Fördelar med kiselkarbidchips i kraftelektronik

Kiselkarbidchip erbjuder flera fördelar jämfört med traditionella kiselhalvledare för kraftelektronik i markbundna elfordon och instrument på rymdfärder; deras överlägsna egenskaper gör dem också till ett tilltalande alternativ bland tillverkare av originalutrustning.

Wolfspeeds anläggning i Roseville förbereds också för att produktionen ska kunna öka betydligt; man utbildar medarbetare för att utföra uppgifter liknande dem som utförs i Reutlingen och använder avancerade karakteriseringstekniker för att öka waferutbytet.

Kraft

Kiselkarbidchip har ett brett bandgap, vilket innebär att de leder elektricitet snabbare och kraftigare än traditionella kiselhalvledare. Dessutom gör deras värmeledningsförmåga och kemiska inertitet att de lämpar sig för användning under extrema miljöförhållanden och bidrar väsentligt till att förbättra effektiviteten och tillförlitligheten i kraftelektronikapplikationer.

Därmed kan de hantera högre spänningar utan att förlora energi i form av värme, och de har lägre switchförluster än traditionella kiseltransistorer. Dessutom bidrar den lilla formfaktorn till lägre kylningskostnader och möjliggör mer kompakta system.

Power Semiconductor-tekniken används nu i olika applikationer - t.ex. i chip för fordonsindustrin - och har potential att förändra designen av elfordon genom att öka räckvidden och samtidigt skapa mer kompakta och lätta konstruktioner.

Därför lägger de viktigaste leverantörerna av kiselkarbid ner mycket arbete på att övertyga biltillverkarna om att en investering i detta avancerade chip kommer att ge utdelning på sikt.

Boschs fabrik i Reutlingen var tidigare den enda platsen i världen där applikationsspecifika integrerade kretsar tillverkades på kiselkarbidwafers för produktion av applikationsspecifika integrerade kretsar. Nu när produktionen i Roseville har kommit igång igen håller ett team av nya medarbetare på att bekanta sig med sitt arbete, bland dem 26-åriga Allison Suba, som kommer att ansvara för att montera wafers på ramar och bearbeta dem genom tärningsmaskinen.

Effektivitet

Kiselkarbidchip har flera tydliga fördelar jämfört med sina motsvarigheter i kisel när det gäller effektivitet. För det första är bandgapet mycket bredare, vilket gör att elektronerna kan röra sig friare mellan valens- och ledningsbanden, vilket ger chipet större motståndskraft mot elektriska fält innan det blir icke-ledande.

För det andra har kiselkarbid lägre on-state-motstånd än kisel, vilket innebär att mer kraft kan överföras genom chipet med mindre bortkastad värme. Dessutom har kiselkarbid högre värmeledningsförmåga än kisel, vilket innebär att den kan avleda värme snabbare och effektivare.

Kiselkarbidens många fördelar gör den idealisk för användning i högeffektiva applikationer, inklusive kraftelektronik som används för att driva elfordon. Kiselkarbid bidrar till att förbättra räckvidden för mer hållbara transporter samtidigt som det minskar storlek och vikt för att minska vikten på fordonskomponenter och förbättra systemets tillförlitlighet.

I takt med att efterfrågan på kiselkarbid ökar, ökar tillverkarna sin produktion. Wolfspeed öppnade nyligen en ny anläggning i Roseville för att möta detta ökande behov. När produktionen återupptas vid den nya anläggningen kommer den att producera dubbelt så många chip som tidigare!

Lång livslängd

Kisel betraktas ofta som en ikon inom halvledarindustrin, men ännu en stjärna på uppgång när det gäller att driva elfordon är kiselkarbid (SiC). SiC är särskilt lämplig för extrema miljöer där energislöseri och termiska cykler utsätter elektroniken för risker, och erbjuder hållbarhet och lång livslängd under tuffa förhållanden som kräver tillförlitliga kraftkällor.

SiC skiljer sig från traditionella kiselchip genom att ha ett bredare bandgap, vilket gör att det kan arbeta vid högre frekvenser och spänningar samtidigt som det har en förbättrad termisk stabilitet som gör att det klarar högre temperaturer - egenskaper som gör att det passar utmärkt för dagens elfordonsmarknad där konsumenterna kräver högre effektivitet och längre räckvidd.

SiC-chip har blivit ett allt populärare val för applikationer inom kraftelektronik. Men även om deras fördelar ännu inte har utforskats fullt ut, kan en grundlig utvärdering av deras montering och tillförlitlighet avslöja outnyttjade möjligheter.

SiC är ett konstgjort material som tillverkas genom att kombinera kiseldioxid med kol vid höga temperaturer i en elektrisk ugn, vilket ger två varianter: grön och svart. Medan rent grönt SiC kan användas för precisionsslipning av hårda och spröda material som glas eller slipmedel, används orent svart SiC ofta som slipmedel i gjuterier; båda typerna är extremt hållbara material som lätt kan bearbetas eller skäras till form utan att skadas.

Hållbarhet

I takt med att energieffektivitet blir en allt viktigare fråga för både företag och konsumenter kan SiC-chip (silicon carbide) snart komma att revolutionera det sätt på vilket industriledare konstruerar och tillverkar högpresterande kraftelektronik. SiC-enheter ger viktiga prestandafördelar som högre switchfrekvenser (vilket minskar storleken på induktansspolarna), minskade förluster och överlägsen termisk hantering (vilket drastiskt minskar kylbehovet).

Dessa fördelar gör det möjligt för konstruktörerna att öka effektiviteten och effekttätheten på systemnivå och samtidigt krympa produktstorlekarna. Dessutom stöder denna teknik fler applikationer än traditionella kisellösningar, inklusive sådana som kräver spänningar över 600V i kraftelektroniksystem.

En sådan tillämpning av SiC-chip skulle kunna vara på elbilsmarknaden. Elfordon kräver tillförlitliga och effektiva kraftelektroniklösningar för att förlänga körsträckan och batteritiden, vilket skulle kunna gynnas av en utbredd användning av SiC-chip som skulle kunna resultera i längre körsträckor, snabbare laddningstider, mindre och lättare elfordon som tar mindre plats på vägarna och större batterikapacitet.

Användning av SiC i fordonsindustrin har också ytterligare fördelar när det gäller att minska koldioxidutsläppen genom att minska bränsleförbrukningen och elförlusterna vid överföring och distribution. Exakta modeller för koldioxidavtryck och hållbarhetsbedömningar är viktiga för att avgöra om olika tekniker - inklusive kiselkarbid - är lönsamma.