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Podiumsdiskussion auf der PCIM Europe

Auswege aus der MOSFET-Krise

11. Juli 2022, 8:00 Uhr | Ralf Higgelke

Podiumsdiskussion auf der PCIM Europe zum Thema "Verdammt! Woher bekomme ich meine Leistungshalbleiter?" mit (von links nach rechts): Enrico Corti (onsemi), Ralf Higgelke, Philip Lolies (STMicroelectronics), Ana Villamor (Yole Group), Denis Marcon (Innoscience), und Engelbert Hopf.

Aktuell fehlen nicht nur Mikrocontroller, auch Leistungshalbleiter sind Mangelware. Vor diesem Hintergrund diskutierten Redakteure der Markt&Technik auf der PCIM Europe 2022 mit Branchenexperten vor allem um Lösungen – auch kurzfristig wirksame.

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Nach einer Umfrage von Markt&Technik erreichen die Lieferzeiten bei Silizium-MOSFETs derzeit 50 bis über 100 Wochen! Und das kann sich noch länger hinziehen. Eine Entspannung der Lage erwartet Dr. Ana Villamor, Team Lead Analyst für Leistungselektronik bei der Yole Group, nicht vor 2023. Eine Angleichung von Angebot und Nachfrage bei MOSFETs und IGBTs sieht sie gar erst im Jahr 2026.

Im Laufe der Podiumsdiskussion schälten sich mehrere, teils sogar kurzfristig umsetzbare Möglichkeiten heraus, die aktuellen MOSFET-Krise abzufedern:

Ob Foundries nicht einen Teil des Engpasses auffangen könnten,
ob chinesische Anbieter nicht einspringen könnten oder
ob nicht Galliumnitrid-Transistoren eine passende Alternative für nicht lieferbare MOSFETs bieten könnten?

Doch wie gut sind diese Lösungswege?

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Steigende Bedarfe bei allen Arten von Leistungshalbleitern
Laut Dr. Ana Villamor von Yole Développement dürften alle Bauteilsegmente wachsen. Zudem werde dieses Wachstum nicht von einem einzigen Marktsegment getragen, sondern sowohl von der verarbeitenden Industrie genauso wie von der Automobilbranche und vor allem natürlich den Elektrofahrzeugen. Bei den IGBTs rechnet die Analystin mit einem Wachstum von sechs bis sieben Prozent pro Jahr, getragen von der Industrie- und Fabrikautomatisierung und den erneuerbaren Energien. Der größte Wachstumstreiber sind jedoch Elektrofahrzeuge. Weltweit waren 2021 bereits 16 Millionen Elektrofahrzeuge auf den Straßen unterwegs – einschließlich verschiedener Arten von Hybridfahrzeugen –, aber diese Zahl dürfte noch sehr schnell steigen. Bei den Silizium-MOSFETs sind ähnliche Wachstumsraten zu erwarten wie bei den IGBTs. Auch hier ist die Automobilindustrie ein Wachstumstreiber, aber auch Unterhaltungselektronik und Rechenzentren. Siliziumkarbid-MOSFET-Module dürften bis 2026 deutlich höhere Wachstumsraten von etwa 36 Prozent jährlich verzeichnen. Dies ist vor allem auf die Automobilindustrie zurückzuführen. Alle großen Automobilhersteller entwickeln oder verkaufen bereits Autos, deren Batteriespannung 800 V beträgt. Dafür ist eine Menge 1200-V-Bauteile nötig – hauptsächlich SiC-MOSFETs. Bei Galliumnitrid dürfte die Unterhaltungselektronik der Haupttreiber sein, aber auch in der Automobilindustrie und Rechenzentren wird diese Technologie an Bedeutung gewinnen. Yole erwartet für GaN eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 63 Prozent bis 2026.

Steigende Bedarfe bei allen Arten von Leistungshalbleitern

Laut Dr. Ana Villamor von Yole Développement dürften alle Bauteilsegmente wachsen. Zudem werde dieses Wachstum nicht von einem einzigen Marktsegment getragen, sondern sowohl von der verarbeitenden Industrie genauso wie von der Automobilbranche und vor allem natürlich den Elektrofahrzeugen.

Bei den IGBTs rechnet die Analystin mit einem Wachstum von sechs bis sieben Prozent pro Jahr, getragen von der Industrie- und Fabrikautomatisierung und den erneuerbaren Energien. Der größte Wachstumstreiber sind jedoch Elektrofahrzeuge. Weltweit waren 2021 bereits 16 Millionen Elektrofahrzeuge auf den Straßen unterwegs – einschließlich verschiedener Arten von Hybridfahrzeugen –, aber diese Zahl dürfte noch sehr schnell steigen. Bei den Silizium-MOSFETs sind ähnliche Wachstumsraten zu erwarten wie bei den IGBTs. Auch hier ist die Automobilindustrie ein Wachstumstreiber, aber auch Unterhaltungselektronik und Rechenzentren.

Siliziumkarbid-MOSFET-Module dürften bis 2026 deutlich höhere Wachstumsraten von etwa 36 Prozent jährlich verzeichnen. Dies ist vor allem auf die Automobilindustrie zurückzuführen. Alle großen Automobilhersteller entwickeln oder verkaufen bereits Autos, deren Batteriespannung 800 V beträgt. Dafür ist eine Menge 1200-V-Bauteile nötig – hauptsächlich SiC-MOSFETs.

Bei Galliumnitrid dürfte die Unterhaltungselektronik der Haupttreiber sein, aber auch in der Automobilindustrie und Rechenzentren wird diese Technologie an Bedeutung gewinnen. Yole erwartet für GaN eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 63 Prozent bis 2026.

Foundries nur für Standard-MOSFETs

Den Weg über Foundries, wie er bei Digital-Chips heute üblich ist, sieht Villamor skeptisch: »Solche Foundries gibt es in Ostasien und in China, nicht jedoch in Europa und den USA.« Ihrer Meinung nach sind die großen westlichen Anbieter von Leistungshalbleitern nicht gewillt, ihre Erfahrung und Fertigungsprozesse mit Anbietern oder Foundries in Ostasien und China zu teilen. Anders sehe es laut der Analystin jedoch bei Standardtechnologien aus.

Dem stimmt Philip Lolies zu. Der Vice President Marketing & Application EMEA bei STMicroelectronics kann sich gut vorstellen, Standard-MOSFETs an Foundries auszulagern. »Aber Hochleistungs- und Hochspannungs-MOSFETs, wie wir oder andere westliche Chiphersteller sie fertigen, lassen sich nicht so einfach kopieren«, so Lolies weiter. STMicroelectronics beispielsweise fertigt bereits die sechste Generation von Superjunction-MOSFETs, während chinesische Unternehmen gerade erst ihre erste Generation vorgestellt hätten. »Wir haben viele Jahre Erfahrung, was den chinesischen Unternehmen eben fehlt«, resümiert Lolies.

Anders sieht es Dr. Denis Marcon, Europa-Chef des chinesischen GaN-Spezialisten Innoscience: »Es gibt eine ganze Reihe an chinesischen Halbleiterherstellern, die nicht außerhalb Chinas verkaufen. Aber das wird sich ändern.« Diese könnten seiner Ansicht nach nicht nur ihre Fertigungskapazitäten schnell ausbauen, sondern auch gute Technologien einsetzen und hochwertige und zuverlässige Produkte fertigen. Auch lockten chinesische Halbleiterunternehmen Talente aus der ganzen Welt an. »Ich denke, sie könnten die fehlenden Kapazitäten bereitstellen – auch für die neueren Technologien. Nehmen Sie zum Beispiel SMIC; natürlich ist diese Foundry nicht mit TSMC vergleichbar – noch nicht«, resümiert Marcon.

Chinesische MOSFET-Anbieter in den Startlöchern

Dass China bei der Halbleiterfertigung richtig Gas gibt, bestätigt Ana Villamor: »Die chinesische Regierung bietet den lokalen Halbleiterherstellern und Designzentren zahlreiche Anreize.« Die Volksrepublik ist immer noch der größte Markt für Elektrofahrzeuge, und 35 bis 40 Prozent der gesamten Leistungselektronik wird dorthin verkauft. Außerdem liegen die Lieferzeiten für Silizium-MOSFETs von chinesischen Anbietern bei etwa 24 Wochen, also die Hälfte bis ein Viertel der Lieferzeit westlicher Anbieter. Hinzu komme, dass die Chinesen nach Aussage von Villamor wirklich unglaublich flink seien: »In nur einem Jahr können sie eine nagelneue 300-mm-Fab hinstellen, und wir stehen alle mit offenem Mund da und fragen uns: Wie haben sie das bloß geschafft?«

Können Chip-Broker helfen?
»Wir verkaufen definitiv nicht an Broker. Daran haben wir absolut kein Interesse«, wehrt Enrico Corti von onsemi ab. Er nimmt an, dass manche Kunden einfach nicht so viele Endprodukte wie geplant herstellen können und dann die auf Lager liegenden Komponenten loswerden wollen. Diese könnten dann am Graumarkt landen. Als mögliche Alternative macht Corti folgendes Angebot: »Wir können einem solchen Kunden helfen, einen anderen Kunden zu finden, der genau diese Komponenten sucht.« »Aber das ist nicht das einzige Problem des Graumarktes«, betont Philip Lolies von STMicroelectronics. »Wenn einer unserer Kunden seine überzähligen Bauteile verkauft, handelt es sich um einwandfreie Produkte. Aber immer wieder kommen Leute zu mir und sagen, sie hätten ST-Komponenten auf dem Graumarkt gekauft, aber es sei kein Chip drin oder die Teile würden nicht wie spezifiziert funktionieren. Diese Produktfälschungen sind eine ganz andere Geschichte.«

Können Chip-Broker helfen?

»Wir verkaufen definitiv nicht an Broker. Daran haben wir absolut kein Interesse«, wehrt Enrico Corti von onsemi ab. Er nimmt an, dass manche Kunden einfach nicht so viele Endprodukte wie geplant herstellen können und dann die auf Lager liegenden Komponenten loswerden wollen. Diese könnten dann am Graumarkt landen. Als mögliche Alternative macht Corti folgendes Angebot: »Wir können einem solchen Kunden helfen, einen anderen Kunden zu finden, der genau diese Komponenten sucht.«

»Aber das ist nicht das einzige Problem des Graumarktes«, betont Philip Lolies von STMicroelectronics. »Wenn einer unserer Kunden seine überzähligen Bauteile verkauft, handelt es sich um einwandfreie Produkte. Aber immer wieder kommen Leute zu mir und sagen, sie hätten ST-Komponenten auf dem Graumarkt gekauft, aber es sei kein Chip drin oder die Teile würden nicht wie spezifiziert funktionieren. Diese Produktfälschungen sind eine ganz andere Geschichte.«

Ein weiterer wichtiger Aspekt des Marktes und der Mentalität der Menschen dort bestehe laut China-Kenner Marcon darin, sich schnell auf Neues umzustellen. »Es gibt keine großen Debatten darüber, ob man etwas machen soll oder nicht«, berichtet er. »Sie machen es einfach, und in dieser engen Rückkopplung haben wir bei Innoscience sehr schnell gelernt, was sich bewährt und was nicht.«

Aber es gibt auch andere Stimmen. »Große europäische Kunden, die wirklich sehr genau auf ihre Lieferkette achten, fordern von uns den Nachweis, dass wir unsere Lieferkette voll im Griff haben«, berichtet Enrico Corti, Vice President EMEA Sales von onsemi. »Andere Kunden wiederum sagen uns, dass es ihnen ungemein helfen würde, wenn fast alle Teile aus China kämen.« Das bestätigt ihm den allgemeinen Trend, die Materiallisten zu regionalisieren.

Dem widerspricht Marcon und führt dazu seine eigene Erfahrung an. Als Innosicence ihn vom imec abwerben wollte, fragte er mehrere seiner Freunde aus der Branche, ob sie ein Problem damit hätten, Komponenten aus China zu beziehen. »Und sie sagten klipp und klar, dass sie das nicht tun, solange die Produkte qualitativ hochwertig seien und den einschlägigen Normen entsprächen«, so Marcon.

MOSFET-Krise als Chance für Galliumnitrid

Ein weiterer Lösungsansatz, die aktuelle MOSFET-Krise abzufedern, könnte der Umstieg auf GaN-Transistoren sein. Immerhin kann Innoscience mit Lieferzeiten von 18 bis 20 Wochen glänzen. Das ist viel kürzer als bei Silizium. Bei anderen GaN-Anbietern sieht es ähnlich aus, und sowohl Innoscience als auch andere Unternehmen erhöhen derzeit ihre Fertigungskapazitäten drastisch.

»Dies ist eine großartige Gelegenheit, die Einführung von GaN zu beschleunigen«, ist sich Marcon sicher. Zudem bestärke er seine Kunden darin, GaN-Transistoren als Alternative zu den bisher verwendeten Silizium-MOSFETs in Erwägung zu ziehen. Und das gelte sowohl für 650-Volt-Anwendungen als auch für Anwendungen im Niederspannungsbereich. »Bei niedrigeren Sperrspannungen wie 100 und 150 Volt bestanden einige Zweifel, ob GaN eine gute Wahl ist«, so Marcon und ergänzt: »Aber bei dieser Knappheit ist dies die Gelegenheit für GaN zu beweisen, dass es eine gute Alternative ist. Und selbst wenn sich die Lieferzeiten für Siliziumbauteile irgendwann wieder normalisieren, haben die Kunden eine Alternative, und in einigen Fällen wird GaN sogar die erste Wahl werden.«