Bosch расширяет производство чипов из карбида кремния

РЕЙТЛИНГЕН, Германия. Они маленькие, мощные и чрезвычайно эффективные:полупроводники из карбида кремния (SiC). После нескольких лет разработки Bosch приступает к серийному производству силовых полупроводников из этого материала, поставляемого производителям автомобилей по всему миру.

В будущем все больше и больше серийных автомобилей будут оснащены этими чипами. «У карбидокремниевых полупроводников большое будущее. Мы хотим стать мировым лидером в производстве чипов SiC для электромобилей», — говорит Харальд Крюгер, член правления Robert Bosch GmbH.

Два года назад поставщик технологий и услуг объявил, что продолжит разработку чипов SiC и начнет их производство. Для этого компания Bosch разработала собственные сложные производственные процессы, которые она использует для производства специальных полупроводников с начала 2021 года — первоначально в качестве образцов для проверки заказчиком.

«Благодаря буму электромобилей наши портфели заказов полны», — говорит Крюгер. В будущем Bosch намерена расширить свои производственные мощности по выпуску SiC-силовых полупроводников до объемов, исчисляемых сотнями миллионов штук. Помня об этом, компания уже приступила к расширению чистых помещений на своем заводе в Ройтлингене.

Параллельно ведется работа над вторым поколением SiC-чипов, которые будут еще более эффективными и должны быть готовы к серийному производству к 2022 году. Bosch получает поддержку в разработке этих инновационных производственных процессов для SiC-полупроводников от Федеральное министерство экономики и энергетики Германии (BMWi) в рамках программы «Важный проект общеевропейского интереса (IPCEI) в области микроэлектроники».

«Уже несколько лет мы оказываем поддержку, чтобы помочь организовать производство полупроводников в Германии. Инновационное производство полупроводников Bosch укрепляет экосистему микроэлектроники в Европе и является еще одним шагом на пути к большей независимости в этой ключевой области цифровизации», — говорит Петер Альтмайер, федеральный министр экономики Германии.

Во всем мире растет спрос на силовые полупроводники из карбида кремния. Согласно прогнозу исследовательской и консалтинговой компании Yole, с настоящего момента до 2025 года рынок карбида кремния в целом будет расти в среднем на 30 процентов в год и превысит 2,5 миллиарда долларов. Ожидается, что львиная доля рынка автомобилей SiC будет составлять около 1,5 млрд долларов США.

«Силовые полупроводники из карбида кремния обеспечивают особенно эффективное использование энергии. Преимущества этого материала действительно проявляются в энергоемких приложениях, таких как электромобили», — говорит Крюгер. В силовой электронике электромобилей чипы из карбида кремния гарантируют, что водители могут проехать значительно больше на одном заряде батареи — в среднем примерно на 6 процентов больше, чем их аналоги из чистого кремния.

Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на эти полупроводники, в 2021 году к чистым помещениям на заводе по производству пластин Bosch в Ройтлингене было добавлено еще 10 764 квадратных фута. Еще 32 292 квадратных фута будут добавлены к концу 2023 года.

На новом пространстве разместятся современные производственные мощности для производства полупроводников из карбида кремния с использованием процессов, разработанных внутри компании. Чтобы добиться этого, специалисты Bosch по полупроводникам опираются на свой многолетний опыт производства микросхем.

В будущем компания — кстати, единственный поставщик автомобилей, производящий собственные чипы из карбида кремния — планирует производить полупроводники на 8-дюймовых пластинах. По сравнению с сегодняшними 6-дюймовыми пластинами это обеспечит значительную экономию за счет масштаба. В конце концов, требуется несколько месяцев, чтобы одна пластина прошла несколько сотен технологических операций на бесчисленном количестве машин. «Выпуская пластины большего размера, мы можем производить значительно больше чипов за один производственный цикл и, таким образом, обслуживать больше клиентов», — говорит Крюгер.

Секрет впечатляющей производительности чипов SiC кроется в крошечном атоме углерода. Введение его в кристаллическую структуру сверхчистого кремния, обычно используемого для производства полупроводников, придает исходному материалу особые физические свойства:например, полупроводники из карбида кремния поддерживают более высокие частоты переключения, чем чипы из чистого кремния.

Более того, они теряют вдвое меньше энергии в виде тепла, тем самым увеличивая запас хода электромобилей. Чипы также важны для 800-вольтовых систем, где они обеспечивают более быструю перезарядку и лучшую производительность. Поскольку чипы SiC также выделяют значительно меньше тепла, для силовой электроники требуется меньше дорогостоящего охлаждения. Помимо веса, это еще один способ снизить стоимость электромобилей.

В будущем Bosch будет поставлять силовые полупроводники на основе карбида кремния клиентам по всему миру — как в виде отдельных микросхем, так и в виде встроенных в силовую электронику или комплексные решения, такие как электронная ось. Эта комбинация электродвигателя, редуктора и силовой электроники обеспечивает эффективность до 96 процентов благодаря более эффективной конструкции всей системы. Это оставляет больше энергии для трансмиссии, что увеличивает запас хода.