{"id":25668,"date":"2024-09-23T10:00:00","date_gmt":"2024-09-23T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=25668"},"modified":"2026-02-11T10:24:31","modified_gmt":"2026-02-11T09:24:31","slug":"mikrochip-wettbewerbsfaktor-und-industrielles-kernelement","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/360-mikroelektronik\/blick-ueber-den-tellerrand\/mikrochip-wettbewerbsfaktor-und-industrielles-kernelement\/","title":{"rendered":"Mikrochip<\/strong> | Wettbewerbsfaktor und industrielles Kernelement\u00a0\u00a0\u00a0"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Grispb<\/div><\/div><\/div>\n
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Vom Auto \u00fcber das Handy bis zur elektrischen Zahnb\u00fcrste \u2013 Mikrochips durchdringen unser Leben und das h\u00e4ufig ohne, dass wir uns dessen bewusst sind.<\/p>\n

Doch was macht Mikrochips tats\u00e4chlich aus und wo f\u00fchrt der Weg in der n\u00e4chsten Zeit hin?<\/p>\n

In einer mehrteiligen Bildreihe am Ende dieser Seite geben wir einen kurzen Blick auf ausgew\u00e4hlte Bereiche der Chip-Herstellung und tauchen so aus verschiedenen Perspektiven tiefer in das Thema ein.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

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Key Takeaways des Artikels<\/strong><\/h3><\/span><\/th>\n <\/tr>\n \n

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Situation:\u00a0<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

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Mikrochips \u00fcbernehmen durch ihre Funktion als zentraler Enabler eine wichtige Rolle f\u00fcr die dauerhafte Wettbewerbsf\u00e4higkeit Deutschlands und Europas<\/strong>. Gerade deswegen ist es von gro\u00dfer Bedeutung, dass gezielte Investitionen in die Chiptechnologien get\u00e4tigt werden, um so die technologische Souver\u00e4nit\u00e4t und Chip-Zug\u00e4nglichkeit dauerhaft zu steigern.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

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Problemstellung:<\/b><\/p>\n\n <\/td>\n

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Chip ist nicht gleich Chip, in diesem Artikel kl\u00e4ren wir einige zentrale Begrifflichkeiten und m\u00f6chten so zum allgemeinen Verst\u00e4ndnis des Themas beitragen.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n

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Wichtige Entwicklungen und Trends:<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

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  • Mikrochips bestehen aus integrierten Schaltkreisen (IC)<\/strong> mit Millionen kleinsten Transistoren, Widerst\u00e4nden und Kondensatoren. Die Zahl der Transistoren<\/strong> hat sich in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich erh\u00f6ht, sodass in der Branche die Frage diskutiert wird, wie die Grenzen der Physik hier immer weiter ausgereizt werden k\u00f6nnen.<\/li>\n
  • So spielt die Miniaturisierung<\/strong> eine entscheidende Rolle f\u00fcr Mikrochips. Diese sorgt daf\u00fcr, dass elektrische Signale schneller \u00fcbertragen werden k\u00f6nnen, die Miniaturisierung hat aber i.d.R. auch einen erh\u00f6hten Produktionsaufwand zur Folge.<\/li>\n
  • Auch die Bandl\u00fccke<\/strong> ist sehr wichtig und aktuell, denn je h\u00f6her die Bandl\u00fccke, desto besser sind Leitf\u00e4higkeit (Energie-)Effizienz und Miniaturisierbarkeit. Materialien wie Galliumnitrid (GaN) und Siliziumcarbid (SiC) versprechen hier gro\u00dfes Potenzial.<\/li>\n
  • Schlie\u00dflich spielt das Thema Umweltauswirkungen<\/strong> eine wichtige Rolle. Das Fertigen von Mikrochips verbraucht gro\u00dfe Mengen an Wasser und Strom. Gleichzeitig liegt in der Mikrochipherstellung gro\u00dfes Potenzial f\u00fcr nachhaltige Innovationen.<\/li>\n<\/ul>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n
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Weiterer Forschungs-\/Entwicklungsbedarf (aus der FMD):<\/strong><\/p>\n\n <\/td>\n

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Insbesondere im Bereich der Ressourceneffizienz und Umweltauswirkungen<\/strong> von Mikrochips besteht Forschungsbedarf. Gleichzeitig gibt es viele Innovationspotenziale<\/strong>. Die FMD hat bereits das standort\u00fcbergreifende Kompetenzzentrum \u00bbGreen ICT @ FMD<\/a>\u00ab<\/strong> ins Leben gerufen. In diesem Rahmen werden ressourcenbewusste und \u00f6kologisch nachhaltige L\u00f6sungen f\u00fcr gr\u00fcne IKT erforscht und Unternehmen bei der Produktion \u00f6kologisch nachhaltiger Produkte unterst\u00fctzt.<\/p>\n

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Auch f\u00fcr den Bereich Quanten- und neuromorphes Computing<\/strong> gibt es innerhalb der FMD ein eigenes Projekt: Im Projekt \u00bbForschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland \u2013 Module Quanten- und neuromorphes Computing (FMD-QNC<\/a>)<\/strong>\u00ab geht es darum, die mikroelektronische Forschung und Entwicklung in diesem Themenkomplex zu b\u00fcndeln und auszubauen.<\/p>\n

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Ebenso hat der Bereich Chip-Design gro\u00dfe Bedeutung f\u00fcr die Halbleiter von morgen, hierf\u00fcr engagiert sich das Netzwerk Chip Design Germany<\/strong><\/a>, indem die FMD an verschiedenen Stellen beteiligt ist.<\/p>\n\n <\/td>\n <\/tr>\n <\/table>\n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n\n\n

Deutschlands und Europas Rolle im globalen Halbleiter\u00f6kosystem<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
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Die j\u00fcngste Vergangenheit hat deutlich gemacht, wie dringend Deutschland und Europa an einer st\u00e4rkeren Unabh\u00e4ngigkeit und Resilienz im Bereich kritischer Halbleitertechnologien arbeiten m\u00fcssen. Eine Studie des Verbands Bitkom aus dem Jahr 2022<\/strong> (zur Studie<\/a>) macht deutlich, welche wirtschaftlichen Folgen Versorgungsprobleme haben k\u00f6nnen: Ganze 9 von 10 Unternehmen gaben an, auf Halbleiter angewiesen zu sein<\/strong> \u2013 die ben\u00f6tigten Bauteile reichen von diskreten Halbleitern \u00fcber Sensoren und Mikroprozessoren bzw. Speicherchips bis zu Bildsensoren und Lasern.<\/p>\n

Die wichtigsten Chip-Produzenten sind bislang Taiwan, China und S\u00fcdkorea. Es besteht also gro\u00dfer Handlungsbedarf f\u00fcr Deutschland und Europa, die eigene Position zu st\u00e4rken und sich so unabh\u00e4ngiger zu machen. Die Europ\u00e4ische Union hat die Notwendigkeit zum Handeln erkannt und 2023 das Gesetz f\u00fcr den European Chips Act<\/strong> verabschiedet. Zentrales Anliegen: Die europ\u00e4ische Wettbewerbsf\u00e4higkeit und Resilienz bezogen auf Halbleitertechnologien und \u00a0-anwendungen st\u00e4rken und Europas technologische F\u00e4higkeiten ausbauen<\/strong>.<\/p>\n

Mikrochips sind ein zentraler industrieller und wirtschaftlicher Faktor im internationalen Wettbewerb und spielen eine wichtige Rolle f\u00fcr die technologische Souver\u00e4nit\u00e4t Deutschlands und Europas. Ihre Einsatzgebiete sind vielf\u00e4ltig: Entwicklung autonomer Fahrzeuge, Innovationen im Bereich Quantencomputing, Voranbringen K\u00fcnstlicher Intelligenz, 5G- und 6G-Anwendungen oder Erh\u00f6hung von Datenkapazit\u00e4ten – f\u00fcr all diese Bereiche sind Mikrochips essenziell.<\/p>\n

Nat\u00fcrlich gibt es auch Herausforderungen, die den Ausbau und die Entwicklung von Halbleitertechnologien und Mikrochips in Deutschland und Europa erschweren, beispielsweise der Fachkr\u00e4ftemangel<\/a>. Die kommenden Jahre werden von Halbleitern und Mikrochips gepr\u00e4gt werden \u2013 Zeit also, einen genauen Blick auf diese Technologien zu werfen.<\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

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An dieser Stelle m\u00f6chten wir einige Schl\u00fcsselstellen im Bereich Mikrochip n\u00e4her beleuchten:<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

IC = Integrated Circuits<\/h2>

Mikrochips bestehen aus integrierten Schaltkreisen (IC) mit Millionen kleinsten Transistoren, Widerst\u00e4nden und Kondensatoren.<\/strong> Diese IC werden durch Hinzuf\u00fcgen und Entfernen von Material und aufwendige Lithografie-Prozesse auf Wafer aus Silizium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder andere geeignete Materialien aufgebracht. Wir werfen einen Blick darauf, wie genau Mikrochips produziert werden und wie sich beispielsweise die Zahl der Transistoren auf einem Chip vervielfacht hat. Mehr Informationen dazu gibt es zum Beispiel in Teil 4 unserer Videoreihe Einf\u00fchrung in die Mikroelektronik.<\/a><\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Bedeutung von Chip-Gr\u00f6\u00dfen<\/h2>\n\n\n\n
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Au\u00dferdem widmen wir uns der Gr\u00f6\u00dfe der IC, die sich in den letzten Jahrzehnten rasant entwickelt hat. IC sind immer kleiner geworden, was dazu f\u00fchrt, dass sie schneller elektrische Signale \u00fcbertragen k\u00f6nnen, energieeffizienter sind und mehr Chips auf einen Wafer aufgebracht werden k\u00f6nnen. Gleichzeitig hat dies einen h\u00f6heren Produktionsaufwand zur Folge. Eines bereits vorweg: Kleinere Chips sind nicht zwangsl\u00e4ufig besser als gr\u00f6\u00dfere<\/strong> \u2013 es kommt immer auf ihr Einsatzgebiet an und welche Anforderungen sie erf\u00fcllen m\u00fcssen. Ein Chip, der in der Automobilindustrie verbaut wird, ist in der Regel gr\u00f6\u00dfer als ein Chip, der f\u00fcr Smartphones gebraucht wird. Je kleiner der Chip, desto teurer ist im Normalfall aufgrund verschiedener Parameter seine Herstellung, sodass sich besonders kleine und leistungsf\u00e4hige Chips h\u00e4ufig nur bei sehr hohen St\u00fcckzahlen mit gr\u00f6\u00dftem Leistungsbedarf, wie teilweise im Consumer-Bereich, lohnt. In vielen Anwendungsbereichen sind auch gr\u00f6\u00dfere Strukturgr\u00f6\u00dfen sehr gut einsatzbar, hier wird nicht zwangsl\u00e4ufig die h\u00f6chste Rechengeschwindigkeit gebraucht; kosteng\u00fcnstige, weit ausgereifte und robuste L\u00f6sungen sind f\u00fcr viele Einsatzbereiche deshalb die ideale Wahl. Mehr dazu auch in Teil 5 unserer Reihe Einf\u00fchrung in die Mikroelektronik<\/a>.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Strukturgr\u00f6\u00dfen und weitere Miniaturisierung<\/h2>\n\n\n\n
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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Wir besch\u00e4ftigen uns auch mit dem fortlaufenden Trend der Miniaturisierung<\/strong> (mehr dazu erfahren Sie in unserer Videoreihe zur Einf\u00fchrung in die Mikroelektronik<\/a>) und fragen, welche Rolle Nanometer-Angaben in diesem Zusammenhang spielen. Miniaturisierung zeigt sich z. B. daran, dass Prozessoren immer kleiner geworden sind, daf\u00fcr aber die Anzahl der Transistoren und die Taktrate zugenommen haben. Im Zuge dessen haben Angaben \u00fcber die Strukturbreite der Chips an Wichtigkeit verloren. Bis in die 1990er Jahre bezog sich der Begriff Strukturbreite noch auf die tats\u00e4chlich gemessene L\u00e4nge von Chip-Strukturen. Heute werden Begriffe wie \u00bb3-nm-Chip\u00ab vor allem zu Marketingzwecken eingesetzt und sagen wenig \u00fcber die konkrete Technik aus.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Darum ist die Bandl\u00fccke so wichtig<\/h2>\n\n\n\n
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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Neben der Auseinandersetzung mit dem Begriff Miniaturisierung wird auch die Frage nach der Rolle der Bandl\u00fccke<\/strong> beantwortet. Die Bandl\u00fccke gibt an, wie effektiv die elektrische Leitf\u00e4higkeit ist. Dabei gilt: Je h\u00f6her der Wert, desto besser sind Leitf\u00e4higkeit, (Energie-)Effizienz und Miniaturisierbarkeit. Auch auf diesem Gebiet kristallisieren sich neue Zukunftstechnologien heraus: So versprechen beispielsweise Galliumnitrid (GaN) und Siliziumcarbid (SiC) mehr Leistungsf\u00e4higkeit und (Energie-)Effizienz als Silizium, da ihre Bandl\u00fccke im Vergleich ca. dreimal so breit ist. Eine gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccke erm\u00f6glicht zudem den Betrieb bei h\u00f6heren Frequenzen \u2013 das f\u00fchrt zu schnelleren Schaltgeschwindigkeiten und leistungsf\u00e4higeren elektronischen Ger\u00e4ten. Einige der Institute der FMD sind auf diese sogenannten Wide-Bandgap-Materialien (WBG) spezialisiert und erforschen die M\u00f6glichkeiten neuer Materialkombinationen auf ihrem Weg in den industriellen Ma\u00dfstab. Diese neueren Materialien haben z .B. in Bereichen wie der Leistungselektronik absolutes Gamechanger-Potenzial und sind somit u. a. im Automotive-Bereich immer gefragter.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Warum dauert die Chip-Herstellung eigentlich so lange?<\/h2>\n\n\n\n
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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Warum dauert das Fertigen eines Mikrochips bis zu 20 Wochen? Auch dieser Frage gehen wir nach. Hier sei bereits gesagt: Der Halbleiterherstellungsprozess ist sehr komplex und kann mitunter bis zu 1.200 Schritte ben\u00f6tigen<\/strong> (z. B. CMOS-Prozess). Es geht los mit der Waferbearbeitung. Darauf folgt die Lithografie, bei der Siliziumwafer mit Strahlung belichtet und so Muster in die Oberfl\u00e4chen \u00bbgedruckt\u00ab werden. Darauf folgen Ionen-Implantation<\/a> und Testung, bevor die Chips durch das sogenannte \u00bbWafer dicing\u00ab aus dem Wafer herausgetrennt (singularisiert) werden. Im letzten Schritt erfolgt das Stacking und Packaging \u2013 die Chips werden dabei mit einem Substrat verbunden. In der Halbleiterproduktion gibt es eine starke regionale Konzentration auf\u00a0 Europa, Asien (insbesondere Taiwan, Japan und S\u00fcdkorea) und die USA, h\u00e4ufig mit spezifischen Spezialisierungen. Wer mehr wissen m\u00f6chte zum globalen Halbleiter\u00f6kosystem, findet hier mehr Informationen<\/a>.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Wie sieht es mit Umweltauswirkungen aus?<\/h2>\n\n\n\n
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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Schlie\u00dflich betrachten wir die\u00a0Umweltauswirkungen\u00a0der Chipfertigung. Denn das Fertigen von Mikrochips erfordert gro\u00dfe Mengen von Wasser und Strom. Es gilt die Regel: Je kleiner die Strukturgr\u00f6\u00dfe des Chips ist, desto h\u00f6her ist der Strombedarf bei der Fertigung pro Wafer<\/strong>. Auch der Wasserverbrauch ist hoch: Er kann in einer Halbleiterfabrik ca. 99 Millionen Liter Wasser pro Tag betragen. Gleichzeitig bietet die Mikrochipherstellung gro\u00dfes\u00a0Potenzial f\u00fcr nachhaltige Innovationen. Um solche Innovationen zu erforschen und zu entwickeln, hat die FMD das Kompetenzzentrum\u00a0\u00bbGreen ICT @ FMD\u00ab<\/a>\u00a0ins Leben gerufen. In diesem Kompetenzzentrum arbeiten Expert:innen aller in der FMD kooperierender Institute daran, negative Auswirkungen der Digitalisierung auf die Umwelt m\u00f6glichst zu minimieren, und unterst\u00fctzen Unternehmen dabei, ihre Produkte \u00f6kologisch nachhaltig zu gestalten.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Text von: Maximilian Kunze<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Mikrochips sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. In diesem Artikel geben wir einen \u00dcberblick \u00fcber die Welt der Mikrochips und werfen einen Blick auf ihre Bedeutung und Trends.<\/p>\n","protected":false},"author":127,"featured_media":25710,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[133],"tags":[],"class_list":["post-25668","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blick-ueber-den-tellerrand"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/25668","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=25668"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/25668\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33185,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/25668\/revisions\/33185"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/25710"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=25668"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=25668"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=25668"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}