Bosch punta sul carburo di silicio per aumentare l’efficienza delle auto elettriche

I semiconduttori al carburo di silicio aumentano l’efficienza delle auto elettriche, e con i nuovi impianti di Reutlingen (SiC) e Dresda (300 mm), Bosch incrementa la propria competitività su tutti i fronti.

Sono sempre di più e sempre più sofisticati i semiconduttori impiegati nelle moderne automobili. Tra questi, recentemente hanno fatto la loro comparsa i dispositivi al carburo di silicio (SiC), una tecnologia che consentirà all’elettromobilità di fare un grande passo avanti. In futuro i prodotti realizzati con questo straordinario materiale segneranno il passo dell’elettronica di potenza, che rappresenta il centro di comando dei veicoli elettrici ed ibridi. Rispetto ai semiconduttori in silicio utilizzati fino a oggi, i semiconduttori di nuova concezione offrono una migliore conduttività elettrica, che consente superiori frequenze di commutazione assicurando al contempo meno dispersione di energia sotto forma di calore.

I semiconduttori al carburo di silicio offrono più potenza ai motori elettrici. Per gli automobilisti significa un aumento dell’autonomia pari al 6%” ha dichiarato Harald Kröger, membro del Board of Management di Bosch.

Bosch produce i semiconduttori di nuova generazione nel suo stabilimento di Reutlingen, 40 km a sud di Stoccarda, una produzione ormai pluridecennale, che immette ogni giorno sul mercato diversi milioni di dispositivi.

I SiC sono i nuovi motori dell’elettromobilità

I semiconduttori in carburo di silicio fissano nuovi standard per la velocità, la dispersione di calore e le dimensioni. Il processo inizia con l’aggiunta di atomi di carbonio alla struttura cristallina del silicio purissimo, utilizzato per produrre i semiconduttori. Nell’elettronica di potenza assicurano la riduzione del 50% della dispersione di energia sotto forma di calore. Un risparmio che si traduce in maggiore efficienza complessiva e, di conseguenza, in incremento dell’autonomia della batteria. Gli automobilisti possono aumentare del 6% la percorrenza per ogni ciclo di carica. Questo consente a Bosch di offrire una soluzione ad uno dei punti più critici per i potenziali utilizzatori di auto elettriche: l’autonomia. Quasi un consumatore su due (42%) decide di non comprare un veicolo elettrico perché teme che la batteria si esaurisca mentre è al volante. In Germania questo timore è persino più diffuso e riguarda il 69% dei consumatori (fonte: Consors Finanz Automobile Barometer 2019). Grazie a questa tecnologia, le case produttrici possono inoltre costruire batterie più piccole per gamme specifiche, consentendo di ridurre il costo di uno dei componenti che più incidono sul prezzo finale dell’auto elettrica. “I semiconduttori al carburo di silicio trasformeranno l’elettromobilità” ha proseguito Kröger. La nuova tecnologia offre ulteriori possibilità di risparmio lungo tutta la linea produttiva: la riduzione delle perdite di calore dei chip, insieme alla loro capacità di funzionare a temperature di esercizio molto più elevate, permette ai produttori di risparmiare sui costosi impianti di raffreddamento dei componenti dei sistemi di propulsione. L’impatto sul peso e i costi dei veicoli non può che essere positivo.

Con la tecnologia al carburo di silicio, Bosch amplia sistematicamente il suo know-how in fatto di semiconduttori. L’azienda in futuro utilizzerà i semiconduttori SiC nella propria elettronica di potenza. I clienti Bosch potranno godere di un privilegio unico, in quanto l’azienda è il solo fornitore del settore automotive che produce anche semiconduttori. “Grazie alla nostra profonda conoscenza dei sistemi dell’elettromobilità, i vantaggi offerti dalla tecnologia del carburo di silicio sfociano direttamente nel processo di sviluppo di componenti e sistemi” ha spiegato Kröger. In quanto produttore leader di semiconduttori per l’automotive, Bosch sfrutta questo suo particolarissimo vantaggio a livello globale da circa 50 anni. Oltre ai semiconduttori di potenza, l’azienda produce anche sistemi microelettromeccanici (MEMS) e circuiti integrati per applicazioni specifiche (ASIC).

Airbag, pretensionatori, sistemi di cruise control, sensori di pioggia o sistemi di propulsione: sono pochi gli ambiti in cui la moderna tecnica per autoveicoli non si affida ai microchip. Nel 2018, il valore medio dei chip presenti in un’auto standard era di circa 337 euro (fonte: ZVEI). Questa cifra cresce dell’1-2% ogni anno per le applicazioni non legate all’infotainment, un valore che, secondo gli esperti, aumenterà a circa 910 euro per la guida autonoma. In questo senso il mercato dell’automotive è uno dei motori di crescita più importanti nel settore dei semiconduttori. Inoltre, le applicazioni chiave dell’Internet delle cose, come l’intelligenza artificiale, la cyber security, le smart city, l’edge computing, la domotica e l’industria connessa saranno ulteriori acceleratori. Con le fabbriche di semiconduttori di Reutlingen e Dresda, Bosch è più che pronta per questi sviluppi: “Il nostro know-how in materia di semiconduttori, non solo ci aiuta a sviluppare nuove funzioni e applicazioni IoT per l’automotive, ma migliora anche costantemente i chip stessi” ha dichiarato Kröger.

Bosch rafforza la propria competitività

Per trasformare i wafer, ovvero i dischi di silicio o carburo di silicio, in chip semiconduttori occorre un iter di produzione complesso, che può durare fino a 14 settimane. Tramite diversi processi chimici e fisici, i wafer acquisiscono le strutture ultra sottili che andranno a formare i minuscoli chip, ognuno dei quali misura solo pochi millimetri. Nel giugno 2018, Bosch ha posto la prima pietra della sua fabbrica d’avanguardia di semiconduttori a Dresda, in cui le attività di produzione utilizzeranno wafer del diametro di 300 mm: questa dimensione consente di ricavare molti più chip da un solo wafer, con economie di scala più produttive rispetto ai semiconduttori prodotti con la tecnologia da 150 e 200 mm. Bosch realizza questi ultimi a Reutlingen, dove produrrà anche i nuovi chip SiC.

Ecco una preview della nuova fabbrica di Dresda per la produzione di chip da wafer da 300 mm:

Le fabbriche di wafer di Reutlingen e Dresda si completano perfettamente a vicenda rafforzando la potenza competitiva di Bosch. “I semiconduttori sono i componenti principali di tutti i sistemi intelligenti; trasformano inoltre i dati in preziosa materia prima per il futuro. In considerazione della loro crescente importanza per i nostri settori di attività, vogliamo ampliare le nostre attività produttive” ha concluso Kröger. Nella fabbrica di Dresda, Bosch investirà circa un miliardo di euro, il più grande investimento singolo nella storia dell’azienda. Al momento è in corso l’installazione delle strutture nelle aree delle camere bianche. A primavera del 2020 i primi collaboratori inizieranno a lavorare nel nuovo stabilimento, che – tra l’altro – sarà a impatto zero per l’ambiente.

 

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