Leitthema Leistungselektronik: GaN und SiC weiter auf dem Vormarsch
Ein Fokus-Thema der Productronica, die vom 18. bis 21. November in DE-München stattfinden wird, wird in diesem Jahr die Leistungselektronik sein, da sie von zentraler Bedeutung für die Elektromobilität oder die Dekarbonisierung und Digitalisierung der Wirtschaft ist.
Die Leistungselektronik ist ein zentraler Baustein moderner Technologien und findet sich in Netzteilen, Stromversorgungen oder Motorantrieben. Leistungshalbleiter sind zum Beispiel essenziell für das Wandeln von Gleich- in Wechselstrom und umgekehrt. Hiermit kommt der modernen Leistungselektronik eine wesentliche Rolle in der Energie- und Mobilitätswende, der Dekarbonisierung sowie der Digitalisierung zu – allesamt Themen, die auf der Productronica 2025 im Fokus stehen werden, wie es in einer Medienmitteilung heisst.
Neue Fertigungsstätten in Europa
Dass Leistungselektronik Bestandteil aller wichtigen Zukunftstechnologien ist, lässt sich gut am Markttrend ablesen. So schätzen Analysten von Markets and Markets die jährliche Wachstumsrate der Leistungselektronik bis 2028 auf 5,7 Prozent, mit einem steigenden Marktvolumen von 46,2 Mrd. US-Dollar im Jahr 2023 auf 61 Mrd. US-Dollar im Jahr 2028.
War bisher Nordamerika mit über 30 Prozent der Marktanteile führend als Produzent der weltweiten Leistungselektronik, soll vor allem der APAC-Raum (Asien-Pazifik) in Zukunft mit etwa 54 Prozent Marktvolumen zum Vorreiter des globalen Marktes aufsteigen, mit den grössten Beiträgen aus China, Japan, Südkorea und Indien. Aber auch Europa geht mit breiter Brust voran, wie es weiter heisst: So investieren derzeit namhafte Halbleiterhersteller wie Infineon Technologies oder Vishay in neue Fertigungsstätten, beispielsweise in Deutschland, Italien und der Tschechischen Republik.
GaN und SiC steigern Marktanteile sukzessive
Wichtigste Wachstumstreiber im Bereich der Leistungselektronik sind dabei die sogenannten Wide-Bandgap-Halbleiter Galliumnitrid (GaN) sowie Siliziumkarbid (SiC). Diese sind zwar derzeit noch teurer als klassische Leistungshalbleiter wie Silizium-IGBTs oder MOSFETs, können aber wesentlich höhere Spannungen und Frequenzen schalten.
Grösster Vorteil von GaN und SiC ist die grosse Bandlücke von 3,4 eV bei GaN und 3,2 eV bei SiC im Vergleich zu 1,1 eV bei Si-IGBTs. Dies bringt Vorteile wie eine effiziente Wärmeableitung, hohe Schaltfrequenzen, eine hohe Durchbruchfestigkeit sowie eine geringe Leistungsaufnahme und damit eine hohe Energieeffizienz mit sich. Im Vergleich zu SiC ist GaN für hohe Frequenzen prädestiniert und wird deshalb oft für Server- und Low-Power-Anwendungen eingesetzt, während SiC Vorteile bei hohen Leistungen gegenüber GaN mitbringt und deshalb in Anwendungen wie Energieversorgung, Transportwesen oder Motorsteuerungen bevorzugt zum Einsatz kommt.
Si-IGBTs sind derzeit noch kostengünstiger als Wide-Bandgap-Technologien und überzeugen durch schnelle Schaltgeschwindigkeiten und eine hohe Strombelastbarkeit. Jedoch sind sie thermisch wesentlich instabiler, weshalb sie in Zukunft deutlich weniger Einsatz finden werden als die neuen Technologien.
Exponate und Aussteller auf der Productronica
Hersteller von Leistungshalbleitern stehen vor der Herausforderung, die neuen Materialien technisch beherrschbar und wirtschaftlich einsetzbar zu machen, während sie gleichzeitig steigende Anforderungen an Effizienz, Zuverlässigkeit und Miniaturisierung erfüllen müssen. Zusätzlich erschweren hohe Investitionskosten, das weltweite Ringen um Rohstoffe sowie der Fachkräftemangel eine schnelle Skalierung der Produktion.
Auf der Productronica 2025 zeigen Aussteller aus dem Halbleiter-Ecosystem wie sie mit einem guten Gespür für die richtigen Technologien und Innovationsfreude diese Herausforderungen lösen. Beispielsweise zeigt F&S Bondtec wie das Unternehmen mit der richtigen Verbindungstechnik hochwertige Maschinen für die Chiplets Produktion herstellt, die den Anforderungen an die Miniaturisierung nachkommen. Auch Panasonic bietet mit seinen überzeugenden SiC-Packaging-Lösungen immer die richtige Verbindung. Führende Hochvolumen-Packaging-Technologien für SiC und GaN zeigt beispielsweise ASMPT und Yamaha Robotics stellt passende Roboter für das Packaging von Halbleiterbausteinen vor.
VDMA-Productronic Sonderschau «Special Exhibit»
Daneben bietet der VDMA – ideeller Träger der Productronica – Besuchern an seinem «Special Exhibit» Einblick in verschiedene Kooperationen für Forschung und Entwicklung im Bereich der Leistungselektronik. So demonstriert beispielsweise das Unternehmen Schweizer Elektronik wie ein Si-MOSFET den Leistungsteil eines Inverters für einen Startgenerator verbessert. Silicon Austria Labs zeigt unter anderem, wie mit modernen Leistungsbauteilen ein Energiewandler-Kontrollpanel für Windkraftanlagen wesentlich leitungseffizienter arbeiten kann. Ausserdem präsentiert das Unternehmen Elektra Solar ein elektrisch angetriebenes Flugzeug auf der Productronica.
Plattform zum Austausch
Besucher der Productronica 2025 können sich aus erster Hand über die neuen Trends im Bereich der Leistungselektronik informieren. Mehr als 1400 Aussteller versammelt die Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik im November in München. Parallel lädt die Semicon Europa dazu ein, die komplette Wertschöpfungskette der Halbleiterindustrie in den Hallen B1, C1 und C2 kennenzulernen.