Полупроводники из карбида кремния (SiC) небольшие, мощные и чрезвычайно эффективные. После нескольких лет разработок компания Bosch начинает серийное производство силовых полупроводников из этого инновационного материала, чтобы поставлять их автопроизводителям по всему миру. В будущем все больше автомобилей серийного производства будут оснащаться этими чипами.
«У карбидокремниевых полупроводников большое будущее. Мы хотим стать мировым лидером в производстве SiC-чипов для электромобилей», - сказал Харальд Крёгер, член Правления Robert Bosch GmbH.
Два года назад было объявлено, что разработка чипов SiC продолжится и будет запущено их производство. Для этого Bosch разработала собственные комплексные процессы, которые используются для производства специальных полупроводников с начала 2021 года - изначально в качестве пробных образцов для заказчиков.
«Мы получаем массу заказов благодаря буму электромобильности», - отметил Крёгер.
В будущем Bosch планирует расширить свои производственные мощности для выпуска силовых полупроводников SiC до объема, исчисляемого сотнями миллионов штук. Для этого компания уже приступила к расширению площади чистых помещений на своем заводе в Ройтлингене. Параллельно ведется работа над вторым поколением еще более эффективных SiC-чипов, которые будут готовы к серийному производству к 2022 году. В процессе разработки инновационных производственных процессов для SiC-полупроводников Bosch получает поддержку от Федерального министерства экономики и энергетики Германии (BMWi) в рамках программы «Важный проект, представляющий общий европейский интерес (IPCEI) "Микроэлектроника».
Материал, из которого сделаны мечты
Во всем мире растет спрос на силовые карбидокремниевые полупроводники. Согласно прогнозу компании Yole, занимающейся исследованиями рынка и консалтингом, рынок SiC будет расти в среднем на 30% в год и достигнет более 2,5 миллиардов долларов к 2025 году. Ожидается, что его львиная доля придется на автомобильный рынок SiC, который составит около 1,5 миллиарда долларов.
«Силовые полупроводники из карбида кремния особенно эффективно используют энергию. Преимущества этого материала действительно выходят на первый план в энергоемких применениях, таких как электромобильность», - сказал Крёгер.
Чипы из карбида кремния обеспечивают водителям возможность преодолеть значительно большее расстояние на одном заряде аккумулятора - в среднем на 6% больше, чем при использовании чисто кремниевых аналогов. Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на эти полупроводники, уже в 2021 году на заводе Bosch по производству полупроводниковых пластин в Ройтлингене было добавлено еще 1 000 квадратных метров к площади чистых помещений. Еще 3 000 квадратных метров будут выделены к концу 2023 года. В новых помещениях будут размещены самые современные производственные мощности для изготовления полупроводников из карбида кремния при помощи собственных процессов. Специалисты Bosch по полупроводникам опираются на свой многолетний опыт в производстве микросхем. В будущем компания - единственный поставщик автомобилей, который производит собственные чипы из карбида кремния - планирует выпускать полупроводники на 200-миллиметровых полупроводниковых пластинах. По сравнению с сегодняшними 150-миллиметровыми микросхемами, это обеспечит большую эффективность. Ведь на то, чтобы одна микросхема прошла через несколько сотен технологических этапов на бесчисленных станках уходит несколько месяцев.
«Благодаря производству на более крупных микросхемах мы сможем выпускать значительно больше чипов за один цикл и, таким образом, поставлять их большему числу клиентов», - сказал Крёгер.
Большое влияние маленького атома
Секрет впечатляющей производительности чипов SiC кроется в крошечном атоме углерода. Внедрение его в кристаллическую структуру сверхчистого кремния, обычно используемого для производства полупроводников, придает сырью особые физические свойства: например, полупроводники из карбида кремния поддерживают более высокие частоты переключения, чем чистые кремниевые чипы. Более того, они теряют в 2 раза меньше энергии в виде тепла, что позволяет увеличить дальность хода электромобилей. Эти чипы также важны для 800-вольтовых систем, где они обеспечивают более быструю зарядку и лучшую производительность. Поскольку чипы SiC также выделяют значительно меньше тепла, силовой электронике 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 чипов, так и в составе силовой электроники или комплексных решений, таких как электронная ось. Эта комбинация электродвигателя, коробки передач и силовой электроники достигает КПД до 96 процентов благодаря более эффективной конструкции всей системы. В результате остается больше энергии для силового агрегата, что увеличивает запас хода.
