Bosch amplía la producción de chips de carburo de silicio para la industria automotriz

REUTLINGEN, Alemania — Son pequeños, potentes y extremadamente eficientes: semiconductores de carburo de silicio (SiC). Tras varios años de desarrollo, Bosch inicia ahora la producción en volumen de semiconductores de potencia de este material, suministrando a fabricantes automotrices mundiales.

En el futuro, más vehículos de producción incorporarán estos chips. "El futuro de los semiconductores de carburo de silicio es brillante. Queremos ser líderes globales en producción de chips SiC para electromovilidad", dice Harald Kroeger, miembro del consejo de administración de Robert Bosch GmbH.

Hace dos años, el proveedor de tecnología y servicios anunció que impulsaría el desarrollo de chips SiC y entraría en producción. Para ello, Bosch desarrolló sus propios procesos de fabricación complejos, que usa para producir los semiconductores especiales desde principios de 2021 —inicialmente como muestras para validación de clientes.

"Nuestros libros de pedidos están llenos, gracias al boom de la electromovilidad", dice Kroeger. En el futuro, Bosch pretende ampliar su capacidad de producción de semiconductores de potencia SiC a un volumen de cientos de millones de unidades. Con esto en mente, la empresa ya ha comenzado a ampliar la sala blanca en su planta de Reutlingen.

En paralelo, también se trabaja en la segunda generación de chips SiC, aún más eficientes y que deberían estar listos para producción en volumen a partir de 2022. Bosch recibe apoyo para el desarrollo de estos procesos innovadores de fabricación de semiconductores SiC del Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi) como parte del programa "Proyecto Importante de Interés Común Europeo (IPCEI) Microelectrónica".

"Desde hace años apoyamos el establecimiento de producción de semiconductores en Alemania. La producción de semiconductores altamente innovadora de Bosch fortalece el ecosistema de microelectrónica en Europa y es un paso más hacia mayor independencia en este campo clave de la digitalización", dice Peter Altmaier, ministro federal de economía de Alemania.

En todo el mundo, la demanda de semiconductores de potencia de carburo de silicio está aumentando. Un pronóstico de la empresa de investigación y consultoría Yole indica que, entre ahora y 2025, el mercado SiC en su conjunto crecerá un 30% anual promedio hasta superar los 2.500 millones de dólares. Alrededor de 1.500 millones corresponderán al mercado automotriz SiC.

"Los semiconductores de potencia de carburo de silicio usan la energía de forma particularmente eficiente. Las ventajas de este material realmente brillan en aplicaciones intensivas en energía como la electromovilidad", dice Kroeger. En la electrónica de potencia de vehículos eléctricos, los chips SiC aseguran que los conductores puedan recorrer significativamente más distancia con una carga —en promedio alrededor de un 6% más que con homólogos de silicio puro.

Para satisfacer la demanda creciente, en 2021 ya se añadieron 1.000 m² (10.764 pies²) a la sala blanca en la fábrica de obleas de Bosch en Reutlingen. Otros 3.000 m² (32.292 pies²) se añadirán para finales de 2023.

El nuevo espacio albergará instalaciones de producción de vanguardia para fabricar semiconductores de carburo de silicio usando procesos desarrollados internamente. Para lograrlo, los expertos en semiconductores de Bosch se basan en décadas de experiencia en fabricación de chips.

En el futuro, la empresa —incidentalmente el único proveedor automotriz que produce sus propios chips de carburo de silicio— planea fabricar los semiconductores en obleas de 8 pulgadas. Comparado con las de 6 pulgadas actuales, esto ofrecerá economías de escala considerables. Al fin y al cabo, una sola oblea tarda varios meses en pasar por cientos de pasos de proceso en innumerables máquinas. "Al producir en obleas mayores, podemos fabricar significativamente más chips en una corrida y así suministrar a más clientes", dice Kroeger.

El secreto del impresionante rendimiento de los chips SiC reside en un diminuto átomo de carbono. Introducirlo en la estructura cristalina del silicio ultra-puro usado generalmente para semiconductores da al material propiedades físicas especiales: por ejemplo, los semiconductores SiC soportan frecuencias de conmutación más altas que chips de silicio puro.

Además, pierden solo la mitad de energía en forma de calor, aumentando así la autonomía de vehículos eléctricos. Los chips también son importantes para sistemas de 800 voltios, donde permiten recarga más rápida y mejor rendimiento. Como los chips SiC emiten significativamente menos calor, la electrónica de potencia requiere menos refrigeración costosa. Además del peso, esta es otra forma de reducir el coste de vehículos eléctricos.

En el futuro, Bosch suministrará semiconductores de potencia de carburo de silicio a clientes mundiales —tanto como chips individuales como instalados en electrónica de potencia o soluciones completas como el e-eje. Esta combinación de motor eléctrico, caja de cambios y electrónica de potencia alcanza eficiencia de hasta 96% gracias al diseño más eficiente del sistema global. Esto deja más energía para el tren motriz, aumentando la autonomía.