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onsemi stellt Embedded-Power-Plattform für höhere Leistungsdichte vor
Das Wafer-Level-Packaging auf Siliziumbasis integriert mehrere Dies und optimiert die elektrische, thermische sowie mechanische Leistung für KI-Infrastrukturen, Elektrofahrzeuge und Industrieanwendungen.
www.onsemi.com
onsemi Embedded-Power-Plattform-Wafer
onsemi hat die Embedded Power Platform (EPP) eingeführt, um Leistungselektronik, mechanischen Träger und Wärmeableitung in einer einheitlichen Wafer-Level-Architektur zu vereinen. Dieser Fertigungsansatz begegnet den wachsenden Herausforderungen bei der Stromversorgung in Rechenzentren für künstliche Intelligenz, Antriebssträngen von Elektrofahrzeugen und Industrieautomatisierungsanlagen.
Wafer-Level-Integration und Reduzierung parasitärer Induktivitäten
Klassisches Packaging in der Leistungselektronik basiert auf einem sequenziellen Fertigungsprozess, bei dem diskrete Leistungshalbleiter-Dies auf Keramiksubstrate aufgebracht, über Drahtbondverbindungen mit externen Anschlüssen kontaktiert und in Kunststoff-Vergussmassen gekapselt werden. Dieses mechanische Aufbauverfahren erzeugt parasitäre Schleifeninduktivitäten, welche die Schaltfrequenzen begrenzen, sowie thermische Schnittstellen mit erhöhtem Wärmewiderstand.
Die Embedded Power Platform nutzt den 300-mm-Siliziumwafer direkt als funktionale Gehäusebasis. In einer Reinraum-Fertigungslinie werden heterogene Halbleiter-Dies – darunter Silizium, Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) – gemeinsam mit Gate-Treibern und Steuerschaltungen eingebettet. Planare Umverdrahtungslagen (Redistribution Layers, RDLs) aus Kupfer auf Wafer-Ebene sowie vertikale leitfähige Durchkontaktierungen (Vias) ersetzen herkömmliche Bonddrähte. Diese Konfiguration verkürzt die Strompfade, minimiert die Schleifeninduktivität und ermöglicht stabiles Schalten bei hohen Frequenzen mit verringerten Schaltverlusten.
Erste Einsätze im Automobilbereich und in Rechenzentren
Bei der Stromverteilung in Rechenzentren erfordern steigende Server-Rack-Dichten Stromversorgungssysteme mit minimalem Platzbedarf bei gleichzeitig effizienter Entwärmung. In einer ersten Evaluierung für elektronische Halbleiterschutzschalter (Solid-State Circuit Breaker) erzielte das integrierte Gehäuse eine Volumenreduktion von rund 50 % und lief im Vergleich zu bestehenden diskreten Baugruppen um 20 % kühler.
onsemi Embedded-Power-Plattform-Chip
In der Elektromobilität erreichen Traktionswechselrichter auf Basis dieser Architektur eine bis zu viermal höhere Leistungsdichte sowie eine Reduzierung der elektrischen Leistungsverluste um 15 % im Vergleich zu konventionellen drahtgebondeten Leistungsmodulen. Die einheitliche Architektur ermöglicht skalierbare Leistungsstufen über verschiedene Fahrzeugsegmente hinweg, sodass Fahrzeughersteller Wechselrichterdesigns wiederverwenden können. Die Subaru Corporation ist eine frühe Technologiepartnerschaft mit onsemi eingegangen, um die Plattform anhand von Simulationsmodellen und ersten Entwicklungsmustern für die Integration in den Antriebsstrang zu evaluieren.
Zusätzlicher Kontext:
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsanalysen, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.
Auf dem Markt für Hochleistungs-Halbleiter-Packaging konkurriert diese Architektur mit diskreten Embedded-Die-Packaging-Verfahren und fortschrittlichen Leistungsmodulkonzepten, darunter Leiterplatten-Einbettungstechnologien (PCB Embedding) von AT&S und Schweizer Electronic sowie Molded-Interconnect-Substrate-Leistungsmodule (MIS) von Anbietern wie Infineon Technologies und STMicroelectronics.
Ein grundlegender technischer Unterschied liegt im Substratmaterial und im Herstellungsverfahren der Verbindungsleitungen. Industrielle Embedded-Power-Lösungen nutzen typischerweise organische FR-4- oder Bismaleimid-Triazin-(BT)-Harzlaminate, bei denen Dies in gefräste oder gebohrte Vertiefungen mehrlagiger Leiterplattenkerne eingebettet werden. Obwohl die Einbettung in organische Substrate die Schleifeninduktivität gegenüber Bonddrähten reduziert, bleibt sie durch die thermische Leitfähigkeit organischer Prepregs (typischerweise unter 1 bis 3 W/m·K) und PCB-Fertigungsdesignregeln mit Leiterbahnbreiten und -abständen im Bereich von mehreren zehn Mikrometern limitiert.
Im Gegensatz dazu nutzt ein einkristalliner 300-mm-Siliziumwafer die natürliche Wärmeleitfähigkeit von massivem Silizium (ca. 148 W/m·K bei Raumtemperatur), fungiert direkt als integrierte Wärmespreizschicht und macht dicke Wärmeleitmaterialien überflüssig. Zudem erzielen Dünnschicht-Kupfer-Umverdrahtungslagen in Halbleiterqualität Strukturbreiten und Abstände von unter 5 Mikrometern. Dieses lithografische Routing im Mikrometermaßstab ermöglicht extrem eng gekoppelte Treiber-zu-Gate-Schleifen mit Schleifeninduktivitäten im Sub-Nanohenry-Bereich. Eine derart geringe Induktivität ist essenziell, um Spannungsüberschwinger und parasitäres Einschalten bei ultraschnellen Wide-Bandgap-GaN- und SiC-Schaltern während steiler Schaltflanken von mehr als 100 V/ns wirksam zu unterdrücken.
Bearbeitet von Natania Lyngdoh, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.
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onsemi hat die Embedded Power Platform (EPP) eingeführt, um Leistungselektronik, mechanischen Träger und Wärmeableitung in einer einheitlichen Wafer-Level-Architektur zu vereinen. Dieser Fertigungsansatz begegnet den wachsenden Herausforderungen bei der Stromversorgung in Rechenzentren für künstliche Intelligenz, Antriebssträngen von Elektrofahrzeugen und Industrieautomatisierungsanlagen.
Wafer-Level-Integration und Reduzierung parasitärer Induktivitäten
Klassisches Packaging in der Leistungselektronik basiert auf einem sequenziellen Fertigungsprozess, bei dem diskrete Leistungshalbleiter-Dies auf Keramiksubstrate aufgebracht, über Drahtbondverbindungen mit externen Anschlüssen kontaktiert und in Kunststoff-Vergussmassen gekapselt werden. Dieses mechanische Aufbauverfahren erzeugt parasitäre Schleifeninduktivitäten, welche die Schaltfrequenzen begrenzen, sowie thermische Schnittstellen mit erhöhtem Wärmewiderstand.
Die Embedded Power Platform nutzt den 300-mm-Siliziumwafer direkt als funktionale Gehäusebasis. In einer Reinraum-Fertigungslinie werden heterogene Halbleiter-Dies – darunter Silizium, Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) – gemeinsam mit Gate-Treibern und Steuerschaltungen eingebettet. Planare Umverdrahtungslagen (Redistribution Layers, RDLs) aus Kupfer auf Wafer-Ebene sowie vertikale leitfähige Durchkontaktierungen (Vias) ersetzen herkömmliche Bonddrähte. Diese Konfiguration verkürzt die Strompfade, minimiert die Schleifeninduktivität und ermöglicht stabiles Schalten bei hohen Frequenzen mit verringerten Schaltverlusten.
Erste Einsätze im Automobilbereich und in Rechenzentren
Bei der Stromverteilung in Rechenzentren erfordern steigende Server-Rack-Dichten Stromversorgungssysteme mit minimalem Platzbedarf bei gleichzeitig effizienter Entwärmung. In einer ersten Evaluierung für elektronische Halbleiterschutzschalter (Solid-State Circuit Breaker) erzielte das integrierte Gehäuse eine Volumenreduktion von rund 50 % und lief im Vergleich zu bestehenden diskreten Baugruppen um 20 % kühler.
onsemi Embedded-Power-Plattform-Chip
In der Elektromobilität erreichen Traktionswechselrichter auf Basis dieser Architektur eine bis zu viermal höhere Leistungsdichte sowie eine Reduzierung der elektrischen Leistungsverluste um 15 % im Vergleich zu konventionellen drahtgebondeten Leistungsmodulen. Die einheitliche Architektur ermöglicht skalierbare Leistungsstufen über verschiedene Fahrzeugsegmente hinweg, sodass Fahrzeughersteller Wechselrichterdesigns wiederverwenden können. Die Subaru Corporation ist eine frühe Technologiepartnerschaft mit onsemi eingegangen, um die Plattform anhand von Simulationsmodellen und ersten Entwicklungsmustern für die Integration in den Antriebsstrang zu evaluieren.
Zusätzlicher Kontext:
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsanalysen, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren.
Auf dem Markt für Hochleistungs-Halbleiter-Packaging konkurriert diese Architektur mit diskreten Embedded-Die-Packaging-Verfahren und fortschrittlichen Leistungsmodulkonzepten, darunter Leiterplatten-Einbettungstechnologien (PCB Embedding) von AT&S und Schweizer Electronic sowie Molded-Interconnect-Substrate-Leistungsmodule (MIS) von Anbietern wie Infineon Technologies und STMicroelectronics.
Ein grundlegender technischer Unterschied liegt im Substratmaterial und im Herstellungsverfahren der Verbindungsleitungen. Industrielle Embedded-Power-Lösungen nutzen typischerweise organische FR-4- oder Bismaleimid-Triazin-(BT)-Harzlaminate, bei denen Dies in gefräste oder gebohrte Vertiefungen mehrlagiger Leiterplattenkerne eingebettet werden. Obwohl die Einbettung in organische Substrate die Schleifeninduktivität gegenüber Bonddrähten reduziert, bleibt sie durch die thermische Leitfähigkeit organischer Prepregs (typischerweise unter 1 bis 3 W/m·K) und PCB-Fertigungsdesignregeln mit Leiterbahnbreiten und -abständen im Bereich von mehreren zehn Mikrometern limitiert.
Im Gegensatz dazu nutzt ein einkristalliner 300-mm-Siliziumwafer die natürliche Wärmeleitfähigkeit von massivem Silizium (ca. 148 W/m·K bei Raumtemperatur), fungiert direkt als integrierte Wärmespreizschicht und macht dicke Wärmeleitmaterialien überflüssig. Zudem erzielen Dünnschicht-Kupfer-Umverdrahtungslagen in Halbleiterqualität Strukturbreiten und Abstände von unter 5 Mikrometern. Dieses lithografische Routing im Mikrometermaßstab ermöglicht extrem eng gekoppelte Treiber-zu-Gate-Schleifen mit Schleifeninduktivitäten im Sub-Nanohenry-Bereich. Eine derart geringe Induktivität ist essenziell, um Spannungsüberschwinger und parasitäres Einschalten bei ultraschnellen Wide-Bandgap-GaN- und SiC-Schaltern während steiler Schaltflanken von mehr als 100 V/ns wirksam zu unterdrücken.
Bearbeitet von Natania Lyngdoh, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.
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