{"id":29403,"date":"2025-04-07T09:30:00","date_gmt":"2025-04-07T07:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=29403"},"modified":"2025-08-06T10:54:47","modified_gmt":"2025-08-06T08:54:47","slug":"apecs-ueber-den-beitrag-des-fraunhofer-ims-zur-pilotlinie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/apecs-ueber-den-beitrag-des-fraunhofer-ims-zur-pilotlinie\/","title":{"rendered":"APECS<\/strong> | \u00dcber den Beitrag des Fraunhofer IMS zur Pilotlinie"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen <\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Dr. Sascha Weyers (Fraunhofer IMS)
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Die APECS-Pilotlinie (kurz f\u00fcr \u00bbAdvanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems\u00ab) b\u00fcndelt das Know-how von 10 Partnern aus 8 europ\u00e4ischen L\u00e4ndern, um in den kommenden Jahren eine umfassende europ\u00e4ische Forschungsinfrastruktur im Bereich Heterointegration und Advanced Packaging aufzubauen. Auch das Fraunhofer IMS ist als in der FMD kooperierendes Institut am Aufbau der Pilotlinie beteiligt. Wir haben mit Dr. Sascha Weyers, Abteilungsleiter Technology, dar\u00fcber gesprochen, welche Expertise das Fraunhofer IMS in APECS einbringt und wie er pers\u00f6nlich auf die Entwicklung der Pilotlinie blickt.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

Herr Dr. Weyers, Sie arbeiten seit 2001 am Fraunhofer IMS. In welchen Bereichen sind Sie dort t\u00e4tig?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Begonnen habe ich am Institut im Bereich Drucksensoren und Fertigungssteuerung, bevor ich mich dem Thema CMOS- und MEMS-Entwicklung gewidmet habe. Seit 2020 bin ich verantwortlich f\u00fcr die Gesamttechnologieentwicklung am Institut und im November 2024 habe ich au\u00dferdem die Leitung f\u00fcr APECS<\/a> am Fraunhofer IMS \u00fcbernommen.<\/p>\n<\/div>

APECS ist der Name der europ\u00e4ischen Pilotlinie, die im November 2024 gestartet ist. Sie wird von der Fraunhofer-Gesellschaft koordiniert und von der FMD implementiert. Ziel ist die St\u00e4rkung der technologischen Resilienz Europas und der europ\u00e4ischen Halbleiterindustrie. Welche Expertise bringt das Fraunhofer IMS in die Pilotlinie ein?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Unsere Expertise, die wir in die Pilotlinie einbringen, l\u00e4sst sich grob in drei Bereiche gliedern: Das ist zum einen das Thema Integration und Kombination in der Photonik<\/strong> und zum anderen in der Infrarot-Sensorik<\/strong>. Au\u00dferdem verf\u00fcgen wir \u00fcber viel Know-how in der Charakterisierung<\/strong>. In der integrierten Photonik sind wir hier am Institut schon sehr weit \u2013 allerdings m\u00f6chten wir unsere Expertise dahingehend ausbauen, dass wir Schnittstellen nach au\u00dfen schaffen. Das hei\u00dft, die Kombination von unseren Technologien mit externen Technologien ist etwas, was wir im Rahmen von APECS verst\u00e4rken werden. Au\u00dferdem wollen wir daran arbeiten, dass beispielsweise Bauelemente im Bereich Backend-Optik so gestaltet werden, dass sie noch besser mit anderen Technologien kombinierbar sind.<\/p>\n

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Ein weiterer etablierter Bereich ist bei uns die Weiterentwicklung der Infrarot-Sensorik, in der wir erforschen, wie Sensorik und Elektronik effektiv kombiniert werden k\u00f6nnen. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die Entwicklung entsprechender Design-Tools<\/strong>, also das Schaffen von Schnittstellen, um einen durchg\u00e4ngigen Entwicklungsfluss sicherzustellen. Ziel ist es, unseren Kunden ein umfassendes Gesamtpaket statt einzelner Komponenten anbieten zu k\u00f6nnen. Und nat\u00fcrlich geht es auch um die Kommunikation der Chips mit der Au\u00dfenwelt, wenn diese in Ger\u00e4te und Anlagen eingebaut und ihre Informationen weiterverarbeitet werden.<\/p>\n

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Der dritte Kernbereich unserer Expertise ist die Charakterisierung, bei der wir z. B. einzelne Materialien oder Schichten untersuchen. Dabei geht es nicht nur darum, zu testen, ob ein Produkt funktioniert oder nicht, sondern auch um die Identifikation von Abh\u00e4ngigkeiten, Verl\u00e4ufen und Optimierungspotenzialen. Das ist insbesondere im Hinblick auf neue Technologien und bei der Kombination von Komponenten sehr relevant.<\/p>\n

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Zusammengefasst bedeutet das: Im Rahmen von APECS fokussieren wir uns am Fraunhofer IMS darauf, Prozesse und Werkzeuge zu entwickeln, die die Integration verschiedener Komponenten vereinfachen<\/strong>. Dazu z\u00e4hlen Process- und Assembly-Design-Kits (P\/ADKs) sowie Design-Flows, die f\u00fcr die hochentwickelte 2.5D- und 3D-Integration sowie die quasi-monolithische Integration (QMI) ben\u00f6tigt werden. Am Ende ist es ein Teilziel der APECS-Pilotlinie, keine Einzelkomponenten anzubieten, sondern einen gesamten Design-Flow. So soll sichergestellt werden, dass die verschiedenen Technologien, die im Rahmen von APECS entwickelt werden, miteinander kombiniert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/div>

Lassen Sie uns auf diese Technologien im Detail schauen und mit der 2.5D- und 3D-Integration beginnen. Was steck hinter diesem Ansatz?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Mit beiden Prozessen wird versucht, zwei oder mehr Chips m\u00f6glichst platzsparend und effizient miteinander zu verbinden. Bei der 2.5D-Integration werden hierzu die Chips auf einem Interposer nebeneinander platziert, was eine hohe Dichte und schnelle Kommunikation zwischen ihnen erm\u00f6glicht. Eine noch h\u00f6here Integration und Leistungsdichte l\u00e4sst sich mit der 3D-Integration erreichen. Hierbei werden Chips \u00fcbereinandergestapelt, sodass vertikale Verbindungen zwischen ihnen entstehen. Das hei\u00dft, am Ende entsteht bei diesen Integrationsmethoden zwar ein System, die einzelnen Bereiche sind aber noch zu erkennen. Die QMI geht noch einen Schritt weiter.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Demonstrator eines LiDAR-Sensors. Realisiert mit Hilfe von QMI am Fraunhofer IMS.
©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik | Akvile Zaludaite<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Was bedeutet einen Schritt weitergehen in diesem Fall?<\/strong><\/p>\n

\u00bbBei der QMI sollen Chips sozusagen in Chips integriert und direkt aufeinander aufgebracht werden<\/strong>. Das funktioniert, indem beispielsweise Bereiche in einem Chip freigelegt werden und ein zweiter Chip anschlie\u00dfend darin integriert wird. Man kann dann damit weiterarbeiten als handele es sich um einen einzigen Chip. Das bedeutet, dass z. B. die Metallisierung f\u00fcr beide gemeinsam erfolgen kann. Die Integration wird also bereits in den Prozess eingebaut. Das hat auch zur Folge, dass Methoden, die sonst eigentlich bei der Chipherstellung genutzt werden, dementsprechend auch in der Kombination zum Einsatz kommen k\u00f6nnen. Das ist der gro\u00dfe Unterschied zu den anderen Integrationsmethoden.\u00ab<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Wie genau profitieren Sie am Fraunhofer IMS von der QMI?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Die QMI ist sehr wichtig f\u00fcr optische Sensoren, um eine enge Verbindung zwischen dem optischen Teil und der Elektronik herzustellen. Denn lange Verbindungen sind in diesem Zusammenhang ung\u00fcnstig und die QMI erm\u00f6glicht es, die Vorteile durch die hohe Integrationsdichte nutzen zu k\u00f6nnen. Wie beschrieben, besch\u00e4ftigen wir uns am Fraunhofer IMS viel mit der Integration und Kombination verschiedener Komponenten, z. B. Elektronik und Sensorik, und an dieser Stelle hilft uns die QMI, Schnittstellen zu schaffen und Fertigungsprozesse zu vereinfachen<\/strong>.<\/p>\n<\/div>

Auf das Stichwort Schnittstellen m\u00f6chten wir gerne noch konkreter eingehen, denn im Rahmen von APECS sollen am Fraunhofer IMS au\u00dferdem Complex-IPs f\u00fcr optische Komponenten (Phasenschieber) und Schnittstellen-Technologien, die hohe Datenraten unterst\u00fctzen, entwickelt werden. K\u00f6nnen Sie das erkl\u00e4ren?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Eine komplexe IP im Kontext von optischen Komponenten ist die Kombination eines optischen Teils mit einem elektronischen Teil. Grunds\u00e4tzlich gilt: Im optischen Teil gibt es Wellenleiter und Bauelemente, die das Licht beeinflussen. Diese Bauelemente sollen gesteuert werden, was in der Regel elektronisch von au\u00dfen erfolgt. Im einfachsten Fall bedeutet das, der Wellenleiter wird erw\u00e4rmt, die Eigenschaften \u00e4ndern sich und auf diese Weise kann das Licht gesteuert werden. Ziel dieser Complex-IPs ist es nun, diesen Prozess als fertiges System anzubieten und nur noch ein Bauteil zu gebrauchen. Wir versuchen in unserer Forschung daher, bestimmte Komponenten vorab zu definieren, um Kunden Entwicklungsarbeit abzunehmen und ihnen fertige, genau definierte Komponenten anzubieten.<\/p>\n<\/div>

Wie kann eine solche Schnittstelle in das Design integriert werden?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Das kann man sich wie einen Lego-Baukasten vorstellen. Design bedeutet erstmal, dass es verschiedene vorab definierte Bauteile gibt. Je nachdem, was ich brauche f\u00fcr meine Forschung, kann ich dann bestimmte Bauteile ausw\u00e4hlen und sie miteinander verbinden. Anwender:innen haben so die M\u00f6glichkeit, sich wie aus einem Katalog die Bauteile herauszusuchen, die sie ben\u00f6tigen, und diese miteinander zu verbinden. Das erfolgt meist automatisch. Die Design-Software soll dazu f\u00fchren, dass die Komponenten m\u00f6glichst effizient platziert werden k\u00f6nnen. Wir m\u00f6chten den Kunden ein fertiges Bauteil anbieten inklusive einer detaillierten Beschreibung. Es soll klar sein, wie das Bauteil eingebaut werden muss, wie es sich verh\u00e4lt und nat\u00fcrlich, was es leistet. Das bedeutet, wir m\u00fcssen die Bauteile, bevor wir sie an Kunden geben, charakterisieren. Es werden beispielsweise Signale ausgesendet, um zu testen, wie sich das Bauteil verh\u00e4lt und Modelle zu erstellen. Diese so generierten Modelle k\u00f6nnen Kunden dann f\u00fcr ihre Simulationen nutzen.<\/p>\n<\/div>

Sie haben das Thema Charakterisierung schon angesprochen. F\u00fcr APECS ist in Hinblick auf die Entwicklung von Demonstratoren zudem das Thema Validierung sehr wichtig. W\u00fcrden Sie dazu ein bisschen mehr erz\u00e4hlen?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Es gibt zwei Aspekte der Validierung. Das eine ist der technologische Bereich. Hier wird \u00fcberpr\u00fcft, ob sich eine entwickelte Technologie so verh\u00e4lt, wie es zu erwarten ist. Grundlage ist die schon angesprochene Charakterisierung der Bauteile<\/strong>, die wir im Rahmen von APECS durchf\u00fchren. Der andere Aspekt der Validierung<\/strong> bezieht sich auf das Gesamtprojekt<\/strong>, denn wir m\u00fcssen und wollen nat\u00fcrlich sicherstellen, dass unsere Pilotlinie insgesamt funktioniert. Also: Sind reibungslose Abl\u00e4ufe garantiert? Sind die einzelnen Komponenten einsatzf\u00e4hig? An dieser Stelle werden die Demonstratoren, die im Rahmen von APECS entwickelt werden, relevant. Mithilfe dieser Demonstratoren k\u00f6nnen wir zeigen, dass beispielsweise die Kombination verschiedener Bauteile in der Praxis erfolgreich m\u00f6glich ist, sowohl hinsichtlich des Ablaufs als auch im Hinblick auf die Funktionen. Auf diese Weise stellen wir sicher, dass sich unsere Arbeit in die richtige Richtung entwickelt und wir am Ende den Kunden fehlerfreie Produkte anbieten k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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In APECS arbeitet ein europ\u00e4isches Konsortium mit 10 Partnern aus 8 europ\u00e4ischen L\u00e4ndern zusammen. Das Fraunhofer IMS arbeitet eng mit dem VTT aus Finnland zusammen, insbesondere bei Verbindungstechnologien (Interconnect). Was bedeutet Interconnect?<\/strong><\/p>\n

\u00bbInterconnect bedeutet, dass neben der mechanischen auch eine elektrische Verbindung zwischen den Chips<\/strong> hergestellt wird. Bei Chips, die man direkt aufeinanderstapelt, ist die einfachste M\u00f6glichkeit, dies zu realisieren, L\u00f6cher zwischen den Chips zu generieren und ein leitendes Material einzuf\u00fcllen. Wichtig ist, zu verhindern, dass Schichten, die vorher aufgebracht wurden, durch diesen Schritt zerst\u00f6rt werden. Eine Alternative zu diesem Vorgehen besteht darin, an der Oberfl\u00e4che beider Chips elektrische Verbindungen vorzubereiten, die sich gegen\u00fcberliegen. Auf diese Weise entsteht beim Aufeinanderstapeln automatisch eine elektrische Verbindung. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile.\u00ab<\/p>\n

Wie sieht die Zusammenarbeit mit dem VTT aus?<\/strong><\/p>\n

\u00bbGemeinsam mit dem VTT suchen wir nach Materialkombinationen oder Prozessabl\u00e4ufen, die die besten Eigenschaften f\u00fcr diese Verbindungen liefern, beispielsweise einen geringen Widerstand und hohe Zuverl\u00e4ssigkeit. Die Forschenden am VTT sind besonders stark in der Aufgabe, solche Verbindungen zu realisieren, und in den Bereichen Materialentwicklung und Abscheidemethoden. Wir erg\u00e4nzen uns in unseren Kompetenzen sehr gut. Hierbei arbeiten wir im Rahmen von APECS auch eng mit dem Fraunhofer ENAS<\/a> zusammen und k\u00f6nnen Synergien nutzen.\u00ab<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Was ist aus Ihrer Perspektive die gr\u00f6\u00dfte St\u00e4rke von APECS?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Die gr\u00f6\u00dfte St\u00e4rke ist die europ\u00e4ische Zusammenarbeit<\/strong> und die dezentrale Forschungsstruktur<\/strong>, die aufgebaut wird. Hier profitieren wir auf jeden Fall davon, dass wir durch die FMD<\/a> in Deutschland schon eine sehr gute Vorarbeit hinsichtlich der Zusammenarbeit im Bereich Mikro- und Nanoelektronik haben. Es gibt ein breites Spektrum von Instituten, die alle \u00fcber spezifische Expertise verf\u00fcgen und Erfahrung mit Kooperationen, beispielsweise in der Koordination von Kundenanfragen, mitbringen. Mit der APECS-Pilotlinie bringen wir diese Zusammenarbeit auf ein neues Level. Wir wollen die Voraussetzungen daf\u00fcr schaffen, verschiedene Technologien miteinander zu verbinden und in die industrielle Anwendung zu bringen. Durch das Entwickeln gemeinsamer Tools werden wir Kunden viel schneller L\u00f6sungen aus einem breiten Portfolio anbieten k\u00f6nnen.<\/p>\n<\/div>

Haben Sie daf\u00fcr ein konkretes Beispiel?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Heute ist die Kombination verschiedener Technologien ein Schl\u00fcsselaspekt f\u00fcr die Industrie. W\u00e4hrend fr\u00fcher einzelne Funktionen in Herstellungsprozessen miteinander kombiniert werden konnten, erfordert die Integration zus\u00e4tzlicher Funktionen mittlerweile einen hohen Aufwand in der Vorarbeit und Umsetzung, damit eine nahtlose Funktionalit\u00e4t gew\u00e4hrleistet ist. Nehmen wir das Beispiel Erfassung und Verarbeitung unterschiedlicher Sensordaten, beispielsweise Licht und Druck. Anstelle einer Entwicklung, die beides gleichzeitig erm\u00f6glicht, kann, indem jeweils Basis-Chips mit Druck- und optischen Sensoren kombiniert werden, eine robuste L\u00f6sung entstehen, die den hohen industriellen Anforderungen gerecht wird. Das reduziert die Notwendigkeit, bei jeder Anpassung von vorn beginnen zu m\u00fcssen und erm\u00f6glicht durch jeweils spezialisierte Chips eine effizientere Verarbeitung von Daten innerhalb des Sensors. Die Arbeit in unserer Pilotlinie leistet dazu einen wichtigen Beitrag.<\/p>\n<\/div>

Auf welche Aufgaben im Projekt freuen Sie sich am meisten?<\/strong><\/p>\n<\/div>

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Ich freue mich am meisten auf die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Technologiebereichen und auf deren technische Umsetzung, beispielsweise mithilfe der angesprochenen Design-Tools. Dazu braucht es Austausch \u00fcber Abteilungs- und Institutsgrenzen hinweg. Das finde ich sehr spannend, denn so lerne auch ich in meiner Arbeit noch dazu.<\/p>\n<\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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