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Halbe Sachen - Wie die Halbleiter Knappheit die Automobil-Branche lähmt


Chip mit Halbleitern
Adi Goldstein @Unsplash

Die Mikrochips sind aus modernen Autos nicht mehr wegzudenken, denn sie steuern alle elektronischen Anwendungen Im Fahrzeug. Mit steigendem Grad der Digitalisierung wächst auch der Bedarf nach Mikrochips stetig. Autos oder fahrende Computer? Letzteres könnte man meinen, denn mittlerweile haben Autos mehr Softwarecode als ein handelsübliches Flugzeug. Und da in Autos viele Safety-Elemente mit Mikrochips gesteuert werden, ist die Anforderung an die Qualität enorm hoch. Nicht zuletzt durch den vergangenen Krisen-Peak während der Pandemie und abweichend kalkulierten Auftragsprognosen sind die Halbleiter-Lieferketten im Automobilbereich eingebrochen. Nun verzeichnet die Branche aus diesen und diversen weiteren Gründen einen erheblichen Chip-Mangel. Eine schnelle Lösung des Problems scheint nicht in Sicht: Die Entwicklung und Produktion der Halbleiter gestalten sich komplex und zeitaufwändig. Ein Artikel über Auswirkungen und Folgen des Mangels.

Wie sieht die Lieferkette der Mikrochips aus?


Automobilhersteller ordern die elektronischen Bauteile in der Regel bei Zulieferern wie Bosch, Continental oder ZF Friedrichshafen. Halbleiterkonzerne wie Infineon, ST-Microelectronics, NXP oder Nvidia versorgen wiederum diese Zulieferer. Besagte Chip-Firmen geben ihre Aufträge oder Teile davon an sogenannte Foundries, beziehungsweise Auftragsfertiger, ab. Global führendes Foundry Unternehmen ist derzeit die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Unter allen Chip-Giganten ist der Großteil in Asien ansässig.

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Wege eines Chips

Gründe für den Halbleiter Mangel

Der Umsatz der Halbleiter - Industrie wächst durch den steigenden Bedarf stetig an. Im Bereich Mikroprozessoren und Mikrocontroller betrug er im Jahr 2020 weltweit rund 60,7 Mrd. US-Dollar. Tendenz ist weiter steigend. (Quelle: Statista auf Basis der Daten der IHS Markit). Dass Autobauer besonders betroffen sind von der Krise, liegt auch an der unerwartet hohen Nachfrage in der Pandemie, die einen deutlich höheren Umsatzeinbruch prognostizierte. Chiphersteller hatten in der Zwischenzeit ihre Aufträge vermehrt auf die Computer -und Smartphone-Branche konzentriert aufgrund von steigender Auftragslage bereits zu Beginn der Pandemie. Auch China antwortete direkt nach der ersten Corona-Welle auf die gestiegene Autonachfrage mit einer erhöhten Produktion – so waren verfügbare Mikrocontroller bereits vom Markt verschwunden. Außerdem verteilen Chip-Hersteller ihre Aufträge an nur wenige Anbieter. Verheerende Umwelteinflüsse, die Produktionsstopps (v.a. im Raum Asien) erzwangen, sind an dieser Stelle auch zu erwähnen.

Aufwändige Produktion und Lagerung der Halbleiter


Die Produktion der Chips gestaltet sich kompliziert und kann nicht sensibel auf eine steigende Auftragslage reagieren. Die Durchlaufzeiten betragen zwischen sechs Wochen und drei Monaten. Hauchdünne Siliziumscheiben, auch Wafer genannt, werden aufwändig gefertigt. Bei dem gesamten Prozess, der ungefähr 1000 Schritte beinhaltet, wird das Silizium mehrfach beschichtet und mit speziellen Schablonen belichtet, kleinste Stellen werden verätzt und mit Ionen beschossen. So entstehen je nach Prozess und Durchmesser der Scheibe einige Dutzend bis mehrere Tausend Chips (aus einem Wafer).

Als Work-Environment ist eine staubfreie Umgebung maßgeblich entscheidend, denn schon kleinste Partikel können negativen Einfluss auf die Produktion nehmen. Daher sind Anforderungen an Produktionsumgebungen enorm hoch. Auch die Lagerung der Mini-Platinen gestaltet sich schwierig. Somit können die Chips auch nicht auf Vorrat bzw. für eine geplante Lagerung produziert werden, erklärt Herr Reinhard Ploss, Vorstandschef des Chipherstellers Infineon bei der Quartalspressekonferenz Anfang Februar "Halbleiter - [...] haben ein Verfallsdatum. Irgendwann können wir diese aus Qualitätsüberlegungen nicht weiterverwenden. Deswegen legen wir keine endlosen Bestände an Lager an."

Teure Produktionsstätten


Nur bei konstant hohen Auslastungen sind die Halbleiter-Produktionsstätten rentabel, so kann man "nicht eben mal" eine Produktionsfabrik bauen. Wie anfangs erwähnt, existieren aktuell eine Handvoll Foundries - dies liegt vor allem an den hohen Produktionskosten, erklärt Joachim Damasky vom Automobilverband VDA. "Man muss einfach sehen, dass es eine Verlagerung in den letzten Jahren dahingehend gab, dass die Hersteller von Halbleitern die hohen Investitionskosten, die notwendig sind, um eine mehrere Milliarde Euro teure Produktionsanlage irgendwo aufzubauen für bestimmte Prozessoren, nur dann getragen werden können, wenn man diese sehr hoch auslasten kann. Und das können diese Auftragsfertiger deutlich besser."


Abhängigkeiten von chinesischem Silizium


Der wichtigste Stoff in der Produktion, Silizium kommt auf der Erde zwar häufig vor, jedoch wurden im Jahr 2020 von insgesamt acht Millionen Tonnen weltweit über fünf Millionen Tonnen in China produziert (Quelle: Statista, weltweiter Siliziumabbau im Jahr 2020). Als ersten Produktionsschritt wird in einem energieintensiven Verfahren zunächst Quarz geschmolzen. Dieser Vorgang beschreibt die Problematik in diesem Zusammenhang: Die Stromversorgung und steigende Strompreise. Als Antwort darauf haben viele Schmelzen die Produktion heruntergefahren. Damit zeigt sich die starke Abhängigkeit von der chinesischen Siliziumproduktion.

Auswirkungen


Wir haben uns in diesem Zusammenhang mit Experten der Automobilbranche unterhalten und interessante Einblicke über die Auswirkungen des Chipmangels speziell auf die Automobilbranche erhalten.

Durch den Chipmangel haben die OEMs derzeit eine sehr niedrige Verhandlungsmacht. [...] Lieferanten fordern deshalb deutlich höhere Preise, auch bedingt durch Logistik-Engpässe.

Aufgrund der Pandemie ist der Schifffrachtverkehr deutlich eingeschränkt und Container werden zum Teil an den Höchstbietenden versteigert. Durch den Nachfrageüberhang am Chip-Markt lässt sich kein Vorzugsrecht erkämpfen, nicht nur die Automobilbranche, auch der Consumer Electronics Bereich ist massiv von den Engpässen betroffen. Letzterer macht einen viel größeren Anteil aus, verglichen mit Computer- und Handyhersteller sind Autobauer relativ kleine Abnehmer der Chipbranche. Etwa acht Prozent der weltweit produzierten Halbleiter wandert in Autos, das entspricht ungefähr dem Nachfrage-Volumen des Technik-Konzerns Apple.

Der Branchen-Experte führt zudem an

Für Automotive müssen 15 Jahre lang Ersatzteile bereitgestellt werden, dadurch ist man als Abnehmer für Halbleiterunternehmen deutlich weniger attraktiv.

So verschiebt sich das Machtgefüge innerhalb der Branchen deutlich, auch die Kosten für die kleinen Chips können nun vom Hersteller selbst bestimmt werden, bisweilen aber auch durch die immer teurer werdende Produktion - Die Anforderungen an den Halbleiter steigen. Auch Lieferanten profitieren von der neuen, für sie positiven Machtverteilung, denn beim Preis können sie mitbestimmen.

Eigenes Know How aufbauen - wie im Vorbild von Tesla und Apple?


"Wir erkennen immer mehr, dass uns [Automobilbranche] die Abhängigkeit lähmt. Daher stellt man Überlegungen an, sich selbst Know-How und Kapazitäten aufzubauen, um sich so unabhängiger von den Herstellern und wachsendem Preisgefüge zu machen." so ein Branchenkenner im Interview. Manufacturer der Automotive Branche hat sich zum Ziel gesetzt, sich mit eigenem Know-How von Abhängigkeiten zu lösen. Denkbar sind dabei mehrere Szenarien:

Zum einen der interne Aufbau von Know-How und Kapazitäten, zum anderen die Beteiligung an etablierten Playern. An dieser Stelle ist auch der Zusammenschluss mit Konkurrenten der Branche möglich, um eine größere Marktmacht am Halbleitermarkt zu generieren. Der Aufbau eigener Kapazitäten bedeutet einen hohen zeitlichen Faktor, denn eine eigene Fabrik aufzubauen benötigt Jahre. Konkurrent Tesla setzt währenddessen selbst auf eigene Halbleiterkompetenzen und profitiert darüber hinaus von seiner stabilen Chipkalkulation während der Corona-Krise.

Der Trend des Know-How-Aufbaus ist nicht nur in der Automobilbranche zu erkennen. Apple hat schon vor langer Zeit den Wissenstransfer vollzogen, entwickelt Prozessoren selbst und lässt diese von TSMC fertigen. Auch AWS (Amazon) designt seine Halbleiter selbst, um mehr Leistung bei niedrigeren Preisen zu ermöglichen. Der Aufbau des Know-Hows erfolgt auf beiden Seiten: Nicht nur OEMs (z.B. Apple, Volkswagen, etc.) eignen sich immer mehr Wissen an, sondern auch die Chip-Hersteller selbst, "rüsten" auf. Ein prominentes Beispiel hierzu bietet der Chiphersteller Qualcomm, welcher gemeinsam mit SSW Partners den Automotive IT-Spezialisten veoneer übernehmen möchte.

Das Halbleiter Fazit

Aus Sicht der OEMs wird sich der Pandemie-bedingte Chip-Mangel vermutlich in der kommenden Zeit etwas ausgleichen, da Auftragslagen stabiler kalkuliert werden können. Nichtsdestotrotz ist kein Ende der Abhängigkeit von Asien, globalen Lieferketten sowie den Halbleiterunternehmen in Sicht. Ein eigener Know-How bzw. Kapazitäten-Aufbau wird daher für Industrieunternehmen immer wichtiger, gestaltet sich aber weiterhin als kompliziert, aufwändig und teuer. Dennoch gibt es einzelne Firmen, die diesen Schritt bereits gehen - große Tech-Unternehmen ziehen nach, die Automobilindustrie folgt.

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