보쉬, 탄화규소 칩 생산량 확대

독일, 로이틀링겐 – 이 제품은 작고 강력하며 매우 효율적입니다. 탄화규소(SiC)로 만든 반도체입니다. 몇 년 간의 개발 끝에 Bosch는 이제 이 소재로 만들어진 전력 반도체의 대량 생산을 시작하여 전 세계 자동차 제조업체에 공급하고 있습니다.

앞으로 점점 더 많은 생산 차량에 이러한 칩이 탑재될 것입니다. “탄화규소 반도체의 미래는 밝습니다. 우리는 전기 이동성을 위한 SiC 칩 생산의 글로벌 리더가 되기를 원합니다.”라고 Robert Bosch GmbH 이사회 멤버인 Harald Kroeger가 말했습니다.

2년 전, 기술 및 서비스 공급업체는 SiC 칩 개발을 추진하고 생산에 들어갈 것이라고 발표했습니다. 이를 위해 Bosch는 2021년 초부터 특수 반도체를 생산하는 데 처음에는 고객 검증을 위한 샘플로 사용해온 복잡한 자체 제조 공정을 개발했습니다.

Kroeger는 "Electromobility의 붐 덕분에 주문량이 꽉 찼습니다."라고 말합니다. 앞으로 Bosch는 SiC 전력 반도체의 생산 능력을 수억 단위로 확장할 계획입니다. 이를 염두에 두고 이 회사는 이미 Reutlingen 공장의 클린룸 공간을 확장하기 시작했습니다.

이와 동시에 2세대 SiC 칩에 대한 작업도 진행 중이며, 이 칩은 훨씬 더 효율적이며 2022년부터 양산 준비가 완료될 예정입니다. 보쉬는 SiC 반도체를 위한 이러한 혁신적인 제조 공정 개발을 위해 다음으로부터 지원을 받고 있습니다. 독일 연방 경제 에너지부(BMWi)는 "공동 유럽 이익(IPCEI) 마이크로일렉트로닉스의 중요 프로젝트" 프로그램의 일부입니다.

“몇 년 동안 우리는 독일에서 반도체 생산을 시작할 수 있도록 지원해 왔습니다. 보쉬의 매우 혁신적인 반도체 생산은 유럽의 마이크로일렉트로닉스 생태계를 강화하고 이 핵심 디지털화 분야에서 더 큰 독립성을 향한 한 걸음 더 나아가고 있습니다.”라고 독일 연방 경제부 장관인 Peter Altmaier가 말했습니다.

전 세계적으로 탄화규소 전력반도체에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 시장 조사 및 컨설팅 회사인 Yole의 예측에 따르면 지금부터 2025년 사이에 전체 SiC 시장은 연간 평균 30%씩 성장하여 25억 달러가 넘을 것이라고 합니다. 약 15억 달러 규모의 SiC 자동차 시장이 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예상됩니다.

“실리콘 카바이드 전력 반도체는 특히 에너지를 효율적으로 사용합니다. 이 재료의 장점은 전기 이동성과 같은 에너지 집약적 응용 분야에서 실제로 전면에 나타납니다.”라고 Kroeger는 말합니다. 전기 자동차의 전력 전자 장치에서 탄화규소 칩은 운전자가 한 번의 배터리 충전으로 훨씬 더 멀리 주행할 수 있도록 보장합니다. 이는 순수 실리콘 칩보다 평균 약 6% 더 멀리 주행할 수 있다는 것입니다.

이러한 반도체에 대한 꾸준히 증가하는 수요를 충족하기 위해 2021년에 Reutlingen에 있는 Bosch 웨이퍼 팹의 클린룸 공간에 이미 10,764평방피트가 추가되었습니다. 2023년 말까지 32,292평방피트가 추가로 추가될 예정입니다.

새로운 공간에는 자체 개발한 공정을 사용하여 탄화규소 반도체를 제조하기 위한 최첨단 생산 시설이 들어설 것입니다. 이를 달성하기 위해 Bosch의 반도체 전문가들은 수십 년에 걸친 칩 제조 전문 지식을 바탕으로 구축하고 있습니다.

향후에는 자체적으로 탄화규소 칩을 생산하는 유일한 자동차 공급업체인 이 회사는 8인치 웨이퍼에서 반도체를 제조할 계획입니다. 오늘날의 6인치 웨이퍼와 비교할 때 상당한 규모의 경제를 제공할 것입니다. 결국, 하나의 웨이퍼가 수많은 기계에서 수백 개의 공정 단계를 거치는 데 몇 달이 걸립니다. Kroeger는 "더 큰 웨이퍼를 생산함으로써 한 번의 생산으로 훨씬 더 많은 칩을 생산할 수 있어 더 많은 고객에게 공급할 수 있습니다."라고 말합니다.

SiC 칩의 인상적인 성능 뒤에 숨겨진 비밀은 작은 탄소 원자에 있습니다. 일반적으로 반도체 제조에 사용되는 초순수 실리콘의 결정 구조에 이를 도입하면 원자재에 특별한 물리적 특성이 부여됩니다. 예를 들어 탄화규소 반도체는 순수 실리콘 칩보다 더 높은 스위칭 주파수를 지원합니다.

뿐만 아니라 열 형태로 손실되는 에너지의 절반 정도에 불과하므로 전기 자동차의 범위가 넓어집니다. 이 칩은 800볼트 시스템에도 중요하며 더 빠른 재충전과 더 나은 성능을 가능하게 합니다. SiC 칩은 또한 훨씬 적은 열을 방출하기 때문에 전력 전자 장치는 비용이 많이 드는 냉각 방식으로 덜 필요합니다. 이것은 무게 외에도 전기 자동차의 비용을 줄이는 또 다른 방법입니다.

앞으로 Bosch는 개별 칩으로, 전력 전자 장치에 설치되거나 e-axle과 같은 완전한 솔루션으로 전 세계 고객에게 탄화규소 전력 반도체를 공급할 예정입니다. 전기 모터, 기어박스 및 전력 전자 장치의 이러한 조합은 전체 시스템의 보다 효율적인 설계 덕분에 최대 96%의 효율을 달성합니다. 이는 파워트레인에 더 많은 에너지를 남기고 범위를 증가시킵니다.