SiC-Leistungsbauelemente von Bosch spielen eine Schlüsselrolle bei der Masseneinführung von Elektrofahrzeugen

Bosch gab vor zwei Jahren bekannt, dass das Unternehmen die Entwicklung von Siliziumkarbid-Chips (SiC) vorantreiben und mit der Produktion beginnen werde, um so maßgeblich zur breiten Einführung von Elektrofahrzeugen beizutragen.

Nach der Modernisierung wird das Bosch-Werk in Roseville Teil des globalen Halbleiterfertigungsnetzwerks des Unternehmens und wird in 10.000 sqft großen Reinräumen SiC-Leistungshalbleiter auf 200-mm-Wafern produzieren.

Anwendungen

Bosch ist einer der weltweit führenden Automobilzulieferer. Einer seiner wichtigsten Geschäftsbereiche ist die Sparte Mobilität, die innovative und integrierte Mobilitätslösungen für Fahrzeuge und deren Nutzer anbietet. Das Portfolio umfasst Elektronik und Sensoren, Softwareanwendungen, Automobilzubehör und Werkstattkonzepte sowie Technologiedienstleistungen für die Fahrdynamikregelung und Antischlupfsysteme wie das ESP-Antischlupfsystem von Bosch – Technologien, die Fahrzeuge sicherer, komfortabler und umweltfreundlicher machen.

Die Bosch-Gruppe beschäftigt weltweit rund 200.000 Mitarbeiter und erzielte im Jahr 2023 einen Umsatz von 56,2 Milliarden Euro. Ihre Produkte und Dienstleistungen sind überall zu finden – von Haushaltsgeräten bis hin zu Automobilen, von elektronischen Motormanagementsystemen bis hin zu ESP-Antischlupfsystemen. Darüber hinaus hat dieses innovative Unternehmen zahlreiche bahnbrechende Innovationen vorangetrieben, darunter elektronische Motorsteuerungssysteme sowie Fahrerassistenzsysteme für vernetzte Fahrzeuge.

Bosch erweitert sein Portfolio an Siliziumkarbid-Chips (SiC) durch die Übernahme von TSI Semiconductors in Roseville. SiC-Chips ermöglichen effizientere Hochleistungsanwendungen als herkömmliche Siliziumchips und eignen sich daher für Antriebsanwendungen in Elektroautos, die effiziente Leistungshalbleiter benötigen, damit Fahrer zwischen den Ladevorgängen längere Strecken zurücklegen können. Durch die Übernahme des TSI-Werks wird Bosch bis 2030 in der Lage sein, sein globales Portfolio an SiC-Chips deutlich zu erweitern und damit auf das wachsende Interesse an Elektromobilität zu reagieren.

Prozesse

Bosch-Produkte, die selbstständig denken, Fernwartung aus 9.000 Kilometern Entfernung und Brillen mit integrierten Kameras – all das wird durch Halbleiter ermöglicht. Bosch ist seit mehr als 60 Jahren auf die Halbleiterfertigung spezialisiert – im Werk Reutlingen werden seit Anfang 2021 Siliziumkarbid-Chips (SiC) auf 150-Millimeter-Wafern hergestellt, die zur Validierung an Kunden versandt werden; derzeit erweitern die Ingenieure die Reinraumfläche an diesem Standort.

Bei der Herstellung eines 300-Millimeter-Wafers aus SiC-Halbleitern durchlaufen die Ingenieure von Bosch 250 einzelne Fertigungsschritte – von der Übertragung eines integrierten dreidimensionalen Layouts auf den Wafer bis hin zur Abscheidung winziger Strukturen im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers. Nach dem Ätzvorgang entsteht schließlich eine völlig einzigartige Leiterplatte mit Tausenden identischer Bauelemente auf einem einzigen Wafer.

Bosch hat seine Produktionskapazitäten erweitert, um der wachsenden Nachfrage nach SiC-basierten Leistungshalbleitern gerecht zu werden, die die Leistungsdichte erhöhen und gleichzeitig die Reichweite sowie die Ladeeigenschaften von Elektrofahrzeugen verbessern. Bosch leitet das von der Europäischen Union mit 89 Millionen Euro geförderte „Transform“-Projekt, dessen Ziel es ist, eine effiziente europäische Lieferkette für SiC-basierte Leistungselektronik zu entwickeln, die in industriellen Antrieben, bei der Energieumwandlung und in Anwendungen der Elektromobilität zum Einsatz kommt. Bosch hat kürzlich seine Pläne zur Übernahme von TSI Semiconductors aus Roseville, Kalifornien, bekannt gegeben. Durch die Übernahme werden die dortigen Anlagen, die derzeit die gesamte Bandbreite an CMOS-Logikprozesstechnologien abdecken, in eine SiC-Foundry umgewandelt, die ab 2026 die Produktion auf 200-Millimeter-Wafern aufnehmen wird.

Wafer

Mikrochip-Halbleiter, auch einfach als Halbleiter bezeichnet, sind heute in praktisch jedem technischen Gerät zu finden – von Smartphones und Fernsehern bis hin zu Geschirrspülern und Elektrofahrzeugen. Bosch geht davon aus, dass bis 2025 in jedem Neuwagen 25 seiner SiC-Chips verbaut sein werden!

Bosch reagiert auf die gestiegene Kundennachfrage, indem es zwei Werke – in Reutlingen und Roseville – zu speziellen Waferfertigungsanlagen umwandelt, die auf 200-mm-Wafer (2,59 Zoll) aus SiC spezialisiert sind. Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, haben die Ingenieure des Unternehmens einen komplexen Fertigungsprozess entwickelt und nutzen bereits seit 2021 im Werk Reutlingen die dort hergestellten Muster zur Kundenvalidierung; die Produktion in Roseville soll nach einer Umrüstungsphase voraussichtlich um das Jahr 2026 wieder anlaufen.

Bosch wird diese spezialisierten Fertigungsanlagen nutzen, um die für die SiC-Chip-Produktion erforderlichen Skaleneffekte zu beschleunigen, da die Herstellungsprozesse relativ einfach sind und das innovative Material in der Lage ist, mehr elektrische Energie auf kleinerem Raum zu speichern – was bedeutet, dass Elektroautos eine größere Reichweite erzielen und gleichzeitig schneller aufgeladen werden können.

Die Investition von Bosch in diese Fertigungsanlagen ist ein wichtiger Schritt, um den weltweit steigenden Bedarf im Bereich der Elektromobilität zu decken – und zwar durch die Produktion von SiC-Chips auf 300-mm-Wafern (11,8″) bis zum Jahr 2025. Eine ähnliche Fertigungsanlage in Dresden soll ebenfalls die Produktion aufnehmen.

Produktion

Bosch hat nach mehrjähriger Entwicklungsarbeit die Serienproduktion von Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid (SiC) erfolgreich aufgenommen. Diese Chips werden eine wesentliche Rolle bei der Elektrifizierung moderner Fahrzeuge spielen.

Bosch Automotive Systems ist derzeit weltweit der einzige Automobilzulieferer, der SiC-Wafer kommerziell herstellt, und diese neue Anlage erweitert die Kapazitäten des Unternehmens, um der steigenden Nachfrage nach diesen Hochspannungshalbleitern gerecht zu werden, die es Elektrofahrzeugen (EVs) ermöglichen, mit einer einzigen Ladung weitere Strecken zurückzulegen und gleichzeitig schneller und mit geringerem Energieverbrauch aufzuladen.

Bosch wird ein neues Werk in Deutschland eröffnen, um seine bestehenden Halbleiterproduktionsstandorte in Reutlingen und Dresden zu ergänzen, in die seit der Einführung der 200-mm-Technologie mehr als 2,5 Milliarden Euro investiert wurden, ebenso wie Milliardenbeträge in die mikroelektronische Forschung.

Bosch kündigte 2022 an, bis 2026 weitere 3 Milliarden Euro in sein Halbleitergeschäft in Europa zu investieren, darunter den Ausbau der Reinraumfläche im Werk Reutlingen um 30% pro Jahr, um der wachsenden Nachfrage nach SiC-Chips gerecht zu werden.

Im Rahmen seiner Expansionspläne beabsichtigt Bosch, das Werk von TSI Semiconductors in Roseville, Kalifornien, mit 250 Beschäftigten zu erwerben. Nach einer anfänglichen Umstellungsphase und anschließenden Umrüstungsmaßnahmen soll die Produktion voraussichtlich um das Jahr 2026 herum anlaufen.