»Wir sind mehr als ein OSAT!«
Swissbit steigt ins Packging-Foundry-Geschäft ein
Swissbit stellt die Weichen für die Zukunft und bietet ihre Advanced-Packaging-Prozesse am offenen Markt an: »Ab sofort stehen wir als Packaging-Foundry zur Verfügung – und verhelfen damit der europäischen Industrie zu mehr Souveränität«, sagt Lars Lust von Swissbit gegenüber Markt&Technik.
Was Lars Lust, General Manager von Advanced Packaging, Assembly & Test Solutions (APATS), besonders wichtig ist: Das umfangreiche Wissen, das sich Swissbit im Advanced Packaging aufgebaut hat, sei eine riesige Chance für Europa. »Denn Advanced Packaging ist die günstigste Variante, um jene Souveränität zu erreichen, die jetzt im Sektor der Chips so sehnlich gewünscht wird.« Damit bezieht er sich auf die europäischen Initiativen, die Chipfertigung nach Europa zu holen, die in ihrer Anfangszeit sehr stark darauf fokussiert war, Front-End-Hersteller anzulocken, in deren Fabs die ICs auf den Wafern gefertigt werden – und die inzwischen viele Milliarden Dollar kosten. Nur hier spielt die Musik, so dachten viele Politiker. Das ist verständlich, denn so sieht das traditionelle Packaging aus: Nachdem die ICs mit Hilfe der modernsten Prozesstechniken auf den Wafern fertiggestellt sind, werden sie in die einzelnen ICs (auch Dies genannt) vereinzelt, in ihre Gehäuse montiert und getestet. Diese Packaging-Prozesse erfordern im Gegensatz zur Front-End-Fertigung weniger umfangreiches technisches Know-how und liefern kaum Beiträge zur Differenzierung. Deshalb lagern die Front-End-Hersteller das Packaging an Service-Dienstleister aus, die sogenannten »Outsourced-Assembly-and-Test«-Unternehmen, kurz OSATs genannt, die sich heute fast ausschließlich in Asien befinden.
Doch das hat sich über die vergangenen Jahre grundlegend geändert: Aus dem einfachen Packaging – Griffschutz und Umverdrahtung von Einzelchips – wurden Advanced Packaging und Heterogeneous Integration. Hier geht es nicht mehr um Integration auf einem Chip, es geht um Integration auf Systemebene, also um genau das, womit sich Swissbit schon seit 15 Jahren beschäftigt.
»Wir wissen aus unserer Erfahrung als Hersteller von Speicherkarten: Ein einzelner Chip ist noch keine Mikroelektronik! Bei uns geht es immer um die Integration verschiedener Dies und weiterer Bauelemente auf einem Substrat – was ausgeklügelte Advanced-Packaging-Technologien erfordert. So lassen sich künftig sogar Mikroelektronik und Photonik verschmelzen, woran wir bereits arbeiten. Das revolutioniert die Supply-Chain – die Karten werden neu gemischt«, freut sich Lust.
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»iShieldKey2«: Gelebte europäische Souveränität |
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Wie europäische Souveränität aussehen kann, erklärt Lars Lust am Beispiel von »iShieldKey2«, der die digitale und physische Zugangskontrolle auf einem einzigen »Key« kombiniert, was die effiziente Authentifizierung für IT-Systeme, Gebäudezugang oder auch sichere Signierung ermöglicht. Als hybrider Schlüssel integriert sich der »iShieldKey2« nahtlos in den täglichen Arbeitsablauf und bildet ein grundlegendes Element einer Zero-Trust-Strategie. Schon die Wafer mit den erforderlichen ICs für den »iShieldKey2« liefern europäische Hersteller, die sie in ihren Fabs in Europa fertigen. Im Werk in Berlin/Marzahn verarbeitet sie Swissbit zusammen mit weiteren Komponenten zu SiPs. Die erforderlichen Substrate und die Leiterplatten kommen aus Österreich. »Auch die Software entwickeln wir selbst, basierend auf einem europäische Operating System«, so Lars Lust. Insgesamt handelt es sich also um ein hochkomplexes Produkt, das nicht nur aus Security-Controllern, sondern auch aus NFC-Chips, Sensoren und Anti-Tamper-Maßnahmen besteht. Nur sehr wenige Komponenten wie die USB-Stecker, LEDs und bestimmte Basismaterialien kommen nicht aus Europa. »Wir sind schon stolz darauf, ein solches Produkt in Europa am Standort Berlin fertigen zu können!« |
Das sieht er nicht alleine so, sondern steht damit im Einklang mit unabhängigen Marktexperten. »Advanced Packaging is radically reshaping the Chip Ecosystem«, so ließen erst kürzlich die Analysten der Boston Consulting Group verlauten. Das sei laut Lust mehr als das eine Packaging, wie »advanced« auch immer: »Deshalb sprechen wir in diesem Zusammenhang auch von „Advanced Manufacturing“, weil dieser Begriff neben dem Advanced Packaging auch die gesamte Lieferkette mit einbezieht.«
Diese Revolution eröffnet Europa neue Chancen: Das traditionelle Packaging ist in Asien gut aufgehoben, das zurückholen zu wollen, wäre verfehlt. Doch im Advanced Packaging sieht es völlig anders aus.
Das hat sich inzwischen herumgesprochen. Der EU Chips Act war zwar im ersten Anlauf noch sehr stark auf den Bau von Front-End-Fabs fokussiert gewesen. Als mehrere große IC-Hersteller angekündigt hatten, in Deutschland investieren zu wollen, wurde das als großer Lichtblick gefeiert.
Advanced Packaging ist im EU Chips Act angekommen
Nicht zuletzt durch die Tatsache, dass Swissbit längst verloren geglaubte Technologien im Herzen Europas praktiziert, hat sich das entscheidend gewandelt und ist inzwischen im EU-Chips Act angekommen: »Wurde dort ursprünglich von „Mikrochip-Strategie“ gesprochen, so taucht jetzt der Begriff „Mikroelektronik-Strategie“ auf – dazu haben wir beigetragen.« Inzwischen ist Swissbit Teil von IPCEI, Advanced Packaging wird jetzt gefördert. »Wir sind nicht der Lichtblick für Europa, wir wollen ein Leuchtturm sein!«, so Lust in Anspielung auf die Front-End-Fabs. Weil diese Fabs einerseits so teuer sind, andererseits aber nur wenige Prozessknoten abdeckten, also relativ eng in der Wertschöpfungsbreite seien, könnten sie nicht allein zur Souveränität führen. »Unser großes Ziel besteht nun darin, im Rahmen des EU Chips Act „First-of-a-kind-Technologien“ für die halbleiterbasierte Mikrointegration in Europa aufzubauen!«
Dass Swissbit heute zum führenden europäischen Unternehmen im Advanced Packaging aufgestiegen ist und im Rahmen des IPCEI-Projekts »True-MEM« für den Ausbau von vertrauenswürdigen Liefer- und Wertschöpfungsketten für kritische Mikroelektronik-Komponenten gefördert wird, hat seinen Grund in der Historie als Hersteller von zuverlässigen industriellen Speicherkarten, die auf DRAMs und NAND-Flash-ICs basieren.
Solche Produkte zu entwickeln und zu fertigen, führt zwangsläufig zu einem hohen Integrationsgrad: »Wir betreiben Advanced Packaging schon lange, Systems-in-Package – kurz SiPs – fertigen wir seit fünfzehn Jahren in Stückzahlen, das ist für uns kein neues Thema«, erklärt Lust. »Deshalb haben wir einen etwas anderen Blick darauf als die meisten, die bisher von diesem Thema eher oberflächlich hören. Denn wir kommen vom Systemgedanken und greifen ihn nicht erst jetzt auf.«
Auf die eigene Fertigung kommt es an
Deshalb war Swissbit bereits 2002 in die Fertigung im großen Maßstab mit der Übernahme von Optosys eingestiegen, der Keimzelle von APATS. Die Wurzeln reichen bis 1992 zurück, als das Unternehmen schon früh DRAM-Module für Siemens herstellte – schon damals im Berlin/Marzahn. An diesem Standort bündelte Swissbit die Produktion und das Supply-Chain-Management. Bereits zur Jahrtausendwende produzierte der Standort in Berlin Flash-Produkte und hatte die weltweit erste Compact-Flash-Karte in Chip-on-Board-Technologie mit einer Kapazität von damals beachtlichen 1GB. Um das zu realisieren, benötigte es vier Achtfach-NAND-Die-Stapel (32 Chips), womit man als Pionier die 3D-Integration anführte.
Den nächsten großen Schritt tat Swissbit im Jahre 2019 mit der Eröffnung des neuen Werks im Industriegelände von Berlin/Marzahn in Sichtweite des früheren Standorts. Hier werden auf 20.000 m² – davon 10.000 m² Fabrikfläche inklusive Reinraum – hochintegrierte Systeme gefertigt. »Speziell dafür haben wir das neue Werk in Marzahn ausgelegt und können jetzt sowohl mit Hilfe unserer angestammten Packaging-Technologien als auch mit der SMT-Bestückung fertigen – und damit die Speichermedien flexibel an die Anforderungen ihrer jeweiligen Einsatzgebiete anpassen«, erklärt Lust. Wenn er kurz beschreiben soll, was das Besondere an der modernen Fertigung in Berlin/Marzahn ist, spricht er deshalb am liebsten von »Advanced Packaging and System Integration Excellence«.
Damit sieht er APATS aus mehreren Gründen auf einem guten Weg, um nicht mehr nur für den In-house-Bedarf zu fertigen, sondern die Packaging-Services für Dritte anzubieten und im Weltmarkt ganz vorne mitzuspielen.
Erstens gehöre Swissbit mit seinem Packaging-Know-how zu den technologisch führenden Unternehmen. Zweitens könne und wolle Swissbit einen entscheidenden Beitrag zur europäischen Souveränität leisten. Drittens seien genügend Kapazitäten vorhanden, um im Weltmaßstab zu produzieren. Insgesamt 3000 Wafer (300-mm-Äquivalent) können derzeit pro Monat verarbeitet werden, was für europäische Bedarfe schon ein bedeutendes Volumen darstellt und sich problemlos weiter ausbauen lässt.
KMUs und Start-ups erhalten Zugang zu Chiplet-Technologien
Das bedeutet auch: »Jetzt können sich sogar Start-ups auf die neuen Prozesse einlassen!« Bei anderen Foundries wäre das nicht so. Die weltweit führende Foundry TSMC setzt auf hohe Stückzahlen und wenige Varianten. Das sei für ihre Zielmärkte wie Datenzentren und HPC sinnvoll; dieses Modell bringe allerdings der europäischen Industrie wenig, die auf Variantenvielfalt und vergleichsweise kleinere Stückzahlen zu erschwinglichen Kosten angewiesen ist. Deshalb fertige Swissbit nur auf Basis der kostengünstigeren organischen Substrate. Die teuren Siliziumsubstrate kommen nur für die in hohen Stückzahlen gefertigten Chips für Datenzentren in Frage. »Dieser Markt hält immer noch einen Anteil von bis zu 80 Prozent, dagegen zielen wir auf stückzahlentechnisch eher kleine oder mittlere Sektoren, wie z. B. Automotive oder auch Avionics.« Wer hierzulande allerdings Ideen für Produkte im Chiplet-Umfeld hat, der komme nun einfacher an die erforderlichen Technologien als bisher heran.
Die Kapazität wächst – fast zwangsläufig
Dazu ein näherer Blick auf einige der Produktionsverfahren von APATS. Um NAND-Flash-ICs und Controller – sie werden mit Hilfe von Prozessen bis hinunter zu 6 nm gefertigt – sowie die übrigen Bauelemente integrieren zu können, sind zahlreiche ausgeklügelte Prozesse erforderlich, beispielsweise das Molden. Dafür hat Swissbit eine moderne Maschine, die die besonderen Anforderungen an den eigenen Prozess erfüllen kann. »Sie steht aber nur mit einer sehr hohen Kapazität zur Verfügung: 12 Millionen microSD-Karten schafft sie pro Monat! Kleiner bekommen wir sie nicht«, erklärt Lars Lust. Wenn Swissbit also mit Hilfe der neusten Technologien fertigen will, ist das Unternehmen auf Equipment angewiesen, das nur in hohen Stückzahlen fertigen kann – auch das eine Motivation, sich nun zu öffnen und als Foundry für Dritte zu produzieren.
Advanced-Packaging-Bedarf wächst schnell
Über mangelnde Nachfrage macht sich Lust keine Sorgen. Erstens steigt der Bedarf an traditionellen Speicherprodukten. Hier hatte Swissbit mit der Übernahme von Hyperstone 2021 einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung Zukunft getan. »Jetzt entwickeln wir die ASICs bzw. die Controller sowie die Firmware für NAND-Flash-basierte Produkte im eigenen Haus. Im Grunde sind wir ein IDM, lediglich die Front-End-Fab fehlt. Das Werk in Berlin ist das Fundament. Das ist in dieser Tiefe nicht nur in Europa einzigartig, das ist auch global etwas Besonderes!«
Zweitens stößt Swissbit in den Markt für Embedded IoT Solutions vor, in dem Sicherheitsaspekte eine wichtige Rolle spielen. Inzwischen bietet Swissbit sogar Security-SiPs an, in denen kein einziges Speicher-IC mehr arbeitet. »Viele kennen uns immer noch als Hersteller von Speicherprodukten. Das stimmt gar nicht mehr: Die hochintegrierten Systeme ohne Stand-alone-Speicher-ICs haben sich neben den traditionellen Memory Solutions und den Controllern von Hyperstone zum dritten Standbein von Swissbit entwickelt.« Außerdem entstehen ganz neue Märkte, in die Swissbit vorstoßen will: »Chiplets kommen jetzt im Edge-Computing an – das ist insbesondere für europäische Unternehmen interessant, beispielsweise in der Industrie und in Automotive. Mit unseren Technologien ist es für uns kein Problem, chiplet-basierte Komponenten zu entwickeln und zu fertigen.«
So funktioniert Systemintegration
Ein Beispiel dafür, wie Swissbit die Systemintegration in Produkte umsetzt, die den Anwendern deutlichen Mehrwert bieten, erläutert Lust am Beispiel von Controllern für SD-Karten. Mit dem Know-how von Hyperstone kann Swissbit schon das IC-Design der Controller in Hinblick auf seinen speziellen Einsatz optimieren: Der Chip ist so ausgelegt, dass er auf der SD-Karte wenig Platz einnimmt, die Anschlüsse und Leitungen sind so gelegt, dass sie sich nicht überkreuzen und damit ein zweilagiges Substrat mit nur 120 µm Dicke ausreicht – statt der ansonsten erforderlichen vier Lagen. Das spart hohe Kosten und Platz, »was absolut entscheidend ist«, so Lust. »Wie alle Elemente zusammenspielen, verstehen wir genau, weil wir die ersten SiP-basierten Memoryprodukte schon vor 15 Jahren auf den Markt gebracht haben. Wir kennen die Architekturtrends, nur wenige andere verfügen über dieses Wissen, das für die Systemintegration wesentlich ist.«
Dazu noch einmal ein genauerer Blick darauf, welches Know-how sich hinter dem Begriff Advanced Packaging bei Swissbit verbirgt – und warum sich Swissbit inzwischen als IDM sieht.
Der Packaging-Prozess startet mit den Wafern, die Swissbit direkt von den großen NAND-Flash-Herstellern bezieht. Weil die Speicher-ICs Treiber der Technologie sind, waren das schon sehr früh 300-mm-Wafer. »Als Speichermodulspezialist können wir also auch hier auf eine langjährige Erfahrung im Umgang mit den großen Wafern zurückblicken. Umgekehrt zeigt unser enges Verhältnis zu den Speicher-IC-Herstellern, dass sie uns einiges zutrauen – was uns in die Lage versetzt, Zugang zu den Wafern direkt ab Werk und einen technisch tiefgreifenden Austausch zu bekommen, um letztendlich unseren Kunden zu helfen.«
Um die Speicher-ICs weiter verarbeiten zu können, müssen die 300-mm-Wafer zunächst gedünnt werden. Von der Ausgangsstärke im Bereich von ca. 800 µm muss Swissbit sie bis hinunter auf nur noch 38 µm bringen. Das erfordert zwei Schleifprozesse. Danach schließt sich der Polierschritt an. Er ist erforderlich, damit keine Riefen im Silizium zurückbleiben, die ursächlich für zu geringe Bruchfestigkeit sind. Den Abschluss bildet ein spezifisches Trennverfahren mit Kombination aus Laser und Trennschleifprozessen, um die Wafer in die einzelnen Dies zu vereinzeln. Dann können die eigentlichen Packaging-Prozesse starten.
»Wir können dann 16 und mehr NAND-Dies übereinanderstapeln«, sagt Lars Lust. Um einen Eindruck von der Speicherdichte zu geben, die sich damit erreichen lässt, zeigt er auf eine im ersten Blick normal aussehende, bestückte Baugruppe (2,5-Zoll-SSD): »Wenn man in dem Fall 32-fach gestapelte Flash-Komponenten nutzt, dann befinden sich annähernd so viele Dies auf einer Baugruppe, wie auf einen 300-mm-Wafer passen!«
Das große Potenzial für Swissbit liegt laut Lars Lust darin, dass wer die Packaging-Techniken beherrscht, die Produktionskosten erheblich reduzieren kann. »Wenn wir die Ausbeute um einige Prozentpunkte steigern, dann ist das ein sehr großer Gewinn, denn bis zu 80 Prozent der Produktkosten liegen im Material, den Halbleiter-Chips. Da kommt es also nicht mehr darauf an, ob das Packaging-Werk in Asien oder in Berlin Marzahn steht«, so Lars Lust.
Zumal der Automatisierungsgrad in dem Werk sehr hoch ist: Gearbeitet wird rund um die Uhr, pro Schicht arbeiten 30 bis 35 Mitarbeiter in der Fertigung, die vor allem für die Einrichtung der Maschinen und die Qualitätssicherung zuständig sind. Wer das Werk in Marzahn besichtigt, kommt sich teilweise vor wie in einer Front-End-Fab.
»Wir sind Advanced-Packaging-Foundry – kein OSAT!«
Deshalb bezeichnet Lust Swissbits Fabrik jetzt als »Packaging-Foundry« – um eine klare Trennlinie zu den traditionellen OSATs zu ziehen, gegenüber denen sich Swissbit in wichtigen Punkten differenziere: »Wir haben eigene Roadmaps und eine langfristige Strategie, die wir mit unseren Kunden teilen. Zudem verfügen wir über ein umfangreiches Ökosystem, Chip-Package-Co-Design-Kompetenzen, qualifizierte Volumenprozesse und sind für die gesamte Supply-Chain bis hin zur Forecast-Planung verantwortlich. Die traditionellen OSATs hingegen bieten das nicht, sondern arbeiten als Lohnfertiger mit den fertigen Konzepten und Chipdesigns der Kunden sowie Packaging-Katalogen. Wir sind mit unserer Strategie schon immer und auch erfolgreiche Sonderwege gegangen, auch das ist eine riesige Chance für Europa!«
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