تعمل مواد مجموعة البنك الدولي على تحفيز أبحاث وتصنيع أشباه الموصلات من أجل تقنيات المستقبل

[ad_1]

كشفت شركة Nexperia مؤخرًا عن خطط لاستثمار 200 مليون دولار أمريكي (حوالي 184 مليون يورو) في تطوير الجيل التالي من أشباه الموصلات واسعة النطاق (WBG)، بما في ذلك كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN). بالإضافة إلى ذلك، ستقوم الشركة بإنشاء بنية تحتية للإنتاج في موقعها في هامبورغ وتوسيع قدرة تصنيع الرقائق لثنائيات وترانزستورات السيليكون (Si).

في مقابلة مع Power Electronics News، ستقدم كاترين فيورل، المدير الأول لإدارة المنتجات SiC في Nexperia، وكارلوس كاسترو، نائب الرئيس والمدير العام GaN في Nexperia، رؤى حول هذه الخطة الاستثمارية ذات الصلة.

دور WBG في إلكترونيات الطاقة

تعمل أشباه الموصلات من كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) على تمكين التطبيقات كثيفة الاستهلاك للطاقة، مثل مراكز البيانات، من العمل بكفاءة متميزة. وهي مكونات أساسية لحلول الطاقة المتجددة والتنقل الكهربائي. تتمتع هذه التقنيات ذات فجوة النطاق الواسعة (WBG) بإمكانات كبيرة وتتزايد أهميتها لتحقيق أهداف إزالة الكربون.

ولمواجهة الطلب المتزايد على المدى الطويل على أشباه موصلات الطاقة الفعالة، ستبدأ ألمانيا في تطوير وإنتاج التقنيات الثلاث (SiC، وGaN، والسيليكون) في يونيو 2024. وتهدف هذه المبادرة من قبل Neexperia إلى دعم التقنيات الحيوية في مجالات الكهربة والرقمنة. .

وفقًا لشركة Nexperia، فإن العامل الحاسم لنجاح موقع هامبورغ هو التحسين المستمر لكفاءة التصنيع. يعد إنتاج أشباه الموصلات، وخاصة تصنيع الرقائق، عملية معقدة للغاية تتطلب الدقة والموثوقية. يتم تقطيع الرقاقات من أسطوانة سيليكون بلورية واحدة ثم يتم صقلها للتحضير لعملية تصنيع الرقائق الدقيقة. من خلال الابتكار المستمر والتحسين، عززت Nexperia قدرات الإنتاج بشكل كبير، ووضع معايير جودة جديدة في هذه العملية. واليوم، تعد منشأة هامبورغ (الشكل 1) أكبر موقع إنتاج في العالم لثنائيات الإشارة الصغيرة والترانزستورات، حيث تساهم بحوالي ربع الإنتاج العالمي.

خطط Nexperia لموقع هامبورغ

وكما تؤكد Katrin Feurle من Nexperia، “ستقوم الشركة ببناء خطوط إنتاج حديثة وفعالة من حيث التكلفة بقطر 200 مم لتقنيات SiC وGaN وتطوير IP الخاص بها”. وفي الوقت نفسه، سيساعد الاستثمار في زيادة أتمتة البنية التحتية الحالية في موقع هامبورغ وتوسيع الطاقة الإنتاجية للسيليكون من خلال التحويل المنهجي إلى رقائق بحجم 200 ملم (الشكل 2) وتصبح رقائق 200 ملم نقية. وقال كارلوس كاسترو: “هذا يجعل شركة Nexperia واحدة من الموردين القلائل الذين يقدمون مجموعة شاملة من تقنيات أشباه الموصلات، بما في ذلك Si وSiC وGaN في كل من الوضع الإلكتروني والوضع d”.

بدأت خطوط الإنتاج الأولى لترانزستورات GaN D-Mode ذات الجهد العالي وثنائيات SiC في موقع هامبورغ في يونيو 2024. وسيكون المعلم التالي هو خطوط إنتاج حديثة وفعالة من حيث التكلفة مقاس 200 مم لوحدات SiC MOSFETs وGaN HEMTs. وسيتم إنشاؤها في مصنع هامبورغ خلال العامين المقبلين.

وإلى جانب التقدم التكنولوجي، تتوقع نكسبيريا أن تعمل هذه المبادرة على تعزيز التنمية الاقتصادية المحلية. وتلعب هذه الاستثمارات دوراً حاسماً في تأمين وخلق فرص العمل، فضلاً عن تعزيز الاكتفاء الذاتي في أشباه الموصلات في الاتحاد الأوروبي.

“منذ انفصالها عن NXP في عام 2017، قامت Nexperia بزيادة القوى العاملة في موقعها بألمانيا في هامبورغ من 950 إلى حوالي 1600. وقالت كاترين فيورلي: “لقد تم بالفعل تعيين أكثر من 50 شخصًا في هامبورغ لدعم أعمال SiC وGAN الخاصة بشركة Nexperia”.

يؤكد الإنفاق المستمر المعلن الآن على التزام الشركة بمزيد من الاستثمار في هامبورغ. حاليًا، تقوم شركة Nexperia بالتوظيف خصيصًا لملء 14 وظيفة، معظمها في مجال البحث والتطوير لتكامل العمليات. ولكن هذا هو مجرد بداية.

وأضاف كارلوس كاسترو: “بالإضافة إلى ذلك، لا ينبغي للمرء أن يقلل من شأن الوظائف غير المباشرة التي نخلقها: تقدر جمعية صناعة أشباه الموصلات الأمريكية أن كل وظيفة في صناعة أشباه الموصلات تخلق 5.7 وظيفة إضافية غير مباشرة في صناعات التوريد”.

تحديات تصنيع SiC و GaN

وفقًا لشركة Nexperia، فإن الانتقال إلى رقائق 200 مم لوحدات SiC MOSFETs وGaN HEMTs سيعزز بشكل كبير كفاءة الإنتاج وفعالية التكلفة بسبب عاملين رئيسيين:

• تحسين اقتصاديات الحجم – مع زيادة حجم الإنتاج، يتم توزيع التكاليف الثابتة المرتبطة بالتصنيع (مثل استهلاك المعدات والعمالة) على عدد أكبر من الأجهزة. يشمل هذا التخفيض في متوسط ​​التكلفة لكل جهاز التكاليف الثابتة، مثل معدات تصنيع الرقائق، والتكاليف المتغيرة. كما تتيح أحجام الإنتاج المرتفعة أيضًا خصومات على الشراء بالجملة واستخدامًا أكثر كفاءة للمواد، مما يؤدي إلى خفض التكاليف بشكل أكبر.
• تعزيز كفاءة التصنيع – يعمل التصنيع على رقائق أكبر على تحسين الكفاءة في العديد من المجالات، لا سيما في توحيد العمليات، مما يعزز إجمالي إنتاجية الأجهزة واستخدام المعدات. تؤدي الرقائق الأكبر حجمًا إلى عدد أكبر من الأجهزة لكل رقاقة، على افتراض أن كثافة الخلل تظل ثابتة أو تتحسن. يؤدي هذا الاستخدام الفعال للمادة الأولية إلى تقليل الفاقد وتقليل تكاليف المواد، وبالتالي تقليل تكلفة القالب.

وكما يؤكد كارلوس كاسترو، فإن التحدي الرئيسي يكمن في القيود المكانية لموقع نيكسبريا داخل مدينة هامبورغ، والذي يعود تاريخه إلى مصنع فالفو راديو تيوب الذي تأسس في عام 1924. وعلى الرغم من أن الإدارات التي لا ترتبط بشكل مباشر بالبحث والتطوير والإنتاج قد تم نقلها بالفعل إلى مكاتب أخرى المواقع، لا يمكن توسيع منطقة غرف الأبحاث (الشكل 3) إلى أجل غير مسمى.

“ومع ذلك، خلف الجدران القديمة لهذا الموقع التاريخي، لدينا منشأة حديثة ومثبتة لإنتاج السيليكون بقطر 200 ملم. وقال كاسترو: “يمكننا الاستفادة من المعرفة والخبرة من هذه العمليات القائمة لخطوطنا المخططة بقطر 200 مم من SiC وGN”.

“تستفيد جهودنا التنموية بشكل كبير من الارتباط المباشر بالإنتاج. يتيح لنا هذا التعاون الوثيق تنفيذ الأفكار واختبارها بسرعة مباشرةً في المصنع. وأضاف كاسترو أن القرب من موقع الإنتاج أمر بالغ الأهمية لتصميم أفضل أجهزة WBG لتلبية متطلبات السوق.

الشراكة والتعاون

تعمل Nexperia بشكل وثيق مع الجامعات ومعاهد البحوث وشركاء الصناعة للاستفادة من خبرات بعضهم البعض. وقالت كاترين فيورلي: “تساعد عمليات التعاون هذه في دفع حدود أداء الأجهزة، وضمان الابتكار المستمر، وتسريع وقت الوصول إلى السوق لتلبية الطلب المتزايد”.

وتضيف: “علاوة على ذلك، فإنهم يشجعون تدريب الموظفين ذوي المؤهلات العالية – وهو عامل رئيسي للنجاح في تطوير أفضل منتج (والذي يعني دائمًا أفضل نسبة السعر إلى الأداء) الذي سيحظى بالتصميم الإضافي”.

تتعاون Nexperia مع جامعات مختلفة في جميع أنحاء العالم وفي أوروبا ومع معاهد البحوث. وفي مجال تكنولوجيا GaN، على سبيل المثال، فهي جزء من برنامج الانتساب الصناعي (IAP) التابع لمركز أبحاث الإلكترونيات النانوية imec.

“يلعب التعاون مع شركاء الصناعة أيضًا دورًا حاسمًا. وبالنسبة لأشباه الموصلات في مجموعة البنك الدولي، فقد أبرمنا بالفعل شراكات مع كيوسيرا، وريكاردو، وUAS، ومؤخرًا شركة ميتسوبيشي إلكتريك”.

ظهرت مواد WBG لأبحاث وتصنيع أشباه الموصلات لتقنيات المستقبل لأول مرة على Power Electronics News.

[ad_2]