Marktbericht für diskrete Leistungshalbleiter und Leistungsmodule: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (diskrete Leistungshalbleiter, Leistungsmodule), Komponente (Thyristor, Diode, Gleichrichter, MOSFET, IGBT, Sonstige), Material (SiC, GaN, Sonstige), Branche (Telekommunikation, Industrie, Automobil, Erneuerbare Energien, Konsumgüter und Unternehmen, Militär, Verteidigung und Luft- und Raumfahrt, Medizin) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2023–2031

Marktdynamik

Treiber des globalen Marktes für diskrete Leistungselektronik und Module

Steigende Nachfrage nach Leistungselektronikmodulen in verschiedenen Branchen

Der Zweig der Elektronik, der als "LeistungselektronikDie Leistungselektronik befasst sich mit der Umwandlung und Steuerung elektrischer Energie. Die Eigenschaften von Siliziumkarbid-Halbleitern, wie beispielsweise eine höhere Durchbruchfeldstärke und eine größere Bandlücke, ermöglichen ihren Einsatz in der Leistungselektronik. So sind diese Bauelemente beispielsweise für die Steuerung von Fahrzeugelektronik, wie dem Hauptwechselrichter von Wasserkraftfahrzeugen, der Sitzverstellung, dem Bremssystem usw., von entscheidender Bedeutung.

SiC-Leistungselektronik ermöglicht auch die Energieumwandlung in Generatoren und Aktoren, die in Flugzeuge integriert sind. Leistungselektronik gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie in verschiedenen Branchen wie der Unterhaltungselektronik, industriellen Motorantrieben sowie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie immer häufiger eingesetzt wird. Aufgrund ihrer effektiven Leistungssteuerung und -verwaltung eignet sie sich daher für diverse Branchen, sei es für industrielle Prozesse oder den Betrieb elektrischer und elektronischer Geräte. Diese Faktoren treiben das Marktwachstum an.

Steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, Plug-in-Elektrofahrzeugen und Hybrid-Elektrofahrzeugen

Der Wirkungsgrad konventioneller Leistungselektronik auf Basis von Silizium-Halbleitertechnologien liegt üblicherweise zwischen 85 % und 95 %. Dies führt zu einem Verlust von etwa 10 % der elektrischen Energie in Form von Wärme. Die elektrische Feldstärke von SiC-Bauelementen ist fast zehnmal höher (2,8 MV/cm gegenüber 0,3 MV/cm) als die von Silizium-Halbleitern. Diese höhere Feldstärke ermöglicht die Anwendung dünnerer Schichtstrukturen auf dem SiC-Substrat. Darüber hinaus führt das Hochfrequenzschalten von SiC zu einer geringeren Verlustleistung in Elektrofahrzeugen.

Siliziumkarbid (SiC) bietet eine dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit als reine Silizium-basierte Halbleiterbauelemente und ermöglicht so den Betrieb bei höheren Temperaturen. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Elektro- und Hybridfahrzeugen investieren verschiedene Marktanbieter erheblich in die Entwicklung von SiC-basierten Lösungen. Große Unternehmen wie Infineon Technologies investieren aufgrund des Wachstums im Markt für Elektromobilität und Photovoltaik-Wechselrichter signifikant in die Produktion von Leistungshalbleitern. Beispielsweise unterzeichneten Infineon Technologies und Cree, Inc. im Februar 2018 einen strategischen Langzeitliefervertrag für Siliziumkarbid-Wafer (SiC). Daher wird die Nachfrage nach SiC-basierten Lösungen weiter steigen.Elektrofahrzeugekurbelt das Marktwachstum an.

Globale Marktbeschränkungen für diskrete Leistungshalbleiter und Module

Mangelnde Verfügbarkeit von Gan-Material

Leistungshalbleiter auf Galliumnitridbasis (GaN) erfreuen sich auf dem Markt größerer Beliebtheit, da sie im Vergleich zu Siliziumbauteilen bei gleichem Widerstandswert und gleicher Durchbruchspannung kompakter gefertigt werden können. Die größte Hürde für die breite Kommerzialisierung von GaN-Leistungshalbleitern ist jedoch deren mangelnde Verfügbarkeit. Obwohl einige GaN-Bauelemente problemlos erhältlich sind, ist die Auswahl begrenzt. Insbesondere sind Bauelemente für Spannungen über 600 V, wie sie für Offline-Netzteile benötigt werden, seltener. Darüber hinaus behindert das Fehlen standardisierter Nennwerte und Kennlinien die breite Anwendung von GaN-Leistungshalbleitern. Es gibt keine verlässlichen Zweitlieferanten für die am Markt befindlichen Bauelemente, was die größte Herausforderung für deren umfassende Einführung darstellt.

Globale Marktchancen für diskrete Leistungselektronik und Module

Regierungsinitiativen im Bereich HGÜ und intelligente Stromnetze

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HGÜ) und intelligente Stromnetze nutzen GaN-Leistungshalbleiter. Diese sind zuverlässiger, ermöglichen eine flexible Netztopologie, eine bessere Lastanpassung und erlauben die Fehlersuche in Echtzeit. Leistungshalbleiter können Hochspannung steuern, da sie hochfrequentes Schalten mit verbesserter Effizienz ermöglichen. Darüber hinaus werden Leistungsmodule in modularen Multilevel-Umrichtern (MMC) eingesetzt, wodurch Leistungsverluste reduziert werden. Daher sind Umrichter mit GaN-Leistungshalbleitermodulen in HGÜ-Systemen weit verbreitet.

Darüber hinaus investieren Regierungen verschiedener Länder wie China, Japan und den USA massiv in Smart-Grid-Technologien, um ihre Stromnetze zu verbessern. Daher dürften all diese Faktoren lukrative Wachstumschancen für den Markt für diskrete Leistungselektronik und Module eröffnen.

Regionalanalyse

Basierend auf der Region ist der globale Markt für diskrete Leistungshalbleiter und -module in Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA unterteilt.

Asien-Pazifik dominiert den Weltmarkt

Der asiatisch-pazifische Raum ist der bedeutendste globale Markt für diskrete Leistungselektronik und Leistungsmodule.Der Markt für diskrete Leistungselektronik und Leistungsmodule wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 7,2 % aufweisen. Der asiatisch-pazifische Raum ist aufgrund der Verfügbarkeit großer Hochspannungskraftwerke, der steigenden Nachfrage nach Leistungsmodulen und des Bevölkerungswachstums die lukrativste Region hinsichtlich des Wachstums. Darüber hinaus werden schätzungsweise rund 70 % der gesamten elektrischen Energie von Leistungselektroniksystemen mit Leistungskomponenten verarbeitet. Diese Komponenten finden breite Anwendung in Bereichen wie der Automobilindustrie, Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien und der Infrastruktur von Stromnetzen. Zudem ergreifen diese Unternehmen verschiedene Initiativen zum Aufbau einer Strominfrastruktur mit fortschrittlichen Technologien. Unternehmen aller Branchen haben die Bedeutung von Leistungselektronik für ein sicheres Energiemanagement erkannt. Die hohe Nachfrage nach automatisierten Schaltgeräten und Leistungsmodulen wird das Marktwachstum zusätzlich ankurbeln.

Für Europa wird im Prognosezeitraum ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 6,5 % erwartet.Europa ist weltweit der zweitgrößte Markt für diskrete Leistungselektronikbauteile und -module. Die zunehmende Verwendung von Energiemanagement-Systemen in der Automobilindustrie treibt das Marktwachstum an. Darüber hinaus haben europäische Unternehmen proaktiv das Bewusstsein für Leistungselektronik geschärft und damit den Markt weiter beflügelt. Der Anstieg digitaler Elektronikgeräte und die hohe Akzeptanz fortschrittlicher Elektrofahrzeuge und virtueller Systeme bieten in Europa zahlreiche Wachstumschancen für diskrete Leistungselektronikbauteile und -module. Aufgrund der Nachfrage nach modernen Elektrofahrzeugen wird in Europa in Kürze ein starkes Marktwachstum erwartet. Proaktive staatliche Initiativen wie die Förderung von Tochtergesellschaften, die Übernahme kleinerer Unternehmen und die Verbreitung energieeffizienter Geräte tragen ebenfalls zum Marktwachstum bei.

Darüber hinaus treiben Faktoren wie höhere Effizienz, Langlebigkeit und minimale Verzerrung die Nachfrage nach kompakten Leistungsmodulen an. Auch der steigende Bedarf an automatisierten Anwendungen und Echtzeitüberwachung beeinflusst die Nachfrage nach Leistungskomponenten in der Region.

Nordamerika sichert sich einen bedeutenden Anteil am Umsatz des Marktes für diskrete Leistungshalbleiter und -module. Dies ist auf Länder wie die USA und Kanada zurückzuführen, deren Regierungen ihr Engagement zur Eindämmung der Umweltverschmutzung durch die Förderung von Elektrofahrzeugen (EVs) und Hybridfahrzeugen (HEVs) ausweiten, die in großem Umfang Leistungskomponenten benötigen. Darüber hinaus trägt das hohe Verteidigungsbudget der USA zum Wachstum des Marktes für diskrete Leistungshalbleiter und -module in der Region bei. US-amerikanische Unternehmen profitieren von der internationalen Militärpolitik, da Leistungskomponenten in der elektronischen Kampfführung und bei modernen Radarsystemen immer wichtiger werden. Zusätzlich treiben die zunehmende Verwendung von Leistungsmodulen und der steigende Absatz elektronischer Geräte in Nordamerika das Wachstum des Marktes für diskrete Leistungshalbleiter und -module an. Auch die steigende Nachfrage nach langlebigen Leistungsmodulen im Energiesektor beflügelt das Marktwachstum. Beispielsweise kündigte Delta Electronics, Inc., ein Unternehmen für Energie- und Wärmemanagement, im Oktober 2018 das Forschungsprogramm zur Entwicklung eines Schnellladegeräts für Elektrofahrzeuge (EV) unter Verwendung von Siliziumkarbid (SiC)-MOSFET-Bauelementen an.

LAMEA umfasst Brasilien, Saudi-Arabien, Südafrika und die übrigen Länder der LAMEA-Region. LAMEA hat einen geringen Marktanteil am globalen Markt für diskrete Leistungshalbleiter und -module und bietet daher potenzielle Investitionsmöglichkeiten. Eine steigende Nachfrage nach fortschrittlichen Technologien und elektronischen Anwendungen sowie ein wachsendes Bewusstsein für kompakte Leistungsmodule und ICs dürften die Akzeptanz des Marktes für diskrete Leistungshalbleiter und -module in dieser Region ankurbeln.

Segmentanalyse

Der globale Markt ist unterteilt in Typ, Komponente, Material und Industriezweig.

Basierend auf dem TypDer globale Markt ist in diskrete Leistungselektronik und Leistungsmodule unterteilt.

Das Segment der Leistungsmodule hält den größten Marktanteil und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 5,3 % aufweisen. Ein Leistungsmodul besteht aus mehreren Halbleiterchips, die auf einem isolierten Substrat montiert sind, welches wiederum auf einer wärmeableitenden Kupfergrundplatte sitzt. Diese Module sind in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, darunter Halbbrücken, Vollbrücken und Chopper. IGBT-Module werden häufig in industriellen Hochleistungsanwendungen und im Traktionsbereich eingesetzt. Aufgrund ihrer unübertroffenen Effizienz und Langlebigkeit ist die Nachfrage nach Leistungsmodulen in den letzten Jahren stetig gestiegen. Sie stellen den nächsten Evolutionsschritt im Energiemanagement dar.

Darüber hinaus nutzen zahlreiche Branchen IGBT- und MOSFET-Module für Hochspannungsanwendungen wie Schweißgeräte, Walzwerke und Wasserpumpen. In europäischen Ländern wird die IGBT-Technologie in Fahrwagen eingesetzt, um Stromverluste zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Das IGBT-Modul ist im aktuellen Marktumfeld aufgrund seiner Kosteneffizienz und der einfachen Ansteuerung bei hohen Spannungen bevorzugt, was zum Marktwachstum beiträgt.

Basierend auf KomponentenDer globale Markt ist unterteilt in Thyristoren, Dioden, Gleichrichter, MOSFETs, IGBTs und Sonstige.

Das IGBT-Segment ist der bedeutendste Marktteilnehmer und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein jährliches Wachstum von 7,81 % aufweisen. IGBTs sind Leistungshalbleiter, die als elektronische Schalter eingesetzt werden. Als Minoritätsträgerbauelemente ermöglichen sie schnellere Schaltzeiten und bieten einen höheren Wirkungsgrad. Sie vereinen MOSFETs und Bipolartransistoren (BJTs) in monolithischer Form. Dadurch werden die Schaltgeschwindigkeit erhöht und Leistungsverluste in erneuerbaren Energiequellen und Elektrofahrzeugen vermieden.

Darüber hinaus wird das Wachstum der Leistungselektronik in intelligenten Geräten durch umfangreiche Forschung und Entwicklung sowie Produkteinführungen führender Unternehmen vorangetrieben. IGBT-Bauelemente finden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades breite Anwendung in Elektrofahrzeugen und industriellen Systemen. Die steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und der zunehmende Bedarf an Hochspannungsgeräten fördern die Verbreitung von IGBTs in den Bereichen Energie und Stromversorgung, Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik und Industrie.

Basierend auf MaterialDer globale Markt ist in Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und andere unterteilt.

Das GaN-Segment dominiert den Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 3,2 % wachsen. Galliumnitrid-Transistoren (GaN) haben sich als leistungsfähige Alternative zu Silizium-Transistoren etabliert. Sie ermöglichen die Herstellung kompakterer Bauelemente bei gleichem Widerstandswert und gleicher Durchbruchspannung als Siliziumbauelemente. Diese Leistungskomponenten erreichen extrem niedrige Widerstände und hohe Schaltfrequenzen. Diese Eigenschaften werden in hocheffizienten Netzteilen, Elektrofahrzeugen (EVs), Hybridfahrzeugen (HEVs), Photovoltaik-Wechselrichtern und HF-Schaltungen genutzt. Sie finden Anwendung in Netzteilen für Server, IT-Geräte, hocheffiziente und stabile Stromversorgungen sowie in Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Die steigende Nachfrage nach Galliumnitrid (GaN) in Hochfrequenzgeräten, die zunehmende Verbreitung in der Telekommunikationsbranche und der wachsende Bedarf an Schnellladegeräten, LiDAR und drahtloser Energieübertragung treiben das Wachstum des Marktes für GaN-Leistungskomponenten an. Darüber hinaus bieten diese Bauelemente Vorteile gegenüber Siliziumbauelementen.

Basierend auf BranchensegmentenDer globale Markt für diskrete Leistungshalbleiter und -module ist in die Segmente Telekommunikation, Industrie, Automobil, erneuerbare Energien, Konsumgüter und Unternehmen, Militär, Verteidigung und Luft- und Raumfahrt sowie Medizin unterteilt.

Das Industriesegment trägt am meisten zum Markt bei und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 6,5 % aufweisen. Der globale Industriesektor befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Dank Cloud-Infrastruktur, technologischem Fortschritt und Supply-Chain-Analysen verzeichnen die Branchen dieses Sektors ein starkes Wachstum. Darüber hinaus ist die industrielle Fertigung aufgrund ihres enormen Beitrags zum globalen BIP sowohl für Entwicklungs- als auch für Industrieländer von entscheidender Bedeutung. Der zunehmende Einsatz von Leistungsmodulen in Hochleistungs-Schaltnetzteilen (SMPS), unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV), Frequenzumrichtern (FU) für industrielle Motorantriebe und großen Solarwechselrichtern treibt das Wachstum des Marktes für diskrete Leistungshalbleiter und -module für industrielle Anwendungen an.