Integrierte Photonik und Advanced Packaging Deutschland und Niederlande rücken bei Chip-Integration enger zusammen

Integrierte Photonik lässt sich zwar im Labor demonstrieren, doch der Schritt zur reproduzierbaren Serienfertigung ist noch groß. Um Potenziale für Kooperationen in Sachen Photonik, Halbleiterei und Advanced Packaging zu heben, reiste eine niederländische Innovationsmission nach Dresden und Berlin.

Integrierte Photonik und heterogene Chip-Integration gelten als wichtige Bausteine künftiger elektronischer Systeme. Doch während sich einzelne Funktionen im Labor vergleichsweise gut demonstrieren lassen, beginnt eine der schwierigsten Aufgaben beim Übergang in die Fertigung: optische, elektronische und mechanische Komponenten müssen reproduzierbar zusammengefügt, präzise ausgerichtet und anschließend in größeren Stückzahlen gefertigt werden.

Genau an dieser Schnittstelle setzte eine niederländische Innovationsmission an, die vom 28. September bis 2. Oktober 2026 Station in Sachsen sowie Berlin-Brandenburg machte. Organisiert wurde sie von der Netherlands Enterprise Agency RVO und dem niederländischen Innovation Attaché Network in Zusammenarbeit unter anderem mit ChipNL, PhotonDelta und PhotonicsNL. Ziel war eine engere Vernetzung mit der deutschen Halbleiter- und Photoniklandschaft von Forschung und Pilotlinien bis hin zu Fertigung und Systemintegration – unter dem Netherlands Innovation Network Germany finden Sie dazu Berichte.

Von der Photonik zur reproduzierbaren Fertigung

Zu den Teilnehmern gehörte das niederländische Unternehmen Demcon High-Tech Systems, das im Vorfeld von der Mission berichtete. Demcon beschäftigt sich unter anderem mit optischer Systemintegration, Advanced Packaging sowie der präzisen Ausrichtung optischer Komponenten.

Gerade diese Prozessschritte gehören zu den Herausforderungen bei der Industrialisierung photonischer Systeme. Lichtleiter, photonische Chips und Fasern müssen so gekoppelt werden, dass optische Verluste möglichst gering bleiben. Bereits geringe Änderungen von Position, Temperatur oder Materialverhalten können die Systemleistung beeinflussen. Demcon spricht bei der Faserausrichtung von erforderlichen Positioniergenauigkeiten bis in den Submikrometerbereich.

Gleichzeitig fehlt der Photonik noch ein Teil der Standardisierung, die in der klassischen Elektronikfertigung über Jahrzehnte entstanden ist. Mit Indiumphosphid, Silizium und Siliziumnitrid existieren beispielsweise unterschiedliche Plattformen mit jeweils eigenen Eigenschaften und Anwendungsfeldern. Übergänge zwischen Fasern, Chips und weiteren optischen Komponenten müssen deshalb häufig anwendungsspezifisch ausgelegt werden.

Für größere Stückzahlen reicht eine manuelle Ausrichtung solcher Komponenten jedoch kaum aus. Die Prozesse müssen automatisierbar werden, Toleranzen definiert und optische, mechanische sowie thermische Einflüsse bereits bei der Systementwicklung berücksichtigt werden.

Advanced Packaging verbindet unterschiedliche Chiptechnologien

Parallel dazu gewinnt Advanced Packaging an Bedeutung. Statt sämtliche Funktionen auf einem einzelnen monolithischen Chip unterzubringen, lassen sich spezialisierte Komponenten über heterogene Integration in einem System kombinieren.

Die deutsche Halbleiterforschung baut dafür derzeit insbesondere die europäische APECS-Pilotlinie aus. Sie soll Unternehmen Zugang zu Design, Entwicklung, Test und Pilotproduktion für Advanced Packaging und heterogene Integration geben und damit die Lücke zwischen Forschung und industrieller Umsetzung schließen.

Ein Beispiel ist die am Fraunhofer IPMS entwickelte quasi-monolithische Integration. Dabei werden Chiplets in strukturierte Siliziumtaschen eingebettet und anschließend über einen gemeinsamen Interconnect-Stack verbunden. Dadurch sollen deutlich höhere Verbindungsdichten und kürzere Signalwege als bei klassischen Packaging-Verfahren möglich werden.

Solche Verfahren sind auch für photonisch-elektronische Systeme interessant: Optische, elektronische, Sensor- oder MEMS-Funktionen können jeweils in der dafür geeigneten Technologie gefertigt und anschließend in einem gemeinsamen Package zusammengeführt werden.

Besuche bei deutschen Photonik- und Packaging-Spezialisten

Die niederländische Delegation besuchte während der Mission unter anderem Finetech, den Siliziumphotonik-Spezialisten Sicoya und das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlin. Hinzu kamen die FIRST-Konferenz der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland und ein Besuch beim Fraunhofer IZM. In Dresden fand zudem ein Austausch mit dem Mikroelektronikcluster Silicon Saxony statt.

Damit trafen auf der Reise zwei komplementäre europäische Ökosysteme aufeinander. Die Niederlande besitzen mit Unternehmen und Forschungsorganisationen rund um Photonik, Lithografie und Halbleiterausrüstung eine starke Hightech-Landschaft. Deutschland bringt insbesondere in Sachsen eine große Halbleiterfertigung sowie mit Fraunhofer und dem Berliner Photonikcluster OptecBB Forschungs- und Packaging-Infrastruktur ein. Die Mission sollte mögliche Kooperationen entlang dieser Wertschöpfungskette identifizieren.

Gerade für integrierte Photonik dürfte die weitere Industrialisierung entscheidend werden. Die Herausforderung besteht inzwischen nicht mehr allein darin, neue photonische Funktionen zu demonstrieren. Sie müssen sich auch mit reproduzierbarer Qualität, ausreichend hohen Stückzahlen und wirtschaftlichen Fertigungsprozessen herstellen lassen.  (sb)

(ID:50985595)