Con la promozione diretta da parte del Ministero Federale dell'Economia e dell'Energia tedesco, Bosch ha avviato la produzione in serie di chip in carburo di silicio, un’attività che permette all’azienda tedesca di diventare un punto di riferimento in Europa nella produzione di chip in SiC per la mobilità elettrica.
I semiconduttori in carburo di silicio (SiC) sono piccoli, potenti ed estremamente efficienti. Dopo uno sviluppo durato diversi anni, Bosch sta avviando ora la produzione su larga scala di semiconduttori di potenza con questo materiale innovativo, per fornire le case auto di tutto il mondo. In futuro i chip saranno impiegati sempre di più nei nuovi veicoli. "Per i semiconduttori in carburo di silicio si profila un futuro brillante. Puntiamo a diventare leader mondiali nella produzione di questi componenti indispensabili per la mobilità elettrica", ha dichiarato Harald Kröger, membro del Board di Bosch. Due anni fa l'azienda fornitrice di tecnologie e servizi aveva reso nota l'intenzione di accelerare lo sviluppo dei chip in SiC e di avviarne la produzione. A tale scopo Bosch ha sviluppato un proprio processo di produzione altamente complesso, con cui – dall'inizio del 2021 – vengono prodotti i semiconduttori speciali, in una prima fase solo come modelli per i test presso i clienti. "Abbiamo un grande numero di ordini. La mobilità elettrica sta registrando un vero e proprio boom", ha dichiarato Kröger.
Bosch guarda già a una seconda generazione di prodotti
In futuro Bosch intende aumentare la capacità di produzione dei semiconduttori di potenza in SiC raggiungendo volumi di centinaia di milioni. A tale scopo l'azienda sta già anche ulteriormente incrementando la superficie delle clean room nello stabilimento di Reutlingen. In parallelo si lavora inoltre alla seconda generazione di chip SiC, che sarà ancora più efficiente e pronta per la produzione in serie dal 2022.
Per lo sviluppo dei 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". “Da diversi anni forniamo supporto per aiutare a consolidare la produzione di semiconduttori in Germania. La produzione di semiconduttori altamente innovativa di Bosch rafforza l'ecosistema della microelettronica in Europa e rappresenta un ulteriore passo avanti verso una maggiore indipendenza in questo campo chiave della digitalizzazione", afferma Peter Altmaier, ministro federale tedesco per gli affari economici.
Una domanda in crescita
La domanda di semiconduttori di potenza in carburo di silicio è in aumento in tutto il mondo. La società di ricerca di mercato e di consulenza Yole stima che l'intero mercato del SiC registrerà ogni anno una crescita media del 30% fino al 2025, raggiungendo 2,5 miliardi di dollari. Con circa 1,5 miliardi di dollari, il mercato del SiC per l'automotive dovrebbe costituire la fetta più grande. "I semiconduttori di potenza in carburo di silicio permettono di utilizzare l'energia in modo particolarmente efficiente. Questi vantaggi emergono soprattutto nelle applicazioni a uso intensivo di energia, come la mobilità elettrica", ha commentato Kröger. Nell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici i chip in carburo di silicio assicurano ai guidatori un'autonomia molto più lunga con una sola carica della batteria: in media il 6% circa in più rispetto ai corrispondenti in silicio. Per poter soddisfare l'aumento costante della domanda di semiconduttori, la superficie delle clean room nella nuova wafer fab di Reutlingen è stata incrementata di 1.000 metri quadrati già nel 2021. Entro la fine del 2023 si aggiungeranno ulteriori 3.000 metri quadrati. Stanno nascendo impianti di produzione ultramoderni, in cui i semiconduttori in carburo di silicio vengono prodotti con processi sviluppati in proprio. Gli esperti di semiconduttori di Bosch si basano sul know-how decennale nella produzione di chip. In futuro l'azienda (che è tra l'altro l'unico fornitore del settore automotive ad avere una produzione propria di chip in carburo di silicio) prevede di produrre i semiconduttori su wafer da 200 millimetri. Rispetto ai wafer attualmente utilizzati, con un diametro di 150 millimetri, si possono così ottenere importanti effetti di scala. Un wafer impiega sempre diversi mesi per superare le diverse centinaia di fasi di processo che si svolgono in una lunga serie di macchine. "Con la produzione su wafer di dimensioni maggiori possiamo produrre molti più chip in un ciclo di produzione e quindi soddisfare più clienti", ha affermato Kröger.
Un atomo minuscolo di grande impatto
Il segreto delle impressionanti prestazioni dei chip in SiC è un minuscolo atomo di carbonio che viene inserito nella struttura cristallina del silicio ad alta purezza, solitamente utilizzato per la produzione di semiconduttori, conferendo alla materia prima particolari caratteristiche fisiche: così, i semiconduttori in carburo di silicio permettono frequenze di commutazione maggiori rispetto ai chip in silicio. Inoltre, solo metà dell'energia va persa sotto forma di calore, permettendo di aumentare la portata delle auto elettriche. I chip sono anche importanti per i sistemi a 800 volt, in quanto permettono una ricarica più rapida e più potenza.
Poiché i chip in SiC cedono molto meno calore, è anche possibile ridurre il dispendioso raffreddamento dell'elettronica di potenza. Questo, oltre al peso, può ridurre anche i costi dei veicoli elettrici. Bosch fornirà i semiconduttori di potenza in carburo di silicio a clienti di tutto il mondo, sia sotto forma di singoli chip sia montati nelle elettroniche di potenza o in soluzioni complete come l'eAxle.
Progettato per essere efficiente, il sistema complessivo formato da motore elettrico, cambio ed elettronica di potenza permette di ottenere un grado di efficienza fino al 96%. In questo modo è disponibile più energia per il sistema di propulsione aumentandone l’autonomia
