Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) sind klein, leistungsstark und effizient. Bosch startet nach mehrjähriger Entwicklung jetzt die Großserienfertigung von Leistungs-Halbleitern aus dem Material. Geliefert werden diese dann an Automobil-Hersteller weltweit. Die Chips kommen künftig immer häufiger in Serienfahrzeugen zum Einsatz.
„Siliziumkarbid-Halbleiter haben eine große Zukunft“, prognostiziert Bosch-Geschäftsführer Harald Kröger. Sein Unternehmen will bei der Herstellung von SiC-Chips für den E-Mobilitätssektor Weltmarktführer werden.
Vor zwei Jahren hatte das Technologie-Unternehmen eigene Fertigungsverfahren entwickelt. Seit Anfang 2021 werden diese produziert, zunächst als Muster für Erprobungen bei Kunden.
Und Kröger hat allen Grund zur Freude: „Unsere Auftragsbücher sind voll.“ Der Grund: die boomende Elektromobilität. Deshalb will Bosch perspektivisch seine Fertigungs-Kapazität von SiC-Leistungshalbleitern auf eine Stückzahl im dreistelligen Millionenbereich erhöhen.
Im Reutlinger Werk wird dafür schon die Reinraumfläche ausgebaut. Parallel dazu forschen die Entwickler an der zweiten Generation der SiC-Chips. Diese soll bis 2022 serienreif sein und an Effizienz weiter zulegen.
Bild: Bosch
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Das BMWi unterstützt das Stuttgarter Unternehmen dabei im Rahmen des Programms „IPCEI Mikroelektronik“ (Important Project of Common European Interest).
„Mit unserer Förderung tragen wir bereits seit mehreren Jahren dazu bei, die Halbleiterproduktion in Deutschland zu etablieren“, sagt der scheidende Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier. „Die hoch innovative Halbleiterfertigung von Bosch stärkt das Mikroelektronik-Ökosystem in Europa und ist ein weiterer Schritt in Richtung größerer Unabhängigkeit auf diesem zentralen Feld der Digitalisierung.
Elektroautos fahren mit Siliziumkarbid deutlich weiter
Die Nachfrage nach SiC-Leistungshalbleitern steigt weltweit. Bis 2025 werde der gesamte Siliziumkarbid-Markt jedes Jahr durchschnittlich um 30 Prozent auf mehr als 2,5 Mrd. US-Dollar wachsen, schätzt das Marktforschungs-Unternehmen Yole. Dabei soll der SiC-Automarkt den größten Anteil ausmachen (1,5 Mrd. US-Dollar).
Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid sind besonders energieeffizient – ein enormer Vorteil für die Elektro-Mobilität. Siliziumkarbid-Chips in den Leistungs-Elektroniken von Elektro-Fahrzeugen ermöglichen eine deutlich höhere Reichweite. Bosch spricht hier von rund sechs Prozent im Vergleich zu ihren Silizium-Pendants.
Bosch will die Nachfrage nun also bedienen können. 2021 wurde das Bosch Waferfab in Reutlingen um 1.000 Quadratmeter erweitert. Bis Ende 2023 sollen weitere 3.000 Quadratmeter hinzukommen.
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In Reutlingen entstehen Fertigungs-Anlagen, auf denen die Siliziumkarbid-Halbleiter mit selbstentwickelten Prozessen hergestellt werden.
Bosch will künftig die Halbleiter auf 200-Millimeter-Wafern herstellen. Derzeit werden Wafer mit einem Durchmesser von 150 Millimetern eingesetzt. Mit der Umstellung ließen sich Skaleneffekte erzielen, die nicht zu unterschätzen seien – immerhin dauert es mehrere Monate, bis ein Wafer mehrere hundert Prozessschritte durchlaufen hat.
„Durch die Produktion auf größeren Wafern können wir in einem Fertigungsdurchlauf deutlich mehr Chips herstellen und somit auch mehr Kunden beliefern“, erklärt Kröger die Umstellung.
Siliziumkarbid-Chips geben deutlich weniger Wärme ab
SiC-Halbleiter verfügen über höhere Schaltfrequenzen im Vergleich zu Silizium-Chips. Zudem verlieren sie nur noch halb so viel Energie in Form von Wärme, wodurch sich die Reichweite von E-Autos steigern lässt.
Die Chips sind auch wichtig für 800-Volt-Systeme. Dort ermöglichen sie schnelleres Laden und mehr Leistung. Da die SiC-Chips zudem deutlich weniger Wärme abgeben, kann ebenfalls die aufwendige Kühlung der Leistungselektronik reduziert werden. So lassen sich neben dem Gewicht hier auch die Kosten von E-Fahrzeugen senken.
Bosch liefert die Leistungshalbleiter aus Siliziumkarbid künftig an Kunden auf der ganzen Welt – sowohl als einzelne Chips als auch verbaut in Leistungs-Elektroniken oder Komplettlösungen wie der eAchse. Im Verbund aus Elektromotor, Getriebe und Leistungselektronik rechnet Bosch hier mit einem Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent. Somit steht mehr Energie für den Antrieb zur Verfügung und die Reichweite steigt. (wag)
„Aus Dresden kommen schon bald Chips für die Mobilität der Zukunft“
