Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)

Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)

Für Entwicklungen aus dem Halbleiterbereich brauchen Unternehmen einen langen Atem: Es gilt, zahlreiche einzelne Institute zu beauftragen. Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland vereint daher die Kompetenzen verschiedener Forschungsinstitute, beteiligt ist auch das Fraunhofer FHR. Über verschiedene Neuanschaffungen sind dabei auch Technologien nutzbar, die es bis dato in Deutschland nicht gab.

© Fraunhofer FHR / Alex Shoykhetbrod
Die HAGE3D ermöglicht einen Druck sowohl mit Filament als auch mit Granulat. Der maximale Druckraum beträgt 1200mm x 1200mm x 1000mm im 3-Achs-Betrieb, während der 5-Achs-Betrieb erlaubt komplexe Bauteile ohne Stützmaterial zu drucken, was Zeit und Material spart.
© Fraunhofer FHR / Uwe Bellhäuser
Im Rahmen von FMD wurde in ein Messlabor im Millimeterwellenbereich investiert. Die Innenansicht der echofreien Messkammer zeigt eine Messvorrichtung zur Antennencharakterisierung, aber auch Teilsysteme und vollständige Prototypen können beurteilt werden.

Brauchen Mittelständler oder Start-Ups Entwicklungen aus dem Halbleiterbereich, wird es vielfach schwierig. Schließlich kommt es selten vor, dass ein Forschungsinstitut alle benötigten Kompetenzen abdeckt. Für die Unternehmen heißt das: Es müssen zahlreiche Institute kontaktiert und viele Einzelverträge geschlossen werden – ein riesiger Aufwand. Hier setzt die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, kurz FMD, an: Nach dem Vorbild großer Mikroelektronik-Institute im Ausland bündelt sie die deutschen Kompetenzen und gründet eine virtuelle gemeinschaftliche Struktur. Beteiligt sind elf Fraunhofer-Institute des Verbunds Mikroelektronik und die zwei Leibniz-Institute FBH und IHP. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte den Aufbau der FMD mit insgesamt 350 Millionen Euro – vor allem, um die technologischen Lücken zwischen den Instituten zu schließen und Technologien zu etablieren, die es bisher in Deutschland nicht gab. Das Fraunhofer FHR bringt vor allem seine Kompetenzen im Bereich der Hochfrequenztechnik, der Antennenmesstechnologie sowie der Fertigung von Platinen, Radarmodulen und Hochfrequenzstrukturen ein.

Die Kunden profitieren direkt von diesem Zusammenschluss. Sie brauchen nur noch einen Ansprechpartner zu kontaktieren, erhalten einen einzigen Vertrag und bekommen die komplette Entwicklungskette aus einer Hand. Nehmen wir das Beispiel eines Radarchips: Das Schaltungsdesign wäre z. B. beim Fraunhofer FHR beheimatet, die Fertigung am IHP in Frankfurt/Oder bzw. beim Fraunhofer IAF in Freiburg, das Packaging würde am Fraunhofer IZM in Berlin durchgeführt, zum Schluss käme wieder das Fraunhofer FHR mit der Radar- oder Antennenprüfung ins Spiel. Das Unternehmen würde für die gesamte Kette nur mit der FMD verhandeln.

Antennenmesskammer für komplexe Radarsysteme

Eine der Schlüsselkompetenzen, die das Fraunhofer FHR in die FMD einbringt, ist die Antennenmesstechnologie. Welche Eigenschaften haben Antennen für Radarsysteme – wie sieht etwa ihre Abstrahlcharakteristik aus? Eine Antennenmesskammer, die im Rahmen der FMD angeschafft wurde, ermöglicht künftig exakte Untersuchungen von Einzel- und Gruppenantennen im Frequenzbereich von 300 Megahertz bis 50 Gigahertz. Die Kammer selbst ist fertiggestellt und befindet sich bereits im Testbetrieb. Aktuell wird noch am »Range Assessment« gearbeitet – also an der Überprüfung des Testfelds. Dabei wird die Messkammer nach vorgegebenen Kriterien charakterisiert, um die Qualität der Messungen belegen zu können. Auch kleinste Antennen können am Fraunhofer FHR neuerdings mit FMD-Infrastruktur analysiert werden: Etwa On-
Chip-Antennen, also ein bis zwei Millimeter kleine, auf einem Chip integrierte Antennen.

Additive Fertigung von Hochfrequenzplatinen

Eine weitere Neuanschaffung adressiert die additive Fertigung von Hochfrequenzstrukturen: Es handelt sich um Metalldrucker und Kunststoffdrucker im industriellen Maßstab. Während 3D-Drucker, wie man sie von zuhause kennt, nur kleine Strukturen und geringe Stückzahlen fertigen können, erlauben diese Drucker die Herstellung von bis zu einem Kubikmeter großen Volumen. Eine weitere Besonderheit: Mit dem Metalldrucker lassen sich auch Hohlleiterstrukturen drucken. Auch der Kunststoffdrucker eröffnet zahlreiche neue Möglichkeiten: Etwa das Drucken von Antennenstrukturen, Linsen und Gehäusen.


Prototypen von Platinen kurzfristig herstellen & testen

Über die Investitionsmittel der FMD wurden unter anderem Laserfräsen, Placer und Bonder angeschafft, um Prototypen von Platinen herzustellen – und das kurzfristig und schnell. Damit lassen sich sowohl Teilsysteme erzeugen – etwa zur Signalgenerierung – als auch komplette Radarsysteme. Zur Testung der Teilsysteme werden die Platinen mit Hilfe eines On-Wafer-Messplatzes direkt innerhalb der Schaltungen im Hochfrequenzbereich bis 500 GHz vermessen. Durch den FMD-Gerätepark am Fraunhofer FHR können diese Teilsysteme
für ihren Einsatzzweck bis einem Terahertz vermessen werden. Unter anderem wird hierzu eine echoarme Messkammer genutzt, die die Charakterisierung von Teilsystemen, Objekten und Materialien ab acht Gigahertz erlaubt. Beispielsweise kann die erwartete Abstrahlungsleistung von aufgebauten Radar-Front-Ends frequenzabhängig überprüft werden. Ein Klimaprüfschrank komplettiert die Messmöglichkeiten, hier lassen sich die Systeme unter verschiedenen Temperaturen und Luftfeuchten untersuchen. Mit Hilfe unterschiedlicher Software lassen sich die Messgeräte gezielt mit bestimmten Parametern wie Signalform und Rauschen ansteuern und auf der Empfangsseite auswerten. Dadurch kann das Fraunhofer
FHR verschiedene Einsatzszenarien für die Teilsysteme simulieren und direkt auf bestimmte Eigenschaften wie der Signallinearität testen.