Die neue Produktionslinie für Leistungshalbleiter an der KTH in Kista - Mode Popup Store

Die Produktionslinie für Leistungshalbleiter am Electrumlab der Kungliga Tekniska Högskolan in Kista ist nun in Betrieb. Angesichts der globalen Elektrifizierung wird der Bedarf an Leistungshalbleitern erheblich zunehmen.

Heute ist es kaum möglich, ohne Spannungswandler (Umrichter) auszukommen. Diese elektronischen Geräte wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um und ändern die Spannungsniveaus. Sie sind in der Unterhaltungselektronik ebenso anzutreffen wie in Batterieladegeräten, Elektroautos und deren Ladesystemen, Solarkraftwerken, Windkraftanlagen sowie in zugehörigen Batteriespeichern, Lokomotiven, industriellen Maschinenantrieben und in Pumpen- und Ventilantrieben in verschiedenen Kraftwerken. In Zukunft könnten sie auch in Antrieben für Elektromagnete und Pumpen in Fusionsreaktoren eingesetzt werden. Im Stromnetz dienen sie sowohl der Spannungswandlung als auch der Gleich- und Wechselstromrichtung für die Energieübertragung zu und von Seekabeln für den Export von elektrischer kraft.

Wenn ein elektrisch betriebener Lkw mit mehreren Megawatt geladen wird, müssen Halbleiter verfügbar sein, die den Energiefluss steuern können. Für die Herstellung dieser Komponenten sind neue Produktionslinien erforderlich, die Europa von der Abhängigkeit Asiens befreien. Dies hat die EU erkannt, und das Projekt Chips Joint Undertaking hat zur Schaffung von vier Linien in Europa geführt. Insgesamt stellt Chips JU 1,67 Milliarden Euro für dieses Vorhaben bereit.

Das Produktionsprojekt

Wir sprechen mit Professor Mikael Östling, der das Projekt am Electrumlab leitet, zusammen mit dem Technikchef Professor Per-Erik Hellström:

„Die Produktionslinie ist die erste ihrer Art in Schweden, die Komponenten der Megawattklasse herstellen kann, die aus Siliziumkarbid auf 150-Millimeter-Wafern gefertigt werden. Die Arbeit schreitet zügig voran, und KTH wird als erstes in der Lage sein, seine Komponenten in der gesamten Pilotlinie zu liefern. Wir planen, die Prozesstechnologie bis Ende des späten Frühlings abzuschließen und hoffen, dass wir zur Jahresmitte nächsten Jahres Komponenten für einen offenen Testmarkt für die akademische Welt, Institute und die Industrie bereitstellen können.“

Die Produktionslinie im Detail

Die Produktionslinie der KTH trägt den Namen „WBG Pilot Line für Kraftelektronik“ (Wide Bandgap Semiconductors), und das EU-Budget für die Zusammenarbeit mit Finnland, Polen, Österreich, Italien, Frankreich und Deutschland beträgt etwa 2 Milliarden Kronen, wovon Schweden etwa 150 Millionen erhält. Schweden ist in der Entwicklung weit fortgeschritten, und es gibt Produktionslinien an der KTH, an der Universität Lund, am Chalmers und an der Universität Linköping innerhalb der Myfab-Organisation.

Für die KTH steht Siliziumkarbid im Fokus, aber auch andere extremere Materialien wie Aluminium-Nitrid, Galliumoxid und Diamant werden in anderen Laboren erforscht.

Über das Bandgap

Ein großes Bandgap bedeutet im Wesentlichen, dass Transistoren in der Lage sind, sehr hohe Temperaturen, Ströme, Spannungen und Frequenzen zu bewältigen, bis zu 300 Grad, mehrere hundert Ampere und Spannungen zwischen 3 und 15 Kilovolt bei Schaltfrequenzen von bis zu 10 Kilohertz. All dies ist nötig, um die Effizienz in Megawatt-Anwendungen zu maximieren und Wärmeverluste zu minimieren.

Die hohe Effizienz der SiC-Transistoren ergibt sich daraus, dass sie für sehr lange Leitungswiderstände ausgelegt werden können, dabei aber hohe Spannungen aushalten. Dies hängt mit den Eigenschaften von Materialien mit großem Bandgap zusammen. Außerdem besitzt das Material eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, was die Kühlung günstiger und die Konstruktion kompakter und effizienter macht.

Die Zukunft der Halbleitertechnik in Schweden

Viele wissen nicht, dass Schweden eine führende Nation in der Halbleiterherstellung ist, aber dies könnte sich in Zukunft ändern. Schweden hat einen hervorragenden Ruf als Elektrizitätsnation. Die schwedische Firma Kisab ist bekannt für die Herstellung qualitativ hochwertiger Siliziumscheiben, die in scharfer Konkurrenz zu China steht. Electrumlab ist ebenfalls in diesem Bereich aktiv und liefert hochmoderne Komponenten für sehr hohe Leistungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der zunehmenden Elektrifizierung der Fokus auf Spannungswandlern mit neuen, hocheffizienten Halbleitern und hoher Effizienz gelegt werden sollte, die äußerst „grün“ und vorteilhaft für das Klima sind.

Weitere Informationen zur Technologie

Tiefenblick auf Leistungshalbleiter an der KTH: Link zur Webseite

Mehr über Electrumlab: Link zur Webseite

Fakten über Electrumlab

Reinraum mit 1300 m²
Ca. 200 aktive Nutzer, ca. 10 verschiedene Unternehmen
Qualitätszertifiziert nach ISO 9001 und 14001
Verfügt über eine moderne Ausstattung mit den neuesten Prozessgeräten
Wird hauptsächlich durch KTH, Forschungsprojekte sowie das Wissenschaftsministerium finanziert und durch Nutzungsgebühren von der Industrie unterstützt