ניתוח יעילות העלות של תהליכי ייצור שונים של Thyristor

מבוא ל- Thyristor Manufacturing Cost Structures

Thyristors משמשים כמכשירים קריטיים להחלפת יישומים בעוצמה גבוהה כגון כוננים תעשייתיים, HVDC שידור מעגל, שוברי מעגל מוצק, ובקרת מצעים קטרים. כמו מיצוי גלובלי מאיץ, יצרני Semiconductor להתמודד עם לחץ גובר כדי לספק את המכשול חזק במחירים תחרותיים יותר ויותר.הבנת יעילות העלות של שיטות ייצור חלופיות חיונית להתאמה של תקציבי ייצור עם מטרות איכות.

העלות הכוללת של ייצור מחוקק מרחיבה הרבה מעבר לחומרי גלם.זה כולל ייצור הון של ציוד ניקוי ועיבוד צנרת, נקודות זכות, עבודה, צריכת אנרגיה, אובדן תשואה לקויה, ובדיקת שלאחר הייצור.כל תהליך - החל הכנה תת-התאימות למפרט החבילה הסופי - תורמת באופן שונה לפרופיל הביצוע הכולל.

תהליכי ייצור מרכזיים ב- Thyristor

ייצור חג המולד המודרני מעסיק רצף של פעולות מיוחדות, שרבים מהם חופפים עם בדם מוליכים למחצה גנריים עד גבוה.We מארגנת את השלבים הליבה לחמישה קטגוריות:

• הכנה ודיבור
• היווצרות צומת (diffusion, ionplantation, אפיסי)
• גידול דיאלקטרי ועברה
• Metallization ויצור מגע
• האסיפה, האריזה והמבחן הסופי

כל קטגוריה מכילה אפשרויות טכניות מרובות, ואת העלות-יעילות משתנה במידה רבה בהתאם לטכנולוגיה הנבחרת וציר הציוד.

המונחים: Wafer

Thyristors בדרך כלל להתחיל עם שטח צף (FZ) או מגנטי Czochralski (MCz) סיליקון wfers, נבחר עבור התנגדות גבוהה ותוכן חמצן נמוך הנדרש כדי לחסום מתחים מעל 1000 V. העלות של אלה wfers הוא גבוה משמעותית מאשר זה של סטנדרטי Czochralski wfers בשימוש במכשירים לוגיים.

(FLT:0) נהגים:FLT:1 סיליקון זמן צמיחה (שעות ל mm של גביש), תשואות הפסדים במהלך שחיקה וניתוק קצה, ואת תדירות החלפתים בלתי אפשריים בתהליך FZ. כמה יצרנים לשחזר ערך על ידי שימוש חוזר צירים עבור שלבים עיבוד לא קריטי, אבל זה בפועל סיכונים זיהום ולהפחית את האמינות המכשיר.

שיטת צומת

לב של מחוקק - ערימה P-N-P-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N-N- דורש פרופיל מדויק של פרופילים מדויקים של פרופילים מדויקים של פרופילים מדויקים של פרופילים של שלוש גישות ראשוניותיקים-הפידים- 3 גישות עיקריות משמשותותותותותות עיקריות בייצור נפח ייצור נפח הייצור של ייצור נפח ייצור:

• (FLT:0) Thermal diffusionFLT:1: תהליך מבוסס אצווה באמצעות מקורות דונט מוצק או גזי (למשל, בורון nitride wfers, POCl3 נוזל מקורות).
• (FLT:0) השתלת דם 1:1: תהליך חד-וופר, גבוה-vacuum המספק מנה מדויקת ושליטה עומק. דורש שתלים יקרים בזמן גבוה ולאחר מכן צעדי נשימה להפעיל dopants ותיקון נזק גבישי.
• (FLT:0) גידול אפיפלימי (FLT:1): מוסיף שכבת דופד דק על גבי המצע, אידיאלי ליצירת מעברים חדים בין P ו N אזורים. איכות חומרית גבוהה אך נמוכה דרך גבוהה עלויות גז גבוה (למשל, סילאן, דונט hydr).

כלכלה Diffusion

בנץ' דיפוזיה יכול לעבד 50-200 צירים בו זמנית, להפיץ את העלות הקבועה של quartzware ומיזוג צינורות צינורית על יחידות רבות. עבור דור מבוגר עם סובלנות מרגיעה (למשל, ± 10% ± ± גיליון התנגדות), דיפוזיה נשאר הזול ביותר עבור התקנים מתכווץ ודירוגי מתח, לא חד-חמצני (35%) על ידי התמוטטות שטח באופן עקיף, על ידי פיזור מתחים (מפרקים) על ידי פיזור חומרים מסוכנים למתחים).

ניתוח עלויות Ion Implantation Cost Analysis

ליון שתלים יש עלות גבוהה (US 1.5–3 מיליון דולר לכלי עבור מכונות בינוניות,> 5 מיליון דולר עבור מודלים עתירי גבוה) שלהם לוח בינוני - בדרך כלל 60–120 צירים לשעה - אבל חיסול של כונן עתירי גבוה במנועי חשמל מקטין את חשבונות האנרגיה ותחזוקה של פראנס.

צומת אפיטקס

Epitaxy הוא שמור עבור עיצובים התובעניים ביותר: משחתים אור (LTT), השער להפוך את שלךריסטורים (GTO), ושער משולב מגולם את חג המולד (IGCT) הכור האפימיסלי הוא טיפת חד-פעמי או קטן-טלף רק עם עלות גבוהה מאוד (למשל, פלונית גבוהה ומימן) סגסוגת מינימלית (Axi) fery) להורדת חומר חד-פרי (Freporfusion) נמוך יותר, רק כדי להוסיף סגסוגת של 3 שעות ביממה, רק עם עלויות חשמליות נמוכה יותר, או סגסוגת נמוכה יותר.

Oxidation, Passivation, ו- Dielectric Layers

Thyristors דורשים שכבות דיאלקטריות עבות (בדרך כלל 1-3 μm סיליקון דו חמצני או TEOS מבוסס תחמוצת צומת) כדי להגן על הקצוות של צומת צומת משטח צומת צומת סיליקון (התעלמות גבוהה מתה, המעבר הוא לעתים קרובות ערימה רב שכבתי של סיליקון, סיליקון סיליקון למחצה סיליקון (POS) של מינרלים תרמיים מ-H2DR (R) ו-HDVDR) מוסיף את ה-DR) סיליקון (RDVDR.

הערה:0 [Cost-יעילות] הערה: LPCVD nitride הוא יקר משמעותית יותר מאשר פלזמה-enhanced nitride עבור עובי יחידה, אך מספק כוח דיאלקטרי טוב יותר ותוכן מימן נמוך יותר. עבור מכשירים מדורגים מתחת ל-2,000 V, PECVD nitride הוא לעתים קרובות מספיק וכלכלי יותר כי ניתן להפקיד בטמפרטורה נמוכה יותר (400 ° לעומת 750-C), ו-75 מעלות צלזיוס), תוך הפחתה של זמן נוסף.

מערכות מגע ומגע

אנשי הקשר Thyristor Omic חייבים לעמוד בתנודות נוכחיות גבוהות (hundreds of A/CM2) ותהליכים תרמיים חוזרים על עצמם. סטנדרטיים להשתמש בערימה רב-שכבתית: titanium (Ti) עבור adhesion, ניקל (Ni) עבור מחסום, וכסף (Ag) עבור מכרות. כמה מכשירים בעלי אחריות גבוהה להוסיף mobdenum (Mo) או tungstensten (W) כהתרחבות תרמית.

• (FLT:0) vaporation לעומת sputtering:FLT 1 אווה (e-beam או תרמי) זול יותר לרוץ אבל יש כיסוי צעד גרוע על גבי הטופוגרפיה עמוקה. Sputtering מייצרת אחידות גבוהה אבל דורש משאבות ואקום גדולות יותר ומטרות בעלות 200-800 דולר למטרה בהתאם למתכת.
• (FLT:0)Thick plingFLT:1: עבור מכשיינים בעלי חיים גבוהים מאוד, המתכת העליונה מו עבה לעתים קרובות על ידי אלקטרו-פלינג (למשל, 5-20 מיקרומטר של כסף או ניקל). פלטינג הוא תהליך רטוב עם הון נמוך יחסית, אבל הוא מציג עלויות טיפול פסולת כימי ובעיות נקבוביות פוטנציאליות אם לא מבוקר בקפידה.

מסגרת עלויות-אווירה השוואתית

כדי להעריך אילו שילוב תהליך מביא את העלות הנמוכה ביותר עבור המחוקק פונקציונלי, יש לשקול שלוש קטגוריות של השפעה כלכלית:

1. (ב) ,0) ייצור ישיר עלות ייצור: 1 (חומרים, עבודה, שירותים, קונסולות)
2. (ב) ,0) ,Capital depreciation despreciation 1 (העלות של חקירה מחולקת על ידי יחידה באמצעות חישוב על החיים השימושיים שלה)
3. (ב) ,0) ,[[1924]]]]

אנו מציגים השוואה בין שלושה תרחישים של ייצור (מנה קטנה, נפח בינוני, נפח גבוה) המבוסס על נתונים חסכוניים בתעשייה.כל הדמויות מונרמלות לתביעות יחסיות לסודיות.

סקרניו 1: חתכים מכס קטן (55-200 וואטרים/שנה)

Process Step	Option A (Diffusion + Evaporation)	Option B (Implant + Sputter)
Wafer cost	1.5	1.5
Junction formation	1.2	2.8
Oxide passivation	0.6	0.6
Metallization	0.4	0.9
Assembly & test	2.0	2.0
Total per wafer	5.7	7.8
Yield (functional die per wafer)	70%	85%
Cost per good die	8.1	9.2

בתרחיש הקטן, ההון התחתון והלוגיסטיקה הפשוטה יותר של דיפוזיה שומרים על העלות הענישה נמוכה יותר למרות התשואות הנחותות. Option B הופכת אטרקטיבית רק אם היישום דורש בקרת פרמטר הדוק יותר.

Scenario 2: Medium-Volume Thyristors (5,000 מתילים/שנה)

Process Step	Diffusion + Epitaxy	Implantation + LPCVD
Total per wafer	6.5	6.8
Yield	78%	90%
Cost per good die	8.3	7.6

בנפח בינוני, התשואה הטובה יותר של השתלת יון ו- LPCVD ניטריד עובר עלות גבוהה יותר עבור תשואות על פני השטח.זה תרחיש נפוץ בנהגים תעשייתיים עם דירוגים של 1,200-2,500 V.

סקרנריו 3: High-Volume Standard Thyristors (50,000+ ויפרים/שנה)

לייצור בקנה מידה גדול של מערכי שלב הסחורות, מבנה העלות מרוויח ציוד ייעודי, גבוה דרך גבוהה ציוד.Ion השתלת מתמחר במהירות, ואת הדיוק המשופר מאפשר למעצבים לכווץ את אזור המוות (יותר למות ל-Vuefer). השילוב היעיל ביותר בדרך כלל כרוך:

• FZ סיליקון
• השתלת Ion לכל שכבות הצומת
• PECVD עובר
• טי-ני-אנג מתכת
• סוללות אוטומטיות של שטיח ו-reel

תחת משטר זה, עלות למות טוב יכולה להיות 1.8-2.5 פעמים נמוך יותר מאשר תהליך דיפוזיה קטן, המונע בעיקר על ידי שיפור התשואה (93%+ לעומת 70%) ושימוש בציוד.

עלויות נסתרות ואינטראקציות תהליכים

גורמים עדינים רבים משפיעים על העלות הכוללת של הבעלות ועליהם להיכלל בכל ניתוח ריאלי:

• (FLT:0) תקציבי הירומטר ודף מלחמה: אנדרל 1 (מספר שלבים בטמפרטורה גבוהה (diffusion, oxidation) מגבירים את החשיפה המצטברת, מה שמוביל ל-wfer Warpage המפחית את יישורות photolithography. Implantation-based Flows אשר מפחית מחזורי תרמי יכולים לקצץ גלימה הקשורה ל- 30–50%.
• (FLT:0)שליטה בשליטה:FLT:1 Furnace צינורות המשמשים diffusion לצבור זיהום מתכת (ברזל, נחושת) מריצה קודמת, הדורש ניקוי תקופתי או החלפת צינור.העלות של תחזוקה מונעת בקווי דיפוזיה לעתים קרובות מזלזלת - צינור פרווה טיפוסי קובע עלות $2,000-5,000 וצריכים כל 500-1,000 פועל.
• (FLT:0) רכישת טביעת רגל וכלי רכב: ibph:1 ; Ion שתלים לצרוך 50-100 קילוואט של כוח ודורש מים מצמררים, אוויר דחוס וחנקן. Diffusion פרונסיס גם שואב כוח גבוה במהלך הרמפה, אבל הביקוש הקירור הוא נמוך יותר.מודל עלות יסודי חייב לכלול שיעורי שירות, דמי שכירות שטח, ותשתית (למשל, מכפליים, מכילות, מתפתלות, מתפתלות).
• (FLT:0) ו-טיפול:FreaLT:1 למערכות טיפול אוטומטיות להפחית את ההפסקה בהשוואה לעיבוד ידני, אך להוסיף עלות הון. עבור אצוואות קטנות, טיפול ידני עשוי להיות עדיפה מבחינה כלכלית למרות שיעורי הפרידה גבוהים יותר שולית (0.5% לעומת 0.1%).

רגישות אנרגיה

באזורים שבהם מחירי החשמל עולים על $12 /kWh, רכיב האנרגיה של תהליכים עתיריים גבוהים (epitaxy, diffusion) הופך לשבריר בולטת של עלות כוללת. גידול אפי-ימי יחיד לרוץ ב 1,150 מעלות צלזיוס במשך שעתיים לצרוך בערך 60 קילוואט של כוח.עבור קו ייצור פועל 20 מחזורי אפיקס ליום, הצעת חשמל חודשית עבור כלי בודד, 300 $ להורדת טמפרטורה גבוהה יותר, אך היא בדרך כלל יכולה להיות נמוכה יותר.

המונחים: Deeper Analysis

הקוראים המבקשים מידע נוסף על מודלים של עלויות תהליכים ספציפיים יכולים להתייעץ עם המשאבים הבאים:

• אתר האינטרנט של חברת החשמל (FLT:0)Power Electronics Newseur NewsFLT:1 מציע עדכונים קבועים על מגמות ייצור Thyristor והצגת ציוד.
• IEEE Xplore מכיל מספר רב של מסמכי כנס מה-FLT:0 סימטריות בינלאומית על מכשירים Power Semiconductor ו- ICs (ISPSD)IRLT:1 שמשווים את הפיזור לעומת התשואות בשיעורי מתח שונים.
• האגודה התעשייתית של ליגת ה-FLT:0 (SIAIRFLT) מפרסם את דגמי העלות השנתית של בעלות שניתן להתאים למכשירי חשמל דיסקרטיים.

המלצות אסטרטגיות ליצרנים

בהתבסס על הניתוח לעיל, יש צורך בבחירה של תהליך ייצור ה- Thyristor על ידי שלושה גורמים עיקריים:

1. (FLT:0) נפח הייצור של נפח FLT:1: עבור שנתי wfer מתחיל מתחת 1000, דיפוזיה תרמית בשילוב עם evaporation מתכתlization מציעה את החשיפה הון הנמוך ביותר באיכות מקובלת. as נפח עולה ל-5,000 צירים בשנה, מעבר להשתלת יון ונפיחות מניבה חיסכון נטו באמצעות שיפור.
2. (FLT:0 ו-Voltage Index and Die SizeFIRLT:1): Thyristors מדורגים מתחת ל-1,500 V יכול לסבול את התפשטות הפרמטר הרחבה יותר של דיפוזיה; מעל 2,500 V, השתלת יון או שיטות אפימיסליות מומלץ מאוד להשיג את אחידות המתח הנדרשת ללא התחממות מופרזת.
3. (FLT:0) עלות הבעלות (TCO)FigLT:1: מודל TCO המשתרע על פני שלוש עד חמש שנים צריך לכלול לא רק ציוד לרכוש וניתן להשגה, אלא גם להניב עקומות למידה, חוזים תחזוקה, ועלויות פירוק.במקרים מסוימים, להפחתת שתלים במקום לרכוש אותם יכול להפחית את ההשפעה של המאזן תוך שמירה על הגישה לכלים האחרונים.

לבסוף, יצרנים לא צריכים להתעלם מהיתרונות הפוטנציאליים של שילוב צעדים: לדוגמה, מסכת רב-שכבות יחידה עבור השתלת יון יכולה להחליף שניים או שלושה רצפי דיפוזיה, חיתוך זמן משבוע עד ימים והפחתה דרמטית של עלויות המלאי בעבודה-בתוקף. אלה חיסכון עקיף לעתים קרובות טיפ את האיזון הכלכלי לטובת תהליכים מתקדמים יותר גם כאשר העלות הישירה של צנרת נראה גבוה יותר.

מסקנה: Balancing Performance and Economy

אין תהליך ייצור מיטבי של Thyristor באופן אוניברסלי.השיטה היעילה ביותר תלויה בהקפה מסחר זהיר בין עלויות החומר, הון הציוד, קצב התשואות והיקף הייצור. עבור מכשירים בעלי איכות נמוכה, גבוהה-תועלת גבוהה (כגון אלה המשמשים בתעשיית התעופה או תשתית רשת), פרמיה בתשלום עבור פשטות מבוססת דיפוזיה עשוי להיות מוצדק.