Marktbericht für Halbleitermaterialien: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Anwendung (Fertigung, Verpackung), Endverbraucher (Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Fertigung, Automobilindustrie, Energie und Versorgung, Sonstige) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2025–2033

Wachstumsfaktoren des Marktes für Halbleitermaterialien

Technologische Entwicklungen und Produktinnovationen elektronischer Materialien

Halbleiter werden aufgrund neuer Material- und Produktionsentwicklungen zunehmend von starren Substraten, die zu dünnen Scheiben oder Wafern geschnitten oder geformt werden, hin zu flexibleren Kunststoffen und Papier verarbeitet. Zahlreiche Produkte, darunter Leuchtdioden, Solarzellen und Transistoren, sind aus diesem Trend zu flexiblen Substraten hervorgegangen. Halbleitermaterialien finden vielfältige Anwendung in der Herstellung elektrischer Geräte. Für die Produktion von Solarzellen, Funkdetektoren, Hochleistungs-HF-Bauelementen, Fotowiderständen, LED-Technologien und integrierten Mikrowellenschaltungen besteht in der Elektro- und Elektronikbranche eine hohe Nachfrage nach Halbleitermaterialien. Darüber hinaus treiben optoelektronische digitale Geräte und die Vernetzung in der Telekommunikation die weltweite Halbleitermaterialindustrie an.

Forscher des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) entwickelten 2021 ein Material, das als zweite Hautschicht fungiert und sich um bis zu 200 % über seine ursprüngliche Größe hinaus dehnen lässt, ohne dass die elektrische Leitfähigkeit wesentlich abnimmt. Laut den Forschern könnten weiche, flexible Fotodetektoren die Effektivität implantierbarer und tragbarer medizinischer Geräte sowie anderer Anwendungen verbessern. Die Nachfrage nach Hardware für künstliche Intelligenz (KI) dürfte mit dem Marktwachstum deutlich steigen, da diese derzeit viel Energie verbraucht und hohe Kosten in Form von GPUs, FPGAs und ASICs verursacht.

Der Markt für Halbleitermaterialien expandiert weltweit dank Fotodetektoren, elektronischen Geräten und drahtlosen Technologien. Halbleitermaterialien zeichnen sich durch einen breiten Temperaturbereich, hohe elektrische Leitfähigkeit und geringen Energieverbrauch aus, was für elektrische Geräte von Vorteil ist. Auch Leuchtdioden und Laser nutzen Halbleiter. Darüber hinaus finden sie vielfältige Anwendung im Transportwesen. Aufgrund ihrer hervorragenden Beständigkeit gegenüber Hitze und Strahlung werden Halbleiter in verschiedenen Branchen eingesetzt. Steigende Verkaufszahlen von Smartphones und anderen drahtlosen Wearables treiben das Wachstum der Halbleiterindustrie zusätzlich an.

Marktbeschränkung

Komplexität im Fertigungsprozess

Die Halbleiterindustrie gilt aufgrund der über 500 erforderlichen Verarbeitungsschritte, der Produktvielfalt und der anspruchsvollen Rahmenbedingungen, wie der schwankenden Nachfrage und dem volatilen Elektronikmarkt, als eine der komplexesten Branchen. Allein die Herstellung von Halbleiterwafern kann, je nach Komplexität des Fertigungsprozesses, bis zu 1.400 Prozessschritte umfassen. Nach der Transistorisierung der untersten Schicht werden weitere Schaltkreise zum fertigen Produkt aufgebaut. Halbleiterfabriken benötigen große Mengen flüssigen Stickstoffs, um die Umgebungsbedingungen und die Waferträger (FOUPs) zu gewährleisten.

Dünne IC-Substrate verformen sich leicht, insbesondere bei hervorstehenden Bauteilen mit einer Platinendicke von weniger als 0,2 mm. Die Kosten für Flip-Chips beginnen bei den Lieferanten von Wafer-Substraten, Fertigungsbetrieben und Montage-/Verpackungsunternehmen. Die höheren Preise wirken sich auf den gesamten Prozess aus, von der Repassivierung und Umverteilung (RDL) der Waferfertigung bis hin zu den leistungsstarken, mehrlagigen organischen Aufbausubstraten der Substrathersteller. Die hohen Kosten und die Komplexität der Halbleitermaterialien hemmen somit das Marktwachstum.

Marktchance

Zunehmende Nutzung von KI, IoT und Datenanalyse

Die hohe Rechenleistung von KI erfordert schnell lieferbare, flexible und vielseitige Substrate für die Halbleiterindustrie, um mit den Fortschritten der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) Schritt halten zu können. Die Nachfrage nach schneller Echtzeitverarbeitung wird zudem durch die zunehmende Komplexität von Unterhaltungselektronik befeuert. Mit dem Fortschritt der IoT-Technologie werden Funktionen wie künstliche Intelligenz (KI), Datenanalyse, Echtzeit-Datenübertragung und -verarbeitung zu Standards für alle modernen Geräte und eröffnen den Anbietern im untersuchten Markt ein enormes Marktpotenzial. Der Fokus des Marktes liegt primär auf der Kommerzialisierung von Substraten für kostengünstige Gehäuse und geringe thermische Eigenschaften. Ein Beispiel hierfür ist die Markteinführung eines Halbleitergehäuse-Substratmaterials durch Panasonic Industrial Solutions im Jahr 2021, das geringe Gehäuseverformung und hohe Zuverlässigkeit auf Montageebene ermöglicht.

Im Zeitalter von künstlicher Intelligenz, hybriden Cloud-Lösungen und dem Internet der Dinge steigt der Bedarf an höherer Energieeffizienz und verbesserter Chip-Leistung. Um ihre Kompetenzen zu erweitern und einen größeren Kundenstamm zu bedienen, planen asiatische Unternehmen, ihre Kapazitäten auszubauen. Die SiC-Technologie bietet zudem im Vergleich zu gleichwertigen Siliziumbauelementen eine bessere Schalt- und Wärmeleistung. Um den wachsenden Bedarf an Hochleistungsanwendungen in Elektrofahrzeugen und anderen energiebezogenen Bereichen zu decken, werden neue SiC-Designs entwickelt.

Segmentanalyse

Der globale Markt für Halbleitermaterialien wird nach Anwendung, Endnutzer und Region klassifiziert.

Nach Anwendungsbereich umfasst der globale Markt für Halbleitermaterialien die Bereiche Fertigung und Verpackung.

Der Bereich Fertigung wird voraussichtlich den größten Marktanteil halten und im Prognosezeitraum mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,72 % wachsen. Die Fertigung ist weiter unterteilt in Prozesschemikalien, Fotomasken, Elektronikgase, Fotolacke, Hilfsstoffe, Sputtertargets, Silizium und Sonstiges. Das Siliziumsegment wird den größten Beitrag zu diesem Bereich leisten. Aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber extrem hohen Temperaturen und Strömen ist Silizium derzeit der am weitesten verbreitete Halbleiter in Leistungselektronikbauteilen wie Dioden, Thyristoren, IGBTs und MOSFET-Transistoren. Lange Lebensdauer, kompakte Bauweise, geringes Gewicht, einfache Fertigung, hohe mechanische Festigkeit, niedriger Leistungsbedarf und kostengünstige Produktion sind die Hauptvorteile von Silizium-basierten Halbleitern. Die Verwendung und Beliebtheit von Silizium als Halbleitermaterial werden auch durch seine physikalischen Eigenschaften beeinflusst.

Der Bereich Packaging wird den zweitgrößten Marktanteil halten. Packaging ist weiter unterteilt in Substrate, Leadframes, Keramikgehäuse, Bonddrähte, Vergussmassen (flüssig), Die-Attach-Materialien und Sonstiges. Das Substratsegment wird den größten Beitrag zum Packaging-Markt leisten. Elektronische Bauelemente wie Transistoren, Dioden und insbesondere integrierte Schaltungen (ICs) werden auf Substraten aus Halbleitermaterialien aufgebracht. Um die von den Bauteilen erzeugte Wärme effizient und schnell von den Leiterschichten abzuführen, müssen die Substrate eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus haben Substrate aufgrund ihrer Verwendung als Grundlage für Leiterplatten und die Herstellung kompakter Baugruppen ein beträchtliches Wachstum unter allen anderen Typen erfahren.

Nach Endverbraucherkategorien umfasst der globale Markt für Halbleitermaterialien die Bereiche Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Fertigung, Automobilindustrie, Energie und Versorgung sowie Sonstige.

Der Bereich Unterhaltungselektronik wird voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,2 % wachsen und im Prognosezeitraum den größten Marktanteil halten. Die steigende Beliebtheit und Erschwinglichkeit von Unterhaltungselektronik hat die Entwicklung von Halbleitermaterialien beeinflusst. Die komplexe Implementierung von Halbleitermaterialien, die für Endgeräte wie Laptops, Tablets, Mobiltelefone und Smartwatches benötigt werden, trägt zum Wachstum der Branche in diesem Sektor bei. Aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften gegenüber herkömmlicher Siliziumtechnologie sind Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) als Halbleitermaterialien in der Unterhaltungselektronik stark nachgefragt. Diese Materialien ermöglichen den Betrieb von Leistungshalbleitern bei hohen Spannungen, Temperaturen und Schaltfrequenzen.

Der Telekommunikationssektor wird den zweitgrößten Marktanteil halten. Für traditionelle mikroelektronische Anwendungen wie analoge und digitale integrierte Schaltungen wird typischerweise Silizium verwendet. Dies umfasst zahlreiche Anwendungen in allen Telekommunikationsgeräten, die in Büros und Haushalten zum Einsatz kommen. Verbindungshalbleiter werden in verschiedenen Nischenmärkten aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften wie großer Bandlücke, hoher Mobilität und direkter Bandlücke eingesetzt. Die Herstellung dieser Halbleiter erfordert risikoreiche und teure Rohstoffe.

Regionale Einblicke

Der asiatisch-pazifische Raum wird den größten Marktanteil halten, wobei Taiwan und China die bedeutendsten Akteure sind. Taiwan wird mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,4 % im Prognosezeitraum den größten Anteil ausmachen. Taiwan ist einer der größten Halbleiterproduzenten weltweit. Der taiwanesische Halbleitersektor wird von Taiwan Semiconductor Manufacturing Limited (TSMC), United Microelectronics Corporation und anderen bedeutenden Unternehmen getragen. Der weltweite Halbleitermangel hat ebenfalls zum Wachstum des Halbleitersektors beigetragen.

Der Bedarf an Halbleitern ist aufgrund des Booms von Unterhaltungselektronik, vernetzten Geräten und anderen Gadgets gestiegen, und viele Endverbraucher sind dabei auf taiwanesische Halbleiterhersteller angewiesen. Auch der nationale Strategieplan der chinesischen Regierung, „Made in China 2025“, hat maßgeblich zu diesem Anstieg beigetragen. Die Expansion des Halbleitersektors ist das Hauptziel dieses Plans. Darüber hinaus prognostiziert die Nationale Behörde für geistiges Eigentum Chinas (CNIP) für 2021 zwei Millionen Patentanmeldungen pro Jahr bis 2023, was die Nachfrage nach Halbleitermaterialien voraussichtlich weiter ankurbeln wird.

Markttrends in Nordamerika

Nordamerika wird ein signifikantes Marktwachstum verzeichnen. Obwohl sich der Halbleiterverbrauch in den letzten zehn Jahren deutlich in Richtung Asien-Pazifik verlagert hat, konnten die Vereinigten Staaten ihre Wettbewerbsfähigkeit in Nordamerika durch ein effektives Management globaler Lieferketten für Design und Fertigung bewahren. Die Fähigkeit des Landes, hochwertige Design- und Fertigungsarbeiten im Inland zu halten und gleichzeitig Produkte mit geringerer Wertschöpfung zu exportieren, war Teil dieser Strategie. Der amerikanische Halbleitersektor dominiert weiterhin den Markt in den forschungsintensiven Bereichen Chipdesign, EDA und Core-IP sowie Fertigungstechnologie.

Zahlreiche Unternehmen in der Region haben Partnerschaften geschlossen, um das regionale Wachstum zu beschleunigen. So kündigte beispielsweise SkyWater Technology, die einzige ausschließlich in den USA ansässige und betriebene Auftragsfertigerin, im Januar 2021 eine öffentlich-private Partnerschaft mit Osceola County, Florida, und BRIDG an, um den Zugang zu inländischen Entwicklungs- und Fertigungsdienstleistungen für fortschrittliche Gehäuse für Mikroelektronik zu verbessern. Die Vereinigten Staaten haben die Branche maßgeblich beeinflusst und taiwanesische Unternehmen von chinesischen Herstellern und inländischen Produzenten abgeworben.