Bosch revolutioniert Elektromobilität: SiC-Halbleiter für höhere Schaltfrequenzen: Das Wundermaterial

Ohne Halbleiter läuft heute nichts mehr. Mehr als 50 von ihnen stecken in jedem Fahrzeug, das vom Band rollt. Neue Mikrochips aus Siliziumkarbid (SiC) von Bosch sorgen nun für einen Technologiesprung in der Elektromobilität. Die Chips aus dem Wundermaterial geben künftig in der Leistungselektronik – der Schaltzentrale von Elektro- und Hybridfahrzeugen – den Takt vor. Im Vergleich zu den bis dato eingesetzten Siliziumchips haben SiC-Halbleiter eine bessere elektrische Leitfähigkeit. Das ermöglicht zum einen höhere Schaltfrequenzen und sorgt zum anderen dafür, dass deutlich weniger Energie in Form von Wärme verpufft.

„Siliziumkarbid-Halbleiter bringen mehr Power in elektrische Antriebe. Für Autofahrer bedeutet das sechs Prozent mehr Reichweite“, sagt Bosch-Geschäftsführer Harald Kröger. Bosch produziert die neue Generation der Halbleiterchips im 40 Kilometer südlich von Stuttgart gelegenen Werk Reutlingen. Dort fertigt das Unternehmen seit Jahrzehnten täglich mehrere Millionen Mikrochips.

Halbleiter aus Siliziumkarbid setzen bei Schaltgeschwindigkeit, Wärmeverlusten und Baugröße neue Maßstäbe. Alles beginnt mit zusätzlichen Kohlenstoff-Atomen, die in die Kristallstruktur des sonst zur Herstellung von Halbleitern eingesetzten hochreinen Silizium eingebracht werden. Die so entstehende chemische Verbindung macht die Halbleiterchips zu wahren Kraftpaketen und bringt gerade für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen viele Vorteile. In der Leistungselektronik sorgen sie dafür, dass 50 Prozent weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Umso effizienter kann die Leistungselektronik arbeiten und umso mehr Energie steht für den Antrieb und damit die Reichweite zur Verfügung.

Sechs Prozent weiter fahren

Mit einer Batterieladung können Autofahrer so sechs Prozent weiter fahren. Damit begegnet Bosch einem der größten Kaufhindernisse für Elektroautos: Nahezu jeder zweite Konsument (42 Prozent) kauft sich kein E-Fahrzeug aus Angst, der Strom könnte unterwegs ausgehen. In Deutschland trifft das sogar auf 69 Prozent der Konsumenten zu (Quelle: Consors Finanz Autobarometer 2019).

Kröger prognostiziert: „Siliziumkarbid-Halbleiter werden die Elektromobilität nachhaltig verändern.“ Denn für die Zukunft bringen die Siliziumkarbid-Halbleiter noch weitere Einsparpotenziale: Durch die deutlich geringeren Wärmeverluste der Chips und weil sie zudem bei deutlich höheren Betriebstemperaturen arbeiten, kann die aufwendige Kühlung der Antriebskomponenten reduziert werden. Das wirkt sich wiederum positiv auf Gewicht und Kosten von Elektrofahrzeugen aus.

Im Juni 2018 legte Bosch den Grundstein für seine modernste Halbleiterfabrik in Dresden. Dort kommen in der Fertigung Wafer mit 300 Millimetern Durchmesser zum Einsatz. So lassen sich aus einem Wafer nochmals erheblich mehr Chips gewinnen und entsprechend höhere Skaleneffekte erzielen als bei Halbleitern auf Basis der 150- und 200-Millimeter-Technologie. Letztere produziert Bosch in Reutlingen und wird dort auch die neuen SiC-Chips herstellen. Die Waferfabs in Reutlingen und Dresden ergänzen einander, Bosch kann dadurch seine Wettbewerbsfähigkeit weiter stärken. „Halbleiter sind Kernbestandteil aller elektrischen Systeme. Sie machen auch Daten zum begehrten Rohstoff der Zukunft. Sie werden in unseren Betätigungsfeldern immer wichtiger, daher wollen wir unsere Fertigung kontinuierlich ausbauen“, betont Kröger. In seine Waferfab in Dresden investiert Bosch rund eine Milliarde Euro – die größte Einzelinvestition der Firmengeschichte. In die Fabrik ziehen derzeit Anlagen in die Reinraumflächen ein. Die ersten Mitarbeiter sollen im Frühjahr 2020 ihre Tätigkeit aufnehmen. Bosch will den Standort CO2-neutral betreiben. tbu