Силициевият карбид е предвиден за захранване на всичко - от електромобили и бързи зарядни устройства до улавяне и съхранение на възобновяема енергия

С 36-годишния си опит в работата със силициев карбид Cree/Wolfspeed вярва, че разполага с необходимите знания и възможности за захранване на всичко - от електрически превозни средства и бързи зарядни устройства, 5G безжична инфраструктура и приложения за улавяне и съхранение на възобновяема енергия.

Дружеството разполага с обширен набор от възможности и бързо увеличава капацитета си чрез откриване на нови фабрики и съоръжения, като например кампуса в Северна Каролина, където функционира фабриката за материали от силициев карбид на Джон Палмур.

Защо силициев карбид?

Силициевият карбид е изключително твърдо синтетично произведено кристално съединение на силиций и въглерод. От края на XIX век алуминиевият оксид (АО) се използва като абразив в различни промишлени и металургични приложения, като огнеупорни облицовки за пещи и високотемпературни ракетни двигатели. Композитните материали от въглеродни влакна се използват широко като компоненти във високопроизводителни инженерни компоненти за приложения, включващи екстремни температурни условия, включително лагери на помпи, клапани, инжектори за пясъкоструене, режещи инструменти и матрици за екструдиране. Тяхната висока температура на топене осигурява стабилна работа при високотемпературни условия, а здравината, твърдостта, издръжливостта и устойчивостта на корозия ги правят популярен избор на керамика за брони и части на каросерията в космически превозни средства, както и в автомобили.

Силициевият карбид се откроява сред полупроводниковите материали в електрониката благодарение на характерната си атомна структура, която му осигурява полезни полупроводникови свойства. Силициевият карбид може да провежда електричество при по-високи напрежения от своя силициев аналог, което прави възможни по-малки и по-бързи електронни устройства. Силициевият карбид намалява загубите на напрежение и ток, като същевременно подобрява топлинната ефективност и плътността на мощността - качества, които го правят идеален материал за средите на електрическите превозни средства (ЕПС) и други нови приложения.

Дългогодишният успех на Wolfspeed като компания за светодиодно осветление им дава необходимия опит за производство на висококачествени пластини от силициев карбид, необходими за електронните устройства. Техните производствени процеси осигуряват нисък процент на дефекти, които допринасят пряко за производителността и надеждността.

Силициевокарбидните MOSFET-и на Wolfspeed се превърнаха в предпочитан избор за приложения в електрически превозни средства поради способността им да издържат на големи температурни колебания и влажна среда, което ги прави идеални за суровата среда в електромобила. Тъй като все повече хора използват електрически превозни средства, търсенето на високоефективна силова електроника само ще продължи да се увеличава - Wolfspeed е водеща в индустрията с MOSFET от силициев карбид, които осигуряват повишено напрежение и ток, като същевременно минимизират производството на топлина и подобряват енергийната ефективност.

Wolfspeed и Renesas наскоро обявиха 10-годишно споразумение за доставка на 150-милиметрови плочи от силициев карбид за захранващи устройства на Renesas, с което се изпълнява стратегията на Wolfspeed за осигуряване на OEM производителите на полупроводници от силициев карбид с широка разделителна способност, необходими за бъдещите им проекти.

Приложения

С нарастването на енергийното съзнание на обществото търсенето на алтернативни енергийни източници, мерки за намаляване на отпадъците и подобряване на ефективността на батериите се увеличава значително. Чиповете от силициев карбид (SiC) на Wolfspeed могат да играят съществена роля в енергийни приложения като електрически превозни средства, станции за бързо зареждане, 5G безжична инфраструктура и съхранение и улавяне на възобновяема енергия.

SiC е три пъти по-силен от силиция, когато става въпрос за токопроводимост, и се отличава с подобрени термични характеристики за системи, изискващи висока надеждност, което означава по-малко загуби на енергия в системите, които го използват. Намалената температура на топене и кипене на SiC също така го прави по-безопасен за работа.

3300V SiC MOSFET-ове Gen3 на Wolfspeed могат да помогнат на проектантите да намалят размера, теглото и разходите на системата, като същевременно увеличат енергийната плътност. SiC MOSFET се характеризират с 20% по-ниски загуби при превключване и 50% намалени паразитни загуби в сравнение с традиционните силициеви силови полупроводници; както и с работа при по-високи честоти на превключване за повишена ефективност при всички натоварвания.

Установено е, че SiC устройствата в индустриалните моторни задвижвания значително намаляват общите загуби на системата с до 2,6%, което прави SiC съвместими с някои от най-строгите глобални стандарти за ефективност като SEER, ESEER и SCOP в Америка и Китай, както и с изискванията на GB21455 в Китай. Поради това конструкторите могат да постигнат целите за ефективност, като същевременно увеличат ефективността на общия размер на системата и намалят емисиите на звуков шум.

Технологията на Cree преобрази индустрията на електрическите превозни средства и Wolfspeed е готова да отговори на бързо нарастващото търсене с пускането на обширно съоръжение за производство на 200 мм чипове в долината Мохок в щата Ню Йорк, както и със започването на строителството на мегафабрика за 200 мм материали в Дърам.

Wolfspeed разработва широколентови полупроводници на базата на силициев карбид и галиев нитрид (GaN) за използване в моторни задвижвания на електрически превозни средства (EV), захранващи устройства, приложения за събиране на слънчева енергия, транспорт, военни приложения и военни наземни системи. Wolfspeed разполага със съоръжения за научноизследователска и развойна дейност в Северна Каролина, Калифорния, Арканзас и Ню Йорк и произвежда GaN устройства в производствените си обекти в Северна Каролина и Калифорния. С цел да се възползва от $40 милиарда възможности в областта на технологията на силициевия карбид и да ускори растежа на приходите чрез планове за разширяване на фабриките и заводите за материали на зелено компанията планира да се възползва от $40 милиарда възможности в областта на технологията на силициевия карбид.

Дизайн

Устройствата от силициев карбид (SiC) на Wolfspeed с широка лента на пропускане предлагат значителни предимства в приложенията на силовата електроника, включително намаляване на размера, теглото и сложността на дизайна на системата; повишаване на ефективността; нови възможности за проектиране и намаляване на разходите.

SiC е идеалният избор на материал за високопроизводителна електроника, използвана в електромобили, индустриални моторни задвижвания, решения за съхранение на възобновяема енергия и приложения за железопътна инфраструктура, които изискват максимална плътност на мощността и производителност. Един чип може да замени множество компоненти в конвенционалните преобразуватели, като същевременно управлява тока на товара и осигурява по-голяма изходна мощност от преди. Тези предимства превръщат SiC в отличен избор за мощни електронни приложения, като например електромобили, индустриални моторни задвижвания, решения за съхранение на възобновяема енергия и приложения в железопътната инфраструктура.

Ключът към тези нови способности на SiC за обработка на енергия е неговата уникална структура и свойства: както и при диаманта, SiC е известен като едно от най-твърдите вещества, познати на човека; но неговата електропроводимост и топлинен капацитет също превъзхождат тези на други материали. Работата на предшественика на компанията Cree - сега Wolfspeed - включваше и иновации в дизайна на устройствата, позволяващи по-малки чипове с мощност, сравнима с тази на традиционните силициеви полупроводници.

След пускането им на пазара през миналата година търсенето на продукти за захранване на Wolfspeed бързо нараства, което се дължи на бурното разрастване на пазара на електрически превозни средства. За да отговори на тази безпрецедентна възможност, Wolfspeed направи значителни инвестиции за увеличаване на капацитета на своя завод за производство на SiC устройства с диаметър 200 мм, който наскоро бе открит в долината Мохок в Ню Йорк, завода за материали в Дърам и планирания втори завод за производство на устройства с диаметър 200 мм в Саарланд, Германия.

Широкият избор на Wolfspeed от продукти за захранващи MOSFET с голи матрици дава на проектантите гъвкавостта да създават сами решения на базата на силициев карбид в комбинация с техните спестяващи време инструменти за поддръжка на проектирането, като помага на инженерите да реализират по-висока производителност, по-ниски разходи и повишена надеждност на системата за следващото поколение проекти на базата на силициев карбид.

Технология

Технологията MOSFET от силициев карбид на Wolfspeed дава възможност на клиентите да захранват повече с по-малко енергия. Това е не само полезно за околната среда, но и за крайния резултат. Техните 650V SiC MOSFET се отличават с по-ниска цена на ват, по-високи скорости на превключване и превъзходни термични характеристики - идеални за проекти за възобновяеми енергийни източници с резки температурни колебания. Дълготрайността и надеждността правят тези MOSFET изключително подходящи.

SiC е предизвикателен материал за работа, но Cree (наскоро преименувана на Wolfspeed) е новатор в дизайна на устройствата и производствените процеси. Техните иновации доведоха до по-малки чипове за дадена мощност, както и до по-голяма плътност на устройствата върху една пластинка; всичко това доведе до значително намаляване на разходите и по-широко възприемане на технологията на силициевия карбид от различни индустрии.

Wolfspeed предприе редица инициативи, за да отговори на това бързо нарастващо търсене, като например изграждането на първата и най-голяма в света 200-милиметрова фабрика за производство на SiC във фабриката си в Мохоук Вали в Ню Йорк; откриването на Производствен център на Джон Палмур за кристален растеж на силициев карбид в Силер Сити, Северна Каролина; и създаването на мегафабрика за материали в централата на американския им кампус в Дърам, Северна Каролина.Това разширяване ще доведе до невероятно 30-кратно увеличение както на капацитета за производство на SiC пластини, така и на производството на материали.

Наскоро Wolfspeed подписа дългосрочно споразумение за доставка с международна компания за полупроводници, за да осигури постоянни доставки на силициев карбид за захранващи устройства, необходими за задвижването на електрически превозни средства, индустриална електроника и приложения за захранваща електроника, свързани с мрежата. Това сътрудничество укрепва визията на двете компании за бърз преход от традиционните силициеви полупроводници към захранващи устройства от силициев карбид.

Wolfspeed и Mersen Graphite си сътрудничат отдавна, като са водещи в индустрията в разработването и прилагането на високотехнологични материали на въглеродна основа, използвани в технологиите за преобразуване на енергия, като например производството на субстрати от силициев карбид. По силата на новото им споразумение сътрудничеството в този сектор се задълбочава още повече - очакваните продажби могат да достигнат 400 млн. щатски долара по време на първоначалния му петгодишен срок.