碳化硅（SiC）半導體具有體積小、效率高、功率密度大的顯著優(yōu)勢。經過多年的研發(fā)，博世目前準備開始大規(guī)模量產由碳化硅這一創(chuàng)新材料制成的功率半導體，以提供給全球各大汽車生產商。未來，越來越多的量產車將搭載博世生產的碳化硅芯片。“碳化硅半導體擁有廣闊的發(fā)展前景，博世希望成為全球領先的電動出行碳化硅芯片生產供應商。”博世集團董事會成員Harald Kroeger表示。

博世碳化硅晶圓

作為全球領先的技術和服務供應商，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。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能，旨在將產出提高至上億顆的水平。為此，博世已經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。

博世羅伊特林根晶圓廠

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業(yè)。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設施，并使用自主開發(fā)的制造工藝生產碳化硅半導體。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)經驗。

博世羅伊特林根晶圓工廠將繼續(xù)擴建

在未來，博世作為唯一一家自主生產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能在一個生產周期內制造更多芯片，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構，能讓原材料擁有特殊的物理性質，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。

博世是唯一自主生產碳化硅芯片的汽車零部件供應商

未來，博世將向全球客戶提供碳化硅功率半導體，產品形式可以是單個芯片，也可以內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。

原文標題：半導體 | 提高標準行駛里程：博世開啟碳化硅芯片大規(guī)模量產計劃

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