2020年7月12日 星期日
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博世讓電動交通科技往前邁進一步,以碳化矽半導體提升電動車效率
AUTONET記者:編輯組(10/25/2019)
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現今汽車已大量使用半導體。實際上,每一台新車使用超過50顆半導體。博世開發的新型碳化矽 (SiC) 晶片,將讓電動交通再向前邁進一大步。未來此種特殊材料所製造的晶片將會引領電動車與油電混合車控制器的電力電子技術的發展。與傳統矽晶片比較,碳化矽晶片的導電性更佳,因此不但可以提高能源轉換率,以熱形式散失的能源也會比較少。博世董事會成員Harald Kroeger表示:「碳化矽半導體可提升電動馬達功率,對汽車駕駛而言,續航力也可提升 6%。」博世在德國羅伊特林根 (Reutlingen) 晶圓廠製造新一代半導體晶片,該廠位於斯圖加特南方 25 英哩處,數十年來該廠每天都生產數百萬顆晶片。

碳化矽:電動交通的一劑強心針

碳化矽半導體在體積、轉換率與熱耗損方面均建立新的標準。額外的碳原子會被嵌入半導體原料─超高純度矽的晶體結構中,過程中創造出來的化學鍵可大幅提升半導體晶片的功率。這點對電動車與油電混合車的發展尤其重要,就電力電子技術而言,採用碳化矽半導體將可避免50%的熱損耗。降低能源損耗意謂著電力電子技術的效率提升,也就有更充足的電能可供電動馬達運用,進而提升電池續航力。相同的電池充電後,汽車駕駛可多行駛 6% 的里程,可望減少電動車潛在消費者的一大疑慮:約有 1/2 的消費者 (42%) 因為擔心電池會在路途中沒電決定不買電動車。在德國這種憂慮甚至更為普遍,有 69% 的消費者對此有所顧慮 (資料來源:德國Consors Finanz Automobile Barometer 2019)。對汽車製造商而言,亦可減少電池的體積,節省電動車最昂貴組件的成本,進而降低汽車售價。Kroeger強調:「碳化矽半導體將改變電動交通的未來。」此一新科技也將進一步改善電動車的重量及成本:晶片可大幅減少熱損耗,並且能夠在更高溫的環境下作業,因此製造商可節省動力系統冷卻設備的成本。

博世:兼具汽車與半導體產業專業

博世正掌握碳化矽科技,並且有系統地擴充半導體專業,未來博世將應用碳化矽半導體於電力電子技術。對於其客戶而言,博世為全球唯一同時供應汽車零件與半導體的製造商,兼具兩大關鍵專業。Kroeger表示:「因為博世在電動交通領域的專業,我們可直接將碳化矽科技用於開發電動車零組件與系統。」作為全球領先的汽車半導體製造商之一,博世近50 年來具有全球競爭優勢,除了即將擴大研發製造的功率半導體外,博世亦致力於開發微機電系統(MEMS)與特定用途積體電路半導體(ASICs)。

無論是安全氣囊、安全帶束緊、巡航控制系統、雨量感測器或動力系統,現在幾乎汽車科技每個領域都會用到微晶片。在 2018 年,平均一輛汽車所安裝的微晶片市值約 370 美元 (337 歐元) (資料來源:德國電子與電器製造商協會(ZVEI))。扣除車用資訊娛樂系統、車聯網、自動駕駛、電動交通等相關領域的市場,車用晶片市場每年仍有1-2%的成長,一輛電動車平均比一般汽車多了價值 450 美元 (410 歐元) 的半導體晶片。專家預測,未來若加入自動駕駛技術,這個數值還會繼續增加到 1,000 美元 (910 歐元),汽車市場已然成為半導體領域的重要成長動能之一。此外,人工智慧、網路安全、智慧城市、邊緣運算、智慧住宅與工業物聯網等物聯網相關的關鍵技術也將帶動半導體領域成長。博世目前擁有位於德國羅伊特林根與德勒斯登 (Dresden) 兩座半導體製造廠。Kroeger說:「我們的半導體產業專業,不但有助於開發新的汽車功能與物聯網相關系統,亦可持續提升晶片的品質。」

博世積極強化市場競爭力

把矽晶片或碳化矽晶片 (晶圓) 轉變成半導體晶片是一個複雜的製程,製造時間可能高達 14 週。在繁複的化學與物理製程中,晶圓的結構必須極為精細,才能製造出微小的晶片,每顆晶片尺寸僅幾毫米。博世位於德勒斯登的半導體製造廠於去年六月破土動工,該廠製程所使用的晶圓直徑為300 毫米,相較於一般直徑150-200毫米晶圓,每個晶圓所能產出的晶片數量可大幅提升,此外,直徑300 毫米晶圓的製程也更具經濟規模。博世的羅伊特林根廠則以直徑150-200 毫米晶圓生產半導體晶片,未來該廠也將製造新型碳化矽晶片。博世兩間晶圓廠相輔相成,可望進一步強化其市場競爭力。Kroeger表示:「半導體是電子系統的核心零組件,其收集的數據也將大有可為。由於半導體事業對博世的重要性日增,我們希望能持續擴充製造能力。」博世在德勒斯登晶圓廠投資約十億歐元,是公司創立以來金額最高的單一項目投資,目前該廠無塵室正在安裝相關設備。第一批員工預計在 2020 年春天進駐,該廠也將成為碳中和晶圓廠。

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