Die Zukunft der Mikroelektronik entscheidet sich zunehmend im Advanced Packaging

ein Wissenschaftlerinnen-Kommentar

Die Halbleiterwelt schaut nach Sachsen: Im »Silicon Saxony«, dem größten europäische Mikroelektronik- und Halbleiter-Cluster, hat sich im Norden von Dresden eine derart besondere Nachbarschaft entwickelt, dass man umgangssprachlich von der »Silicon Road« spricht: Das »Who is Who« der großen Chiphersteller – GlobalFoundries, Infineon, Robert Bosch Semiconductor, ESMC – hat sich hier angesiedelt; einige Unternehmen produzieren bereits, andere stehen vor dem Produktionsstart.

Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu mehr Chips »made in Europe«. Doch die entscheidende Frage für Europas Wettbewerbsfähigkeit in der Mikroelektronik lautet längst nicht mehr nur, wo Chips entwickelt & gefertigt werden, sondern wo sie integriert werden.   

Der technologische Fortschritt wurde lange Zeit durch immer leistungsfähigere Chips bestimmt. Doch der Fokus verschiebt sich zunehmend auf deren intelligente Systemintegration. Der nächste Innovationssprung entsteht künftig nicht mehr allein durch einzelne Halbleiterbauelemente, sondern im Zusammenspiel unterschiedlichster Komponenten.

Europa braucht daher nicht nur Frontend-Kapazitäten, sondern auch modernste Packaging- und Heterointegrationskompetenzen, wenn wir technologische Souveränität langfristig sichern wollen.

»Advanced Packaging« als Schlüssel für Zukunftstechnologien

Dieser Paradigmenwechsel stärkt die Bedeutung des Fraunhofer IZMs »All Silicon System Integration Dresden – ASSID« als europäischen Forschungs- und Transferpartner für 200- und 300-mm-Advanced-Packaging-Technologien.

Auch das ASSID ist an der »Silicon Road« beheimatet. Im Vergleich zu den »Big Playern« in unserer Nachbarschaft mag es klein erscheinen. Doch man sollte sich nicht verleiten lassen, Größe mit Relevanz gleichzusetzen. Im Gegenteil! 2010 gegründet, hat sich das Center zu einem zuverlässigen F&E-Partner mit internationaler Bekanntheit und Anerkennung etabliert, davon konnte ich mich erst jüngst wieder auf meinen Delegationsreisen nach Taiwan und Korea überzeugen.

Das verdeutlicht auch: Viele internationale Akteure, insbesondere in Asien, richten ihren Blick auf »Advanced Packaging« als strategischen Schlüssel zur Wettbewerbsfähigkeit. 300mm-Advanced-Packaging ist kein ergänzender Prozessschritt mehr. Es ist das entscheidende Bindeglied der Mikroelektronik-Wertschöpfung und die Schlüsseltechnologie für Künstliche Intelligenz, High Performance Computing und Quantencomputing.

Hochmoderne Infrastruktur für Spitzenforschung

Wir verstehen uns als Wegbereiter für Innovationen, von der Idee bis zur industrienahen Umsetzung. Und unsere Partner wissen das zu schätzen. Wir betreiben dafür am Fraunhofer IZM-ASSID erfolgreich eine industrietaugliche 200/300mm 3D-Wafer-Level-Prozesslinie.

Unser Ziel ist es, stets neue technologische Innovationen voranzutreiben und zugleich die Lücke zwischen Forschung und Fertigung zu schließen. Deshalb investieren wir kontinuierlich in den Ausbau unserer hochmodernen Forschungsinfrastruktur, wie aktuell im Rahmen der europäischen Pilotlinie APECS (Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems).

Damit schaffen wir die Voraussetzungen, um neue Integrations- und Packaging-Technologien gemeinsam mit Industriepartnern zu entwickeln, unter industrienahen Bedingungen zu validieren und für die Überführung in konkrete Anwendungen und Produkte vorzubereiten. So verbinden wir Spitzenforschung mit einem schnelleren und risikoärmeren Technologietransfer.

Mehr F&E-Angebot entlang der Wertschöpfungskette

Im Schulterschluss mit unseren Kolleg*innen des Fraunhofer IPMS bauen wir derzeit das Center for Advanced CMOS & Heterointegration Saxony (CEASAX) auf. Wir am Fraunhofer IZM-ASSID erweitern unsere Expertise in der 300-mm-Waferintegration, im Hybrid-Bonding sowie in Chiplet- und 3D-Integrationsansätzen und bauen in diesem Rahmen unsere Kapazitäten auf diesen Gebieten konsequent aus. Das Fraunhofer IPMS-CNT bringt Kompetenzen in vorgelagerten Halbleiterprozessen ein z.B. aktive Bauelemente, energieeffiziente oder nichtflüchtige Speicher.

Mit dem Center bündeln wir unsere F&E-Aktivitäten auf Basis von 300mm-Wafer-Industrie-Standardequipment und die Kompetenzen für Frontend-, Backend-Technologien sowie Wafer-Level-Systemintegration und vervollständigen damit die Wertschöpfungskette. 

Gemeinsam schaffen wir die Voraussetzungen dafür, dass neue Technologien nicht im Labor verbleiben, sondern ihren Weg in industrielle Anwendungen finden. Denn wenn Europa seine Wettbewerbsfähigkeit und technologische Souveränität sichern will, müssen wir die gesamte Wertschöpfungskette beherrschen!

Ich bin stolz darauf, dass das ASSID gemeinsam mit seinen Partnern eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Packaging-Technologien und der Systemintegration leistet.

Dr.-Ing. Manuela Junghähnel

Standortleiterin Fraunhofer IZM-ASSID

Die 2010 gegründete Abteilung »All Silicon System Integration Center Dresden« (ASSID) ist ein fester Bestandteil des Fraunhofer IZM und auf die 3D-Systemintegration und -Packaging auf Wafer-Ebene spezialisiert. ASSID betreibt eine hochmoderne 300-mm-Prozesslinie auf Basis der Cu-Through-Silicon-Via-Technologie (TSV) und bietet die maßgeschneiderte Entwicklung und Fertigung komplexer 3D-Systeme an.

Die Prozesslinie umfasst einzelne Module für die TSV-Bildung, die Nachbearbeitung, die Montage und das 3D-Stacking und ermöglicht sowohl anwendungsorientierte Entwicklung als auch die Qualifizierung und Prototypenfertigung von 3D-System-in-Packages auf Wafer-Ebene. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Hochleistungs- und Quantencomputing sowie Edge-Sensorsysteme, wobei das IZM-ASSID mit modernsten Technologien und flexibler Zusammenarbeit mit der Industrie den Fortschritt in diesen Bereichen vorantreibt.

Das Fraunhofer IZM-ASSID ist Partner bei APECS, CEASAX und dem Leistungszentrum »Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik« sowie Mitglied bei Silicon Saxony e.V. und EFDS.