Lo sorprendente de la nueva fábrica de carburo de silicio de Wolfspeed en Marcy, Nueva York

Recientemente tuve la oportunidad de visitar la nueva fábrica de semiconductores de carburo de silicio (SiC) de Wolfspeed en Marcy, Nueva York. soy un gran fan de SiC, y con los dispositivos de silicio convencionales llegando a sus límites, los semiconductores de potencia de SiC desempeñarán un papel cada vez más crítico en los futuros vehículos eléctricos y en cualquier cosa que maneje energía eléctrica. La fábrica se ve muy diferente a las que fabrican chips lógicos. No obstante, para alguien que ha visitado muchas fábricas en todo el mundo, hay dos cosas que hacen que esta sea llamativa: el uso de la automatización y el apoyo que la empresa recibió del estado de Nueva York.

El sitio se encuentra en la cima de una colina e incluye un 500,000 pies² edificio en cuatro niveles con 120,000 pies² sala limpia clase 100 para la producción de dispositivos y 10,000 pies adicionales² espacio dedicado a procesos back-end como molienda y unión de materiales. Esta fábrica producirá dispositivos MOSFET de SiC en obleas de 200 mm de diámetro (ocho pulgadas), que es un paso adelante de los 150 mm o tamaños más pequeños que históricamente se han utilizado. Una oblea de 200 mm contiene 1.78 veces más chips que 150 mm y esto, combinado con las inversiones en herramientas, convertirá a Marcy en la fábrica de dispositivos de SiC más grande y productiva del mundo.

SiC es un material muy difícil para trabajar, y tienes que hacer cosas como hacer crecer capas epitaxiales, hornear cosas y construir características mediante la implantación de iones. La empresa también muele los chips durante la fabricación, lo cual es un desafío porque el SiC es uno de los materiales más duros del mundo. Eso significa que tienes que moler con la sustancia más dura: el diamante, que es un proceso complicado. Como empresa predecesora, Cree (la empresa cambió su nombre a Wolfspeed el año pasado), fue pionera en Diseño de dispositivos e innovaciones en los procesos de fabricación., lo que condujo a chips más pequeños para una clasificación de potencia dada, lo que significó más chips por oblea y mayores rendimientos del dispositivo.

Fabricantes de chips lógicos como IntelINTC
, TSMC y la cercana GlobalFoundries en Malta, NY, cambiaron a obleas de 300 mm hace mucho tiempo debido a la necesidad de volúmenes de chips mucho más altos. Todos utilizan una amplia automatización, moviendo lotes de obleas en FOUP (cápsulas unificadas de apertura frontal) con sistemas de transporte aéreo que las mueven entre herramientas individuales en el piso de la fábrica en la secuencia dictada por la receta del chip. Pero todavía nadie había vuelto y hecho el trabajo de automatización para habilitar 200 mm. Aquí la fábrica de Marcy es la pionera. El equipo de Wolfspeed adaptó algunas de las herramientas utilizadas para 300 mm, como el sistema de transporte aéreo, y trabajó con fabricantes de herramientas para desarrollar puertos de carga automatizados. Usarán cápsulas SMIF (para interfaz mecánica estándar) que son más o menos estándar de 200 mm para transportar las obleas.

Esta será una fábrica de "luces apagadas", lo que significa que aunque finalmente habrá alrededor de 600 personas trabajando en el sitio, no habrá ningún operador en la sala limpia, solo los técnicos ocasionales para mantener las herramientas y la robótica. Esto debería tener un impacto positivo en el rendimiento, ya que los humanos que se mueven por una sala limpia son una fuente importante de contaminación por partículas y la consiguiente pérdida de rendimiento. También significa que incluso cuando hay una gran tormenta de nieve en invierno (esa parte del estado de Nueva York puede recibir mucha nieve), la producción puede seguir funcionando.

Eso me lleva a la segunda cosa llamativa de esta fabulosa. Tiene la sensación de un proyecto de desarrollo industrial en Asia. El sitio está en Marcy Nanocenter, en la cima de una colina boscosa adyacente al Instituto Politécnico SUNY, justo al lado de la Autopista del Estado de Nueva York. El estado de Nueva York había estado desarrollando el sitio durante algún tiempo, y Adam Milton, vicepresidente de Mohawk Valley Fab y mi anfitrión para la visita, me dijo que estaba "listo para usar, listo para usar... agua, desagües, alcantarillado, electricidad, todo". las cosas que necesita para construir una fábrica de semiconductores escalable de alto volumen ya estaban aquí”. El sitio abarca 434 acres y Wolfspeed ocupa 55 de ellos, por lo que hay espacio para que ingresen más empresas. El estado también ayudó a acelerar las aprobaciones de permisos y cualquier otra cosa que la empresa necesitara.

La capacidad de contratar mano de obra es esencial para una operación de fabricación compleja como Marcy. “SUNY Poly ya tenía programas de tecnología de ingeniería eléctrica y tecnología de ingeniería mecánica bastante sólidos”, explicó Milton. “Eso se alineó mucho con lo que necesitábamos en términos de ingenieros de procesos, ingenieros de dispositivos o ingenieros industriales y mecánicos”. Además, durante la construcción de la fábrica, Wolfspeed envió un equipo de sus ingenieros a la Facultad de Ingeniería a Nanoescala (CNSE) en Albany. Como parte del paquete de incentivos del estado de Nueva York, la CNSE proporcionó espacio para salas limpias y apoyo de ingeniería para que la empresa transfiriera primero un proceso piloto de 150 mm desde sus instalaciones en Carolina del Norte y luego estableciera una línea piloto de flujo completo de 200 mm. “Ese tipo de creación de prototipos es absolutamente esencial”, agregó Milton. “Porque realmente quieres hacer eso antes de escalar. Pudimos demostrar los rendimientos y la confiabilidad de esa instalación, y eso ahorra mucho tiempo”.

En las cercanías de Utica, NY, la compañía estableció una asociación con Mohawk Valley Community College (MVCC) para ayudar a desarrollar técnicos. MVCC desarrolló un plan de estudios alineado con las necesidades de la empresa. “Podemos enviarlos allí para un curso de seis semanas o un curso de un cuarto de duración para obtener la capacitación complementaria que necesitan”, agregó Milton. MVCC también tenía un espacio de laboratorio en el centro de Utica donde el equipo de Milton pudo configurar una línea completa de prototipos de automatización con toda la infraestructura de software y hardware que planearon para nosotros.e en Marcy. “Cuando se completó este edificio, básicamente pudimos tomar ese trabajo de automatización que ya se realizó en el laboratorio de Utica y conectarlo aquí mismo en este edificio”, explicó Milton. "Esa fue otra gran pluma en nuestra gorra para realmente comenzar a trabajar con la puesta en marcha de esta fábrica". Según su estimación, todas estas cosas tardaron un año en construirse, equiparse y poner en marcha la fábrica.

La construcción de la fábrica de Marcy está completa y todas las herramientas se han trasladado. Actualmente se encuentra en la fase de calificación y los envíos a los clientes están planificados antes de fin de año. Todo el enfoque y, lo que es más importante, la velocidad lo hizo sentir como un proyecto de desarrollo industrial en Taiwán, o tal vez en Carolina del Sur.

La nueva fábrica de Wolfspeed establecerá a Marcy, Nueva York, como un importante enlace de suministro en la transición energética. También podría ser un modelo de cómo hacer desarrollo industrial.