보쉬, 자동차용 실리콘 카바이드 칩 양산 확대

독일 로이틀링겐 – 작고 강력하며 극도로 효율적입니다: 실리콘 카바이드(SiC)로 만든 반도체. 수년간 개발 끝에 보쉬는 이제 이 소재로 만든 파워 반도체 양산을 시작해 전 세계 자동차 제조사에 공급합니다.

미래에는 더 많은 양산 차량에 이 칩이 탑재될 것입니다. "실리콘 카바이드 반도체의 미래는 밝습니다. 우리는 전기차용 SiC 칩 생산에서 글로벌 리더가 되고 싶습니다."라고 로버트 보쉬 GmbH 이사회 멤버 하랄드 크뢰거(Harald Kroeger)는 말했습니다.

2년 전, 기술 및 서비스 공급업체는 SiC 칩 개발을 추진하고 생산에 진입하겠다고 발표했습니다. 이를 위해 보쉬는 자체 복잡한 제조 공정을 개발해 2021년 초부터 특수 반도체 생산에 사용해왔습니다. 초기에는 고객 검증용 샘플로 생산했습니다.

"전기차 붐 덕분에 주문서가 꽉 찼습니다."라고 크뢰거는 말했습니다. 미래에는 SiC 파워 반도체 생산 능력을 수억 개 단위까지 확대할 계획입니다. 이를 위해 로이틀링겐 공장 클린룸 확장을 이미 시작했습니다.

병행해 2세대 SiC 칩 개발도 진행 중이며, 더 효율적이고 2022년부터 양산 준비가 될 예정입니다. 보쉬는 독일 연방 경제에너지부(BMWi)의 '유럽 공동 관심 중요 프로젝트(IPCEI) 마이크로일렉트로닉스' 프로그램 지원을 받아 이 혁신적인 SiC 반도체 제조 공정을 개발하고 있습니다.

"수년간 우리는 독일 반도체 생산 정착을 지원해왔습니다. 보쉬의 고도로 혁신적인 반도체 생산은 유럽 마이크로일렉트로닉스 생태계를 강화하고 디지털화의 이 핵심 분야에서 더 큰 자립을 향한 또 다른 단계입니다."라고 독일 연방 경제부 장관 페터 알트마이어(Peter Altmaier)는 말했습니다.

전 세계적으로 실리콘 카바이드 파워 반도체 수요가 증가하고 있습니다. 시장 조사 및 컨설팅 회사 욜(Yole) 전망에 따르면, 2025년까지 SiC 시장 전체가 연평균 30% 성장해 25억 달러를 넘을 전망입니다. 약 15억 달러 규모의 SiC 자동차 시장이 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예상됩니다.

"실리콘 카바이드 파워 반도체는 에너지를 특히 효율적으로 활용합니다. 이 소재의 장점은 전기차 같은 에너지 집약적 애플리케이션에서 진가를 발휘합니다."라고 크뢰거는 말했습니다. 전기차 파워 일렉트로닉스에서 실리콘 카바이드 칩은 순수 실리콘 칩 대비 평균 약 6% 더 멀리 주행할 수 있게 합니다.

이 반도체에 대한 꾸준히 증가하는 수요를 충족하기 위해 2021년 보쉬 로이틀링겐 웨이퍼 팹 클린룸에 10,764제곱피트가 추가되었습니다. 2023년 말까지 32,292제곱피트가 추가될 예정입니다.

새 공간에는 사내 개발 공정으로 실리콘 카바이드 반도체를 제조하는 최첨단 생산 설비가 들어섭니다. 이를 위해 보쉬 반도체 전문가들은 칩 제조 분야 수십 년 전문성을 기반으로 삼고 있습니다.

미래에는 회사가—우연히도 자체 실리콘 카바이드 칩을 생산하는 유일한 자동차 공급업체—8인치 웨이퍼로 반도체를 제조할 계획입니다. 현재 6인치 웨이퍼 대비 상당한 규모의 경제를 실현할 수 있습니다. 단일 웨이퍼가 수백 공정 단계와 수많은 기계를 거치는 데 수개월이 걸리기 때문입니다. "더 큰 웨이퍼로 생산하면 한 번 생산 런으로 훨씬 더 많은 칩을 만들 수 있어 더 많은 고객에게 공급할 수 있습니다."라고 크뢰거는 설명했습니다.

SiC 칩의 인상적 성능 뒤에는 작은 탄소 원자가 있습니다. 초순수 실리콘의 결정 구조에 이를 도입하면 원료에 특수한 물리적 특성이 생깁니다. 예를 들어 실리콘 카바이드 반도체는 순수 실리콘 칩보다 높은 스위칭 주파수를 지원합니다.

또한 열 형태의 에너지 손실이 절반에 불과해 전기차 주행거리를 늘립니다. 이 칩은 800볼트 시스템에서도 중요하며, 더 빠른 충전과 더 나은 성능을 가능하게 합니다. SiC 칩이 열을 훨씬 적게 방출하므로 파워 일렉트로닉스에 값비싼 냉각이 덜 필요합니다. 무게 외에도 전기차 비용을 줄이는 또 다른 방법입니다.

미래에는 보쉬가 실리콘 카바이드 파워 반도체를 전 세계 고객에게 공급할 것입니다. 개별 칩으로, 또는 파워 일렉트릭스나 e-액슬 같은 완전 솔루션에 장착된 형태로. 전기 모터, 기어박스, 파워 일렉트로닉스를 결합한 이 조합은 전체 시스템의 더 효율적인 설계 덕분에 최대 96% 효율을 달성합니다. 이는 파워트레인에 더 많은 에너지를 남겨 주행거리를 늘립니다.