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(chǎn)

博世碳化硅晶片

作為全球領(lǐng)先的技術(shù)和服務(wù)提供商，博世兩年前宣布將繼續(xù)推進(jìn)碳化硅芯片的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，博世自主研發(fā)了極其復(fù)雜的制造工藝，并于2021年初開始生產(chǎn)樣品供客戶驗(yàn)證。“得益于電動出行的蓬勃發(fā)展，博世獲得了相當(dāng)多的碳化硅半導(dǎo)體訂單。”克魯格說。

未來，博世將繼續(xù)擴(kuò)大碳化硅功率半導(dǎo)體的產(chǎn)能，目標(biāo)是將產(chǎn)量提升至上億級。為此，博世開始擴(kuò)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(yù)計(jì)2022年投入量產(chǎn)。

博世羅伊特林根晶圓廠

博世的研發(fā)；d碳化硅半導(dǎo)體制造技術(shù)的創(chuàng)新也得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部(BMWi)的支持，成為“歐洲重大共同利益項(xiàng)目(IPCEI)”微電子領(lǐng)域的一部分。“多年來，我們一直為企業(yè)發(fā)展德國半導(dǎo)體制造業(yè)提供支持。博世在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的高度創(chuàng)新，不僅強(qiáng)化了歐洲微電子生態(tài)系統(tǒng)，也進(jìn)一步提高了微電子產(chǎn)業(yè)在數(shù)字化發(fā)展關(guān)鍵領(lǐng)域的獨(dú)立性。”德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部長彼得阿爾特邁爾說。

增加里程的關(guān)鍵

在世界范圍內(nèi)，對碳化硅功率半導(dǎo)體的需求正在增加。市場研究咨詢公司Yole發(fā)布的預(yù)測顯示，從現(xiàn)在到2025年，碳化硅市場的年增長率將達(dá)到30%，市場規(guī)模將超過25億美元。當(dāng)規(guī)模達(dá)到15億美元時，搭載碳化硅器件的汽車將主導(dǎo)市場。“碳化硅功率半導(dǎo)體的效率極高，在電動出行等能源密集型應(yīng)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(shè)備領(lǐng)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(dǎo)體需求，2021年，博世在羅伊特林根晶圓廠建設(shè)了1000平方米的無塵車間。到2023年，博世還將在年底，建設(shè)3000平方米的無塵車間。新建的無塵車間將配備最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)施，采用自主研發(fā)的制造技術(shù)生產(chǎn)碳化硅半導(dǎo)體。為此，博世半導(dǎo)體專家充分利用了博世數(shù)十年的芯片制造專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

博世路透根晶圓廠將繼續(xù)擴(kuò)張。

未來，博世作為唯一自主生產(chǎn)碳化硅芯片的汽車零部件供應(yīng)商，計(jì)劃用200毫米晶圓制造碳化硅半導(dǎo)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(jīng)濟(jì)。畢竟，單個晶圓在無數(shù)機(jī)器設(shè)備中完成數(shù)百個工藝步驟需要幾個月的時間。“使用大尺寸晶圓進(jìn)行生產(chǎn)，可以在一個生產(chǎn)周期內(nèi)生產(chǎn)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(qiáng)大性能得益于小碳原子。在用于制造半導(dǎo)體的高純硅的晶體結(jié)構(gòu)中加入這種碳原子，可以使原材料具有特殊的物理性質(zhì)，例如支持更高的開關(guān)頻率。此外，碳化硅半導(dǎo)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(chǎn)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(shè)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(chǎn)碳化硅芯片的汽車零部件供應(yīng)商。

未來，博世將為全球客戶提供碳化硅功率半導(dǎo)體。這些產(chǎn)品可以是單芯片或內(nèi)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(shè)計(jì)，集電機(jī)、逆變器、減速器于一體的電橋最高效率可達(dá)96%，為動力總成系統(tǒng)提供更多的能量冗余，從而進(jìn)一步提升行駛里程。