I semiconduttori in carburo di silicio permettono autonomie maggiori e tempi di ricarica più rapidi nelle auto elettriche
Se usate il traduttore di Google, alla voce inglese “chip” troverete il significato italiano “patatina fritta”. Ma nel nostro caso non è così.
Da qualche tempo a questa parte la parola “chip” è divenuta di uso e dominio pubblico nell’accezione più attuale e digitale, e cioè quella che sta a significare un circuito elettronico miniaturizzato, “ospitato” (se ci è concesso questo termine) da una minuscola piastrina di silicio.
In poche parole, i chip sono piccoli, potenti, efficienti… e di estrema importanza per l’industria auto.
È cosa nota che, da molti mesi a questa parte, la carenza di materia prima combinata con la diminuita capacità produttiva di molti stabilimenti (in primis cinesi) hanno reso più rari e preziosi questi basilari componenti di ogni sistema elettronico. E siccome le automobili odierne sono un gigantesco apparato elettronico (a cui sono delegate più o meno tutte le funzioni operative) ecco che la crisi dei chip ha messo in gravi difficoltà l’industria automobilistica globale.
Il combinato disposto di pandemia e carenza di queste componenti ha costretto molte case a ridurre sensibilmente produzione e consegne. Tanto che alcuni costruttori sono persino arrivati a proporre vetture (in alcuni mercati soltanto) a prezzi scontati a fronte della assenza di taluni sistemi elettronici.
Orbene, le risposte a questa situazione di crisi stanno finalmente arrivando, molte aziende hanno riprogrammato la produzione e le forniture stanno pian piano tornando a buoni livelli. E in questo mento cruciale va sottolineato che l’innovativo chip in carburo di silicio (SiC) promette di aumentare notevolmente il livello delle prestazioni.
“Per i semiconduttori in carburo di silicio si profila un futuro brillante. Puntiamo a diventare leader mondiali nella produzione di questi componenti indispensabili per la mobilità elettrica”.
È questa una dichiarazione pesante e impegnativa (risale al dicembre scorso) da parte di Harald Kröger, membro del board di Bosch. La mega-azienda tedesca infatti, dopo uno sviluppo durato diversi anni, sta avviando la produzione su larga scala di semiconduttori con questo materiale per fornire le case auto di tutto il mondo.
A tale scopo Bosch ha sviluppato un processo di produzione altamente complesso, con cui già dall’inizio del 2021 vengono prodotti i semiconduttori speciali.
Ma cosa rende così performanti questi micro-sistemi?
Il segreto delle impressionanti prestazioni dei chip in SiC è un minuscolo atomo di carbonio che viene inserito nella struttura cristallina del silicio ad alta purezza, solitamente utilizzato per la produzione di semiconduttori, conferendo alla materia prima particolari caratteristiche fisiche. I semiconduttori in carburo di silicio permettono così frequenze di commutazione maggiori rispetto ai chip in silicio. Inoltre, solo metà dell’energia va persa sotto forma di calore, permettendo di aumentare la portata delle auto elettriche.
I chip sono anche importanti per i sistemi a 800 volt, in quanto permettono una ricarica più rapida e più potenza. Poiché i chip in SiC cedono molto meno calore, è anche possibile ridurre il dispendioso raffreddamento dell’elettronica di potenza. Tutto ciò, udite udite, oltre al peso può ridurre anche i costi dei veicoli elettrici.
Bosch fornirà i semiconduttori di potenza in carburo di silicio sia sotto forma di singoli chip sia montati nelle elettroniche di potenza o in sistemi completi. Progettato per essere efficiente, il sistema complessivo formato da motore elettrico, cambio ed elettronica di potenza permette di ottenere un grado di efficienza fino al 96%. In questo modo è disponibile più energia per il sistema di propulsione aumentandone l’autonomia.
In poche parole: i chip in carburo di silicio assicurano ai guidatori un’autonomia molto più lunga con una sola carica della batteria: in media il 6% circa in più rispetto ai corrispondenti in silicio.
La domanda di semiconduttori in carburo di silicio è in aumento in tutto il mondo e, in futuro, Bosch intende aumentarne la capacità di produzione, raggiungendo volumi di centinaia di milioni. Per poter soddisfare l’aumento costante della domanda la superficie delle clean room nella nuova “wafer fab” di Reutlingen è stata incrementata di 1.000 metri quadrati già nel 2021 ed entro la fine del 2023 si aggiungeranno ulteriori 3.000 metri quadrati.
Stanno così nascendo impianti di produzione “futuristici” ma estremamente concreti, in cui i semiconduttori in carburo di silicio vengono prodotti con processi sviluppati in proprio.
In futuro l’azienda (che è tra l’altro l’unico fornitore del settore automotive ad avere una produzione propria di chip in carburo di silicio) prevede di produrre i semiconduttori su wafer da 200 millimetri. Rispetto ai wafer attualmente utilizzati, con un diametro di 150 millimetri, si possono così ottenere importanti effetti di scala. Un wafer impiega sempre diversi mesi per superare le diverse centinaia di fasi di processo che si svolgono in una lunga serie di macchine. “Con la produzione su wafer di dimensioni maggiori possiamo produrre molti più chip in un ciclo di produzione e quindi soddisfare più clienti”, ha affermato Kröger.
La società di ricerca di mercato e di consulenza Yole stima che l’intero mercato del SiC registrerà ogni anno una crescita media del 30% fino al 2025, raggiungendo 2,5 miliardi di dollari.
Con circa 1,5 miliardi di dollari, il mercato del SiC per l’automotive dovrebbe costituire la fetta più grande: “I semiconduttori di potenza in carburo di silicio permettono di utilizzare l’energia in modo particolarmente efficiente – ha sottolineato Kröger – Questi vantaggi emergono soprattutto nelle applicazioni a uso intensivo di energia, come la mobilità elettrica”.
Maggiori informazioni su www.bosch.com
Il settore di business Mobility Solutions è il più importante del Gruppo Bosch. Nel 2020, ha registrato un fatturato di 42,1 miliardi di Euro (il 59% dei ricavi totali del Gruppo). Mobility Solutions opera nelle seguenti aree: sistemi di iniezione per motori a combustione, mobilità e soluzioni alternative per la propulsione elettrica, sistemi di assistenza alla guida e di sicurezza, guida autonoma, tecnologie per informazione e comunicazione fra veicoli e fra veicoli e infrastrutture. Bosch ha contribuito con importanti innovazioni come la gestione elettronica del motore, il sistema di stabilità ESP e la tecnologia common-rail per i diesel.
Bosch Tech Compass è un sondaggio condotto recentemente in Cina, India, Germania, UK e Stati Uniti). L’analisi mostra cosa si aspettano le persone in tutto il mondo dalle nuove tecnologie. Secondo il sondaggio, la maggior parte degli intervistati (72%) è convinta che il progresso tecnologico stia rendendo il mondo un posto migliore, per esempio, come chiave per combattere il cambiamento climatico (76%).
Allo stesso tempo, quattro persone su cinque pensano che la tecnologia dovrebbe essere più focalizzata nell’affrontare le grandi sfide del nostro tempo, piuttosto che servire alle esigenze individuali.
Più sicurezza e meno stress per i conducenti, più rapido impiego delle funzioni di guida automatizzata in tutte le classi di veicoli: Bosch e la controllata del Gruppo Volkswagen CARIAD stanno ora collaborando per raggiungere questo obiettivo e hanno ha deciso di formare una partnership ampia. Le aziende vogliono rendere la guida parzialmente e altamente automatizzata adatta alla produzione in serie e quindi disponibile per l’ampia massa di consumatori. Per i veicoli venduti con i marchi del Gruppo Volkswagen, l’alleanza mira a rendere disponibili funzioni che consentiranno ai conducenti di togliere temporaneamente le mani dal volante. In particolare, queste funzioni sono sistemi vivavoce di livello 2 per la guida urbana, extraurbana e autostradale, nonché un sistema che riprende tutte le funzioni di guida in autostrada (SAE livello 3). La prima di queste funzioni sarà installata nel 2023.
