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提升电动车续航力标准 博世启动碳化矽晶片大规模量产计画
Dressing udstyr   2021年12月07日 星期二 浏览人次: [902]

自从2021年起因为疫情反覆生变,造成全球车用晶片荒延续至今,交通解决方案则已是目前博世集团(Bosch)旗下最大事业群,并扮演全球汽车科技领导厂商的角色,持续提供客户整合技术和服务的交通解决方案。其中,有鉴于碳化矽(SiC)半导体具有体积小、效率高、功率密度大的显著优势,可显著提高电动车续航力和充电速度。博世经过多年研发,也已准备于2021年12月开始大规模量产由碳化矽制成的功率半导体,以提供全球各大车厂在越来越多量产车上搭载博世的碳化矽晶片。

未来博世将持续提升碳化矽功率半导体的单位产能,同时着手研发功率密度更高的第二代碳化矽晶片,预计将于2022年大规模投产
未来博世将持续提升碳化矽功率半导体的单位产能,同时着手研发功率密度更高的第二代碳化矽晶片,预计将于2022年大规模投产

经过将碳原子加入用于制造半导体的高纯矽晶体结构之后,可让原材料拥有特殊的物理性质,例如支援更高的切换频率。且因为碳化矽半导体热能损耗仅为纯矽晶片的一半,使得碳化矽晶片散发的热量显著减少,除了可有效节约动力电子设备冷却成本、减轻电动车自身的重量,以降低整车成本之外;碳化矽晶片对于800V电压系统也至关重要,得以加快充电速度、提高产品性能,进而提高电动车的续航力。

目前全球对于碳化矽功率半导体的需求量已不断攀升,根据调研公司Yole预测显示,从今年直到2025年碳化矽市场每年成长率将达到30%,市场规模超过25亿美元,估计当规模达到15亿美元时,搭载碳化矽的汽车将占据市场主导地位。

「碳化矽功率半导体的效率极高,其优势在电动交通等能源密集型应用中愈发明显。」博世集团董事会成员Harald Kroeger进一步指出,在电动车动力电子设备领域,相较于使用纯矽晶片的电动车,搭载碳化矽晶片的电动车能有效延长单次充电的续航力达到平均可增加6%。

Kroeger认为:「看好碳化矽半导体拥有广阔的发展前景,博世希望成为全球领先的电动交通碳化矽晶片生产供应商。」博世于两年前即宣布将继续推动碳化矽晶片研发与量产,从而自主开发了极为复杂的制造工艺流程,由内部的半导体专家们充分运用博世长达几十年的晶片制造专业经验,并从2021年初开始生产用于客户验证所需的碳化矽晶片样品。

如今,「受惠于电动交通领域的蓬勃发展,博世已获得数量众多的碳化矽半导体订单。」Kroeger表示,为因应日益成长的碳化矽功率半导体需求,未来博世将持续提升碳化矽功率半导体的单位产能达到上亿水准,已为此在2021年开始扩建罗伊特林根工厂的1,000平方公尺无尘室;同时着手研发功率密度更高的第二代碳化矽晶片,预计将于2022年大规模投产;2023年底还将新建3,000平方公尺的无尘室,并配备最先进的生产设施。

博世在碳化矽半导体制造工艺上的研发创新也已成为「欧洲共同利益重大项目(IPCEI)」中微电子领域的一部分,获得德国联邦经济和能源部(BMWi)出资支援其研发技术。德国联邦经济事务和能源部部长Peter Altmaier表示:「多年来,我们一直协助企业,发展德国半导体制造产业。博世在半导体生产领域的高度创新,不仅强化了欧洲微电子的生态系统,也进一步提高了微电子行业在数位化发展关键领域的独立性。」

未来,博世将成为业界唯一自主生产碳化矽晶片的汽车零件供应商,计画生产8吋晶圆碳化矽半导体,可望带来比当前使用6吋晶圆更可观的规模经济。 Kroeger说:「毕竟,单个晶圆需花费数月时间,方能在无数机器设备中完成上百个工艺步骤,改为大尺寸晶圆能在一次生产周期内制造更多晶片,从而满足更多客户的需求。」

同时向全球客户供应碳化矽功率半导体,产品形式可以是单个晶片,或是得益于更高效能的整体系统设计,而将之内置在动力电子设备,以及电机、变速箱和动力电子设备合为一体的电子轴(e-axle)整体解决方案中,最高效率能达到96%,为动力系统省下更多能耗,进而提高续航力。

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