Větší dojezd se stane standardem: Bosch spouští sériovou výrobu čipů z karbidu křemíku

Reutlingen, Německo – Jsou malé, výkonné a extrémně účinné: Polovodiče z karbidu křemíku (SiC). Po několika letech vývoje nyní Bosch zahajuje velkosériovou výrobu výkonových polovodičů z inovativního materiálu, které bude dodávat výrobcům automobilů po celém světě. V budoucnu budou čipy využívány ve stále větším počtu vyráběných vozidel. „Polovodiče z karbidu křemíku mají skvělou budoucnost. Chceme se stát světovou jedničkou ve výrobě SiC čipů pro elektromobilitu,“ říká Harald Kröger, výkonný ředitel společnosti Robert Bosch GmbH. Před dvěma lety oznámila technologická a servisní společnost, že pokročí ve vývoji SiC čipů a zahájí výrobu. Společnost Bosch za tímto účelem vyvinula vlastní vysoce komplexní výrobní procesy, pomocí kterých se od začátku roku 2021 vyrábějí speciální polovodiče – nejprve jako vzorky pro testování zákazníky. „Naše kapacity jsou plné. Důvodem je prudký rozvoj elektromobility,“ říká Kröger. V budoucnu hodlá Bosch zvýšit výrobní kapacitu výkonových polovodičů SiC na číslo v řádu stovek milionů. Za tímto účelem již společnost rozšiřuje svou plochu pro čisté prostory v závodě v Reutlingenu. Souběžně se pracuje také na druhé generaci čipů SiC. Od roku 2022 by měla být připravena pro sériovou výrobu a její účinnost by se měla dále zvyšovat. Společnost Bosch získala podporu na vývoj inovativních výrobních postupů pro SiC polovodiče od německého Spolkového ministerstva hospodářství a energetiky (BMWi) v rámci programu „IPCEI Microelectronics“ (Important Project of Common European Interest – důležitý projekt společného evropského zájmu). „Díky tomuto financování již několik let pomáháme zavádět výrobu polovodičů v Německu. Vysoce inovativní výroba polovodičů společnosti Bosch posiluje ekosystém mikroelektroniky v Evropě a je dalším krokem k větší nezávislosti v této klíčové oblasti digitalizace,“ říká Peter Altmaier, spolkový ministr hospodářství a technologií.

Polovodiče z karbidu křemíku mají skvělou budoucnost. Chceme se stát světovou jedničkou ve výrobě SiC čipů pro elektromobilitu.

Harald Kröger, výkonný ředitel společnosti Robert Bosch GmbH

Díky tomuto financování již několik let pomáháme zavádět výrobu polovodičů v Německu. Vysoce inovativní výroba polovodičů společnosti Bosch posiluje ekosystém mikroelektroniky v Evropě a je dalším krokem k větší nezávislosti v této klíčové oblasti digitalizace.

Peter Altmaier, spolkový ministr hospodářství a technologií

Látka ze snů o dojezdové vzdálenosti

Poptávka po výkonových polovodičích z karbidu křemíku celosvětově roste. Společnost Yole, která se zabývá průzkumem trhu a poradenstvím, očekává, že celkový trh s SiC poroste do roku 2025 v průměru o 30 % ročně na více než 2,5 miliardy amerických dolarů. Očekává se, že největší podíl bude mít trh s automobily na bázi SiC, a to přibližně 1,5 miliardy amerických dolarů. „S výkonovými polovodiči vyrobenými z karbidu křemíku lze stávající energii využít mimořádně efektivně. Tyto výhody se projevují zejména v energeticky náročných aplikacích, jako je elektromobilita,“ říká Kröger. Ve výkonové elektronice elektrických vozidel zajišťují čipy z karbidu křemíku, že řidiči mohou dojet na jedno nabití baterie výrazně dále – v průměru kolem šesti procent ve srovnání s jejich křemíkovými protějšky. Aby bylo možné uspokojit neustále rostoucí poptávku po polovodičích, byla plocha čistých prostor v závodě Bosch v Reutlingenu již v roce 2021 rozšířena o 1 000 m2. Do konce roku 2023 přibude dalších 3 000 metrů čtverečních. Budují se zde nejmodernější výrobní zařízení, na nichž budou vyráběny polovodiče z karbidu křemíku pomocí vlastních postupů. Odborníci na polovodiče firmy Bosch staví na desetiletích know-how z výroby čipů. Společnost, mimochodem jediný dodavatel pro automobilový průmysl s vlastní výrobou čipů z karbidu křemíku, plánuje v budoucnu vyrábět polovodiče na 200 milimetrových waferech. V porovnání s dosud používanými křemíkovými destičkami o průměru 150 milimetrů tak lze dosáhnout významných úspor z rozsahu. Koneckonců, trvá několik měsíců, než projde křemíková destička několika stovkami procesních kroků v bezpočtu strojů. „Díky výrobě na větších křemíkových destičkách můžeme vyrobit podstatně více čipů v jedné výrobní sérii, a tak zásobovat více zákazníků,“ říká Kröger.

Díky výrobě na větších křemíkových destičkách můžeme vyrobit podstatně více čipů v jedné výrobní sérii, a tak zásobovat více zákazníků.

Harald Kröger, výkonný ředitel společnosti Robert Bosch GmbH

Malý atom, velký účinek

Tajemství mimořádného výkonu čipů SiC spočívá v malém atomu uhlíku. Vnáší se do krystalové struktury vysoce čistého křemíku, který se jinak používá k výrobě polovodičů, a dodává materiálu zvláštní fyzikální vlastnosti: Polovodiče z karbidu křemíku tak ve srovnání s křemíkovými čipy umožňují vyšší frekvence spínání. Kromě toho se ve formě tepla ztrácí jen polovina energie, což zvyšuje dojezd elektromobilů. Čipy jsou důležité i pro 800voltové systémy. U nich umožňují rychlejší nabíjení a vyšší výkon. Vzhledem k tomu, že čipy SiC také vyzařují výrazně méně tepla, lze také omezit složité chlazení výkonové elektroniky. Kromě hmotnosti se tak mohou snížit i náklady na výrobu elektromobilů. Společnost Bosch bude v budoucnu dodávat výkonové polovodiče z karbidu křemíku zákazníkům po celém světě – jak v podobě jednotlivých čipů, tak instalované ve výkonové elektronice nebo v kompletních řešeních, jako je například e-náprava. Tato kombinace elektromotoru, převodovky a výkonové elektroniky dosahuje díky efektivněji navrženému celkovému systému účinnosti až 96 %. To znamená, že pro pohon je k dispozici více energie a dojezd se zvyšuje.