Bosch: arrivano i chip in carburo di silicio per aumentare l’autonomia

Per portare le auto elettriche ad uno step successivo di evoluzione, è importante mettere in moto l’ingegno e portare novità. Sono arrivate migliorie lato meccanica fredda, lato meccanica calda, ma anche lo sviluppo dei chip e dei conduttori è di vitale importanza. Al momento, in commercio, esistono principalmente in commercio i chip in silicio, che tuttavia limitano un po’ quello che potrebbe rivelarsi lo sviluppo della mobilità elettrica. I semiconduttori in carburo di silicio (SiC) sono piccoli, potenti ed estremamente efficienti. Dopo uno sviluppo durato diversi anni, Bosch sta avviando la produzione su larga scala di semiconduttori di potenza con questo materiale innovativo e fornirà tutte le case automobilistiche sparse in giro per il mondo. Sui nuovi veicoli, i chip diventeranno sempre più importanti.

“Per i semiconduttori in carburo di silicio si profila un futuro brillante. Puntiamo a diventare leader mondiali nella produzione di questi componenti indispensabili per la mobilità elettrica“, ha dichiarato Harald Kröger, membro del Board di Bosch. Già da un paio di anni, l’azienda si era posta l’obiettivo di accelerare lo sviluppo del chip in carburo di silicio e avviarne la produzione. A tale scopo Bosch ha sviluppato un proprio processo di produzione, con cui dall’inizio del 2021 vengono prodotti i semiconduttori, in una prima fase solo come modelli per i test presso i clienti. “Siamo pieni di ordini. La mobilità elettrica sta registrando un vero e proprio boom“, ha dichiarato Kröger. In futuro Bosch intende aumentare la capacità di produzione dei semiconduttori in carburo di silicio.

A tale scopo l’azienda sta già anche ulteriormente incrementando la superficie delle clean room nello stabilimento di Reutlingen. La clean room, chiamata anche camera bianca, è un vero e proprio laboratorio caratterizzato dalla presenza di aria molto pura, cioè a bassissimo contenuto di microparticelle di polvere in sospensione. In contemporanea, si sta sviluppando la seconda generazione di chip in carburo di silicio, che dovrebbero essere ancora più efficienti. La produzione di questi ultimi dovrebbe iniziare nel 2022.

Gli investimenti di Bosch nella mobilità elettrica

Per lo sviluppo dei processi di produzione innovativi per semiconduttori SiC Bosch ha il supporto del Ministero federale tedesco per gli affari economici e l’energia (BMWi) nell’ambito del programma “Important Project of Common European Interest – (IPCEI) Microelectronics“. “Da diversi anni forniamo supporto per aiutare a consolidare la produzione di semiconduttori in Germania. La produzione di semiconduttori altamente innovativa di Bosch rafforza l’ecosistema della microelettronica in Europa e rappresenta un ulteriore passo avanti verso una maggiore indipendenza in questo campo chiave della digitalizzazione“, afferma Peter Altmaier, ministro federale tedesco per gli affari economici.

La domanda di semiconduttori in carburo di silicio è in aumento in tutto il mondo. La società di ricerca di mercato e di consulenza Yole stima che l’intero mercato dei chip registrerà ogni anno una crescita media del 30% fino al 2025, raggiungendo 2,5 miliardi di dollari. Con 1,5 miliardi di dollari, circa, l’automotive rappresenterà la fetta di mercato più importante. “I semiconduttori di potenza in carburo di silicio permettono di utilizzare l’energia in modo particolarmente efficiente. Questi vantaggi emergono soprattutto nelle applicazioni a uso intensivo di energia, come la mobilità elettrica“, ha commentato Kröger.

Gli sviluppi futuri

Nell’elettronica di potenza dei veicoli elettrici i chip in carburo di silicio assicurano ai guidatori un’autonomia molto più lunga con una sola carica della batteria: parliamo di un incremento di autonomia del 6% in media rispetto ai chip in silicio. Per poter soddisfare l’aumento costante della domanda di semiconduttori, la superficie delle clean room nella nuova wafer fab di Reutlingen è stata incrementata di 1.000 metri quadrati già nel 2021. Entro la fine del 2023 si aggiungeranno ulteriori 3.000 metri quadrati.

In futuro l’azienda prevede di produrre i semiconduttori su wafer da 200 millimetri. Rispetto ai wafer attualmente utilizzati, con un diametro di 150 millimetri, si possono così ottenere importanti effetti di scala. Un wafer impiega sempre diversi mesi per superare le diverse centinaia di fasi di processo che si svolgono in una lunga serie di macchine. “Con la produzione su wafer di dimensioni maggiori possiamo produrre molti più chip in un ciclo di produzione e quindi soddisfare più clienti“, ha affermato Kröger.

Cosa cambia con questi nuovi chip e come funziona il carburo di silicio?

Ma cos’è che consente di ottenere queste prestazioni particolarmente elevate sui chip in carburo di silicio? Quello che si fa è inserire un atomo di carbonio nella struttura cristallina del silicio ad alta purezza. In questo modo cambiano le proprietà del materiale e le caratteristiche fisiche. Si riescono ad ottenere frequenze di commutazione maggiori rispetto ai chip in silicio. Inoltre, solo metà dell’energia va persa sotto forma di calore, permettendo di aumentare la portata delle auto elettriche.

I chip sono anche importanti per i sistemi a 800 volt, in quanto permettono una ricarica più rapida e più potenza. Questi chip cedono meno calore, e quindi si può semplificare il processo di raffreddamento dell’elettronica. Saranno necessari impianti di raffreddamento più semplici e anche più leggeri: ciò contribuisce a ridurre i costi dei veicoli elettrici. Bosch fornirà i semiconduttori di potenza in carburo di silicio alle aziende di tutto il mondo, sia sotto forma di singoli chip, sia montati nelle elettroniche di potenza o in soluzioni complete come l’eAxle. Progettato per essere efficiente, il sistema complessivo formato da motore elettrico, cambio ed elettronica di potenza permette di ottenere un grado di efficienza fino al 96%. Il risultato di ciò? Gli automobilisti potranno usufruire di un’autonomia maggiore e percorrere più chilometri con una singola ricarica.