博世研發(fā)第二代碳化硅芯片 將于2022年投入大規(guī)模量產

博世碳化硅晶片

作為全球領先的技術和服務提供商，博世兩年前宣布將繼續(xù)推進碳化硅芯片的研發(fā)，實現量產。為實現這一目標，博世自主研發(fā)了極其復雜的制造工藝，并于2021年初開始生產樣品供客戶驗證。“得益于電動出行的蓬勃發(fā)展，博世獲得了相當多的碳化硅半導體訂單。”克魯格說。

未來，博世將繼續(xù)擴大碳化硅功率半導體的產能，目標是將產量提升至上億級。為此，博世開始擴建羅伊特林根工廠的無塵車間，同時開始研發(fā)功率密度更高的第二代碳化硅芯片，預計2022年投入量產。

博世羅伊特林根晶圓廠

博世的研發(fā)；d碳化硅半導體制造技術的創(chuàng)新也得到了德國聯邦經濟事務和能源部(BMWi)的支持，成為“歐洲重大共同利益項目(IPCEI)”微電子領域的一部分。“多年來，我們一直為企業(yè)發(fā)展德國半導體制造業(yè)提供支持。博世在半導體生產領域的高度創(chuàng)新，不僅強化了歐洲微電子生態(tài)系統(tǒng)，也進一步提高了微電子產業(yè)在數字化發(fā)展關鍵領域的獨立性。”德國聯邦經濟事務和能源部長彼得阿爾特邁爾說。

增加里程的關鍵

在世界范圍內，對碳化硅功率半導體的需求正在增加。市場研究咨詢公司Yole發(fā)布的預測顯示，從現在到2025年，碳化硅市場的年增長率將達到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主導市場。“碳化硅功率半導體的效率極高，在電動出行等能源密集型應用中，其優(yōu)勢越來越明顯。”克魯格說。

在電動汽車動力電子設備領域，碳化硅芯片的配置可以有效延長單次充電的行駛距離。與使用純硅片的電動車相比，搭載碳化硅芯片的電動車行駛距離平均延長6%。

為了滿足日益增長的碳化硅功率半導體需求，2021年，博世在羅伊特林根晶圓廠建設了1000平方米的無塵車間。到2023年，博世還將在年底，建設3000平方米的無塵車間。新建的無塵車間將配備最先進的生產設施，采用自主研發(fā)的制造技術生產碳化硅半導體。為此，博世半導體專家充分利用了博世數十年的芯片制造專業(yè)經驗。

博世路透根晶圓廠將繼續(xù)擴張。

未來，博世作為唯一自主生產碳化硅芯片的汽車零部件供應商，計劃用200毫米晶圓制造碳化硅半導體。與今天使用的150毫米晶圓相比，使用200毫米晶圓可以帶來可觀的規(guī)模經濟。畢竟，單個晶圓在無數機器設備中完成數百個工藝步驟需要幾個月的時間。“使用大尺寸晶圓進行生產，可以在一個生產周期內生產出更多的芯片，從而滿足更多客戶的需求。”克魯格說。

小原子，大能量

碳化硅芯片的強大性能得益于小碳原子。在用于制造半導體的高純硅的晶體結構中加入這種碳原子，可以使原材料具有特殊的物理性質，例如支持更高的開關頻率。此外，碳化硅半導體的熱損失僅為純硅片的一半，因此可以提高電動汽車的行駛里程。碳化硅芯片對于800 V電壓系統(tǒng)也非常重要，可以加快充電速度，提高產品性能。由于碳化硅芯片散發(fā)的熱量顯著降低，可以節(jié)省電力電子設備的冷卻成本，減輕電動車本身的重量，降低整車的成本。

博世是唯一一家自主生產碳化硅芯片的汽車零部件供應商。

未來，博世將為全球客戶提供碳化硅功率半導體。這些產品可以是單芯片或內置集成解決方案的形式，如電力電子或橋梁。得益于更高效的整體系統(tǒng)設計，集電機、逆變器、減速器于一體的電橋最高效率可達96%，為動力總成系統(tǒng)提供更多的能量冗余，從而進一步提升行駛里程。