Karbid křemíku je určen k napájení všeho od elektromobilů a rychlonabíječek až po zachycování a skladování obnovitelné energie

Společnost Cree/Wolfspeed má 36 let zkušeností s karbidem křemíku a je přesvědčena, že má znalosti a schopnosti potřebné pro napájení všeho od elektromobilů a rychlonabíječek přes bezdrátovou infrastrukturu 5G až po aplikace pro zachycování a skladování obnovitelné energie.

Společnost se může pochlubit rozsáhlým portfoliem příležitostí a rychle zvyšuje kapacitu otevíráním nových továren a zařízení, jako je například areál v Severní Karolíně, kde funguje továrna na výrobu materiálů z karbidu křemíku John Palmour.

Proč karbid křemíku?

Karbid křemíku je extrémně tvrdá synteticky vyrobená krystalická sloučenina křemíku a uhlíku. Od konce 19. století se oxid hlinitý (AO) používá jako abrazivo v různých průmyslových a metalurgických aplikacích, jako jsou žáruvzdorné vyzdívky pecí a vysokoteplotní raketové motory. Kompozitní materiály z uhlíkových vláken se široce používají jako součásti vysoce výkonných technických komponentů pro aplikace zahrnující extrémní teplotní podmínky, včetně ložisek čerpadel, ventilů, pískovacích vstřikovačů, řezných nástrojů a vytlačovacích forem. Jejich vysoký bod tání zajišťuje stabilní provoz v prostředí s vysokými teplotami, zatímco jejich pevnost, tvrdost, trvanlivost a odolnost proti korozi z nich činí oblíbenou volbu keramiky pro pancéřové a karosářské díly v leteckých a kosmických vozidlech i automobilech.

Karbid křemíku vyniká mezi polovodičovými materiály v elektronice díky své charakteristické atomové struktuře, která mu poskytuje užitečné polovodičové vlastnosti. Karbid křemíku může vést elektrický proud při vyšším napětí než jeho křemíkový protějšek, což umožňuje výrobu menších a rychlejších elektronických zařízení. Karbid křemíku snižuje napěťové a proudové ztráty a zároveň zlepšuje tepelnou účinnost a hustotu výkonu - tyto vlastnosti z něj činí ideální materiál pro prostředí elektromobilů a další nové aplikace.

Díky dlouholetým úspěchům společnosti Wolfspeed v oblasti LED osvětlení získala zkušenosti potřebné k výrobě vysoce kvalitních křemíkových karbidových destiček potřebných pro elektronická zařízení. Jejich výrobní postupy zajišťují nízkou míru vad, která přímo přispívá k výkonu a spolehlivosti.

Karbidové tranzistory Wolfspeed MOSFET se staly oblíbenou volbou pro aplikace v elektrických vozidlech díky své schopnosti odolávat velkým teplotním výkyvům a vlhkému prostředí, takže jsou ideální pro drsné prostředí uvnitř elektromobilu. S rostoucím počtem elektromobilů bude poptávka po vysoce výkonné výkonové elektronice jen stoupat - a Wolfspeed je v tomto odvětví lídrem s karbid-křemíkovými tranzistory MOSFET, které poskytují vyšší napětí a proud a současně minimalizují produkci tepla a zlepšují energetickou účinnost.

Společnosti Wolfspeed a Renesas nedávno oznámily desetiletou smlouvu o dodávkách 150mm destiček z karbidu křemíku pro výkonová zařízení Renesas, čímž naplnily strategii společnosti Wolfspeed poskytovat výrobcům OEM polovodiče z karbidu křemíku se širokým pásmem, které potřebují pro budoucí konstrukce.

Aplikace

S rostoucím energetickým uvědoměním společnosti se výrazně zvyšuje poptávka po alternativních zdrojích energie, opatřeních na snížení množství odpadu a zlepšení účinnosti baterií. Čipy Wolfspeed z karbidu křemíku (SiC) mohou hrát zásadní roli v energetických aplikacích, jako jsou elektromobily, rychlonabíjecí stanice, bezdrátová infrastruktura 5G a skladování a zachycování energie z obnovitelných zdrojů.

SiC je třikrát silnější než křemík, pokud jde o proudovou zatížitelnost, a může se pochlubit lepším tepelným výkonem pro systémy vyžadující vysokou spolehlivost, což znamená menší ztráty energie v systémech, které jej využívají. Díky sníženému bodu tání a varu je SiC také bezpečnější při manipulaci.

3300V SiC tranzistory MOSFET Gen3 od společnosti Wolfspeed mohou konstruktérům pomoci snížit velikost, hmotnost a náklady systému a současně zvýšit energetickou hustotu. SiC MOSFETy se vyznačují 20% nižšími spínacími ztrátami a 50% nižšími parazitními ztrátami ve srovnání s tradičními křemíkovými výkonovými polovodiči; a také pracují při vyšších spínacích frekvencích pro zvýšení účinnosti při všech zátěžích.

Bylo prokázáno, že zařízení SiC v průmyslových motorových pohonech výrazně snižují celkové systémové ztráty až o 2,6%, takže SiC splňuje některé z nejpřísnějších globálních norem účinnosti, jako jsou SEER, ESEER a SCOP v Americe a Číně, a rovněž splňuje požadavky GB21455 v Číně. Konstruktéři proto mohou splnit cíle v oblasti účinnosti a zároveň zvýšit celkovou efektivitu velikosti systému a snížit emise slyšitelného hluku.

Technologie společnosti Cree změnila odvětví elektromobilů a Wolfspeed je připraven uspokojit rychle rostoucí poptávku díky spuštění rozsáhlého závodu na výrobu 200mm čipů v Mohawk Valley ve státě New York a zahájení výstavby megatovárny na 200mm materiály v Durhamu.

Společnost Wolfspeed vyvíjí širokopásmové polovodiče na bázi karbidu křemíku a nitridu galia (GaN) pro použití v motorových pohonech elektrických vozidel, napájecích zdrojích, aplikacích pro sběr solární energie, dopravě, vojenských aplikacích a vojenských pozemních systémech. Společnost Wolfspeed provozuje výzkumná a vývojová zařízení v Severní Karolíně, Kalifornii, Arkansasu a New Yorku a vyrábí zařízení GaN ve svých výrobních závodech v Severní Karolíně a Kalifornii. S cílem využít $40 miliard příležitostí v oblasti technologie karbidu křemíku a urychlit růst příjmů prostřednictvím plánů na rozšíření továren na zelené louce a výrobních závodů na výrobu materiálů se společnost zaměřuje na využití $40 miliard příležitostí v oblasti technologie karbidu křemíku.

Design

Širokopásmová zařízení z karbidu křemíku (SiC) společnosti Wolfspeed nabízejí značné výhody v aplikacích výkonové elektroniky, včetně snížení velikosti, hmotnosti a složitosti konstrukce systému, zvýšení účinnosti, nových konstrukčních možností a snížení nákladů.

SiC je ideálním materiálem pro vysoce výkonnou elektroniku používanou v elektrických vozidlech, průmyslových motorových pohonech, řešeních pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů a aplikacích železniční infrastruktury, které vyžadují maximální hustotu výkonu a výkon. Jeden čip může nahradit více komponent v běžných měničích, přičemž stále zvládá zatěžovací proud a poskytuje vyšší výstupní výkon než dříve. Díky těmto výhodám je SiC vynikající volbou pro vysoce výkonné elektronické aplikace, jako jsou elektromobily, průmyslové motorové pohony, řešení pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů a aplikace v železniční infrastruktuře.

Klíčem k těmto novým schopnostem SiC v oblasti přenosu energie je jeho jedinečná struktura a vlastnosti: stejně jako diamant je SiC známý jako jedna z nejtvrdších látek, které člověk zná, ale jeho elektrická vodivost a tepelná kapacita také předčí vlastnosti jiných materiálů. Průkopnická práce předchůdce společnosti Cree - nyní Wolfspeed - zahrnovala také inovace v konstrukci zařízení, které umožňují menší čipy se srovnatelným výkonem jako tradiční křemíkové výkonové polovodiče.

Od svého uvedení na trh v loňském roce zaznamenaly produkty Wolfspeed rapidní nárůst poptávky, který byl způsoben prudkým rozvojem trhu s elektromobily. Aby společnost Wolfspeed dokázala reagovat na tuto nebývalou příležitost, uskutečnila významné investice do zvýšení kapacity svého závodu na výrobu 200mm SiC zařízení, který byl nedávno otevřen v newyorském Mohawk Valley, závodu na výrobu materiálů v Durhamu a plánovaného druhého závodu na výrobu 200mm zařízení v německém Sársku.

Široká nabídka výkonových MOSFETů s holou destičkou společnosti Wolfspeed poskytuje konstruktérům flexibilitu při vytváření vlastních řešení na bázi karbidu křemíku a v kombinaci s nástroji pro podporu návrhu, které šetří čas, pomáhá inženýrům dosáhnout vyššího výkonu, nižších nákladů a vyšší spolehlivosti systémů pro návrhy nové generace na bázi karbidu křemíku.

Technologie

Technologie MOSFET z karbidu křemíku společnosti Wolfspeed umožňuje zákazníkům napájet více s menší spotřebou. To je nejen dobré pro životní prostředí, ale také pro jejich finanční výsledky. Jejich 650V SiC MOSFETy se mohou pochlubit nižšími náklady na watt, vyššími spínacími rychlostmi a vynikajícím tepelným výkonem - ideální pro návrhy obnovitelných zdrojů energie s drastickými výkyvy teplot. Díky odolnosti a spolehlivosti jsou tyto tranzistory MOSFET velmi vhodné.

SiC je náročný materiál, ale společnost Cree (nedávno přejmenovaná na Wolfspeed) byla inovátorem v oblasti konstrukce zařízení a výrobních postupů. Její inovace vedly ke zmenšení čipů při daném výkonu a ke zvýšení hustoty zařízení na jednom plátku; to vše vedlo k výraznému snížení nákladů a většímu rozšíření technologie karbidu křemíku v různých průmyslových odvětvích.

Společnost Wolfspeed podnikla řadu iniciativ, aby uspokojila tuto rychle rostoucí poptávku, například vybudovala první a největší zařízení na výrobu 200mm SiC na světě ve své továrně v Mohawk Valley v New Yorku, otevřela výrobní centrum Johna Palmoura pro růst krystalů karbidu křemíku v Siler City v Severní Karolíně a vytvořila megatovárnu na materiály ve svém americkém areálu v Durhamu v Severní Karolíně.Toto rozšíření přinese neuvěřitelný 30násobný nárůst kapacity výroby SiC destiček i materiálů.

Společnost Wolfspeed nedávno podepsala dlouhodobou smlouvu o dodávkách s mezinárodní polovodičovou společností, aby si zajistila stálé dodávky technologie výkonových zařízení z karbidu křemíku potřebných pro hnací ústrojí elektrických vozidel, průmyslovou elektroniku a síťové aplikace výkonové elektroniky. Tato spolupráce posiluje vizi obou společností o rychlém přechodu od tradičních křemíkových polovodičů k výkonovým zařízením z karbidu křemíku.

Společnosti Wolfspeed a Mersen Graphite dlouhodobě spolupracují a jsou lídry ve vývoji a aplikaci špičkových materiálů na bázi uhlíku používaných v technologiích konverze energie, jako je výroba substrátů z karbidu křemíku. Na základě jejich nové dohody se spolupráce v tomto odvětví dále prohloubila - odhadované tržby by se během počátečního pětiletého období mohly blížit 400 milionům USD.