日本中央硝子（Central Glass）開發(fā)出了用于功率半導(dǎo)體尖端材料「碳化硅（SiC）」基板的新制造技術(shù)。artience（原日本東洋油墨SC控股）也在新型接合材料的實(shí)用化方面看到了眉目。碳化硅半導(dǎo)體可提高純電動汽車（EV）的充電速度。而兩家企業(yè)的技術(shù)均有助于降低碳化硅半導(dǎo)體的價格。日本擁有優(yōu)勢的材料技術(shù)將推動EV的普及。
中央硝子開發(fā)出了利用含有硅和碳的溶液來制造碳化硅基板的技術(shù)。與使用高溫下升華的碳化硅使單晶生長的傳統(tǒng)技術(shù)相比，更容易增大基板尺寸以及提高品質(zhì)。這可使基板的制造成本降低1成以上，不合格率也會大幅降低。
利用兩種元素混合而成的溶液，很難制作出均勻的晶體，此前一直未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。中央硝子運(yùn)用基于計(jì)算機(jī)的計(jì)算化學(xué)，通過推算溶液的動態(tài)等，成功量產(chǎn)出了6英吋口徑基板。
據(jù)稱，為了讓客戶采用以新技術(shù)制作的碳化硅基板，該公司已開始與歐美的大型半導(dǎo)體企業(yè)等展開討論。最早將于2024年夏天開始向客戶提供樣品，2027～2028年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。將在日本國內(nèi)的工廠實(shí)施數(shù)十億日元規(guī)模的投資，目標(biāo)是達(dá)到10％以上的份額。該公司打算最早于2030年把尺寸擴(kuò)大到8英吋�；逶酱�，用1塊基板制造出來的半導(dǎo)體就越多，生產(chǎn)效率也越高。
功率半導(dǎo)體被安裝于充電器、小型家電、用來連接EV馬達(dá)和電池的控制設(shè)備上，用于功率控制等。碳化硅產(chǎn)品可以施加比目前主流的硅產(chǎn)品（目前的主流）強(qiáng)約10倍的電壓。據(jù)稱，以用在EV的快速充電器上為例，與使用硅基板時相比，可使充電時間由90分鐘縮短到20分鐘。
另一方面，使用碳化硅的功率半導(dǎo)體比硅產(chǎn)品的價格高出數(shù)倍。制造成本正在成為碳化硅功率半導(dǎo)體普及的攔路虎。為此，各材料企業(yè)正在加緊開發(fā)有助于降低成本的技術(shù)。
artience新開發(fā)出了用于接合晶片和銅等基板的「奈米燒結(jié)銀接合材料」。在用于碳化硅基板的接合材料方面，雖然業(yè)界正在考慮使用以耐高溫的銀為主要成分的材料，但需要一個施加壓力的工序來提高接合性。半導(dǎo)體廠商需要引進(jìn)每臺價格高達(dá)1億日元左右的設(shè)備，為此，有很多企業(yè)不愿意采用銀接合材料。
artience開發(fā)的接合材料具有無需加壓也能提高接合性的特點(diǎn)。運(yùn)用了該公司在顏料領(lǐng)域培育的可控制粒子大小的技術(shù)以及可使銀均勻散開的技術(shù)。
由于不需要加壓，因此可使接合工序的生產(chǎn)設(shè)備初始投資降低到原來的六分之一。通過節(jié)省加壓所需要的時間，還能使接合時的生產(chǎn)效率提高到4倍。
目前已有半導(dǎo)體廠商進(jìn)行洽購，計(jì)劃最早于2026年實(shí)現(xiàn)1噸的年產(chǎn)量，到2030年增產(chǎn)至3噸。如果只用于功率半導(dǎo)體的接合，1噸相當(dāng)于約300萬輛EV的用量。將轉(zhuǎn)用現(xiàn)有油墨工廠的生產(chǎn)設(shè)備。
可提高功率轉(zhuǎn)換效率的碳化硅功率半導(dǎo)體，除了EV用途之外，也越來越多地應(yīng)用于需求因人工智能（AI）的發(fā)展而迅速擴(kuò)大的數(shù)據(jù)中心。據(jù)日本富士經(jīng)濟(jì)（東京都中央?yún)^(qū)）預(yù)測，到2035年，碳化硅功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將擴(kuò)大至2023年的8倍，達(dá)到3萬1510億日元。隨著制造成本降低，碳化硅功率半導(dǎo)體的普及速度可能會加快。
