Der Einfluss des Siliziumkarbid-Waferpreises auf den Leistungselektronikmarkt

Siliziumkarbid (SiC) wird aufgrund seiner höheren Belastbarkeit und seines geringeren Energieverbrauchs im Vergleich zu Silizium zunehmend für Anwendungen in der Leistungselektronik eingesetzt. Leider sind die hohen Kosten jedoch nach wie vor ein Hindernis für die breite Anwendung.

Die japanischen Unternehmen DENSO und Mitsubishi Electric haben beide in das US-Unternehmen Silicon Carbide investiert und beginnen mit dem Kauf von SiC-Wafern.

Kosten des Wafers

Die Kosten für die Herstellung eines Siliciumcarbid-Wafers hängen von vielen Variablen ab, z. B. von seiner Größe und seinem Durchmesser; in einen größeren Wafer passen mehr Chips. Darüber hinaus können die Kosten auch davon abhängen, welche Art von Siliciumcarbid bei der Herstellung verwendet wurde; Alpha-Siliciumcarbid und Beta-Siliciumcarbid sind zwei beliebte Varianten; beide Arten entstehen bei hohen Temperaturen, wobei die eine hexagonale Kristallstrukturen ähnlich wie Wurtzit aufweist, während die andere eher kubische Strukturen aufweist, die an Diamant erinnern.

Die Kosten für SiC-Wafer können durch eine Steigerung der Ausbeute gesenkt werden, was jedoch erhebliche Investitionen der Waferhersteller erfordert. Dies kann zwar kurzfristig zu erheblichen Belastungen für die verbundenen Unternehmen führen, doch dürfte ihr langfristiger Rückgang die Zahl der nachgelagerten Anwendungen erhöhen und gleichzeitig die Akzeptanz der SiC-Technologie und -Materialien fördern und letztlich das Gesamtwachstum ankurbeln.

Die Kosten für SiC-Wafer können auch durch die Umstellung auf kleinere Chips gesenkt werden, die die Bauteildichte auf dem Substrat und den Ertrag erhöhen. Dies ist dank ihres geringeren Widerstands möglich, der sich in kleineren Bauteilflächen niederschlägt - ein wesentlicher Schritt zur Senkung der Systemkosten; es wird jedoch einige Zeit dauern, bis die Industrie dieses Ziel erreicht hat.

Kosten der Module

SiC-Module sind ein wesentliches Element der Versorgungskette für Leistungselektronik und haben einen immensen Einfluss auf die Systemkosten. SiC-Module werden aus Siliziumkarbid-Wafern hergestellt, die mit hochpräzisen Werkzeugen und Verfahren verarbeitet werden. Aufgrund der höheren Verarbeitungskosten sind SiC-Module zwar teurer als vergleichbare Polysilizium-Module, ihre niedrigeren Preise senken jedoch die Gesamtsystemkosten und fördern nachgeschaltete Anwendungen.

Die Kosten für Siliziumkarbid (SiC)-Wafer werden voraussichtlich weiter sinken, da die Hersteller ihre Produktionskapazitäten erhöhen und die Ausbeute steigern, was den Markt insgesamt beleben und seine Entwicklung vorantreiben wird.

Die SiC-Industrie steht jedoch vor mehreren Hürden. Die Nachfrage könnte während einer Anpassungsphase, in der sich die Unternehmen mit der Entwicklung und Integration von SiC-Komponenten vertraut machen, ins Stocken geraten, und globale wirtschaftliche Probleme könnten den Markt möglicherweise beeinträchtigen.

Zwar haben viele etablierte und aufstrebende Anbieter Pläne zur Kapazitätserweiterung angekündigt, doch kann es schwierig sein, das künftige Angebot zu beurteilen. Die Anzahl der produzierten SiC-Wafer mit einem Äquivalent von 150 mm hängt von der Ausbeute jedes einzelnen Herstellers ab. Darüber hinaus geben viele Anbieter ihren Anteil an MOSFET-Wafern für die Automobilindustrie nicht bekannt, die sehr gefragt und schwieriger herzustellen sind, so dass die bloße Beobachtung von Kapazitätsankündigungen kein genaues Bild des künftigen Angebots ergibt.

Kosten der Verpackung

SiC-Bauelemente erfreuen sich aufgrund ihrer energieeffizienten und umweltfreundlichen Leistung zunehmender Beliebtheit; allerdings gibt es auf diesem Markt noch viele Herausforderungen, wie z. B. hohe Verpackungskosten. Es wird jedoch erwartet, dass diese Kosten durch technologische Fortschritte gesenkt werden, was die weitere Verbreitung von Siliziumkarbidprodukten fördern wird. Darüber hinaus werden Wafer mit einem Durchmesser von 6 Zoll und mehr eine größere Anzahl von Bauelementen auf einem Wafer ermöglichen, wodurch die Kosten pro Bauelement sinken und das Wachstum auf dem globalen Markt für Siliziumkarbid-Wafer (SiC) gefördert wird.

Veliadis wies auch darauf hin, dass ein Großteil der mit SiC-Bauelementen verbundenen Kosten mit den Substratkosten zusammenhängt, was dazu beigetragen hat, dass sie von den Marktteilnehmern nur langsam angenommen werden. Die großen SiC-Anbieter haben jedoch proaktive Schritte unternommen, um ihre Produktionskapazitäten zu erweitern, um die steigende Nachfrage zu befriedigen und gleichzeitig die Substratkosten zu senken. So hat STMicroelectronics vor kurzem die Mehrheitsbeteiligung an dem in Schweden ansässigen SiC-Wafer-Lieferanten Nortel erworben und seine Partnerschaft mit dem französischen Materiallieferanten Soitec ausgebaut.

Infineon Technologies und TanKeBlue haben vor kurzem einen langfristigen Vertrag geschlossen, der ihnen den Zugang zu preisgünstigen 150-mm-SiC-Wafern für ihre Automobil-MOSFETs und andere Bauelemente sichert und Infineon hilft, die Produktionsraten aufrechtzuerhalten und gleichzeitig ein nachhaltiges Marktwachstum zu unterstützen.

Kosten der Komponenten

Siliziumkarbid-Wafer werden häufig in elektronischen Geräten verwendet, die unter hohen Temperaturen und Spannungen arbeiten, z. B. in der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge, in 5G-Kommunikationssystemen, in der industriellen Automatisierungstechnik und in der industriellen Prozesssteuerung. Leider sind sie teuer in der Herstellung, was ihre Marktakzeptanz einschränkt. Steigende Ausgaben für Forschung und Entwicklung könnten die Produktionskosten senken und gleichzeitig die Marktpräsenz erhöhen.

Größe des Siliziumkarbid-Wafer-Marktes

Der globale Markt für Siliziumkarbid-Wafer wächst in einem beeindruckenden Tempo, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge und Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien. Die zunehmende Beliebtheit von Solarwechselrichtern hat das Marktwachstum weiter vorangetrieben.

Zu den weiteren Triebkräften des Marktes gehören Fortschritte bei den Fertigungstechniken und die Fähigkeit der SiC-Substrate, die Fertigungseffizienz zu erhöhen. SiC-Wafer sollten auch einen besseren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der sie für optoelektronische Geräte auf Galiumnitridbasis geeignet macht.

Obwohl die Höhe der Nachfrage eine Rolle dabei spielen wird, ob es einen Überschuss oder einen Mangel an SiC-Wafern gibt, wird die Sicherstellung eines ausreichenden Angebots an 200-mm-Wafern für den Erfolg der Branche von größter Bedeutung sein. Etablierte Anbieter mit großen Produktionskapazitäten werden größere Vorteile genießen; aufstrebende Anbieter, die erst noch umfangreiche Lernzyklen durchlaufen müssen, sollten stark in die Verbesserung der Waferqualität und -ausbeute investieren, um mit etablierten Wettbewerbern konkurrieren zu können.