Zuverlässigkeit in der Elektronik ist niemals ein Zufallsprodukt. Sie entsteht durch unzählige Entscheidungen, die lange vor Produktionsbeginn getroffen werden – in Umgebungen, in denen Präzision, Konsistenz und langfristige Leistungsfähigkeit keinen Spielraum für Kompromisse lassen.
Damit Milliarden elektronischer Geräte Tag für Tag reibungslos und ohne Ausfälle funktionieren können, sind sie auf Halbleiterchips angewiesen. Was die meisten Menschen nie zu Gesicht bekommen, sind die Inspektionssysteme, die während der Produktion dieser Chips eingesetzt werden, um die Qualität zu sichern – sowie die darin enthaltenen Komponenten, die jederzeit zuverlässig funktionieren müssen. Doch der Bau solch zuverlässiger Systeme ist komplex. Er erfordert die richtigen Materialien, eine sorgfältige Fertigung und Montage sowie regelmässige Kontrollen, die sicherstellen, dass alles erwartungsgemäss funktioniert. Als das Unternehmen MPS Micro Precision Systems (MPS) den nächsten Schritt in diese Richtung gehen wollte, wandte es sich für zusätzliche Unterstützung an CSEM.
MPS ist ein Schweizer Unternehmen, das hochpräzise Komponenten für anspruchsvolle Branchen entwickelt und fertigt. Der Aufbau einer neuen Produktionslinie zur Herstellung von Komponenten für die Halbleiterinspektion bedeutete für das Unternehmen den Einstieg in ein stark reguliertes Umfeld: Die Teile müssen unter Ultrahochvakuum, starken Magnetfeldern und mechanischer Beanspruchung funktionieren und strenge Qualitätsanforderungen erfüllen, bevor sie eingesetzt werden können. Grégoire Bagnoud, Business Development Director bei MPS Microsystems, erklärt: «Wir verfügten bereits über fundiertes Fachwissen in diesem Bereich. Aber mit der Einrichtung einer neuen Produktionslinie gingen wir noch einen Schritt weiter: Wir mussten verstehen, wie sich Materialien und Fertigungsentscheide im Laufe der Zeit auswirken, und sicherstellen, dass Zuverlässigkeit von Anfang an mitgedacht und integriert wird.»
Um die neue Produktionslinie aufzubauen und in Betrieb zu bringen, arbeiteten CSEM und MPS an mehreren kritischen Aspekten des Prozesses. Der erste Schwerpunkt lag darauf, potenzielle Defekte und langfristige Zuverlässigkeitsrisiken zu verstehen, d. h. wie und warum Komponenten ausfallen könnten und wie dies verhindert werden kann. Massoud Dadras, ehemaliger Wissenschaftler bei CSEM, erläutert: «Unsere Aufgabe war es, offene Fragestellungen in messbare Daten umzuwandeln. Indem wir Materialien und Baugruppen unter realistischen Bedingungen testeten, konnten wir potenzielle Ausfallmechanismen frühzeitig erkennen und vor der Skalierung der Produktion Unsicherheiten reduzieren.»
CSEM unterstützte MPS zudem bei der Bewertung und Qualifizierung von Materiallieferanten durch gezielte Tests. Um Transportwege und Umweltbelastungen zu minimieren, wurde ein starker Fokus auf Schweizer Lieferanten gelegt. «Die Qualifizierung von Lieferanten ist in der Halbleiterfertigung von entscheidender Bedeutung», so Dadras. «Es geht dabei nicht nur um Verfügbarkeit. Vielmehr wollen wir sicherstellen, dass sich die Materialien konsistent verhalten und die erforderlichen Standards über einen längeren Zeitraum erfüllen.»
Gemeinsam haben MPS und CSEM einen lückenlosen Produktionsprozess etabliert, der von den ersten Montageschritten bis hin zu den Endkontrollen reicht. Mit Unterstützung von CSEM hat MPS geeignete Materialien ausgewählt und qualifiziert, den Montageprozess einschliesslich des Hartlötens – einer Methode zum dauerhaften Verbinden von Metallteilen – entwickelt und klare Qualitätskontrollverfahren definiert. Jede Phase war darauf ausgelegt, Risiken frühzeitig zu erkennen und Zuverlässigkeit von Grund auf im Produkt zu verankern.
Die Validierung stellte den letzten Meilenstein dar. Die Komponenten wurden auf Stärke und Haltbarkeit getestet, und mithilfe fortschrittlicher Bildgebungstechniken wurde überprüft, ob ihre inneren Strukturen den Branchenanforderungen entsprechen. Durch diese Schritte wurde sichergestellt, dass die Komponenten vor Produktionsbeginn die strengen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Eignung erfüllen.
Durch die Verknüpfung der industriellen Vision von MPS mit der wissenschaftlichen Expertise sowie der Testinfrastruktur von CSEM gelang es den Partnern, ein komplexes und risikoreiches Vorhaben in eine hochwertige, produktionsreife Lösung umzuwandeln. Bagnoud fasst zusammen: «Dank dieser Zusammenarbeit konnten wir unsere Vision selbstbewusst verwirklichen. Gemeinsam haben wir die Grundlage für eine Produktionslinie erarbeitet, die Tag für Tag zuverlässig funktionieren muss.»
Neben den technischen Errungenschaften an sich liefert die Zusammenarbeit auch in anderer Hinsicht einen Mehrwert. Zuverlässigere Inspektionskomponenten helfen dabei, Ausschuss und Nacharbeit bei der Chip-Produktion zu reduzieren und ermöglichen so eine effizientere Nutzung von Materialien und Energie. Durch die Stärkung des lokalen Know-hows und die Priorisierung von Schweizer Lieferketten trägt das Projekt zudem zu einem widerstandsfähigeren und verantwortungsvolleren industriellen Ökosystem bei. Letztlich unterstützt diese Arbeit die zuverlässige Elektronik, auf die Menschen tagtäglich angewiesen sind – in der Kommunikation, im Gesundheitswesen, in der Mobilität und in unzähligen Bereichen des modernen Lebens.
Für die Validierung unserer Entscheide hat uns CSEM bei der Entwicklung einer neuen Produktionslinie mit fortschrittlichen Tests, Materialexpertise und Fertigungskenntnissen unterstützt. CSEM hat dazu beigetragen, Unsicherheiten frühzeitig zu reduzieren und die langfristige Zuverlässigkeit, die wir in unseren Produktionsprozess eingebettet haben, zu stärken.
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