Technologien und Anwendungen: Innovationen für Europa made in Saxony
© Infineon Technologies Dresden
Infineon Dresden – Modernste Technologie in einer Innovationsfabrik
Im Dresdner Werk von Infineon ist Industrie 4.0 hautnah in der Praxis erlebbar. Das Werk ist hochgradig automatisiert und vernetzt. 2.700 Mitarbeiter sind hier beschäftigt. Mehr als 400 verschiedene Produkte werden hergestellt.
Infineon Dresden ist nicht nur Produktionsbetrieb, sondern auch eine Innovationsfabrik. Das Unternehmen ist mit seiner breiten Expertise in rund 50 Forschungs- und Entwicklungs-Projekte eingebunden.
Seit 2019 gibt es am Standort Dresden ein Entwicklungszentrum des Konzerns. Dort wird an neuen Produkten und Lösungen für Automobil- und Leistungselektronik gearbeitet. Forschungsschwerpunkt ist zudem die Künstliche Intelligenz (KI). Derzeit sind dort mehr als 110 Experten und Nachwuchsforscher beschäftigt; langfristig sollen es einmal rund 250 werden.
Globalfoundries bereitet dem Mittelstand den Weg zur Digitalisierung
© Globalfoundries
Auch Globalfoundries arbeitet in Dresden an neuen Produkten. Das Unternehmen, nach TSMC zweitgrößter Auftragsfertiger der Welt, betreibt eine der modernsten und produktivsten 300-Millimeter-Chipfabriken der Welt. 3.200 Ingenieure, Techniker und Spezialisten sind dort tätig.
In Dresden hat Globalfoundries die sogenannte FDX-Technologie entwickelt. Diese ermöglicht leistungsstarke und kostengünstige Schaltkreise mit einem besonders niedrigen Energiebedarf.
22FDX-Chips werden überall dort eingesetzt, wo ein geringer Stromverbrauch wichtiger ist als Höchstleistungen: »Internet der Dinge«, Smartphone-Prozessoren, Automobilelektronik und weitere durch Batterien mit Energie versorgte Applikationen.
Um dem innovativen Mittelstand die Nutzung von 22FDX zu erleichtern, hat Globalfoundries gemeinsam mit der Fraunhofer-Gesellschaft und der Berliner Start-up-Schmiede Next Big Thing AG die Sensry GmbH gegründet. Über eine modulare Designplattform nach dem Baukastenprinzip eröffnet das Unternehmen einen unkomplizierten Zugriff auf modernste Technologie.
Sensry bietet Start-ups und KMU einen unkomplizierten Zugang zu hochmoderner IoT-System-on-a-Chip-Technologie, um anwendungsfertige Module zu bauen. Die Komplexität von Komponenten, Modulen und Funktionsgruppen ist dadurch keine Innovationsbremse mehr.
(Konrad Herre, Geschäftsführer der Sensry GmbH)
MEMS für viele Einsatzbereiche - entwickelt und produziert von Bosch in Dresden
© Bosch
Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) verbinden die virtuelle mit der realen Welt. Sie werden überall dort benötigt, wo Messwerte erhoben und an elektronische Systeme weitergereicht werden müssen. So können beispielsweise Beschleunigung, Temperatur oder Druck und viele andere physikalische Größen mit Hilfe dieser speziellen Chips erfasst und ausgewertet werden.
Bosch gehört bei den MEMS weltweit zu den Pionieren und Technologieführern. Der Bosch-Konzern entwickelt seit 2013 bei der Bosch Sensortec GmbH in Dresden anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs) für MEMS-Sensoren.
Diese kommen beispielsweise in Fahrzeugen, aber auch in Smartphones, Robotern, Drohnen, sogenannten »Wearables« – tragbaren Computersystemen wie Smartwatches, Activity Tracker, Hörgeräte oder Herzschrittmacher – Smart Home Anwendungen oder zur Erfassung und Auswertung von Messwerten in der Industrie zum Einsatz.
In der neuen Chipfabrik in Dresden – der erste Neubau eines Halbleiterwerks in Europa seit 1999 und zugleich die größte Einzelinvestition in der Firmengeschichte – produziert Bosch auf 300-Millimeter-Wafern Chips für Anwendungen in der Mobilität und im »Internet der Dinge«. Dazu gehören auch MEMS.
Innovativer sächsischer Mittelstand – erfolgreich mit MEMS
Neben Großunternehmen wie Bosch, Infineon Dresden und X-FAB Dresden GmbH & Co. KG befassen sich auch zahlreiche kleine und mittelständische Unternehmen mit der Entwicklung und Vermarktung von Mikro-Elektro-Mechanischen Systemen (MEMS). Die Foundry X-FAB übernimmt die Auftragsfertigung für Anbieter ohne eigene Chip-Produktion. Der starke und innovationsfreudige Mittelstand findet zudem zahlreiche Partner an sächsischen Forschungseinrichtungen, die im Bereich MEMS erfolgreich tätig sind.
Mit der Übernahme von IDT durch Renesas wurde auch der Standort in Dresden, hervorgegangen aus dem einstigen Zentrum Mikroelektronik Dresden (ZMD), Bestandteil des japanischen Unternehmens. Renesas ist ein führender Hersteller von Embedded-Systemen. Das Unternehmen hat insbesondere im Automotive-Segment eine starke Marktposition, bietet aber auch Lösungen in den Bereichen Consumer und Industrial.
Die First Sensor Mobility GmbH entwickelt und produziert weltweit kundenspezifische Lösungen vom Chip über Komponenten und Sensoren bis zum Sensorsystem für den Wachstumsmarkt Sensorik. Das Unternehmen gehört nun zu TE Connectivity. In Dresden-Albertstadt entstehen unter anderem Sensoren und Sensorsysteme für die Automobilbranche. Dabei verfügt der Standort über eine herausragende Expertise auf den Gebieten Drucksensoren und Kameras für Fahrerassistenzsysteme, als Voraussetzung für teil- und vollautonomes Fahren.
Die First Sensor AG entwickelt und produziert am Standort Dresden-Klotzsche zudem elektronische Mikrosysteme für Bauelemente, bis hin zu Mikrosystemen als komplexe Multi-Chip-Module für die kundenspezifische Miniaturisierung von optoelektronischen und MEMS-basierten Sensoren. In Reinräumen der ISO-Klassen 8 bis 5 werden Halbleiterchips mit modernsten und automatisierten Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) verarbeitet.
Die HEIMANN Sensor GmbH entwickelt und produziert Infrarotsensoren und Sensormodule zur kontaktlosen Temperaturmessung, für die Wärmebildtechnik und für die NDIR Gasanalyse. Einsatzbereiche für Heimann-Sensor-Produkte finden sich in der Medizintechnik (z. B. berührungsfreie Messung der Körpertemperatur, Beatmungstechnik), im Bereich Smart Building (z. B. Überwachung der Innenluftqualität), Automobiltechnik (z. B. Personenerkennung und Nachtsicht) sowie in der industriellen Messtechnik (z. B. Pyrometer, Infrarotkameras, Messung von Gaskonzentrationen und Überwachung von Vakuumkammern).
Die ADZ NAGANO GmbH ist spezialisiert auf technisch ausgereifte, qualitativ hochwertige und robuste Druck-, Temperatur- und Kraft-Sensorik für den weltweiten Einsatz in der Industrie. Das Unternehmen punktet dabei mit kundenspezifischen Lösungen für Abnehmer aus der Luft- und Raumfahrttechnik, der Prozesstechnik, der Kfz-Industrie und allen Bereichen, in denen pneumatische und hydraulische Anlagen eingesetzt werden – von der Eisenbahn über die Marine bis zum Motorsport.
Die EDC Elektronic Design Chemnitz GmbH besitzt umfangreiche Expertise bei der Entwicklung und Fertigung von anwendungsspezifischen elektronischen Systemen für Automatisierungsaufgaben, Antriebsapplikationen und Sensoranwendungen. Bei der Realisierung der Aufträge kommen insbesondere analoge und mixed-signal Halbleitertechnologien, MEMS-Technologien und neue Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) sowie neue Halbleitermaterialien aus dem Bereich der Smart Power Systems zum Einsatz.
Spitzenforschung aus Sachsen – MEMS für den Weltmarkt
Derzeit werden Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) in großen Mengen vor allem für die Automobilindustrie und für Anwendungen in den Bereichen Consumer und Mobilkommunikation hergestellt. Besonders wichtig sind MEMS aber auch für die Steuerungs- und Automatisierungstechnik. Die digitale Transformation der Wirtschaft ist ohne MEMS nicht möglich. Denn auch für das Internet der Dinge und Dienste schaffen sie die Verbindung zwischen der analogen Welt und den digitalen Netzwerken.
Sachsen treibt diese Prozesse aktiv voran. So ist im Freistaat Sachsen eine beeindruckende und ergiebige Forschungslandschaft entstanden, die international hohes Ansehen genießt.
Wenn es um smarte Systeme geht, genießt insbesondere die Technische Universität (TU) Chemnitz mit ihrem Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) weltweit hohes Ansehen. Gegründet wurde das Forschungszentrum 1991 durch Professor Dr. Thomas Geßner.
Der international geachtete Wissenschaftler engagierte sich für die schnelle Überführung von Forschungsergebnissen in die industrielle Anwendung. Professor Geßner hat dazu auch die Gründung des Fraunhofer-Institutes für Elektronische Nanosysteme ENAS Chemnitz mit initiiert. Beide Forschungseinrichtungen befinden sich auf dem Smart Systems Campus. Heute wird die Forschung am ZfM durch zwölf Professoren und Honorarprofessoren gemeinsam gestaltet.
Die Chemnitzer Wissenschaftler arbeiten an neuen Technologien für die Halbleiterfertigung und für Sensoren, Aktoren und Arrays. So koordiniert das ZfM das im September 2024 gestartete Projekt HaloFreeEtch zur Erforschung neuartiger und nachhaltiger Prozesse für die Halbleiterfertigung. Es wird durch die EU mit 4 Millionen Euro gefördert. Ziel ist es, nachhaltige und halogenfreie Ätzprozesse für die Halbleiterindustrie zu entwickeln. Damit soll nicht nur der Einsatz von halogenhaltigen Chemikalien, sondern auch der Energieverbrauch reduziert werden.
Die Forscher am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz entwickeln intelligente Systeme für verschiedene Anwendungen in der Industrie. Ihr Leistungsspektrum reicht von Einzelkomponenten über Technologien für die Fertigung bis hin zu Systemkonzepten und Technologien zur Systemintegration. Die Wissenschaftler begleiten ihre Partner aus der Wirtschaft bei Bedarf von der ersten Idee für eine Innovation bis zum Test am Prototyp.
Dabei agiert die Chemnitzer Forschungseinrichtung auch international in zahlreichen Netzwerken. So haben das Fraunhofer ENAS und die Tohoku Universität Sendai in Japan das Fraunhofer Projekt Center »NEMS/MEMS Devices and Manufacturing Technologies« etabliert.
Das Fraunhofer ENAS ist Bestandteil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, und Partner im Leistungszentrum »Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik«. In den kommenden Jahren wird das Frauhofer ENAS zudem gemeinsam mit der TU Chemnitz das »Test and Reliability Center« (TRC) errichten. Die EU unterstützt den Aufbau dieses Kompetenzzentrums für Test und Zuverlässigkeitsbewertung von Halbleiterchips mit einer Summe von mehr als 9,5 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und dem »Just Transition Fund« (JTF).
Ziel des Projektes ist es, eine Lücke im Kompetenzportfolio zu schließen: Im Anschluss an die Herstellung werden Halbleiterbauelemente zur Qualitätssicherung umfangreichen Funktionstests unterzogen, was bislang größtenteils außerhalb Europas geschieht. Am TRC sollen Test- und Prüfprozesse für Demonstrator-, Pilot- und Kleinserien entwickelt und Unternehmen niederschwellig zugänglich gemacht werden. Parallel dazu soll die Forschung an neuen Testmethoden weitergeführt werden. Auch zur Ausbildung von Fachkräften wird das TRC beitragen. An der TU Chemnitz ist im Oktober 2024 der neue Studiengang »Design and Test for Integrated Circuits« gestartet, um dringend benötigten Nachwuchs für die Halbleiterindustrie auszubilden.
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS arbeitet an elektronischen, mechanischen und optischen Komponenten und ihrer Integration in miniaturisierte Bauelemente und Systeme. Das Angebot richtet sich an Kunden, denen es darum geht, die Funktionalität ihrer Produkte durch den Einsatz von Mikrosystemen (MEMS, MOEMS, CMOS) mit innovativen Systemeigenschaften und immer kleineren Abmessungen zu erweitern.
Die Forschungseinrichtung verfügt dafür am Hauptsitz in Dresden zwei hochmoderne 200-Millimeter-Reinräume, in denen MEMS-, MOEMS- und Mikrodisplay-Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickelt werden – von Einzelprozessen über Technologiemodule bis hin zur Pilotfertigung bzw. Unterstützung von Technologietransfer und Lizensierung.
Auch Nachhaltigkeit steht zunehmend im Fokus moderner Entwicklungen. Das Fraunhofer IPMS engagiert sich dafür beispielsweise im Kompetenzzentrum »Green ICT @ FMD« der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland. Dabei geht es vor allem darum, umweltfreundlichere Materialien oder Prozesse zu finden und zu evaluieren sowie Energie- und Materialverbrauch schon während der Herstellung deutlich zu reduzieren.
Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland ist angesichts ihrer strategischen Bedeutung für Fraunhofer und den Wirtschaftsstandort Deutschland das richtige Programm zur richtigen Zeit.
(Prof. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft)
Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland ist der größte standortübergreifende Forschungsverbund für die Mikroelektronik in Europa. 13 renommierte Forschungseinrichtungen – elf Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und die Leibniz-Institute FBH und IHP – haben 2017 dieses neue Kooperationsmodell ins Leben gerufen. Damit bündeln sie Kompetenzen und technische Ausstattung, und bieten somit Kunden aus Wirtschaft und Wissenschaft aus einer Hand Unterstützung entlang der gesamten Wertschöpfungskette für die Mikro- und Nanoelektronik an.
Für den Ausbau der Forschungsausstattung stellte das Bundesministerium für Bildung und Forschung 350 Millionen Euro zur Verfügung. Allein 100,8 Millionen Euro des Zukunftsprogramms gingen an die vier in Sachsen beteiligten Fraunhofer-Institute. Damit stärkt der Bund die Innovationsfähigkeit der Halbleiter- und Elektronikindustrie in Deutschland und Europa im globalen Wettbewerb.
