Bosch étend la production de puces en carbure de silicium pour l'industrie automobile

REUTLINGEN, Allemagne – Elles sont petites, puissantes et extrêmement efficaces : les semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC). Après plusieurs années de développement, Bosch lance désormais la production en série de semi-conducteurs de puissance en ce matériau, approvisionnant les constructeurs automobiles du monde entier.

À l'avenir, de plus en plus de véhicules de série intégreront ces puces. « L'avenir des semi-conducteurs en carbure de silicium est radieux. Nous voulons devenir un leader mondial dans la production de puces SiC pour l'électromobilité », déclare Harald Kroeger, membre du directoire de Robert Bosch GmbH.

Il y a deux ans, le fournisseur de technologies et services avait annoncé qu'il pousserait le développement des puces SiC et entrerait en production. Pour cela, Bosch a développé ses propres procédés de fabrication complexes, qu'il utilise pour produire ces semi-conducteurs spéciaux depuis début 2021 – initialement comme échantillons pour validation client.

« Nos carnets de commandes sont pleins, grâce au boom de l'électromobilité », dit Kroeger. À l'avenir, Bosch compte étendre sa capacité de production de semi-conducteurs de puissance SiC à un volume unitaire se chiffrant en centaines de millions. Dans cette optique, l'entreprise a déjà commencé l'extension de la salle blanche de son usine de Reutlingen.

En parallèle, on travaille aussi sur la deuxième génération de puces SiC, qui sera encore plus efficace et devrait être prête pour la production en série dès 2022. Bosch reçoit le soutien du Ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) pour le développement de ces procédés de fabrication innovants pour semi-conducteurs SiC dans le cadre du programme « Projet Important d'Intérêt Européen Commun (IPCEI) Microélectronique ».

« Depuis plusieurs années, nous apportons notre soutien pour établir la production de semi-conducteurs en Allemagne. La production de semi-conducteurs hautement innovante de Bosch renforce l'écosystème microélectronique en Europe et est une nouvelle étape vers une plus grande indépendance dans ce domaine clé de la digitalisation », déclare Peter Altmaier, ministre fédéral allemand de l'économie.

Dans le monde, la demande de semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium augmente. Une prévision de la société d'études et conseil Yole indique qu'entre maintenant et 2025, le marché du SiC dans son ensemble croîtra en moyenne de 30 % par an pour dépasser 2,5 milliards de dollars. À environ 1,5 milliard de dollars, le marché automobile du SiC devrait représenter la part du lion.

« Les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium utilisent l'énergie de manière particulièrement efficace. Les avantages de ce matériau ressortent vraiment dans les applications énergivores comme l'électromobilité », dit Kroeger. Dans l'électronique de puissance des véhicules électriques, les puces en carbure de silicium permettent aux conducteurs de rouler significativement plus loin avec une charge de batterie – en moyenne environ 6 % de plus qu'avec leurs homologues en silicium pur.

Pour répondre à la demande croissante de ces semi-conducteurs, 1 000 m² (10 764 pieds carrés) supplémentaires ont déjà été ajoutés à la salle blanche de l'usine de wafers Bosch à Reutlingen en 2021. 3 000 m² (32 292 pieds carrés) supplémentaires seront ajoutés d'ici fin 2023.

Ce nouvel espace accueillera des installations de production ultramodernes pour la fabrication de semi-conducteurs en carbure de silicium selon des procédés développés en interne. Pour y parvenir, les experts semi-conducteurs de Bosch s'appuient sur leurs décennies d'expertise en fabrication de puces.

À l'avenir, l'entreprise – accessoirement le seul fournisseur automobile à produire ses propres puces en carbure de silicium – prévoit de fabriquer les semi-conducteurs sur wafers de 8 pouces (200 mm). Comparés aux wafers de 6 pouces (150 mm) actuels, cela apportera d'importantes économies d'échelle. Après tout, il faut plusieurs mois pour qu'un seul wafer passe par plusieurs centaines d'étapes de processus dans d'innombrables machines. « En produisant sur des wafers plus grands, nous pouvons fabriquer significativement plus de puces en une seule série de production et ainsi approvisionner plus de clients », dit Kroeger.

Le secret derrière la performance impressionnante des puces SiC réside dans un minuscule atome de carbone. L'introduire dans la structure cristalline du silicium ultra-pur généralement utilisé pour fabriquer les semi-conducteurs donne à la matière première des propriétés physiques spéciales : par exemple, les semi-conducteurs en carbure de silicium supportent des fréquences de commutation plus élevées que les puces en silicium pur.

De plus, ils ne perdent que la moitié d'énergie sous forme de chaleur, augmentant ainsi l'autonomie des véhicules électriques. Les puces sont aussi importantes pour les systèmes 800 volts, où elles permettent une recharge plus rapide et de meilleures performances. Comme les puces SiC émettent aussi significativement moins de chaleur, l'électronique de puissance nécessite moins de refroidissement coûteux. En plus du poids, c'est une autre façon de réduire le coût des véhicules électriques.

À l'avenir, Bosch fournira des semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium à des clients dans le monde entier – tant comme puces individuelles qu'installées dans l'électronique de puissance ou des solutions complètes comme l'e-axle. Cette combinaison de moteur électrique, boîte de vitesses et électronique de puissance atteint une efficacité jusqu'à 96 % grâce au design plus efficace de l'ensemble du système. Cela laisse plus d'énergie pour le groupe motopropulseur, ce qui augmente l'autonomie.