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Wandel im Halbleitermarkt

Autobranche pusht Leistungselektronik, Markt wächst gen China

05. Oktober 2020, 14:30 Uhr   |  Ute Häußler

Autobranche pusht Leistungselektronik, Markt wächst gen China
© Yolé Developpement

Leistungshalbleiter wachsen mit ihren Anwendungsfeldern, etwa der Elektromobilität und elektronischen Kleingeräten oder mobilen Computern.

Der 17,5 Milliarden-Markt für Leistungselektronik soll bis 2025 um über 4 % pro Jahr wachsen, die Autoindustrie ist der stärkste Treiber. IGBTs, Si-MOSFETS und SiC-Bausteine spielen die Hauptrolle, Silizium stemmt noch immer fast die Hälfte. Chinesische Akteure spielen zunehmend Schlüsselrollen.

Die Leistungselektronikbranche befindet sich im Wandel und das Jahr 2020 hat sich als Katalysator dieser Veränderung erwiesen. Das Marktforschungsinstitut Yolé Developpement hat sich mit der Studie “Status of the Power Electronic Industry” die Auswirkungen der Corona-Pandemie und die gravierenden Verschiebungen innerhalb der Lieferkette angesehen, außerdem die zunehmende Produktion von 300-Millimeter-Wafern sowie Chinas Anstrengungen eigene Leistungselektronik-Bausteine auf den Markt zu bringen.

Leistungselektronik
© Yolé Developpement

Die prognostizierte Marktentwicklung in der Leistungselektronik bis 2025 nach Marktsegementen, Automotive führt.

Marktgröße und Kompontenten-Anteil

Der weltweite Markt für Leistungselektronik ist zur Zeit rund 17,5 Milliarden Dollar schwer und soll bis 2025 pro Jahr um 4,3 % wachsen. Den wichtigsten Anteil daran haben IGBT-Module, Silizium-MOSFETs und SiC-Bauelemente.

Auch wenn GaN und SiC boomen, den größten Marktanteil nehmen mit 45 % nach wie vor Silizium-MOSFET-Bauelemente ein. Das liegt hautpsächlich an den vielfältigen Einsatzgebieten in der Automobilindustrie,  in mobilen und drahtlosen  Geräten,  Computern  sowie Industriespeicher-Anwendungen. All diese Bereiche eint das Streben nach Effizienz in einer wachsenden globalen Kommunikation. Und diese Entwicklung trotzt auch Covid-19, oder wird durch die Corona-Pandemie teils so gar beflügelt. Trotz   des   Rückgangs   der   Fahrzeugverkäufe   und gesunkenem Privatkonsum wird für das erste Halbjahr  2020 immer noch ein Marktwachstum von 1,4 % erwartet.

IGBT-Module nehmen 2019 mit 3,7 Milliarden US-Dollar rund 21 % im Markt der Leistungselektronikbauteile ein. Die Komponenten kommen traditionell in industriellen Anwendungen  sowie Stromwandlern  zum Einsatz, vielfach auch für Technologien im Beriech erneuerbare  Energien – dieser Zweig nimmt 46 % des gesamten IGBT-Marktes ein. Hauptziele sind die Erhöhung der Wirkungsgrade und und damit eine Effizienzsteigerung für emissionsarme Strombversorgung.

Leistungs-IGBT-Module kommen jedoch zweifellos am meisten in Elektroautos oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz, hier wird mit 18 % auch die größte Wachstumsrate bis 2025 prognostiziert, der Teilmarkt soll auf 5,4 Milliarden Dollar ansteigen – schon allein durch die weltweiten Subventionsprogramme Richtung Elektromobilität. Zusätzlich dazu wird die Elektromobilität auch den Markt für SiC-MOSFETs pushen, die großen deutschen Hersteller, Tesla oder chinesische Autobauer Byd setzen immer mehr SiC-basierte  Module  für ihre Hauptwechelrichter-Design ein, um kleiner und effizienter zu werden. Darüber  hinaus  konkurrieren  diskrete SiC-Transistoren für höhere Effizienz direkt mit Silizium-MOSFETs in On-Board-Chargern.

Halbleiter Leistungselektronik
© Yolé Developpement

Die bestehende Lieferkette im Halbleiterbereich für China.

Chinas neue Rolle in der Leistungselektronik-Industrie

China ist ohne Frage führend bei der Integration von Leistungselektronik. Chinesische Firmen wie BYD, Huawei, CRRC und Sungrow gehören zu den weltweit führenden Abnehmern. In der Herstellung eigener Bausteine ist China jedoch immer noch stark von Lieferanten aus dem Ausland abhängig, etwa Infineon, Fuji Electric oder Mitsubishi Electric. Obwohl China der größte Markt für Elektro-und Hybrid-Elektrofahrzeuge ist, liefern ausländische Zulieferer den Hauptteil der in China integrierten Leistungsmodule.

Die chinesische Regierung möchte diesen Zustand ändern und bemüht sich sehr, eine Inlandsproduktion für Leistungselektronikkompontenten aufzubauen. Bestehende lokale Fertiger wollen ihre Kapazitäten ausbauen, um erstens mehr Wertschöpfung zu erzielen und zweitens neue Märkte im Ausland zu erobern.

Der chinesische Auftragsfertiger Wingtech beispielsweise für seine Tochter Nexperia hat 818 Millionen Dollar investiert und baut eine Hochleistungs-MOSFET-Produktionsstrasse sowohl für Halbleiter wie auch Gehäuse. Neue China-Firmen wie HHGrace oder SiEn setzen direkt auf 300mm-Fabriken für diskrete wie auch integrierten Bauteile (IC).

Innerhalb dieser staatlich forcierten Wachstumsstrategie gehen viele Firmen an die Börse, Beispiele sind etwa CR Micro oder BYD Semiconductor. Nach Analysen von Yole Développement (Yole) sind diese Unternehmen mittlerweile groß und gesund genug gewachsen, um sich über einen IPO am Kapitalmarkt frisches Geld für eine weitere Expansion zu beschaffen. Paradoxerweise geben gerade die Technologie- und Handelskriege zwischen den USA und China der inländischen Produktion mehr Schwung. Allerdings trifft dies nicht uneingeschränkt auf alle Bereiche zu: Motorsteuerung sind weniger wichtig als Leistungselektronik für die Telekommunikation oder Verteidigung, wo einige Anbieter keine Krise spürten.

Im Ausland herrscht trotz der chinesischen Investitionen (noch) Skepsis, ob China bei einer so anspruchsvollen Technologie auf Dauer und in Punkto Qualität punkten kann. Das Land des Lächeln wird beweisen müssen, dass es diese Herausforderung schafft und proprietäre, exzellente Produkte liefern kann.

Halbleiter Leistungselektronik
© Yolé Developpement

An der Spitze wird sich wenig ändern: Die Top-Leistungselektronik-Fertiger bleiben unter sich.

Die Disruption der Lieferketten

Die führenden Leistungselektronik-Unternehmen sind Dickschiffe mit Umsätzen im Muliut-Milliarden-Dollar-Bereich. Auch im weiteren Wachstum gehen die Yolé-Analysten nicht davon aus, dass sich am Ranking der Top-Firma wesentlich etwas verändern wird. Veränderungen werden eher auf den unteren Plätzen sichtbar werden. Treiber hier sind Fusionen und Übernahmen, welche über den Zugang zu neuen Technologien und Produktportfolios neue Kundengruppen und Länder erobern wollen, bei gleichzeitiger Reduzierung der eigenen R&D-Ausgaben.

Die technologische Entwicklung ist ein weiterer Grund für tiefgreifende Veränderungen in den Lieferketten. Neue Materialien wie SiC und GaN sowie neue Anwendungen in der E-Mobilität (EV/HEV, aber auch Elektro-LKW und Busse sowie Ladeinfrastruktur) forcieren den Wandel. Es ist davon auszugehen, das hauptsächlich Firmen ihre Marktposition stärken können, die – verbunden mit einem gewissen Risiko – massiv in neue Technologiemansätze investieren und sich auf schnell wachsende neue Technologie- und Marktsegmente konzentrieren. Flexibilität und Vorausdenken sind gefordert.

Technologische Errungenschaften

Die Leistungselektronikindustrie hat in den letzten Monaten keinen bedeutenden technologischen Durchbruch erzielt, aber die wachsenden neuen Technologien haben weiter an an Bedeutung gewonnen.  SiC und GaN sind auf der Chip-Ebene in vielen Industrien auf dem Vormarsch. Silber-Sintern löst langsam das Löten ab, ebenso wie das SiN-Aktivmetall-Löten (AMB) von Keramiksubstrat und des Epoxidharzformens auf der Bauelemente-Gehäuse-Ebene. Und schon fast Normalität: Spannung und Leistung auf Wandler-Ebene steigen stetig. Einen großen Anteil an den Leistungselektronik-Fortschritten haben die hohen Forschungsinvestiotionen, insbesondere in den Bereichen Power Packaging und SiC-Technologie.

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