Wolfspeeds kiselkarbidsubstrat och epi-wafers möjliggör system för förnybar energi

Wolfspeed är branschledande när det gäller siC-substrat och epi-wafers och har väl beprövade tekniker som skyddas av robusta immateriella rättigheter.

Fokuserar på sin enhetsaffär (krafthalvledare) för att öka marginalerna och bibehålla prissättningsmakten. De tecknade nyligen ett avtal med Renesas om att leverera 200 mm wafers från Siler City-anläggningen.

Vad är kiselkarbid?

Kiselkarbid, även känd som SiC eller karborundum, är ett av de hårdaste materialen på jorden; så hårt att endast diamantbestyckade klingor kan skära i det.

Kisel är ett halvledarmaterial med ett brett bandgap, vilket innebär att dess egenskaper varierar mellan att vara ledare och isolator, vilket gör det lämpligt för applikationer som kräver höga temperaturer och spänningar, t.ex. kraftelektronik som den som finns i elfordon eller DC/DC-omvandlare som används för att reglera nät som drivs med förnybar energi.

SiC:s unika effekthanteringsegenskaper gör den väl lämpad för användning i 1.500 V DC-bussomvandlare som används i snabbladdningssystem för elfordon, energilagring i elnätet och batteridrivna ESS. Wolfspeeds standardiserade kraftmoduler kan hjälpa ingenjörer att förenkla, snabba upp och avdramatisera systemkonstruktioner, vilket leder till snabbare marknadsintroduktion med minskade kostnader och effektförluster.

Wolfspeed är branschledande inom SiC-tillverkning och förser konstruktörer av kraftsystem med utvärderingsverktyg för att hjälpa dem med deras konstruktioner. Våra LTspice-modeller gör det möjligt för ingenjörer att testa konstruktioner utan fysiska prover eller kostsam utrustning; och våra portföljer med grinddrivdon och diskreta produkter gör det möjligt för systemkonstruktörer att maximera SiC:s fördelar genom att minimera parasiter i paketet och öka överspänningskapaciteten - perfekta komplement till våra GeneSiC MOSFET:er och Schottky-dioder som finns tillgängliga som kraftmoduler eller bare die-produkter.

Hur tillverkas kiselkarbid från Wolfspeed?

SiC är känt för sin överlägsna värmeledningsförmåga, styvhet och låga värmeutvidgningskoefficient, vilket gör det till det material som väljs när man tillverkar speglar till storskaliga teleskop som Herschel Space Telescope. SiC:s förmåga att motstå höga temperaturer och spänningar gör det dessutom idealiskt för krafthalvledare.

Kiselkarbidenheter har fått ett stort genomslag i takt med att elbilarnas växelriktare blir effektivare, vilket ökar räckvidden och energieffektiviteten. Branschanalytiker räknar med att kraftchip i kiselkarbid kommer att stå för 20% av marknaden 2027 tack vare sin förmåga att hantera högre spänningar med lägre driftstemperaturer och ha mindre parasitbelastning än sina föregångare.

Wolfspeed expanderade nyligen utanför Durham med öppnandet av Mohawk Valley Fab, en waferfabrik i norra New York som gör det möjligt för dem att tillverka SiC-enheter i högre volymer för både militära och civila applikationer.

I takt med att efterfrågan fortsätter att öka gör Wolfspeed investeringar för att utöka sin produktionskapacitet. De är mitt uppe i byggandet av John Palmour Manufacturing Center for Silicon Carbide i Siler City, North Carolina; den första fasen förväntas vara klar 2024 och kan potentiellt resultera i en exponentiell ökning av materialproduktionskapaciteten jämfört med deras befintliga materialutvidgning vid huvudkontoret i Durham.

SGL Carbon kommer att leverera sin rågrafit till Mohawk Valley Fab och John Palmour Manufacturing Center för kiselkarbidanläggningar med hjälp av PVT (Physical Vapor Transport), en avancerad teknik som utvecklats av Toyota och Denso, i motsats till CVD (Chemical Vapor Deposition) som är mer traditionell.

Varför är Wolfspeed kiselkarbid annorlunda?

Wolfspeeds SiC-lösningar gör det möjligt för system för förnybar energi att reglera strömmen på ett säkrare sätt genom att hantera högre spänningar och avleda värme mer effektivt, vilket gör portföljen med diskreta komponenter och högeffektsmoduler från Wolfspeed till en ovärderlig tillgång när det gäller att skapa lättare, mindre system med ökad effekttäthet med upp till 40%.

Kiselkarbidens lägre elektromagnetiska störningar än traditionella kiselskivor gör det mycket mindre troligt att det uppstår systemfel och förbättrar prestandan, vilket minskar systemets stilleståndstid och förbättrar den totala systemeffektiviteten. Wolfspeed, som är en av de första leverantörerna av SiC-baserade wafers i världen, vet också hur man bäst konstruerar kiselkarbidwafers för optimal prestanda, vilket resulterar i lägre ledningsförluster, switchförluster och totala förluster än alternativa material som glas.

Wolfspeeds 2300V-enheter har en förbättrad "failure-in-time"-frekvens för kontinuerlig 1500V DC-drift och minskad känslighet för kosmisk strålning när de används i tvånivåkonstruktioner, vilket leder till längre livslängd och hållbarhet jämfört med traditionella kisel-IGBT:er. Detta innebär en avsevärd uppgradering jämfört med konkurrerande teknologier.

Dessa fördelar kan utgöra ett viktigt bidrag till OBC-system (on-board charging) för elbilar och hjälpa dem att klara utmaningen att tillhandahålla hållbara transporter för en ständigt ökande befolkning samtidigt som de globala elnäten skyddas. Med miljarder fälttimmar i bagaget och beprövad tillförlitlighet ger Wolfspeeds halvledare och system långsiktigt stöd för framväxande alternativa energiapplikationer.

Hur kan Wolfspeed Silicon Carbide hjälpa dig?

Wolfspeeds halvledarkomponenter i kiselkarbid (SiC) gör kraftsystemdesignen enklare, snabbare och riskfri samtidigt som de uppfyller nya effektivitetsstandarder. Våra 650V SiC MOSFETs har betydligt lägre kostnader per watt än kiselekvivalenter samtidigt som de är mycket hållbara med breda driftstemperaturområden - fördelar som möjliggör hållbar design i system för förnybar energi, t.ex. genom att minska systemets storlek/vikt samtidigt som effekttätheten ökar och körtiderna förlängs med minskad batterikapacitet.

Konstruktörer av kraftsystem kan använda våra 2300V moduler utan basplatta för 1500V DC-bussapplikationer för att förbättra prestandan och samtidigt minska antalet komponenter genom att öka effekttätheten och den dynamiska prestandan, vilket leder till minskad storlek på passiva komponenter samt minskade totala systemkostnader på grund av minskad värmeproduktion. Den här modulen bidrar till att optimera effekttätheten samtidigt som den passiva komponentstorleken minskas avsevärt för förbättrad systemeffektivitet och lägre kostnader för värmeutveckling.

Som en del av vårt engagemang för att stödja USA:s ekonomier och arbetstagare skapar vi ett dynamiskt nav för forskning och tillverkning av halvledare i North Carolina. Nära NC State kommer vår John Palmour Materials Plant att bli världens första anläggning för tillverkning av 200 mm SiC-wafers i stora volymer.

Wolfspeed har över 4.000 anställda och strävar efter att bygga upp en mer kvalificerad arbetskraft i USA genom att investera i utbildningsprogram som är inriktade på jobb med hög tillväxt. Vårt flaggskeppsprogram, Applied Science Academy, sammanför branschexperter och NC State-fakulteten för rigorösa kurser som förbereder både studenter och akademiker för karriärer inom halvledarproduktion. Dessutom har Wolfspeed ett nära samarbete med lokala karriärorganisationer som Real Life Rosies och VET STEP för att öppna dörrar till tekniska karriärer för både kvinnor och veteraner.