德国罗伊特林根——它们体积小、功能强大且极其高效：由碳化硅 (SiC) 制成的半导体。经过几年的发展，博世现已开始批量生产由该材料制成的功率半导体，供应全球汽车制造商。
未来，越来越多的量产车辆将采用这种芯片。 “碳化硅半导体的未来是光明的。我们希望成为电动汽车 SiC 芯片生产领域的全球领导者，”Robert Bosch GmbH 董事会成员 Harald Kroeger 说道。
两年前，这家技术和服务供应商已宣布将推进SiC芯片的开发并进入量产。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——最初作为样品供客户验证。
“我们的 o由于电动汽车的蓬勃发展，订单已满，”Kroeger 说。未来，博世计划将碳化硅功率半导体产能扩大至数亿级。考虑到这一点，该公司已经开始扩大其 Reutlingen 工厂的洁净室空间。
同时，第二代 SiC 芯片的工作也在进行中，这将更加高效并且应该在 2022 年准备好量产。作为“欧洲共同利益的重要项目”的一部分，博世正在从德国联邦经济事务和能源部 (BMWi) 那里获得对 SiC 半导体创新制造工艺开发的支持(IPCEI) 微电子”计划。
“多年来，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微德国联邦经济事务部长彼得·阿尔特迈尔 (Peter Altmaier) 说：“欧洲的光电子生态系统，是在这个关键的数字化领域朝着更大的独立性迈出的又一步。”
在世界范围内，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 Yole 的预测表明，从现在到 2025 年，整个 SiC 市场将以平均每年 30% 的速度增长，达到 25 亿美元以上。 SiC 汽车市场预计将占据最大份额，规模约为 15 亿美元。
“碳化硅功率半导体可以特别有效地利用能源。这种材料的优势在电动汽车等能源密集型应用中真正体现出来，”Kroeger 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——平均比使用汽车多行驶 6% 左右r 纯硅对应物。
为了满足对这些半导体稳步增长的需求，2021 年，位于罗伊特林根的博世晶圆厂的洁净室空间增加了 10,764 平方英尺。另外 32,292 平方英尺到 2023 年底将增加英尺。
新空间将配备最先进的生产设施，用于使用内部开发的工艺制造碳化硅半导体。为实现这一目标，博世的半导体专家正在利用他们在芯片制造方面数十年的专业知识。
未来，该公司——顺便说一句，是唯一一家生产自己的碳化硅芯片的汽车供应商——计划制造半导体在 8 英寸晶圆上。与今天的 6 英寸晶圆相比，这将带来可观的规模经济。毕竟，单片晶圆在无数机器中经过数百道工艺步骤，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。
此外，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速度和更好的性能。由于 SiC 芯片散发的热量也明显减少，因此电力电子设备对昂贵的冷却方式的需求也更少。除了减轻重量，这是降低电动车成本的另一种方式。
未来，博世将供应碳化硅功率半导体为世界各地的客户提供服务——既可以作为单独的芯片，也可以安装在电力电子设备或完整的解决方案中，例如电桥。得益于更高效的整体系统设计，这种电动机、变速箱和电力电子设备的组合可实现高达 96% 的效率。这会为动力总成留下更多能量，从而增加续航里程。
