Dispositivos de potencia de carburo de silicio Wolfspeed

Wolfspeed desarrolla materiales semiconductores de banda prohibida ancha y dispositivos de potencia para su uso en vehículos eléctricos, estaciones de carga rápida, redes 5G, aplicaciones de energías renovables, programas aeroespaciales y de defensa, así como proyectos de energías renovables. Wolfspeed es actualmente líder mundial en la producción de dispositivos de potencia de SiC (carburo de silicio).

El proyecto de construcción del Centro de Fabricación de Carburo de Silicio John Palmour permitirá a esta empresa duplicar su capacidad de producción de material para satisfacer la creciente demanda de productos de carburo de silicio.

¿Qué es el carburo de silicio?

El carburo de silicio (SiC) es un material cristalino compuesto a partes iguales de silicio y carbono. Este material duro y duradero resiste bien las altas temperaturas y se utiliza en aplicaciones industriales como chorro de arena, muelas abrasivas, piezas de hornos, cerámica y productos de ingeniería.

El SiC es un material semiconductor eficaz gracias a su estructura atómica. Esto permite que los electrones se muevan fácilmente entre sus bandas de valencia y conducción, lo que permite a los dispositivos electrónicos conducir la electricidad con mucha mayor eficacia que con materiales como los aislantes o los metales.

El SiC tiene una asombrosa resistencia a la tensión 10 veces superior a la del silicio, superando incluso a la del nitruro de galio, ampliamente utilizado hoy en día en aplicaciones de electrónica de potencia. Esto convierte al SiC en un material excelente para su uso en vehículos eléctricos, estaciones de carga rápida e inversores de energías renovables, entre otras aplicaciones.

La dureza, durabilidad y resistencia a la corrosión del carburo de silicio permiten utilizarlo en aplicaciones de ingeniería exigentes como cojinetes de bombas, válvulas, inyectores de chorro de arena y matrices de extrusión. Además, su alto punto de fusión y sus propiedades de baja expansión térmica lo convierten en un material excelente para su uso a altas temperaturas en industrias como la fabricación metalúrgica o las aplicaciones aeroespaciales.

¿Cuáles son las ventajas del carburo de silicio?

El carburo de silicio es ampliamente conocido por su dureza, rigidez, conductividad térmica, bajo índice de expansión y conductividad térmica, cualidades que lo convierten en el material ideal para espejos de grandes telescopios, como los que se encuentran en el telescopio espacial Herschel y en los telescopios del observatorio Gaia. [Ambos utilizan espejos de carburo de silicio[41].

El SiC es un material difícil de trabajar; los cristales deben crecer a temperaturas extremadamente altas -aproximadamente la mitad de las del sol- antes de ser cortados en obleas circulares que Wolfspeed vende a otros fabricantes de semiconductores o fabrica en chips en sus instalaciones de Nueva York y Carolina del Norte.

Los semiconductores de potencia Wolfspeed son mucho más eficientes energéticamente que los chips de silicio estándar, y se utilizan en inversores de tracción de vehículos eléctricos para ampliar la autonomía, así como en infraestructuras de carga rápida y fuentes de alimentación industriales.

Tras ese éxito, la empresa obtuvo $5 mil millones de financiación para respaldar sus planes de expansión de capacidad. Esta inversión incluye la construcción de una planta de fabricación de dispositivos de obleas de 200 mm altamente automatizada en Durham, Carolina del Norte, que se convertirá en la mayor fábrica de materiales de carburo de silicio del mundo. Además, ZF anunció un centro de investigación conjunto multimillonario dedicado a los sistemas y dispositivos de carburo de silicio, diseñado para acelerar las innovaciones revolucionarias a través de retos del mundo real en los sistemas de e-movilidad y energías renovables.

¿Cómo se fabrica el carburo de silicio?

El carburo de silicio se forma combinando átomos de carbono y silicio en pequeñas moléculas que se ensamblan en diversas estructuras cristalinas, siendo la más estable la cúbica (b-SiC). Si es necesario, también existen politípos.

El SiC es conocido por ser muy duro y duradero, con una resistencia similar a la del diamante. Gracias a su exclusiva estructura en capas, el SiC también puede actuar como semiconductor de banda prohibida ancha a temperaturas superiores a las de los chips de silicio tradicionales.

Para producir carburo de silicio, el b-SiC debe triturarse primero hasta obtener un polvo fino antes de combinarse con un auxiliar de sinterización sin óxido (aglutinante) para formar una pasta. Los tipos de aglutinantes suelen incluir compuestos orgánicos como la urea o los nitratos, tras lo cual se compacta la pasta y se le da forma antes de sinterizarla a altas temperaturas bajo presión durante breves periodos de tiempo.

Una vez sinterizada, la pieza de SiC producida se somete a estrictas pruebas de calidad para comprobar sus dimensiones y propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción y al impacto. Los procesos de certificación son obligatorios con cada cliente y pueden tener lugar en cualquier fase de la producción.

¿Cuál es la misión de Wolfspeed?

Los chips semiconductores Wolfspeed se distinguen de sus homólogos de silicio por estar fabricados con carburo de silicio (SiC). Los chips de SiC funcionan más eficazmente a temperaturas más elevadas y pueden incluso superarlas 10 veces más rápido.

La tecnología del carburo de silicio proporciona más energía en menos espacio y a costes reducidos, lo que la hace útil en todo tipo de aplicaciones, desde las baterías de los coches eléctricos hasta la producción de energía solar, entre otras. A continuación se muestra una infografía que destaca algunas de las muchas formas en que el carburo de silicio está cambiando nuestro mundo para bien.

Wolfspeed se ha establecido rápidamente como líder mundial en la fabricación de carburo de silicio. Su empresa predecesora, Cree, fue pionera en la comercialización de la tecnología de carburo de silicio y, desde entonces, ha liderado el diseño de dispositivos y las innovaciones en los procesos de fabricación, produciendo chips más pequeños con mayores índices de rendimiento.

Recientemente, Wolfspeed ha firmado un importante acuerdo de suministro con General Motors (NYSE: GM) para el suministro de dispositivos de potencia para transmisiones de vehículos eléctricos que incorporan dispositivos de potencia de SiC de Wolfspeed para mejorar la densidad de potencia y la autonomía.

Esta asociación supone un paso adelante clave para la empresa, ya que le proporciona una plataforma sólida para expandirse en su principal mercado objetivo, el sector de los vehículos eléctricos. Además, siguen sumando oportunidades de diseño de $14.800 millones, y su planta de Mohawk Valley -la primera y mayor planta de fabricación de dispositivos de carburo de silicio de 200 mm del mundo, con una calidad de oblea sin concesiones y un mayor rendimiento- amplía su capacidad.