Решения ST в области высоковольтного оборудования

6/17/2024 10:16:15 AM

Поскольку волна ИИ охватывает мир, чипы AI SoC (система на кристалле) широко применяются в потребительской электронике, промышленной автоматизации, медицинском оборудовании, аэрокосмической отрасли, интеллектуальных транспортных средствах и других областях благодаря своей высокой интеграции, низкому энергопотреблению, высокой производительности и высокой вычислительной мощности, становясь основной силой, движущей современные технологические изменения. Как ключевая поддержка производства и изготовления SoC, производительность высоковольтной выходной мощности напрямую определяет производственную мощность и надежность SoC.

В передовом полупроводниковом процессе AI SoC стабильная высоковольтная система электропитания является основным источником питания для основных технологий полупроводникового процесса, таких как высоковольтный импульс, литографическая машина, ионная имплантация, плазменное травление и химическое осаждение из паровой фазы (CVD).

При применении высоковольтного импульсного источника питания во время процесса травления высоковольтный импульсный источник питания может достигать точной регулировки плотности плазмы, распределения энергии и частоты ионного удара за счет точного управления параметрами импульса. Использование высокочастотного импульсного источника питания высокого напряжения может увеличить плотность плазмы без значительного увеличения энергии ионов, тем самым достигая более высокой скорости травления и лучшей селективности травления. Высоковольтный источник питания обеспечивает стабильный выход высокого напряжения, а его выходное напряжение и значения тока относительно постоянны. Он может обеспечить непрерывное и стабильное питание для оборудования и может точно контролировать параметры импульса, такие как ширина импульса, частота, амплитуда импульса и т. д.

Литографическая машина является одним из наиболее критически важных устройств в процессе производства чипов и требует стабильного источника питания. В литографическом процессе производства чипов литографическая машина точно проецирует рисунок интегральной схемы на поверхность пластины, покрытой фоторезистом, с помощью ряда сложных оптических принципов. Управляя параметрами экспонирования литографической машины, такими как интенсивность экспонирования, время экспонирования и длина волны, фоторезист может быть точно экспонирован, тем самым формируя соответствующий рисунок фоторезиста на пластине. Таким образом, высоковольтный источник питания обеспечивает стабильный высоковольтный привод для источника света глубокого ультрафиолета (DUV) или экстремального ультрафиолета (EUV) литографической машины, гарантируя, что источник света поддерживает выходную мощность, длину волны и стабильность луча в условиях высокой интенсивности работы. Только при стабильной работе источника света можно достичь точности переноса литографического рисунка на уровне нанометров, тем самым обеспечивая производительность производства чипов и плавное продвижение передовых процессов.

Для плазменного травления требуется высоковольтный источник питания для точного управления электрическим полем, чтобы легированные ионы могли получить определенную энергию и быть введены в полупроводниковую подложку под точным углом и глубиной для достижения направленной оптимизации электрических характеристик устройства. Во время процесса плазменного травления высокое напряжение возбуждает реакционный газ для ионизации и образования плазмы, а ударный эффект высокоэнергетических ионов используется для травления полупроводникового материала слой за слоем в соответствии с разработанным рисунком. Процесс CVD опирается на высоковольтный источник питания для поддержания стабильной плазменной среды, побуждая газообразный прекурсор проходить химическую реакцию под воздействием высокой температуры и электрического поля, и осаждая высококачественные тонкопленочные материалы на поверхности кремниевой пластины. Это передовое полупроводниковое технологическое оборудование не может обойтись без стабильного высоковольтного источника питания.

Высоковольтный источник питания переменного/постоянного тока мощностью 11 кВт + решение постоянного/постоянного тока мощностью 3 кВт для высоковольтного оборудования на заводах по производству полупроводников с передовыми технологиями AI-чипов использует полностью изолированные драйверы для управления SiC в аппаратной конструкции, а вся система использует полупроводниковые карбид-кремниевые трубки третьего поколения ST на 1200 В. Микроконтроллер использует двухъядерный процессор M7 на основе архитектуры ARM. Вычислительная мощность ST Stellar E1 в 300 МГц может удовлетворить системные требования к оборудованию существующих заводов по производству полупроводников с передовыми технологиями AI-чипов. В то же время он оснащен независимым модулем M0 core HSM для соответствия требованиям информационной безопасности современного полупроводникового оборудования и поддержки обновлений системы OTA. Высоковольтный выход 11 кВт 800 В может обеспечить стабильное высоковольтное питание с высоким импульсным напряжением, а DCDC 3 кВт с высоким напряжением на низкое напряжение имеет большой ток 200 А, что может удовлетворить требования к низковольтному выходу 12 В - 16 В на полупроводниковом оборудовании. Это системное решение может предоставить клиентам аппаратное и программное обучение и проверку высоковольтных систем.

►Схема применения сценария

► Фотографии на стенде

►Solution Block Diagram

►Основные технологические преимущества
1. Архитектура источника питания высокого напряжения 11 кВт представляет собой трехфазный тотемный столб PFC+CLLC
2. Выход высокого напряжения 11 кВт регулируется от 500 В до 800 В постоянного тока
3. Максимальный ток выхода высокого напряжения 11 кВт составляет 15 А
4. Пиковая эффективность выхода высокого напряжения 11 кВт составляет 96,5%
5. Архитектура источника питания высокого напряжения в низкое напряжение 3 кВт представляет собой фазосдвиговый полный мост
6. Выход высокого напряжения в низкое напряжение 3 кВт регулируется от 12 В до 16 В постоянного тока
7. Максимальный ток выхода высокого напряжения в низкое напряжение 3 кВт составляет 200 А
8. Пиковая эффективность выхода высокого напряжения в низкое напряжение 3 кВт составляет 95,2%
9. Вся серия систем использует карбид-кремниевую трубку третьего поколения ST 1200 В
10. Система использует двухъядерный ARM M7 300 МГц вычислительной мощности MCU для соответствия требованиям передового полупроводникового высоковольтного оборудования
11. Системный MCU имеет независимый модуль функциональной безопасности HSM с M0
12. Поддержка обновления OTA
13. Решение полной изоляции привода

►Характеристики решения
1. Высоковольтный выход переменного/постоянного тока 11 кВт
Входное напряжение: 304 В переменного тока - 456 В переменного тока
Выходное напряжение: 500 В постоянного тока - 900 В постоянного тока
Выходной ток: 15 А Idc максимум
Выходная мощность: 11 кВт максимум
Пиковая эффективность: 96,5%

2. Высоковольтный/низковольтный DC/DC 3 кВт
Входное напряжение: 800 В постоянного тока
Выходное напряжение: 12 В постоянного тока - 16 В постоянного тока / 200 А Idc максимальный
Выходная мощность: 3 кВт максимум
Пиковая эффективность: 95,2%