Napájecí zařízení Wolfspeed z karbidu křemíku

Společnost Wolfspeed vyvíjí širokopásmové polovodičové materiály a napájecí zařízení pro použití v elektromobilech, rychlonabíjecích stanicích, sítích 5G, aplikacích pro obnovitelné zdroje energie, programech pro letectví a obranu a také v projektech obnovitelných zdrojů energie. Společnost Wolfspeed je v současné době světovou jedničkou ve výrobě výkonových zařízení z karbidu křemíku (SiC).

Projekt výstavby výrobního centra společnosti John Palmour pro karbid křemíku umožní této společnosti zvýšit kapacitu výroby materiálu na dvojnásobek, aby uspokojila rostoucí poptávku po výrobcích z karbidu křemíku.

Co je karbid křemíku?

Karbid křemíku (SiC) je krystalický materiál složený ze stejného podílu křemíku a uhlíku. Tento tvrdý a odolný materiál dobře odolává vysokým teplotám a používá se v průmyslových aplikacích, jako je pískování, brusné kotouče, součásti pecí, keramika a technické výrobky.

SiC je díky své atomární struktuře účinný polovodičový materiál. Díky tomu se elektrony snadno pohybují mezi jeho valenčními a vodivostními pásy, což umožňuje elektronickým zařízením vést elektřinu s mnohem větší účinností než u materiálů, jako jsou izolátory nebo kovy.

SiC má ohromující napěťovou odolnost, která je desetkrát vyšší než u křemíku, a dokonce předčí i nitrid galia, který se dnes hojně používá v aplikacích výkonové elektroniky. Díky tomu je SiC vynikajícím materiálem pro použití v elektromobilech, rychlonabíjecích stanicích a měničích obnovitelných zdrojů energie a dalších aplikacích.

Tvrdost, trvanlivost a odolnost proti korozi karbidu křemíku umožňují jeho využití v náročných strojírenských aplikacích, jako jsou ložiska čerpadel, ventily, pískovací vstřikovače a lisovací formy. Kromě toho je díky své vysoké teplotě tání a nízké tepelné roztažnosti vynikající volbou materiálu pro použití při vysokých teplotách v průmyslových odvětvích, jako je metalurgická výroba nebo letecké aplikace.

Jaké jsou výhody karbidu křemíku?

Karbid křemíku je všeobecně známý pro svou tvrdost, tuhost, tepelnou vodivost, nízkou roztažnost a tepelnou vodivost - vlastnosti, které z něj činí ideální materiál pro zrcadla velkých teleskopů, jako jsou zrcadla Herschelova vesmírného teleskopu a teleskopů observatoře Gaia. [40] Obě zařízení využívají zrcadla z karbidu křemíku[41].

SiC je náročný materiál; krystaly se musí pěstovat při extrémně vysokých teplotách - přibližně o polovinu vyšších než na slunci - a poté se rozřežou na kruhové destičky, které Wolfspeed buď prodává jiným výrobcům polovodičů, nebo je sám vyrábí do čipů ve svých závodech v New Yorku a Severní Karolíně.

Výkonové polovodiče Wolfspeed jsou energeticky mnohem účinnější než standardní křemíkové čipy a využívají se v trakčních měničích elektromobilů k prodloužení dojezdu, stejně jako v rychlonabíjecí infrastruktuře a průmyslových zdrojích energie.

Po tomto úspěchu si společnost zajistila financování ve výši $5 miliard EUR na podporu svých plánů na rozšíření kapacity. Tato investice zahrnuje výstavbu vysoce automatizovaného závodu na výrobu 200mm destiček v Durhamu v Severní Karolíně, který se stane největší továrnou na karbid křemíku na světě. Společnost ZF dále oznámila založení společného výzkumného centra v hodnotě několika milionů dolarů, které se bude věnovat systémům a zařízením z karbidu křemíku a jehož cílem je urychlit průlomové inovace prostřednictvím řešení reálných problémů v oblasti e-mobility a problémů na úrovni systémů obnovitelných zdrojů energie.

Jak se vyrábí karbid křemíku?

Karbid křemíku vzniká spojením atomů uhlíku a křemíku v malých molekulách, které se skládají do různých krystalových struktur, z nichž nejstabilnější je krychlová (b-SiC). V případě potřeby existují i polytypy.

SiC je známý tím, že je velmi tvrdý a odolný a má pevnost podobnou diamantu. Díky své jedinečné vrstevnaté struktuře může SiC fungovat jako polovodič se širokým pásmem i při vyšších teplotách než tradiční křemíkové čipy; díky snadnému zvládání velkých teplotních výkyvů je SiC vynikající volbou pro aplikace ve výkonové elektronice.

Pro výrobu karbidu křemíku se b-SiC musí nejprve rozemlít na jemný prášek a poté se spojí s neoxidovým spékacím prostředkem (pojivem), aby vznikla pasta. Typy pojiv obvykle zahrnují organické sloučeniny, jako je močovina nebo dusičnany; poté se zhutněná a vytvarovaná pasta zhutní před spékáním za vysokých teplot pod tlakem po krátkou dobu.

Po spékání je vyrobený SiC díl podroben přísným testům kvality na rozměry a mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tahu a odolnost proti nárazu. Certifikační procesy jsou povinné u každého zákazníka a mohou probíhat v kterékoli fázi výroby.

Co je posláním společnosti Wolfspeed?

Polovodičové čipy Wolfspeed se od svých křemíkových protějšků liší tím, že jsou vyrobeny z karbidu křemíku (SiC). Čipy SiC pracují efektivněji při vyšších teplotách a mohou je dokonce 10x překonat.

Technologie karbidu křemíku poskytuje větší výkon na menším prostoru při nižších nákladech, takže je použitelná ve všech oblastech, od baterií pro elektromobily až po výrobu solární energie. Níže je uvedena infografika, která zdůrazňuje jen některé z mnoha způsobů, jak karbid křemíku mění náš svět k dobrému.

Společnost Wolfspeed se rychle etablovala jako světový lídr ve výrobě karbidu křemíku. Její předchůdce, společnost Cree, byl průkopníkem v komercializaci technologie SiC a od té doby vede inovace v oblasti konstrukce zařízení a výrobních procesů a vyrábí menší čipy s vyšším výkonem.

Společnost Wolfspeed nedávno uzavřela rozsáhlou smlouvu o dodávkách se společností General Motors (NYSE: GM) na dodávky napájecích zařízení pro hnací ústrojí elektromobilů, která jsou vybavena SiC napájecími zařízeními Wolfspeed pro zvýšení hustoty výkonu a dojezdu.

Toto partnerství představuje pro společnost klíčový krok vpřed, protože jí poskytuje pevnou platformu pro expanzi na jejím primárním cílovém trhu v oblasti elektromobilů. Kromě toho i nadále přidávají příležitosti pro Design-in v hodnotě $14,8 miliardy a jejich továrna v Mohawk Valley - první a největší zařízení na výrobu 200mm zařízení z karbidu křemíku na světě s nekompromisní kvalitou plátků a vyšší výtěžností - rozšiřuje kapacitu.