Elektronikforschung Split Manufacturing bringt Elektronik ohne „Spione“

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Einige Fraunhofer-Institute und deutsche Unternehmen entwickeln einen Split-Manufacturing-Ansatz für die vertrauenswürdige Halbleiterfertigung, damit die sichere Montage in Deutschland gelingt.

Die sichere Versorgung mit elektronischen Bauteilen ist von wachsender strategischer Bedeutung für den Industriestandort Deutschland, prognostizieren die Experten. Doch die Fertigung von integrierten Schaltkreisen (IC) wird in außereuropäische Regionen verlagert, wodurch die Gefahr steigt, dass Schad- und Spionagefunktionen in von Auftragsfertigern (Foundries) gelieferte Bauteile heimlich implementiert werden. Gleichzeitig vermehrten sich die Gelegenheiten, dass geistiges Eigentum am Schaltungsdesign (IP) durch Dritte gestohlen werde.

Das Projekt „Verteilte Fertigung für neuartige und vertrauenswürdige Elektronik T4T“ soll deshalb der heimischen Industrie Werkzeuge für einen Zugang zu sicheren Lieferketten und vertrauenswürdiger Elektronik zur Verfügung stellen, wie es weiter heißt. An diese Anforderungen angepasste Teilkomponenten könnten dann weiterhin über bestehende Lieferketten (Split Manufacturing) bezogen werden. Die Montage und Verschlüsselung der Systeme aber erfolgten in einem vertrauenswürdigen Umfeld in Deutschland.

Neue Anforderungen an Aufbau- und Verbindungstechnik

Die veränderten technischen Anforderungen dieses Split-Manufacturing-Ansatzes an die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) sollen dabei mithilfe verschiedener Demonstratoren veranschaulicht werden. Diese erklären etwa neue Designflows und –methoden, adaptierte Fertigungsprozesse sowie das individuelle technische Know-how der involvierten Projektpartner. Zu ihnen zählen Bosch, Osram, Audi und Xfab sowie auch Nanowired, Süss, Disco und IHP. Die Fraunhofer-Institute IZM-ASSID, IPMS, IIS/EAS und die Technische Universität Dresden vertreten die Forschergilde. Die aus dem Projekt gewonnen Erkenntnisse sollen später einen strukturellen Beitrag zur Standardisierung von Prozessen der Aufbau- und Verbindungstechnik leisten. Auch neue Designvorgaben und Toleranzregeln für Versatz- und Strukturgrößen will man definieren.

Im Rahmen des Projekts wird das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS sich mit zwei Themenschwerpunkten befassen: Zum einen soll die Schnittstelle zwischen klassischem Frontend (Waferfertigung) und Backend (Heterointegration) im Sinne des Split-Manufacturing-Ansatzes zu den Aspekten Kontaminationsmanagement, Defektdichte und Prozessqualität entwickelt und optimiert werden. Zum anderen sollen moderne Post-Quantum-Kryptographieverfahren über sogenannte nicht flüchtige Speicher (NVMs) untersucht und getestet werden. Das Ganze soll zusammen mit einer verteilten Fertigung für zusätzlichen Schutz sorgen, wie die Forscher erklären.

So entsteht die Basis für die passende Chipintegration

Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und dessen Institutsteil „All Silicon System Integration Dresden – ASSID„ kümmern sich dabei mit um die Fertigung eines 300-Millimeter-Wafer-to-Wafer-Demonstrators mit verschlüsseltem Speicherelement sowie eines Interposer Wafers mit integrierten Chiplets. Damit soll die die Grundlage für die angepasste Chipintegration geschaffen werden. Das Wafer-to-Wafer-Bonden erlaube dabei die Verteilung von Systemfunktionen auf mehrere Schaltkreise bei enger räumlicher Verbindung. Es sei damit die Basis für eine an die Teilmontage angepasste AVT.

Die Verwendung unterschiedlicher Chipgrößen bei einer geteilten Fertigung kann aber zu Hindernissen in der AVT führen.

Deshalb entwickeln die Forscher mit Unterstützung weiterer Partner auf Grundlage des Die-to-Wafer-Bondverfahrens und hoch dichter Interconnects einen Ansatz, der die Kombination unterschiedlicher Chipgrößen auf einem Interposer ermöglicht. Das daraus resultierende heterogene System soll eine Hauptrolle bei der Etablierung neuer Standards im Back-End-Design spielen. Denn ein Interposer mit gebondeten Chiplets könne in vielen verschiedenen Systemen eingesetzt werden.

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