{"id":12318,"date":"2023-10-05T08:00:50","date_gmt":"2023-10-05T06:00:50","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=12318"},"modified":"2025-08-19T10:33:11","modified_gmt":"2025-08-19T08:33:11","slug":"trends-mikroelektronik-fraunhofer-izm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/trends-mikroelektronik-fraunhofer-izm\/","title":{"rendered":"Von der Chiplet-Integration bis zum Cooling<\/strong> | Herausforderungen beim High-End Performance Packaging"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow \u2014 <\/strong>Institutsleiter des Fraunhofer IZM<\/strong><\/p>\n<\/div><\/div><\/div> \n <\/div>\n\n \n <\/div>\n\n\n

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Anl\u00e4sslich des 30-j\u00e4hrigen Jubil\u00e4ums des Fraunhofer IZM<\/a> sprach RealIZM mit Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow. Der Institutsleiter gibt einen umfassenden Einblick in die Zukunft der Mikroelektronik sowie in aktuelle und geplante Forschungsaktivit\u00e4ten.<\/p>\n

Das ver\u00f6ffentlichte Interview stammt von RealIZM, dem Wissenschaftsblog des in der FMD kooperierenden Fraunhofer-Instituts Fraunhofer IZM.<\/p>\n Zum RealIZM-Blog<\/a>

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Wie stellen Sie sich die Zukunft der Mikroelektronik vor? Welche wichtigen Trends werden Ihrer Meinung nach die kommenden Jahre pr\u00e4gen?<\/p>\n<\/div>

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Tatsache ist, dass wir in Europa nicht die Logik- und die Memory-Bausteine mit den feinsten Strukturbreiten innerhalb der Halbleiter (Nodes) produzieren werden, selbst wenn gro\u00dfe Hersteller wie Intel oder TSMC sich hier ansiedeln wollen. Auf diesem Gebiet sind bekanntlich nur einige wenige gro\u00dfe internationale Hersteller t\u00e4tig, die den Maschinenpark und Aufwand betreiben k\u00f6nnen, um Nodes kleiner als 5 nm herzustellen. Aber es wird immer wichtiger, diese Bauelemente mit anderen Bausteinen, die andere innere Strukturen aufweisen, mit Sensorik, Leistungselektronik, Spannungsversorgung usw. zusammenzubringen.<\/p>\n

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Am Fraunhofer IZM<\/a> forschen und arbeiten wir bereits seit vielen Jahren an der 2,5D-\/3D-Hetero-Integration<\/strong>. Die Ausstattung und die M\u00f6glichkeiten, die unser Institut zur Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet hat, sind einzigartig in Europa. Das hat mich best\u00e4rkt, dem Haus solange verbunden zu bleiben und den Ruf als Institutsleiter anzunehmen.<\/p>\n

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Einige Firmen sprechen bereits von der 5,5D-Hetero-Integration. Gemeint ist die Kombination aus 2,5D und 3D. Das hei\u00dft, Chips werden \u00fcbereinandergestapelt und elektrisch miteinander verbunden und zus\u00e4tzlich auf einem Interposer oder organischen Substrat miteinander verbunden, auf dem sich weitere Bauelemente sowie Halbleiter oder Chiplets befinden. Beim Packaging zeichnet sich der Trend ab, immer weiter in die Breite und H\u00f6he zu gehen. Unser Institut f\u00fcr Mikrointegration ist in diesem Bereich sehr gut aufgestellt. Unser Ziel ist, hierbei auch weiterhin eine Vorreiterrolle einzunehmen.<\/p>\n<\/div>

Welche Anwendungsbereiche treiben die 2,5D-\/ 3D-Hetero-Integration ma\u00dfgeblich voran?<\/p>\n<\/div>

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Es sind genau die Schlagw\u00f6rter, die seit 3 bis 5 Jahren in der Fachwelt zu h\u00f6ren sind. Die Nachfrage nach Hochleistungsanwendungen im Zusammenhang mit Rechenzentren, High Performance Computing (HPC), Quantencomputing und neuromorphem Rechnen, Smart Sensing, Optoelektronik, 5G- und 6G-Kommunikation, K\u00fcnstlicher Intelligenz (KI) und auch dem Autonomen Fahren steigt stetig an.<\/p>\n

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Zum einen treibt das Training und die Inferenz der KI die Nachfrage nach Servern f\u00fcr Rechenzentren an. Zum anderen werden zunehmend mehr Supercomputer eingesetzt, um komplexe Aufgaben wie z. B. die Darstellung digitaler Zwillinge und Berechnungen f\u00fcr die Klimaforschungen und Quantenmechanik auszuf\u00fchren. Nicht zuletzt erfreuen sich Cloud-Computing und Video-Streaming zunehmender Beliebtheit. Bei all diesen Anwendungen entstehen extrem viele Daten. Deren Verarbeitung und \u00dcbertragung erfordert ein viel besseres Computing. Mit der 3D-Hetero-Integration leistet das Fraunhofer IZM einen wichtigen Beitrag dazu.<\/p>\n<\/div>

Wenn die Leiterbahnen zuk\u00fcnftig noch enger, die Via-Durchmesser noch kleiner und die Wafer-Dicken noch d\u00fcnner werden \u2013 wann erreichen wir die Grenze des physikalisch M\u00f6glichen?<\/p>\n<\/div>

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Im Zusammenhang mit dem Mooreschen Gesetz hie\u00df es vor einigen Jahren, dass mit den feinen inneren Strukturen langsam Schluss sein wird. Einige f\u00fchrende Hersteller haben angek\u00fcndigt, in Zukunft auf Nodes von kleiner 5 nm zu setzen. Vor einigen Jahren konnte sich das noch niemand vorstellen. Auch bei den feineren Strukturen auf der Leiterplatte also den organischen Substraten zeichnet sich ein neuer Trend bei den feineren Strukturen ab, der den unteren einstelligen Mikrometer-Bereich anstrebt. Noch ist das nicht State-of-the-Art. Ich bin \u00fcberzeugt, dass die Kolleg:innen an unserem Institut diese Thematik ma\u00dfgeblich weiter vorantreiben werden. Der Grundstein, in noch kleinere Bereiche vorzudringen, ist bereits gelegt. Zum einen wenden wir neue Technologien wie das Hybrid-Bonding an. Zum anderen stehen uns dank gro\u00dfer Forschungs- und F\u00f6rderma\u00dfnahmen zahlreiche neue Ger\u00e4te zur Verf\u00fcgung, mit denen sich noch kleinere Strukturen umsetzen lassen.<\/p>\n

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Seit 2022 ist das Fraunhofer IZM mit dem\u00a0QuantumPackagingLab<\/strong> eine der f\u00fchrenden Anlaufstellen f\u00fcr die Entwicklung zuverl\u00e4ssiger Packaging-Ans\u00e4tze rund um die Quantenphotonik. Unsere Expert:innen f\u00fcr optische Verbindungstechnik verf\u00fcgen beispielsweise \u00fcber einen speziellen 3D-Drucker zur Laserbearbeitung von Glas mit einer Genauigkeit von etwa 1 \u03bcm bei 200 x 200 mm. Nach unserer Kenntnis sind bisher nur 10 Maschinen weltweit in diesem Forschungskontext im Einsatz. Das Ger\u00e4t ist f\u00fcr 4 Verfahren ausgelegt: selektives laserinduziertes \u00c4tzen von Glas, Schwei\u00dfen von Glas, Schreiben von 3D-Wellenleitern und 2-Photonen-Polymerisation. Normalerweise ist f\u00fcr jeden dieser Prozesse eine einzelne Maschine notwendig.<\/p>\n

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Quantentechnologien und Highspeed-Rechner mit Supraleitern geh\u00f6ren zu den aktuellen Elektronik-Trends. Doch sind die Strukturen, mit denen etwa Qubits auf Chips angesteuert und in Echtzeit ausgelesen werden k\u00f6nnen, bislang noch gr\u00f6\u00dfer als die Qubits selbst. Eine Forschungsgruppe unseres Instituts hat j\u00fcngst einen Prozess entwickelt,\u00a0mit dem sie die Anschlussdichte mit Indiumbumps im Vergleich zu bisherigen L\u00f6sungen verdoppeln. Mit dieser Technologie wollen sie nun die Ansteuerelektronik optimieren. Zus\u00e4tzlich haben wir an unserem Berliner Standort ein\u00a0Kryomesslabor\u00a0eingerichtet, mit dem die Leistungsf\u00e4higkeit der Elektronikaufbauten bei Temperaturen von wenigen Kelvin getestet werden kann.<\/p>\n

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Um auf die Ausgangsfrage zur\u00fcckzukommen, wir werden irgendwann tats\u00e4chlich nicht mehr kleiner werden k\u00f6nnen. Letztendlich wird die bereits von Rack zu Rack genutzte photonische Daten\u00fcbertragung auch direkt in die Leiterplatten gehen sowie von Chip-to-Chip erfolgen. Daran arbeiten wir bereits seit einigen Jahren.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

Es ist von gro\u00dfer strategischer Bedeutung, dass der Standort Europa nicht den Anschluss verliert und zuk\u00fcnftige Entwicklungen im Schulterschluss
mit Industriepartnern gef\u00f6rdert und vorangetrieben werden.<\/p>Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow | Institutsleiter des Fraunhofer IZM<\/cite><\/blockquote><\/figure>\n\n\n\n

Vor einigen Wochen haben die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) und Intel gemeinsam mit Schl\u00fcsselakteuren der deutschen Industrie eine Roadmap 2030+ f\u00fcr die Forschung im Bereich der 3D-Integration vorgestellt. Welchen Beitrag wird das Fraunhofer IZM daf\u00fcr leisten?<\/p>\n<\/div>

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Einerseits hat unser Institut eine wichtige Rolle bei der Gespr\u00e4chsanbahnung mit Intel gespielt. Wir arbeiten seit vielen Jahren eng zusammen. Der jetzt vorgestellte Forschungsfahrplan wurde in einer Reihe von Workshops erarbeitet, die von der FMD und Intel Europe Research organisiert wurden. Der erste Workshop fand bei uns in Berlin am Fraunhofer IZM statt.<\/p>\n

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Andererseits haben wir aktiv an der Entwicklung der Roadmap mitgewirkt und bereiten gemeinsam mit den beteiligten Akteuren die Grundlagen der zuk\u00fcnftigen Mikroelektronik vor. Es ist von gro\u00dfer strategischer Bedeutung, dass der Standort Europa nicht den Anschluss verliert und zuk\u00fcnftige Entwicklungen im Schulterschluss mit Industriepartnern gef\u00f6rdert und vorangetrieben werden. \u00dcber Chiplets wird seit vielen Jahren geredet. In der Produktion sind aber weltweit erst kleine Mengen. Wir sind noch weit davon entfernt fertige Chipletl\u00f6sungen zu liefern, aber der Fahrplan f\u00fcr die Umsetzung in den kommenden Jahren steht.<\/p>\n

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F\u00fcr den Einsatz im Automotive-Bereich m\u00fcssen zuk\u00fcnftig Nodes mit feinsten Strukturen mit Sensorik, MEMS, photonischen Elementen, LiDAR sowie Radar und vielem mehr kombiniert werden. Die dabei entstehenden Datenmengen m\u00fcssen verarbeitet werden. Wir am Fraunhofer IZM sind davon \u00fcberzeugt, dass dies zuk\u00fcnftig nur mit Chiplets m\u00f6glich sein wird. Die Halbleiter und Komponenten aus den verschiedenen Fabs, von den Fraunhofer-Instituten oder anderen europ\u00e4ischen Forschungs- und Technologieorganisationen (RTOs) m\u00fcssen ganz eng auf kleinstem
\nRaum miteinander verbunden werden. Technologien wie unser Panel Level Packaging spielen dabei eine wichtige Rolle. Fakt ist, am Ende muss alles auf ein Substrat integriert werden, um die Chiplets mit den anderen Komponenten zu verbinden. Bevor eine Massenfertigung starten kann, sind zentrale Fragen zu kl\u00e4ren: Wer sind die m\u00f6glichen Abnehmer f\u00fcr diese Bausteine? Welche Kooperationsm\u00f6glichkeiten mit der Industrie gibt es in Deutschland und in Europa?<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Der 1. FMD-Intel-Workshop zur heterogenen 3D-Integration f\u00fcr 2030+ am 28. Oktober 2022 in Berlin.
©<\/span>Fraunhofer IZM<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

Auf der aktuellen Institutsbrosch\u00fcre ist eine Visualisierung eines High-End Performance Packages (HEPP) abgebildet. Was hat es mit dieser Abbildung auf sich und was genau macht ein HEPP aus?<\/p>\n<\/div>

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Die Grafik visualisiert, wie verr\u00fcckt die Systeme werden, wenn sie hochfunktional sein sollen und welche Technologien daf\u00fcr notwendig sind. Wir zeigen fiktiv auf, was heute bereits alles beim\u00a0High-End Performance Packaging<\/strong>\u00a0gemacht wird und wo unser Institut auf dem Gebiet der Hetero-Integration aktiv ist. Wir bringen Chips auf und in die Leiterplatte. Wir bauen Interposer, stapeln Chips und verarbeiten MEMS in Systemen. Wir k\u00fcmmern uns um das Cooling, Antennen und die Daten\u00fcbertragung. Das Fraunhofer IZM ist das Packaging-Institut in Deutschland, Europa und weltweit.<\/p>\n

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Die derzeitige Herausforderung besteht darin, dass die Industrie neue Ma\u00dfst\u00e4be setzt, was die feineren Strukturen, Mikro-Bumps, Fine Lines und Spaces angeht. Um hierbei mitzuhalten und selbst Innovationen zu liefern, ben\u00f6tigen wir die neuesten Maschinen und Messtechniken. Unser Beitrag ist es, Systeme zu entwickeln und aufzubauen, die die Industrie dann produzieren kann. W\u00e4hrend wir das Gesamtkonzept betrachten, konzentrieren sich die Firmen auf bestimmte Entwicklungsbereiche z. B. auf das Packaging, die Entwicklung des Chip-Designs oder die Herstellung von Chips, MEMS oder Sensoriken. Aus diesen einzelnen Bausteinen muss am Ende jedoch ein funktionsf\u00e4higes System entstehen.<\/p>\n

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Wir verstehen uns als Bindeglied zwischen den Herstellern der Materialen, Maschinen, Komponenten und den Spezialisten der Aufbau- und Verbindungs-Technik. Als anwendungsorientiertes Forschungsinstitut ist unser Ansatz, zu verstehen, was die jeweilige Anwendung f\u00fcr Bedarfe und\u00a0Anforderungen an Technologien, Komponenten und Materialien sowie Zuverl\u00e4ssigkeit hat. Bei den Vorbereitungen f\u00fcr den\u00a0Europ\u00e4ischen Chips Act (ECA)<\/strong>\u00a0stehen wir im Zentrum aller Aktivit\u00e4ten.<\/p>\n<\/div>

Im Zusammenhang mit Advanced Packaging ist immer h\u00e4ufiger vom Hybrid-Bonding und der Chiplet-Integration zu lesen. Auf der anderen Seite m\u00fcssen beim Packaging von modernen Leistungshalbleitern wie Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) neue Wege beschritten werden. Wie ist das Fraunhofer IZM hierzu aufgestellt?<\/p>\n<\/div>

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Wie bereits erl\u00e4utert, fokussiert sich die Mikroelektronikindustrie seit einigen Jahren verst\u00e4rkt auf die heterogene Integration, um mehr Rechen-, Speicher- und andere Funktionen auf einer bestimmten Fl\u00e4che zu integrieren. Um die 3D-Verbindungsdichte zu erh\u00f6hen, werden mehrere\u00a0fortschrittliche und\/oder ausgereifte Chips in einem einzigen Geh\u00e4use untergebracht. Bei Hochleistungsanwendungen schrumpft die Anforderung an den IO-Abstand jedoch unter das Ma\u00df, das mit Flip-Chip-Verbindungen erreicht werden kann. Um Chiplets mit einem Abstand von 10 \u03bcm miteinander zuverl\u00e4ssig zu verbinden, ist die Hybrid-Bonding-Technologie derzeit die einzige Option.<\/p>\n

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Seit mehreren Jahren arbeiten wir an unserem Standort in Sachsen in Industrie-Projekten an dem Thema Hybrid-Bonding. Bisher arbeiten wir mit Verbindungsbreiten von 4,5 \u2013 6 Mikrometern. Um in einen Bereich auf die H\u00e4lfte herunterzukommen sind derzeit Kooperationen notwendig, da wir noch nicht \u00fcber den daf\u00fcr notwendigen Maschinenpark verf\u00fcgen. Aber wir planen \u00fcber F\u00f6rderprogramme (u. a. den ECA) die daf\u00fcr notwendigen Ger\u00e4te anzuschaffen. Wir wissen, wie und unter welchen Bedingungen das im Reinraum funktioniert. F\u00fcr die erwarteten Strukturen im Sub-Mikrometerbereich zum Ende dieses Jahrzehnts sind noch umfangreiche Entwicklungen zu leisten.<\/p>\n

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Auch bei dem Thema Chiplets haben wir eine Vorreiterrolle inne. Wir arbeiten sowohl auf Silizium- und Glas-Interposern und eruieren zudem die M\u00f6glichkeit, auf organischen Substraten zu arbeiten. Es ist zu erwarten, dass in den n\u00e4chsten Jahren die inneren Chip-Strukturen bei einigen Halbleitertypen auf einen Bereich von unter 2 nm runtergehen. Was die Ankontaktierung dieser Chips auf Substraten betrifft, sind bei den Substraten in Asien bereits erste IC-Substrate mit zwei Mikrometern Lines und Spaces (L\/S) in der Anwendung. Jedoch sind hier noch eine Reihe technischer Fragestellungen zu beantworten, z. B. ob die Hochfrequenz-Tauglichkeit und die Signal-Integrit\u00e4t gegeben sind und wie findet die Entw\u00e4rmung des Systems statt? Das sind genau die Herausforderungen, die mich auch pers\u00f6nlich motivieren.<\/p>\n

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Wichtig zu verstehen ist, dass das Fraunhofer IZM keine Halbleiter fertigt, d.h. wir sind kein CMOS-Institut, welches Chips designt und fertigt. Wir fangen beim Wafer an. Wenn aber zuk\u00fcnftig auch die Au\u00dfenanschl\u00fcsse der Chips und andere Bauelemente immer kleiner werden und als\u00a0System auf ein organisches, glasbasiertes oder keramisches Substrat gebracht oder gar in die Leiterplatte eingebettet werden sollen, ist noch einige Entwicklungsarbeit notwendig. An dieser Stelle kommt das Fraunhofer IZM wieder ins Spiel. Unsere zwei Haupttechnologien sind zum\u00a0einen das Wafer Level Packaging und zum anderen die (Large Area)-Substrat-Systemintegration, die beide stringent weiterentwickelt werden. Mit Hilfe der Leiterplatten-Technologie haben wir Leistungs-Halbleiter teilweise mit keramischen Interposern eingebettet, um hoch performante\u00a0Leistungselektronik zu realisieren. Daf\u00fcr bauen wir Subsysteme, Module und Systeme und k\u00fcmmern uns auch um das Geh\u00e4use und die K\u00fchlung. Unser Institut ist seit vielen Jahren bei der\u00a0ECPE, dem europ\u00e4ischen Kompetenzzentrum f\u00fcr Leistungselektronik, in der Vorentwicklung mit\u00a0unseren Zukunftsthemen engagiert. Ich bin mir sehr sicher, dass wir zuk\u00fcnftig wesentliche Beitr\u00e4ge f\u00fcr die Mikroelektronik leisten werden. Fest steht, in den kommenden 30 Jahren gehen uns die Forschungsthemen nicht aus.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Visualisierung eines High-End Performance Packages (HEPP)
©<\/span>Fraunhofer IZM | Volker Mai<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

Welche Ideen und Pl\u00e4ne gibt es f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Gestaltung der drei Standorte des Fraunhofer IZM in Berlin, Dresden und Cottbus?<\/p>\n<\/div>

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Seit 2019 wird der Innovationscampus f\u00fcr Elektronik und Mikrosensorik Cottbus \u2014\u00a0iCamp\u03bcs Cottbus<\/a> \u2014 unter Beteiligung von sechs au\u00dferuniversit\u00e4ren Forschungseinrichtungen sowie Professoren der BTU Cottbus-Senftenberg etabliert. Unser Institut ist an verschiedenen Projekten im Bereich Hochfrequenz- und Highspeed-Systeme und Antennenkonfigurationen beteiligt. Ein Beispielprojekt ist die Entwicklung eines mobilen Ultra-Low Power Radarsystems f\u00fcr Medizinanwendungen. Ich freue mich sehr, dass wir seit Anfang 2023 auch mit einer Professur im Bereich der Hochfrequenztechnik am iCamp\u03bcs Cottbus vertreten sind.<\/p>\n

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Im kommenden Jahr findet die iCamp\u03bcs Cottbus Conference (iCCC2024)<\/strong> statt, zu der ich alle aus Forschung und Wirtschaft herzlich einlade. Die Transferkonferenz f\u00fcr Innovationen in Wissenschaft und Industrie zeigt Potenziale und neue Anwendungen auf, die sich durch leistungsstarke Sensorik, den Einsatz innovativer Mikroelektronik und KI f\u00fcr die Industrie 4.0, Energiewirtschaft und (Tele-)Medizin ergeben. Ich habe gro\u00dfe Hoffnung das Fraunhofer IZM-ASSID an unserem Standort in Dresden langfristig auszubauen. Anders als in Berlin, ist das Gel\u00e4nde in Moritzburg im Besitz der Fraunhofer Gesellschaft. D. h. wir haben dort die M\u00f6glichkeit \u2013 vorausgesetzt das Geld in einem unteren dreistelligen Millionen-Euro-Bereich ist verf\u00fcgbar \u2013 die vorhandene Reinraumfl\u00e4che zu verdoppeln und mit einem entsprechenden Maschinenpark auszustatten.<\/p>\n

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Es w\u00e4re toll, wenn das Fraunhofer IZM-ASSID im Sinne der Souver\u00e4nit\u00e4t f\u00fcr Deutschland \u00fcber eigene Fertigungskapazit\u00e4ten verf\u00fcgen w\u00fcrde. Ich glaube, wir k\u00f6nnten zuk\u00fcnftig anspruchsvolle Module, Submodule, kleine Systeme und Vorprodukte liefern. Diesen Weg einzuschlagen, unterst\u00fctze ich gern. Voraussetzung daf\u00fcr sind die finanziellen Mittel und auch der Nachfragebedarf vonseiten der Industrie. Das ist jedoch noch alles Zukunftsmusik.<\/p>\n

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Eine andere Option ist, sich in bestehende bzw. geplante Reinr\u00e4ume einzumieten. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IPMS haben wir am Centers Nanoelectronic Technologies (CNT) in Dresden dazu eine L\u00f6sung gefunden. Im Sommer 2022 wurden gemeinsam mit dem IPMS die neuen\u00a0Reinr\u00e4ume des CNT und das 300mm Center for Advanced CMOS & Heterointegration\u00a0in Dresden-Moritzburg er\u00f6ffnet. Wir planen in den kommenden f\u00fcnf Jahren zus\u00e4tzliche Reinraumkapazit\u00e4ten mit bis zu 900 m2 zu schaffen und mit einem Ger\u00e4tepark auszustatten, um gemeinsam mit dem Fraunhofer IPMS und CNT zusammenzuarbeiten.<\/p>\n

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Wir m\u00fcssen hierbei auf die neuesten Maschinen zur\u00fcckgreifen und Reinraumkapazit\u00e4ten planen, um mit den Entwicklungen beim High-End Performance Packaging mithalten zu k\u00f6nnen. Wir kooperieren daher mit zahlreichen Partnern \u2013 Maschinen-, Material-, Anwender- und Packaging-Spezialisten. Dank diverser F\u00f6rderma\u00dfnahmen und unserer Reinr\u00e4ume ist uns dies bisher sehr gut gelungen. Unser Standort in Berlin profitiert aktuell vor allem von der F\u00f6rderung durch das Bundesministerium f\u00fcr Forschung, Technologie und Raumfahrt BMFTR (vormals BMBF) f\u00fcr das Projekt \u00bbForschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland – Modul Quanten- und neuromorphes Computing\u00ab (FMD-QNC)<\/strong><\/a>. Die bestehenden R\u00e4umlichkeiten werden laufend optimiert und modernisiert sowie Technologien weiterentwickelt.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

Das Fraunhofer IZM tr\u00e4gt neben dem Begriff der Mikrointegration den Begriff Zuverl\u00e4ssigkeit im Namen. An welcher Stelle sollten Zuverl\u00e4ssigkeitsbewertungen idealerweise ansetzen?<\/p>\n<\/div>

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Die Zuverl\u00e4ssigkeit von Elektronik ist die Basis f\u00fcr funktionierende Systeme. Am Fraunhofer IZM betrachten wir das High-End Performance Packaging also die Heterosystemintegration von den Materialien, Komponenten und Maschinen \u00fcber die Aufbau- und Verbindungstechnologien sowie Test, Charakterisierung und Zuverl\u00e4ssigkeit bis zur Anwendung als Ganzes. Wir sind daher besonders stark in der Physics-of-Failure-Analysis. D. h. wenn wir neue Systeme mit neuen Materialien und feineren Strukturen bauen, dann wissen wir je nachdem in welches Anwendungsgebiet diese flie\u00dft und welche Beanspruchungen zu erwarten sind. So k\u00f6nnen wir gezielt elektronische Systeme zuverl\u00e4ssig ausrichten und simulieren. F\u00fcr uns interessant ist, wenn wir die Simulation auf die von uns neu entwickelten Technologien und neu eingesetzten Materialien anwenden. Wir machen nicht nur die Zuverl\u00e4ssigkeitstests und -analysen, sondern beschreiben darauf basierend den Fehler- und Versagensmechanismus. Was nutzt es, ein System aufzubauen, das in der Anwendung nach zwei Tagen defekt ist.<\/p>\n

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Die Bewertung der Zuverl\u00e4ssigkeit muss auf abgestimmten Technologieebenen erfolgen und setzt zwingend das Verst\u00e4ndnis f\u00fcr das jeweilige System voraus. Wo, wie und wann wird das Bauteil verbaut und welchen Stressfaktoren (Temperaturh\u00f6he und -wechsel, Feuchtebeanspruchung, Belastungsdauer, etc.) ist es dabei ausgesetzt? Messungen zur Zuverl\u00e4ssigkeit sollten so fr\u00fchzeitig wie m\u00f6glich im Prozess erfolgen. Die Notwendigkeit einer technologiebegleitenden Zuverl\u00e4ssigkeitsanalyse wird bei dem Thema Chiplets eine immer gr\u00f6\u00dfere Rolle spielen. Werden Chips von unterschiedlichen Herstellern und Technologie in einem Multi-Package verbaut, reicht im schlimmsten Fall ein \u00bbschlechter\u00ab Chip oder ein unzureichender Interconnect aus, um zum Ausfall des Gesamtsystems zu f\u00fchren.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

Die Themenfelder, neue elektronische Produkte auf einem m\u00f6glichst niedrigen Energieniveau zu betreiben, \u00fcber deren Wiederverwertung bis hin zur Reparierbarkeit nachzudenken, gewinnt immer mehr an Bedeutung
in der Elektronik und der Aufbau- und Verbindungstechnik.<\/p>Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow | Institutsleiter des Fraunhofer IZM<\/cite><\/blockquote><\/figure>\n\n\n\n

Nach all den Einblicken hat man das Gef\u00fchl, es herrschen goldene Zeit f\u00fcr die Mikroelektronik. Ist dem tats\u00e4chlich so oder gibt es auch Herausforderungen?<\/p>\n<\/div>

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Die Notwendigkeit, die Maschinenparks stetig zu erneuern, und die Reinrauminfrastruktur vorzuhalten und zu betreiben, sind kostenintensiv. Hinzu kommt der Fachkr\u00e4ftemangel. Am Berliner Standort haben wir aktuell \u00fcber 100 Labore auf einer Gesamtfl\u00e4che von 8.000 m2. Um dies alles zu bespielen, brauchen wir aufstrebende Wissenschaftler:innen und Techniker:innen. Wir bilden seit \u00fcber 20 Jahren angehende Mikrotechnolog:innen aus. Unser Forschungsinstitut bietet spannende Aufgaben und Perspektiven, sich weiterzuentwickeln, bereits f\u00fcr Studierende und nach dem Studienabschluss erst recht.<\/p>\n

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Ein aktuelles Schlagwort in der Branche lautet Souver\u00e4nit\u00e4t. Um wesentliche Vorentwicklungen f\u00fcr die Industrie leisten zu k\u00f6nnen, ben\u00f6tigen Forschungsinstitute die finanziellen Mittel f\u00fcr den Aufbau und den Betrieb einer entsprechenden technischen Infrastruktur. Mein Appell an unsere Zentrale in M\u00fcnchen und auch an die Entscheidungstr\u00e4ger:innen in der Politik lautet: Die kontinuierliche Investition in die Aus- und Fortbildung von Fachkr\u00e4ften f\u00fcr die Mikroelektronik und die Ausstattung der Forschungsinstitute lohnt sich und wird auch weiterhin notwendig sein. Wir haben bereits sehr viel erreicht. Dank dem Europ\u00e4ischen Chips Act (ECA) und zahlreichen Initiativen wie der FMD-F\u00f6rderung durch das BMFTR (vormals BMBF) und dem o. g. \u00abFMD-QNC\u00bb beobachte ich eine zunehmende Vernetzung auch mit europ\u00e4ischen Forschungsorganisationen wie imec und CEA-Leti. Nur gemeinsam k\u00f6nnen wir L\u00f6sungen f\u00fcr die aktuellen und zuk\u00fcnftigen Herausforderungen in der Elektronikforschung erarbeiten.<\/p>\n

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Bei aller Technikeuphorie gilt es auch, die Auswirkungen der neu entwickelten Technologien auf die Umwelt und deren Energieeffizienz zu ber\u00fccksichtigen. Fakt ist, es wird immer mehr Elektronik verbaut. Wenn zuk\u00fcnftig medizinische Operationen mit Unterst\u00fctzung eines digitalen\u00a0Zwillings ausgef\u00fchrt werden oder Fahrzeuge autonom fahren, bedeutet das auch einen h\u00f6heren Energiebedarf. Die Themenfelder, neue elektronische Produkte auf einem m\u00f6glichst niedrigen Energieniveau zu betreiben, \u00fcber deren Wiederverwertung bis hin zur Reparierbarkeit\u00a0nachzudenken, gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Elektronik und der Aufbau- und Verbindungstechnik.<\/p>\n

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Mit den Auswirkungen des technischen Fortschritts auf den \u00f6kologischen Fu\u00dfabdruck befasst sich das Fraunhofer IZM seit seiner Gr\u00fcndung. Wir sind seit 30 Jahren auch international Vorreiter auf diesem Gebiet. In der Anfangszeit unseres Instituts haben wir das Thema \u00bbbleifreie Elektronik\u00ab intensiv bearbeitet und seitdem die elektronikspezifischen Nachhaltigkeitsthemen immer weiterentwickelt. Unsere Arbeit auf diesem Gebiet m\u00fcndet gerade in dem Projekt \u00bbGreen ICT @ FMD\u00ab<\/strong><\/a>. Hier wird geschaut, wie nachhaltig Elektronik sein kann. Wir schauen uns z. B. die Stoffkreisl\u00e4ufe und den CO₂-Fu\u00dfabdruck von Elektronik in all den Bereichen an, in denen High-End Performance Packaging zum Einsatz kommt. Unsere Aufgabe ist das, was wir im High-End Performance Packaging entwickeln und aufbauen, holistisch zu betrachten. Es reicht nicht aus, die innovativsten Packaging-Verfahren zu haben. Wir m\u00fcssen zugleich sicherstellen, dass die von uns eingesetzten Technologien zuverl\u00e4ssig funktionieren und zugleich auch nachhaltig sind.<\/p>\n<\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Anl\u00e4sslich des 30-j\u00e4hrigen Bestehens des Fraunhofer IZM sprach RealIZM mit Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow \u00fcber die Zukunft der Mikroelektronik und Forschungsaktivit\u00e4ten.<\/p>\n","protected":false},"author":127,"featured_media":12988,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-12318","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-interviews"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12318","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/127"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12318"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12318\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":31432,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12318\/revisions\/31432"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12988"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12318"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=12318"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=12318"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}