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Ausbau der Produktionskapazität

Fette Milliarden-Investitionen in SiC-Wafer- und Chips

10. November 2023, 9:26 Uhr | Engelbert Hopf

Richard Eden, Omdia: »Zusammen mit anderen Techniken werden das »Smart Cut«-Wafer-Splitting von Soitec und die »Cold Split«-Technologie von Siltectra dazu beitragen, aus der vorhandenen Anzahl von SiC-Wafern eine größere Zahl von Bauelementen gewinnen zu können.«

In einer Studie kam die Boston Consulting Group zu dem Schluss, dass noch Investitionen bis zu 30 Milliarden US-Dollar notwendig seien, um die SiC-Versorgung über 2030 hinaus zu sichern. Richard Eden, Senior Principal Analyst für Power-Semiconductors bei Omdia, erläutert die Hintergründe.

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Markt&Technik: Sehen Sie die Bereitschaft und Fähigkeit der derzeitigen SiC-Anbieter, bis 2030 massiv in den Ausbau der Produktion zu investieren?

Richard Eden: Ja, ich sehe die Bereitschaft der Anbieter, in zusätzliche Produktionskapazitäten zu investieren, aber ich kann nicht vorhersagen, ob sie ausreichen werden, um die endgültige Marktnachfrage zu decken.

Welches sind Ihrer Meinung nach die größten Investitionen, die derzeit im Ausbau der SiC-Fertigung getätigt werden?

Wolfspeed baut derzeit in Chatham County, North Carolina, eine neue, milliardenschwere Produktionsanlage für Wafermaterial. Die neue Anlage wird die Produktionskapazität gegenüber der derzeitigen Anlage von Wolfspeed auf dem Durham-Campus verzehnfachen und 200-mm-Wafer herstellen, die 1,7-mal größer sind als 150-mm-Wafer. Die erste Bauphase des Werks in North Carolina soll bis 2024 abgeschlossen sein.

Das ist aber nicht die einzige Aktivität, die Wolfspeed angekündigt hat.

Nein, darüber hinaus hat Wolfspeed im Februar dieses Jahres angekündigt, eine hochautomatisierte, hochmoderne 200-mm-Wafer-Fertigungsanlage im Saarland zu errichten. Mi dieser ersten Produktionsstätte des Unternehmens in Europa gibt Wolfspeed ein Statement ab. Es wird die fortschrittlichste und eine innovative Entwicklungs- und Produktionsstätte für Siliziumkarbid in der Europäischen Union sein. Sie dient dazu, die wachsende Nachfrage nach einer Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Automobil, Industrie und Energie vor allem auch in Europa decken zu können. Diese Ankündigungen sind ein wichtiger Teil der allgemeinen Kapazitätserweiterung des Unternehmens in Höhe von 6,5 Milliarden US-Dollar.

onsemi hat zuletzt stark in SiC investiert und sein Produktportfolio dort ausgebaut. Wie sehen Sie die Anstrengungen dieses Unternehmens?

onsemi hat inzwischen das von GT Advanced Technologies erworbene Siliziumkarbid-Werk in Hudson, New Hampshire, ausgebaut. Darüber hinaus hat das Unternehmen seine Siliziumkarbid-Fabrik in Roznov in der Tschechischen Republik erweitert, in der SiC-Wafer poliert und SiC-Epitaxie-Wafer hergestellt werden. In den nächsten zwei Jahren wird diese Erweiterung die SiC-Produktionskapazitäten des tschechischen Standorts um das 16-Fache erhöhen. Insgesamt plant onsemi, seine Substratkapazitäten zu erweitern und in den nächsten fünf Jahren 4 Milliarden US-Dollar zu investieren, um eine widerstandsfähige Lieferkette für Elektrofahrzeuge aufzubauen.

Kommen wir zur Nummer 2 hinter Wolfspeed, STMicroelectronics. Wie sind die SiC-Investitionen von ST aus Ihrer Sicht zu bewerten?

Für das laufende Jahr hatte ST angekündigt, rund 4 Milliarden US-Dollar in Fertigungserweiterungen zu investieren. Etwa 80 Prozent davon sollten in die 300-mm-Wafer-Fabriken und die SiC-Fertigungskapazität fließen, einschließlich der SiC-Substrat-Initiative. Im Bereich SiC will der ST seine Front-End-Kapazität im Vergleich zu 2017 verzehnfachen. Im vergangenen Jahr hat das Unternehmen seine Produktion von SiC-Front-End-Bauelementen in Ang Mo Kio, Singapur, weiter hochgefahren und einen Plan zum Bau einer integrierten SiC-Epitaxie-Substrat-Produktionsanlage in Catania, Italien, im Wert von 730 Millionen US-Dollar angekündigt.

Diese neue Anlage, die am ST-Standort Catania gebaut wird, wird die globale SiC-Fertigung von den Front-End-Fabriken in Catania und Ang Mo Kio über die Back-End-Fabriken im marokkanischen Bouskoura und dem chinesischen Shenzhen bis hin zu Materialien, Produktdesign, F&E und Engineering in Catania und Norrköping, Schweden, stärken. Diese neuen Fabriken werden ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg von ST darstellen, das gegebene Versprechen zu erfüllen, bis 2024 etwa 40 Prozent seiner Substrate intern zu beziehen.

Blicken wir nach Asien. Wie bewerten Sie die Investitionsankündigungen aus dieser Region?

Nach unseren Informationen wird das südkoreanische Unternehmen SK siltron rund 640 Millionen US-Dollar investieren, um seine Produktion von Siliziumkarbid-Wafern bis 2025 um das 17-Fache zu steigern. SK siltron hat bereits im März 2020 in Erwartung des künftigen Wachstumspotenzials des Marktes für SiC-Leistungshalbleiter den Geschäftsbereich SiC-Wafer von DuPont übernommen. Seitdem hat SK siltron seine Investitionen in diesem Bereich aktiv ausgebaut.

Im Mai dieses Jahres gab es dann die Meldung über eine Zusammenarbeit zwischen Coherent und Mitsubishi Electric. Was genau beinhaltet diese Kooperation?

Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, die Herstellung von SiC-Leistungselektronik auf einer 200-mm-Technologieplattform zu skalieren. Um die schnell wachsende Nachfrage zu befriedigen, hatte Mitsubishi Electric bereits eine Investition von rund 260 Milliarden Yen im Fünfjahreszeitraum bis März 2026 getätigt. Ein Großteil dieser Investitionen, etwa 100 Milliarden Yen, werden für den Bau eines neuen Werks für SiC-Leistungsbauelemente auf der Grundlage einer 200-mm-Technologieplattform und die Verbesserung der zugehörigen Produktionsanlagen verwendet. Coherent wird im Rahmen der Zusammenarbeit die Lieferung von 200-mm-n-Type-4H-SiC-Substraten für die zukünftigen SiC-Leistungsbauelemente von Mitsubishi Electric vorantreiben.

Coherent hatte bereits im letzten Jahr, genauer im März 2022, bekannt gegeben, seine Produktionskapazitäten zu erweitern.

Ja, Coherent, ehemals als II-VI bekannt, hatte angekündigt, seine Herstellung von 150- und 200-mm-SiC-Substraten durch Investitionen in eine groß angelegte Erweiterung seines fast 300.000 Quadratmeter großen Werks in Easton, Pennsylvania, beschleunigen zu wollen. Mit dieser Erweiterung wird II-VI bis 2027 dann in der Lage sein, das Äquivalent von 1 Million 150-mm-Substraten pro Jahr erreichen, wobei der Anteil der 200-mm-Substrate im Laufe der Zeit kontinuierlich zunehmen wird.

Auch von Sumitomo Electric Industries sind Investitionspläne in Sachen SiC bekannt.

Sumitomo Electric Industries plant Investitionen in Höhe von rund 30 Milliarden Yen, also etwa 214 Millionen US-Dollar. Diese Investition soll die Kosten für den Bau eines neuen Werks in der Präfektur Toyama decken, das dann ab 2027 Siliziumkarbid-Wafer in großem Maßstab herstellen kann. In dieser Investitionssumme ist auch die Erweiterung der Produktionskapazität einer bestehenden Anlage in der Präfektur Hyogo inkludiert. Mithilfe dieser Investition hofft das Unternehmen, dann jährlich 120.000 Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm herstellen zu können.

Wie steht es um Rohm Semiconductor? Das Unternehmen verfolgt ja das Ziel, als einer der Key-Player am SiC-Markt aktiv zu sein.

Laut seinem Finanzbericht für das Geschäftsjahr 2022 will Rohm zwischen dem Geschäftsjahr 2021 und dem 2027 Investitionen in Höhe von 510 Milliarden Yen, also rund 4,47 Milliarden US-Dollar, tätigen, um seine Produktionskapazitäten im Vergleich zum Geschäftsjahr 2021 um das 35-Fache zu erhöhen.

Gibt es eigentlich auch aus China Meldungen über größere Investitionen in die SiC-Kapazitäten?

Unseren internen Recherchen zufolge plant das chinesische Unternehmen TanKeBlue, seine SiC-Wafer-Produktion zwischen 2022 und 2025 um mehr als das Fünffache zu steigern. Zu diesen Plänen liegen uns aber keine klaren Investitionsdaten vor.

Wenn man diese Investitionen zusammenzählt, zu denen auch noch die Milliardeninvestitionen von Infineon in Kulim, Malaysia, hinzukommen, würde es dann nach Ihrer Einschätzung reichen, die bisherigen Investitionen bis 2030 zu verdoppeln, um eine ausreichende Versorgung mit SiC-Leistungshalbleitern nicht nur für die Automobilindustrie sicherzustellen?

Obwohl sich viele Medienberichte auf die Automobilindustrie als Hauptanwendung konzentrieren, kann ich mir vorstellen, dass alle Anbieter bereits versuchen, die Nachfrage aus allen möglichen Anwendungsbereichen zu befriedigen. Der Automobilsektor ist bereits der größte und wächst schnell. Darüber hinaus denke ich, dass sich die meisten Investitionen in der Zukunft auf die Produktion von 200-mm-SiC-Wafern konzentrieren werden, vor allem um das Wachstum größerer, hochwertiger Wafer zu perfektionieren sowie das Epi-Wachstum und die Bauelementeproduktion zu verbessern.

Es gab ja auch Pläne, durch eine effizientere Nutzung von SiC-Boules die Produktionskapazität zu erhöhen. Wie weit sind diese Pläne inzwischen fortgeschritten?

Hierbei geht es um die »Smart Cut«-Wafer-Splitting-Technologie von Soitec sowie die »Cold Split«-Technologie von Siltectra, die jetzt Infineon Technologies gehört. Beide nutzen Techniken, um sehr dünne SiC-Wafer von Donor-Wafern abzuspalten, um die Menge an nutzbarem Wafermaterial für die Herstellung von SiC-Halbleitern zu erhöhen. Infineon wendet die Siltectra-Cold-Split-Technologie bereits an, und STMicroelectronics wird die Smart-Cut-Technologie von Soitec in seiner neuen Produktionsstätte in Italien einsetzen. Zusammen mit anderen Techniken ermöglichen beide die Streckung der Produktion von Bauelementen aus einer kleineren Menge von SiC-Wafern.

Eine letzte Frage: Warum ist es nach Ihrer persönlichen Erfahrung als Marktforscher so schwierig, zuverlässige Vorhersagen über die Marktnachfrage nach SiC zu treffen?

Schließlich wurden bisher alle Prognosen regelmäßig von der Realität überholt.
Ich würde sagen, dass der Markt für SiC-Bauelemente und deren Einsatz in realen Anwendungen noch relativ neu und nur wenig standardisiert ist. Für eine genaue Vorhersage müssen Sie genaue Daten über die Anzahl der Chips pro Gerät mit einer genauen Vorhersage für die Endgeräte kombinieren. Ich weiß zum Beispiel nicht genau, wie viele SiC-MOSFETs oder komplette SiC-MOSFET-Module in einem Wechselrichter für den Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs verwendet werden – im Allgemeinen wird das nicht bekannt gegeben.

Ich kenne die Produktionsprognosen für Elektrofahrzeuge insgesamt, aber ich weiß nicht, welche SiC-MOSFETs und welche Si-IGBTs verwendet werden oder wie viele Bauelemente pro Wechselrichter zum Einsatz kommen. Ich muss einige Schätzungen und Durchschnittswerte verwenden, um eine Gesamtzahl zu ermitteln. Es gibt so viele Variablen, die zu berücksichtigen sind, dass es unmöglich ist, sie alle im Auge zu behalten.