Von Halbleiterbauelementen zum mikroelektronischen System | Einführung in die Mikroelektronik – Teil 4
Nachdem wir in den ersten drei Teilen der Videoreihe Einführung in die Mikroelektronik erfahren haben, welche Bedeutung die Mikroelektronik in der aktuellen Zeit hat und welche Materialien für mikroelektronische Herstellungsprozesse notwendig sind, widmet sich unser FMD-Experte Dr. Michael Töpper in Teil vier der Frage, wie aus Halbleiterbauelementen ein mikroelektronisches System entstehen kann und erklärt zudem wie eine Vorhersage von Intel-Mitgründer Gordon Moore die Chipindustrie bis heute beeinflusst.
Nachdem der Silizium-Wafer hergestellt wurde, geht es beim Electronic Packaging (deutsch: Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT)) darum, die Chips in ein Gehäuse zu bringen und zu montieren. Die Technologiekette folgt dabei einem festgelegten Ablauf: Zunächst werden aus dem Wafer Chips herausgesägt. Anschließend wird der Chip mit einem Trägermaterial (ein Substrat wie z. B. eine Leiterplatte) verbunden. Aus dem so entstandenen Sub- bzw. Mikrosystem kann im letzten Schritt ein Produkt gefertigt werden, beispielsweise ein Smartphone.
Für diesen Produktionsprozess sind verschiedene Industriezweige nötig: Wafer-Fabriken zur Herstellung der Chips, Leiterplattenhersteller (Printed Circuit Boards) sowie Fabriken, in denen die einzelnen Komponenten zusammengesetzt und getestet werden. Vom sogenannten Front-End, in dem der Halbleiter produziert wird, über das Wafer-Level-Packaging bis zum Fertigungsschritt Back-End, in dem das fertige Produkt montiert wird, können bis zu sechs Monate vergehen. Dabei sind über tausend Prozessschritte nötig. Hier zeigt sich, wie kleinteilig und komplex das Fertigen mikroelektronischer Systeme ist.
Zu den anderen Teilen der Videoreihe
Teil 1: Einführung in die Thematik
Teil 2: Was ist die Mikroelektronik?
Teil 3: Warum ist das Silizium für die Mikroelektronik so wichtig?
Teil 4: Wie wird aus Halbleiterbauelementen ein mikroelektronisches System?
Teil 5: Was sind Halbleiterfirmen?
Teil 8: Prozesstechniken: Beispiel Wafer Bumping
Teil 9: Mikroelektronik ein weites Thema: Von Sensoren bis Quantencomputer
Exkurs: Moore’s Law – Was steckt dahinter?
Im April 1965 veröffentlichte der Chemiker und spätere Mitgründer der Firma Intel Gordon Moore einen Artikel in der Fachzeitschrift Electronics, der die Mikroelektronikindustrie bis heute prägt. Damals prognostizierte Moore, dass sich die Integrationsdichte von Transistoren auf Chips jedes Jahr verdoppeln würde. Später korrigierte er diese Spanne auf 18 bis 24 Monate. Obwohl das damals für viele unvorstellbar war, zeigt sich heute, dass Moore mit seiner Vorhersage weitgehend richtig lag. Vergleicht man seine Berechnung mit aktuellen Zahlen, wird deutlich: Die Zahl der Transistoren auf einem Chip hat über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich zugenommen. So lassen sich heute auf einem Prozessor von wenigen Quadratmillimetern Größe mehrere Milliarden Transistoren verbauen. Es lässt sich erkennen, wie stark die Miniaturisierung die Chipindustrie dominiert und verändert. Wann eine physikalische Grenze erreicht wird, ab der keine weitere Miniaturisierung bzw. Erhöhung der Integrationsdichte der Transistoren mehr möglich ist, bleibt abzuwarten. Insbesondere die 3-dimensionale Stapelung von Transistoren hat hier neue Wege eröffnet.
