O carbeto de silício coerente (SiC) é um material de espelho fundamental para telescópios astronômicos e eletrônica de potência para veículos elétricos

As propriedades de superfície rígida e dura do carbeto de silício fazem dele um excelente material de espelho para telescópios astronômicos e também formam uma parte fundamental da eletrônica de potência em veículos elétricos terrestres e sondas espaciais.

Khan observa que a DENSO e a Mitsubishi Electric são duas empresas líderes em sistemas que estão adquirindo ativamente chips de SiC nos níveis de substrato e epiwafer.

O que é Coherent?

O carbeto de silício, juntamente com materiais semicondutores exóticos como o nitreto de gálio e o óxido de gálio, ganhou as manchetes recentemente devido ao seu potencial para substituir o silício tradicional em algumas aplicações, como a eletrônica de potência para veículos elétricos. Essa tendência está sendo impulsionada por oportunidades lucrativas apresentadas por tecnologias verdes, como veículos elétricos, painéis solares e sensores avançados que precisam funcionar em ambientes adversos.

As empresas que pretendem aproveitar a crescente demanda por dispositivos eletrônicos de potência precisam ter acesso a grandes quantidades de wafers de carbeto de silício (SiC) de alta qualidade. A empresa americana Coherent, anteriormente conhecida como II-VI, mas que agora fabrica lasers e interruptores para circuitos, planeja capitalizar essa tendência criando uma subsidiária dedicada exclusivamente à produção de pastilhas de SiC.

Recentemente, a empresa anunciou que havia garantido um investimento combinado de $1 bilhão das empresas japonesas DENSO e Mitsubishi Electric para seu negócio de semicondutores de carbeto de silício (SiC). Esse investimento acelerará os planos de capital nos próximos anos, uma vez que apoia a expansão da capacidade de fabricação de substratos de SiC de 150 mm e 200 mm e wafers epitaxiais.

O investimento da Coherent ocorre em um momento em que as estimativas de mercado indicam que o mercado total endereçável para o SiC atingirá aproximadamente $21 bilhões até 2030, levando a Coherent a dimensionar suas operações de fabricação de substratos e wafers epitaxiais fabricados com esse material para atender a essa demanda crescente, expandindo a posição de liderança global da Coherent na tecnologia SiC em conjunto com essas operações.

Os chips de SiC têm atraído muito interesse devido à sua eficiência superior, conforme evidenciado pelo fato de perderem apenas metade da energia para o calor do que os chips baseados em silício. Isso permite que os componentes eletrônicos de potência operem em temperaturas mais baixas, economizando custos e peso; além disso, desperdiçar menos calor significa que as baterias duram mais!

Outro fator é que os semicondutores de SiC são feitos de material mais forte e mais resistente à abrasão do que o silício, o que ajuda a prolongar sua vida útil. Devido a esses e outros motivos, os fabricantes de eletrônicos de potência adotaram o SiC com entusiasmo. Como resultado, empresas como a Wolfspeed anunciaram no verão de 2018 que estavam construindo a maior fábrica de SiC do mundo, enquanto a Infineon anunciou planos para desenvolver sua própria fábrica.

Aplicativos

O SiC é amplamente utilizado em aplicações eletrônicas de semicondutores devido à sua excelente condutividade térmica, dureza e rigidez - propriedades que o tornam ideal para altas temperaturas e tensões. A condutividade térmica superior do SiC permite grandes aplicações de conversão de energia, como inversores e trens de força para veículos elétricos, bem como sistemas de transmissão de energia que usam sua baixa resistência elétrica, o que ajuda a reduzir a perda de calor e, ao mesmo tempo, melhora a eficiência. Da mesma forma, a tecnologia SiC está sendo utilizada pelos observatórios espaciais Herschel e Gaia devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica; os espelhos feitos de SiC podem atingir dimensões de até 3,5 metros (11 pés).

O negócio de carbeto de silício da Coherent despertou o interesse de três conglomerados japoneses - Denso Corp, Hitachi Ltd e Mitsubishi Electric Corp - com cada conglomerado considerando investir no negócio com uma avaliação de até $5 bilhões, de acordo com uma fonte familiarizada com o assunto, que pediu para não ser identificada porque o assunto foi considerado confidencial.

À medida que a demanda global por veículos elétricos aumenta, sua demanda também cresce vertiginosamente. Para atender ao aumento da autonomia de condução, reduzir os custos das baterias e diminuir as emissões de forma eficaz, espera-se que os conversores de energia baseados em carbeto de silício (SiC) sejam amplamente adotados a partir de 2025 em veículos elétricos de alta qualidade, antes de se espalharem por todos os carros e aplicações de energia industrial.

Além de produzir substratos de SiC, essa subsidiária expandiu-se para a produção de dispositivos e módulos. Khan acredita que o segredo de seu sucesso está no trabalho com as principais empresas de sistemas, como a Mitsubishi Electric e a Denso, para obter o máximo de aprendizado com a colaboração, melhorando assim os processos de produção.

Essa empresa busca produzir substratos de SiC 4H tipo n de 200 mm adequados para a fabricação de MOSFETs de potência de SiC de alto desempenho com resistência superior à tensão e à temperatura e confiabilidade, desempenho e vida útil em comparação com os chips de silício tradicionais. Os MOSFETs de SiC fornecem sistemas eletrônicos de potência que devem operar em frequências e temperaturas mais altas, faixas de potência mais amplas e a custos reduzidos - soluções ideais que ajudam a reduzir as emissões de CO2 e, ao mesmo tempo, aceleram a transição para soluções de energia limpa.

Tecnologia

O carbeto de silício (SiC) é um material cristalino extremamente duro e quebradiço usado em dispositivos eletrônicos semicondutores que operam sob altas temperaturas ou tensões, além de ser um excelente condutor de eletricidade em temperatura ambiente. O SiC pode suportar temperaturas ou tensões extremamente altas e é um excelente condutor de eletricidade em temperatura ambiente; por isso, tem aplicação em diodos emissores de luz (LEDs), detectores em rádios antigos, conversores de energia (como os encontrados em veículos elétricos), diodos emissores de luz (LEDs) e conversores de energia em rádios antigos - com todos os tipos de aplicações encontradas em dispositivos eletrônicos semicondutores que usam SiC. A moissanita natural é extraída apenas em quantidades muito limitadas, enquanto praticamente todo o SiC vendido comercialmente é fabricado sinteticamente a partir da matéria-prima encontrada.

Os chips feitos de carbeto de silício podem trazer várias vantagens sobre seus equivalentes de silício em aplicações de eletrônica de potência, incluindo temperaturas de operação e frequências de comutação mais baixas. Recentemente, a Coherent ganhou as manchetes por estabelecer sua subsidiária dedicada exclusivamente à produção de carbeto de silício - seguindo os passos da Wolfspeed, que construiu a maior fábrica de carbeto de silício da Alemanha, e da Infineon Technologies, que fabrica dispositivos semicondutores.

O negócio de carbeto de silício da Coherent tem se expandido exponencialmente desde sua fundação, produzindo grandes wafers para a fabricação de dispositivos de energia de alto desempenho. Foram estabelecidas linhas para lidar com substratos de até 200 mm de diâmetro, e as ferramentas foram qualificadas para uso durante esse processo. Além disso, uma subsidiária de fabricação de wafer epitaxial também serve como ponto de partida para a fabricação de uma série de dispositivos semicondutores de potência.

Para maximizar o rendimento e reduzir os custos, a subsidiária passou a adotar o processo Lely, no qual o pó de carbeto de silício é sublimado em espécies de SiC de temperatura mais alta, como nitreto de silício (SiN) e dicarbeto de silício (Si2C). O método Lely permite o crescimento de um único cristal com alta pureza, que é então cortado para criar wafers epitaxiais para wafers epitaxiais individuais - pode ser mais caro do que a deposição de vapor químico, mas é considerado essencial para a produção de dispositivos semicondutores de carbeto de silício confiáveis e com custo reduzido.

A subsidiária assinou contratos de fornecimento de longo prazo com a DENSO e a Mitsubishi Electric, que utilizam substratos de SiC e wafers epitaxiais produzidos por nossa subsidiária para a fabricação de conversores de energia em carros elétricos. De acordo com esses contratos, serão adquiridos substratos de SiC de 150 mm e 200 mm para atender às suas respectivas necessidades de eletrônica de potência.

Preços

As ações da Coherent COHR, +4.52% subiram na terça-feira após a notícia de que seu negócio de semicondutores de carbeto de silício receberá $1 bilhão das montadoras japonesas Denso 6902, -1.07% e Mitsubishi Electric 6503 -0.68%, que investirão, cada uma, $500 milhões por 12,5% de participações não controladoras; a Coherent, sediada em Pittsburgh, possui 75%.

O investimento da Coherent acelerará os planos de expansão de capital e possibilitará acordos de fornecimento de longo prazo. Além disso, essa transação permite que a Coherent se torne uma empresa comercial envolvida com clientes em todos os níveis da cadeia de valor, desde a fabricação de substratos e epireatores de SiC até o projeto e a produção de dispositivos e módulos. Sohail Khan, vice-presidente executivo sênior de novos empreendimentos e negócios de eletrônicos de banda larga, liderará a nova subsidiária como CEO.

Como resultado de seu investimento, o segmento de comunicações da Coherent legado foi responsável por cerca de 65% da receita total durante o ano fiscal de 2018; devido a esse investimento, prevê-se que seus negócios atinjam uma taxa de execução de receita de mais de $2 bilhões e uma margem de lucro superior a 15% até o ano fiscal de 2023, de acordo com as classificações da Fitch. Isso representa um aumento impressionante em relação às suas contribuições de aproximadamente $650 milhões anuais em receitas durante o ano fiscal de 2018.

O carbeto de silício é um composto exótico encontrado em pequenas quantidades apenas em certos depósitos de meteorito e coríndon e na gema moissanita. Devido às suas propriedades especiais, o carbeto de silício tornou-se um componente integral em aplicações de eletrônica de alta temperatura e eletrônica de potência, sendo capaz de suportar temperaturas e tensões mais altas do que o silício e, ao mesmo tempo, conduzir eletricidade com mais eficiência do que o alumínio ou o aço. Além disso, o carbeto de silício é consideravelmente mais leve e resistente do que seus equivalentes em alumínio e aço.

A Coherent investiu significativamente em seus negócios nos últimos dois anos para aumentar a capacidade e apoiar sua expansão contínua, incluindo a construção de uma linha de produção de wafer de 300 mm, bem como o investimento em equipamentos de processamento de epi-wafer e recursos de pesquisa e desenvolvimento de P&D. A Coherent agora fornece wafers de SiC nos diâmetros de 200 e 400 mm para vários clientes em todo o mundo.

A Fitch prevê que o crescimento do negócio de carbeto de silício, juntamente com as eficiências de custo da aquisição da Coherent, ajudará a compensar a fraqueza em outros segmentos, levando a cobertura de juros do EBITDA a níveis mais próximos dos níveis típicos de "BB" durante o período de perspectiva.