Οι ημιαγωγοί από καρβίδιο του πυριτίου (SiC)είναι μικροί, ισχυροί και εξαιρετικά αποδοτικοί. Μετά από αρκετά χρόνια ανάπτυξης, η Bosch ξεκινά τώρα την παραγωγή ημιαγωγών ισχύος από αυτό το καινοτόμο υλικό, προμηθεύοντας αυτοκινητοβιομηχανίες σε όλο τον κόσμο. Στο μέλλον, όλο και περισσότερα οχήματα θα διαθέτουν αυτά τα τσιπ. «Το μέλλον για τους ημιαγωγούς καρβιδίου του πυριτίου είναι λαμπρό. Θέλουμε να γίνουμε ο παγκόσμιος ηγέτης στην παραγωγή τσιπ SiC για την ηλεκτροκίνηση», λέει ο Harald Kroeger, μέλος του διοικητικού συμβουλίου της Robert Bosch GmbH.
Πριν από δύο χρόνια, ο προμηθευτής τεχνολογίας και υπηρεσιών είχε ανακοινώσει ότι θα προχωρήσει στην ανάπτυξη των τσιπ SiC και θα ξεκινήσει την παραγωγή τους. Για αυτό, η Bosch έχει αναπτύξει τις δικές της εξαιρετικά περίπλοκες διαδικασίες παραγωγής, τις οποίες χρησιμοποιεί για την κατασκευή των ειδικών ημιαγωγών από τις αρχές του 2021 –αρχικά ως δείγματα προς επικύρωση από τον πελάτη. «Τα βιβλία παραγγελιών μας είναι γεμάτα, χάρη στην έκρηξη της ηλεκτροκίνησης», λέει ο Kroeger. Καθώς, η Bosch σκοπεύει να επεκτείνει την παραγωγική της ικανότητα, έχει ήδη αρχίσει να επεκτείνει τους ειδικούς χώρους στο εργοστάσιό της στο Reutlingen. Παράλληλα, εργάζεται στην ανάπτυξη της δεύτερης γενιάς τσιπ SiC, που θα είναι ακόμη περισσότερο αποτελεσματική και θα είναι έτοιμη για μαζική παραγωγή από το 2022. Η Bosch λαμβάνει υποστήριξη για την ανάπτυξη αυτών των καινοτόμων διαδικασιών παραγωγής ημιαγωγών SiC από το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Οικονομικών Υποθέσεων και Ενέργειας (BMWi) ως μέρος του «Σημαντικού Έργου Κοινού Ευρωπαϊκού Ενδιαφέροντος (IPCEI) Μικροηλεκτρονικής». «Εδώ και αρκετά χρόνια, παρέχουμε υποστήριξη για την καθιέρωση της παραγωγής ημιαγωγών στη Γερμανία. Η εξαιρετικά καινοτόμος παραγωγή ημιαγωγών της Bosch ενισχύει το μικροηλεκτρονικό οικοσύστημα στην Ευρώπη και αποτελεί ένα περαιτέρω βήμα προς μεγαλύτερη ανεξαρτησία σε αυτόν τον βασικό τομέα της ψηφιοποίησης», λέει ο Peter Altmaier, Ομοσπονδιακός Υπουργός Οικονομικών Υποθέσεων της Γερμανίας.
Καινοτομία στην παραγωγή
Σε όλο τον κόσμο, η ζήτηση για ημιαγωγούς ισχύος καρβιδίου του πυριτίου αυξάνεται. Μια πρόβλεψη της εταιρείας έρευνας αγοράς και συμβούλων Yole δείχνει ότι, από τώρα έως το 2025, η αγορά SiC στο σύνολό της θα αυξάνεται κατά μέσο όρο κατά 30 τοις εκατό ετησίως σε πάνω από 2,5 δισεκατομμύρια δολάρια. Με περίπου 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια, η αγορά αναφορικά με τους ημιαγωγούς SiC στην αυτοκινητοβιομηχανία, αναμένεται να λάβει τη μερίδα του λέοντος. «Οι ημιαγωγοί ισχύος καρβιδίου του πυριτίου κάνουν ιδιαίτερα αποδοτική χρήση της ενέργειας. Τα πλεονεκτήματα αυτού του υλικού έρχονται πραγματικά στο προσκήνιο σε εφαρμογές μεγάλων απαιτήσεων ενέργειας όπως είναι η ηλεκτροκίνηση», λέει ο Kroeger. Στα ηλεκτρονικά ισχύος των ηλεκτρικών οχημάτων, τα τσιπ καρβιδίου του πυριτίου διασφαλίζουν ότι οι οδηγοί μπορούν να οδηγήσουν πολύ περισσότερο με μία φόρτιση μπαταρίας – κατά μέσο όρο περίπου 6 τοις εκατό περισσότερο από ό,τι με τα αντίστοιχα τσιπ καθαρού πυριτίου. Προκειμένου να καλυφθεί η σταθερά αυξανόμενη ζήτηση για αυτούς τους ημιαγωγούς, προστέθηκαν ήδη επιπλέον 1.000 τετραγωνικά μέτρα ειδικών χώρων στο εργοστάσιο παραγωγής της Bosch στο Reutlingen το 2021. Άλλα 3.000 τετραγωνικά μέτρα θα προστεθούν μέχρι το τέλος του 2023. Ο νέος χώρος θα στεγάζει υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις παραγωγής για την κατασκευή ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιώντας διαδικασίες που αναπτύχθηκαν από την Bosch. Για να το επιτύχουν αυτό, οι ειδικοί της Bosch βασίζονται στην εμπειρία δεκαετιών στην κατασκευή τσιπ. Στο μέλλον, η εταιρεία -παρεμπιπτόντως ο μόνος προμηθευτής αυτοκινήτων που παράγει τα δικά της τσιπ καρβιδίου του πυριτίου- σχεδιάζει να κατασκευάσει τους ημιαγωγούς σε δίσκους 200 χιλιοστών. Σε σύγκριση με τους σημερινούς δίσκους 150 χιλιοστών, αυτό θα προσφέρει σημαντική οικονομία κλίμακας. Εξάλλου, χρειάζονται αρκετοί μήνες για να περάσει ένας δίσκος από εκατοντάδες βήματα διαδικασίας σε αμέτρητα μηχανήματα. «Με την παραγωγή σε μεγαλύτερους δίσκους, μπορούμε να κατασκευάσουμε σημαντικά περισσότερα τσιπ σε μια σειρά παραγωγής και έτσι να προμηθεύουμε περισσότερους πελάτες», λέει ο Kroeger.
Μικροσκοπική δομή με μεγάλο αντίκτυπο
Το μυστικό πίσω από την εντυπωσιακή απόδοση των τσιπ SiC βρίσκεται σε ένα μικροσκοπικό άτομο άνθρακα. Η εισαγωγή του καρβιδίου στην κρυσταλλική δομή του εξαιρετικά καθαρού πυριτίου, που χρησιμοποιείται γενικά για την κατασκευή ημιαγωγών, προσδίδει στην πρώτη ύλη ειδικές φυσικές ιδιότητες: για παράδειγμα, οι ημιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου υποστηρίζουν υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής από τα τσιπ καθαρού πυριτίου. Επιπλέον, χάνουν μόνο τη μισή ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, αυξάνοντας έτσι την αυτονομία των ηλεκτρικών οχημάτων. Τα τσιπ είναι επίσης σημαντικά για συστήματα 800 Volt, όπου ενεργοποιούν ταχύτερη επαναφόρτιση και καλύτερη απόδοση. Επίσης, δεδομένου ότι τα τσιπ SiC εκπέμπουν σημαντικά λιγότερη θερμότητα, τα ηλεκτρονικά ισχύος απαιτούν λιγότερη ψύξη. Εκτός από το βάρος, αυτός είναι ένας άλλος τρόπος μείωσης του κόστους των ηλεκτρικών οχημάτων. Στο μέλλον, η Bosch θα προμηθεύει τους πελάτες της με ημιαγωγούς ισχύος από καρβίδιο του πυριτίου σε όλο τον κόσμο – τόσο ως μεμονωμένα τσιπ όσο και εγκατεστημένα σε ηλεκτρονικά ισχύος ή ολοκληρωμένες λύσεις όπως το e-axle. Αυτός ο συνδυασμός ηλεκτροκινητήρα, κιβώτιο ταχυτήτων και ηλεκτρονικά ισχύος επιτυγχάνει απόδοση έως και 96 τοις εκατό χάρη στον πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό του συνολικού συστήματος. Αυτό αφήνει περισσότερη ενέργεια για το σύστημα μετάδοσης κίνησης, το οποίο αυξάνει την αυτονομία.
