Fraunhofer IPMS: Die Chiptechnik, die Halbleiter kompakter bauen soll

Auf der SEMICON Europa 2026 in München hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS mehrere Entwicklungen aus der aktuellen Halbleiterforschung gezeigt. Im Zentrum steht eine neue Methode, mit der sich Chiplets erstmals direkt in einen Siliziumwafer einbetten lassen. Das Institut bezeichnet diese Demonstration als ersten großen Meilenstein auf dem Weg zu einer sogenannten Quasi-Monolithic Integration.

Erstmals Chiplets im Siliziumwafer eingebettet

Bei der Quasi-Monolithic Integration, kurz QMI, werden einzelne Chiplets in strukturierte Vertiefungen eines Siliziumwafers eingesetzt statt klassisch aufeinandergestapelt oder nebeneinander verdrahtet.

Fraunhofer IPMS hat nach eigenen Angaben nun erstmals gezeigt, dass sich Chiplets auf diesem Weg tatsächlich in einen Wafer integrieren lassen. Für die Halbleiterforschung gilt das als Beleg, dass sich unterschiedliche Chip-Bausteine künftig enger und platzsparender zusammenführen lassen als bisher.

Wie die Chiplet-Integration im Detail funktioniert

Neben der QMI-Methode arbeitet das Institut an der sogenannten 2.5D-Integration. Dabei werden mehrere Chiplets nebeneinander auf einem gemeinsamen Träger, einem Interposer, platziert, statt sie vertikal übereinanderzustapeln. Fraunhofer IPMS entwickelt dafür Prozess- und Integrationstechnologien auf 200-Millimeter- und 300-Millimeter-Wafern, um die Verfahren auf größere Stückzahlen übertragen zu können.

Diese Arbeiten sind Teil der europäischen Pilotlinie APECS, die im Rahmen der Chips for Europe Initiative der EU aufgebaut wird. Geleitet wird APECS von der Research Fab Microelectronics Germany, gemeinsam mit weiteren europäischen Partnern. Ziel der Pilotlinie ist es, verschiedene Halbleiterkomponenten wie Chiplets, Speicherbausteine, Sensoren und photonische Komponenten in leistungsfähige Gesamtsysteme zu integrieren.

Die Rolle von Fraunhofer IPMS im europäischen Forschungsnetzwerk

Fraunhofer IPMS ist Mitglied des Forschungsnetzwerks Research Fab Microelectronics Germany, kurz FMD, und bringt dort Erfahrung in Wafertechnik, Integrationstechnologien und Systementwicklung ein. Diese Einbindung in ein nationales und europäisches Netzwerk bildet den Rahmen, in dem die auf der SEMICON Europa gezeigten Technologien entstanden sind.

Parallel zur Chip-Integration entwickelt das Institut eine Plattform aus Siliziumnitrid für photonische integrierte Systeme, ebenfalls auf 200-Millimeter- und 300-Millimeter-Wafern. Diese sogenannte SiN-Plattform deckt optische Wellenlängen vom sichtbaren Licht bis zum mittleren Infrarot ab und soll dabei nur sehr geringe optische Verluste aufweisen.

Was Speichertechnologien und Fachleute zur Entwicklung sagen

Ein weiterer Baustein der vorgestellten Halbleiterforschung sind ferroelektrische Speichertechnologien auf Basis von Hafniumoxid, die Fraunhofer IPMS als Pilotlinienservice anbietet. Das Portfolio umfasst nicht-volatile FRAM- und FeFET-Technologien mit Referenzentwürfen für eingebettete Speicher und KI-Beschleuniger-Schaltungen.

Nach Angaben des Instituts arbeiten diese Speicher bei Spannungen unter einem Volt und erreichen Schaltzeiten im Nanosekundenbereich. Sie verbinden damit eine dauerhafte, nicht-flüchtige Datenspeicherung mit hoher Ausdauer und Zuverlässigkeit. Fraunhofer IPMS sieht die Technologien vor allem für eingebettete Anwendungen, intelligente Sensorsysteme und energieeffizientes Edge-Computing geeignet.

Was die Entwicklungen für die Halbleiterbranche bedeuten könnten

Die SEMICON Europa fand 2026 parallel zur electronica in München statt und gilt als eine der zentralen Plattformen, auf denen europäische Institute und Unternehmen Fortschritte in der Halbleiterforschung vorstellen.

Für Anwender aus Industrie und Elektronikentwicklung liegt der praktische Nutzen vor allem darin, dass sich unterschiedliche Chip-Bausteine, Speicher und photonische Komponenten künftig enger, sparsamer und kompakter kombinieren lassen sollen, als es mit heutigen Verfahren möglich ist.

Ob und wann die gezeigten Verfahren aus der Pilotlinie APECS den Weg in marktreife Produkte finden, ist derzeit offen. Fest steht, dass Fraunhofer IPMS die Quasi-Monolithic Integration als ersten Meilenstein einer längeren Roadmap einordnet, auf der weitere Entwicklungsschritte folgen sollen.