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Enorme Kostensenkung für mikrosystemtechnische Produkte

16.12.2004


Gemeinsam mit drei Fraunhofer-Instituten entwickelt die Industrie ab 2005 neue Prüftechnik für Mikrosysteme auf Waferebene.



Im Wachstumsmarkt Mikrosystemtechnik soll in den kommenden Jahren auch die Mess- und Prüftechnik aufholen. Der Grund ist schlicht: Jedes Jahr gehen der Industrie Einnahmen in enormer Höhe verloren, weil die Leistung mikrosystemtechnischer Chips erst im nahezu fertigen Produkt getestet werden kann. Bei schlechter Qualität geht damit bislang die gesamte Wertschöpfung verloren. Das Verbundprojekt "Par-Test" mit einem Gesamtvolumen von mehr als 5,5 Millionen Euro soll dies ändern: Sechs Unternehmen, darunter Hersteller von Messtechnik, Mikrosystemtechnik-Produzenten und Anwenderfirmen, arbeiten dazu mit drei Fraunhofer-Instituten zusammen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt im Rahmen seiner Initiative "Mikrosysteme" mit 2,6 Millionen Euro.



"Anders als in der Mikroelektronik lässt sich ein fehlerhafter mikrosystemtechnischer Chip oft erst aufspüren, wenn er schon sehr viel weiter verarbeitet ist", begründet Jörg Bagdahn vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle, warum innovative Prüftechnik für die Zukunft der Branche so bedeutsam ist. 80 Prozent und mehr der eigentlichen Wertschöpfung mikrosystemtechnischer Bauteile entstehen erst nach der Waferebene. Auf einem Wafer werden die einzelnen, meist komplex aufgebauten Chips aufgebracht. Diese Chips werden in der Automobilindustrie, der Medizintechnik oder der Telekommunikation eingesetzt.

Weil es an der Prüftechnik fehlt, werden auch fehlerhafte Bauteile weiter verarbeitet. Die Folge: Arbeitszeit, materielle und finanzielle Ressourcen werden verschwendet. Ändern könne das nur ein so genanntes "early level production testing", erläutert Bagdahn. Es versetze den Chipzulieferer in die Lage, zu einem frühen Zeitpunkt gesamte Chargen oder einzelne Komponenten auf dem Wafer von der Weiterverarbeitung auszuschließen. Denn anders als in der sonst üblichen Zulieferindustrie, die einfache Komponenten liefert, die dann zu komplexeren Bauteilen und Produkten weiterverarbeitet werden, steckt in der Mikrosystemtechnik die Komplexität bereits im Chip. Zwar wird die Wertschöpfung später erheblich gesteigert, die Komplexität aber kaum. "1000 bis 2000 Chips haben auf einem üblichen 6-Zoll-Wafer Platz", beschreibt Fraunhofer-Mitarbeiter Bagdahn die Dimension des Handlungsbedarfs.

Die Entwicklung geeigneter Mess- und Prüftechnik stellt deshalb so hohe Ansprüche, weil sie sich dem Untersuchungsgegenstand mit seinen Abmessungen im Mikrometerbereich anpassen muss. Hinzu kommt, dass nicht wie bei der Mikroelektronik schlicht mit elektrischen Messverfahren getestet werden kann, ob ein Chip funktioniert oder nicht. Bei Airbag-Sensoren, beispielsweise, kommt es auf die Mikromechanik - aufs Schwingen bei einer bestimmten Beschleunigung - an. "Und das bei Abmessungen, die zehnmal kleiner sind als ein menschliches Haar", betont Jörg Bagdahn. Dafür bis Ende 2007 Geräte zu entwickeln ist das Ziel von "Par-Test".

Die Anwendung neuer optischer dreidimensionaler Mikromesstechiken soll deshalb erforscht und gleich noch erprobt werden. Außerdem will man - und das ist Hauptaufgabe des Fraunhofer IWM - Verfahren schaffen, die aus den Messergebnissen fertigungsrelevante Parameter, also Mikromaterialeigenschaften, ableiten, die dann dazu dienen können, die Technologie anzupassen und zu verbessern. Am Ende der dreijährigen Zusammenarbeit sollen deshalb für die Qualitätssicherung sowohl fertigungstaugliche Messgeräte als auch Informationen über Mikromaterialeigenschaften zur Verfügung stehen.

Koordiniert wird die Projektarbeit aller Partner von Polytec GmbH, einem Hersteller optischer Messtechnik in Waldbronn mit rund 200 Mitarbeitern.

Als weitere Industriepartner sind dabei

o die Süss MicroTec mit Hauptsitz in München und weltweit 900 Mitarbeitern. Sie entwickelt unter anderem Wafer-Testsysteme,
o der Geschäftsbereich Automotive Electronics der Robert Bosch GmbH mit Sitz in Stuttgart und Hersteller von jährlich nahezu 100 Millionen mikrosystemtechnisch basierter Sensoren,
o die Elmos Gruppe mit Hauptsitz in Dortmund, einem Chiphersteller mit mehr als 800 Mitarbeitern weltweit,
o die X-FAB-Seminconductor Foundries AG, die Technologien zur Strukturierung von Silizium-Wafern anbietet, aus einem Kombinat in Erfurt heraus entstand,
o Melexis GmbH mit Sitz in Erfurt als Hersteller komplexer Schaltkreise und mikromechanischer Sensoren,
o das CiS Institut für Mikrosensorik in Erfurt als gemeinnützige industrienahe Forschungseinrichtung in der Mikrosensorik und Aktorik,
o das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechnik IWM in Halle, das in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik Mikrostrukturen bewertet und Fehler diagnostiziert, hier aber auch die Simulationsmodelle einbringt, um die Belastung der millionstel Meter kleinen Systeme zu berechnen,
o das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, das mikrosystemtechnische Komponenten entwickelt,
o das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT, das mit einem Industriepartner eine hoch automatisierte Waferproduktionslinie betreibt und mikrosystemtechnische Komponenten entwickelt.

Unterstützt wird das Projekt vom Bundesforschungsministerium. Es hatte für das neue Rahmenprogramm "Mikrosysteme" mit einer Laufzeit bis 2009 die Vorgabe gemacht, nun besonders Innovationshemmnisse gezielt anzugehen. Die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Firmen zu sichern, lohnt sich: 680 000 Arbeitsplätze in Deutschland sind bereits heute mit der Mikrosystemtechnik verbunden, schreibt das Ministerium in der begleitenden Broschüre. Der Weltmarkt soll laut Ministerium weiter wachsen - von 50 Milliarden US Dollar im Jahr 2003 auf 68 Milliarden US Dollar im kommenden Jahr und schätzungsweise 200 Milliarden US Dollar im Jahr 2010.

Im Januar lädt das Bundesforschungsministerium zu einer Auftaktveranstaltung ein, bei der die geförderten Projekte noch einmal ausführlich vorgestellt werden.

Thomas Götz | Fraunhofer-Institut IWM
Weitere Informationen:
http://www.iwm.fraunhofer.de

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