semiconductores

Los semiconductores de carburo de silicio (SiC) son pequeños, potentes y extremadamente eficientes. Tras varios años de desarrollo, Bosch está comenzando la producción en serie de semiconductores de potencia fabricados con este innovador material, y los está suministrando a los fabricantes de automóviles de todo el mundo. En el futuro, cada vez más vehículos de serie contarán con estos chips.

Harald Kroeger, miembro del Consejo de Administración de Bosch, explica:

“Los semiconductores de carburo de silicio tienen un gran futuro. Queremos convertirnos en líder mundial en la fabricación de chips de SiC para la electromovilidad”.

Hace dos años, el proveedor de tecnología y servicios anunció que impulsaría el desarrollo de chips de SiC y comenzaría su producción. Para este fin, Bosch ha desarrollado sus propios procesos complejos de fabricación, con los que ha estado produciendo estos semiconductores especiales desde principios de 2021, inicialmente como muestras para la validación de sus clientes. Kroeger apunta: “Nuestras carteras de pedidos están llenas gracias al auge de la electromovilidad”.

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En el futuro, la compañía quiere aumentar la capacidad productiva de semiconductores de potencia de SiC a un volumen de cientos de millones. Para ello, la empresa ya ha empezado a ampliar el espacio de sala blanca en su planta de Reutlingen. Paralelamente, también se está trabajando en la segunda generación de chips de SiC, que será aún más eficiente y que debería de estar lista para su producción en serie a partir de 2022. Para el desarrollo de estos innovadores procesos de fabricación para semiconductores de SiC, Bosch está recibiendo apoyo del Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi) como parte del programa “IPCEI Microelectronics” (Proyecto Importante de Interés Común Europeo).

Peter Altmaier, Ministro Federal de Asuntos Económicos de Alemania, indica:

“Desde hace varios años, brindamos asistencia para ayudar a establecer la producción de semiconductores en Alemania. La producción altamente innovadora de semiconductores de Bosch fortalece el ecosistema microelectrónico en Europa y es un paso más hacia una mayor independencia en este campo clave de la digitalización”.

Eficiencia energética

La demanda de semiconductores de potencia fabricados con carburo de silicio está aumentando en todo el mundo. La empresa de investigación y consultoría de mercado Yole pronostica que, de aquí a 2025, el mercado de SiC crecerá en su conjunto un 30% de promedio anual, alcanzando más de 2.500 millones de dólares. Con unos 1.500 millones de dólares, se espera que el mercado automovilístico represente la mayoría.

Kroeger destaca: “Los semiconductores de potencia de carburo de silicio hacen un uso particularmente eficiente de la energía. Las ventajas de este material destacan principalmente en aplicaciones que consumen mucha energía, como la electromovilidad”.

En la electrónica de potencia de los vehículos eléctricos, los chips de carburo de silicio garantizan que se pueda conducir trayectos significativamente más largos con una carga de batería, alrededor de un 6% de promedio superior a sus homólogos de silicio puro.

Bosch quiere fabricar los semiconductores en obleas de 200 milímetros. En comparación con las actuales obleas de 150 milímetros, se pueden lograr importantes economías de escala. “Al producirlos en obleas más grandes, podemos fabricar muchos más chips en cada ciclo de producción y, por lo tanto, abastecer a más clientes”, señala Kroeger.

El secreto de rendimiento de los chips SiC

La clave del rendimiento de los chips de SiC se encuentra en un minúsculo átomo de carbono. Al introducirlo en la estructura cristalina del silicio ultrapuro, generalmente utilizado en la fabricación de semiconductores, le confiere a la materia prima unas propiedades físicas especiales: los semiconductores de carburo de silicio soportan frecuencias de conmutación más altas que los normales de silicio. Además, solo pierden la mitad de la energía en forma de calor, lo que aumenta la autonomía de los vehículos eléctricos. Los chips también son importantes para los sistemas de 800 voltios, donde permiten una recarga más rápida y un mejor rendimiento.

Dado que los chips de SiC emiten significativamente menos calor, la electrónica de potencia requiere menos refrigeración. Además de reducir el peso, esto también reduce el coste de los vehículos eléctricos.

La compañía suministrará, en el futuro, semiconductores de potencia de carburo de silicio a clientes de todo el mundo, bien como chips individuales, o bien integrados en la electrónica de potencia o en soluciones completas como el eje eléctrico. Esta combinación de motor eléctrico, caja de cambios y electrónica de potencia da como resultado una eficiencia de hasta el 96% gracias a un diseño más eficiente del sistema global. Esto supone más energía disponible para la propulsión, lo que aumenta la autonomía.

Cadena de suministro europea para semiconductores de SiC

Bosch lidera el proyecto financiado con fondos públicos ‘Tranform’, cuyo objetivo es establecer una cadena de suministro europea resistente para la tecnología de semiconductores de silicio de carburo. Abarca desde obleas y otros materiales básicos hasta dispositivos semiconductores de potencia de SiC terminados y aplicaciones de electrónica de potencia.

Jens Fabrowsky, vicepresidente ejecutivo en la división Bosch Automotive Electronics, señala:

“El objetivo del proyecto Transform es asegurar un papel de liderazgo para Europa en las nuevas tecnologías basadas en carburo de silicio”.

La previsión es que la demanda de dicha tecnología crecerá rápidamente, especialmente con respecto a las aplicaciones que consumen mucha energía tales como los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, los puntos de recarga y la infraestructura de suministro de energía. El proyecto, que cuenta con un presupuesto de más de 89 millones de euros financiado tanto por la Unión Europea como por organismos nacionales, reúne a actores clave a lo largo de la cadena de valor de SiC en Austria, República Checa, Francia, Alemania, Italia, España y Suecia.

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