Halbleitermangel in der Automobilindustrie – Informationen und Perspektiven

Was sind Halbleiter, wie kam es zur globalen Halbleiterkrise und wie kann man sie bewältigen? 

Der Automobilindustrie fehlt es an Halbleitern

Viele Funktionen in modernen Fahrzeugen werden von Computerchips gesteuert. Sie sind mittelweile unverzichtbar. Im letzten Jahr mussten viele Autokäufer lange Lieferzeiten in Kauf nehmen. Mancherorts wurden sogar Fahrzeugbestellungen storniert. Der Chipmangel ist zu einem großen Problem geworden, da die komplexe Fahrzeugelektronik von diesen Bauteilen abhängig ist. Mikrochips bestehen zum größten Teil aus Halbleitern, die in unseren Automobilen diverse Aufgaben übernehmen. Sie tun ihren Dienst in Steuergeräten, in Assistenzsystemen und übernehmen viele Sicherheits- und Komfortfunktionen. Die Digitalisierung ist schon weit vorangeschritten und geht beständig weiter. Daher werden ausgesprochen viele Mikrochips benötigt, denn diese haben in vielen Lebensbereichen Einzug gehalten. So ist die Mikroelektronik zu einer Schlüsseltechnologie geworden, denn die dauerhaft hohe Nachfrage gilt es zu befriedigen. So sehen Halbleiterproduzenten einer rosigen Zukunft entgegen: Es gibt kaum noch Geräte, die ohne Mikrochips auskommen. In der aktuellen Situation übersteigt die Nachfrage das Angebot, darum spricht man von einer Halbleiterkrise.

Halbleiter, was ist das?

Festkörper wie zum Silizium und Germanium werden als Halbleiter bezeichnet. Aus ihnen werden Mikrochips gefertigt. Man benutzt dazu vor allem geschmolzenes Silizium, das aus reinem Sand gewonnen wird. Silizium hat nun eine Eigenschaft, die man in der Elektronik nutzt: Es ist weder ein Isolator noch ein Leiter. Die elektrische Leitfähigkeit liegt dazwischen. Man kann nun durch Variation der Temperatur diese Leitfähigkeit steuern: Zur Erhöhung des Widerstands senkt man die Temperatur, zur Erhöhung der Leitfähigkeit setzt man die Temperatur herauf. Dies ermöglicht eine gezielte Steuerung des Stromflusses. Letztlich ist es eine Transportfunktion, welche die Halbleiter erfüllen, dabei wird die elektrische Energie, je nach Bedarf umgewandelt. Das ist die prinzipielle Funktion von Halbleitern.

Wozu werden Halbleiter verwendet?

Heutzutage sind Mikrochips wesentliche Bauteile eines Autos. Die Autokäufer bemerken das, weil Knöpfe und Regler immer mehr verschwinden und durch Funktionen des Displays ersetzt werden. Doch nicht nur in der Bedienung, sondern auch zum Beispiel beim Starten und beim Fahrverhalten des Fahrzeugs spielen Mikrochips eine wichtige Rolle. Mikrochips haben moderne Fahrzeuge sicherer gemacht, indem sie den Menschen vor Fahrfehlern bewahren. Darüber hinaus haben wurden die Fahrzeuge durch sie umweltfreundlicher. An anderer Stelle erleichtern sie einem Vieles: So öffnet sich zum Beispiel der Kofferraum ohne Berührung. Trägt man zwei volle Einkaufstaschen in den Händen ist die Erleichterung sehr direkt erfahrbar. Sie sind mittlerweile genau so wichtig geworden wie der Motor. Hunderte Mikrochips sind in den heutigen Fahrzeugen zu finden und sie dienen der Sicherheit und auch der Effizienz. Immer mehr mechanische Teile werden nicht mehr benötigt und durch digitale Assistenten ersetzt.

Wie kam es zur Halbleiterkrise?

Neben der Automobilbranche trifft der Halbleitermangel auch viele andere Bereiche. So sind zum Beispiel Hersteller von Smartphones, Computern und medizinischen Geräten ebenfalls davon betroffen. Die Anzahl der Geräte auf dem Markt, die Mikrochips benötigen, ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Der Mangel deutete sich daher schon ab 2018 an. Es wird noch einige Zeit bei diesem Mangel bleiben, denn die Probleme, die zur Krise geführt haben, bestehen fort. Ein Problem ist eine besondere Eigenschaft der Halbleiterchips. Diese können nicht unbegrenzt lange gelagert werden und müssen aus diesem Grund just-in-time produziert werden. Im Idealfall sollen die Bauteile geliefert und direkt montiert werden, ohne sie zwischenzulagern. Zu den weiteren Problemen gehören Rohstoffmangel sowie geopolitische Spannungen. Die letzte Regierung der USA hat durch Sanktionen versucht, den Einfluss chinesischer Elektronik-Konzerne wie Huawei zu beschränken. Die chinesische Firma hat darum komplette Bestände verfügbarer Chips aufgekauft. Schließlich trugen noch Naturkatastrophen und Havarien von Containerschiffen zur Verschärfung der Probleme bei, die noch immer nicht ausgestanden sind.

Wie hängt die Halbleiterkrise mit der Coronapandemie zusammen?

Auf ein Problem möchten wir gesondert eingehen: Die Covid-Pandemie.
Diese hat insofern zur gegenwärtigen Situation beigetragen, als dass zu Beginn des Jahres 2020 aufgrund der Pandemie die Automobilverkäufe stark zurückgingen, woraufhin die Fahrzeugproduzenten ihre Aufträge an die großen Chiphersteller stornierten. Nicht vorhersagbar war jedoch die schnelle Umkehr dieser Entwicklung, die zu einer verstärkten Nachfrage nach Fahrzeugen führte, für die wieder Mikrochips benötigt wurden. Die Chipfertiger hatten jedoch zwischenzeitlich ihre Kapazitäten an die Unterhaltungselektronik weitergeleitet, die ihrerseits einen Boom erlebte. Homeoffice, Homeschooling und Lockdowns führten zu einem erhöhten Bedarf an Laptops, Tablets, Spielekonsolen und Smartphones. Viele Halbleiter, die sonst in Autos eingebaut worden wären, wurden hierfür verwendet. Die Kapazitäten der Chipfertiger waren aufgebraucht und so konnte die Automobilindustrie nicht mehr beliefert werden. Hinzu kam: Während der Pandemie konnten die Fabriken nicht dauerhaft produzieren, weil es einerseits zu Lockdowns kam und andererseits der Transport der Chips zu den Fabriken unterbrochen wurde. Dadurch mussten auch die Autobauer ihre Produktion stoppen. Zwei Drittel des Weltmarktes werden von Chipfabriken in Taiwan bedient. In der Region kommt es immer wieder zu Spannungen mit China, welche sich negativ auf die Produktion auswirken. Bei den Corona-Infektionszahlen ist ein Anstieg zu verzeichnen. Jeder weitere Lockdown würde eine Entspannung der Lage verhindern.

Wie kommt man aus der Halbleiterkrise wieder heraus?

Die Herstellung von Halbleitern ist ein sehr aufwendiger Prozess, daher können neue Fabriken nicht einfach aus dem Boden gestampft und die Produktion wieder hochgefahren werden. Das für die Chips benötigte Silizium muss hochrein hergestellt werden und in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten werden. Es wurden schon neue Fabriken von Chipherstellern angekündigt, doch bis diese tatsächlich produzieren, können zwei Jahre vergehen. Die Autoindustrie wird sich bei zukünftigen Stornierungen zurückhalten müssen, um solch einer Situation vorzubeugen, zumal sie im Vergleich zur Unterhaltungsindustrie weniger Mikrochips abnimmt und daher nicht bevorzugt behandelt wird. In Zukunft könnte sich diese Rangfolge allerdings ändern, da Elektroautos auf dem Vormarsch sind, und diese mehr Chips benötigen als Verbrenner. Dies werden die Hersteller der Mikrochips berücksichtigen müssen. Eine deutliche Besserung des Angebots ist laut Experten erst ab 2023 zu erwarten. Um solch eine Verknappung in Zukunft zu vermeiden, möchte die Europäische Union selbst Produktionskapazitäten für die Chipherstellung schaffen. Die Autobauer versuchen nun, bis sich die Situation entspannt hat, mit stetiger Anpassung der Fertigungssteuerung zu reagieren. Dies führt zu kuriosen Effekten: Da gibt es Hersteller, die bauen in ihre Fahrzeuge wieder analoge Tachometer ein, da man so elektronische Bauteile einsparen kann. Andere verzichten auf Touchscreens damit Autos von Band laufen können. Reduzierung oder Modifikation der Ausstattung sind also ein möglicher Weg, um die negativen Folgen der Chipkrise abzufedern.

Im Video gibt es einen Großteil der Informationen noch einmal von der Süddeutschen Zeitung zusammengefasst:


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