Elektronik

Mikroelektronik macht Produkt- und Prozessinnovationen möglich

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Sie steckt überall drin – auch dort, wo man sie nicht vermutet: Mikroelektronik. Miniaturisierte, elektronische Schaltungen in Form von Mikrochips erwecken nicht nur unsere Computer zum Leben. Sie machen auch vielerlei Anwendungen im Automobil , Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizin- und Energietechnik erst möglich. Die aktuelle Herausforderung ist es, Mikroelektronik-Bauteile und Produkte weltweit verfügbar zu halten – weniger abhängig von politischen und weltwirtschaftlichen Verwerfungen.

Foto: AdobeStock / Gorodenkoff

Aus Forschungsideen Innovationen machen

Die Mikroelektronik ist Ideengeber für Produkt- und Prozessinnovationen – vom Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau über die Energietechnik bis hin zur Medizintechnik. Leistungsfähige Forschungsstrukturen der Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen bilden hierfür die Basis.

Um mikroelektronische Innovationen von heute und morgen zu gestalten, ist moderne Forschungsausstattung ebenso notwendig wie eine engere Verzahnung technologischer Kompetenzen in der deutschen Forschungslandschaft. Eine zukunftsfähige Ausbildung von Fachkräften braucht ein Forschungsumfeld auf internationalem Spitzenniveau. Forschung und Ausbildung müssen Schritt halten mit dem hohen Innovationstempo in der Mikroelektronik. Darum baut das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Mikroelektronik-Forschungsstrukturen aus: mit der „Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland“ und den „Forschungslaboren Mikroelektronik Deutschland“.

Innerhalb unserer Projektträgerschaft „Elektronik und Autonomes Fahren; Supercomputing“ gestalten wir als VDI/VDE-IT die strategischen Investitionsvorhaben und die begleitenden Fachkräftemaßnahmen maßgeblich mit. Darüber hinaus begleiten wir alle Prozesse zur Vernetzung innerhalb der Community sowie mit externen Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Wir bringen unsere Ideen ein, stehen dem BMBF als Gesprächspartner sowie als Berater auf Augenhöhe zur Verfügung und betreuen die Großforschungsprojekte sowohl inhaltlich als auch administrativ.

Kompetenzbündelung für eine global wettbewerbsfähige Mikroelektronikforschung und Fachkräfteausbildung

Die „Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)“ bündelt 13 wirtschaftsnah forschende Mikroelektronik-Institute, um institutsübergreifend zusammen zu arbeiten und modernste Geräte- und Anlagenpark gemeinsam zu nutzen. Forschungspartner und Kunden erhalten über eine gemeinsame Geschäftsstelle einfachen Zugang zur gesamten Wertschöpfungskette der Mikroelektronik. Mit der Mikroelektronik-Akademie entsteht zudem ein praxisorientiertes Kursprogramm zur Aus- und Weiterbildung im Bereich Mikro- und Nanoelektronik.

Die „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab)“ schaffen eine gemeinsame Außendarstellung der Grundlagenforschung und sollen zukünftig zu einem bundesweiten und international sichtbaren Hochschulnetzwerk für Halbleitertechnologie und Mikroelektronik ausgebaut werden. Ein Hauptziel ist es, die studentische Ausbildung und Nachwuchsgewinnung über Hochschulgrenzen hinaus zu verbessern und mit Ausbildungsinitiativen wie der Mikroelektronik-Akademie der FMD zu vernetzen.

Dr. Andreas Berns

Dr. Andreas Berns | Projektleiter

Um zukünftig eine stärkere Rolle in der Mikroelektronik einzunehmen, müssen wir heute in Zukunftstechnologien investieren und kreative Köpfe für das Thema gewinnen. Deshalb setzen wir uns gemeinsam mit dem BMBF für den strategischen Ausbau der Forschungsinfrastruktur und die Fachkräftegewinnung für die Mikroelektronik ein.

Gruppenbild

Nationale Kick-off-Veranstaltung: Vertreterinnen und Vertreter von Bund, Ländern und den 27 deutschen Unternehmen, die im Rahmen des IPCEI ME/KT geförderten werden.
Foto: VDI/VDE-IT

Wie man im Sprinttempo einen Marathon gewinnt: 4 Milliarden Euro für die Mikroelektronik

Das Jahr 2023 war für die Mikroelektronikbranche ereignisreich, aufregend und am Ende erfolgreich: Kurz vor Jahresende konnten knapp vier Milliarden Euro Fördergelder bewilligt werden, die im Rahmen des Important Project of Common European Interest für Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien (IPCEI ME/KT) wichtige Innovationen der europäischen Halbleiterindustrie anstoßen.

27 deutsche Unternehmen der gesamten Mikroelektronik-Wertschöpfungskette profitieren davon. Denn durch die Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) können innovative Produkte und Technologien entwickelt werden, die weit über den globalen Stand der Technik hinausgehen und die Branche wird in die Lage versetzt, eigenständig und auf Augenhöhe im internationalen Markt zu agieren.

Gemeinsam für mehr Innovation

Um das möglich zu machen, haben unsere fachlichen und administrativen Beraterteams ganze Arbeit geleistet: Als Projektträger für Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien (PT ME/KT) für das BMWK haben sie innerhalb von nur drei Monaten insgesamt 18.500 Seiten Anträge und Anhänge geprüft, Erläuterungen gelesen und Kalkulationen kontrolliert, um noch kurz vor Weihnachten 27 Zuwendungsbescheide zuzustellen – der Start für innovative Projekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Insgesamt werden in den 27 Projekten rund 10 Milliarden Euro in knapp 3.000 Anlagen investiert: Sie fließen in den Aufbau neuer Produktionsstrecken, Labore und Testräume, aber auch in innovatives Chipdesign oder neue Technologien zur Herstellung und Verpackung von Mikrochips. Das gesamte Mikroelektronik-Ökosystem wird so deutschland- und europaweit gestärkt.

Mikroelektronik: Schlüssel für Innovationen

Warum ist das wichtig? Mikrochips sind für alle Industriezweige von großer Relevanz. Ein erheblicher Teil der Innovationen in deutschen Kernbranchen, wie Automobilbau, Maschinen- und Anlagenbau, Elektroindustrie oder erneuerbaren Energien, ist nur durch Fortschritte in der Mikroelektronik möglich. Um das Know-how und die Produktion von Mikrochips in Europa zu halten bzw. zurückzugewinnen und eine Abwanderung von Hightech-Technologien ins außereuropäische Ausland zu verhindern, ist eine staatliche Förderung notwendig.

Als Projektträger für Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien unterstützen wir das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz bei der Umsetzung dieser Fördermaßnahmen in fachlichen, rechtlichen, administrativen, kommunikativen und organisatorischen Belangen - dabei immer mit dem Ziel vor Augen, die Technologiesouveränität in Europa voranzutreiben.

Dr. Marita Wenzel | Projektleiterin

Damit die deutsche und europäische Mikroelektronik auf dem globalen Markt mit der Konkurrenz aus Asien oder den USA Schritt halten kann, bedarf es gezielter staatlicher Unterstützung und Anschubfinanzierungen für weitreichende Investitionen.

Die Souveränität der europäischen Halbleiterindustrie mit internationalen Kooperationen stärken

Bevor wir zum ersten Mal ein neues Handy anschalten, den Starter eines E-Autos drücken oder den Blick durch eine „virtuelle Realität“ schweifen lassen, gehen die Herzstücke dieser Technologien – die Mikrochips - auf eine lange Reise. Diese führt sie nicht selten einmal um die Welt, bevor die fertigen Chips dann in verschiedenen Produkten verbaut werden.

Die jüngsten internationalen Krisen haben uns deutlich vor Augen geführt, wie sensibel diese globalen Lieferketten auf unerwartete Ereignisse und Störungen reagieren: Chipmangel und Lieferengpässe bedeuten erhebliche Konsequenzen für die Industrie. Die europäische Wirtschaft ist hier in höchstem Maße abhängig von anderen Regionen der Welt – und umgekehrt. Kein Land weltweit verfügt über eine unabhängige, eigenständige Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie. Mit gezielten Investitionen und internationalen Kooperationen könnten bestehende Lücken in der Wertschöpfungskette aber geschlossen und das Risiko für alle minimiert werden.

Als VDI/VDE-IT engagieren wir uns darum in dem EU-geförderten Projekt „International Cooperation on Semiconductors” (ICOS). Ziel des Projekts ist es, Europas Souveränität und die Führungsrolle im Bereich der Halbleiterindustrie im Sinne des European Chips Act (ECA) zu stärken und auszubauen. Dazu werden gezielt die internationale Forschungszusammenarbeit und das Wachstum der europäischen Halbleiter- und halbleiterbasierten Photonikbranche unterstützt. Der Fokus liegt dabei auf Kooperationen mit den USA, Japan, Taiwan, Indien, Singapur, Süd-Korea und China –sieben in der Halbleiterbranche sehr aktiven Ländern.

Unsere Aufgabe als VDI/VDE IT ist es hier, Empfehlungen für potenzielle Kooperationen und deren Umsetzung auszusprechen. Als einer von sieben Partnern im Projektvorstand (Steering Committee) steuern und gestalten wir dieses Projekt aktiv mit.

Im ersten Jahr lag der Fokus des Konsortiums auf der Analyse aktueller und künftiger Entwicklungen der weltweiten Wertschöpfungsketten, um gemeinsame Interessen und Win-Win-Kooperationsmodelle zu identifizieren. Diese bilden die Grundlage für wirksame und langfristige internationale Kooperationen, welche auf gegenseitigem Vertrauen beruhen und den strategischen Zielen Europas am stärksten entsprechen. Als Leiter des Arbeitspakets „Grundlagen der internationalen Zusammenarbeit“ bewertet und kombiniert das Team der VDI/VDE-IT die wissenschaftlichen, wirtschaftlichen und diplomatischen Ansichten der genannten Länder, um am Ende Empfehlungen für eine ergebnisreiche Kooperation abgeben zu können. Das Team wird dann die ersten Schritte mit internationalen Partnern initiieren und die Europäische Kommission bei der Anbahnung begleiten.

Analyse der Stärken und Chancen von Europa und nicht-europäischen Kooperationspartnern

Quelle: DECISION Etudes & Conseil, SEMI

Stärken von Südkorea, von denen die EU profitieren kann:
  • Leading Edge Chipherstellung (Knotengröße < 10 nm)
  • Speichertechnologien
  • Leiterplatten (PCB)
Stärken der EU, von denen Südkorea profitieren kann:
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • EUV-Lithographie und weitere Ausrüstung für Chipherstellung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Sensorik & MEMS (miniaturisierte Baugruppen)
Stärken von Japan, von denen die EU profitieren kann:
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Lithographiemasken (Schablonen in der Herstellung von Mikrochips)
  • Instruction Set Architecture (ISA; Kern-IP/Grundregeln für Prozessordesign)
Stärken der EU, von denen Japan profitieren kann:
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • EUV-Lithographie-Ausrüstung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Integrierte Photonik
Stärken von der USA, von denen die EU profitieren kann:
  • Industrialisierung und Skalierung
  • Leading Edge Chips (Knotengröße < 10 nm) vom Design bis zur Fertigung
  • MPUs, GPUs (Chips für Hochleistungs­rechenanwendungen)
Stärken der EU, von denen die USA profitieren kann:
  • Prototypen-Herstellung
  • Rohwafer und Materialverarbeitung
  • EUV-Lithographie-Ausrüstung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
Stärken von China, von denen die EU profitieren kann:
  • Essenzielle Rohmaterialien
  • Leiterplatten (PCB)
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
Stärken der EU, von denen China profitieren kann:
  • Integrierte Photonik
  • Analog-Design
  • Ausrüstung für Chipherstellung
Stärken von Taiwan, von denen die EU profitieren kann:
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Leading Edge Chipherstellung (Knotengröße < 10 nm)
  • Lithographiemasken (Schablonen in der Herstellung von Mikrochips)
Stärken der EU, von denen Taiwan profitieren kann:
  • EUV-Lithographie und weitere Ausrüstung für Chipherstellung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Sensorik & MEMS (miniaturisierte Baugruppen)
  • Analog-Design
Stärken von Indien, von denen die EU profitieren kann:
  • System Level Manufacturing (Aufbau von Elektroniksystemen)
  • Design
  • Fachkräfte
Stärken der EU, von denen Indien profitieren kann:
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Wafer und Substrate
  • Design für KI-Anwendungen
Stärken von Malaysia, von denen die EU profitieren kann:
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Speichertechnologien
  • Backend-Expertise (Prozesse der Aufbau und Verbindungstechnik)
Stärken der EU, von denen Malaysia profitieren kann:
  • Wafer und Substrate
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Investitionen durch europäische Halbleiterhersteller
Stärken von Singapur, von denen die EU profitieren kann:
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Universitätsprogramme
  • Consumer-Elektronik
Stärken der EU, von denen Singapur profitieren kann:
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Wafer und Substrate
  • Industrie-Elektronik

Stärken von Malaysia, von denen die EU profitieren kann:

  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Speichertechnologien
  • Backend-Expertise (Prozesse der Aufbau und Verbindungstechnik)

Stärken der EU, von denen Malaysia profitieren kann:

  • Wafer und Substrate
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Investitionen durch europäische Halbleiterhersteller

Stärken von Japan, von denen die EU profitieren kann:

  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Lithographiemasken (Schablonen in der Herstellung von Mikrochips)
  • Instruction Set Architecture (ISA; Kern-IP/Grundregeln für Prozessordesign)

Stärken der EU, von denen Japan profitieren kann:

  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • EUV-Lithographie-Ausrüstung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Integrierte Photonik

Stärken von Südkorea, von denen die EU profitieren kann:

  • Leading Edge Chipherstellung (Knotengröße < 10 nm)
  • Speichertechnologien
  • Leiterplatten (PCB)

Stärken der EU, von denen Südkorea profitieren kann:

  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • EUV-Lithographie und weitere Ausrüstung für Chipherstellung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Sensorik & MEMS (miniaturisierte Baugruppen)

Stärken von China, von denen die EU profitieren kann:

  • Essenzielle Rohmaterialien
  • Leiterplatten (PCB)
  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)

Stärken der EU, von denen China profitieren kann:

  • Integrierte Photonik
  • Analog-Design
  • Ausrüstung für Chipherstellung

Stärken von Indien, von denen die EU profitieren kann:

  • System Level Manufacturing (Aufbau von Elektroniksystemen)
  • Design
  • Fachkräfte

Stärken der EU, von denen Indien profitieren kann:

  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Wafer und Substrate
  • Design für KI-Anwendungen

Stärken von Taiwan, von denen die EU profitieren kann:

  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Leading Edge Chipherstellung (Knotengröße < 10 nm)
  • Lithographiemasken (Schablonen in der Herstellung von Mikrochips)

Stärken der EU, von denen Taiwan profitieren kann:

  • EUV-Lithographie und weitere Ausrüstung für Chipherstellung (Anlagen für zentrale Fertigungsschritte in der Mikroelektronik)
  • Sensorik & MEMS (miniaturisierte Baugruppen)
  • Analog-Design

Stärken von Singapur, von denen die EU profitieren kann:

  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Universitätsprogramme
  • Consumer-Elektronik

Stärken der EU, von denen Singapur profitieren kann:

  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Wafer und Substrate
  • Industrie-Elektronik

Stärken von Malaysia, von denen die EU profitieren kann:

  • Advanced Packaging (Innovative Verfahren und Materialien in der Aufbau- und Verbindungstechnik)
  • Speichertechnologien
  • Backend-Expertise (Prozesse der Aufbau und Verbindungstechnik)

Stärken der EU, von denen Malaysia profitieren kann:

  • Wafer und Substrate
  • Software für Electronic Design Automation (EDA; Entwurf von Mikroelektronik-Komponenten)
  • Investitionen durch europäische Halbleiterhersteller
Dr. Melanie Hentsche

Dr. Melanie Hentsche | Projektleitung

Innerhalb der Halbleiterindustrie weiß jeder um die internationalen Abhängigkeiten und die damit verbundenen Risiken. Im Projekt ICOS wollen wir Chancen aufzeigen, die sich mit neuen Kooperationen innerhalb und außerhalb der EU ergeben. Unser Ziel ist eine Win-Win-Situation für alle beteiligten Länder.

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