Une meilleure autonomie : Bosch donne le coup d’envoi pour la production en série de puces en carbure de silicium

Reutlingen – Petits, puissants et extrêmement efficaces, voici les semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC). Après plusieurs années de recherches, Bosch se lance aujourd’hui dans la production en série de semi-conducteurs de puissance fabriqués à partir de ce matériau innovant afin d’approvisionner les constructeurs automobiles du monde entier. À l’avenir, de plus en plus de véhicules produits en série seront équipés de ces puces. « Les semi-conducteurs en carbure de silicium sont promis à un bel avenir. Notre objectif est de devenir le numéro un mondial dans le domaine de la fabrication de puces en carbure de silicium destinées à l’électromobilité », explique Harald Kroeger, membre du Directoire de Robert Bosch GmbH. Il y a deux ans, le fournisseur de technologies et de services avait annoncé son intention d’accélérer le développement des puces SiC et de démarrer la production. Dans cette perspective, Bosch a mis au point ses propres processus de fabrication extrêmement complexes qui permettent de produire ces semi-conducteurs depuis le début de l’année 2021, dans un premier temps sous la forme d’échantillons destinés à être testés par les clients. « Notre carnet de commandes ne désemplit pas en raison de l’essor de l’électromobilité », explique Harald Kroeger. À l’avenir, Bosch entend augmenter la capacité de production des semi-conducteurs de puissance SiC afin de parvenir à un volume de plusieurs centaines de millions de pièces. Dans cette optique, l’entreprise a déjà entrepris d’agrandir la salle blanche de son usine de Reutlingen. Elle travaille en parallèle sur la deuxième génération de puces SiC qui seront encore plus efficaces et dont la production en série devrait débuter en 2022. Dans le cadre du programme « PIIEC microélectronique » (projet important d’intérêt européen commun), Bosch bénéficie du soutien du ministère fédéral de l’Économie et de l’Énergie (BMWi) afin de développer des processus de fabrication innovants pour les semi-conducteurs SiC.

Les rêves d’autonomie sont faits de matière

La demande en semi-conducteurs de puissance à base de carbure de silicium ne cesse d’augmenter dans le monde entier. La société d’études de marché et de conseil Yole estime que le marché du carbure de silicium devrait augmenter de 30 % en moyenne par an jusqu’en 2025 pour atteindre plus de 2,5 milliards de dollars. Avec près de 1,5 milliards de dollars, le marché automobile des SiC devrait se tailler la part du lion. « Les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium utilisent l’énergie de manière particulièrement efficace. Ce matériau présente de réels avantages pour certaines applications gourmandes en énergie telles que l’électromobilité », explique Harald Kroeger. Dans l’électronique de puissance des véhicules électriques, les puces en carbure de silicium permettent aux automobilistes de rouler beaucoup plus longtemps avec une charge de batterie, soit en moyenne près de 6 % de plus qu’avec leurs équivalents en silicium pur. Afin de pouvoir répondre à la demande sans cesse croissante de semi-conducteurs, la superficie de la salle blanche de la Waferfab de Bosch à Reutlingen a déjà été augmentée de 1 000 mètres carrés en 2021. 3 000 mètres carrés supplémentaires seront ajoutés d’ici fin 2023. Les lignes de production ultramodernes qui y seront installées permettront de fabriquer les semi-conducteurs en carbure de silicium selon les processus développés en interne. À cette fin, les spécialistes en semi-conducteurs de Bosch s’appuient sur des décennies de savoir-faire en matière de fabrication de puces. À l’avenir, l’entreprise, qui reste le seul équipementier automobile à produire ses propres puces en carbure de silicium, prévoit de fabriquer les semi-conducteurs sur des tranches de 200 millimètres. Comparé aux tranches de 150 millimètres de diamètre actuellement utilisées, elles permettront de réaliser des économies d’échelle non négligeables. En effet, il faut plusieurs mois pour qu’une tranche passe par plusieurs centaines de phases sur un nombre considérable de machines. « Produire sur des tranches plus grandes nous permet de fabriquer davantage de puces au cours du même processus de fabrication et par conséquent de livrer un plus grand nombre de clients », explique Harald Kroeger.

Petit atome, impact considérable

Le secret des performances uniques des puces SiC réside dans un minuscule atome de carbone. Intégré dans la structure cristalline du silicium de haute pureté habituellement utilisé pour la fabrication des semi-conducteurs, il confère à cette matière première des propriétés physiques particulières. En effet, les semi-conducteurs en carbure de silicium permettent des fréquences de commutation plus élevées par rapport aux puces en silicium. Les pertes d’énergie sous forme de chaleur sont également réduites de moitié, ce qui permet d’augmenter l’autonomie des voitures électriques. Ces puces sont également intéressantes pour les circuits de 800 volts puisqu’elles permettent une recharge plus rapide et de meilleures performances. Les puces SiC dégageant par ailleurs beaucoup moins de chaleur, il est également possible de diminuer le coût du refroidissement de l’électronique de puissance. Au-delà du poids, c’est un moyen supplémentaire de faire baisser le coût des véhicules électriques. À l’avenir, Bosch livrera les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium à tous ses clients dans le monde, que ce soit sous forme de puces individuelles ou intégrées dans l’électronique de puissance ou encore sous forme de solutions complètes telles que l’e-axle. L’association du moteur électrique, de la boîte de vitesse et de l’électronique de puissance permet d’atteindre un rendement de 96 % grâce à une meilleure conception de l’ensemble du système. Le groupe motopropulseur dispose ainsi de plus d’énergie, ce qui augmente l’autonomie.