I semiconduttori al carburo di silicio (SiC) sono piccoli, potenti ed estremamente efficienti. Dopo diversi anni di sviluppo, Bosch sta avviando la produzione su larga scala di semiconduttori di potenza con questo materiale innovativo per rifornire le case automobilistiche di tutto il mondo. In futuro, i chip verranno utilizzati sempre di più nei nuovi veicoli.
“Un brillante futuro si profila per i semiconduttori in carburo di silicio. Miriamo a diventare il leader mondiale nella produzione di questi componenti essenziali per la mobilità elettrica ", ha affermato Harald Kröger, membro del consiglio di amministrazione di Bosch.
Due anni fa, il fornitore di tecnologia e servizi ha annunciato l'intenzione di accelerare lo sviluppo di chip SiC e di avviare la produzione. A tal fine, Bosch ha sviluppato un proprio processo produttivo altamente complesso, con il quale dall'inizio del 2021 vengono prodotti semiconduttori speciali, inizialmente solo come modelli per i test dei clienti. “Siamo pieni di ordini. La mobilità elettrica sta vivendo un vero boom ", ha affermato Kröger.
In futuro, Bosch intende aumentare la capacità di produzione di semiconduttori di potenza SiC a volumi di centinaia di milioni. A tal fine, l'azienda sta già aumentando ulteriormente la superficie delle camere bianche presso lo stabilimento di Reutlingen. Parallelamente, si sta lavorando anche alla seconda generazione di chip SiC, che saranno ancora più efficienti e pronti per la produzione in serie a partire dal 2022.
Per lo sviluppo di processi di produzione innovativi per semiconduttori SiC, Bosch ha il supporto del Ministero federale tedesco per gli affari economici e l'energia (BMWi) nell'ambito del programma "Important Project of Common European Interest - (IPCEI) Microelectronics". “Forniamo supporto da diversi anni per aiutare a consolidare la produzione di semiconduttori in Germania. La produzione altamente innovativa di semiconduttori di Bosch rafforza l'ecosistema della microelettronica in Europa e rappresenta un ulteriore passo avanti verso una maggiore indipendenza in questo settore chiave della digitalizzazione ", afferma Peter Altmaier, ministro federale tedesco per gli affari economici.
La domanda di semiconduttori di potenza in carburo di silicio è in aumento in tutto il mondo. La società di ricerche di mercato e consulenza Yole stima che l'intero mercato SiC registrerà una crescita media del 30% ogni anno fino al 2025, raggiungendo i 2,5 miliardi di dollari. A circa $ 1,5 miliardi, il mercato automobilistico SiC dovrebbe costituire la fetta più grande. “I semiconduttori di potenza in carburo di silicio consentono di utilizzare l'energia in modo particolarmente efficiente. Questi vantaggi emergono soprattutto nelle applicazioni ad alta intensità energetica, come la mobilità elettrica ", ha commentato Kröger.
Nell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici, i chip in carburo di silicio offrono ai conducenti un'autonomia maggiore con una singola carica della batteria, in media circa il 6% in più rispetto alle controparti in silicio. Per soddisfare il costante aumento della domanda di semiconduttori, la superficie della camera bianca nel nuovo Wafer Fab di Reutlingen è stata aumentata di 1.000 metri quadrati già nel 2021. Entro la fine del 2023 verranno aggiunti altri 3.000 metri quadrati. Vengono creati impianti di produzione all'avanguardia, in cui i semiconduttori in carburo di silicio vengono prodotti in processi sviluppati internamente.
In futuro, l'azienda (che è anche l'unico fornitore nel settore automobilistico ad avere una propria produzione di chip di carburo di silicio) prevede di produrre semiconduttori su wafer da 200 mm. Rispetto ai wafer attualmente in uso, con un diametro di 150 millimetri, si possono così ottenere importanti effetti di scala. Un wafer impiega sempre diversi mesi per passare attraverso le diverse centinaia di fasi del processo che avvengono in una lunga serie di macchine. "Producendo su wafer più grandi, possiamo produrre molti più chip in un ciclo di produzione e quindi soddisfare più clienti", ha affermato Kröger.
Il segreto delle prestazioni dei chip SiC è un minuscolo atomo di carbonio che viene inserito nella struttura cristallina del silicio ad elevata purezza, solitamente utilizzato per la produzione di semiconduttori, conferendo alla materia prima particolari caratteristiche fisiche: i semiconduttori in carburo di silicio consentono quindi frequenze di commutazione più elevate rispetto ai chip di silicio. Inoltre, solo la metà dell'energia viene dispersa sotto forma di calore, consentendo di aumentare l'autonomia delle auto elettriche. I chip sono importanti anche per i sistemi a 800 volt, in quanto consentono una ricarica più rapida e più potenza. Poiché i chip SiC emettono molto meno calore, è anche possibile ridurre il costoso raffreddamento dell'elettronica di potenza. Questo, oltre al peso, può ridurre anche i costi dei veicoli elettrici.
Bosch fornirà semiconduttori di potenza in carburo di silicio a clienti di tutto il mondo, sotto forma di chip singoli o incorporati nell'elettronica di potenza o in soluzioni complete come eAxle. Progettato per essere efficiente, l'intero sistema composto da motore elettrico, cambio ed elettronica di potenza promette di raggiungere un'efficienza fino al 96%. In questo modo è disponibile più energia per il sistema di propulsione, aumentandone l'autonomia.
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