Experten: Därför är det halvledarbrist i fordonsindustrin

Datorchip, eller integrerade kretsar som de också kallas, finns i datorer, mobiltelefoner, bilar och nästan all annan elektronik. På dessa finns halvledarkomponenter, vanligtvis tillverkade av kisel, som gör att de passar för att leda elektrisk ström genom kretsar. På ett enda kvadratcentimeterstort chip kan det finnas allt från en till en miljard transistorer.

Att det idag är framför allt fordonsindustrin som drabbats hårdast av bristen på halvledare har delvis att göra med coronapandemin och dess följdeffekter. Initialt avbeställde fordonsindustrin elektronik och ändrade sina tillverkningsplaner för att senare växla upp igen när efterfrågan tog fart samtidigt som marknaden för hemelektronik närmast exploderade, när stora delar av världen skulle jobba hemifrån.

Men framför allt handlar det om volym, teknik och lönsamhet.

– Halvledartillverkarna vill hellre sälja till andra branscher än till fordonsindustrin. Därför att volymerna är så mycket större, tekniken nyare och häftigare och bättre lönsamhet på grund av högre marginaler, konstaterar Carl-Mikael Zetterling, professor och chef för avdelningen Elektronik och inbyggda system på KTH.

Fordonselektroniken bara en liten del av försäljningen

Som exempel på detta kan man titta närmare på taiwanesiska TSMC, som är en av världens största tillverkare av integrerade kretsar. Förra året stod halvledare till fordonselektronik endast för fem procent av företagets försäljning medan mobiltelefoner utgjorde 49 procent av densamma.

Det är också en markant skillnad i kvantitet när det gäller chiptillverkning för olika ändamål.

– En ny bilmodell säljer kanske 100 000 exemplar även om långt ifrån alla kommer upp i den volymen. En ny mobilmodell kan mycket väl sälja i 10 miljoner exemplar, alltså 100 gånger fler än bilarna.

Likaså är det stor skillnad på tekniken.

– Den teknik som används till chip för mobiler och annan hemelektronik är generellt sett nyare och häftigare än den som används i fordon.

Omfattande testning av chip till fordon

Medan fordonselektroniken överlag är lite äldre.

– Fordonstillverkare bygger inte gärna med den senaste elektroniken utan den ska ha genomgått många tester och då hinner den helt enkelt bli gammal. All fordonselektronik är noga typprovad för att hålla en lång livslängd, minst tio år. Jämför det med en mobiltelefon vars tekniska livslängd kanske bara är tre år, säger Carl-Mikael Zetterling.

Detta innebär också att om man skulle byta ut en del, säg en halvledare som det råder brist på så kanske det innebär att det behövs nya kretskort, som i sin tur kanske måste genomgå nya tester. 

– Det är väl etablerade elektronikkomponenter, ibland måste provningen göras om när man byter del.

Ju mindre krets, desto mer komplicerad tillverkning

Chip för hemelektronik är också många gånger mindre och mer komplicerade att tillverka än de som används i bilar (även om bilar också innehåller nyare elektronik i till exempel underhållnings- eller navigationssystem).

– Huvudprocessorn i en mobil har uppemot 50 miljarder transistorer medan det kanske bara finns 100 000 transistorer i flera av kretsarna i en bil. De senaste mobilerna har chip som använder transistorer med minsta dimension på fem eller sju nanometer (reds anm. 5 nm=0,000005 mm). För bilar handlar det snarare om 45 till 90 nanometer.

Carl-Mikael Zetterling berättar att det också är stor skillnad i marginaler mellan de olika branscherna. Mobiltillverkarna har stora marginaler, i vissa fall gör de kretsarna själva eller köper direkt från tillverkarna. Och de gör det som vi tidigare nämnt, i väldigt stora mängder. I fordonsindustrin däremot, är marginalerna minimala därför att konkurrensen är stenhård. Varje elektronikdel är prispressad så långt det går och det i alla underleverantörsled.

– Det innebär att även om halvledarfabrikanterna skulle kunna ställa om tillverkningen till fordonselektronik, vilket de oftast inte kan eftersom det handlar om olika maskiner och olika fabriker, så vore det kanske inte värt det för dem.

Carl-Mikael Zetterling är övertygad om att halvledartillverkningen kommer att komma ikapp så småningom, men det kommer att ta tid. Uppskattningsvis råder det idag ingen brist på 90 procent av halvledarna. Men den siffran kan snabbt ändras, på grund av hamstring.

– Det som sker nu runt om i världen kan jämföras med när toapapperet tog slut i butikerna i början av pandemin. Man misstänker att vissa komponenter börjar sälja slut så därför bunkrar man upp med dem även om man själv i dagsläget använder annan elektronik. Man gör det i fall att.

En del fordonstillverkare tacklar bristen på halvledare med att bygga färdigt sina fordon så gott det går för att vid ett senare tillfälle sätta in elektroniken, när den finns i lager. Medan andra pausar tillverkningen en tid.

– En slutsats av den nuvarande situationen är att biltillverkarna nog måste hålla lite större lager framöver. Just-in-time är bilfabrikernas svaghet och deras underleverantörer vill inte heller sitta på lager. Det är som vi ser nu ett väldigt sårbart system.

Det finns 2-300 halvledarfabriker i världen, merparten av dem ligger i Asien och USA. Men det finns faktiskt också några i Europa, exempelvis i Italien, Österrike, Frankrike och i Tyskland.

– De kanske inte tillverkar chip för den senaste mobiltelefonen, men för bilindustrin och en del annat, berättar Carl-Mikael Zetterling.

I en inte alltför avlägsen framtid kan fabrikerna i vår del av världen bli fler. Senare i år öppnar nämligen Bosch en fabrik i Dresden som ska tillverka halvledare åt fordonsindustrin. Och på EU-nivå finns det långt gångna planer på att etablera en europeisk processorindustri genom European Processor Initiative, EPI som ska ta fram processorer till bland annat superdatorer, big data och till fordonsindustrin.

En chip- eller halvledarfabrik är en stor investering, både i tid och pengar. Bygger man en ny fabrik får man räkna med att det tar minst två år innan produkterna är ute på marknaden, påpekar Carl-Mikael Zetterling.

– Man kan nog säga att för varje ny chipgeneration behövs det en ny chipfabrik. Det handlar om Moores lag, där prestandan fördubblas vart annat år. Samtidigt blir fabrikerna dubbelt så dyra att bygga för varje generation.

Skulle vi kunna bygga upp halvledartillverkning i Sverige?

– Vi har redan halvledartillverkning i Sverige, till exempel Silex. Det finns utrymme för fler nischområden, men vi kan inte konkurrera med de stora halvledartillverkarna i världen. Men jag tror att det skulle vara en utmaning att hitta kompetens till nya sådana satsningar. För att det skulle fungera i Sverige behöver vi bygga upp kunskap både bland fabriksarbetare och bland ingenjörer. Jag tror det blir svårt. Jag som undervisar i elektronik på högskolan ser att intresset bland ungdomar att läsa elektronik inte är så stort, de är mycket mer intresserade av mjukvara. Det är synd, för elektronik är så spännande, säger Carl-Mikael Zetterling.