提升續航力標準：博世啓動碳化矽晶片大規模量產計劃

碳化矽半導體可顯著提高電動車續航力和充電速度。（圖／業者提供）

碳化矽（SiC）半導體具有體積小、效率高、功率密度大的顯著優勢。經過多年的研發，博世（Bosch）目前準備開始大規模量產由碳化矽此一創新材料製成的功率半導體，以提供給全球各大車廠。未來，越來越多的量產車將搭載博世的碳化矽晶片。

博世集團董事會成員Harald Kroeger表示，碳化矽半導體擁有廣闊的發展前景，博世希望成爲全球領先的電動交通碳化矽晶片生產供應商。身爲全球領先的技術和服務供應商，博世於兩年前即宣佈將繼續推動碳化矽晶片研發並實現量產。爲達成這一目標，博世自主開發了極爲複雜的製造工藝流程，並於2021年初開始生產用於客戶驗證的樣品。

Kroeger指出，受惠於電動交通領域的蓬勃發展，博世已獲得數量衆多的碳化矽半導體訂單。未來，博世能將持續擴充碳化矽功率半導體的產能，旨在把單位產能提高至上億水準。爲此，博世已開始擴建羅伊特林根工廠的無塵室，同時着手研發功率密度更高的第二代碳化矽晶片，預計將於2022年大規模投產。

博世在碳化矽半導體制造工藝上的研發創新已獲得德國聯邦經濟和能源部（BMWi）的支持，成爲「歐洲共同利益重大項目（IPCEI）「中微電子領域的一部分。德國聯邦經濟事務和能源部部長Peter Altmaier表示，多年來，我們一直協助企業，發展德國半導體制造產業。博世在半導體生產領域的高度創新，不僅強化了歐洲微電子的生態系統，也進一步提高了微電子行業在數位化發展關鍵領域的獨立性。

在全球，碳化矽功率半導體的需求量不斷攀升。調研公司Yole公佈的預測顯示，從現在到2025年，碳化矽市場每年的成長率將達到30％，市場規模則將超過25億美元。當規模達到15億美元時，搭載碳化矽的汽車將佔據市場主導地位。Kroeger說道，碳化矽功率半導體的效率極高，其優勢在電動交通等能源密集型應用中愈發明顯。

在電動車動力電子設備領域，碳化矽晶片的配置能有效延長單次充電的續航力。與使用純矽晶片的電動車相較，搭載碳化矽晶片的電動車的續航力平均可增加6％。爲因應日益成長的碳化矽功率半導體需求，2021年，博世已在羅伊特林根晶圓工廠擴建了1000平方公尺的無塵室。2023年底，博世還將在新建3000平方公尺的無塵室。新建的無塵室將配備最先進的生產設施，同時，博世內部的半導體專家們也將充分運用博世長達幾十年的晶片製造專業經驗。

未來，博世將可成爲業界唯一自主生產碳化矽晶片的汽車零件供應商，計劃生產八吋晶圓碳化矽半導體。相較於當今所使用的六吋晶圓，八吋晶圓將可望帶來可觀的規模經濟。畢竟，單個晶圓需花費數月時間，方能在無數機器設備中完成上百個工藝步驟。Kroeger指出，使用大尺寸晶圓進行生產能在一個生產週期內製造更多晶片，進而滿足更多客戶的需求。

碳化矽晶片的強大性能，歸功於小小的碳原子。把這種碳原子加入用於製造半導體的高純矽晶體結構，可讓原材料擁有特殊的物理性質，例如支援更高的切換頻率。此外，碳化矽半導體熱能損耗僅爲純矽晶片的一半，因此能夠提高電動車的續航力。

碳化矽晶片對800伏電壓系統也至關重要，它能加快充電速度、提高產品性能。由於碳化矽晶片散發的熱量顯著減少，能節約動力電子設備冷卻成本、減輕電動車自身的重量，同時降低整車的成本。未來，博世將向全球客戶供應碳化矽功率半導體，產品形式可以是單個晶片，也可以內置在動力電子設備或電子軸（e-axle）的整體解決方案中。得益於更高效能的整體系統設計，把電機、變速箱和動力電子設備合爲一體的電子軸（e-axle），最高效率能達到96％，爲動力系統省下更多的能耗，進而提高續航力。