Bauteileentwicklung Die Halbleiterindustrie in der Midlife-Krise

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Geringere Wachstumsraten und große technische Herausforderungen ändern nichts daran, dass die Mikroelektronik Trendsetter bleibt und erheblich zur Lösung der weltweiten Probleme beitragen wird.

Die Halbleiterindustrie steht vor gewaltigen Herausforderungen. Investitionen in neue Fabriken steigen ins Astronomische: 5 Mrd. Dollar für eine State-of-the-Art 300 mm Wafer-Fab sind die Regel. Nur wenige Hersteller können sich dies noch leisten.

Selbst wenn man nicht für alle Halbleiterkomponenten diese Dimensionen benötigt, so sind es doch die Technologietreiber Mikroprozessoren, Speicher und Logik (Systems on Chip), die auf diese Weise noch kosteneffizient und mit den entsprechenden Leistungsparametern produziert werden können (nicht nur die Integrationsdichte, auch das Leistungsmanagement).

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Wirtschaftlichkeit ist nur über größere Waver zu erreichen

Des Weiteren stößt die Miniaturisierung langsam an ihre Grenzen. Laut Forbes Magazin vom August 2014 ist Intel der erste Hersteller, der ausgewählte 14-nm-Produkte in Masse produzieren kann, Samsung, Global Foundries und TSMC, die einzigen anderen Hersteller, die sich wohl noch 5 Mrd. Dollar pro Fabrik leisten können, sind Intel auf den Fersen. Sicher werden die Kunden der Foundries auch von diesen Prozessen produzieren, aber die Durchdringung mit 14-nm-Produkten (hauptsächlich für den Mobile Computing und Mobile Communication Markt) wird dauern.

Schon bei den nächsten geplanten Stufen (10, 7 und 5 nm) werden sich die technischen Probleme weiter vervielfältigen: komplexeres Schaltkreisdesign, Lithographiegrenzen, parasitäre Effekte, Testen und wohl viel andere Teilprozesse mehr, hinzu kommen wirtschaftliche Aspekte. Das Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC) in Leuven, eines der führenden Forschungsinstitute in der Halbleiterindustrie, rechnete schon 2013 vor, dass die höheren Kosten pro Wafer (300 mm) bei kleineren Geometrien die Skalierungsvorteile auffressen und die Wirtschaftlichkeit nur über größere Wafer (450 mm) zu erreichen sei.

Wie lässt sich diese explodierende Komplexität vor einem bescheidenen wirtschaftlichen Hintergrund darstellen? Laut WSTS (World Semiconductor Trade Statistics) ist der Welthalbleitermarkt von 2008 bis 2013 um durchschnittliche 4,2% gewachsen, auf 306 Mrd. US-Dollar. Die WSTS Prognose von 2013 bis 2018 geht von durchschnittlich 3,9% aus, auf ein Marktvolumen von dann 370 Mrd. Dollar. Zwar sind die Marktforscher von Electronic Outlook und Gartner etwas optimistischer und sehen dieses Volumen schon 2016 bzw. 2017 erreicht, doch der Unterschied in der Wachstumsrate ist marginal: durchschnittlich 4,5% gegenüber 3,9%.

Der europäische Halbleitermarkt ist seit 2008 rückläufig

Sicher wird es die üblichen zyklischen Ausreißer nach oben wie nach unten geben, doch insgesamt klingen die Wachstumsaussichten recht bescheiden angesichts des gigantischen Hypes um Smartphones, Tablets und den noch zu realisierenden Wachstumsmärkten wie Internet of Things, Elektroautos, Smart Cities und anderer Megatrends. Eine Frage, die häufig gestellt wird, ist: Wann sind die Sättigungsgrenzen im Mobile Computing oder der Mobilkommunikation erreicht, wofür ist der Endverbraucher noch bereit mehr Geld auszugeben, was dann wiederum zu mehr Zuwachs im Halbleitermarkt führen würde?

An Europa läuft diese Art Geschäft ohnehin vorbei. Tablet- und Smartphone-Produktion tragen zum europäischen Halbleitermarkt kaum etwas bei, am ehesten noch die klassische Mobilkommunikation, doch auch hier (in der Infrastruktur zum Beispiel) haben sich die Vorzeichen geändert: Huawei statt NSN.

Den Löwenanteil des europäischen Halbleitermarktes bestreiten ohnehin seit Jahren die Automobilindustrie und der große, allumfassende Bereich Industrial (alles, was nicht Computer, Kommunikation, Consumer, Military oder Automotive ist), die eine stärkere Dynamik auswiesen und wohl auch in der Zukunft aufbringen werden.

Aber dennoch: Auch die starke Innovationskraft dieser Bereiche in Europa konnte nicht verhindern, dass der europäische Halbleitermarkt seit 2008 zurückgegangen ist, und dass er laut WSTS bis 2018 im Schnitt nur um 2,5% wachsen wird (in US-Dollar), auf ein Volumen von dann 40 Mrd. Dollar (zum Vergleich: Das ist der Jahresbedarf des weltgrößten chinesischen Auftragsfertigers für Elektronik). Auch in Euro wird das Bild nicht total anders sein, es sei denn der Euro bricht ein oder wird noch stärker gegenüber dem Dollar. 40 Mrd. Dollar, das entspricht einem Weltmarktanteil von 11% (20% im Jahr 2000).

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