Wie DC/DC-Wandler-Kunden vom globalen Halbleitermangel betroffen sind

Die Halbleiterindustrie stützt sich auf komplexe globale Lieferketten mit mehreren Stufen, darunter die Gewinnung von Rohstoffen, die Waferfertigung, die Chipproduktion, die Montage und die Prüfung. Störungen auf jeder Stufe der Lieferkette, etwa durch Naturkatastrophen, geopolitische Spannungen oder logistische Engpässe, können den Fluss elektronischer Bauteile unterbrechen und die Produktionskapazität erheblich beeinträchtigen. In den letzten Jahren sind die Probleme der Halbleiterindustrie weltweit in die Schlagzeilen geraten. Auch zuvor kam es bereits zu Störungen, die in erster Linie auf ein Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage zurückzuführen waren. Die COVID-19-Pandemie spielte jedoch eine wichtige Rolle bei der Entstehung der aktuellen Krise.

Unterbrochene Lieferketten

Durch die Pandemie wurden die globalen Lieferketten unterbrochen, da es zu Abriegelungen, Reisebeschränkungen und Grenzschließungen kam. Dies führte zu Verzögerungen beim Transport von Rohstoffen, elektronischen Bauteilen und Fertigprodukten. Die Halbleiterhersteller sahen sich mit Schwierigkeiten bei der Beschaffung erforderlicher Materialien und der Auslieferung ihrer Produkte konfrontiert, was sich unmittelbar auf Produktion und Vertrieb auswirkte.

Stilllegung von Halbleiterfabriken

Als Reaktion auf die Pandemie mussten viele Halbleiterproduktionsstätten ihren Betrieb vorübergehend einstellen, um Gesundheits- und Sicherheitsvorgaben einzuhalten oder auf die geringere Nachfrage zu reagieren. Diese Stillstände unterbrachen die Halbleiterversorgung und führten zu einer spürbaren Reduzierung der verfügbaren Produktionskapazitäten. Zusätzlich zu diesen unmittelbaren Auswirkungen trugen mehrere damit verbundene Faktoren dazu bei, die Halbleiterknappheit zu verlängern, da sie das normalerweise fein abgestimmte Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage weiter störten.

• Unvorhergesehene Nachfrage im Automobilsektor: Die Automobilindustrie erlebte zu Beginn der Pandemie einen plötzlichen Nachfragerückgang, was die Automobilhersteller dazu veranlasste, ihre Halbleiteraufträge zu reduzieren. Angesichts der Möglichkeit, dass ihre Fabriken mit reduzierter Auslastung arbeiten müssten, verteilten die Halbleiterfabriken ihre Kapazitäten auf andere Kunden. Als die Nachfrage nach Fahrzeugen schneller als erwartet wieder anstieg, standen den Automobilherstellern keine ausreichenden Halbleiter zur Verfügung, was zu Produktionsverzögerungen und Produktionsrückgängen führte. Erinnern Sie sich an die Bilder von nahezu fertigen Fahrzeugen, die nur noch auf ein entscheidendes elektronisches Modul warteten?
• Gestiegene Nachfrage nach Elektronik: Da Menschen weltweit während der Lockdowns und Einschränkungen von zu Hause aus arbeiteten, lernten und ihre Freizeit verbrachten, stieg die Nachfrage nach elektronischen Geräten wie Laptops, Tablets, Spielkonsolen und Haushaltsgeräten sprunghaft an. Diese plötzliche Nachfragesteigerung stellte eine zusätzliche Belastung für die Halbleiterhersteller und deren Lieferketten dar.
• Wandel im Verbraucherverhalten: Die Pandemie führte zu einer Veränderung des Verbraucherverhaltens mit einer stärkeren Nutzung von E-Commerce, Online-Streaming und digitalen Diensten. Dies führte zu einer höheren Nachfrage nach Rechenzentren, Cloud-Computing-Infrastruktur und Netzwerktechnik, was wiederum den Bedarf an Halbleitern weiter erhöhte.

Obwohl Engpässe auf mehreren Stufen der DC/DC-Wandler-Lieferkette zu beobachten sind, haben die langjährigen Vereinbarungen von RECOM mit ihren Lieferanten eine ausreichende Bevorratung und hohe Produktverfügbarkeit sichergestellt.

Obwohl Spitzengeräte mit Sub-10nm-Knoten, die auf 300mm-Wafern hergestellt werden, die meiste Aufmerksamkeit auf sich ziehen, sind sie für Leistungsanwendungen nicht geeignet. DC/DC-Wandler und andere Leistungshalbleiter verwenden in der Regel Mature-Nodes von 350nm bis 90nm, die in älteren Fabriken auf 200mm-Wafern gefertigt werden.

Seit einigen Jahren sind die weltweiten 200mm-Fertigungskapazitäten knapp. Die Hersteller bauen neue 200mm-Fabriken und stellen ältere Verfahren von der 200mm- auf die 300mm-Produktion um, jedoch ist der Aufbau zusätzlicher Kapazitäten ein langwieriger Prozess. Ein großer Hersteller schätzt, dass der Bau einer neuen Fabrik etwa drei Jahre, 6000 Bauarbeiter und 10 Mrd. US-Dollar erfordert. Es ist möglich, die Produktionskapazität bestehender Fabriken zu erhöhen, doch dafür ist eine Vielzahl zusätzlicher Anlagen erforderlich, beispielsweise Prüfmaschinen, Polier- und Kantenschleifmaschinen sowie Fotolithografieanlagen. Die Hersteller solcher Anlagen sind jedoch in vielen Fällen bereits ausgelastet.

Es ist zu erwarten, dass die Engpässe bei verschiedenen Bauelementetypen anhalten werden. Zwei Bauelemente, die für die Produktion von DC/DC-Wandlern von entscheidender Bedeutung sind, nämlich Leistungs-MOSFETs und Power-Management-ICs (PMICs), gehörten in den letzten Jahren zu den Mature-Node-Bauelementen, die von erheblichen Lieferengpässen betroffen waren.

Noch bevor die Hersteller von passiven Bauelementen wie Widerständen und Kondensatoren ihre Mitarbeiter wegen der Pandemie nach Hause schickten, zeigten langfristige Trends einen deutlichen Anstieg der Nachfrage nach ihren Produkten. Ein gutes Beispiel dafür sind Mehrschicht-Chipkondensatoren (MLCC). In der Automobilbranche werden immer mehr Kondensatoren benötigt, was auf die Umstellung auf Elektrofahrzeuge (EVs) und die zunehmende Integration anspruchsvoller Funktionen wie fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) zurückzuführen ist. Ein Standardfahrzeug mit Verbrennungsmotor enthält zwischen 2000 und 3000 Kondensatoren. Die Verbrauchernachfrage und staatliche Vorgaben erhöhen den Marktanteil von Elektrofahrzeugen mit erweiterten Funktionen, was zu einem starken Wachstum des Bauteilanteils führt, bis zu 22000 MLCCs werden in einem einzelnen Elektrofahrzeug mit ADAS-Funktionen benötigt.

Fahrzeuge sind nicht einmal der größte Markt für MLCCs. Diese Rolle übernehmen Smartphones. Jährlich werden etwa 1,5 Milliarden Smartphones produziert, wobei Spitzenmodelle jeweils bis zu 1000 Kondensatoren enthalten. Die Anwender von DC/DC-Wandlern bekommen dies zu spüren, da Kondensatorhersteller ihre Produktion von größeren Kondensatoren für Stromversorgungsanwendungen zugunsten kleinerer Bauteile umstellen, die verstärkt in Smartphones eingesetzt werden.

Die Hersteller der wichtigsten Rohstoffe für die Halbleiterherstellung waren wie viele andere Branchen von Werksschließungen und Produktionsunterbrechungen betroffen. Infolgedessen sind die Rohstoffpreise, die sehr empfindlich auf das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage reagieren, in den letzten Jahren stetig gestiegen. Die Kupferpreise sind seit Anfang 2019 um etwa 80% gestiegen, die Preise für Kunstharz um rund 18%. Zudem stellten im Jahr 2022 die beiden führenden ukrainischen Lieferanten von Neongas in Halbleiterqualität, die für etwa die Hälfte des weltweiten Angebots verantwortlich sind, ihren Betrieb ein, als Russland seine Angriffe verstärkte, was die Preise weiter unter Druck setzte und bestehende Engpässe verschärfte.

Es kam sogar zu Engpässen bei Versandkartons. Als die Pandemie ausbrach und das Online-Shopping stark zunahm, begannen Einzelhändler wie Amazon, Karton zu horten, um die hohe Nachfrage zu decken, sodass viele kleinere Anbieter leer ausgingen. Anfang 2021 erreichte der Preis für Pappe ein Rekordhoch, wie aus dem Erzeugerpreisindex und Daten des US Bureau of Labor Statistics hervorgeht. Zumindest könnte sich diese Knappheit inzwischen abschwächen. Nach Angaben eines Branchenverbands gingen die US-Kartonlieferungen im 4. Quartal 2022 um 8,4% zurück, was darauf hindeuten könnte, dass sich die bisherige Übernachfrage in Richtung eines Überangebots entwickelt.

Inmitten dieser Entwicklungen fragen Sie sich möglicherweise, wie sich dies auf Ihre Versorgung mit DC/DC-Wandlern auswirkt und welche Maßnahmen RECOM ergreift, um eine kontinuierliche Verfügbarkeit sicherzustellen und Ihre Produktionslinien zuverlässig am Laufen zu halten. Wie wir in Teil 2 sehen werden, hat RECOM konkrete Maßnahmen ergriffen, um die Verfügbarkeit von DC/DC-Leistungsmodulen trotz anhaltender Lieferengpässe sicherzustellen. Weitere Informationen finden Sie im nächsten Blogbeitrag.