Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)

Der zentrale Partner für Wirtschaft und Wissenschaft, Politik und Gesellschaft  

Das Fraunhofer FHR bildet seit 2017 zusammen mit weiteren zehn Instituten des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik sowie den beiden Instituten FBH und IHP der Leibniz-Gemeinschaft die standortübergreifende Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, kurz FMD. Erstmalig bündeln hier 13 Institute der beiden Forschungseinrichtungen Fraunhofer und Leibniz unter einem virtuellen Dach ihre Expertise und bringen somit eine neue Qualität in die Erforschung und Entwicklung von Mikro- und Nanosystemen. Mit den mehr als 2.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist die FMD der weltweit größte FuE-Zusammenschluss dieser Art. Sie trägt mit ihrer einzigartigen Kompetenz- und Infrastrukturvielfalt an den Instituten dazu bei, dass Deutschland und Europa ihren Spitzenplatz in Forschung und Entwicklung weiter ausbauen.

 
Übergang in den Regelbetrieb

Bis Ende 2020 befand sich die FMD in der Aufbauphase. Die umfangreichen Investitionen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in die Modernisierung der Institute konnten Ende 2020 / Anfang 2021 bis auf wenige, durch die Covid19-Pandemie bedingte, Verzögerungen abgeschlossen werden.  

Anfang 2021 startete die FMD mit der Zusammenlegung der beiden Geschäftsstellen von Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik und Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland und dem neuen Leiter der gemeinsamen Geschäftsstelle Dr. Stephan Guttowski in den verstetigten Betrieb. Diesen Übergang markierte die Digitalkonferenz »Impulsgeber FMD: Angebot & Potenzial − Köpfe & Know-how« am 22. April 2021. Das Modell einer interdisziplinären und interorganisationalen Zusammenarbeit der deutschen Forschungslandschaft trägt bereits erste Früchte und soll zukünftig auch europäisch als Vorbild dienen.

Mit Vernetzung und Kooperation zur technologischen Souveränität

 
Inzwischen gilt die FMD als Vorbild, wenn es darum geht, die Kompetenzen unterschiedlicher FuE-Institutionen mit einer gemeinsamen Strategie und einem gebündelten Angebot an die Industrie aufzustellen. Mit der standort-, technologie- und kompetenzübergreifenden Zusammenarbeit sorgt die FMD für den Erhalt und Ausbau der technologischen Souveränität entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die Geschäftsstelle in Berlin repräsentiert die FMD-Institute und agiert als zentraler Ansprechpartner für alle Fragestellungen rund um die mikro- und nanoelektronische Forschung und Entwicklung in Deutschland und Europa.

Vielseitige Kooperationsmöglichkeiten

Neben dem Leistungsangebot für ihre Kunden aus der Wirtschaft, bietet die FMD ebenfalls unterschiedlichste Kooperationsmöglichkeiten für ihre Partner in Wissenschaft und Bildung. Diese zielen direkt auf eine kooperative Bearbeitung von Forschungsfragestellungen, wie die gemeinsame Arbeit in Verbundprojekten und den Betrieb der gemeinsamen Labore, den sogenannten Joint Labs, ab. Eine wesentliche Möglichkeit der Kooperation besteht dabei in der Erprobung spezieller Konzepte und Lösungen aus der Grundlagenforschung auf den Anlagen der Institute der FMD, um so ein besseres Verständnis hinsichtlich ihrer Eignung in stärker anwendungsorientierten Umfeldern zu erlangen.

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, die eine schnelle Herstellung von Prototypen ermöglicht. Damit lassen sich sowohl Teilsysteme als auch komplette Radarsysteme aufbauen. 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 in fortgeschrittenen Entwicklungsschritten für ihren Einsatzzweck bis einem Terahertz vermessen werden. Unter anderem wird hierzu eine echoarme Messkammer genutzt, die für Tests ab acht Gigahertz verwendet werden kann. Beispielsweise kann dadurch die Funktionsfähigkeit von aufgebauten Radar-Front-Ends anhand von Testobjekten überprüft werden.

Mit Hilfe unterschiedlicher Software lassen sich die Messgeräte gezielt mit den gewünschten Parametern 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.