作為全球領先的技術(shù)和服務供應商,博世于兩年前宣布將繼續(xù)推進碳化硅芯片研發(fā)并實現(xiàn)量產(chǎn)。為實現(xiàn)這一目標,博世自主開發(fā)了極為復雜的制造工藝流程,并于2021年初開始生產(chǎn)用于客戶驗證的樣品。“得益于電動出行領域的蓬勃發(fā)展,博世接到了相當多的碳化硅半導體訂單。”Kroeger說道。未來,博世還將繼續(xù)擴大碳化硅功率半導體的產(chǎn)能,旨在將產(chǎn)出提高至上億顆的水平。
為此,博世已經(jīng)開始擴建羅伊特林根工廠的無塵車間,同時著手研發(fā)功率密度更高的第二代碳化硅芯片,預計將于2022年投入大規(guī)模量產(chǎn)。博世在碳化硅半導體制造工藝上的研發(fā)創(chuàng)新也得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部(BMWi)的支持,成為“歐洲共同利益重大項目(IPCEI)”中微電子領域的一部分。“多年來,我們一直為企業(yè)提供支持,發(fā)展德國半導體制造產(chǎn)業(yè)。博世在半導體生產(chǎn)領域的高度創(chuàng)新,不僅強化了歐洲微電子的生態(tài)系統(tǒng),也進一步提高了微電子行業(yè)在數(shù)字化發(fā)展關鍵領域的獨立性。”德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部部長Peter Altmaier表示。
提高行駛里程的關鍵
在全球,碳化硅功率半導體的需求量不斷攀升。由市場調(diào)研咨詢公司Yole發(fā)布的預測顯示,從現(xiàn)在到2025年,碳化硅市場每年的增速將達到30%,市場規(guī)模將超過25億美元。當規(guī)模達到15億美元時,搭載碳化硅器件的汽車將占據(jù)市場主導地位。“碳化硅功率半導體的效率極高,其優(yōu)勢在電動出行等能源密集型應用中愈發(fā)明顯。”Kroeger說道。
在電動汽車動力電子設備領域,碳化硅芯片的配置能有效延長單次充電的行駛距離。與使用純硅芯片的電動汽車相比,搭載碳化硅芯片的電動汽車行駛距離平均延長了6%。為滿足日益增長的碳化硅功率半導體需求,2021年,博世已在羅伊特林根晶圓工廠增建了1000平方米無塵車間。到2023年底,博世還將新建3000平方米無塵車間。新建的無塵車間將配備最先進的生產(chǎn)設施,并使用自主開發(fā)的制造工藝生產(chǎn)碳化硅半導體。為此,博世的半導體專家們充分利用了博世長達幾十年的芯片制造專業(yè)經(jīng)驗。在未來,博世作為唯一一家自主生產(chǎn)碳化硅芯片的汽車零部件供應商,計劃使用200毫米晶圓制造碳化硅半導體。相比于如今使用的150毫米晶圓,使用200毫米晶圓能夠帶來可觀的規(guī)模效益。畢竟,單個晶圓需花費數(shù)月時間才能在無數(shù)機器設備中完成上百個工藝步驟。“使用大尺寸晶圓進行生產(chǎn)能在一個生產(chǎn)周期內(nèi)制造更多芯片,進而滿足更多客戶的需求。”Kroeger表示。
小原子,大能量
碳化硅芯片的強大的性能,要歸功于小小的碳原子。把這種碳原子加入用于制造半導體的高純硅晶體結(jié)構(gòu),能讓原材料擁有特殊的物理性質(zhì),例如支持更高的切換頻率。此外,碳化硅半導體熱能損失僅有純硅芯片的一半,因此能夠提高電動汽車的行駛里程。碳化硅芯片對800伏電壓系統(tǒng)也至關重要,它能加快充電速度、提升產(chǎn)品性能。由于碳化硅芯片散發(fā)的熱量顯著減少,能節(jié)約動力電子設備冷卻成本、減輕電動汽車自身的重量,同時降低整車的成本。
未來,博世將向全球客戶提供碳化硅功率半導體,產(chǎn)品形式可以是單個芯片,也可以內(nèi)置在動力電子設備或電橋這類整體解決方案中。得益于更高效的整體系統(tǒng)設計,把電機、逆變器和減速器合為一體的電橋最高效率能達到96%,為動力總成系統(tǒng)提供了更多能量冗余,從而進一步提高行駛里程。
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