Wolfspeed Siliziumkarbid-Halbleiter mit breiter Bandlücke

Wolfspeed hat vor kurzem eine beispiellose Investition in eine hochmoderne Siliziumkarbid-Fertigungsanlage getätigt, die es dem Unternehmen ermöglicht, potenzielle künftige Nachfragespitzen zu bewältigen und weiterhin branchenführend bei SiC-Bauteilen zu sein.

Die aus Siliziumkarbid hergestellten Wolfspeed-Leistungsbauelemente haben über Jahrzehnte hinweg mehr als 6 Billionen Betriebsstunden gesammelt, was ein umfassendes Bild der langfristigen Zuverlässigkeit ergibt.

Verlässlichkeit

Elektrizität versorgt unsere Welt mit Energie - und Wolfspeed-Halbleiter aus Siliziumkarbid mit breiter Bandlücke liefern diese Energie effizienter als jedes andere Material auf der Erde. Ihre Schottky-Dioden, MOSFETs und Leistungsmodule gehören zu den leichtesten, kleinsten und leistungsstärksten auf dem Markt und übertreffen herkömmliche Siliziumkomponenten in Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt, den Automobilbau, die Industrie, Systeme zur Erzeugung erneuerbarer Energien, Prüf- und Messdienstleistungen sowie Test und Messung.

Die 2300-V-Bausteinfamilie BM3 verfügt beispielsweise über einen Single-Die-MOSFET, der eine externe Body-Diode überflüssig macht und damit Kosten und Komplexität spart. Darüber hinaus bietet dieser Baustein einen 15% höheren Spannungsspielraum als IGBTs und 77% geringere Schaltverluste, was kleinere Stromwandlersysteme ermöglicht.

Mit seinen integrierten Erkennungs- und Schutzfunktionen bietet dieses Bauteil einen Level-1-Reflex, um sich selbst und das System unter Stress zu schützen. Dank des vertikal integrierten Fertigungsablaufs von Wolfspeed - vom Wachsen der SiC-Boules bis zum Packaging-Die - konnten extrinsische Defekte erheblich reduziert werden, was zu Geräten mit Lebensdauervorhersagemodellen führt, die mit den Industriestandards vergleichbar sind oder diese übertreffen.

Dank dieser Vorteile können Konstrukteure Siliziumkarbid-Bauteile in nahezu jedes industrielle Stromversorgungskonzept integrieren und so auf einfache Weise die Ziele der Nachhaltigkeit erreichen. Durch den Einsatz von Siliziumkarbid-Bauelementen kann die Effizienz von USV-Anlagen um 30-35% erhöht und die Leistungsverluste in Schienenverkehrssystemen um 50-75% verringert werden; außerdem können sie mehr Reservestrom in kleinere und leichtere Systeme für platzbeschränkte Umgebungen packen. Darüber hinaus verringern ihre Produkte Emissionen und Energieverbrauch, so dass die Kunden ihre Nachhaltigkeitsziele leichter erreichen können.

Effizienz

Strom hält unsere Welt am Laufen, und Wolfspeed Siliziumkarbid-Halbleiter mit breiter Bandlücke übertreffen herkömmliche Siliziumkomponenten und setzen neue Effizienzstandards in Motoren, Schaltnetzteilen (SMPS) und anderen Anwendungen. Diese leichten und dennoch hocheffizienten Bauelemente bilden die Grundlage vieler innovativer Designs, die Größen-/Gewichtsbeschränkungen erfüllen, ohne dabei untragbare Kompromisse einzugehen.

Ein 22-kW-Gleichstromwandlerentwurf verwendet einen SiC-MOSFET der Generation 3 mit einer intrinsischen Body-Diode, um die Notwendigkeit einer separaten Gate-Ansteuerung zu eliminieren, was die Gesamtmaterialliste und die Leiterplattengröße weiter reduziert. Darüber hinaus nutzt dieser spezielle Wandler einen variablen DC-Link-Spannungssteuerungsmodus, der die Schaltfrequenz reduziert und gleichzeitig näher an seinem Resonanzpunkt arbeitet, um die CLLC-Welligkeit zu verringern.

Wolfspeed bietet diskrete und Leistungsmodule an, die in Bezug auf Topologien, Stücklistenkosten und physikalische Größe/Layout für Leistungsdesignsysteme wie Abwärts-/Aufwärts-DC/DC-Wandler und Hochfrequenz-AC/DC anpassbar sind. Die Modellierung dieser Entwürfe mit LTspice ermöglicht es den Entwicklern, sofort mit der Optimierung der Designs zu beginnen.

Der neueste 900-V-SiC-Leistungs-MOSFET von Wolfspeed mit ohmscher Body-Diode und Drain-Source-Struktur erreicht einen Wirkungsgrad von 97% im Vergleich zu 85% bei äquivalenten Si-Bauelementen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen bei den BOM-Komponenten und den Gesamtsystemkosten führt.

Skalierbarkeit

Da der Energiebedarf in energieintensiven Industrien steigt, wenden sich Konstrukteure der Siliziumkarbid (SiC)-Technologie mit breiter Bandlücke zu, um die Systemeffizienz zu erhöhen. Durch die Minimierung der Schaltverluste ermöglichen SiC-Bauteile kleinere, leichtere Motoren, Antriebe, Wechselrichter und leistungselektronische Systeme mit besserem Wirkungsgrad, wodurch die Betriebskosten gesenkt und der Platzbedarf des Systems verringert werden kann.

SiC-Module bieten eine skalierbare Plattform, die sich an kleine bis große Systeme anpassen lässt. Dank ihrer 2300-V-Kapazität lassen sich diese Module leicht kombinieren, und ihre Verwendung ermöglicht es den Herstellern, Designs schnell und kostengünstig zu skalieren. Darüber hinaus können Systemingenieure weniger teure Leiterplatten verwenden, was die Herstellungskosten insgesamt senkt.

Als Branchenführer im Bereich Leistungshalbleiter setzt sich Wolfspeed für die Schaffung einer nachhaltigeren globalen Lieferkette und den Schutz unserer Umwelt ein. Zu diesem Zweck hat Wolfspeed in seinen Bürogebäuden und bei der Halbleiterherstellung verschiedene Umweltinitiativen umgesetzt, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Darüber hinaus hat das Unternehmen die LEED-Zertifizierung in Silber für seinen Hauptsitz in New York City erhalten und strebt eine Zertifizierung für die Anlage in Siler City an. Darüber hinaus hat das Unternehmen ein Recyclingprogramm für alle seine Anlagen eingeführt, das seit seiner Einführung Einsparungen von über $1 Million an Deponiegebühren ermöglicht hat.

Kosten

Wolfspeed hat eine unangefochtene Position als Pionier und Marktführer bei Halbleitersubstraten aus Siliziumkarbid (SiC), Leistungsbauelementen und Design-Tools, die es Entwicklern ermöglichen, das geeignete Bauelement für ihre Designs auszuwählen. Unser umfangreiches Portfolio umfasst Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente zur Optimierung der BOM-Kosten und der physikalischen Größe/Layout-Optimierung sowie Tools, die Topologien simulieren, um herauszufinden, welches Bauelement am besten zu ihrem Design passt.

SiC-MOSFETs haben einen viel höheren Wirkungsgrad als Silizium in zweistufigen Topologien, wodurch einzelne Fehlerpunkte in Hochspannungs-Leistungselektronikmodulen reduziert werden und SiC eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen in den Bereichen erneuerbare Energien, Solar-PV und Batteriespeicherung ist.

Das Unternehmen verfügt über eine umfangreiche Design-In-Pipeline, die das Umsatzwachstum vorantreiben wird. Darüber hinaus hat das Unternehmen einen langfristigen Liefervertrag mit einem großen globalen Chiphersteller für 150-mm-SiC-Barren und Epitaxie-Wafer abgeschlossen - dies unterstreicht die Visionen beider Unternehmen für den Übergang von Silizium-Leistungshalbleitern zu SiC-Leistungshalbleitern.

Wolfspeed betreibt auch eine neue 200-mm-SiC-Fertigung in Mohawk Valley, New York, die während der Hochlaufphase nicht voll ausgelastet war; das Unternehmen rechnet mit einer Auslastung von 20% bis 2024.

Das Unternehmen befindet sich in einer Phase hoher Investitionen und wird in diesem Jahr $2 Mrd. für seine Produktionsstätten ausgeben. Geplant sind u. a. die Eröffnung einer zusätzlichen RF-GaN-Anlage im Saarland, Deutschland, sowie von Siliziumdioxid-Kristallzucht- und Wafer-Fertigungsanlagen in Siler City in North Carolina. Das Unternehmen arbeitet mit Karriereprogrammen wie Real Life Rosies und VET STEP zusammen, um mehr Frauen und Veteranen für die Halbleiterbranche zu gewinnen.