投資50億美元,Wolfspeed建造世界上最大的碳化硅晶圓廠

                  2022-09-16 12:54:53 來源:EETOP編譯自electronicdesign
                  Wolfspeed將投資高達 50 億美元建造其聲稱將成為世界上最大的碳化硅(SiC) 材料工廠,以加強其對電動汽車(EV) 未來關鍵的半導體供應。

                  該公司表示,新工廠將位于北卡羅來納州羅利市郊區,靠近其位于三角研究園的公司總部。
                  新工廠將幫助公司跟上未來幾年內外部對SiC 晶圓不斷增長的需求。由SiC 制成的功率 MOSFET 具有特殊的物理特性,使其能夠在調節或轉換電力時輸出更多功率并散發更少的熱量。這會帶來更好的功率密度和系統級效率——尤其是在更高的電壓下。

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                  該公司正努力跟上對基于SiC 的功率 MOSFET 和其他芯片的需求增長,這主要是由于缺乏原材料和可將其加工成芯片的設施的產能。

                  Wolfspeed 總裁兼首席執行官Gregg Lowe 說:“對我們產品的需求繼續快速增長,而行業繼續受到供應限制。擴大我們的材料生產將進一步提高我們的市場領導地位,并使我們能夠更好地滿足客戶不斷增長的需求?!?/span>

                  Wolfspeed表示,第一階段的建設將于2024 年完成,耗資約 20 億美元。Wolfspeed 將在預計于 2030 年完成的第二階段中根據需要增加更多容量。

                  新設施最終可能在 450 英畝的場地上占地超過 100 萬平方英尺,到2030 年創造 1,800 個工作崗位。據 Wolfspeed 稱,其在該場地的投資可能高達 50 億美元。

                  除了電動汽車,基于 SiC 的功率器件也被視為用于太陽能電池板、快速充電站、高壓工業電機驅動器和鐵路基礎設施的光伏(PV) 逆變器的關鍵組成部分。

                  實質性差異

                  SiC在電力電子領域的潛力很大程度上歸功于材料本身。

                  SiC 是一種寬帶隙半導體,這一特性使其能夠承受比硅MOSFET 更高的擊穿電壓(數千伏或大約10 倍于標準硅芯片所能承受的電壓)和更高的溫度(在某些情況下超過500°C),而硅MOSFET和IGBT已經主導了幾十年。

                  基于 SiC 的功率 MOSFET 是更高電壓下 IGBT 的替代品,因為它們降低了開關的開通和關斷損耗。與硅芯片相比,這有助于其卓越的能效。

                  SiC在高壓水平下提供更好的導通電阻(R DS(on) ),從而降低功率損耗和更高的電流密度,并在調節和將功率從一個電平轉換到另一個電平時產生更少的熱量。

                  開關速度也比他們正在取代的硅MOSFET 和 IGBT 更快。這一特點使你可以用更小的變換器和其他外圍被動元件來包。再加上其更好的能源效率,它們可以幫助減輕電源的重量和體積。

                  憑借高效處理高壓和耐受高溫的能力,隨著越來越多的電動汽車上路,碳化硅正在取得進展。特斯拉率先在量產汽車中使用SiC 芯片?,F在,其他主要汽車制造商也紛紛效仿。

                  今年年初,Wolfspeed 敲定了一項協議,為美國汽車巨頭通用汽車提供 SiC 器件,這些器件將控制未來電動汽車模型中的集成電力電子設備。

                  每輛電動汽車都包含幾個主要的動力構建模塊。但許多人希望在逆變器中使用SiC,將電池中的直流電轉換為交流電,以推動電動機轉動車輪,即使是很小的能效提升也會帶來巨大的收益。

                  反過來,它減少了電力電子設備的功率損耗,從而擴大了電動汽車的范圍。作為替代方案,汽車公司可以在不犧牲續航里程的情況下使用更小、更便宜的電池制造電動汽車。

                  這些芯片也被用于電動汽車的車載充電器(OBC)。它們的省電能力轉化為更快的充電速度。

                  令人難以置信的硬度

                  新的Wolfspeed工廠將生產SiC錠,并將其轉化為200毫米晶圓,比長期以來一直占主導地位的150毫米晶圓大1.7倍。

                  更大的尺寸意味著每塊晶圓可切割出更多的功率芯片,在這個過程中,降低了SiC MOSFET更高的單件成本。該公司面臨的主要挑戰之一是確保SiC芯片可能帶來的更高的系統級效率超過了制造這些芯片的更高成本。

                  盡管SiC具有寶貴的功率處理特性,但它是世界上最硬的材料之一,操縱它是一個挑戰。為了生產能切片成晶圓并轉化成芯片的鑄錠,Wolfspeed使用了定制的熔爐,將原料加熱到幾千度——如此高的溫度使過程中使用的硅和碳原料蒸發。

                  該化合物圍繞所謂的“種子”凝聚,形成一個圓柱形的SiC 單晶棒——稱為晶錠。然后將錠切成圓盤,拋光成鏡面光滑,以去除盡可能多的不規則和雜質。這遠非一個簡單的過程:碳化硅的硬度和脆性意味著在不破壞的基礎上更難以拋光晶圓表面。

                  該公司自詡為全球最大的SiC 供應商,約占全球產量的60%。Wolfspeed 聲稱,此次擴建將使其原材料生產能力提高十倍。

                  資金資助

                  這些晶圓將用于供應 Wolfspeed 最近在紐約州北部建成的晶圓廠,該晶圓廠于今年年初開業,是世界上第一個能夠推出200 毫米晶圓的 SiC 器件的工廠。Mohawk Valley 工廠的 SiC 器件預計將在今年年底前開始向客戶發貨。 

                  該工廠生產的晶圓可能主要用于滿足Wolfspeed 的內部制造需求。但該公司還與意法半導體等外部合作伙伴簽訂了供應協議。

                  該公告發布之際,美國準備根據最近通過的CHIPS 和科學法案發放數百億美元的補貼、贈款和其他激勵措施。

                  根據該法案,Wolfspeed 將在大約 390 億美元的制造業相關補貼中分得一杯羹,并為新的美國晶圓廠提供25% 的投資稅收抵免,該法案也稱為CHIPS+ 法案。它希望申請并獲得該法案可能提供的資金,以加快工廠的建設和擴建。

                  雖然它從美國獲得多少援助還有待觀察,但Wolfspeed 在北卡羅來納州建立的計劃可能歸結為非聯邦激勵措施。為了支持設施第一階段的開發,Wolfspeed表示,它從州、縣和地方政府那里獲得了 10 億美元的獎勵。


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