Dieser 3D-Druck demonstriert die „Quasi-monolithische Integration“ von Sensoren, Mems, Funkmodulen und anderen elektronischen Bauteilen, die dann zu einem Chip verschmolzen und durchkontaktiert werden. Abb.: Fraunhofer-IPMS
QMI-Technologie könnte Endmontage-Lücken in Europas Mikroelektronik endlich wieder schließen
Dresden, 19.05.26. Statt künstliche Augen, Beschleuniger für Künstliche Intelligenz (KI), Steuerchips und Funkmodule für Autoelektronik oder andere für Smartphones einzeln herzustellen und dann mühsam zu verlöten, wollen Forscher aus Dresden all diese kleinen Bauteile in Reinraumfabriken nahtlos zu einem Chip verschmelzen. Auf dem Weg zu solch einer „Quasi-monolithischen Integration“ (QMI) sind die Ingenieure im Fraunhofer-Photonikinstitut IPMS nun einen großen Schritt vorangekommen: Auf der neuen, millionenteuren Apecs-Pilotlinie haben sie beispielhaft Schaltkreise direkt in spezielle Taschen auf Siliziumscheiben (Wafer) eingebettet. Das hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) heute mitgeteilt.
Mehr als nur Chiplet-Steckbausteinspiele
Technologisch geht dies deutlich über die Chiplets hinaus, die Halbleiter-Marktführer wie TSMC oder Samsung bereits längst in ihren Megafabs in Taiwan und Südkorea lego-ähnlich zusammenstecken. „Damit entsteht eine nahezu monolithische Systemarchitektur, die höchste Integrationsdichte mit modularer Erweiterbarkeit vereint“, freut sich IPMS-Gruppenleiter Dr. Lukas Lorenz. Der QMI-Pfad verbinde damit klassische Chip-Endmontage und modernste Halbleiterfertigung. Dies wiederum kann zu schnelleren, zuverlässigeren, preiswerteren und kompakteren Chipsystemen führen.
Wafer mit Mini-Schaltkreisen, die bereits in Siliziumscheiben platziert sind, um später zu einem QMI-Chip „wie aus einem Guss“ verschmolzen zu werden. Abb.: Fraunhofer-IPMS
Große Endmontage-Fabriken gibt es größtenteils nur noch in Asien
Hinzu kommt eine strategische Überlegung: Beherrscht Europa diese QMI-Technologie direkt auf dem Wafer, könnte es auch eine krisenanfällige Lücke in seiner Mikroelektronik-Wertschöpfungskette schließen. Bisher müssen die Europäer nämlich die Wafer voller Schaltkreise, die massenhaft in Dresden, Grenoble oder Leixlip entstehen, immer erst einmal nach Asien schicken. Dort zersägen und kontaktieren Endmontagefabriken – die es früher auch in Europa gab – die Schaltkreise und stecken sie in Gehäuse. Die fertigen Chips gelangen dann nach Europa zurück, um hier in Autos, Werkzeugmaschinen oder andere Endprodukte eingebaut zu werden. Wenn die USA oder ein anderer Staat jedoch wieder mal einen Krieg anzetteln, die EU erneut China zu boykottieren versucht, wenn Pandemien oder Unfälle globale Nachschubwege lahmlegen, dann kann dies jedesmal die internationalen Produktionspfade für Mikroelektronik lahmlegen. Gelänge es hingegen, viele dieser noch in Asien konzentrierten „Backend“-Prozesse gleich in der hiesigen Chipfabrik per QMI-Technologie gleich mit auf dem Wafer zu erledigen, hätte Europa am Ende womöglich weniger Nachschubprobleme. Hinzu kämen die ökologischen Vorteile, wenn zahlreiche Transporte rund um den Erdball wegfallen.
Standortvorteil in Sachsen: Industrienahe Forschungsreinräume in Dresden lassen sich leicht mit den Megafabs koppeln
Bisher hat Fraunhofer Dresden die QMI-Technologie erst mal nur mit leeren Schaltkreisen ausprobiert. Als nächstes wollen die Reinraum-Ingenieure dann auch echte Sensoren, KI-Beschleuniger, mikro-elektromechanische Systeme (Mems) und andere Mikroelektronik quasi-monolithisch zu Chips „wie aus einem Guss“ verschmelzen. „Obwohl der aktuelle Demonstrator auf Dummy-Strukturen basiert, ist die Prozesskette auf reale Kundenanwendungen übertragbar“, ist Dr. Lorenz überzeugt. Durch die industrienah eingerichteten Reinraum-Testfabriken, die Fraunhofer im CNT, im IPMS und im Ceasax Dresden betreibt, sollte auch der Transfer in die großen Megafabs der sächsischen Halbleiterindustrie vergleichsweise rasch möglich sein.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS), Oiger-Archiv, Wikipedia
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