Skip to content

Oorzaken en oplossingen van materiaaltekorten in de halfgeleidersector

De halfgeleiderindustrie kampt met een groot probleem: materiaaltekorten. De belangrijkste oorzaak van dit tekort is de toenemende vraag naar geavanceerde technologieën voor mobiele telefoons en zonnecellen. Hiervoor zijn meer materialen nodig dan ooit tevoren. Vooral de auto-industrie wordt zwaar getroffen. In dit artikel leggen we uit hoe de tekorten zijn ontstaan en hoe ze in de toekomst kunnen worden voorkomen.

De halfgeleiderindustrie kampt met een groot probleem: materiaaltekorten. De belangrijkste oorzaak van dit tekort is de toenemende vraag naar geavanceerde technologieën voor mobiele telefoons en zonnecellen. Deze vereisen meer materialen dan ooit tevoren. Vooral de auto-industrie wordt zwaar getroffen. In dit artikel leggen we uit hoe de tekorten zijn ontstaan en hoe ze in de toekomst kunnen worden voorkomen.

Waarom is er een tekort aan materialen voor halfgeleiders?

Halfgeleiders worden gebruikt bij de productie van microchips en zonnecellen. De kleine 'miniatuurcomputers' zitten in computers, in voertuigen, in huishoudelijke apparaten, in consumentenelektronica, in mobiele telefoons, in elektronisch gestuurde productie-installaties en in de medische technologie.

Door de toenemende digitalisering blijft de vraag naar halfgeleiders enorm toenemen. En de klimaatbescherming vereist meer zonnepanelen op de daken.

De redenen voor het huidige tekort aan materialen voor halfgeleiders zijn talrijk. De oorzaken zijn divers en een mengeling van ongelukkige omstandigheden heeft tot het huidige tekort aan halfgeleiders geleid:

  • Tekorten bij grondstofleveranciers
  • Veranderde microchipmarkt als gevolg van de Corona-pandemie
  • Zelf veroorzaakte problemen bij de auto-industrie
  • Handelsconflict tussen China en de VS

Tekorten bij leveranciers

Microchips zijn gebaseerd op halfgeleiders, meestal gemaakt van het halfmetaal silicium. En het probleem begint al bij de productie van silicium. Aan de grondstof kwartszand is geen gebrek, maar het smelten van silicium daaruit is vrij energie-intensief.

In 2020 kwam vijf miljoen van de acht miljoen ton silicium die wereldwijd werd geproduceerd, alleen al uit China. Stijgende elektriciteitsprijzen zorgden ervoor dat tal van Chinese smelterijen hun productie moesten afremmen.

De redenen waren deels te wijten aan lege reservoirs als gevolg van droogte, overstromingen en productieverlies door de Coronapandemie. Ongeveer 20 fabrieken lagen stil.

Maar het gebrek aan ruw silicium was niet de enige factor. Chipfabrieken draaien al op de limiet. Het is dan ook de vraag of zij met meer grondstoffen überhaupt meer zouden kunnen produceren.

Veranderde microchipmarkt door Corona-pandemie

De Corona-pandemie heeft de markt veranderd. De vraag naar auto's daalde, terwijl de vraag naar mobiele telefoons, laptops en printers toenam. Werknemers in de Coronapandemie hadden de juiste apparatuur nodig voor het thuiskantoor en studenten voor thuisonderwijs. De chipfabrikanten heroriënteerden zich.

Bovendien bouwt Apple alleen al evenveel microchips als de hele auto-industrie bij elkaar. De auto-industrie heeft het moeilijk om aan de chips te komen die zij dringend nodig heeft. Als gevolg daarvan staan de transportbanden in Duitsland stil, hebben werknemers te maken met werktijdverkorting en zijn nieuwe auto's niet voorzien van de gebruikelijke digitale apparatuur.

Maar het is niet alleen de auto-industrie die te lijden heeft. De halfgeleidercrisis treft ook industrieën die machines met digitale toepassingen vervaardigen. Knelpunten doen zich ook voor bij IT- en mobiele-telefoonbedrijven en in de energiesector.

Zelf veroorzaakte problemen bij de auto-industrie

Heeft de auto-industrie zitten slapen? Aangezien het chipgebrek alle autofabrikanten in gelijke mate treft, is een collectieve sluimering als oorzaak eerder uitgesloten. Het probleem is deels te wijten aan het just-in-time-model. Opslag kost geld, men bestelt de onderdelen op tijd bij de leveranciers. En begin 2020 trokken de inkopers van autochips aan de noodrem vanwege de pandemie.

Maar als het gaat om chipinkoop, bereikt dit inkoopmodel zijn grenzen. De chipindustrie heeft bindende orders nodig met een overeenkomstige doorlooptijd voor de planning. Er gaan maanden voorbij tussen de productie van chips en de installatie ervan in het voertuig, dus een doorlooptijd van zes maanden of meer is heel normaal. Het aangaan van langlopende inkoopovereenkomsten betekent echter hogere voorraden indien dat nodig is.

Toyota, de pionier van just-in-time-productie, heeft dit reeds ingezien voor halfgeleiders en heeft voorraden aangelegd.

De auto-industrie moet zich in de toekomst aan deze benadering aanpassen en de aankoop van chips een hogere prioriteit geven binnen het bedrijf.

 Het is vervelend als een chip ter waarde van één dollar ontbreekt en dit de hele productie stil legt.

Handelsconflict tussen China en de VS

Het grootste deel van de chipproductie vindt plaats in Taiwan en Zuid-Korea, het chipontwerp gebeurt in de VS. De voormalige Amerikaanse president Trump dreigde China te stoppen met het leveren van chips, met als gevolg dat Chinese investeerders chips over de hele wereld opkochten.

Hoewel het opsparen aanvankelijk China's hi-tech- en elektronicasector hielp, veroorzaakte het aanzienlijke onrust in de toeleveringsketens voor halfgeleiders. De just-in-time productie raakte verstoord, wat vooral de auto-industrie - ook in China - trof.

Wereldwijde vraag overtreft aanbod

De vraag naar halfgeleiders neemt toe, maar is momenteel groter dan het aanbod als gevolg van de eerder genoemde redenen. Volgens de World Semiconductor Trade Statistics (WSTS) groeide de wereldwijde markt voor halfgeleiders in 2021 met 26,2 procent. En voor 2022 voorspelt de studie een verdere groei van 10,4 procent. Daarbij herstelde Europa zich in 2021 en liet een marktgroei van 27,3 procent zien.

Het tekort aan halfgeleiders is een wereldwijd verschijnsel. De auto-industrie zal pas weer op gang komen als halfgeleiderfabrikanten meer gaan leveren.

Zowel marktonderzoekers van het analysebureau Gartner als 's werelds grootste Taiwanese chipproducent Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) voorspellen dit voor het tweede kwartaal van 2022. TSMC staat immers op het punt om de productie van microcontrollers voor de auto-industrie dit jaar met ongeveer 60 % te verhogen ten opzichte van vorig jaar.

Mark Liu, voorzitter van de raad van bestuur van TSMC, vreest echter in een interview met Time magazine dat bedrijven in de toeleveringsketen chips zullen blijven opsparen in plaats van ze te bouwen.

Complexe productie met lange doorlooptijd

Door de verandering in de vraag naar chips tijdens de pandemie, kan dit niet van de ene op de andere dag worden veranderd. Vooral de auto-industrie heeft behoefte aan complexe chips om motoren, remmen of airconditioningsystemen te besturen. De productie van deze microcontrollers is complex. Het uitgangspunt zijn ronde siliciumplaten, 'wafers' genaamd. Deze flinterdunne wafers zijn al moeilijk te produceren en er is momenteel een tekort aan. Bijna een kwart van alle waferleveranciers is nu in China gevestigd.

De chips worden onder clean room-omstandigheden geproduceerd. In verschillende werkstappen worden de geïntegreerde schakelingen door optische, chemische en fysische processen op de wafers overgebracht.

Deze complexe processen vergen tijd; de halfgeleiderproducenten plannen hun capaciteit dan ook lang van tevoren en kunnen momenteel niet op korte termijn voldoen aan de toegenomen vraag naar chips voor de auto-industrie.

Consolidatie van de industrie leidt tot afhankelijkheid

De halfgeleiderindustrie heeft de laatste jaren bloei- en crisiscycli doorgemaakt. Na jaren van consolidatie bleven er slechts een paar leveranciers over die bepaalde producten kunnen vervaardigen, waardoor het risico op knelpunten toenam.

Gieterijen die op bestelling produceren, zijn wereldwijd schaars. Daartoe behoren Taiwan's TSMC en de Zuid-Koreaanse gieterijdochter van Samsung. Er wordt dag en nacht in enorme hoeveelheden geproduceerd, wat de enige manier is om het winstgevend te maken.

Maar deze concentratie heeft geleid tot afhankelijkheden, vooral voor Europa. Het is riskant om zo'n toekomstgerichte industrie wereldwijd op vier of vijf bedrijven te baseren - de afweging dient zich op dit moment aan.

Hoe kan dit in de toekomst worden voorkomen?

Het tekort aan materialen voor halfgeleiders kan niet op korte termijn worden weggewerkt. De EU erkent wel de ontstane afhankelijkheid van Azië en de VS en verlangt van een eigen fabriek. Het is echter niet gemakkelijk om er een te bouwen voor technologisch volgroeide producten.

De productie van chips is ingewikkeld, de benodigde apparatuur enorm duur en er is vele jaren know-how voor nodig. Toch is deze overweging op lange termijn gerechtvaardigd, aangezien de vraag naar chips in de toekomst zal toenemen.

Op korte termijn zal de automobielindustrie met de huidige chipleveranciers moeten onderhandelen en trachten een oplossing te vinden.

Langlopende raamovereenkomsten met leveranciers helpen om het vertrouwen te herstellen.

Een andere optie is te vertrouwen op modulaire inkoop, d.w.z. in plaats van afzonderlijke onderdelen te kopen, volledig gefabriceerde modules of assemblages met een relatief groot aantal functies te kopen van een gerenommeerde elektronicaproducent. De inkopers van deze bedrijven zijn er in gespecialiseerd om hun leveranciers nauwlettend in de gaten te houden en dringen aan op naleving van de leveringstermijnen.

Conclusie

Omdat het opbouwen van nieuwe capaciteit voor halfgeleiderproductie in Europa nog jarenlang duurt - als het al mogelijk is - betekent dit dat er intensievere relaties tussen kopers en leveranciers moeten worden opgebouwd. Bindende raamcontracten op lange termijn met een elektronische leverancier minimaliseren het risico van materiaaltekorten voor halfgeleiders. Modulaire inkoop helpt !

Bezorgd over uw Aziatische toeleveringsketen?