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Microchipmangel in der Autoindustrie: Was hinter dem Halbleiter Engpass steckt

Die Autobranche kämpft seit mittlerweile mehr als einem Jahr mit einem Halbleiter Engpass. Als Folge der in der Produktion fehlenden Microchips stehen immer wieder die Bänder der Autohersteller still. Vielerorts wurde zwischenzeitlich Kurzarbeit angemeldet. Laut Experten wird sich der Mangel an Halbleitern noch mehrere Jahre bemerkbar machen. Die Knappheit der Siliziumbauelemente in der Autoindustrie hat vielfältige Gründe und ist nicht nur coronabedingt. Und sie hat auch Folgen für das Auto-Abo. Wir untersuchen die Hintergründe bei dieser Krise der Automobilindustrie.  

Mehr Elektronik als im Raumschiff: Darum sind Halbleiter wichtig für die Automobilindustrie 

Ohne Halbleiter geht heute kein Auto mehr vom Band. Sie sind ein essenzieller Bestandteil bei den Materialien der Elektronik. Und davon gibt es in den modernen Autos eine ganze Menge. Dazu gibt es die Anekdote, dass in einem Tesla mehr Code steckt als in der Apollo 11 von 1969. Während Letztere mit einigen zehntausend Zeilen Programmcode ausgestattet war, sind es beim Audi mehr als rund 20 bis 100 Millionen.

Halbleiter kommen in Steuergeräten von Autos zum Einsatz, die zum Beispiel das Fahr-, Antriebs- und Bremsverhalten regeln. Auch Assistenzsysteme und Airbags sind auf Mikrochips angewiesen. Gerade moderne Technologien wie der elektrische Antrieb sind besonders siliziumintensiv. Im Vergleich zu den herkömmlichen Antrieben werden in E-Autos bis zu 400 zusätzliche Halbleiter verbaut. Wenn also diese Bauelemente fehlen, haben die Autobauer ein gewaltiges Problem. Und genau das ist seit dem Beginn der Pandemie der Fall.

Pandemie & Digitalisierung: Ein Katalysator für den Halbleiter Engpass

Was die weltweite Digitalisierung angeht, hat sich Corona als ungeahnter Katalysator für diesen Trend erwiesen. Sowohl bei Privatpersonen als auch den Regierungen stieg der Bedarf nach Mikrochips enorm. Wer aus epidemiologischen Gründen kaum oder gar nicht vor die Tür gehen kann, ist mehr denn je auf technische Hilfsmittel angewiesen, um mit seinem Umfeld vernetzt zu bleiben. Kinder und Jugendliche sind für das Homeschooling plötzlich für etwas so Grundlegendes wie Bildung auf Elektronik angewiesen.

So überrascht es nicht, dass 2021 der Bedarf nach Desktop-Computern nach Berechnungen von Marktforschern auf den höchsten Stand seit knapp zehn Jahren kletterte. Die Analysefirmen IDC und Canalys bescheinigten dem Markt ein Wachstum von gut 15 Prozent. 

In der Vergangenheit hatte die Nachfrage nach den "klassischen" Heimkomputern aufgrund der wachsenden Beliebtheit von Smartphones abgenommen. Die Pandemie mischte die Karten neu, da viele Firmen ihre Mitarbeiter mit Laptops für das Home Office ausstatten mussten. 

Regierungen mussten sich ebenfalls auf die neuen Gegebenheiten einstellen und ihr Beamtenwesen deutlich digitaler gestalten, als es beispielsweise hierzulande bislang der Fall war. Ob das Arbeitsamt oder eine Ummeldung des eigenen Wohnsitzes – während Corona mussten diese Dinge plötzlich ganz dringend online funktionieren. 

Dieser enorme Nachfrageschub gilt als ein Auslöser den globalen Halbleiter Engpass.

Autobauer haben keine Priorität für Mikrochip-Produzenten 

Ein weiterer Grund für den akuten Mangel an Halbleitern für die Automobilhersteller ist die starke Konkurrenz aus anderen Branchen. Auch Handy- und Anlagenbauer sowie Computerhersteller und die digitale Unterhaltungsindustrie hungern nach Silizium. Tatsächlich sind diese Branchen für die Halbleiterindustrie deutlich wichtiger als die Autobauer. Der weltweit bedeutendste Halbleiter-Produzent TSMC aus Taiwan gilt als größter Lieferant der Autoindustrie. Dabei macht der Konzern lediglich drei Prozent seines Umsatzes mit Bauteilen für Autos. Also eher eine Randnotiz, verglichen mit den Aufträgen für IT- und Unterhaltungselektronik-Branche. 

 Spielekonsole als Beispiel für Unterhaltungselektronik

Bild: Die Consumer Electronics machen der Autoindustrie in Sachen Halbleiter starke Konkurrenz

Auch andere Branchen hungern längst nach Halbleitern. Da wären zum einen die sogenannten Consumer Electronics (Smartphones, Spielekonsolen, Grafikkarten etc.) und zum anderen die Power Electronics, die beispielsweise für Windräder oder Solaranlagen benötigt werden. Doch auch die immer beliebtere Digital- oder Kryptowährung kommt bei dem sogenannten Crypto Mining nicht ohne Siliziumchips aus. Selbst der Ausbau der 5G-Technologie ist ein nicht zu unterschätzender Konkurrent für die entsprechenden Siliziumteile.

All das erfordert die entsprechenden Geräte, sowie digitale Infrastrukturen. Und dort geht nichts ohne Halbleiter-Technologien. Die Zahlen bestätigen diesen Trend. So hat Dialog Semiconductor, einer der größten europäischen Anbieter auf diesem Sektor, in seinem ersten Quartal 2021 einen Umsatzanstieg von fast der Hälfte auf 366 Millionen US-Dollar verzeichnet. Vielen Wettbewerbern geht es ähnlich. Doch so plötzlich wie Corona unsere Realität wurde, stieg auch die Nachfrage nach den digitalen Bauteilen. Es gab keinen Trend, auf den man sich hätte einstellen können, zumindest nicht in diesen Dimensionen. Der Siliziumhunger stieg mehr oder minder über Nacht um ein Vielfaches und das weltweit. Entsprechend wurden selbst die Auftragsfertiger in Fernost mit diesem Anstieg überfordert. Diese enorme Nachfrage kann zurzeit schlichtweg nicht bedient werden.

Pandemie, Brände, Dürren und andere Naturkatastrophen 

Während Corona Lieferketten massiv störte und der Transport des Siliziums zu den Chip-Fabriken sich besonders schwierig gestaltete, machte eine Dürre in Taiwan dem Chip-Hersteller TSMC Probleme. In Amerika behinderten indes massive Schneefälle die Arbeit von NXP.

Hinzu kam ein weiterer Faktor, der die Lage weiter zuspitzte: Mitte März 2021 brannte im japanischen Nitachin-Naka das Chipwerk des Halbleiter-Produzenten Renesas, der sich auf die Automobilindustrie und im Speziellen auf das autonome Fahren spezialisiert hatte. Die Produktion ging nach dem Brand auf zehn Prozent der üblichen Kapazität hinunter.

Der Hersteller Toyota stellte sogar eigene Mitarbeiter für die Aufräumarbeiten zur Verfügung, um die Produktion so schnell wie möglich wieder voranzubringen. Eine anschauliche Metapher für die Dramatik der Lage. 

Hausgemachte Probleme 

Man muss es so offen aussprechen: Ein Teil der aktuellen Krise geht auf die schlechte strategische Planung der Autobauer selbst zurück. Da die Absatzzahlen zu Beginn der Pandemie zurückgingen, bestellten die Hersteller auch weniger Chips. "Man muss auf jeden Fall attestieren, dass die Automobilhersteller zu einem guten Teil an ihrer Knappheit selbst schuld sind – weil sie eben nicht nachhaltig und nicht strategisch bestellt haben und ihre gesamte Lieferkette nicht auf Nachfrageschübe ausgelegt ist", bestätigt Jan-Peter Kleinhans von der Stiftung Neue Verantwortung. Viele Hersteller würden Chips nicht strategisch lagern, sondern unmittelbar bei Lieferung verwenden. Die Herstellung eines solchen Mikrochips dauert in Schnitt rund fünf Monate. 

Forderungen der Halbleiterindustrie 

Von den Halbleiterherstellern wurden Forderungen nach Abnahmegarantien durch die Autoindustrie laut. Das Verhältnis sei angespannt, hieß es. Eine langfristig gedachte Lösung sieht Marcus Gloger von der deutschen Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PwC in "engen Partnerschaften mit Halbleiterherstellern bis hin zu Co-Invest, um künftige Bedarfe und Zugang zu den wichtigen Halbleiter-Technologien abzusichern".

Auch erhöhte die Vereinigung europäischer Halbleiterhersteller ESIA den Druck auf die Politik. Die Forderung: Projekte zur Förderung der Chipindustrie in Europa sollen mit Nachdruck forciert werden. Es gebe "keine Zeit zu verlieren", so ESIA Generaldirektor Hendrik Abma. Gemeint ist im Kern das Projekt Important Project of Common European Interest, kurz IPCEI. Dabei geht es um strategische Förderprojekte der Europäischen Kommission, wie es sie seit 2018 für Mikroelektronik und seit 2019 für Batteriezellen gibt. Langfristig soll dabei eine stärkere Unabhängigkeit von nicht-europäischen Herstellern entstehen. 

Silizium Microchip

Bild: Ohne Silizium-Microchips geht heute kein Auto mehr vom Band

Gravierende Folgen des Chipmangels für die deutschen Autobauer 

Es war nicht frei von trauriger Ironie, dass die Bänder der Kölner Ford-Werke ausgerechnet 90 Jahre nach dem ersten in Deutschland hergestellten Ford pünktlich zum Jubiläum stillstanden. Am 4. Mai 1931 - lief in der Domstadt das erste in Deutschland gebaute Ford-Modell vom Band. Doch von Feierstimmung war während des 90-jährigen Jubiläums in Köln-Niehl wenig zu bemerken. Rund 5.000 der 15.000 Mitarbeiter*innen mussten aufgrund des Chip-Mangels in Kurzarbeit geschickt werden.

"Die ausgefallene Produktion werden wir bestmöglich aufholen", erklärte ein Ford-Sprecher. "Wir arbeiten daran, die Situation schnellstmöglich zu verbessern." Ford ist bei Weitem nicht das einzige Unternehmen mit diesem Problem. Jeder deutsche Autobauer musste wegen Lieferengpässen bereits die Bänder anhalten.

Auch der Volkswagen-Konzern stellte die Produktion in seinem Stammwerk in Wolfsburg, der weltweit größten Autofabrik, vorübergehend fast ein und produzierte nur noch den VW-Golf während der Frühschicht auf Montagelinie 3. Alle anderen Produktionen wurden vorübergehend eingestellt, wie ein Sprecher erklärte.

BMW ging einen alternativen Weg und passte seine Fahrzeuge den Gegebenheiten an. So gab das Unternehmen bekannt, in einigen Modellen vorübergehend den Touchscreen in der Mittelkonsole durch einen herkömmlichen Bildschirm ohne Touchfunktion zu ersetzten. Von diesen Maßnahmen betroffen seien 3er Limousine, 4er Coupé, Cabrio und Gran Coupé (ausgenommen i4), Z4, X5, X6 sowie X7.

Anfang November 2021 erklärte Audi CEO Markus Duesmann, dass man die durch die Krise bedingten Produktionsrückstände nicht mehr werde aufholen können. Der Konzern wurde durch den Halbleiter-Mangel um ein Rekordjahr gebracht. Künftig wolle man eine Lieferung von Milliarden von Prozessoren an Audi sichern, um Engpässe zu vermeiden.

Laut der Beratungsgesellschaft Alix Partners werden im laufenden Jahr aufgrund des Mangels an Halbleitern weltweit rund 3,9 Millionen weniger Autos gebaut als ursprünglich geplant war. 

Keine kurzfristige Besserung bei der Halbleiter-Versorgung zu erwarten 

Mit kurzfristiger Besserung ist zunächst nicht zu rechnen. Denn da die meisten Mikrochiphersteller gerade unter Vollauslastung produzieren, gibt es keinen Spielraum für eine Steigerung der Produktivität. Dazu kommt der immer noch wachsende Bedarf.

Hier hätten sich mehrere Ereignisse überlagert, erklärt Falk Meissner von der Unternehmensberatung Roland Berger. Einer Studie des Unternehmens zufolge soll der Halbleiter Engpass noch bis ins Jahr 2022 hinein reichen. Andere Prognosen sind noch pessimistischer.

Auch der Volkswagen Konzern sieht erst mal keine Entspannung: "Von Zulieferern und auch aus der Volkswagen-Gruppe selbst heraus wird uns gesagt, dass wir im zweiten Quartal vor erheblichen Herausforderungen stehen, wahrscheinlich noch herausfordernder als im ersten Quartal", erklärte Seat-Chef Wayne Griffiths. Das Unternehmen hatte bereits davon gesprochen, dass im ersten Quartal rund 100.000 Fahrzeuge wegen fehlender Chips nicht wie geplant hätten produziert werden können - und das konnte im Jahresverlauf auch nicht mehr aufgeholt werden.

Die Herstellung der komplizierten Bauteile erfordert hoch spezialisierte Fabriken, die nicht auf die Schnelle umgebaut werden können. Bis zu zwei Jahren dauert der Umbau einer solchen Produktionsanlage. Ein Neubau kann bis zu einem halben Jahrzehnt beanspruchen. Die Kapazität einfach zu erhöhen ist ebenfalls nicht möglich, denn bereits im Normalfall arbeitet eine Halbleiter-Fabrik mit einer Kapazität von 80 bis 90 Prozent. Bei der aktuellen Nachfrage produziert man längst am Limit.

Als wäre all das nicht genug, leiden die Chip-Hersteller selbst unter einer Knappheit von Bauteilen und Chemikalien. Denn das Halbleiterplättchen benötigt ein passendes Gehäuse, damit der Chip im späteren Gerät verlötet werden kann. Eben die bereiten gerade ebenfalls Schwierigkeiten.

Auch die für die Herstellung verwendeten Chemikalien liegen nicht in ausreichender Menge vor. Hier gibt es einen Stau, der erst in einem Jahr oder noch später durch den Ausbau von Fertigungsstätten abgebaut werden kann. 

Entsprechend kommentiert Tanjeff Schadt von PwC den Ausblick eher pessimistisch. Es sei "keine kurzfristige Erholung der Versorgung mit Halbleitern zu erwarten", so der Experte. "Die negativen Effekte der Halbleiterkrise sind enorm und erreichen bislang fast 50 Prozent der Effekte durch Covid-19 aus dem Jahr 2020", ergänzte sein Kollege Thomas Steinberger.

Auch für die Zulieferer steigen die Risiken. Diese andauernde Planungsunsicherheit könnte ganze Dominoeffekte zur Folge haben, die "einen erhöhten Bedarf an Restrukturierungen auslösen kann", so Steinberger. Vor allem Zulieferer, die von bestimmten Herstellern oder Fahrzeugklassen abhängig sind, müssten sich auf große Schwankungen einstellen. 

Der Halbleiter Engpass und das Auto-Abo 

Wenn weniger Autos vom Fließband gehen, werden entsprechend weniger verkauft oder vermietet. Die aufstrebende Branche der Auto-Abonnements bildet da keine Ausnahme, da die Fahrzeuge in der Regel direkt von den Herstellern bezogen werden.

"Bevor die Lage sich zuspitzte, haben wir große Volumen an Fahrzeugen eingekauft, was uns nun zugutekommt", erklärt Gert Schaub, CEO der Fleetpool Group, zu der auch die Auto-Abo-Marke like2drive gehört. Auch habe man die Einkaufsstrategie angepasst. "Aufgrund der aktuellen Lage, die jeder kennt und versteht, sind die Kunden nochmals flexibler geworden. Der Fokus liegt nicht auf dem konkreten Modell einer speziellen Marke, sondern auf einfacher und bezahlbarer Mobilität in einem neuwertigen modernen Automobil. Und das stellen wir für unsere Kunden sicher.", so der Experte. Man könne den Kunden also nicht immer genau das Wunsch-Fahrzeug liefern. Angesichts der angespannten Lage stehe man jedoch deutlich besser da als viele Marktbegleiter, da man weiterhin liefern könne.

Gert Schaub, CEO der Fleetpool Group

Bild: Gert Schaub, CEO der Fleetpool Group, sieht seine Firma gut für die Halbleiter-Krise gewappnet

Hintergrund: Was genau ist ein Halbleiter? 

Halbleiter sind hoch komplizierte Erzeugnisse und es ist gar nicht so einfach, ihre Funktion zu erklären, ohne sich in physikalischen Fachbegriffen zu verstricken. Wie der Name bereits vermuten lässt, spielt die elektrische Leitfähigkeit des Festkörpers, um den es sich bei einem Halbleiter handelt, eine zentrale Rolle. Die nämlich liegt zwischen der von elektrischen Leitern und der von Nichtleitern. Ihre Leitfähigkeit verändert sich zusammen mit ihrer Temperatur. Mit steigender Temperatur steigt auch ihre elektrische Leitfähigkeit. Beim Temperaturnullpunkt leitet der Halbleiter keinen elektrischen Strom mehr und wird zum Nichtleiter. Diese Flexibilität lässt sich durch gezielte Manipulation noch weiter steigern. Dies geschieht durch das Einbringen von Fremdatomen aus anderen chemischen Hauptgruppen. Diesen Vorgang nennt man Dotieren. Die Dotierung spielt eine wichtige Rolle bei der Verwendung von Halbleitern in der Elektronik.

Halbleiter bestehen überwiegend aus Silizium, denn es besitzt wegen seiner chemischen Eigenschaften entscheidende Vorteile in der Fertigung. Verwendung finden Halbleiter in so vielfältigen Produkten wie Mikroprozessoren, Microkontroller, in Elementen der Leistungselektronik, Fotovoltaik (Solarzellen), Detektoren und Strahlungsquellen in der Optik und diversen weiteren.

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