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Rein in die Zukunft Fraunhofer-Institut IPA, Stuttgart

Produktionstechnik in reinen Umgebungen
Rein in die Zukunft Fraunhofer-Institut IPA, Stuttgart

Aufgrund einer Studie bezüglich der Fertigungstechnik für Halbleiter wurde festgestellt, dass viele Gerätehersteller zwar beste handwerkliche Voraussetzungen für eine Halbleiterproduktion mitbrachten. Jedoch das Know-how, vor allem in Sachen Reinraumtauglichkeit von Geräten, Geräteautomatisierung, Geräte- und Prozessentwicklung sowie Prozesserprobung und Prozessautomatisierung fehlte.

Daraufhin stellte das Bundesministerium für Forschung und Technologie einen mehrstelligen Millionenbetrag für die Einrichtung entsprechender Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte an den beiden Fraunhofer-Instituten, die die Studie zur Fertigungstechnik für Halbleiter machten, zur Verfügung. So entstand am Fraunhofer IPA die Abteilung „Reinraumtechnik“, die im September 2004 ihr 20-jähriges Bestehen feierte. In den ersten Jahren lag der Fokus auf Anlagenentwicklung und -optimierung, Materialfluss und Logistik im Reinraum, Partikelmesstechnik, Medienver- und -entsorgung sowie neuen Reinraum- und Fertigungssteuerungskonzepten. Dann kamen später die modularisierte Fertigungsgeräte hinzu, aus der Abteilung Reinraumtechnik wurde im Laufe der Jahre die Abteilung „Reinst- und Mikroproduktion“ mit heute über 50 Mitarbeitern. Die Themen sind im Wesentlichen die selben geblieben, stark erweitert hat sich dagegen der Kundenkreis. Zu den Halbleiter- und Halbleitergeräteherstellern gesellten sich alle Branchen und deren Zulieferer, die im weiteren Sinne mit Reinst- oder Mikroproduktion umgehen müssen.

In den Fraunhofer IPA Reinräumen der ISO-Klassen 1 bis 6 und im Medien- und Strömungslabor haben die Halbleiter längst Konkurrenz bekommen. Neben der Entwicklung und Konstruktion von Automatisierungslösungen und Komponenten für die Mikrosystemtechnik werden diese auch getestet. Der überwiegende Teil der Auftraggeber und Projektpartner kommt aus dem Mittelstand.
Ein weiteres wichtiges Aufgabengebiet ist die Qualifizierung von Betriebsmitteln. Das Prüfsigel „Fraunhofer IPA tested Device“ hat sich mittlerweile bei fast allen Reinraumbetreibern, -ausstattern und -geräteherstellern als aussagekräftiges Zeugnis über die Funktionalität, Zuverlässigkeit und Reinheitstauglichkeit ihrer Produkte etabliert. Welche Anforderungen an die Betriebsmittel gestellt werden, wissen die Reinraumexperten aus erster Hand. Aus ihren Einsätzen in der Produktion und der Mitarbeit in zahlreichen Standardisierungs-Gremien von VDI, DIN oder der internationalen Vereinigung der „Semiconductor Equipment and Materials Industry“ SEMI u.a. Einzelne Standards und Normen, wie beispielsweise die VDI 2083 Blatt 8: „Reinraumtechnik – Reinraumtauglichkeit von Betriebsmitteln“ haben sie selbst geschrieben.
Die größte Kontaminationsquellen im Reinraum sind heute nicht mehr die Geräte, sondern es ist der Mensch. Einmal Niesen, eine ungeschickte oder zu schnelle Bewegung kann ausreichen, um eine ganze Produktcharge zu verunreinigen, und damit unbrauchbar zu machen. Die Abteilung „Reinst- und Mikroproduktion“ veranstaltet deshalb in regelmäßigen Abständen Personalschulungen bei Kunden vor Ort oder in den eigenen Räumen. Workshops, Seminare und die Projektarbeit sind nur zwei Wege, auf denen das am Institut erarbeitete Know-how der Wirtschaft zugute kommt. Ein weiterer Weg ist der „Wissenstransfer über Köpfe“, der sich darin gestaltet, dass die meisten Wissenschaftler nur begrenzte Zeit bei der Fraunhofer-Gesellschaft bleiben, bevor sie in die Industrie wechseln, und ihre am Institut erworbenen Kenntnisse und Erfahrungen in die Unternehmen tragen. Einige wagen auch den Sprung in die Selbständigkeit, wobei die Gründer meist aus ihrer Arbeit am Institut ihre erste Geschäftsidee oder zumindest einen Teil davon in Form der Lizenz einer Entwicklung, an der sie selbst mitgearbeitet hatten, mitnehmen.
So haben Ingenieure sich selbständig gemacht: basierend auf einem am Fraunhofer IPA erfundenen Verfahren entwickeln, produzieren und vertreiben sie u.a. CO2-Schneestrahlreinigungssysteme oder das Kontaminationsmesssystem „ParticleGuard“. Diese Art der Kooperation findet nicht nur mit Unternehmen ehemaliger Fraunhofer IPA Mitarbeiter statt. Das Institut sieht seine Aufgabe und Auftrag in Forschung und Entwicklung, so dass die Arbeit nach dem Prototyp endet. Aus dem Prototyp ein Produkt zu machen, ist dann Sache eines Unternehmens, ein Weg, der bestenfalls begleitet werden kann, wenn der Auftrag kommt. Häufig findet bereits die Entwicklung im Auftrag statt: Ca. 60% der Projekte der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion sind Auftragsarbeiten für die Industrie, 30% sind öffentlich geförderte Projekte und rund 10% eigenfinanzierte Initiativen. Die Aufträge der Industrie zeigen einen deutlichen Trend. Bei den Forschern wurde in den letzten Jahren die Unterstützung beim Aufbau von Produktionslinien für neue mikrotechnische Produkte angefragt. Hier unterstützten sie Firmen bei der Umsetzung mikrotechnischer Prototypen in die Serienfertigung. Fachleute aus dem Institut kollaborieren u.a. bei Fragestellungen wie Technologieauswahl, verfügbare Anlagentechnik, notwendiger Automatisierungsgrad, Umsetzung notwendiger Reinheits- und Qualitätsanforderungen und Fragen der Durchsatzoptimierung.
Die Eigenforschungsprojekte dienen vor allem dazu, Know-how in Gebieten aufzubauen, die von der Industrie zwar noch nicht konkret nachgefragt werden, aber für die nahe Zukunft ein großes wirtschaftliches Potenzial versprechen. Unter ähnlichen Vorzeichen sieht der Abteilungsleiter Dr.-Ing. Johann Dorner die Auslands-Aktivitäten seiner Abteilung: „Die Globalisierung ist nicht nur ein wichtiges Thema für unsere Kunden. Wir müssen mit globalisieren und künftig mehr Projekte als bisher mit ausländischen Firmen oder deutschen Firmen im Ausland bearbeiten, wenn wir den Anschluss nicht verlieren wollen. Denn manche Themen, wie beispielsweise die Entwicklung und Produktion von Flachbildschirmen, finden in Deutschland derzeit nicht statt. Nur so können wir aber Know-how für den Wirtschaftsstandort Deutschland aufbauen und erhalten, was nach wie vor unser wichtigstes Ziel ist. Daran hat sich in 20 Jahren nichts geändert.“
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