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碳化硅（SiC）半導(dǎo)體具有體積小、效率高、功率密度大的顯著優(yōu)勢。經(jīng)過多年的研發(fā)，博世目前準(zhǔn)備開始大規(guī)模量產(chǎn)由碳化硅這一創(chuàng)新材料制成的功率半導(dǎo)體，以提供給全球各大汽車生產(chǎn)商。未來，越來越多的量產(chǎn)車將搭載博世生產(chǎn)的碳化硅芯片。“碳化硅半導(dǎo)體擁有廣闊的發(fā)展前景，博世希望成為全球領(lǐng)先的電動出行碳化硅芯片生產(chǎn)供應(yīng)商。”博世集團(tuán)董事會成員Harald Kroeger表示。作為全球領(lǐng)先的技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商，博世于兩年前宣布將繼續(xù)推進(jìn)碳化硅芯片研發(fā)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，博世自主開發(fā)了極為復(fù)雜的制造工藝流程，并于2021年初開始生產(chǎn)用于客戶驗(yàn)證的樣品。“得益于電動出行領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，博世接到了相當(dāng)多的碳化硅半導(dǎo)體訂單。”Kroeger說道。未來，博世還將繼續(xù)擴(kuò)大碳化硅功率半導(dǎo)體的產(chǎn)能，旨在將產(chǎn)出提高至上億顆的水平。為此，博世已經(jīng)開始擴(kuò)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(yù)計(jì)將于2022年投入大規(guī)模量產(chǎn)。博世在碳化硅半導(dǎo)體制造工藝上的研發(fā)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“歐洲共同利益重大項(xiàng)目（IPCEI）”中微電子領(lǐng)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(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)。博世在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域的高度創(chuàng)新，不僅強(qiáng)化了歐洲微電子的生態(tài)系統(tǒng)，也進(jìn)一步提高了微電子行業(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)和能源部部長Peter Altmaier表示。
提高行駛里程的關(guān)鍵
在全球，碳化硅功率半導(dǎo)體的需求量不斷攀升。由市場調(diào)研咨詢公司Yole發(fā)布的預(yù)測顯示，從現(xiàn)在到2025年，碳化硅市場每年的增速將達(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占據(jù)市場主導(dǎo)地位。“碳化硅功率半導(dǎo)體的效率極高，其優(yōu)勢在電動出行等能源密集型應(yīng)用中愈發(fā)明顯。”Kroeger說道。在電動汽車動力電子設(shè)備領(lǐng)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(dǎo)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(jìn)的生產(chǎn)設(shè)施，并使用自主開發(fā)的制造工藝生產(chǎn)碳化硅半導(dǎo)體。為此，博世的半導(dǎo)體專家們充分利用了博世長達(dá)幾十年的芯片制造專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在未來，博世作為唯一一家自主生產(chǎn)碳化硅芯片的汽車零部件供應(yīng)商，計(jì)劃使用200毫米晶圓制造碳化硅半導(dǎo)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(fèi)數(shù)月時間才能在無數(shù)機(jī)器設(shè)備中完成上百個工藝步驟。“使用大尺寸晶圓進(jìn)行生產(chǎn)能在一個生產(chǎn)周期內(nèi)制造更多芯片，進(jìn)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(qiáng)大的性能，要?dú)w功于小小的碳原子。把這種碳原子加入用于制造半導(dǎo)體的高純硅晶體結(jié)構(gòu)，能讓原材料擁有特殊的物理性質(zhì)，例如支持更高的切換頻率。此外，碳化硅半導(dǎo)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(guān)重要，它能加快充電速度、提升產(chǎn)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(shè)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。未來，博世將向全球客戶提供碳化硅功率半導(dǎo)體，產(chǎn)品形式可以是單個芯片，也可以內(nèi)置在動力電子設(shè)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(shè)計(jì)，把電機(jī)、逆變器和減速器合為一體的電橋最高效率能達(dá)到96%，為動力總成系統(tǒng)提供了更多能量冗余，從而進(jìn)一步提高行駛里程。
