Los semiconductores de carburo de silicio (SiC) son pequeños, potentes y extremadamente eficientes. Tras varios años de desarrollo, Bosch está comenzando la producción en serie de semiconductores de potencia fabricados con este innovador material, y los está suministrando a los fabricantes de automóviles de todo el mundo.
Un uso más eficiente de la energía
La demanda de semiconductores de potencia fabricados con carburo de silicio está aumentando en todo el mundo. La empresa de investigación y consultoría de mercado Yole pronostica que, de aquí a 2025, el mercado de SiC crecerá en su conjunto un 30 por ciento de promedio anual, alcanzando más de 2.500 millones de dólares. Con unos 1.500 millones de dólares, se espera que el mercado automovilístico represente la mayoría. “Los semiconductores de potencia de carburo de silicio hacen un uso particularmente eficiente de la energía. Las ventajas de este material destacan principalmente en aplicaciones que consumen mucha energía, como la electromovilidad”, dice Kroeger. En la electrónica de potencia de los vehículos eléctricos, los chips de carburo de silicio garantizan que se pueda conducir trayectos significativamente más largos con una carga de batería, alrededor de un 6 por ciento de promedio superior a sus homólogos de silicio puro.
En el futuro, la compañía – único proveedor automovilístico que produce sus propios chips de carburo de silicio – planea fabricar los semiconductores en obleas de 200 milímetros. En comparación con las actuales obleas de 150 milímetros, se pueden lograr importantes economías de escala. “Al producirlos en obleas más grandes, podemos fabricar muchos más chips en cada ciclo de producción y, por lo tanto, abastecer a más clientes”, dice Kroeger.
Pequeño átomo, gran impacto
El secreto detrás del impresionante rendimiento de los chips de SiC reside en un diminuto átomo de carbono. Al introducirlo en la estructura cristalina del silicio ultrapuro, generalmente utilizado en la fabricación de semiconductores, le confiere a la materia prima unas propiedades físicas especiales: los semiconductores de carburo de silicio soportan frecuencias de conmutación más altas que los normales de silicio. Además, solo pierden la mitad de la energía en forma de calor, lo que aumenta la autonomía de los vehículos eléctricos. Los chips también son importantes para los sistemas de 800 voltios, donde permiten una recarga más rápida y un mejor rendimiento. Dado que los chips de SiC emiten significativamente menos calor, la electrónica de potencia requiere menos refrigeración. Además de reducir el peso, esto también reduce el coste de los vehículos eléctricos. En el futuro, Bosch suministrará semiconductores de potencia de carburo de silicio a clientes de todo el mundo, bien como chips individuales, o bien integrados en la electrónica de potencia o en soluciones completas como el eje eléctrico. Esta combinación de motor eléctrico, caja de cambios y electrónica de potencia da como resultado una eficiencia de hasta el 96 por ciento gracias a un diseño más eficiente del sistema global. Esto supone más energía disponible para la propulsión, lo que aumenta la autonomía.
‘Transform’: cadena de suministro europea para semiconductores de SiC
Bosch lidera el proyecto financiado con fondos públicos ‘Tranform’, cuyo objetivo es establecer una cadena de suministro europea resistente para la tecnología de semiconductores de silicio de carburo. Abarca desde obleas y otros materiales básicos hasta dispositivos semiconductores de potencia de SiC terminados y aplicaciones de electrónica de potencia. “El objetivo del proyecto Transform es asegurar un papel de liderazgo para Europa en las nuevas tecnologías basadas en carburo de silicio”, dice Jens Fabrowsky, vicepresidente ejecutivo en la división Bosch Automotive Electronics. Se prevé que la demanda de dicha tecnología crecerá rápidamente, especialmente con respecto a las aplicaciones que consumen mucha energía tales como los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, los puntos de recarga y la infraestructura de suministro de energía. El proyecto, que cuenta con un presupuesto de más de 89 millones de euros financiado tanto por la Unión Europea como por organismos nacionales, reúne a actores clave a lo largo de la cadena de valor de SiC en Austria, República Checa, Francia, Alemania, Italia, España y Suecia.
