Green Tech und E-Mobility Siliziumkarbid: Darum boomen SiC-Leistungshalbleiter

Von Kristin Rinortner

Der Verbindungshalbleiter Siliziumkarbid (SiC) verspricht für Green Tech und Elektromobilität enorme Effizienzgewinne. Aufgrund der weltweiten Lieferkettenprobleme steigt die Nachfrage für die bisher als zu teuer verschrieenen Leistungselektronik-Chips enorm. Die Top-Fertiger rüsten nun eilig auf.

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Leistungshalbleiter: SiC-Verbindungshalbleiter sind auf dem Vormarsch. Haupttreiber ist die Elektromobilität.
Leistungshalbleiter: SiC-Verbindungshalbleiter sind auf dem Vormarsch. Haupttreiber ist die Elektromobilität.
(Bild: ColiNOOB auf pixabay)

Der globale Markt für Leistungshalbleiter boomt. Dem Verbindungshalbleiter Siliziumkarbid (SiC) kommt dabei eine besondere Rolle zu. Größter Treiber für SiC dürfte die Nachfrage der Automobilindustrie für Elektrofahrzeuge (Inverter für den Antrieb) sein. Daneben entfällt ein großer Anteil an SiC-Leistungshalbleitern auf Lösungen für die Stromversorgung wie Stromrichter, Batterieladegeräte für Elektrofahrzeuge und das Stromnetz selbst (Power Grid).

Nicht nur Amerika fährt hier die Produktionskapazitäten hoch, wie die kürzlich von Wolfspeed (ehemals Cree) in Betrieb genommene weltweit größte 200-mm-SiC-Fertigung im Großraum New York in den USA demonstrierte, deren Chips u.a. in den Leistungsmodulen des Lucid Air Grand Touring verwendet werden.

Auch der deutsche Automobilzulieferer ZF und Cree entwickeln bereits seit längerer Zeit zusammen Halbleiter auf SiC-Basis für Wechselrichter von Elektroautos. Die SiC-Chips verbessern die Effizienz von Elektroantrieben und sollen dieses Jahr für den Serieneinsatz verfügbar sein und dann laut ZF auch von Cree geliefert werden.

SiC in Europa: Infineon, Bosch, SiCrystal und ST

In Europa erweiterte Infineon die SiC-Produktionskapazitäten im österreichischen Villach, Bosch in Reutlingen (200-mm-Fab) und in seiner neuen 300-mm-Fabrik in Dresden.

STMicroelectronics arbeitet seit vier Jahren gemeinsam mit Semikron an der Integration von Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern in die kommende Elektrofahrzeug-Generation. Anfang Mai wurde eine langfristige Entwicklungs- und Bauteilzulieferungs-Partnerschaft bekannt gegeben.

Rohm hat ebenfalls in den Bau einer neuen SiC-Fabrik investiert, die zu Jahresbeginn in Betrieb gehen sollte. Seit Sommer 2020 arbeiten Rohm und Vitesco Technologies (ehemals Continental Powertrain) zudem daran, die Energieeffizienz elektronischer Komponenten für die Elektromobilität zu verbessern. Vitesco und Rohm haben jeweils Werke in Bayern: Die Rohm-Tochter SiCrystal in Nürnberg und Vitesco mit Stammsitz in Regensburg.

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Europäische Halbleiter-Initiative „Transform“

Das Projekt „Transform“ zielt darauf ab, eine resiliente europäische Lieferkette für die Herstellung von Leistungselektroniken auf Basis von SiC-Leistungshalbleitern aufzubauen. Ihr Bedarf wird insbesondere in energieintensiven Anwendungen – vom Antrieb eines Elektrofahrzeugs bis zu Ladestationen und der Stromversorgung – stark steigen. Das Marktforschungs- und Beratungsunternehmen Yole rechnet damit, dass der gesamte SiC-Markt bis 2025 jedes Jahr im Schnitt um 30 Prozent auf mehr als 2,5 Milliarden US-Dollar wachsen wird. Im Rahmen des Förderprojekts sollen daher sowohl neue SiC-Technologien als auch Prozesse und Verfahren für ihre Herstellung entwickelt werden. Darüber hinaus soll die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen zur Herstellung von Substraten und Wafern bis zu den Leistungselektroniken europäischer Lieferanten sichergestellt werden.

Das Projekt wurde von der Europäischen Union mit einem Projektbudget von mehr als 89 Millionen Euro ausgestattet. Es vereint Schlüsselakteure der SiC-Wertschöpfungskette aus Deutschland, Frankreich, Italien, Österreich, Schweden, Spanien und der Tschechischen Republik. Zu den Partnerunternehmen gehören unter anderem Aixtron, Danfoss, EV Group, Premo, Saint-Gobain, Semikron, Soitec, STMicroelectronics und Valeo-Siemens Automotive. Beteiligte Wissenschaftsorganisationen sind die Brno University of Technology, CEA Leti, Fraunhofer IISB und die Universität von Sevilla.

SiC in Asien: Foxconn und Renesas

Auch Asiatische Auftragsfertiger wie Foxconn finanzieren seit 2021 massiv SiC-Produktionsstätten, die ab 2024 eine monatliche Produktionskapazität von 15.000 Wafern haben sollen. Das sei genug, um SiC-Chips für 360.000 Elektrofahrzeuge pro Jahr zu liefern, schreibt Nikkei Asia. Damit werden die Taiwanesen zu einem direkten Konkurrenten für derzeit führende Produzenten von SiC-Chips wie Infineon, Rohm oder Cree (Wolfspeed).

Nun zieht auch Renesas nach: Das Unternehmen hat heute bekannt gegeben, dass man eine Investition in Höhe von 90 Milliarden Yen (rund 6,6 Milliarden Euro) in die Fabrik Kofu in Kai City in der Präfektur Yamanashi in Japan tätigen wird. Das im Oktober 2014 geschlossen Werk soll 2024 als 300-mm-Waferfabrik für die Herstellung von Leistungshalbleitern wieder eröffnet werden.

Renesas rechnet insbesondere mit einem raschen Anstieg der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und will daher seine Produktionskapazitäten für Leistungshalbleiter wie IGBTs erhöhen. Wenn die Massenproduktion in Kofu anläuft, soll sich Gesamtproduktionskapazität an Leistungshalbleitern verdoppeln.

Die Kofu Factory der Renesas Semiconductor Manufacturing Co., Ltd, eine hundertprozentigen Tochtergesellschaft von Renesas, betrieb bisher sowohl 150-mm- als auch 200-mm-Waferproduktionslinien.

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