MOSFETs καρβιδίου πυριτίου για EVs και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Οι τεχνολογικές εξελίξεις είναι γεγονότα που συμβαίνουν μία φορά στη γενιά για τις επιχειρήσεις ημιαγωγών και όσοι τις αποδέχονται θα αποκομίσουν τεράστια κέρδη.

Η Cree, τώρα Wolfspeed, θα επωφεληθεί από την τάση προς τις συσκευές ισχύος καρβιδίου του πυριτίου. Οι καινοτομίες τους στον σχεδιασμό και την παραγωγή των συσκευών τους επιτρέπουν την κατασκευή μικρότερων τσιπ με ίσες τιμές ισχύος σε κάθε πλακίδιο - επεκτείνοντας έτσι τη χωρητικότητα ανά πλακίδιο.

Συσκευές ισχύος

Τα MOSFET καρβιδίου πυριτίου της Wolfspeed αποτελούν αναπόσπαστο στοιχείο των συστημάτων ισχύος ηλεκτρικών οχημάτων, προσφέροντας παρόμοια υψηλή απόδοση με τα MOSFET πυριτίου (Si), αλλά με μειωμένη απώλεια τάσης και ικανότητα θερμοκρασίας, καθώς και λιγότερη ψύξη για λειτουργία σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες - γεγονός που μεταφράζεται σε μικρότερες κατασκευές με χαμηλότερο κόστος ανά watt.

Η Wolfspeed Technologies ιδρύθηκε αρχικά ως Cree το 1987 και έκτοτε ηγείται παγκοσμίως στην υιοθέτηση τεχνολογιών καρβιδίου του πυριτίου για την προώθηση της αποδοτικής χρήσης ενέργειας και τη διασφάλιση ενός βιώσιμου μέλλοντος. Οι σειρές προϊόντων της καλύπτουν υλικά και συσκευές για ηλεκτρικά οχήματα για γρήγορη φόρτιση, αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ανάγκες αποθηκευτικής ικανότητας και πολλά άλλα - αξιοποιώντας τη σκληρή δουλειά, τη συνεργασία και το πάθος για καινοτομία για να απελευθερώσουν δυνατότητες που θα μεταμορφώσουν τον κόσμο μας προς το καλύτερο.

Καθώς ολοκληρώνει την πώληση της επιχείρησης προϊόντων φωτισμού, η RF Micro Devices Inc θα επικεντρωθεί στις βασικές της δραστηριότητες ημιαγωγών RF/GaN power semiconductors και EM. Για να καλύψει την αναμενόμενη ζήτηση, η εταιρεία επεκτείνει την παραγωγική της ικανότητα με την κατασκευή νέου εργοστασίου υλικών 200mm στο Durham και την επέκταση του εργοστασίου Mohawk Valley στο Marcy της Νέας Υόρκης.

Το Durham της Βόρειας Καρολίνας θα γίνει σύντομα η έδρα του μεγαλύτερου εργοστασίου παραγωγής υλικών καρβιδίου του πυριτίου στον κόσμο. Θα ειδικεύεται στην παραγωγή πλακιδίων 200 χιλιοστών που είναι 1,7 φορές μεγαλύτερα από αυτά των 150 χιλιοστών για περισσότερα τσιπ SiC σε κάθε συσκευή.

Αποθήκευση ενέργειας

Η αποθήκευση ενέργειας είναι μια απαραίτητη τεχνολογία που επιτρέπει στα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια, να γίνουν πιο αποδοτικά από άποψη κόστους και πυκνότητας ισχύος, καθώς και να μειώσουν το κόστος και τα μεγέθη σε οικιακό, εμπορικό και κοινόχρηστο επίπεδο. Από διόδους Schottky έως μονάδες υψηλής ισχύος, όπως οι μονάδες της σειράς WolfPACK, η Wolfspeed προσφέρει μια σειρά από διατάξεις ισχύος SiC που έχουν σχεδιαστεί για να βοηθήσουν τους σχεδιαστές συστημάτων να κατασκευάσουν πιο στιβαρά και αξιόπιστα συστήματα που συμμορφώνονται με τα εξελισσόμενα πρότυπα απόδοσης.

Η Wolfspeed, ως ο κορυφαίος πάροχος παγκοσμίως συσκευών ισχύος καρβιδίου πυριτίου, συνεργάζεται στενά με τους πελάτες της για να διευκολύνει αυτή τη μετάβαση από το πυρίτιο στο SiC. Η Wolfspeed θα επεκτείνει την ικανότητά της για την παροχή πλακιδίων SiC και ημιαγωγών στο νέο κέντρο παραγωγής καρβιδίου του πυριτίου John Palmour στην κομητεία Chatham της Βόρειας Καρολίνας ("JP"), το οποίο θα είναι 10 φορές μεγαλύτερο από το υπάρχον εργοστάσιο 200mm στο Durham NC, στο πλαίσιο του IPCEI (Industrial Research & Development Initiative).

Η κατάθεση των $2 δισεκατομμυρίων της Renesas θα βοηθήσει στη χρηματοδότηση τόσο της JP όσο και των συνεχιζόμενων έργων επέκτασης της παραγωγικής της ικανότητας, όπως η κατασκευή του μεγαλύτερου εργοστασίου υλικών καρβιδίου πυριτίου 200 χιλιοστών στον κόσμο στην πανεπιστημιούπολη του Durham, η οποία βρίσκεται υπό κατασκευή. Η Renesas ανακοίνωσε επίσης πρόσφατα τη στρατηγική της συνεργασία με τη ZF για την από κοινού ανάπτυξη και συγχρηματοδότηση ενός εργοστασίου κατασκευής συσκευών IPCEI στο Saarland της Γερμανίας, το οποίο θα διαθέτει παραγωγή συσκευών 200mm. Αυτή η εγκατάσταση θα αποτελέσει την πρώτη εμπορική μονάδα ηλεκτρονικών ισχύος στην Ευρώπη.

Ηλεκτρονικά ισχύος ευρέος εύρους ζώνης

Οι ημιαγωγοί ισχύος με ευρύ και εξαιρετικά ευρύ διάκενο ζώνης φέρνουν επανάσταση στον τρόπο λειτουργίας των ηλεκτρονικών συσκευών. Σε σύγκριση με τους τυπικούς ημιαγωγούς ισχύος πυριτίου, οι διατάξεις ευρέος χάσματος ζώνης είναι μικρότερες και μπορούν να διαχειριστούν υψηλότερο ρεύμα, μειώνοντας παράλληλα τις απώλειες μεταγωγής και αγωγιμότητας- επιτρέποντας στους σχεδιαστές συστημάτων να επιτύχουν αυξημένη ενεργειακή απόδοση και μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος σε εφαρμογές μεγάλου όγκου, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα (EV), οι εγκαταστάσεις αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας, οι υποδομές φόρτισης και τα βιομηχανικά τροφοδοτικά- ωφελούν ακόμη και τα τρένα και τους κινητήρες έλξης!

Για παράδειγμα, οι μονάδες ισχύος που είναι εξοπλισμένες με MOSFET SiC της Wolfspeed μπορούν να μειώσουν τόσο το μέγεθος όσο και το βάρος, αυξάνοντας παράλληλα την απόδοση κατά 67% για έναν μετατροπέα ηλεκτρικών οχημάτων - βοηθώντας τους κατασκευαστές αυτοκινήτων να επεκτείνουν την εμβέλειά τους.

Τα τρανζίστορ SiC επιτρέπουν πιο συμπαγή και αποδοτικά συστήματα τροφοδοσίας σιδηροδρομικών βαγονιών, καθώς λειτουργούν σε υψηλότερες τάσεις και θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα βελτιώνουν την απόδοση - οδηγώντας σε μείωση του κόστους κεφαλαίου και του λειτουργικού κόστους.

Η Wolfspeed, ως ο κύριος πάροχος ημιαγωγών ισχύος ευρέως διακένου, διαθέτει ένα εκτιμώμενο δίκτυο ευκαιριών ύψους $40 δισεκατομμυρίων και συνεχίζει να καταγράφει design-ins (δεσμεύσεις πελατών για την αγορά προϊόντων που χρησιμοποιούνται ως δείκτης για την πρόβλεψη της μακροπρόθεσμης ζήτησης και των μελλοντικών εσόδων) με αυξανόμενο ρυθμό. Για να ανταποκριθεί στις αυξανόμενες ανάγκες της αγοράς, η Wolfspeed αυξάνει ταχέως την παραγωγική της ικανότητα μέσω νέων εργοστασίων και εγκαταστάσεων για να καλύψει τη ζήτηση των πελατών.

Αυτοκίνητο

Καθώς όλο και περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων στρέφονται προς τα ηλεκτρικά οχήματα (EV), τα ηλεκτρονικά ισχύος καρβιδίου πυριτίου έχουν εφαρμοστεί γρήγορα για να παρέχουν υψηλότερες επιδόσεις, μεγαλύτερη εμβέλεια και ταχύτερες δυνατότητες φόρτισης - και το καρβίδιο πυριτίου θα μπορούσε να γίνει αναπόσπαστο μέρος της στρατηγικής τους.

Τα ηλεκτρικά οχήματα λειτουργούν με πολλαπλές τάσεις: το σύστημα πρόωσης, η θέρμανση/AC/ανελκυστήρες παραθύρων/ κ.λπ. πρέπει να τροφοδοτούνται σε πραγματικό χρόνο από τη μονάδα DC/DC του οχήματος.Οι διατάξεις καρβιδίου πυριτίου σε αυτή τη μονάδα επιτρέπουν τη λειτουργία σε υψηλότερες τάσεις, ενώ είναι πιο ενεργειακά αποδοτικές και αξιόπιστες από τις αντίστοιχες διατάξεις πυριτίου.

Ο παγκόσμιος ηγέτης της αυτοκινητοβιομηχανίας General Motors επέλεξε τη Wolfspeed ως συνεργάτη της. Τον Απρίλιο του 2023, τα δύο μέρη υπέγραψαν συμφωνία Assurance of Supply ProgramTM που παρέχει μακροπρόθεσμη πρόσβαση σε προϊόντα ημιαγωγών της Wolfspeed που χρησιμοποιούνται σε μελλοντικά μοντέλα EV της μονάδας Ultium Drive της General Motors.

Η Mercedes-Benz χρησιμοποιεί επίσης τις μονάδες ισχύος XM3 καρβιδίου πυριτίου της Wolfspeed στους βραβευμένους ηλεκτροκινητήρες και τους μετατροπείς της, οι οποίες διαθέτουν πολύ χαμηλές απώλειες μεταγωγής, ελάχιστη αντίσταση και υψηλή πυκνότητα ισχύος που συμβάλλουν στη μεγιστοποίηση της απόδοσης, ενώ παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Οι μονάδες που παράγονται στο υπερσύγχρονο εργοστάσιο Mohawk Valley Fab της Wolfspeed στο Marcy της Νέας Υόρκης, το οποίο διαθέτει τη μεγαλύτερη εγκατάσταση κατασκευής συσκευών καρβιδίου πυριτίου 200 mm στον κόσμο - αυξάνοντας σημαντικά την παραγωγική τους ικανότητα - βοηθούν στη μεγιστοποίηση της απόδοσης, ενώ παράλληλα παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ενώ παράλληλα μεγιστοποιούν την απόδοση, ενώ παράλληλα παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ενώ ταυτόχρονα αυξάνουν τα χρονικά διαστήματα ζωής της μπαταρίας, ενώ παράλληλα αυξάνουν την απόδοση - δύο βασικές πτυχές για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης της μπαταρίας και την επιμήκυνση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας αντίστοιχα.