"Wolfspeed" silicio karbido maitinimo įrenginiai

"Wolfspeed" kuria plačios juostos puslaidininkines medžiagas ir galios prietaisus, skirtus naudoti elektromobiliuose, greitojo įkrovimo stotyse, 5G tinkluose, atsinaujinančiosios energijos programose, kosmoso ir gynybos programose bei atsinaujinančiosios energijos projektuose. Šiuo metu "Wolfspeed" pirmauja pasaulyje SiC (silicio karbido) galios įtaisų gamybos srityje.

"John Palmour" silicio karbido gamybos centro statybos projektas leis šiai bendrovei dvigubai padidinti medžiagų gamybos pajėgumus, kad būtų patenkinti didėjantys silicio karbido gaminių poreikiai.

Kas yra silicio karbidas?

Silicio karbidas (SiC) yra kristalinė medžiaga, sudaryta iš vienodų silicio ir anglies dalių. Ši kieta ir patvari medžiaga gerai atlaiko aukštą temperatūrą ir naudojama pramonėje, pavyzdžiui, smėliavimui, šlifavimo diskams, krosnių dalims, keramikai ir inžineriniams gaminiams.

Dėl savo atominės struktūros SiC yra efektyvi puslaidininkinė medžiaga. Tai leidžia elektronams lengvai judėti tarp valentinės ir laidumo juostų, todėl elektroniniai prietaisai praleidžia elektrą daug efektyviau nei tokios medžiagos kaip izoliatoriai ar metalai.

SiC atsparumas įtampai yra 10 kartų didesnis nei silicio ir net lenkia galio nitrido, šiandien plačiai naudojamo galios elektronikoje, atsparumą. Dėl to SiC yra puiki medžiaga, kurią galima naudoti elektromobiliuose, greitojo įkrovimo stotyse ir atsinaujinančiosios energijos inverteriuose bei kitose srityse.

Silicio karbido kietumas, ilgaamžiškumas ir atsparumas korozijai leidžia jį naudoti tokiose sudėtingose inžinerinėse srityse kaip siurblių guoliai, vožtuvai, smėliavimo inžektoriai ir ekstruzijos štampai. Be to, dėl aukštos lydymosi temperatūros ir mažo šiluminio plėtimosi savybių jis yra puikus medžiagos pasirinkimas aukštoms temperatūroms naudoti tokiose pramonės šakose kaip metalurginė gamyba ar aviacijos ir kosmoso pramonė.

Kokie yra silicio karbido privalumai?

Silicio karbidas plačiai žinomas dėl savo kietumo, standumo, šiluminio laidumo, mažo plėtimosi greičio ir šilumos laidumo - dėl šių savybių jis yra ideali medžiaga dideliems teleskopų veidrodžiams, tokiems kaip Herschelio kosminio teleskopo ir Gaia observatorijos teleskopų veidrodžiai, gaminti. [40] Abiejuose įrenginiuose naudojami silicio karbido veidrodžiai [41].

SiC yra sudėtinga medžiaga; kristalai turi būti auginami itin aukštoje temperatūroje - maždaug dvigubai aukštesnėje nei saulės - ir tik tada supjaustomi į apskritas plokšteles, kurias "Wolfspeed" parduoda kitiems puslaidininkių gamintojams arba pati gamina lustus savo gamyklose Niujorke ir Šiaurės Karolinoje.

"Wolfspeed" galios puslaidininkiai yra daug energiškai efektyvesni už standartines silicio mikroschemas ir naudojami elektrinių transporto priemonių traukos inverteriuose, kad būtų galima padidinti ridą, taip pat greitojo įkrovimo infrastruktūroje ir pramoniniuose maitinimo šaltiniuose.

Po šios sėkmės bendrovė užsitikrino $5 mlrd. eurų finansavimą savo pajėgumų didinimo planams paremti. Šios investicijos apima itin automatizuotos 200 mm storio plokštelių įtaisų gamybos gamyklos statybą Durhame, Šiaurės Karolinos valstijoje, kuri taps didžiausia pasaulyje silicio karbido medžiagų gamykla. Be to, "ZF" paskelbė apie daugiamilijoninį bendrą mokslinių tyrimų centrą, skirtą silicio karbido sistemoms ir prietaisams, skirtą spartinti proveržio inovacijas sprendžiant realius e. mobilumo ir atsinaujinančiosios energijos sistemų lygmens uždavinius.

Kaip gaminamas silicio karbidas?

Silicio karbidas susidaro sujungiant anglies ir silicio atomus į mažas molekules, kurios susijungia į įvairias kristalines struktūras, iš kurių stabiliausia yra kubinė (b-SiC). Esant poreikiui, egzistuoja ir politipai.

SiC yra labai kietas ir patvarus, jo tvirtumas panašus į deimanto. Dėl savo unikalios sluoksniuotos struktūros SiC taip pat gali veikti kaip plačios juostos puslaidininkis aukštesnėje temperatūroje nei tradiciniai silicio lustai; lengvai įveikdamas didžiulius temperatūros svyravimus, SiC yra puikus pasirinkimas galios elektronikos įrenginiams.

Norint pagaminti silicio karbidą, b-SiC pirmiausia reikia sumalti į smulkius miltelius, o po to sujungti su neoksidine sukepinimo priemone (rišamąja medžiaga), kad susidarytų pasta. Į rišiklių tipus paprastai įeina organiniai junginiai, pavyzdžiui, karbamidas arba nitratai; po to sutankinta ir suformuota pasta sutankinama prieš sukepinant aukštoje temperatūroje, veikiant slėgiui, trumpą laiką.

Po sukepinimo atliekami griežti pagamintos SiC detalės kokybės bandymai, kurių metu nustatomi matmenys ir mechaninės savybės, pavyzdžiui, atsparumas tempimui ir smūgiams. Sertifikavimo procesai privalomi kiekvienam klientui ir gali būti atliekami bet kuriame gamybos etape.

Kokia yra "Wolfspeed" misija?

"Wolfspeed" puslaidininkių lustai skiriasi nuo silicio lustų, nes yra pagaminti iš silicio karbido (SiC). SiC mikroschemos efektyviau veikia aukštesnėje temperatūroje ir gali net 10 kartų viršyti jų našumą.

Silicio karbido technologija užtikrina didesnę galią mažesnėje erdvėje ir mažesnėmis sąnaudomis, todėl ją galima naudoti visose srityse - nuo elektrinių automobilių akumuliatorių iki saulės energijos gamybos ir kitur. Toliau pateikiame infografiką, kuriame išryškinami tik keli iš daugelio būdų, kaip silicio karbidas keičia mūsų pasaulį į gerąją pusę.

"Wolfspeed" greitai įsitvirtino kaip pasaulinė silicio karbido gamybos lyderė. Jų pirmtakė bendrovė "Cree" buvo SiC technologijos komercializavimo pradininkė ir nuo to laiko vadovavo prietaisų projektavimo ir gamybos proceso naujovėms, gamindama mažesnius lustus, pasižyminčius didesniu našumu.

Neseniai "Wolfspeed" su "General Motors" (NYSE: GM) sudarė plataus masto tiekimo sutartį, pagal kurią tiekiami elektros transporto priemonių pavaros įtaisai su "Wolfspeed" SiC maitinimo įtaisais, užtikrinančiais didesnį galios tankį ir didesnį veikimo nuotolį.

Ši partnerystė yra svarbus bendrovės žingsnis į priekį, nes suteikia jai tvirtą platformą plėstis pagrindinėje tikslinėje rinkoje - elektromobilių pramonėje. Be to, jie ir toliau didina projektavimo galimybes $14,8 mlrd. eurų sumai, o jų Mohoko slėnio gamykloje - pirmojoje ir didžiausioje pasaulyje 200 mm silicio karbido įtaisų gamybos įmonėje, pasižyminčioje bekompromise plokštelių kokybe ir didesne išeiga, - plečiami pajėgumai.