– Przyszłość półprzewodników z węglika krzemu jest świetlana. Chcemy zostać światowym liderem w produkcji chipów SiC dla elektromobilności – mówi Harald Kroeger, członek zarządu Robert Bosch GmbH.
Bosch dwa lata temu zapowiedział kontynuację rozwoju chipów SiC i wdrożenie układów do produkcji. W tym celu firma opracowała własne, wysoko złożone procesy produkcyjne, które wykorzystuje do produkcji specjalnych półprzewodników od początku 2021 r. – najpierw jako próbki do walidacji przez klientów.
– Nasze księgi zamówień są pełne dzięki boomowi w elektromobilności – mówi Harald Kroeger, członek zarządu Robert Bosch GmbH.
W przyszłości Bosch zamierza zwiększyć moce produkcyjne półprzewodników mocy SiC do wielkości rzędu setek milionów sztuk. W związku z tym, firma rozbudowuje już pomieszczenia czyste w swoim zakładzie w Reutlingen.
Równolegle Bosch prowadzi prace nad drugą generacją chipów SiC – o lepszej wydajności – która powinna być gotowa do produkcji seryjnej od 2022 roku.
Bosch otrzymuje wsparcie na rozwój tych innowacyjnych procesów wytwarzania półprzewodników SiC od niemieckiego Ministerstwa Gospodarki i Energii (BMWi) w ramach programu „Important Project of Common European Interest (IPCEI) Microelectronics”.
– Od kilku lat udzielamy wsparcia, aby pomagać w tworzeniu produkcji półprzewodników w Niemczech. Wysoko innowacyjna produkcja półprzewodników Boscha wzmacnia ekosystem mikroelektroniki w Europie i jest kolejnym krokiem w kierunku większej niezależności w tej kluczowej dziedzinie cyfryzacji – mówi Peter Altmaier, niemiecki minister gospodarki.
Na całym świecie rośnie zapotrzebowanie na półprzewodniki mocy z węglika krzemu. Z prognozy firmy badawczej i konsultingowej Yole wynika, że do 2025 roku rynek SiC jako całość będzie rósł średnio o 30 proc. rocznie do ponad 2,5 mld USD. Rynek chipów SiC dla motoryzacji będzie natomiast stanowił lwią część tego tortu.
Aby sprostać stale rosnącemu zapotrzebowaniu na półprzewodniki SiC, w 2021 r. Bosch powiększył pomieszczenia czyste w fabryce w Reutlingen o dodatkowe 1000 m kw. Do końca 2023 r. doda kolejne 3000 m kw.
– Półprzewodniki mocy z węglika krzemu zapewniają szczególnie efektywne wykorzystanie energii. Zalety tego materiału w szczególności wysuwają się na pierwszy plan w zastosowaniach energochłonnych, takich jak elektromobilność – mówi Kroeger.
W elektronice mocy pojazdów elektrycznych chipy z węglika krzemu zapewniają możliwość osiągania znacznie lepszego zasięgu na jednym ładowaniu akumulatora – kierowcy mogą jechać średnio o około 6% dalej, niż w przypadku zastosowania ich odpowiedników z czystego krzemu.
Bosch podkreśla, że jest jedynym dostawcą motoryzacyjnym produkującym własne chipy z węglika krzemu. W przyszłości firma zamierza używać do ich produkcji wafli 200-milimetrowych, co w porównaniu z obecnie stosowanymi podłożami o średnicy 150 mm waflami zapewni znaczną ekonomię skali, bowiem pojedynczy wafel w czasie kilku miesięcy przechodzi przez kilkaset etapów procesu w niezliczonych maszynach.
– Produkując na większych waflach, możemy wyprodukować znacznie więcej chipów w jednym cyklu produkcyjnym, a tym samym zaopatrywać większą liczbę klientów – mówi Kroeger.
SiC – przełom w elektromobilności
Układy scalone półprzewodnikowe z węglika krzemu wyznaczają nowy standard pod względem szybkości przełączania, ograniczenia strat energii cieplnej, jak również pod względem rozmiarów konstrukcji. Wszystko zaczyna się od obecności dodatkowych atomów węgla w strukturze krystalicznej krzemu, który zwykle używany jest do produkcji układów scalonych półprzewodnikowych w postaci czystej. Powstały w ten sposób związek chemiczny sprawia, że układy scalone półprzewodnikowe są wydajnymi źródłami mocy, co ma wiele zalet, zwłaszcza dla ich zastosowania w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.
Chipy SiC w układach energoelektronicznych umożliwiają ograniczenie o 50% strat energii. Przekłada się to na większą wydajność pracy elektroniki mocy i zwiększenie ilości energii przekazywanej do silnika, co zwiększa zasięg pojazdu.
Układy te są również ważne dla systemów 800V, w których umożliwiają szybsze ładowanie i lepszą wydajność. Ponieważ chipy SiC emitują również znacznie mniej ciepła, elektronika mocy wymaga mniej kosztownego chłodzenia. Oprócz wagi jest to kolejny sposób na obniżenie kosztów pojazdów elektrycznych.
