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Technologien und Anwendungen: Innovationen für Europa made in Saxony

Blick durch das Cockpit eines PKWs auf eine Straße mit digital eingeblendeten Zusatzinformationen. © Infineon Technologies Dresden GmbH

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.

Die sächsische Staatsregierung bietet uns am Wirtschaftsstandort Dresden ideale Rahmenbedingungen. In Sachsen steht uns außerdem ein breites Netzwerk aus Zulieferern, Hochschulen, Forschungsinstituten und öffentlichen Einrichtungen zur Verfügung. Mit dem neuen Entwicklungszentrum erweitern wir die Entwicklungskompetenz von Infineon in Dresden und vertiefen die erfolgreiche Zusammenarbeit mit unseren Partnern vor Ort.

(Mathias Kamolz, Geschäftsführer der Infineon Technologies Dresden GmbH)

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. Dazu zählt unter anderem »eRamp« , ein bedeutendes europäisches Pilotlinienprojekt zur Herstellung von Leistungselektronik. Das ECSEL-Projekt »Power2Power« ist im Sommer 2019 gestartet. An ihm wirken 43 Partner aus 8 Ländern mit. Es wird von Infineon koordiniert und hat die Entwicklung neuartiger Leistungshalbleiter mit höherer Leistungsdichte und Energieeffizienz zum Ziel.

Seit 2018 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).

Globalfoundries bereitet dem Mittelstand den Weg zur Digitalisierung

Luftbild auf die Fabrik von Globalfoundries. © 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

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.

Vier Personen in Schutzanzügen stehen in einem Labor. Eine Person erläutert etwas.
Dr. Sven Zimmermann (l.), Leiter der Abteilung Schichtabscheidung am Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM), bringt jungen Studieninteressenten regelmäßig am »Tag der offenen Tür« die Mikrotechnologie näher.  © TU Chemnitz – Bildarchiv der Pressestelle/Wolfgang Thieme

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. Aktuelle Beispiele dafür sind nanoelektronische Bausteine für manipulationssichere Systeme, Elektronik für IoT- und KI-Anwendungen unter extrem harten Einsatzbedingungen, oder 3D Breitband-Vibrationssensoren zur verbesserten Maschinenüberwachung durch maschinelles Lernen.

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 diesem Kontext haben Wissenschaftler des Fraunhofer ENAS und der TU Chemnitz unter anderem eine Technologieplattform zur Waferlevelfertigung von piezoelektrischen (eine Ladungstrennung an der Oberfläche von bestimmten Kristallen), mikromechanischen Ultrachallwandlern entwickelt. Auch an der Entwicklung von Sensorringen für die Zustandsüberwachung von Kugelgewindetrieben war das Frauhofer ENAS beteiligt. Als Partner im Leistungszentrum »Smart Production and Materials« arbeitet das Fraunhofer ENAS beispielsweise an einem MEMS-Sensor für das Monitoring der Ölqualität von Hydraulikflüssigkeiten.

Blick in einen Gang eines Laborgebäudes.
MEMS-Reinraum am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Dresden.  © Fraunhofer IPMS

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 über einen modernen MEMS-Reinraum mit 200-Millimeter-Fertigungslinie, der für die Technologieentwicklung bis hin zur Pilotfertigung innovativer Mikrosysteme genutzt werden kann. Aktuelle Forschungsschwerpunkte des Fraunhofer IPMS sind nachhaltige, energieeffiziente Mikroelektronik, Next Generation Computing und vertrauenswürdige Elektronik.

So gehörte das IPMS zu den Partnern in dem Fraunhofer-Leitprojekt »Towards Zero Power Electronics« (ZEPOWEL). In diesem Projekt wurde eine Plattform für die Entwicklung von Sensorknoten mit dem Ziel geschaffen, den Energieverbrauch von vernetzten IoT-Systemen drastisch zu senken. Ein solcher energieautarker Sensorknoten könnte beispielsweise in der Landwirtschaft eingesetzt werden, um die Bodenfeuchte zu messen. Hat er die ermittelten Werte über Funk gemeldet, fällt er wieder in den Stand-by-Modus. Mit Energie versorgt wird er über einen Energiewandler, der die Erschütterungen während der Fahrt in elektrischen Strom umsetzt.

Die Integration von Mikrosystemtechnik, Elektronik und gedruckten Komponenten in individualisierte Massenprodukte war Thema im Fraunhofer-Leitprojekt »Go Beyond 4.0«. Unter der Führung des Fraunhofer-Institutes für Elektronische Nanosysteme ENAS wurden Fertigungsstrategien für die Herstellung von Kleinserien und Unikaten erarbeitet, insbesondere mit Hilfe von Digitaldruck- und Lasertechnologien. Ziel dieses Projektes war es, die wirtschaftlichen Vorteile der Massenfertigung zu nutzen und dennoch individualisierte Produkte herstellen zu können.

Für dieses Vorhaben wurden Fraunhofer-Kompetenzen aus den sechs Standorten Chemnitz, Bremen, Aachen, Jena, Würzburg und Dresden gebündelt. Die sächsischen Projektpartner waren das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU.

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.

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