Bosch Expande Produção de Chips de Carboneto de Silício para a Indústria Automotiva

REUTLINGEN, Alemanha — Eles são pequenos, poderosos e extremamente eficientes: semicondutores feitos de carboneto 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 fabricantes automotivos em todo o mundo.

No futuro, mais e mais veículos de produção apresentarão esses chips. "O futuro para semicondutores de carboneto de silício é brilhante. Queremos nos tornar um líder global na produção de chips SiC para eletromobilidade", diz Harald Kroeger, membro do conselho de administração da Robert Bosch GmbH.

Dois anos atrás, o fornecedor de tecnologia e serviços anunciou 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.

"Nossos livros de pedidos estão cheios, graças ao boom na eletromobilidade", diz Kroeger. No futuro, a Bosch pretende expandir sua capacidade de produção para semicondutores de potência SiC para um volume unitário na casa das centenas de milhões. Com isso em mente, a empresa já começou a expandir o espaço de sala limpa em sua fábrica de Reutlingen.

Em paralelo, o trabalho também está sendo feito na segunda geração de chips SiC, que serão ainda mais eficientes e devem estar prontos para produção em volume a partir de 2022. A Bosch está recebendo apoio para o desenvolvimento desses processos inovadores de fabricação para semicondutores SiC do Ministério Federal Alemão de Assuntos Econômicos e Energia (BMWi) como parte do programa "Projeto Importante de Interesse Europeu Comum (IPCEI) Microeletrônica".

"Há vários anos, temos fornecido apoio para ajudar a estabelecer produção de semicondutores na Alemanha. A produção de semicondutores altamente inovadora da Bosch fortalece o ecossistema de microeletrônica na Europa e é um passo adicional rumo a maior independência neste campo-chave da digitalização", diz Peter Altmaier, ministro federal de assuntos econômicos da Alemanha.

Ao redor do mundo, a demanda por semicondutores de potência de carboneto de silício está aumentando. Uma previsão da empresa de pesquisa de mercado e consultoria Yole indica que, entre agora e 2025, o mercado SiC como um todo crescerá em média 30% ao ano para mais de US$ 2,5 bilhões. Cerca de US$ 1,5 bilhão, o mercado de carros SiC deve responder pela maior parte.

"Semicondutores de potência de carboneto de silício fazem uso particularmente eficiente de energia. As vantagens deste material realmente vêm à tona em aplicações intensivas em energia, como a eletromobilidade", diz Kroeger. Na eletrônica de potência de veículos elétricos, chips de carboneto de silício garantem que os motoristas possam dirigir significativamente mais longe com uma carga de bateria — em média cerca de 6% mais longe do que com seus equivalentes de silício puro.

Para atender à demanda constantemente crescente por esses semicondutores, 1.000 m² extras já foram adicionados ao espaço de sala limpa na fábrica de wafers da Bosch em Reutlingen em 2021. Outros 3.000 m² serão adicionados até o final de 2023.

O novo espaço abrigará instalações de produção de ponta para fabricação de semicondutores de carboneto de silício usando processos desenvolvidos internamente. Para alcançar isso, os especialistas em semicondutores da Bosch estão construindo sobre suas décadas de experiência em fabricação de chips.

No futuro, a empresa — incidentalmente o único fornecedor automotivo a produzir seus próprios chips de carboneto de silício — planeja fabricar os semicondutores em wafers de 8 polegadas. Comparado aos wafers de 6 polegadas de hoje, isso proporcionará economias de escala consideráveis. Afinal, leva vários meses para um único wafer passar por várias centenas de etapas de processo em incontáveis máquinas. "Produzindo em wafers maiores, podemos fabricar significativamente mais chips em uma única corrida de produção e assim fornecer mais clientes", diz Kroeger.

O segredo por trás do desempenho impressionante dos chips SiC está em um minúsculo átomo de carbono. Introduzi-lo na estrutura cristalina do silício ultra-puro geralmente usado para fabricar semicondutores dá à matéria-prima propriedades físicas especiais: por exemplo, semicondutores de carboneto de silício suportam frequências de comutação mais altas do que 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 requer menos refrigeração cara. 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 a clientes ao redor do mundo — tanto como chips individuais quanto instalados em eletrônica de potência ou soluções completas, como o e-axle. Esta combinação de motor elétrico, caixa de engrenagens e eletrônica de potência atinge eficiência de até 96% graças ao design mais eficiente do sistema geral. Isso deixa mais energia para o trem de força, o que aumenta a autonomia.