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Forscher bieten Service von der Idee bis zum Chip

Kundenspezifische elektronische Bauteile für den Mittelstand
Forscher bieten Service von der Idee bis zum Chip

In ihrem 800 m² großen Reinraumbereich fertigen die Mitarbeiter des Münchner IFT kundenspezifische Chips, sogenannte ASIC. Diese ersetzen eine Reihe elektronischer Bauteile und reduzieren so die Zahl der Lieferanten eines Unternehmens. Sie digitalisieren beispielsweise Meßwerte, errechnen Mittelwerte, leiten Netzabschaltungen ein oder alarmieren Prozessoren auf höherer Ebene. Die Kapazität der Fertigungslinie reicht bis zu 350 Wafer-Starts pro Woche. An ihr entstehen unter anderem Bauteile, die sich für "Mixed Signal"-Anwendungen eignen, also sowohl digitale als auch analoge Signale verarbeiten können, die auf der Grundlage des modernen 1,0- und 0,8-µm-CMOS-Prozesses hergestellt werden, deren Qualität durch die Industriequalifizierung der Anlage sichergestellt ist, deren Verfügbarkeit über acht Jahre garantiert ist.
Kommerzielle Chip-Hersteller sind auf die Produktion großer Stückzahlen eingerichtet. Anwendungsspezifische Bauteile für neue Produktideen bietet das Münchner Fraunhofer-Institut für Festkörpertechnologie auch in kleinen Mengen an.

Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Birgit Oppermann

Ob es um einen Fensterheber im Auto geht oder um eine Maschinensteuerung – ohne Chips läuft heute fast nichts mehr. Ein Muster mikrometerfeiner Bahnen aus Halbleitern läßt die Ideen der Ingenieure Wirklichkeit werden. Aber selbst bei den Mini-Bauteilen läßt sich noch so manches verbessern.
Häufig sind sie aus Standardeinheiten zusammengesetzt, die festgelegte Funktionen übernehmen. So erfüllen die Bauteile zwar ihre Aufgabe, schleppen aber auch eine Menge Ballast mit sich herum. Ohne diese überflüssige Information sind sie nicht nur kompakter, sondern auch weniger anfällig gegenüber Fehlern.
„Wenn Sie ein integriertes Bauteil verwenden, arbeitet das viel zuverlässiger als eine Kombination aus zwei Bauteilen“, erläutert Dr. Christian Diekmann vom Münchner Fraunhofer-Institut für Festkörpertechnologie (IFT). Die Wissenschaftler am IFT erforschen aber nicht nur, wie sich die Chipherstellung optimieren läßt. Sie bieten ihr Know-how auch als Dienstleistung an.
Ihr Institutsbereich Comgate stellt anwendungsspezifische integrierte Bauteile her, die nur die notwendigen Schaltkreise enthalten. Die Fachleute bezeichnen sie kurz als ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Die Chips tun ihren Dienst beispielsweise in elektronischen Waagen oder in Förderbändern, deren Funktion sie steuern.
Nullserie steht 14 Tage nach ersten Tests bereit
Von der technischen Seite her betrachtet ist das nicht brandneu: Die großen Chip-Hersteller entwickeln und produzieren von solchen Bauteilen längst Stückzahlen in Millionenhöhe. Die Folge davon ist allerdings, daß sie sich in der Regel nicht mit dem Auftrag eines Mittelständlers abgeben würden, der für den Test einer neuen Produktidee nur eine kleine Menge braucht, nämlich höchstens ein paar tausend Teile.
In diese Bresche wollen die Münchner springen. Für mittelständische Maschinen- und Anlagenbauer sind sie deshalb interessant, weil die Stückzahlen ihrer Fertigungslinie da enden, wo die Halbleiterindustrie erst anfängt. „Unsere eigentlichen Adressaten sind die Mittelständler, denen wir alles aus einer Hand anbieten“, beschreibt auch Dipl.-Phys. Günter Wippich, der für Marketing und Vertrieb der Comgate verantwortlich ist.
Die IFT-Mitarbeiter betreuen die komplette Herstellung, von der Idee über das Layout der Strukturen bis zum fertig gehäusten Chip. Besonders wichtig für kleine innovative Unternehmen ist, daß die Kunden von der ersten Auflage der Bauteile nur den kleinen Teil abnehmen und bezahlen müssen, den sie zum Erproben ihrer Idee benötigen. An der Linie entstehen allerdings mehr Silizium-Scheiben, die der Kunde zunächst nicht benötigt. Sie liegen am Müncher Institut bereit und lassen sich kurzfristig weiter bearbeiten. Deshalb steht die Nullserie von bis zu 1000 Teilen innerhalb von zwei Wochen zur Verfügung, wenn die Idee nach den ersten Tests Erfolg verspricht. Sollte der Anwender später größere Mengen an Bauteilen benötigen, kann er einen weiteren Vorteil des IFT-Angebotes nutzen: Es muß kein spezielles Fertigungsverfahren mehr entwickelt werden, denn das ist ja schon im ersten Durchgang an der Linie gleich mit erprobt worden.
Die ASIC-Fertigungslinie dient also der Wissenschaft und der Produktion zugleich. Die IFT-Mitabeiter optimieren an ihr Prozesse und erproben neue Konzepte. Die mit den Unternehmen vereinbarten Termine haben jedoch absolute Priorität.
Für jedes Projekt müssen die Wissenschaftler darüber hinaus nachweisen, daß es die empfindliche Anlage nicht beeinträchtigt. Denn um eines der winzigen elektronischen Bauteile herzustellen, müssen 350 Bearbeitungs- und Meßschritte perfekt funktionieren. Schon ein einziger Fehler kann den Chip wertlos machen.
Ingenieure beschreiben, Experten setzen um
Dieses komplexe System hat das IFT vor drei Jahren von Siemens lizensiert, und seit Anfang dieses Jahres sind alle Abläufe nach Industriestandards qualifiziert. Auf diese Tatsache legen die Wissenschaftler besonders großen Wert. Ob die Fertigungslinie beim Technologielieferanten Siemens steht oder im Forschungsinstitut, hat demzufolge keinen Einfluß auf die Qualität.
Tatsächlich zählt das Großunternehmen zu den Kunden des IFT und sorgt für die Auslastung der Anlage. „Es ist wichtig, daß die Linie mit einer Grundlast betrieben wird. Sonst bekämen wir bei unseren Versuchen keine Ergebnisse, die sich bei einer industriellen Fertigung nutzen lassen“, erläutert Wippich.
Aber der Großkunde mit dem bereits definierten Chip soll die Ausnahme sein. „Zu uns können die Ingenieure kommen und in Prosa beschreiben, was sie von ihrem Chip erwarten“, erläutert Diekmann. Ob und wie sich ihre Vorstellungen mit Hilfe hauchdünner Strukturen auf den Silizium-Scheiben umsetzen lassen, erarbeiten dann die Fachleute am IFT. Ein Unternehmen kann aber sein Projekt genausogut an einem anderen Punkt des Entwicklungs- und Herstellungsprozesses in die Hände der IFT-Mitarbeiter legen.
Den Verlust von Know-how an einen Konkurrenten muß ein Unternehmen zu keinem Zeitpunkt des ganzen Ablaufes befürchten. „Wir entwickeln die Chips, die wir herstellen, genau nach den Vorgaben des Kunden. Und nur er bekommt die fertigen Bauteile in die Hand“, betont Wippich. Das ist auch der Grund, weshalb er den Begriff „kundenspezifische Bauteile“ der Bezeichnung „anwendungsspezifische Bauteile“ vorzieht.
Mit dem Angebot des Fraunhofer-Instituts eröffnen sich den innovativen Ideen der Konstrukteure also neue Möglichkeiten. „Wir glauben“, hebt Wippich hervor, „daß mittelständische Unternehmen mit unserem Angebot eine risikominimierte Markteinführung starten können.“
Industrieanzeiger
Titelbild Industrieanzeiger 19
Ausgabe
19.2021
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