Bosch дає добро на масове виробництво чіпів з карбіду кремнію

Ройтлінген, Німеччина – Напівпровідники з карбіду кремнію (SiC) невеликі, потужні та надзвичайно ефективні. Витративши кілька років на розробку, Bosch починає масове виробництво силових напівпровідників з цього інноваційного матеріалу для автомовиробників з усього світу. У майбутньому все більше і більше серійних автомобілів будуть обладнуватися такими чіпами.

«Напівпровідники з карбіду кремнію очікує світле майбутнє. Ми хочемо стати світовим лідером у виробництві SiC-мікросхем для електромобілів», – стверджує Харальд Крьогер, член Правління Robert Bosch GmbH.

Два роки тому компанія, світовий постачальник технологій та послуг, оголосла, що продовжить розробку SiC- чіпів і почне їхнє виробництво. Для цього Bosch створив власні комплексні виробничі процеси, які з початку 2021 року використовує для виробництва спеціальних напівпровідників – на першому етапі в якості зразків для тестування замовниками.

«Ми отримуємо величезну кількість замовлень завдяки буму електромобільності», – говорить пан Крьогер.

У майбутньому Bosch має намір розширити свої виробничі потужності для силових напівпровідників із карбіду кремнія до сотень мільйонів одиниць. Із огляду на це, компанія вже розпочала розширення спеціалізованих чистих приміщень на своєму заводі в Ройтлінгені. Паралельно також ведеться робота над другим поколінням SiC-чіпів, які будуть ще більш продуктивними. Вони повинні бути готові до масового виробництва з 2022 року. У процесі розробки інноваційних виробничих процесів для SiC-напівпровідників Bosch отримує підтримку від Федерального міністерства економіки та енергетики Німеччини (BMWi) у рамках програми «Важливий проект, що представляє спільний європейський інтерес (IPCEI) «Мікроелектроніка».

«Вже кілька років ми надаємо підтримку з метою допомоги в налагодженні виробництва напівпровідників у Німеччині. Надзвичайно інноваційне виробництво напівпровідників Bosch зміцнює екосистему мікроелектроніки в Європі і є ще одним кроком до більшої незалежності в цій ключовій галузі цифровізації», – каже Петер Альтмайєр, федеральний міністр економіки Німеччини.

Матеріал, з якого зроблені мрії

У всьому світі зростає попит на силові напівпровідники з карбіду кремнію. Дослідження консалтингової компанії Yole прогнозує, що до 2025 року ринок SiC-чіпів загалом зростатиме в середньому на 30% на рік до понад 2,5 млрд доларів. Очікується, що левову частку –  близько 1,5 млрд доларів – становитиме автомобільний ринок SiC-чіпів.

«Силові напівпровідники з карбіду кремнію мають суттєво вищу енергоефективність. Переваги цього матеріалу дійсно виходять на перший план в енергоємних застосуваннях, таких як електромобільність», – заявив пан Крьогер.

У електроніці силових агрегатів електромобілів мікросхеми з карбіду кремнію гарантують, що водії отримають більший запас ходу на одному заряді акумулятора – в середньому приблизно на 6% більше, ніж в аналогівчних чіпів із чистого кремнію. Щоб задовольнити постійно зростаючий попит на ці напівпровідники, у 2021 році до чистих приміщень на заводі Bosch з виготовлення плат в Ройтлінгені вже було додано ще1000 м³. До кінця 2023 року буде додано ще 3000 м³.

У цьому приміщенні розмістяться найсучасніші виробничі потужності для виробництва напівпровідників із карбіду кремнію за власними технологіями. Щоб досягти цього, фахівці Bosch з напівпровідників спираються на свій багаторічний досвід у виробництві мікросхем. У майбутньому компанія – до речі, єдиний постачальник автомобільних комплектуючих, що виробляє власні мікросхеми з карбіду кремнію – планує виробляти напівпровідники на 200-міліметрових пластинах. Порівняно з нинішніми 150-міліметровими пластинами, це забезпечить значну економію від більших обсягів виробництва. Зрештою, потрібно кілька місяців, щоб одна пластина пройшла кілька сотень етапів процесу на безлічі машин.

«Завдяки більш крупним пластинам, ми можемо виготовити значно більше мікросхем за один виробничий цикл і забезпечити таким чином поставки більшій кількості клієнтів», – говорить пан Крьогер.

Великий вплив маленького атома

Секрет вражаючої продуктивності мікросхем із карбіду кремнію полягає в крихітному атомі вуглецю.

Введення його в кристалічну структуру надчистого кремнію, який зазвичай використовується для виробництва напівпровідників, надає сировині особливі фізичні властивості: наприклад, напівпровідники з карбіду кремнію підтримують більш високі частоти перемикання, ніж чисті кремнієві мікросхеми. Більше того, вони втрачають вдвічі менше енергії у вигляді тепла, тим самим збільшуючи запас ходу електромобілів.

Такі мікросхеми важливі також для 800-вольтових систем, де вони забезпечують швидшу зарядку та кращу продуктивність. Оскільки SiC- чіпи також виділяють значно менше тепла, силова електроніка потребує менше дорогих систем охолодження. Крім ваги, це ще один спосіб знизити вартість електромобілів. У майбутньому Bosch постачатиме силові напівпровідники з карбіду кремнію клієнтам у всьому світі – як окремі мікросхеми, так і встановлені в електронні компоненти або комплексні рішення, такі як e-axle. Ця комбінація електродвигуна, коробки передач та силової електроніки досягає коефіцієнту корисної дії (ККД) до 96% відсотків завдяки більш ефективній конструкції системи в цілому. Це залишає більше енергії для силового агрегату, що збільшує запас ходу.