Silisyum karbürden (SiC) üretilen yarı iletkenler küçük, güçlü ve son derece verimliler. Birkaç yıllık geliştirme sürecinin ardından Bosch, dünya çapındaki otomotiv üreticilerine tedarik edilen bu yenilikçi malzemeden yapılmış güç yarı iletkenlerinin seri üretimine başlıyor. Gelecekte, giderek daha fazla sayıda araç elektrikle çalışacak. Bosch Yönetim Kurulu Üyesi Harald Kroeger, “Silisyum karbür yarı iletkenlerin geleceği parlak. Elektromobilite alanında SiC çiplerinin üretiminde dünya lideri olmak istiyoruz.” dedi. İki yıl önce teknoloji ve hizmet tedarikçisi, SiC çiplerinin geliştirilmesini ilerleteceğini ve üretime gireceğini açıklamıştı. Bunun için Bosch, 2021’in başından beri özel yarı iletkenleri üretmek için kullandığı kendi son derece karmaşık üretim süreçlerini, başlangıçta müşteri doğrulaması için numuneler olarak geliştirdi. Kroeger, “Elektromobilitedeki patlama sayesinde sipariş defterlerimiz doldu.” dedi. Gelecekte Bosch, SiC güç yarı iletkenleri için üretim kapasitesini yüz milyonlara ulaşan bir hacme genişletmeyi planlıyor. Bu amaçla şirket, Reutlingen tesisindeki temiz oda alanını genişletmeye başladı bile. Buna paralel olarak, daha da verimli olacak ve 2022 itibarıyla seri üretime hazır olması gereken ikinci nesil SiC çipleri üzerinde de çalışmalar yapılıyor. Bosch, SiC yarı iletkenleri için bu yenilikçi üretim süreçlerinin geliştirilmesi konusunda Almanya Federal Ekonomi ve Enerji Bakanlığı’ndan (BMWi) “Önemli Ortak Avrupa Çıkarları Projesi (IPCEI) Mikroelektronik” programının bir parçası olarak destek alıyor. Almanya Federal Ekonomi ve Enerji Bakanı Peter Altmaier, “Birkaç yıldır Almanya’da yarı iletken üretiminin kurulmasına yardımcı olmak için destek sağlıyoruz. Bosch’un son derece yenilikçi yarı iletken üretimi, Avrupa’daki mikroelektronik ekosistemini güçlendiriyor ve bu önemli dijitalleşme alanında daha fazla bağımsızlığa doğru bir adım daha atıyor.” dedi.
Hayalleri süsleyen menzil
Tüm dünyada silisyum karbür güç yarı iletkenlerine olan talep artıyor. Pazar araştırma ve danışmanlık şirketi Yole tarafından yapılan bir tahmin, bugün ile 2025 arasında SiC pazarının bir bütün olarak yılda ortalama yüzde 30 büyüyerek 2,5 milyar doların üzerine çıkacağını gösteriyor. 1,5 milyar dolar civarındaki SiC otomobil pazarının aslan payını oluşturması bekleniyor. Kroeger, “Silisyum karbür güç yarı iletkenleri, enerjiyi özellikle verimli bir şekilde kullanıyor. Bu malzemenin avantajları, elektromobilite gibi enerji yoğun uygulamalarda gerçekten ön plana çıkıyor.” dedi. Elektrikli araçların güç elektroniğinde silisyum karbür çipler, sürücülerin tek bir batarya şarjı ile önemli ölçüde daha fazla (saf silikon muadillerine göre ortalama yüzde 6 daha fazla) sürmelerini sağlıyor. Bu yarı iletkenlere yönelik giderek artan talebi karşılamak için, 2021’de Reutlingen’deki Bosch yonga plakası fabrikasındaki temiz oda alanına fazladan 1.000 metrekare eklendi. 2023 yılının sonuna kadar 3.000 metrekarelik bir alan daha eklenecek. Yeni alan, şirket içerisinde geliştirilen süreçleri kullanarak silisyum karbür yarı iletkenlerin üretimi için son teknoloji üretim tesislerine ev sahipliği yapacak. Bunu başarmak için Bosch’un yarı iletken uzmanları, çip üretiminde onlarca yıllık deneyimlerini kullanıyor. Kendi silisyum karbür çiplerini üreten tek otomotiv tedarikçisi olan şirket, gelecekte yarı iletkenleri 200 milimetrelik yonga plakalarında üretmeyi planlıyor. Günümüzün 150 milimetrelik yonga plakalarıyla karşılaştırıldığında, bu oldukça büyük ölçek ekonomileri sağlayacaktır. Sonuçta, tek bir yonga plakasının sayısız makinede birkaç yüz işlem adımından geçmesi birkaç ay sürüyor. Kroeger, “Daha büyük yonga plakaları üzerinde üretim yaparak, bir üretim çalışmasında önemli ölçüde daha fazla yonga üretebilir ve böylece daha fazla müşteriye tedarikte bulunabiliriz.” dedi.
Küçük atom, büyük etki
SiC çiplerinin etkileyici performansının ardındaki sır, küçücük bir karbon atomunda yatıyor. Genel olarak yarı iletken üretimi için kullanılan ultra saf silikon kristal yapısının içine kullanılması, hammaddeye özel fiziksel özellikler sağlıyor: örneğin, silikon karbür yarı iletkenler, saf silikon çiplere oranla daha yüksek anahtarlama frekanslarını destekliyor. Dahası, ısı şeklinde sadece yarısı kadar enerji kaybediyorlar, böylece elektrikli araçların menzili artıyor. Çipler, daha hızlı şarj ve daha iyi performans sağladıkları 800 voltluk sistemler için de önemli. SiC çipleri de önemli ölçüde daha az ısı yaydığından, güç elektroniği pahalı soğutmaya daha az ihtiyaç duyuyor. Ağırlığa ek olarak bu, elektrikli araçların maliyetini düşürmenin başka bir yolu. Gelecekte Bosch, dünyanın dört bir yanındaki müşterilere hem çip olarak hem de güç elektroniğine veya e-aks gibi komple çözümlere monte edilmiş olarak silisyum karbür güç yarı iletkenleri tedarik edecek. Elektrik motoru, dişli kutusu ve güç elektroniğinin bu kombinasyonu, genel sistemin daha verimli tasarımı sayesinde yüzde 96’ya varan bir verimlilik sağlıyor. Bu, menzili artırarak güç aktarma sistemine daha fazla enerji veriyor.