Väčší dojazd sa stane štandardom: Bosch spúšťa sériovú výrobu čipov z karbidu kremíka

Reutlingen, Nemecko – Sú malé, výkonné a extrémne účinné: Polovodiče z karbidu kremíka (SiC). Po niekoľkých rokoch vývoja teraz Bosch spúšťa veľkosériovú výrobu výkonových polovodičov z inovatívneho materiálu, ktoré bude dodávať výrobcom automobilov po celom svete. V budúcnosti sa budú čipy využívať v stále väčšom počte vyrábaných vozidiel. „Polovodiče z karbidu kremíka majú skvelú budúcnosť. Chceme sa stať svetovou jednotkou vo výrobe čipov SiC pre elektromobilitu,“ hovorí Harald Kröger, výkonný riaditeľ spoločnosti Robert Bosch GmbH. Pred dvoma rokmi oznámila technologická a servisná spoločnosť, že pokročí vo vývoji čipov SiC a spustí výrobu. Spoločnosť Bosch na tento účel vyvinula vlastné vysoko komplexné výrobné procesy, pomocou ktorých sa od začiatku roku 2021 vyrábajú špeciálne polovodiče – najprv ako vzorky pre testovanie zákazníkov. „Naše kapacity sú plné. Dôvodom je prudký rozvoj elektromobility,“ hovorí Kröger. V budúcnosti sa chystá Bosch zvýšiť výrobnú kapacitu výkonových polovodičov SiC na číslo rádovo v stovkách miliónov. Na tento účel už spoločnosť rozširuje svoju plochu pre čisté priestory v závode v Reutlingene. Súbežne sa pracuje taktiež na druhej generácii čipov SiC. Od roku 2022 by mala byť pripravená na sériovú výrobu a jej účinnosť by sa mala ďalej zvyšovať. Spoločnosť Bosch získala podporu na vývoj inovatívnych výrobných postupov pre polovodiče SiC od nemeckého Spolkového ministerstva hospodárstva a energetiky (BMWi) v rámci programu IPCEI Microelectronics (Important Project of Common European Interest – Dôležitý projekt spoločného európskeho záujmu). „Vďaka tomuto financovaniu už niekoľko rokov pomáhame zavádzať výrobu polovodičov v Nemecku. Vysoko inovatívna výroba polovodičov spoločnosti Bosch posilňuje ekosystém mikroelektroniky v Európe a je ďalším krokom k vyššej nezávislosti v tejto kľúčovej oblasti digitalizácie,“ hovorí Peter Altmaier, spolkový minister hospodárstva a technológií.

Polovodiče z karbidu kremíka majú skvelú budúcnosť. Chceme sa stať svetovou jednotkou vo výrobe čipov SiC pre elektromobilitu.

Harald Kröger, výkonný riaditeľ spoločnosti Robert Bosch GmbH

Vďaka tomuto financovaniu už niekoľko rokov pomáhame zavádzať výrobu polovodičov v Nemecku. Vysoko inovatívna výroba polovodičov spoločnosti Bosch posilňuje ekosystém mikroelektroniky v Európe a je ďalším krokom k vyššej nezávislosti v tejto kľúčovej oblasti digitalizácie.

Peter Altmaier, spolkový minister hospodárstva a technológií

Látka zo snov o dojazdovej vzdialenosti

Dopyt po výkonových polovodičoch z karbidu kremíka celosvetovo rastie. Spoločnosť Yole, ktorá sa zaoberá prieskumom trhu a poradenstvom, očakáva, že celkový trh so SiC porastie do roku 2025 v priemere o 30 %ročne na viac než 2,5 miliardy amerických dolárov. Očakáva sa, že najväčší podiel bude mať trh s automobilmi na báze SiC, a to približne 1,5 miliardy amerických dolárov. „S výkonovými polovodičmi vyrobenými z karbidu kremíka je možné existujúcu energiu využiť mimoriadne efektívne. Tieto výhody sa prejavujú najmä v energeticky náročných aplikáciách, ako je elektromobilita,“ hovorí Kröger. Vo výkonovej elektronike elektrických vozidiel zaisťujú čipy z karbidu kremíka, že vodiči môžu dôjsť na jedno nabitie batérie výrazne ďalej – v priemere okolo šesť percent v porovnaní s ich kremíkovými náprotivkami. Aby bolo možné uspokojiť neustále rastúci dopyt po polovodičoch, bola plocha čistých priestorov v závode Bosch v Reutlingene už v roku 2021 rozšírená o 1 000 m2. Do konca roku 2023 pribudne ďalších 3 000 metrov štvorcových. Budujú sa tu najmodernejšie výrobné zariadenia, na ktorých sa budú vyrábať polovodiče z karbidu kremíka pomocou vlastných postupov. Odborníci na polovodiče z firmy Bosch stavajú na desaťročnom know-how z výroby čipov. Spoločnosť, mimochodom jediný dodávateľ pre automobilový priemysel s vlastnou výrobou čipov z karbidu kremíka, plánuje v budúcnosti vyrábať polovodiče na 200-milimetrových waferoch. V porovnaní s doteraz používanými kremíkovými doštičkami s priemerom 150 milimetrov je tak možné dosiahnuť významné úspory z rozsahu. Koniec koncov, trvá niekoľko mesiacov, kým prejde kremíková doštička niekoľkými stovkami procesných krokov v nespočetnom množstve strojov. „Vďaka výrobe na väčších kremíkových doštičkách môžeme vyrobiť podstatne viac čipov v jednej výrobnej sérii, a tak zásobovať viac zákazníkov,“ hovorí Kröger.

Vďaka výrobe na väčších kremíkových doštičkách môžeme vyrobiť podstatne viac čipov v jednej výrobnej sérii, a tak zásobovať viac zákazníkov.

Harald Kröger, výkonný riaditeľ spoločnosti Robert Bosch Gmb

Malý atóm, veľký účinok

Tajomstvo mimoriadneho výkonu čipov SiC spočíva v malom atóme uhlíka. Vnáša sa do kryštálovej štruktúry vysokočistého kremíka, ktorý sa inak používa na výrobu polovodičov, a dodáva materiálu zvláštne fyzikálne vlastnosti: Polovodiče z karbidu kremíka tak v porovnaní s kremíkovými čipmi umožňujú vyššie frekvencie spínania. Okrem toho sa vo forme tepla stráca len polovica energie, čo zvyšuje dojazd elektromobilov. Čipy sú dôležité aj pre 800-voltové systémy. U nich umožňujú rýchlejšie nabíjanie a vyšší výkon. Vzhľadom na to, že čipy SiC taktiež vyžarujú výrazne menej tepla, je možné taktiež obmedziť zložité chladenie výkonovej elektroniky. Okrem hmotnosti sa tak môžu znížiť aj náklady na výrobu elektromobilov. Spoločnosť Bosch bude v budúcnosti dodávať výkonové polovodiče z karbidu kremíka zákazníkom po celom svete – tak v podobe jednotlivých čipov, ako aj inštalované vo výkonovej elektronike alebo v kompletných riešeniach, ako je napríklad e-náprava. Táto kombinácia elektromotora, prevodovky a výkonovej elektroniky dosahuje vďaka efektívnejšie navrhnutému celkovému systému účinnosť až 96 %. To znamená, že pre pohon je k dispozícii viac energie a dojazd sa zvyšuje.