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Dr. Peter Friedrichs, Infineon

Wie die Preise für Siliziumkarbid-Wafer schneller sinken

19. Oktober 2020, 10:00 Uhr   |  Ralf Higgelke

Wie die Preise für Siliziumkarbid-Wafer schneller sinken
© Horacio Canals / WEKA Fachmedien

Dr. Peter Friedrichs ist Senior Director SiC bei Infineon sowie Vorstandsmitglied der ECPE und Co-Chair des SiC-Subkomitees bei der JEDEC, das sich um die Standardisierung bei Wide-Bandgap-Halbleitern kümmert.

Infineon erweitert sein Portfolio an Siliziumkarbid-Bauelementen sukzessive. Also erkundigten wir uns bei Dr. Peter Friedrichs, Senior Director SiC, ob schon an einer zweiten Generation von SiC-MOSFETs gearbeitet wird und wie seiner Meinung nach die Preise für Rohwafer schneller sinken können.

DESIGN&ELEKTRONIK: Herr Dr. Friedrichs, worauf konzentriert sich Infineon derzeit beim Thema Siliziumkarbid?

Dr. Peter Friedrichs: Auf der Produktseite konzentrieren wir uns auf die kontinuierliche Erweiterung unseres SiC-Portfolios. Mit unserem Trench-basierten 1200-Volt-SiC-MOSFETs der ersten Generation haben wir bei Siliziumkarbid eine sehr gute Grundlage geschaffen. Diese bauen wir jetzt sowohl mit Blick auf Spannungsklassen als auch auf weitere Gehäuseplattformen sehr stark aus. Bis spätestens Ende dieses Jahres wollen wir mit knapp 200 SiC-Produkten das größte Portfolio anbieten, wenn wir diskrete MOSFETs und Module sowie Dioden zusammenrechnen.

Dr. Peter Friedrichs, Infineon, Silicon Carbide
© Infineon Technologies

Bild 1: Die SiC-MOSFETs der ersten Generation von Infineon haben schon sehr niedrige Verluste; die nächste Generation soll sogar noch mehr Leistung handhaben können.

Technologisch befinden wir uns in einem fortgeschrittenen Stadium der Entwicklung einer zweiten Generation unserer Trench-basierten SiC-MOSFETs. Unsere Kunden bestätigen, dass wir mit unserer ersten Generation ein qualitativ hochwertiges und robustes Produkt auf dem Markt haben. Schon heute liegen wir da ganz vorn, wenn man die besonders relevanten Einschaltverluste als Hauptkriterium zur Bewertung der heutigen SiC-Mosfets heranzieht (siehe Bild 1; Anm. d. Red.).

D&E: Was wird sich bei der zweiten Generation ändern?

Friedrichs: Bislang sind SiC-MOSFETs vor allem in bestimmten Anwendungen zu finden, Solarumrichter oder EV-Ladegeräte beispielsweise. Dort gibt es schon einen Massenmarkt. Mit der kommenden zweiten Generation wollen wir eine Technologie anbieten, mit der sich viele weitere Anwendungen für Siliziumkarbid erschließen lassen. Durch technische Vorteile wie eine höhere Stromtragfähigkeit und einen größeren sicheren Betriebsbereich lässt sich der verfügbare Markt noch einmal deutlich vergrößern.

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© Omdia, Yole

Bild 2: Auch wenn die Preise für SiC-Rohwafer sinken, so muss zusätzlich auch deren Beitrag zu den Bauelementekosten sinken.

D&E: Siliziumkarbid ist ein sehr kostspieliges Substrat. Welche Maßnahmen hat Infineon ergriffen, um die Substratkosten zu senken?

Friedrichs: Auch wenn wir den Wafer-Preis sinken sehen, bei Siliziumkarbid werden die Kosten für das Grundmaterial auch in Zukunft deutlich höher sein als bei Silizium. Das liegt grundsätzlich am aufwendigen Herstellungsverfahren (siehe Bild 2; Anm. d. Red.). Schlüsselt man die Kosten eines elektronischen Bauelements auf, so stellt man schnell fest, dass der Rohwafer mehr als die Hälfte ausmacht. Sollen die Kosten für ein SiC-Bauelement zurückgehen, so müssen wir also diesen Anteil senken.

Zu diesem Zweck haben wir unter anderem im November 2018 Siltectra übernommen. Dieses in Dresden ansässige Unternehmen hat eine Technologie namens Cold Split entwickelt, mit der Rohwafer effizienter genutzt werden können. Wir haben angekündigt, diese Technologie zur Marktreife zu bringen. Rund ein Drittel dieses Weges haben wir bereits zurückgelegt.

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© Infineon Technologies

Bild 3: Bei dem Trennverfahren Cold Split ist ein guter Teil des Weges zur Industrialisierung gemacht, sodass das Wafer-Splitting 2022 und das Boule-Splitting ein Jahr später reif für den Serieneinsatz sein werden.

D&E: Können Sie uns mehr darüber verraten?

Friedrichs: Sicher. Als wir Siltectra übernahmen, hatte dieses Start-up einen beeindruckenden Labor-Demonstrator als Konzeptnachweis. Um das System auf ein industrielles Niveau zu heben, so dass es in eine Produktionsumgebung passt, mussten wir völlig neue Prozessanlagen entwickeln (siehe Bild 3; Anm. d. Red.). Es gab nichts von der Stange zu kaufen. Zusammen mit bewährten Partnern haben wir halbautomatische Geräte entwickelt und diese bei Siltectra in Dresden installiert. Bis Ende 2020 wird dort ein neuer Reinraum aufgebaut. Damit können wir dann Schritt für Schritt die Cold-Split-Technologie in den Fertigungsprozess für einige erste Produkte integrieren.

D&E: Wann erwarten Sie, dass Cold Split industriell nutzbar und produktiv sein wird?

Friedrichs: Wir gehen davon aus, dass das sogenannte Twinning bis 2022 einsatzbereit sein wird. Mit Twinning meine ich, dass ein bereits prozessierter Standard-SiC-Wafer in zwei dünnere geteilt wird. Die untere Scheibe kann so ebenfalls prozessiert werden. Aufgrund einiger Entwicklungen auf dem Rohstoffmarkt erwarten wir, dass in naher Zukunft auch die sogenannten Boules für den Split verfügbar werden.

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© Infineon Technologies

Bild 4: Durch Cold Split sollen aus dem gleichen Boule (Rohkristall) nicht mehr nur circa 50 Rohwafer entstehen, sondern ab 2025 etwa 130. Dadurch sinken die relativen Substratkosten signifikant.

Diese Boules sind die rohen SiC-Kristalle, aus denen die Wafer gesägt werden. Ist es soweit, wollen wir die Cold-Split-Technologie auch für das sogenannte Boule-Splitting nutzen (siehe Bild 4; Anm. d. Red.). Damit sollten wir in der Lage sein, die Anzahl der Roh-SiC-Wafer, die wir mit einem Boule herstellen können, mindestens zu verdoppeln. Diese Trenntechnik – wenn sie sowohl für den Boule- als auch für den Wafer-Split eingesetzt wird – ist langfristig sicherlich die effizienteste Art und Weise, das sehr teure Rohmaterial zu nutzen.

D&E: Herr Dr. Friedrichs, herzlichen Dank für Ihre Zeit.
Das Interview führte Ralf Higgelke.

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