Bosch vai expandir a produção de chips de carboneto de silício

REUTLINGEN, Alemanha – São pequenos, potentes e extremamente eficientes:semicondutores feitos de carbeto de silício (SiC). Após vários anos de desenvolvimento, a Bosch está agora iniciando a produção em volume de semicondutores de potência feitos do material, fornecendo aos fabricantes automotivos em todo o mundo.

No futuro, mais e mais veículos de produção contarão com esses chips. “O futuro dos semicondutores de carboneto de silício é brilhante. Queremos nos tornar líderes globais na produção de chips SiC para eletromobilidade”, diz Harald Kroeger, membro do conselho de administração da Robert Bosch GmbH.

Há dois anos, o fornecedor de tecnologia e serviços havia anunciado que avançaria com o desenvolvimento de chips SiC e entraria em produção. Para isso, a Bosch desenvolveu seus próprios processos de fabricação complexos, que vem usando para produzir os semicondutores especiais desde o início de 2021 – inicialmente como amostras para validação do cliente.

“Nossas carteiras de pedidos estão cheias, graças ao boom da eletromobilidade”, diz Kroeger. No futuro, a Bosch pretende expandir sua capacidade de produção de semicondutores de potência SiC para um volume unitário de centenas de milhões. Com isso em mente, a empresa já começou a expandir o espaço de salas limpas em sua fábrica de Reutlingen.

Paralelamente, também está sendo feito o trabalho na segunda geração de chips SiC, que será ainda mais eficiente e deve estar pronta para produção em volume a partir de 2022. A Bosch está recebendo apoio para o desenvolvimento desses processos inovadores de fabricação de semicondutores SiC da Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia (BMWi) como parte do programa “Important Project of Common European Interest (IPCEI) Microelectronics”.

“Há vários anos, fornecemos suporte para ajudar a estabelecer a produção de semicondutores na Alemanha. A produção altamente inovadora de semicondutores da Bosch fortalece o ecossistema de microeletrônica na Europa e é mais um passo em direção a uma maior independência neste campo fundamental da digitalização”, diz Peter Altmaier, ministro federal de assuntos econômicos da Alemanha.

Em todo o mundo, a demanda por semicondutores de potência de carboneto de silício está aumentando. Uma previsão da empresa de pesquisa e consultoria de mercado Yole indica que, entre agora e 2025, o mercado de SiC como um todo crescerá em média 30% ao ano para mais de US$ 2,5 bilhões. Com cerca de US$ 1,5 bilhão, espera-se que o mercado de automóveis SiC represente a maior parte.

“Os semicondutores de potência de carboneto de silício fazem uso particularmente eficiente da energia. As vantagens desse material realmente vêm à tona em aplicações de uso intensivo de energia, como a eletromobilidade”, diz Kroeger. Na eletrônica de potência de veículos elétricos, os chips de carboneto de silício garantem que os motoristas possam dirigir significativamente mais com uma carga de bateria – em média, cerca de 6% mais longe do que com seus equivalentes de silício puro.

Para atender à demanda cada vez maior por esses semicondutores, 10.764 pés quadrados extras já foram adicionados ao espaço de sala limpa na fábrica de wafer da Bosch em Reutlingen em 2021. Outros 32.292 pés quadrados serão adicionados até o final de 2023.

O novo espaço abrigará instalações de produção de última geração para a fabricação de semicondutores de carboneto de silício usando processos desenvolvidos internamente. Para conseguir isso, os especialistas em semicondutores da Bosch estão aproveitando suas décadas de experiência na fabricação de chips.

No futuro, a empresa – aliás, o único fornecedor automotivo a produzir seus próprios chips de carboneto de silício – planeja fabricar os semicondutores em wafers de 8 polegadas. Comparado com os wafers de 6 polegadas atuais, isso proporcionará economias de escala consideráveis. Afinal, leva vários meses para um único wafer passar por várias centenas de etapas do processo em inúmeras máquinas. “Ao produzir em wafers maiores, podemos fabricar significativamente mais chips em uma produção e, assim, fornecer mais clientes”, diz Kroeger.

O segredo por trás do desempenho impressionante dos chips SiC está em um pequeno átomo de carbono. A sua introdução na estrutura cristalina do silício ultrapuro geralmente usado para fabricar semicondutores confere à matéria-prima propriedades físicas especiais:por exemplo, os semicondutores de carboneto de silício suportam frequências de comutação mais altas do que os chips de silício puro.

Além disso, eles perdem apenas metade da energia na forma de calor, aumentando assim a autonomia dos veículos elétricos. Os chips também são importantes para sistemas de 800 volts, onde permitem recarga mais rápida e melhor desempenho. Como os chips SiC também emitem significativamente menos calor, a eletrônica de potência exige menos em termos de resfriamento dispendioso. Além do peso, esta é outra forma de reduzir o custo dos veículos elétricos.

No futuro, a Bosch fornecerá semicondutores de potência de carboneto de silício para clientes em todo o mundo – tanto como chips individuais quanto instalados em eletrônica de potência ou soluções completas, como o e-axle. Essa combinação de motor elétrico, caixa de engrenagens e eletrônica de potência atinge uma eficiência de até 96% graças ao design mais eficiente do sistema geral. Isso deixa mais energia para o trem de força, o que aumenta o alcance.