Mikrochips stark nachgefragt Wärmebildkameras helfen bei der Chipentwicklung

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Wärmebildkameras ermöglichen es, die thermischen Eigenschaften von Mikrochips zu überwachen, Wärmeverluste zu vermeiden oder thermische Überlastungen bereits im Entstehen zu erkennen. Damit spielen sie eine wichtige Rolle beim Testen in der Chipentwicklung.

Die weltweite Nachfrage nach Mikrochips steigt rasant: Bis 2030 wird eine Verdoppelung erwartet [1]. Das Problem: Mikrochips sind unverzichtbare Bestandteile moderner Schaltkreise. Halbleiter werden in praktisch allen Bereichen eingesetzt, von medizinischen Geräten, Fernseh- und Audiotechnik, PC-Daten- und -Verarbeitung bis hin zu industriellen Anwendungen, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, Telekommunikation und Automobilbau.

Die jüngste Verknappung von Chips hat die Hersteller weltweit bereits in Mitleidenschaft gezogen – und wenn die Nachfrage das Angebot erneut übersteigt, könnte dies Innovationen in großem Maßstab verhindern, den technologischen Fortschritt verlangsamen und Innovationen auf internationaler Ebene aktiv behindern. Dies will die Europäische Kommission mit dem so genannten EU-Chips Act verhindern – mit gezielten Investitionen in die europäische Halbleiterproduktion in Höhe von fast 22 Mrd. Euro.

Investitionen in Mikrochips sind wichtig

Die weltweiten Lieferketten für Mikrochips wurden durch die Pandemie-Ausfälle und Arbeitseinschränkungen erheblich gestört, was sich auf die Produktion in praktisch allen Branchen auswirkte. In der Automobilindustrie, die allein 10 Prozent des weltweiten Halbleitermarktes ausmacht, waren alle wichtigen Produktionsregionen von den Engpässen bei der Chipnachfrage betroffen.

In Großbritannien beispielsweise sank die Produktion um 30 Prozent gegenüber dem Niveau vor der Pandemie, während die Neuzulassungen von Kraftfahrzeugen weltweit um 25 Prozent zurückgingen. Die Auswirkungen der Chipknappheit führten dazu, dass im ersten Quartal 2021 nur etwa 672.000 leichte Nutzfahrzeuge produziert wurden, selbst nachdem die Einschränkungen bereits wieder aufgehoben waren. Dies ist nur ein kurzer Einblick in eine einzelne Branche; die globalen Auswirkungen der Verknappung der Lieferkette waren und sind erheblich. Laut einer Studie von Goldman Sachs sind weltweit 169 Branchen von der Chipknappheit betroffen. Dieses Problem kostet Millionen – und soll mit dem „EU Chips Act“ an der Wurzel gepackt werden.

Was steckt hinter dem EU-Chipgesetz?

Das am 25. Juli 2023 in Kraft getretene EU-Chip-Gesetz zielt darauf ab, Innovationen in der Mikroelektronik zu fördern und den Anteil der EU an der weltweiten Chipproduktion in den nächsten sieben Jahren auf 20 Prozent zu steigern. Mit anderen Worten: Die EU will die Zahl der Unternehmen, die ihre eigenen Mikrochips herstellen, weltweit deutlich erhöhen, um sicherzustellen, dass die Hersteller in Zukunft nicht mit Lieferkettenproblemen wie im Jahr 2020 konfrontiert werden.

Mit dem Gesetz verbunden ist der Zugang zu Fördermitteln für ein „wichtiges Projekt von gemeinsamem europäischem Interesse“ für Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien (oder IPCEI ME/CT). Das Gesetz und das Projekt schaffen einen direkten Anreiz für europäische Unternehmen, wichtige Teile ihrer Maschinen nicht mehr von außen zu beziehen, sondern – mit entsprechender Unterstützung und Finanzierung – selbst zu produzieren. Zusätzlich zu den anfänglich zugesagten 8,1 Mrd. EUR an staatlichen Beihilfen werden weitere 13,7 Mrd. EUR an privaten Investitionen aus EU-Mitgliedstaaten wie Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Malta, den Niederlanden, Österreich, Polen, Rumänien, der Slowakei, Spanien und der Tschechischen Republik erwartet.

Der Test als ein wichtiger Schritt der Chipentwicklung

Da die Digitaltechnik eng mit der Mikroelektronik verbunden ist, erhofft man sich von den massiven Investitionen in Halbleiter in dieser Größenordnung einen doppelten Nutzen: Sie sollen nicht nur bestehende Produktionslinien vor unvorhersehbaren Auswirkungen auf die Lieferketten schützen. Die Chips sollen auch die Grundlage für künftige technologische Entwicklungen bilden. Dazu gehören KI, Quantencomputer, 5G- und 6G-Kommunikation, autonomes Fahren und grüne Umwelttechnologien. Bisher wurden 68 Projekte von 56 Unternehmen zugesagt, darunter internationale Marken wie Vodafone, Infineon, Ericsson und GlobalFoundries.

Unabhängig vom Umfang der Projekte und ob die Chips zur Erfassung, Verarbeitung, Speicherung oder direkten Verarbeitung von Daten eingesetzt werden, ist das Testen ein wichtiger Schritt im Entwicklungsprozess. Um die vorhandenen Ressourcen optimal zu nutzen, müssen Unternehmen in der Lage sein, ihre Komponenten auf die Einhaltung bestimmter Sicherheitsstandards zu testen. Elektronische Komponenten müssen unabhängig von Funktions-, Leistungs- oder Qualitätssicherungstests sorgfältig geprüft werden.

Thermische Eigenschaften der Mikrochips überwachen

Die Thermografie ermöglicht es, Schaltungen thermisch zu überwachen, Wärmeverluste zu vermeiden oder thermische Überlastungen bereits im Entstehen zu erkennen. Werden die thermischen Eigenschaften der eingesetzten Mikrochips in Echtzeit überwacht, können Probleme bei der Implementierung oder der Kompatibilität von Bauteilen frühzeitig erkannt und behoben werden. Teure Ausfallzeiten werden vermieden und der Entwicklungszyklus verkürzt.

Für Prüfstände in der industriellen Fertigung müssen Unternehmen in zuverlässige und belastbare Wärmebildtechnik investieren. Dabei spielt es keine Rolle, ob sie diskrete Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren oder mit der Stromversorgung verbundene Bauteile wie Transistoren und Transformatoren prüfen: Wärmebildsysteme wie die Kameras der Serie Flir A6700 [2] oder die Flir A8580 MWIR [3] unterstützen die Entwickler.

Referenzen

[1] Pandemic Supply Chain Issues Highlight Dependence on Semiconductors. Abgerufen am 17.8.

[2] Details zur Wärmebildkamera-Serie Flir A6700.

[3] MWIR-Kamera Flir A8580.

* Joachim Templin ist Sales Manager EMEA der Abteilung Science & Automation bei Teledyne Flir.

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