ボッシュが炭化ケイ素チップの生産を拡大

ロイトリンゲン、ドイツ – 小型でパワフル、そして非常に効率的です。炭化ケイ素 (SiC) でできた半導体です。数年間の開発の後、ボッシュは現在、この材料で作られたパワー半導体の量産を開始しており、世界中の自動車メーカーに供給しています.

将来的には、これらのチップを搭載した生産車両がますます増えるでしょう。 「炭化ケイ素半導体の未来は明るい。 Robert Bosch GmbH の取締役である Harald Kroeger は次のように述べています。

2 年前、テクノロジーとサービスのサプライヤーである同社は、SiC チップの開発を推し進め、生産に入る予定であると発表しました。このため、ボッシュは独自の複雑な製造プロセスを開発し、2021 年の初めから特殊な半導体の製造に使用してきました。最初は顧客検証用のサンプルとして使用されています。

「エレクトロモビリティのブームのおかげで、私たちの注文書はいっぱいです」とクローガーは言います。ボッシュは将来的に、SiC パワー半導体の生産能力を数億単位にまで拡大する予定です。これを念頭に置いて、同社はすでにロイトリンゲン工場のクリーン ルーム スペースの拡張を開始しています。

並行して、第 2 世代の SiC チップに関する作業も行われています。これはさらに効率的であり、2022 年には大量生産の準備が整うはずです。ボッシュは、SiC 半導体向けのこれらの革新的な製造プロセスの開発に対して、ドイツ連邦経済エネルギー省 (BMWi) は、「欧州共通利益の重要なプロジェクト (IPCEI) マイクロエレクトロニクス」プログラムの一環として。

「ここ数年、私たちはドイツで半導体生産を確立するための支援を提供してきました。ボッシュの非常に革新的な半導体生産は、ヨーロッパのマイクロエレクトロニクス エコシステムを強化し、デジタル化のこの重要な分野における独立性を高めるためのさらなる一歩です」と、ドイツ連邦経済担当大臣のペーター アルトマイヤーは述べています。

世界中で、炭化ケイ素パワー半導体の需要が高まっています。市場調査およびコンサルティング会社の Yole による予測では、現在から 2025 年までの間、SiC 市場全体が年平均 30% 成長し、25 億ドルを超えると予測されています。約 15 億ドルの SiC 自動車市場が最大のシェアを占めると予想されます。

「炭化ケイ素パワー半導体は、エネルギーを特に効率的に利用します。この材料の利点は、エレクトロモビリティなどのエネルギー集約型のアプリケーションで本当に前面に出てきます」とクローガーは言います。電気自動車のパワー エレクトロニクスでは、シリコン カーバイド チップにより、ドライバーは 1 回のバッテリー充電で大幅に遠くまで走行できることが保証されます。これは、純粋なシリコンの対応物よりも平均で約 6% 長くなります。

これらの半導体に対する需要の着実な増加に対応するため、2021 年には、ロイトリンゲンにあるボッシュ ウェーハ ファブのクリーン ルーム スペースに、すでに 10,764 平方フィートが追加されています。2023 年末までに、さらに 32,292 平方フィートが追加される予定です。

新しいスペースには、社内で開発されたプロセスを使用して炭化ケイ素半導体を製造するための最先端の生産設備が収容されます。これを実現するために、ボッシュの半導体専門家は、数十年にわたるチップ製造の専門知識を構築しています。

将来、同社は、独自のシリコン カーバイド チップを製造する唯一の自動車部品サプライヤーであり、8 インチ ウエハーで半導体を製造することを計画しています。現在の 6 インチ ウェーハと比較すると、これはかなりの規模の経済を実現します。数え切れないほどのマシンで数百の工程を経るのに、1枚のウエハーが数か月かかるのです。 「より大きなウェーハで生産することにより、1 回の生産で大幅に多くのチップを製造できるため、より多くの顧客に供給することができます」と Kroeger 氏は言います。

SiC チップの優れた性能の秘密は、小さな炭素原子にあります。半導体の製造に一般的に使用される超高純度シリコンの結晶構造に導入すると、原材料に特別な物理的特性が与えられます。たとえば、炭化ケイ素半導体は、純粋なシリコン チップよりも高いスイッチング周波数をサポートします。

さらに、熱の形で失われるエネルギーが半分になるため、電気自動車の航続距離が伸びます。このチップは、800 ボルトのシステムにとっても重要であり、充電の高速化とパフォーマンスの向上を可能にします。また、SiC チップは熱の放出が大幅に少ないため、パワー エレクトロニクスに必要なコストのかかる冷却も少なくて済みます。重量に加えて、これは電気自動車のコストを削減するもう 1 つの方法です。

将来、ボッシュは炭化ケイ素パワー半導体を、個々のチップとして、またパワー エレクトロニクスや e アクスルなどの完全なソリューションに組み込む形で、世界中の顧客に供給していきます。この電気モーター、ギアボックス、およびパワー エレクトロニクスの組み合わせは、システム全体のより効率的な設計により、最大 96% の効率を達成します。これにより、パワートレインにより多くのエネルギーが残され、航続距離が伸びます。