博世扩大碳化硅芯片产量

它们体积小、功能强大且效率极高：由碳化硅 (SiC) 制成的半导体。经过几年的发展，博世现在开始批量生产由该材料制成的功率半导体，为全球汽车制造商提供服务。

未来，越来越多的量产车将采用这些芯片。 “碳化硅半导体的未来是光明的。我们希望成为电动汽车碳化硅芯片生产的全球领导者，”罗伯特博世有限公司管理委员会成员Harald Kroeger说。

两年前，这家技术和服务供应商宣布将推进SiC芯片的开发并进入生产阶段。为此，博世开发了自己的复杂制造工艺，自2021年初以来一直用于生产特殊半导体——最初用作客户验证的样品。

“由于电动汽车的蓬勃发展，我们的订单已经满了，”克罗格说。未来，博世打算将其SiC功率半导体的产能扩大到单位数量上亿的产能。考虑到这一点，该公司已经开始扩大其罗伊特林根工厂的洁净室空间。

与此同时，第二代SiC芯片的工作也在进行中，该芯片将更加高效，并且应该可以在 2022 年投入量产。博世正在接受来自SiC半导体的这些创新制造工艺开发的支持德国联邦经济事务和能源部 (BMWi) 作为“欧洲共同利益重要项目 (IPCEI) 微电子”计划的一部分。

“几年来，我们一直在提供支持，帮助在德国建立半导体生产。博世高度创新的半导体生产加强了欧洲的微电子生态系统，是在这一关键数字化领域实现更大独立性的又一步，”德国联邦经济事务部长彼得·阿尔特迈尔说。

在全球范围内，对碳化硅功率半导体的需求正在上升。市场研究和咨询公司 ole的预测表明，从现在到 2025 年，整个 SiC市场将平均每年增长30%，达到25亿美元以上。大约15亿美元的碳化硅汽车市场预计将占据最大份额。

“碳化硅功率半导体特别有效地利用了能源。这种材料的优势在电动汽车等能源密集型应用中脱颖而出，”克罗格说。在电动汽车的电力电子设备中，碳化硅芯片可确保驾驶员在一次电池充电后可以行驶更远的距离——平均比纯硅芯片多约6%。

为了满足对这些半导体不断增长的需求，2021年，博世罗伊特林根晶圆厂的洁净室空间已经增加了10,764平方英尺。到2023年底将再增加32,292平方英尺。

新空间将拥有最先进的生产设施，用于使用内部开发的工艺制造碳化硅半导体。为了实现这一目标，博世的半导体专家正在利用他们数十年的芯片制造专业知识。

未来，该公司——顺便说一下，唯一一家生产自己的碳化硅芯片的汽车供应商——计划在 8 英寸晶圆上制造半导体。与今天的6英寸晶圆相比，这将带来可观的规模经济。毕竟，单个晶圆在无数机器中经过数百个工艺步骤需要几个月的时间。 “通过在更大的晶圆上生产，我们可以在一次生产中制造更多的芯片，从而为更多的客户提供服务，”Kroeger 说。

SiC芯片令人印象深刻的性能背后的秘密在于一个微小的碳原子。将其引入通常用于制造半导体的超纯硅的晶体结构中，赋予原材料特殊的物理特性：例如，碳化硅半导体支持比纯硅芯片更高的开关频率。

更重要的是，它们以热量的形式损失的能量只有一半，从而增加了电动汽车的续航里程。这些芯片对于800伏系统也很重要，它们可以实现更快的充电和更好的性能。由于SiC芯片发出的热量也少得多，因此电力电子设备需要较少的昂贵冷却。除了重量，这是降低电动汽车成本的另一种方式。

未来，博世将向世界各地的客户提供碳化硅功率半导体——无论是作为单独的芯片，还是安装在电力电子设备中或完整的解决方案（如电桥）中。 由于整个系统的设计更加高效，这种电动机、变速箱和电力电子设备的组合实现了高达 96%的效率。 这为动力系统留下了更多能量，从而增加了范围。