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Chinas Rolle bei der Leistungselektronik wächst

05. Oktober 2020, 15:30 Uhr   |  Ralf Higgelke

Chinas Rolle bei der Leistungselektronik wächst
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Auch wenn China der weltweit größte Markt für Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge ist, sind die dortigen Hersteller auf die Zulieferung von Leistungsmodulen ausländischer Unternehmen abhängig. Dass sich das ändern wird, zeigt der Bericht »Status of the Power Electronic Industry 2020« von Yole.

»Bei Systemen für verschiedene Segmente von Leistungselektronikanwendungen ist China heute führend«, betont Dr. Anna Villamor, Technologie- und Marktanalystin, Leistungselektronik und Verbindungshalbleiter in der Abteilung Power & Wireless bei Yole Développement (Yole). Chinesische Unternehmen wie BYD, Huawei, CRRC und Sungrow gehören zu den weltweit führenden Unternehmen. Doch bei der Fertigung leistungselektronischer Bauelemente ist China nach wie vor stark von ausländischen Lieferanten abhängig, darunter Infineon Technologies, Fuji Electric und Mitsubishi Electric. Dr. Milan Rosina, Principal Analyst bei Yole, bestätigt daher: »Obwohl China der größte Markt für Elektro-und Hybrid-Elektrofahrzeuge ist, liefern ausländische Zulieferer immer noch einen großen Teil der Leistungsmodule, die in China in Systeme integriert werden.«

Dies sind einige Schlussfolgerungen, zu denen die Marktforscher von Yole Développement in ihrem vor wenigen Tagen veröffentlichten Bericht Status of the Power Electronic Industry 2020 kommen.

»Die Leistungselektronikbranche wandelt sich im Jahr 2020 deutlich«, so Dr. Villamor. »In diesem Bericht betrachten wir die zahlreichen Gegebenheiten, die seit einem Jahr aufgetreten sind: die Auswirkungen des COVID-19-Ausbruchs, die tiefgreifende Umstrukturierung der Lieferkette, die vor einigen Jahren begonnene Umstellung auf 300-mm-Wafer, die wachsende Kompetenz Chinas bei der Herstellung von Leistungselektronik-Bauelementen und die Bemühungen des Landes um Leistungselektronik Made in China.«

Yole, Power Semiconductors
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Bild 1: Lieferkette für leistungselektronische Komponenten in China (Quelle: Status of the Power Electronic Industry 2020)

Leistungshalbleiter »Made in China«

In diesem dynamischen Kontext zeigt der Bericht die Schlüsselrolle des chinesischen Marktes auf. In der Tat bemühen sich chinesische Leistungshalbleiter-Unternehmen und die chinesische Regierung, die Situation zugunsten der inländischen Produktion von Leistungshalbleitern zu ändern (Bild 1). Lokale Akteure wollen ihre Produktionskapazitäten erweitern, um einen größeren Mehrwert auf den lokalen Märkten zu erzielen und neue Märkte im Ausland zu erobern.

Zum Beispiel brachte Wingtech 818 Mio. US-Dollar für Nexperia auf, um eine Produktionslinie sowohl für Hochleistungs-MOSFETs als auch deren Gehäuse einzuführen. Ein weiteres gutes Beispiel ist StarPower, einer der größten Hersteller von Leistungsmodulen in China. Aus diesem Grund hat sich das Team von System Plus Consulting entschlossen, eines der IGBT-Module von StarPower, das GD820HTX75P6H, genauer zu analysieren (Bild 2).

System Plus Consulting
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Bild 2: System Plus Consulting hat das IGBT-Modul GD820HTX75P6H von StarPower auseinandergenommen. Es bietet 820 A bei einer Nennspannung von 750 V.

Dieses Tri-Pack-Leistungsmodul in einem P6-Gehäuse bietet 820 A bei einer Nennspannung von 750 V. Es verwendet eine Kupfer-Pin-Fin-Kühlkörperstruktur für die direkte Flüssigkeitskühlung. Unterstützt durch eine vollständige Übersicht der Komponenten und des Gehäuses des Moduls enthüllt dieser Bericht die technologischen Entscheidungen von StarPower in Bezug auf die Verpackungstechnologie sowie das Design der verwendeten IGBT-und Dioden-Chips. Der Bericht von System Plus Consulting bietet Einblicke in Technologiedaten, Herstellungskosten und den Verkaufspreis des Moduls. Er enthält geschätzte Herstellungskosten aller Komponenten des Moduls.

Andere neue lokale Unternehmen wie Huahong Graceoder WeEn bauen 300-mm-Fertigungsanlagen mit Fähigkeiten für diskrete Leistungshalbleiter und Powermanagement-ICs. Es gibt wachsende Trends für den Börsengang großer chinesischer Unternehmen wie CR Micro oder BYD Semiconductor. Dazu meint Dr. Milan Rosina, Principal Analyst, Leistungselektronik und Batterien bei Yole: »Diese Unternehmen haben einen ausgereiften und konsolidierten Status erreicht und möchten weiter expandieren. Ein Börsengang ist daher eine gute Möglichkeit, relativ schnell finanzielle Mittel zu bekommen.«

Technologie- und Handelskriege zwischen den USA und China befeuern die Entwicklung der jeweils heimischen Fertigung. Dennoch haben diese Spannungen zwischen den USA und China nicht alle Segmente der Leistungselektronik gleichermaßen beeinflusst, beispielsweise den Bereich Antriebsumrichter weniger als den Verteidigungs-und Telekommunikationsmarkt.

Obwohl einige führende Leistungselektronik-Akteure außerhalb Chinas skeptisch gegenüber Chinas Fähigkeit sind, herausfordernde Technologien für Leistungshalbleiter zu entwickeln und zu beherrschen, hat China in der Vergangenheit gezeigt, dass es in der Lage ist, sehr schwierige Herausforderungen zu bewältigen.

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Bild 3: Umsätze der verschiedenen Hersteller von Leistungshalbleiter im Jahr 2019 in Mio. US-Dollar. (Quelle: Status of the Power Electronic Industry 2020)

Marktentwicklung bis 2025

Der Bericht Status of the Power Electronic Industry 2020 von Yole geht aber nur auf China, sondern auch auf die weltweite Marktentwicklung ein (Bilder 3 und 4). Der größte Anteil des Marktes für Leistungshalbleiter entfällt heute auf Silizium-MOSFETs, die 45 Prozent des Gesamtumsatzes ausmachen. Die Hauptanwendungssegmente dafür sind das Automobil, tragbare und drahtlose Geräte, Computer und Speicher sowie Industrieanwendungen. Trotz rückläufiger Verkäufe von Autos und Endverbrauchersystemen aufgrund von COVID-19 im ersten Halbjahr 2020 erwarten die Analysten eine jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 1,4 Prozent bei Silizium-MOSFETs zwischen 2019 und 2025.

Yole, Power Semiconductors
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Bild 4: Diese Grafik zeigt, wie sich der Markt für Leistungselektronik bis zum Jahr 2025 verändern wird und welche Anwendungen am meisten zulegen werden. (Quelle: Status of the Power Electronic Industry 2020)

Das andere Hauptsegment bei Leistungshalbleitern sind die IGBT-Module. Dieses Segment hatte im Jahr 2019 einen Umsatz von 3,7 Milliarden US-Dollar und bedient traditionell industrielle Anwendungen sowie Umrichter bei erneuerbarer Energie. Wie in dem Bericht ausgeführt, werden diese Anwendungen heute von behördlichen Vorgaben zum Wirkungsgrad oder der Erhöhung der Ziele für saubere Energie bestimmt und machen 46 Prozent des gesamten Marktes für IGBT-Module aus. Die Hauptanwendung für Leistungs-IGBT-Module ist jedoch zweifellos die Elektro- und Hybridelektromobilität (EV/HEV), mit einem erwarteten Wachstum von 18 Prozent von 2019 bis 2025, das bis 2025 an die 5,4 Mrd. US-Dollar erreichen soll. In der Tat werden EV/HEVs von vielen Ländern mit Subventionen unterstützt, um die Pkw-Flotte schnell zu elektrifizieren.

Ebenfalls von EV/HEVs wird der Markt für SiC-MOSFETs angetrieben, denn immer wieder übernehmen Akteure wie Tesla und BYD SiC-basierte Module, die dann direkt mit IGBT-Modulen im Hauptwechselrichter um kompaktere und effizientere Designs konkurrieren. Diskrete SiC-Transistoren wiederum konkurrieren mit Silizium-MOSFETs in On-Board-Charger-Systemen.

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