Bosch готовы совершить прорыв в технологиях для электроавтомобилей

Ройтлинген и Дрезден, Германия — Полупроводники используются во всех современных автомобилях. В каждом новом автомобиле, который сходит с конвейера, их более 50. Новые микросхемы из карбида кремния (SiC), разработанные Bosch, способствуют значительному прорыву в технологиях электромобилей. В будущем чипы из этого уникального материала будут определять темпы развития силовой электроники - командного центра для электромобилей и гибридных транспортных средств. В сравнении с кремниевыми чипами, используемыми сегодня, SiC-полупроводники обладают более высокой электропроводностью. Это позволяет увеличить частоту переключений, а также значительно снизить рассеивание энергии в виде тепла. «Карбидокремниевые полупроводники повышают мощность электродвигателей. Для автомобилистов это означает увеличение дальности поездки на 6%», — говорит Харальд Крёгер, член Правления Bosch. Bosch производит полупроводниковые интегральные схемы нового поколения на своем заводе в Ройтлингене, в 40 км к югу от Штутгарта. На этом предприятии компания уже десятки лет ежедневно выпускает несколько миллионов микрочипов.

SiC стимулирует развитие электроавтомобилей

Полупроводники из карбида кремния устанавливают новые стандарты скорости переключения, потерь тепла и размеров. Всё начинается с дополнительных атомов углерода, которые вводятся в кристаллическую структуру сверхчистого кремния, используемого для производства полупроводников. Таким образом создается химическая связь, которая превращает полупроводниковые микросхемы в настоящий источник энергии. Это имеет массу преимуществ, особенно при использовании в электрическом и гибридном транспорте. В силовой электронике они гарантируют сокращение потерь энергии в виде тепла на 50%. Эта экономия повышает эффективность силовой электроники, увеличивает количество энергии для электродвигателя и, следовательно, емкость батареи. На одной зарядке аккумулятора водитель может проехать расстояние на 6% больше. Таким образом, Bosch решает вопрос с одним из камней преткновения на пути потенциальных покупателей электромобилей: почти каждый второй потребитель (42%) отказывается от покупки электромобиля из опасений, что батарея разрядится в пути. В Германии это беспокойство еще более распространено, затрагивая 69% потребителей (источник: Consors Finanz Automobile Barometer 2019). Кроме того, автопроизводители могут выпускать аккумуляторы той же емкости, но меньшего размера. Это снизит стоимость самого дорогого компонента электромобиля, и соответственно, автомобиля в целом. «Карбидокремниевые полупроводники трансформируют электромобильность», — говорит Крёгер. Новая технология также открывает дальнейшие возможности для потенциальной экономии: значительное снижение теплопотери чипов в сочетании с их способностью функционировать на более высоких рабочих температурах может снизить стоимость дорогостоящего охлаждения элементов трансмиссии. Это положительно скажется на весе и стоимости электромобилей.

Bosch: эксперт и в автомобильной и в полупроводниковой индустриях

С карбидокремниевой технологией Bosch систематически расширяет свои наработки в области полупроводников. В будущем компания будет использовать SiC-полупроводники в собственном производстве силовой электроники. Для клиентов Bosch это будет означать, что им будут доступны лучшие достижения обеих отраслей, поскольку компания является единственным поставщиком автокомпонентов, который также производит и полупроводники. «Благодаря нашему глубокому пониманию систем электромобильности преимущества карбидокремниевой технологии находят свое отражение непосредственно в разработке компонентов и систем», — говорит Крёгер. На протяжении уже почти 50 лет Bosch в качестве одного из ведущих производителей автомобильных полупроводников использует свое уникальное преимущество на рынке. Помимо силовых полупроводников, это и микроэлектромеханические системы (МЭМС) и специализированные интегральные схемы (ASICs).

В современной автомобильной технологии практически не существует области, которая не зависит от микросхем, будь то подушки безопасности, натяжители ремней безопасности, системы круиз-контроля, датчики дождя или силовые агрегаты. В 2018 году стоимость микросхем в обычном автомобиле составляла около 370 долларов (337 евро) (источник: ZVEI — Ассоциация производителей электротехнической и электронной промышленности Германии). В то время как эта сумма растет каждый год на 1–2% для приложений, не связанных с информационно-развлекательной системой, Интернетом вещей, автоматизацией и электрификацией, сегодня в среднем на одном электроавтомобиле установлено дополнительные полупроводниковые чипы стоимостью 450 долларов (410 евро).

По прогнозам экспертов, в результате развития технологий автономного вождения эта цифра снова вырастет примерно до 1 000 долларов (910 евро). Благодаря этому, автомобильный рынок становится одним из драйверов роста сектора полупроводников. Более того, главные сферы применения Интернета вещей, такие как искусственный интеллект, кибербезопасность, умные города, граничные вычисления, умные дома и промышленный интернет вещей, будут способствовать росту этой отрасли. Благодаря заводам по производству полупроводников в Ройтлингене и Дрездене компания Bosch хорошо подготовлена к таким переменам: «Наше ноу-хау в области полупроводников помогает нам не только разрабатывать новые функции автомобиля и IoT приложений, но и постоянно совершенствовать сами чипы», — говорит Крёгер.

Bosch укрепляет свою конкурентоспособность

Превращение круглых дисков кремния или карбида кремния — пластин — в полупроводниковые чипы — это сложный производственный процесс, который может длиться до 14 недель. В процессе химической и физической обработки пластины приобретают ультратонкие структуры, которые впоследствии образуют крошечные чипы, каждый из которых размером всего несколько миллиметров.

В июне 2018 года Bosch заложил фундамент своего современного завода по производству полупроводников в Дрездене. В производстве будут использоваться пластины диаметром 300 мм. Это значит, что из одной пластины будут получать значительно больше чипов и, соответственно, будет более значительная экономия за счет масштабов, чем при использовании 150- и 200-миллиметровой технологии для производства полупроводников. Технологию на основе 150-200 мм пластин Bosch использует в Ройтлингене, где также будут производить новые SiC-микросхемы. Производства пластин в Ройтлингене и Дрездене прекрасно дополнят друг друга. Так еще больше повышается конкурентоспособность Bosch. «Полупроводники — это ключевой компонент всех электрических систем. Кроме того, они превратят данные в желанный ресурс будущего. И в связи с тем, что они приобретают все более важное значение в наших сферах деятельности, мы хотим постоянно расширять свои производственные возможности», — говорит Крёгер. Инвестиции Bosch в производство пластин в Дрездене составляют около миллиарда евро — это крупнейшая разовая инвестиция в истории компании. На заводе в настоящее время оборудование устанавливается в чистых помещениях. Первые сотрудники должны начать работу весной 2020 года. Bosch будет эксплуатировать станцию как углеродно- нейтральный объект.