlederprodukter hurtigt kan gå i fuldskalaproduktion, og så undgår bilkunderne de tidskrævende tests, der ellers ville være nødvendige, før produktionen frigives. Vedligeholdelsesarbejde kan også optimeres takket være kunstig intelligens. Algoritmer kan præcist forudsige, om og hvornår et stykke produktionsmaskineri eller en robot har brug for vedligeholdelse eller justering. Med andre ord udføres et sådant arbejde ikke efter en stram tidsplan, men netop når det er nødvendigt – og i god tid før eventuelle problemer dukker op.

"Digital tvilling": anlægget og dets dublet

Et andet fremragende træk ved halvlederfremstillingen er, at den eksisterer to gange – én gang i den virkelige verden, og én gang i den digitale verden. Den specialiserede betegnelse for dette er "digital tvilling". Under opførelsen blev alle dele af fabrikken og alle relevante byggedata vedrørende anlægget som helhed registreret digitalt og visualiseret i en tredimensionel model. Tvillingen består af omkring en halv million 3D-objekter, herunder bygninger og infrastruktur, forsynings- og bortskaffelsessystemer, kabelkanaler og ventilationssystemer samt maskiner og produktionslinjer. Dette gør det muligt for Bosch at simulere både procesoptimeringsplaner og renoveringsarbejde uden at gribe ind i den igangværende drift. Vedligeholdelsesarbejde på fabrikken i Dresden anvender også hightech: databriller og augmented reality betyder, at vedligeholdelsesarbejde på maskiner endda kan fjernudføres. Med andre ord kan vedligeholdelsesarbejde i Dresden udføres af en ekspert fra en maskiningeniørvirksomhed i Asien uden behov for, at denne ekspert kommer til Dresden. Takket være et kamera indbygget i databriller overføres billeder halvvejs rundt om i verden, og den eksterne ekspert guider derefter medarbejderen gennem vedligeholdelsesprocessen i realtid. Denne teknologi spillede også en afgørende rolle for at anlægget kunne sættes i drift på trods af corona-relaterede rejserestriktioner.

Halvledere giver bedre livskvalitet og trafiksikkerhed

I form af mikrochip findes halvledere i næsten alle tekniske enheder – i smartphones, fjernsyn og fitnessarmbånd. Og uden halvledere ville biler ikke fungere, hverken i dag eller i fremtiden. I 2016 indeholdt alle nye køretøjer på verdensplan i gennemsnit mere end ni Bosch-chips i enheder såsom airbag-styreenhed, bremsesystem og parkeringshjælpesystem. I 2019 var dette tal allerede mere end 17. Med andre ord var deres antal omtrent fordoblet på få år.

I de kommende år forventer eksperter at se den stærkeste vækst i førerassistentsystemer, infotainment og elektrificering af drivlinje. Med sin mikrochipproduktion i Dresden reagerer Bosch på den øgede efterspørgsel på halvledere. "Halvledere er byggestenene i fremskridt. Elektroniske komponenter udstyret med chips fra Dresden vil gøre applikationer såsom automatiseret og ressourcebesparende kørsel mulig og give den bedst mulige passagerbeskyttelse", sagde Harald Kroeger, medlem af bestyrelsen for Robert Bosch GmbH.

Halvlederekspertise som en konkurrencefordel

"Chip til køretøjer er den ultimative og højeste disciplin inden for halvlederteknologi. Det skyldes, at i biler skal disse små byggesten være særligt robuste", sagde Kroeger. I løbet af et køretøjs levetid udsættes chip for stærke vibrationer og ekstreme temperaturer, der spænder fra langt under frysepunktet til langt over vandets kogepunkt. Chip skal med andre ord opfylde højere standarder for pålidelighed. Det betyder, at udviklingen af halvledere til biler er mere kompliceret end i andre applikationer. Dette kræver specialistekspertise, og Bosch har samlet denne type ekspertise i løbet af årtier. Dens udviklere og ingeniører forstår de fysiske principper bag mikroelektroniske bilkomponenter. Dette åbner mulighed for komplette systemer, der forebygger ulykker og beskytter miljøet, og igen er udviklingen og fremstillingen af sådanne systemer samlet i virksomheden. "Denne dobbelte styrke – kombinationen af chip- og systemekspertise – er strategisk vigtig for Bosch", sagde Kroeger.

"Silicon Sachsen": Europas største område for mikroelektronik

Efter Bosch havde sammenlignet byer rundt om i verden blev Dresden valgt som placering for sin halvlederfabrik. “Silicon Saxony” er Europas største område inden for mikroelektronik og den femte største på verdensplan. En ud af tre chips fremstillet i Europa produceres der. "For Bosch var beslutningen om at foretage den største enkeltstående investering i virksomhedens mere end 130-årige historie her i regionen derfor meget bevidst".