芯耀
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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(shì)。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，博世目前準(zhǔn)備開(kāi)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(chē)生產(chǎn)商。未來(lái)，越來(lái)越多的量產(chǎn)車(chē)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(dòng)出行碳化硅芯片生產(chǎn)供應(yīng)商。”博世集團(tuán)董事會(huì)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(kāi)發(fā)了極為復(fù)雜的制造工藝流程，并于2021年初開(kāi)始生產(chǎn)用于客戶(hù)驗(yàn)證的樣品。“得益于電動(dòng)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(shuō)道。未來(lái)，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(kāi)始擴(kuò)建羅伊特林根工廠(chǎng)的無(wú)塵車(chē)間，同時(shí)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(guó)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(lái)，我們一直為企業(yè)提供支持，發(fā)展德國(guó)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(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部部長(zhǎng)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(chǎng)調(diào)研咨詢(xún)公司Yole發(fā)布的預(yù)測(cè)顯示，從現(xiàn)在到2025年，碳化硅市場(chǎng)每年的增速將達(dá)到30%，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)25億美元。當(dāng)規(guī)模達(dá)到15億美元時(shí)，搭載碳化硅器件的汽車(chē)將占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。“碳化硅功率半導(dǎo)體的效率極高，其優(yōu)勢(shì)在電動(dòng)出行等能源密集型應(yīng)用中愈發(fā)明顯。”Kroeger說(shuō)道。在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電子設(shè)備領(lǐng)域，碳化硅芯片的配置能有效延長(zhǎng)單次充電的行駛距離。與使用純硅芯片的電動(dòng)汽車(chē)相比，搭載碳化硅芯片的電動(dòng)汽車(chē)行駛距離平均延長(zhǎng)了6%。為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)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(chǎng)增建了1000平方米無(wú)塵車(chē)間。到2023年底，博世還將新建3000平方米無(wú)塵車(chē)間。新建的無(wú)塵車(chē)間將配備最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)施，并使用自主開(kāi)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(zhuān)家們充分利用了博世長(zhǎng)達(dá)幾十年的芯片制造專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在未來(lái)，博世作為唯一一家自主生產(chǎn)碳化硅芯片的汽車(chē)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(lái)可觀的規(guī)模效益。畢竟，單個(gè)晶圓需花費(fèi)數(shù)月時(shí)間才能在無(wú)數(shù)機(jī)器設(shè)備中完成上百個(gè)工藝步驟。“使用大尺寸晶圓進(jìn)行生產(chǎn)能在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)制造更多芯片，進(jìn)而滿(mǎn)足更多客戶(hù)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(dòng)汽車(chē)的行駛里程。碳化硅芯片對(duì)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(dòng)力電子設(shè)備冷卻成本、減輕電動(dòng)汽車(chē)自身的重量，同時(shí)降低整車(chē)的成本。未來(lái)，博世將向全球客戶(hù)提供碳化硅功率半導(dǎo)體，產(chǎn)品形式可以是單個(gè)芯片，也可以?xún)?nèi)置在動(dòng)力電子設(shè)備或電橋這類(lèi)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(dòng)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。
