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Catania, STMicroelectronics punta sul super silicio per l’auto elettrica

di Antonio Larizza


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Tecnici St durante la lavorazione del carburo di silicio in una clean room

4' di lettura

CATANIA - Far nascere a Catania la “Silicon Carbide Valley”, edizione italiana della Silicon Valley californiana, per guidare l'era del post-silicio. È questa la scommessa di STMicroelectronics, l'azienda di semiconduttori che dal suo storico stabilimento siciliano lancia la sfida dei dispositivi in carburo di silicio (SiC). Un materiale duro come il diamante, trasparente come il vetro e oggi molto più costoso del silicio. Ma anche più performante. Soprattutto per applicazioni che riguardano la mobilità elettrica.

Rispetto a un microchip in silicio, uno realizzato con carburo di silicio può gestire il triplo dell'energia ed essere dieci volte più piccolo e resistente. Il super silicio su cui si sono intensificati gli sforzi di St può quindi trattenere più calore, dissipandone meno nell'ambiente. Questo perché, a parità di voltaggio, offre il 90% di resistenza passiva in meno.

Tutto questo genere un aumento dell'efficienza dell'80%. Secondo stime di fonti acceditate, applicata sulle auto elettriche per i componenti inverter che convertono l'energia della batteria in forza motrice, la tecnologia St al carburo di silicio permette di aumentare l'autonomia del veicolo del 20%. Oppure, a parità di autonomia, di installare batterie più leggere e meno voluminose.

Non a caso, come spesso avviene per le tecnologie di frontiera la spinta decisiva è arrivata dal settore dell'automotive. A muoversi per prima è stata Tesla, che ha scelto i moduli a carburo di silicio di St per la Model 3 (l'auto elettrica più venduta nel segmento medio nei primi due mesi del 2019). Questo ha permesso a St di accelerare gli investimenti e di avviare la produzione su volumi ampi, acquisendo sempre più competenze: tanto che oggi St è l'unica azienda di semiconduttori al mondo a produrre in volumi dispositivi in carburo di silicio conformi agli standard di qualità e affidabilità del settore automotive.

Un wafer in carburo di silicio da 6 pollici prodotto da St a Catania

«Oggi di fatto lavoriamo con tutti i produttori di auto: da Audi a Bmw, passando per Porsche - spiega Marco Monti, presidente della divisione automotive St -. È stato stimato che utilizzare su un veicolo elettrico componentistica St con tecnologia SiC comporta una spesa aggiuntiva di 300 dollari per veicolo, ma permette di risparmiarne 2mila in produzione, sempre per veicolo. Questo perché si riducono i costi della batteria, che può essere più piccola, si ottimizzano pesi e spazi e anche i sistemi di raffreddamento possono essere ridimensionati, e quindi meno costosi».

Risparmi simili si possono ottenete anche nel settore delle colonnine di ricarica, ma anche in ambiti diversi come quelli dei pannelli fotovoltaici o dei motori elettrici utilizzati nell'industria pesante. Senza tralasciare i benefici attesi nell'ambito della domotica, dell'internet delle cose e delle smart city.
«Si stima che il mercato mondiale delle applicazioni basate sul carburo di silicio varrà 3,7 miliardi nel 2025. St punta, per quella data, a conquistare una quota pari a 1 miliardo», spiega Jean-Marc Chery, presidente e Ceo di St. L'azienda ha recentemente rivisto il suo piano industriale per intensificare gli sforzi su questa tecnologia, per la quale ha deliberato investimenti per 250 milioni di dollari. I fondi saranno spesi entro la fine del 2019. La maggior parte delle risorse sarà destinata al sito St di Catania, che ha in portafoglio oltre 70 brevetti sul carburo di silicio. Una proprietà intellettuale che ha permesso a St di arrivare sul mercato prima dei concorrenti.

Un dispositivo per il controllo qualità dei wafer in carburo di silicio

Oltre agli investimenti, l'azienda celebre per aver fornito a metà degli anni 2000 gli accelerometri prima a Nintendo per la consolle Wii e poi ad Apple per i primi iPhone ha preparato la svolta con due accordi strategici. A gennaio 2019 ha firmato un accordo pluriennale per la fornitura di wafer in carburo di silicio con l'americana Cree. Mentre un mese dopo ha acquistato il 55% di Norstel, produttore svedese di fette in carburo di silicio, con un'opzione per acquistare il restante 45%. Se l'opzione sarà esercitata, si tratterà di un'operazione da 137,5 milioni di dollari, finanziata con la liquidità disponibile.

Al centro ricerca e sviluppo St di Catania studiano le proprietà del carburo di silicio dagli anni '90. Le sfide per avviare la produzione - oggi su fette da 6 pollici di diametro, contro i 4 pollici della concorrenza - sono state diverse.

Due su tutte. I wafer in SiC sono trasparenti. Tutte le linee di produzione, quindi, che rilevano la presenza delle fette attraverso sensori ottici, sono state modificate: per poter percepire la presenza del materiale sono stati impiegati sensori volumetrici. Inoltre, per poter essere sottoposto alle lavorazioni il SiC deve essere riscaldato. Esattamente il contrario del silicio che invece, in produzione, con il calore rischia di danneggiarsi. «È stato come tornare ai tempi pionieristici del silicio, quando la curva di apprendimento sulla tecnologia cresceva vertiginosamente da una settimana all'altra», racconta Paolo Lanza, vice presidente St, confermando che a Catania è nata una nuova generazione di semiconduttori. Ed è iniziata l'era del post-silicio.

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