Marktbericht zu Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Endverbraucherbranche (Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik, IT und Telekommunikation, Militär und Luft- und Raumfahrt, Energiewirtschaft, Industrie, Sonstige Endverbraucherbranchen) und nach Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika), Prognosen, 2025–2033

Marktwachstumsfaktoren

Wachsende Nachfrage nach drahtloser Kommunikation und Unterhaltungselektronik

Der weltweit steigende Verbrauch von Unterhaltungselektronik wirkt sich positiv auf die Marktentwicklung aus. Heutzutage benötigen zahlreiche Konsumprodukte Halbleiter, darunter Kommunikationsgeräte (wie Smartphones, Tablets, Smartwatches und andere Gadgets), Computer (sowohl PCs für den privaten als auch für den geschäftlichen Einsatz, die Leiterplatten verwenden), Unterhaltungssysteme und Haushaltsgeräte. Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter (SiC-Leistungshalbleiter) sind aufgrund des hohen Energieverbrauchs von Geräten wie Laptops erforderlich. SiC-Leistungshalbleiter tragen zur Energieeinsparung dieser Geräte bei. Der weltweite Energieverbrauch steigt mit der Anzahl der Unterhaltungselektronikgeräte, was den Bedarf an SiC-Leistungshalbleitern weiter steigert.

Die Nachfrage nach SiC-Halbleitern dürfte steigen, da Schnellladen bei Tablets und Laptops immer häufiger Standard wird. Aktuell bieten nur wenige Laptop-Hersteller Schnellladeoptionen an. Zudem wird der Wärmeverlust bei höherer Energieaufnahme durch den Einsatz von SiC-Leistungshalbleitern in den Ladegeräten reduziert. Massive MIMO, bei dem eine große Anzahl von Antennen an der Basisstation installiert ist, ist eine weitere Technologie, die in 5G-Netzen zum Einsatz kommt. Daher bietet 5G dem betrachteten Markt im Prognosezeitraum enorme Chancen.

Marktbeschränkung

Mangel an Siliziumwafern und variable Ansteueranforderungen

Trotz der überlegenen thermischen Eigenschaften von SiC-basierten Halbleitern, die ihnen eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium-basierten Halbleitern ermöglichen, wird die Gehäusetechnologie stetig weiterentwickelt. Die meisten SiC-Bauteile werden derzeit mit siliziumspezifischen Verfahren wie Draht- und Chipbonden verkapselt. Diese Verfahren sind jedoch weit verbreitet, kostengünstig und bewährt. SiC kann zwar mit dieser Technik verkapselt werden, sie eignet sich jedoch nur für Niederfrequenzschaltungen (im Bereich von einigen zehn kHz). Darüber hinaus kann das SiC-basierte Leistungsbauelement bei hohen Frequenzen aufgrund übermäßiger parasitärer Kapazitäten und Induktivitäten sein volles Potenzial nicht ausschöpfen. Daher würde eine breite Anwendung von SiC möglicherweise eine Modernisierung der Produktionsanlagen erfordern, was beim aktuellen Entwicklungstempo nicht realisierbar ist.

Marktchance

Steigende Nachfrage nach batteriebetriebenen tragbaren Geräten

Unterhaltungselektronik wird mit Lithium-Ionen-Technologie betrieben, der derzeit besten verfügbaren Energiequelle. Diese modernen Akkus stoßen jedoch an ihre Grenzen, beispielsweise hinsichtlich der Akkulaufzeit. Weltweit werden in Laboren verbesserte Lösungen entwickelt, um Akkus mit geringerem Energieverbrauch herzustellen. Die Nachfrage nach Schnellladefunktionen steigt, da Hersteller die Akkukapazität ihrer Produkte erhöhen. In der Vergangenheit haben Unternehmen bereits zahlreiche fortschrittliche, energieintensive Sensoren verbaut.

Darüber hinaus haben Komponentenhersteller wie ARM, Qualcomm, Bosch usw. in den letzten Jahren verstärkt neue CPUs und Chipsätze auf den Markt gebracht, um den stetig steigenden Kundenanforderungen gerecht zu werden. Die verbesserte Architektur der neuen CPUs bietet die dauerhafte und stets einsatzbereite Leistung, die tragbaren Geräten jahrelang gefehlt hat. Diese Entwicklungen zielen außerdem darauf ab, die Akkulaufzeit und die Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Situationen zu maximieren. Im Prognosezeitraum wird das Marktwachstum voraussichtlich durch den steigenden Bedarf an energieeffizienten Batterietechnologien begünstigt.

Regionale Einblicke

Der asiatisch-pazifische Raum ist der bedeutendste Marktteilnehmer im globalen Markt für Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 43,40 % wachsen. Unternehmen wie SK Siltron, einer der fünf größten Waferhersteller weltweit und ein südkoreanischer Produzent von Siliziumwafern mit einem Jahresumsatz von 1,542 Billionen KRW, wovon 17 % auf den globalen Siliziumwafer-Absatz entfallen, sind in der Region stark vertreten. SK Siltron übernahm im März 2020 zudem vollständig die Siliziumkarbid-Wafer-Sparte (SiC-Wafer) von DuPont. Es wird erwartet, dass die SiC-Wafer-Produktion von SK Siltron infolge der Übernahme steigen wird, was das Engagement des Unternehmens für weitere Investitionen in verwandte Branchen unterstreicht. Um der Kundennachfrage gerecht zu werden, setzen Hersteller von Leistungshalbleitern auf neue Materialien wie Siliziumkarbid (SiC), das bei höheren Spannungen, Temperaturen und Frequenzen arbeitet und gleichzeitig eine höhere Effizienz und Lebensdauer bietet. Diese Übernahmen und Fusionen in der Region werden voraussichtlich das Marktwachstum ankurbeln.

Markttrends in Nordamerika

Für Nordamerika wird ein jährliches Wachstum von 41,80 % erwartet, was im Prognosezeitraum zu einem Umsatz von 3.898,64 Millionen US-Dollar führen dürfte. Die neuen SiC-Traktionsumrichter wurden vom Powertrain Power Electronics Team von Karma in Zusammenarbeit mit dem Power Electronic System Laboratory (P.E.S.L.A.) der Universität von Arkansas entwickelt. Laut Unternehmen eignen sich die neuen Umrichter für verschiedene Branchen, darunter die Automobil-, Luftfahrt-, Bahn-, Landwirtschafts- und Industriebranche. Die Vereinigten Staaten sind zudem führend im Einsatz modernster Technologien für militärische Zwecke. Die USA geben weltweit am meisten für ihr Militär aus, was den Militärsektor zu einem lukrativen Endkundenmarkt macht.

Der europäische Kontinent ist ein bedeutender Treiber und Anwender moderner Technologien und beherbergt einige der wichtigsten Technologiezentren weltweit. Der Markt wächst aufgrund der zunehmenden Verbreitung fortschrittlicher Technologien und Halbleiter in zahlreichen Branchen. Viele auf Halbleiter spezialisierte Unternehmen konnten sich dank der verstärkten Förderung von Forschungsinitiativen durch die regionalen Regierungen und eines Umfelds mit starker technologischer Vernetzung weiterentwickeln. Die Bundesregierung hatte sich zum Ziel gesetzt, die Anzahl der Forschungseinrichtungen bis 2020 auf 20.000 und die der Innovationsorganisationen auf 140.000 zu erhöhen.

Lateinamerika, der Nahe Osten und Afrika werden unter dem Begriff „Übrige Welt“ betrachtet. Aufgrund der Entwicklungen im lokalen Militär- und Telekommunikationssektor wird in diesen Regionen im Prognosezeitraum ein stetiges Marktwachstum erwartet. In der Golfregion wird Solarenergie zur Deckung des Energiebedarfs eingesetzt. Die Vereinigten Arabischen Emirate planen, ihre Stromerzeugungskapazität um etwa 21 GW zu erhöhen, wobei Solarenergie voraussichtlich 26,1 % der gesamten zusätzlichen Erzeugungskapazität ausmachen wird. Daher wird erwartet, dass alle Fortschritte in den Vereinigten Arabischen Emiraten, Saudi-Arabien und Ägypten dem betrachteten Markt im Prognosezeitraum Chancen eröffnen werden.

Endnutzer-Einblicke

Der Automobilsektor ist der bedeutendste Marktanteil und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 48,80 % wachsen. Die Anwendung von Siliziumkarbid (SiC)-Bauelementen in Fahrzeugantrieben ist Gegenstand von Forschungsinitiativen. Jüngste Entwicklungen haben sie jedoch zunehmend zu einer praktikablen Lösung gemacht.

• SiC wird beispielsweise aktuell in den Fahrzeugarchitekturen von Tesla eingesetzt, die eine Schnellladelösung nutzen. Die Anzahl der Elektrofahrzeuge auf den Straßen wird voraussichtlich steigen, da Regierungen weiterhin erneuerbare Energien fördern und Automobilhersteller nach Möglichkeiten suchen, die Produktionskosten ihrer Fahrzeuge zu senken. Kontinuierliche Fortschritte in der Batterietechnologie, angetrieben durch die Verbrauchernachfrage nach kleineren, leichteren und sichereren Batterien, die schneller laden und länger halten, spielen dabei eine entscheidende Rolle. SiC-Halbleiter eignen sich ideal für Plug-in-Hybrid-Anwendungen (PHEV) und vollelektrische Fahrzeuge, beispielsweise für Onboard-Ladegeräte und Wechselrichter (EVs).

SiC-Leistungshalbleiter sind aufgrund des Bedarfs von Elektronikherstellern an längeren Akkulaufzeiten ihrer Produkte stark nachgefragt. Die Nachfrage nach Geräten mit geringem Ladestrom treibt das Marktwachstum in dieser Branche an, da Hersteller von Unterhaltungselektronik die Akkukapazität ihrer Produkte – darunter Smartphones, Wearables und Smart-Home-Geräte – kontinuierlich erhöhen. Der Smartphone-Markt ist in letzter Zeit sehr wettbewerbsintensiv geworden. Schnellladen, mittlerweile Standard bei Tablets und Laptops, dürfte die Nachfrage nach SiC-Halbleitern weiter steigern.

Siliziumbasierte Leistungselektronik eignet sich besser für das Energiemanagement in IT-Anwendungen mit Spannungen unter 600 V. Entwicklungsingenieure benötigen leistungsstarke und zuverlässige MOSFETs, um die hohen Anforderungen an Effizienz und Leistungsdichte moderner IT- und Telekommunikationsanwendungen zu erfüllen. SiC-MOSFETs befinden sich noch in der Anfangsphase ihrer Marktdurchdringung, während SiC-Dioden in High-End-Netzteilen für Server und Telekommunikationssysteme eingesetzt werden. SiC besitzt die dreifache Wärmeleitfähigkeit und eine zehnmal höhere Durchbruchfeldstärke als Leistungs-MOSFETs. Server-Netzteile müssen immer höhere Wirkungsgrade bei minimalen Wärmeverlusten erzielen. Moderne Hyperscale-Rechenzentren nutzen Serverracks mit über 30 kW Leistung und hochentwickelte Kühlmanagementsysteme, um die digitale Wirtschaft, Big Data, IoT und künstliche Intelligenz zu unterstützen.