新建的300mm晶圆工厂是博世未来芯片制造的关键

  目前新建的半导体工厂是博世集团122年历史上最大的单笔投资项目。在遭遇供应短缺和瓶颈之后，这家位于德国德累斯顿的工厂对专注于区域化电子生产的汽车制造商来说是个利好消息。这也是让博世成为全世界芯片龙头的最新战略举措。

  博世声称，2017年开始建设的德累斯顿新工厂是1999年以来欧洲第一家300mm晶圆生产工厂（也称为晶圆厂）。工厂的建设愿景符合2022年2月颁布的《欧洲芯片法案》（European Chips Act）的目标。该法案的目标之一是到2030年将欧洲在全球半导体生产中的份额从10%提高到20%。

  一个300mm芯片包含上千个相同的半导体元件。生产半导体需要将三维的集成布局转移到晶圆上。据博世的工程师介绍，这个流程需要重复27次，涉及约500道工序。根据所需电路系统的复杂性，这一过程有时甚至长达数月之久。

  博世已对德累斯顿工厂投资10亿欧元，其中部分资金来自IPCEI（欧洲共同利益重要项目）的特别补贴。工厂目前拥有350名员工，2022年底员工数量将增至400人，工厂竣工时将达到700人。新晶圆厂是博世在德国的两个生产基地之一，另一家工厂位于斯图加特附近的罗伊特林根，生产半导体已超越半个世纪，主要负责生产150mm（5.9英寸）和200mm（7.87英寸）晶圆上的半导体。

  2026年起，博世的德累斯顿工厂将在300mm晶圆上生产MEMS传感器。（博世）

  一项新的欧洲资助计划——IPCEI 2目前正在实施。在IPCEI 2框架内，博世计划到2026年在半导体技术和系统方面投资30亿欧元。其中超过1.7亿欧元将用于建设位于罗伊特林根和德累斯顿的两个新研发中心。德累斯顿的研发中心预计于2023年投入运营，届时将成为半导体和微机电系统（MEMS）传感器的新研发中心。

  此外，博世计划于2026年起在300mm晶圆上生产MEMS传感器。在未来一年内，博世还计划追加投入2.5亿欧元用于扩建德累斯顿工厂的无尘室设施。

  博世董事会主席Stefan Hartung博士预计，到2030年，半导体在新型汽车总值中的份额将翻两番。（博世）

  电力电子技术是满足电动汽车需求的关键。博世声称，借助碳化硅（SiC）芯片技术，公司已能够将电动汽车的续航能力增加6%。博世预计到2030年之前，碳化硅芯片市场的年均增速将达到30%。这引发了人们对高效率、低成本芯片的追逐。

  为此，博世慢慢的开始对氮化镓（GaN）芯片的研究。这种芯片已经应用于智能手机和笔记本电脑的充电器，但由于电动汽车的充电电压较高，最高可达1200V，因此在氮化镓芯片满足电动汽车应用的生产条件之前，还有必要进行更多研究。

  据博世集团管理委员会主席Stefan Hartung博士介绍：“总之，芯片在汽车总价值中的份额将在十年内翻两番。从不到200欧元增加到800欧元以上。”

  最近，博世在德累斯顿工厂向SAE以及部分媒体展示了一些半导体应用，这中间还包括重新设计的电动汽车充电电缆。欧洲的电动汽车通常配备两根独立电缆，一根用于230V欧标家用电源插座；另一根配备了TYPE 2型充电插座，可用于7kW的壁式家用交流充电箱，或11kW或22kW的三相充电器。

  博世对电缆进行了重新设计，使一根电缆就能满足所有需求。这需要将两种电缆的控制电子元件集成在一起，以适应车辆端的TYPE 2型充电插座。此外，还需要将温控和漏电保护设施集成在插头中。这在某种程度上预示着可以去除通常集成在230V家用充电电缆上的控制盒，将电缆重量减少约40%。只要在电缆的另一端装上可互换的家用或TYPE 2型插头，车辆就能够最终靠家用插座、壁式交流充电箱或交流三相电源进行充电。

  博世还展示了其先进驾驶模块（ADM），在“Rolling Chassis”中的预集成系统解决方案。该模块被设计为一个电动汽车研发平台，可将驱动、转向和制动等多个独立系统集成到一个灵活统一的系统中。

  在降低部件复杂性的同时，简化的接口和一致的软件架构确保了部件之间的通信优化。这种模块化方案让OEM能够将ADM模块与他们的需求相结合。Rolling Chassis原型由博世与底盘及车身系统一级供应商Benteler组成的工程团队联合打造。

  博世需要新机器来提高半导体产能，但半导体短缺也同时影响了机器的供应。博世半导体生产与供应链运营高级副总裁Patrick Leinenbach指出：“这样的一个问题很严重，一种原因是供应链产能萎缩，另一方面是庞大的产能需求（疫情加大了需求），现在我们第一步考虑的是为客户提供服务，确保实现用户需求。此外，公司的团队也在努力工作，为产品寻找买家。”

  尽管碳化硅芯片有助于增加电动汽车的续航能力，但这样一种材料也带来了新问题。Leinenbach说：“原材料变了。当我们说使用硅作为原材料，通常指的就是整块硅，将其切割成晶圆后再制作芯片。但这对碳化硅来说行不通。”

  这也限制了使用碳化硅生产的晶圆的尺寸。目前，博世可以生产150mm的碳化硅晶圆。Leinenbach表示：“现在也可以买到200mm的晶圆，但质量不是很好，所以还需要一些时间来改进工艺、提高质量。”

  作为一种替代材料，氮化镓非常适合于充电系统的电源管理。但正如Leinenbach所解释的，“碳化硅让我们有机会接着使用硅，将原有产能升级后即可生产300mm晶圆。因此与氮化镓相比，碳化硅在电气系数等多个角度具有优势；但是氮化镓也可以生产300mm规格的晶圆，所以最终需要让市场决定自己想要什么吧。”