Mit einer Dicke von nur 20 µm hat Infineon einen Durchbruch in Herstellung und Verarbeitung der dünnsten Silizium (Si)-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“, sagt Jochen Hanebeck, CEO von Infineon Technologies.
„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.“
Mehr Energieeffizienz von Stromversorgungen
Die Neuheit 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 bis 60 µm 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“, sagt Adam White, Division President Power & Sensor Systems bei Infineon. „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.“
Fertigungsprozess
Um die technischen Hürden bei der Reduzierung der Waferdicke auf 20 µm 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 µm ist. Dies beeinflusst die 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.
Der Dünnwafer-Prozess auf 20 µm 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-µm-Wafer-Technologie.
Infineon 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. Dieser Durchbruch stärkt die einzigartige Position von Infineon im Markt mit dem breitesten Produkt- und Technologie-Portfolio, das Silizium-, Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-basierte Geräte umfasst, die ein wichtiger Baustein für Dekarbonisierung und Digitalisierung sind.
Infineon wird die ersten Silizium-Ultradünnwafer öffentlich auf der Electronica 2024 vom 12. bis 15. November in München (Halle C3, Stand 502) präsentieren.
