目前新建的半導(dǎo)體工廠是博世集團(tuán)122年歷史上最大的單筆投資項目。在遭遇供應(yīng)短缺和瓶頸之后，這家位于德國德累斯頓的工廠對專注于區(qū)域化電子生產(chǎn)的汽車制造商來說是個利好消息。這也是讓博世成為全球芯片龍頭的最新戰(zhàn)略舉措。

博世聲稱，2017年開始建設(shè)的德累斯頓新工廠是1999年以來歐洲第一家300mm晶圓生產(chǎn)工廠（也稱為晶圓廠）。工廠的建設(shè)愿景符合2022年2月頒布的《歐洲芯片法案》（European Chips Act）的目標(biāo)。該法案的目標(biāo)之一是到2030年將歐洲在全球半導(dǎo)體生產(chǎn)中的份額從10%提高到20%。

一個300mm芯片包含上千個相同的半導(dǎo)體元件。生產(chǎn)半導(dǎo)體需要將三維的集成布局轉(zhuǎn)移到晶圓上。據(jù)博世的工程師介紹，這個流程需要重復(fù)27次，涉及約500道工序。根據(jù)所需電路系統(tǒng)的復(fù)雜性，這一過程有時甚至長達(dá)數(shù)月之久。

研發(fā)中心的側(cè)重點

博世已對德累斯頓工廠投資10億歐元，其中部分資金來自IPCEI（歐洲共同利益重要項目）的特別補(bǔ)貼。工廠目前擁有350名員工，2022年底員工數(shù)量將增至400人，工廠竣工時將達(dá)到700人。新晶圓廠是博世在德國的兩個生產(chǎn)基地之一，另一家工廠位于斯圖加特附近的羅伊特林根，生產(chǎn)半導(dǎo)體已經(jīng)超過半個世紀(jì)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)150mm（5.9英寸）和200mm（7.87英寸）晶圓上的半導(dǎo)體。

一項新的歐洲資助計劃——IPCEI 2目前正在實施。在IPCEI 2框架內(nèi)，博世計劃到2026年在半導(dǎo)體技術(shù)和系統(tǒng)方面投資30億歐元。其中超過1.7億歐元將用于建設(shè)位于羅伊特林根和德累斯頓的兩個新研發(fā)中心。德累斯頓的研發(fā)中心預(yù)計于2023年投入運(yùn)營，屆時將成為半導(dǎo)體和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器的新研發(fā)中心。

此外，博世計劃于2026年起在300mm晶圓上生產(chǎn)MEMS傳感器。在未來一年內(nèi)，博世還計劃追加投入2.5億歐元用于擴(kuò)建德累斯頓工廠的無塵室設(shè)施。

氮化鎵研究

電力電子技術(shù)是滿足電動汽車需求的關(guān)鍵所在。博世聲稱，借助碳化硅（SiC）芯片技術(shù)，公司已經(jīng)能夠?qū)㈦妱悠嚨睦m(xù)航里程增加6%。博世預(yù)計到2030年之前，碳化硅芯片市場的年均增速將達(dá)到30%。這引發(fā)了人們對高效率、低成本芯片的追逐。

為此，博世已經(jīng)開始對氮化鎵（GaN）芯片的研究。這種芯片已經(jīng)應(yīng)用于智能手機(jī)和筆記本電腦的充電器，但由于電動汽車的充電電壓較高，最高可達(dá)1200V，因此在氮化鎵芯片滿足電動汽車應(yīng)用的生產(chǎn)條件之前，還需要進(jìn)行更多研究。

據(jù)博世集團(tuán)管理委員會主席Stefan Hartung博士介紹：“總之，芯片在汽車總價值中的份額將在十年內(nèi)翻兩番。從不到200歐元增加到800歐元以上?！?/p>

最近，博世在德累斯頓工廠向SAE以及部分媒體展示了一些半導(dǎo)體應(yīng)用，其中包括重新設(shè)計的電動汽車充電電纜。歐洲的電動汽車通常配備兩根獨(dú)立電纜，一根用于230V歐標(biāo)家用電源插座；另一根配備了TYPE 2型充電插座，可用于7kW的壁式家用交流充電箱，或11kW或22kW的三相充電器。

博世對電纜進(jìn)行了重新設(shè)計，使一根電纜就能滿足所有需求。這需要將兩種電纜的控制電子元件集成在一起，以適應(yīng)車輛端的TYPE 2型充電插座。此外，還需要將溫控和漏電保護(hù)裝置集成在插頭中。這意味著可以去除通常集成在230V家用充電電纜上的控制盒，將電纜重量減少約40%。只要在電纜的另一端裝上可互換的家用或TYPE 2型插頭，車輛就可以通過家用插座、壁式交流充電箱或交流三相電源進(jìn)行充電。

博世還展示了其先進(jìn)駕駛模塊（ADM），在“Rolling Chassis”中的預(yù)集成系統(tǒng)解決方案。該模塊被設(shè)計為一個電動汽車研發(fā)平臺，可將驅(qū)動、轉(zhuǎn)向和制動等多個獨(dú)立系統(tǒng)集成到一個靈活統(tǒng)一的系統(tǒng)中。

在降低部件復(fù)雜性的同時，簡化的接口和一致的軟件架構(gòu)確保了部件之間的通信優(yōu)化。這種模塊化方案讓OEM能夠?qū)DM模塊與他們的需求相結(jié)合。Rolling Chassis原型由博世與底盤及車身系統(tǒng)一級供應(yīng)商Benteler組成的工程團(tuán)隊聯(lián)合打造。

大幅提高產(chǎn)能

博世需要新機(jī)器來提高半導(dǎo)體產(chǎn)能，但半導(dǎo)體短缺也同時影響了機(jī)器的供應(yīng)。博世半導(dǎo)體生產(chǎn)與供應(yīng)鏈運(yùn)營高級副總裁Patrick Leinenbach指出：“這個問題很嚴(yán)重，一方面是供應(yīng)鏈產(chǎn)能萎縮，另一方面是龐大的產(chǎn)能需求（疫情加大了需求），現(xiàn)在我們首先考慮的是為客戶提供服務(wù)，確保滿足客戶需求。此外，公司的團(tuán)隊也在努力工作，為產(chǎn)品尋找買家?！?/p>

盡管碳化硅芯片有助于增加電動汽車的續(xù)航里程，但這種材料也帶來了新問題。Leinenbach說：“原材料變了。當(dāng)我們說使用硅作為原材料，通常指的就是整塊硅，將其切割成晶圓后再制作芯片。但這對碳化硅來說行不通?！?/p>

這也限制了使用碳化硅生產(chǎn)的晶圓的尺寸。目前，博世可以生產(chǎn)150mm的碳化硅晶圓。Leinenbach表示：“現(xiàn)在也可以買到200mm的晶圓，但質(zhì)量不是很好，所以還需要時間來改進(jìn)工藝、提高質(zhì)量?！?/p>

作為一種替代材料，氮化鎵尤其適用于充電系統(tǒng)的電源管理。但正如Leinenbach所解釋的，“碳化硅讓我們有機(jī)會繼續(xù)使用硅，將原有產(chǎn)能升級后即可生產(chǎn)300mm晶圓。因此與氮化鎵相比，碳化硅在電氣系數(shù)等多個方面具有優(yōu)勢；但是氮化鎵也可以生產(chǎn)300mm規(guī)格的晶圓，所以最終需要讓市場決定自己想要什么吧。”

審核編輯 ：李倩