提升续航力标准：博世启动碳化矽晶片大规模量产计划

碳化矽半导体可显著提高电动车续航力和充电速度。 （图／业者提供）

碳化矽（SiC）半导体具有体积小、效率高、功率密度大的显著优势。经过多年的研发，博世（Bosch）目前准备开始大规模量产由碳化矽此一创新材料制成的功率半导体，以提供给全球各大车厂。未来，越来越多的量产车将搭载博世的碳化矽晶片。

博世集团董事会成员Harald Kroeger表示，碳化矽半导体拥有广阔的发展前景，博世希望成为全球领先的电动交通碳化矽晶片生产供应商。身为全球领先的技术和服务供应商，博世于两年前即宣布将继续推动碳化矽晶片研发并实现量产。为达成这一目标，博世自主开发了极为复杂的制造工艺流程，并于2021年初开始生产用于客户验证的样品。

Kroeger指出，受惠于电动交通领域的蓬勃发展，博世已获得数量众多的碳化矽半导体订单。未来，博世能将持续扩充碳化矽功率半导体的产能，旨在把单位产能提高至上亿水准。为此，博世已开始扩建罗伊特林根工厂的无尘室，同时着手研发功率密度更高的第二代碳化矽晶片，预计将于2022年大规模投产。

博世在碳化矽半导体制造工艺上的研发创新已获得德国联邦经济和能源部（BMWi）的支持，成为「欧洲共同利益重大项目（IPCEI）「中微电子领域的一部分。德国联邦经济事务和能源部部长Peter Altmaier表示，多年来，我们一直协助企业，发展德国半导体制造产业。博世在半导体生产领域的高度创新，不仅强化了欧洲微电子的生态系统，也进一步提高了微电子行业在数位化发展关键领域的独立性。

在全球，碳化矽功率半导体的需求量不断攀升。调研公司Yole公布的预测显示，从现在到2025年，碳化矽市场每年的成长率将达到30％，市场规模则将超过25亿美元。当规模达到15亿美元时，搭载碳化矽的汽车将占据市场主导地位。 Kroeger说道，碳化矽功率半导体的效率极高，其优势在电动交通等能源密集型应用中愈发明显。

在电动车动力电子设备领域，碳化矽晶片的配置能有效延长单次充电的续航力。与使用纯矽晶片的电动车相较，搭载碳化矽晶片的电动车的续航力平均可增加6％。为因应日益成长的碳化矽功率半导体需求，2021年，博世已在罗伊特林根晶圆工厂扩建了1000平方公尺的无尘室。 2023年底，博世还将在新建3000平方公尺的无尘室。新建的无尘室将配备最先进的生产设施，同时，博世内部的半导体专家们也将充分运用博世长达几十年的晶片制造专业经验。

未来，博世将可成为业界唯一自主生产碳化矽晶片的汽车零件供应商，计画生产八吋晶圆碳化矽半导体。相较于当今所使用的六吋晶圆，八吋晶圆将可望带来可观的规模经济。毕竟，单个晶圆需花费数月时间，方能在无数机器设备中完成上百个工艺步骤。 Kroeger指出，使用大尺寸晶圆进行生产能在一个生产周期内制造更多晶片，进而满足更多客户的需求。

碳化矽晶片的强大性能，归功于小小的碳原子。把这种碳原子加入用于制造半导体的高纯矽晶体结构，可让原材料拥有特殊的物理性质，例如支援更高的切换频率。此外，碳化矽半导体热能损耗仅为纯矽晶片的一半，因此能够提高电动车的续航力。

碳化矽晶片对800伏电压系统也至关重要，它能加快充电速度、提高产品性能。由于碳化矽晶片散发的热量显著减少，能节约动力电子设备冷却成本、减轻电动车自身的重量，同时降低整车的成本。未来，博世将向全球客户供应碳化矽功率半导体，产品形式可以是单个晶片，也可以内置在动力电子设备或电子轴（e-axle）的整体解决方案中。得益于更高效能的整体系统设计，把电机、变速箱和动力电子设备合为一体的电子轴（e-axle），最高效率能达到96％，为动力系统省下更多的能耗，进而提高续航力。