Nie ma dziś samochodów, w których nie stosowano by półprzewodnikowych układów scalonych. Ponad 50 tego typu układów znajduje się w każdym pojeździe, który schodzi z taśmy w fabryce. Nowe mikrochipy produkowane przez Bosch są na bazie węglika krzemu (SiC).
W przyszłości układy scalone, wykonane z tego wyjątkowego materiału, będą wieść prym w elektronice mocy, która jest centralnym układem sterującym w pojazdach elektrycznych i hybrydowych. W porównaniu do stosowanych dotychczas chipów krzemowych, układy scalone półprzewodnikowe na bazie SiC charakteryzują się lepszym przewodnictwem elektrycznym. Umożliwia to wyższe częstotliwości przełączania i ogranicza straty energii w postaci ciepła.
Układy scalone półprzewodnikowe na bazie węglika krzemu zwiększają moc elektrycznych układów napędowych. Dla kierowców oznacza to zwiększenie zasięgu pojazdów elektrycznych o 6% – powiedział Harald Kröger, członek zarządu spółki Bosch.
Bosch produkuje nową generację układów scalonych półprzewodnikowych w fabryce w Reutlingen pod Stuttgartem. Od kilkudziesięciu lat zakład produkuje dziennie kilka milionów mikrochipów.
SiC – mikrochipy nowego typu
Układy scalone półprzewodnikowe z węglika krzemu wyznaczają nowy standard pod względem szybkości przełączania, ograniczenia strat energii cieplnej, jak również pod względem rozmiarów konstrukcji. Wszystko zaczyna się od obecności dodatkowych atomów węgla w strukturze krystalicznej krzemu, który zwykle używany jest do produkcji układów scalonych półprzewodnikowych w postaci czystej. Powstały w ten sposób związek chemiczny sprawia, że układy scalone półprzewodnikowe są wydajnymi źródłami mocy, co ma wiele zalet, zwłaszcza dla ich zastosowania w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.
W układach energoelektronicznych umożliwiają one ograniczenie o 50% strat energii. Przekłada się to na większą wydajność pracy elektroniki mocy i zwiększenie ilości energii przekazywanej do silnika, co zwiększa zasięg pojazdu. Na jednym cyklu ładowania akumulatora kierowcy mogą przejechać dystans do 6% dłuższy. To rozwiązanie Bosch pomaga przezwyciężyć jedną z największych przeszkód w zakupie samochodu elektrycznego: prawie co drugi konsument (42%) nie chce kupić samochodu elektrycznego w obawie, że po drodze wyczerpie mu się akumulator. W Niemczech dotyczy to nawet 69% konsumentów. Drugą opcją dla producentów pojazdów jest zmniejszenie konstrukcji akumulatora. Pozwala to obniżyć koszty najdroższego elementu samochodu elektrycznego i obniżyć cenę pojazdu.
Układy scalone półprzewodnikowe na bazie węglika krzemu trwale zmienią oblicze elektromobilności – powiedział Kröger.
A to dlatego, że w przyszłości przyniosą one jeszcze większe oszczędności: Dzięki wyraźnie niższym stratom energii oraz możliwości osiągnięcia znacznie wyższych temperatur pracy, można także ograniczyć nakłady na kosztowne układy chłodzące komponentów napędowych. Będzie to mieć pozytywny wpływ na masę pojazdów i koszt ich wyprodukowania. Dzięki zastosowaniu technologii produkcji układów scalonych półprzewodnikowych na bazie węglika krzemu Bosch konsekwentnie rozszerza swój know-how w dziedzinie półprzewodników.
Dzięki dogłębnej wiedzy na temat systemów stosowanych w elektromobilności, zalety technologii SiC są przez nas wykorzystywane także w pracach nad rozwijaniem komponentów i systemów – powiedział Kröger.
Ten atut firma Bosch wykorzystuje od blisko 50 lat, jako producent układów scalonych półprzewodnikowych dla motoryzacji. Oprócz półprzewodnikowych elementów mocy, Bosch produkuje także mikrosystemy elektromechaniczne (MEMS) oraz układy ASICs zaprojektowane do realizacji konkretnych zadań.
Poduszki powietrzne, napinacze pasów, tempomaty, czujniki deszczu i układy przeniesienia mocy – w nowoczesnej technice motoryzacyjnej trudno znaleźć obszar, w którym nie wykorzystuje się mikrochipów. W 2018 roku ich wartość w samochodzie wynosiła średnio 337 EUR. Kwota ta wzrasta rocznie o 1–2% i to bez uwzględnienia takich obszarów jak Infotainment, integracja z internetem czy automatyzacja. Na pokładzie samochodu elektrycznego znajdziemy dodatkowy zestaw układów scalonych półprzewodnikowych o średniej wartości 410 EUR. Eksperci zakładają, że z powodu dalszej automatyzacji jazdy wartość ta zwiększy się jeszcze o ok. 910 EUR. Tym samym rynek motoryzacyjny jest uważany za czynnik wzrostu obrotów w branży układów scalonych półprzewodnikowych. W przyszłości do wzrostu obrotów w tej branży przyczynią się także kluczowe aplikacje Internetu rzeczy (IoT) takie jak sztuczna inteligencja, cyberbezpieczeństwo, inteligentne miasta, architektura rozproszonych zasobów IT, inteligentne domy oraz przemysł 4.0.
Nasz know-how w dziedzinie półprzewodnikowych układów scalonych pomaga nam projektować nowe funkcje dla pojazdów i zastosowań IoT i produkować coraz lepsze układy scalone – wyjaśnił Kröger.
Zanim okrągłe płytki krzemu lub węglika krzemu, zwane waflami, staną się układami scalonymi półprzewodnikowymi, muszą przejść trwający nawet 14 tygodni skomplikowany proces produkcji. W tym czasie wafle są poddawane licznym procesom chemicznym i fizycznym, pozwalającym uzyskać precyzyjne struktury, które później tworzą chipy o wielkości kilku milimetrów.
W czerwcu 2018 roku Bosch położył kamień węgielny pod budowę swojej najnowocześniejszej fabryki układów scalonych w Dreźnie. W produkcji układów scalonych będą tutaj wykorzystywane wafle o średnicy 300 mm. Dzięki temu, z jednego wafla będzie można wykonać jeszcze więcej chipów i osiągnąć odpowiednio większy efekt skali niż w przypadku układów scalonych produkowanych w technologii 150 i 200 mm. Te technologie są wykorzystywane w fabryce Bosch w Reutlingen, która w przyszłości będzie produkować także nowe układy scalone półprzewodnikowe SiC.
Półprzewodniki są najważniejszymi elementami wszystkich układów elektronicznych. Dzięki nim dane staną się w przyszłości pożądanym surowcem. Ponieważ będą one zyskiwać na znaczeniu w różnych obszarach naszej działalności, zamierzamy konsekwentnie rozszerzać produkcję – podkreślił Kröger.
W produkcję układów scalonych w Dreźnie Bosch zainwestuje ok. 1 mld EUR – jest to największa jak dotąd pojedyncza inwestycja w historii koncernu. Fabryka znajduje się obecnie na etapie wyposażania hal w sprzęt. Pierwsi pracownicy mają podjąć pracę w nowej fabryce wiosną 2020 roku. Fabryka Bosch będzie zarządzana w sposób zapewniający neutralność pod względem CO2.
Komentarze