CD Automation ist ein Referenzunternehmen für Firmen, die in zahlreichen industriellen Temperaturregelprozessen tätig sind. Das Unternehmen, seit 1987 aktiv, produziert hochwertige Thyristor-Leistungseinheiten mit Unterstützung eines internationalen Netzwerks von Tochtergesellschaften und führenden Partnern im multisektoralen Bereich der Temperaturregelung.
Durch diese Produkte reduziert CD Automation die Komplexität und den Energieverbrauch und verbessert die Power Quality thermischer Prozesse, darunter auch einige Fertigungsprozesse von Halbleiterbauelementen.
Der Wert von Partnerschaften
Die Autorität des Unternehmens im Bereich der Thermotechnologie hat Partnerschaften mit anderen führenden Akteuren der Branche ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist es besonders interessant, die Bedeutung dieser Kooperationen in einem entscheidenden Bereich des globalen Marktes zu betrachten: der Herstellung von Halbleiterbauelementen.
Seit der Entwicklung der ersten Diode spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle in den Fertigungsprozessen von Halbleitern. Die von CD Automation für seine Partner entwickelten Lösungen basieren auf einem tiefen Verständnis der technologischen Prozesse, die Halbleiter bilden. Insbesondere mit der Miniaturisierung dieser Bauelemente hat die Temperatur als kritische Prozessvariable zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Was ist ein Halbleiter?
Die grundlegende Eigenschaft von Halbleitern ist bereits im Namen enthalten: Es handelt sich um Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von metallischen Leitern und Isolatoren liegt. Sie stellen eine relativ breite und heterogene Materialgruppe dar, die stark lichtempfindlich ist und einen negativer Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands aufweist. Das bedeutet, dass ihre Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, im Gegensatz zu metallischen Leitern.
Der Hauptgrund, warum Halbleiter so wichtig sind, besteht darin, dass ihre Leitfähigkeit durch Dotierung (Einbringen von Verunreinigungen), durch ein elektrisches Feld oder durch Lichteinwirkung verändert werden kann.
Die Krise der Halbleiterbauelemente
In den letzten Jahren hat der Halbleitersektor eine Phase starker Instabilität durchlaufen, die zunächst auf Lieferengpässe in der Zeit nach der Pandemie zurückzuführen war und insbesondere die Unterhaltungselektronik sowie die Automobilindustrie betroffen hat. Obwohl sich die kritischste Phase des sogenannten „Chipmangels“ allmählich entspannt hat, ist der Markt weiterhin durch komplexe Dynamiken und eine stark ungleich verteilte Nachfrage zwischen den verschiedenen Anwendungsbereichen geprägt.
Heute beeinflusst das Wachstum in Bereichen wie künstlicher Intelligenz und Rechenzentren die Produktionsstrategien der wichtigsten globalen Akteure erheblich, mit indirekten Auswirkungen auf die Verfügbarkeit bestimmter elektronischer Komponenten. In diesem sich ständig weiterentwickelnden Szenario bleibt die Halbleiterindustrie ein strategischer Sektor, der sehr empfindlich auf das Gleichgewicht zwischen Nachfrage, Produktionskapazität und technologischer Innovation reagiert.
Aus diesen Überlegungen wird deutlich, dass der korrekteste Begriff nicht einfach „Chips“, sondern „Halbleiterbauelemente“ ist – ein Begriff, der die gesamte Familie der grundlegenden Komponenten der modernen Elektronik beschreibt, darunter Transistoren, Dioden und Leistungshalbleiter, und die Grundlage der industriellen Elektronik bildet.
Wie werden Halbleiterbauelemente hergestellt?
Die Herstellung von Halbleiterbauelementen beschreibt den Prozess zur Produktion von Chips und integrierten Schaltungen, die in den meisten heutigen elektronischen Geräten enthalten sind. Dieser industrielle Prozess umfasst mehrere Schritte unter Einsatz photolithografischer sowie physikalisch-chemischer Technologien, bei denen die Schaltungen schrittweise auf einem Substrat, dem sogenannten Wafer, aufgebaut werden, der aus einem Einkristall hochreinen Halbleitermaterials besteht.
Für die Herstellung integrierter Schaltungen ist ein extrem homogener Wafer erforderlich, frei von Diskontinuitäten, die die Qualität der Bauteile beeinträchtigen würden. Der in der Industrie am häufigsten verwendete Halbleiter ist monokristallines Silizium (mit einer durchgehenden Kristallstruktur), das mithilfe des Czochralski-Verfahrens gezüchtet wird.
Das Czochralski-Verfahren
Dieses Verfahren besteht darin, einen korrekt ausgerichteten monokristallinen Siliziumkeim vertikal anzuheben und gleichzeitig gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, der mittels einer Metallstange in geschmolzenes Silizium bei 1425°C eingebracht wird, während der Tiegel in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Dabei erstarrt eine kleine Menge der Schmelze am Keim und bildet eine Kristallstruktur, die exakt der des Keims entspricht. Während der Keim nach oben gezogen wird, erstarrt weiteres Material auf die gleiche Weise und bildet einen monokristallinen Ingots.
Die Temperatur des Siliziums im Tiegel wird nur wenige Grad über dem Schmelzpunkt gehalten, wodurch es beim Kontakt mit dem Keim sehr schnell erstarrt und dessen Struktur übernimmt. Eine präzise Kontrolle von Temperatur, Atmosphäre, Ziehgeschwindigkeit sowie die vollständige Vibrationsfreiheit ermöglichen die Herstellung perfekt zylindrischer und hochreiner Ingots.
Das Float-Zone-Verfahren
Das zuvor beschriebene Verfahren hat jedoch eine Einschränkung: Silizium reagiert chemisch mit den Materialien des Tiegels. Daher wird häufig die Zonenschmelztechnik (Floating Zone) bevorzugt.
Dabei wird der Ingot oben an einer Halterung fixiert, während der untere Teil in direkten Kontakt mit einem monokristallinen Keim gebracht wird, der von einer unteren Halterung gehalten wird. Zunächst wird eine Schmelzzone im Kontaktbereich mit dem Keim erzeugt, die anschließend langsam nach oben bewegt wird. Das erstarrende Silizium übernimmt dabei exakt die Kristallstruktur des Keims.
Beseitigung von Defekten
Im nächsten Schritt wird der Ingot mit Diamantdraht in Scheiben von wenigen Zehntelmillimetern Dicke geschnitten: die Wafer. Diese weisen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, die durch Schleifen und Läppen entfernt werden.
Der letzte Bearbeitungsschritt ist das chemische Ätzen, das die verbleibenden Oberflächenfehler beseitigt und monokristalline Wafer für die Bauteilfertigung erzeugt.
Die Photolithografie
In dieser Phase der Herstellung von Halbleiterbauelementen müssen komplexe Strukturen miniaturisiert und auf den Wafer übertragen werden – ein Prozess, der als Photolithografie bezeichnet wird.
Zunächst wird der Wafer mit lichtempfindlichen Chemikalien (Photoresist) beschichtet, die bei Lichteinwirkung aushärten. Anschließend wird Licht durch eine Fotomaske projiziert, die ein Abbild der Schaltung erzeugt. Dieses Bild wird durch Linsen verkleinert und auf den Wafer projiziert.
Das Licht reagiert mit dem Photoresist, der anschließend entfernt wird, wodurch eine darunterliegende Oxidschicht freigelegt wird. Diese wird durch Ätzen entfernt, sodass das Silizium freigelegt wird. Dieses wird anschließend dotiert, um seine elektrischen Eigenschaften zu verändern.
Dieser Prozess wird mehrfach mit unterschiedlichen Masken und Chemikalien wiederholt, bis die Halbleiterbauelemente Schicht für Schicht aufgebaut sind.
Die Zuweisung von Eigenschaften
Einige Schichten werden gebacken, andere mit ionisiertem Plasma behandelt und wieder andere in Metalle getaucht. Jede Behandlung verändert die Eigenschaften der jeweiligen Schicht und trägt schrittweise zum Aufbau des Chip-Designs bei. Fertige Wafer enthalten Milliarden von Schaltungselementen und tausende einzelne Mikrochips.
Herstellung von Halbleiterbauelementen: ein sich ständig entwickelnder Sektor
Das vollständige Verständnis dieser Herstellungsprozesse ist entscheidend, um die zahlreichen Herausforderungen eines stetig wachsenden Sektors zu bewältigen, der eng mit der Entwicklung thermischer Technologien verbunden ist. Genau zu diesem Zweck stellt CD Automation sein Know-how sowie eine Familie universeller Leistungsregler für die Produktion von Halbleiterbauelementen zur Verfügung.
Die Eigenschaften von REVO C
REVO C, im Bereich von 30 bis 2100 A, ist ein Hochleistungs-Leistungsregler für die Leistungssteuerung, anpassbar an alle SCR-Anwendungen und ausgestattet mit einem fortschrittlichen Mikroprozessor, der ihn universell und vollständig softwarekonfigurierbar macht.
Er zeichnet sich zudem als eine der vollständigsten Einheiten der Reihe aus durch:
- Dreiphasensynchronisation, Phasenrotationsdiagnose, Phasenanschnittsteuerung, Strombegrenzung und hohe Messgenauigkeit;
- integrierte Profinet-Kommunikation und reduzierte Integrationszeiten dank TIA-Portal-Bibliotheken; Ethernet/IP-Kommunikation mit dedizierten Bibliotheken zur Vereinfachung der Integration;
- SCCR-Zertifizierung 100 kA – 600 V (Short Circuit Current Rating) gemäß UL508.
Der Hauptvorteil des Leistungsreglers REVO C, der ihn besonders für die Produktion von Halbleiterbauelementen geeignet macht,ist seine Fähigkeit, sich über Bluetooth und die gängigsten industriellen Feldbus-Protokolle problemlos mit der Außenwelt zu verbinden. Seine Vielseitigkeit ermöglicht die Konfiguration von Eingängen, Zündmodi und Steuerlogik direkt über Smartphone oder Computer.
Als kompakte Einheit konzipiert und gebaut, reduziert REVO C nicht nur den Platzbedarf und den Montageaufwand für separate Sicherungen, sondern gewährleistet auch eine korrekte Durchführung der Testphasen sowie einen einfachen Zugang zu Leiterplatten, Sicherungen und Thyristoren.
Benötigen Sie Vorschläge, um Ihre Temperaturregelprozesse in der Halbleiterfertigung effizienter und wettbewerbsfähiger zu gestalten? Kontaktieren Sie uns und vereinbaren Sie eine kostenlose Beratung mit einem unserer Experten. Sie erhalten strategische Empfehlungen zur Optimierung und Verlängerung der Lebensdauer Ihrer Heizsysteme bei gleichzeitiger Minimierung von Stillstandszeiten.
