Wie sich der Markt für SiC-Chips verändert

Für Elektrofahrzeuge mit 800 Volt-Systemen und mehr spielt Leistungselektronik aus Siliziumkarbid (SiC) eine wichtige Rolle. Die Technologie verspricht unter anderem effizientere Antriebsstränge, größere Reichweiten und kürzere Ladezeiten.

Nach Einschätzung von Branchenexperten wird bis 2030 voraussichtlich jedes dritte Elektrofahrzeug mit 800-Volt- und höheren Spannungen ausgestattet sein. Der Wandel von den heute vorherrschenden 400-Volt-Systemen zu einer 800-Volt-Architektur wird dabei vom Übergang von siliziumbasierten (Si) zu siliziumkarbidbasierten (SiC) Halbleitern begleitet.

„In der Konzeptphase wurden von den Chipherstellern relativ viele Siliziumkarbid-Programme angekündigt. Doch wegen der hohen Kosten hat die Automobilindustrie eher zurückhaltend reagiert“, erklärt Markus Baum, Partner bei der Unternehmensberatung Roland Berger, im Gespräch mit der Automobilwoche. Damit sei die Hochlaufkurve bei SiC-Chips nicht ganz so steil verlaufen wie ursprünglich prognostiziert.

„Unter den heute bekannten Rahmenbedingungen rechnen wir Ende 2027, Anfang 2028 mit Überkapazitäten im SiC-Bereich“, erklärt Baum. Der Zeitpunkt könne sich auch um ein halbes Jahr verschieben, räumt er ein. „Heute sind wir von Überkapazitäten jedenfalls noch relativ weit entfernt. Viele Zulieferer klagen gerade über Preiserhöhungen ihrer Halbleiterlieferanten.“

Die Gründe dafür: „Die Ausbeute bei der SiC-Herstellung ist nicht so hoch wie ursprünglich erwartet. Zudem lassen sich die Fab-Betreiber ihre Produkte gut bezahlen“, analysiert Baum.

In der Erwartung sinkender Kosten für SiC-Bauelemente und um Lieferengpässe mit den Hochleistungshalbleitern zu vermeiden, haben viele Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer damit begonnen, strategische Partnerschaften mit Halbleiterherstellern einzugehen.

BMW, VW und Zeekr haben beispielsweise Vereinbarungen mit Onsemi unterzeichnet. Die Zulieferer ZF und BorgWarner haben sich mit Wolfspeed zusammengetan, Ford mit GlobalFoundries und Hyundai mit Infineon. Zwischen 2022 und 2030 sind laut Roland Berger insgesamt 17 SiC-Fabriken geplant oder befinden sich im Bau.

Wenn es zu einem Markt mit Überkapazitäten kommt, könnte das für Zulieferer, die bislang keine Partnerschaften im Bereich SiC aufgebaut haben, von Vorteil sein, „da sie nicht in vertraglichen Verpflichtungen bezüglich Abnahmemenge und Preis stecken“, sagt Baum.

Ein solcher Schritt sei auch sinnvoll für diejenigen OEMs, die noch keine Verträge abgeschlossen haben. Eine Diversifizierung der Beschaffung bei Zulieferern mit unterschiedlichen regionalen Ausrichtungen würde OEMs in die Lage versetzen, deglobalisierte – und damit widerstandsfähigere – Siliziumkarbid-Lieferketten aufbauen.

Thomas Kirschstein, ebenfalls Partner bei Roland Berger, ergänzt: „Das Problem ist, dass es sowohl eine exponentielle Kapazitätskurve als auch eine exponentielle Nachfragekurve gibt, kombiniert mit Unsicherheiten auf beiden Seiten. Das heißt, es kommt zwingend zu Über- oder Unterkapazitäten.“ Das werde sich erst dann auflösen, wenn sich die E-Mobilität weitreichend etabliert hat. „Sicher ist, dass es in den nächsten fünf Jahren keinen ausgeglichenen Markt geben wird“, ist er überzeugt.

Allgemein wird jedoch davon ausgegangen, dass es sich nur um eine kurzfristige Nachfragedelle handelt. Sie wird zwar kurzzeitig für Verunsicherung sorgen, sich aber nicht wesentlich auf die weltweiten SiC-Fertigungskapazitäten auswirken.

Einer der Kostentreiber bei der Herstellung von Siliziumkarbid-Chips liegt in der geringeren Ausbeute des Grundmaterials. „Für das extrem harte und sehr temperaturbeständige Material fehlt noch die Hochlaufkurve in der industriellen Umsetzung“, erklärt Kirschstein. Siliziumkarbidwafer seien auf der Rohmaterialseite deutlich teurer als normale Siliziumwafer.

Nach seinen Angaben liegt der Preis für einen 6-Zoll-SiC-Rohwafer bei ungefähr 1000 US-Dollar, ein 12-Zoll-Silizium-Wafer kostet rund 100 US-Dollar. Zudem ist der 12-Zoll-Wafer um den Faktor vier größer, sodass das Rohmaterial für einen SiC-Halbleiter etwa 40 Mal höher liege als bei einem Silizium-Chip.

„Die Ausbeute aus den SiC-Wafern liegt häufig nur zwischen 60 und 70 Prozent gegenüber 90 bis 95 Prozent bei klassischen Silizium-basierten Leistungshalbleitern“, so Kirschstein. Ein Problem seien die Randverluste, weil die Chips quadratisch sind und der Wafer rund. „Bei 6 Zoll sind diese Randverluste deutlich größer als bei einem 8- oder 12-Zoll-Wafer“, betont er. Derzeit laufen Bestrebungen, diese Verluste durch die Einführung fortschrittlicher Fertigungstechnologien wie das Wafer-Splitting zu kompensieren. Weil das Material so teuer ist, wird versucht, die Rohwafer so präzise und dünn wie möglich zu schneiden.

Insgesamt bedauert es Baum, dass es beim Hochlauf der SiC-Chipproduktion nicht gelungen sei, die Zyklen der Automobil- und die Halbleiterindustrie zu synchronisieren. „Das war für mich in der Analyse eine eher negative Überraschung. Die positive Überraschung ist, dass zumindest auf der Halbleiterseite alle Anbieter an die Technologie glauben und auch nach wie vor sehr große Summen in die Technologie investieren.“