让SiC成本再降10%的新技术

2024-06-26 01:06

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日本中央硝子（Central Glass）开发出了用于功率半导体尖端材料「碳化硅（SiC）」基板的新制造技术。artience（原日本东洋油墨SC控股）也在新型接合材料的实用化方面看到了眉目。碳化硅半导体可提高纯电动汽车（EV）的充电速度。而两家企业的技术均有助于降低碳化硅半导体的价格。日本拥有优势的材料技术将推动EV的普及。

中央硝子开发出了利用含有硅和碳的溶液来制造碳化硅基板的技术。与使用高温下升华的碳化硅使单晶生长的传统技术相比，更容易增大基板尺寸以及提高品质。这可使基板的制造成本降低1成以上，不合格率也会大幅降低。

利用两种元素混合而成的溶液，很难制作出均匀的晶体，此前一直未实现实用化。中央硝子运用基于计算机的计算化学，通过推算溶液的动态等，成功量产出了6英吋口径基板。

据称，为了让客户采用以新技术制作的碳化硅基板，该公司已开始与欧美的大型半导体企业等展开讨论。最早将于2024年夏天开始向客户提供样品，2027～2028年实现商业化。将在日本国内的工厂实施数十亿日元规模的投资，目标是达到10％以上的份额。该公司打算最早于2030年把尺寸扩大到8英吋。基板越大，用1块基板制造出来的半导体就越多，生产效率也越高。

功率半导体被安装于充电器、小型家电、用来连接EV马达和电池的控制设备上，用于功率控制等。碳化硅产品可以施加比目前主流的硅产品（目前的主流）强约10倍的电压。据称，以用在EV的快速充电器上为例，与使用硅基板时相比，可使充电时间由90分钟缩短到20分钟。

另一方面，使用碳化硅的功率半导体比硅产品的价格高出数倍。制造成本正在成为碳化硅功率半导体普及的拦路虎。为此，各材料企业正在加紧开发有助于降低成本的技术。

artience新开发出了用于接合晶片和铜等基板的「奈米烧结银接合材料」。在用于碳化硅基板的接合材料方面，虽然业界正在考虑使用以耐高温的银为主要成分的材料，但需要一个施加压力的工序来提高接合性。半导体厂商需要引进每台价格高达1亿日元左右的设备，为此，有很多企业不愿意采用银接合材料。

artience开发的接合材料具有无需加压也能提高接合性的特点。运用了该公司在颜料领域培育的可控制粒子大小的技术以及可使银均匀散开的技术。

由于不需要加压，因此可使接合工序的生产设备初始投资降低到原来的六分之一。通过节省加压所需要的时间，还能使接合时的生产效率提高到4倍。

目前已有半导体厂商进行洽购，计划最早于2026年实现1吨的年产量，到2030年增产至3吨。如果只用于功率半导体的接合，1吨相当于约300万辆EV的用量。将转用现有油墨工厂的生产设备。

可提高功率转换效率的碳化硅功率半导体，除了EV用途之外，也越来越多地应用于需求因人工智能（AI）的发展而迅速扩大的数据中心。据日本富士经济（东京都中央区）预测，到2035年，碳化硅功率半导体市场规模将扩大至2023年的8倍，达到3万1510亿日元。随着制造成本降低，碳化硅功率半导体的普及速度可能会加快。

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