Bosch avança para a produção em massa de chips de carboneto de silício

• Harald Kroeger: “Queremos tornar-nos um líder global na produção de chips de SiC para eletromobilidade.”
• Os semicondutores de carboneto de silício permitem maiores distâncias e carregamento mais rápido para carros elétricos.
• A produção em volume começa este mês de dezembro. A Bosch tem vindo a produzir chips SiC para validação do cliente desde o início de 2021.
• Desenvolvimento da tecnologia financiado pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Económicos e Energia (BMWi).

São pequenos, poderosos e extremamente eficientes: semicondutores feitos de carboneto de silício (SiC). Após vários anos de desenvolvimento, a Bosch está agora a dar início à produção em massa de semicondutores de potência feitos desse material inovador, fornecendo a fabricantes automóveis em todo o mundo. No futuro, a produção de veículos vai contar cada vez mais com esses chips. “O futuro dos semicondutores de carboneto de silício é brilhante. Queremos tornar-nos um líder global na produção de chips de SiC para eletromobilidade”, afirma Harald Kroeger, membro do conselho de administração da Robert Bosch GmbH. Há dois anos, o fornecedor de tecnologia e serviços anunciou que continuaria com o desenvolvimento de chips de SiC e entraria em produção. Para isso, a Bosch desenvolveu os seus próprios processos de produção altamente complexos, que tem usado para produzir os semicondutores especiais desde o começo de 2021 - inicialmente como amostras para validação do cliente. “As nossas carteiras de pedidos estão cheias, graças ao boom da eletromobilidade”, diz Kroeger. No futuro, a Bosch pretende expandir a sua capacidade de produção de semicondutores de potência de SiC para um volume unitário de centenas de milhões. Com isso em mente, a empresa já começou a expandir o espaço de sala limpa na sua fábrica de Reutlingen. Paralelamente, estão também a ser realizados trabalhos na segunda geração de chips de SiC, que serão ainda mais eficientes e que deverão estar prontos para produção em massa a partir de 2022. A Bosch está a receber apoio por parte Ministério Federal Alemão para Assuntos Económicos e Energia (BMWi) para o desenvolvimento desses processos de produção inovadores para semicondutores SiC, como parte do programa “Projeto Importante de Microeletrónica de Interesse Comum Europeu (IPCEI)”. “Desde há vários anos que oferecemos suporte para ajudar a estabelecer a produção de semicondutores na Alemanha. A produção de semicondutores altamente inovadora da Bosch fortalece o ecossistema microeletrónico na Europa e é mais um passo em direção a uma maior independência neste importante campo da digitalização”, reforça Peter Altmaier, Ministro Federal de Assuntos Económicos da Alemanha.

O material de que são feitos os sonhos

Em todo o mundo, a procura por semicondutores de potência de carboneto de silício está a aumentar. Uma previsão da empresa de pesquisa e consultoria de mercado Yole indica que, entre agora e 2025, o mercado de SiC como um todo vai crescer em média 30% ao ano para mais de 2,5 mil milhões de dólares. Estima-se que o mercado de automóveis SiC seja responsável pela maior parte, com aproximadamente 1,5 mil milões de dólares. “Os semicondutores de potência de carboneto de silício fazem um uso particularmente eficiente da energia. As vantagens deste material vêm realmente à tona em aplicações que consomem muita energia, como é o caso da eletromobilidade”, explica Kroeger. Na eletrónica de potência de veículos elétricos, os chips de carboneto de silício garantem que os condutores podem conduzir distâncias significativamente maiores com uma carga de bateria - em média cerca de 6 por cento mais longe do que com os equivalentes de silício puro. Para responder uma cada vez maior procura por esses semicondutores, 1.000 metros quadrados extras já foram adicionados ao espaço da sala limpa na fábrica de wafer da Bosch em Reutlingen em 2021. Outros 3.000 metros quadrados serão adicionados até ao final de 2023. O novo espaço servirá as instalações de produção de última geração para a fabricação de semicondutores de carboneto de silício com recurso a processos desenvolvidos internamente. Para conseguir isso, os especialistas em semicondutores da Bosch estão a trabalhar com base em décadas de experiência na produção de chips. No futuro, a empresa - aliás o único fornecedor automóvel a produzir os seus próprios chips de carboneto de silício - planeia fabricar os semicondutores em wafers de 200 milímetros. Em comparação com as wafers atuais de 150 milímetros, estas novas wafes vão proporcionar consideráveis economias de escala. Afinal, são necessários vários meses para um único wafer passar por várias centenas de etapas do processo em incontáveis máquinas. “Ao produzir em wafers maiores, podemos fabricar significativamente mais chips numa operação de produção e, assim, fornecer mais clientes”, afirma Kroeger.

Pequeno átomo, grande impacto

O segredo por trás do desempenho impressionante dos chips SiC está num minúsculo átomo de carbono. Introduzindo-o 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, estes perdem apenas metade da energia na forma de calor, aumentando assim o alcance dos veículos elétricos. Os chips são também importantes para sistemas de 800 volts, pois permitem um carregamento mais rápido e um melhor desempenho. Uma vez que os chips de SiC também emitem significativamente menos calor, a eletrónica de potência exige uma refrigeraçãpo menos dispendiosa. Além do peso, essa é outra forma de reduzir o custo dos veículos elétricos. No futuro, a Bosch irá fornecer semicondutores de potência de carboneto de silício para clientes em todo o mundo - como chips individuais e instalados em eletrónica de potência ou soluções completas como o eixo eletrónico. Esta combinação de motor elétrico, caixa de engrenagens e eletrónica de potência atinge uma eficiência de até 96 por cento graças a um design mais eficiente do sistema geral. Isto deixa mais energia para o motor de força, o que aumenta o alcance.