In der Entwicklungsphase eigener ASIC-Projekte stehen kleinen und mittelständischen Unternehmen zwar jede Menge Möglichkeiten und Hilfsmittel zur Verfügung, dementsprechend zahlreich sind auch die zu koordinierender Aktivitäten.

Nicht immer sind alle Funktionen sinnvollerweise in einem einzigen Chip integrierbar, die Partitionierung der Gesamtschaltung ist daher ein wichtiger erster Schritt hin zur ASIC-Spezifikation. Anstelle einer System-on-Chip-Integration kann übrigens eventuell ein System-in-Package infrage kommen, bei dem sich ebenfalls verschiedene Technologien mischen oder Standardbauteile in Die-Form mit einbauen lassen – alles in einem einzigen Gehäuse.

Aufgaben in der Entwicklungsphase

Auf einen Blick

ASICs und damit die Möglichkeit der kundenspezifischen Integration von Schaltungsteilen oder kompletten Systemen gibt es schon seit mehreren Jahrzehnten und die grundsätzlichen Vorteile sind bekannt. Standen ursprünglich Größen- und Preisreduktion, Energieeinsparung oder Geschwindigkeitssteigerung im Vordergrund, rückte im Zeitalter der Globalisierung der IP-Schutz immer weiter in den Fokus. Dieser Beitrag zeigt einerseits die Komplexität der Umsetzung eigener ASICs, andererseits aber auch Wege, diese Aufgabe erfolgreich zu bewältigen.

Spätestens jetzt muss ein Designhaus her, das mit dem zur Anwendung passenden Prozess einer Wafer Foundry arbeiten kann. Ein Testhaus sollte die Testumgebung für die Charakterisierung und spätere Serienfertigung erstellen und ein Package Assembler ein passendes Gehäuse auswählen. Dabei können theoretische Schaltungsanalysen die Entwicklung unterstützen. Tauchen trotz intensiver Simulationen funktionale Probleme bei den Prototypen auf, hilft eine Fehleranalyse bei der Ursachensuche; gegebenenfalls notwendige Schaltungsänderungen lassen sich mit einer Ionen-Feinstrahl-Anlage kurzfristig austesten, ohne neue Masken zu erstellen.

Aufgaben in der Industrialisierungsphase

Diese Phase dient zum Vorbereiten der Serienproduktion, die Testumgebung wird während dieser Zeit optimiert. Das verbessert einerseits die Effektivität der Fehlererkennung, verkürzt aber auch die Testzeit und senkt damit die Kosten. Um Funktion und Haltbarkeit unter realen Einsatzbedingungen sicherzustellen, wird eben diese Umgebung im Labor nachgestellt. Hier lässt sich das Langzeitverhalten unter den elektrischen, klimatischen und mechanischen Randbedingungen des Einsatzorts simulieren – wenn möglich beschleunigt. Je nach Anwendungsbereich ist dabei eine formelle Qualifikation, basierend auf entsprechenden Standards erforderlich, etwa gemäß AEC-Q100 für Automotive-Anwendungen.

Aufgaben in der Entwicklungsphase: Diverse Dienstleistungen unterstützen Unternehmen bei der Umsetzung ihrer ASIC-Projekte.

Aufgaben in der Entwicklungsphase: Diverse Dienstleistungen unterstützen Unternehmen bei der Umsetzung ihrer ASIC-Projekte. Rood Microtec

Aufgaben in der Produktionsphase

Die Bestellung von ASIC-Serienbauteilen ist deutlich komplexer als bei Standardkomponenten. Es gilt, in der richtigen Abfolge bei den beteiligten Unterauftragnehmern Einzelbestellungen auszulösen, dabei die jeweiligen Mindestmengen und Ähnliches einzuhalten sowie aktuelle Auslastungen und damit Lieferzeiten mit einzuplanen. Wenn kein Forecast vorliegt, sonst aber alles reibungslos läuft, liegt eine typische Durchlauf- also auch Lieferzeit für Standard-CMOS-Prozesse bei etwa 16 Wochen. Mit Planungsmaßnahmen wie rollierendem Forecast sind etwa acht bis zehn Wochen machbar. Während der Projektlebenszeit sind begleitend immer wieder Qualitätskontrollen und Optimierungen erforderlich.

Die Scheu vor dem eigenen ASIC

Warum also schrecken Unternehmen vor eigenen ASICs zurück? Der Aufbau eines eigenen Entwicklungsteams rechnet sich in den seltensten Fällen und ASIC-Design gehört meist nicht zur Kernkompetenz des Unternehmens. Die vorherrschende Meinung ist daher: zu hoher Zeitaufwand intern, zu teuer, zu langwierig, zu undurchsichtig und daher zu riskant. Kein Wunder also, dass speziell kleine und mittelständische Unternehmen und Startups, aber auch größere Firmen (OEMs) ohne eigene Chipentwicklung vor ASICs zurückschrecken. Bleibt also prinzipiell nur Verzicht oder Outsourcing. Hat sich jedoch bei internen Analysen herausgestellt, daß ein ASIC aufgrund wirtschaftlicher, technischer oder sicherheitsrelevanter Argumente die ideale Lösung wäre – welche Möglichkeiten stehen denn als echte Alternativen zur Verfügung?

Der offensichtliche und früher allein übliche Weg ist es, von einem Halbleiterhersteller alles aus einer Hand zu beziehen. Der Zugang zu einem Halbleiterhersteller gestaltet sich jedoch durch die starke Konzentration auf dem Markt schwierig. Die verbliebenen Hersteller haben im Allgemeinen hohe Entwicklungskosten – nicht zuletzt durch die Verschiebung der Standardprozesse hin zu immer kleineren Strukturen und damit sehr hohen Maskenkosten sowie durch Mindestabnahmemengen, die oft drastisch am realen Bedarf vorbeigehen. Mit der Technologie- und Gehäuseauswahl ist man zudem auf diesen einen Anbieter festgelegt und der Gesamtablauf zum Kunden hin ist nicht immer transparent.

Der Do-it-yourself-Weg

Aufgaben in der Industrialisierungsphase: Vorbereiten der Serienproduktion und Simulation unter realen Einsatzbedingungen.

Aufgaben in der Industrialisierungsphase: Vorbereiten der Serienproduktion und Simulation unter realen Einsatzbedingungen. Rood Microtec

Die Koordination von Entwicklung und Serienbeschaffung eigener ASICs ist ziemlich aufwendig. Stark vereinfacht gilt es zunächst ein geeignetes Designhaus auszuwählen sowie eine Wafer Foundry, die bereit ist, die gewünschten Stückzahlen herzustellen. Außerdem muss ein Package Assemblers her, mit dem passenden Gehäuse im Portfolio und Stückzahlakzeptanz, sowie ein Testhaus für Wafer- und Finaltest, das auch die Test-Hard- und -Software erstellt. Dazu kommen die Steuerung und Beauftragung von Charakterisierung, Fehlersuche, Qualifikation, Qualitätssicherung und Freigabe sowie ab Serienanlauf eine detaillierte Produktionssteuerung.

Diese Aufgaben erfordern neben weitreichendem Know how der Abläufe in der Halbleiterindustrie auch Kenntnisse über die Anbieter am Markt. Die Auswahl und der direkte Zugriff auf die Einzeldienstleistungen sind nicht immer einfach. Wenn nicht bereits Geschäftsbeziehungen bestehen, gibt es oft nur den Umweg über Portale oder Channel Partners, da eine Direktbelieferung häufig abgelehnt wird.

Diese Aufgabe lässt sich definitiv nicht nebenbei erledigen und ist auch nicht beendet, wenn die Bauteile serienreif sind. Denn für jeden Produktionslauf müssen die einzelnen Unterauftragnehmer (Foundry, Testhaus, Assembler) im richtigen Timing gesteuert beziehungsweise beauftragt, Transporte und Versicherungen organisiert werden und so weiter.

Der anwendungsorientierte Weg

Manche ASIC-Designhäuser übernehmen neben der Chipentwicklung zumindest die Steuerung der Prototypen-Produktion und -Charakterisierung – obwohl das per se nicht in deren primären Kompetenz liegt.

Aufgaben in der Produktionsphase: Einzelbestellungen in der richtigen Reihenfolge bei der Unterauftragnehmern auslösen.

Aufgaben in der Produktionsphase: Einzelbestellungen in der richtigen Reihenfolge bei der Unterauftragnehmern auslösen. Rood Microtec

Einen anderen, sehr umfassenden Ansatz verfolgt dagegen die Firma Rood Microtec mit dem Programm „eXtended Supply Chain“, das alle der bisher genannten Bereiche umfasst: Entwicklung, Industrialisierung und Serienproduktion. Dank langjähriger Kernkompetenz im Bereich der Halbleiter-Backend-Dienstleistungen besitzt die Firma die Erfahrung und Ausrüstung, um Halbleiterprojekte zu industrialisieren, in der Serie auch hohe Stückzahlen zu testen, assemblieren zu lassen und die Lieferlogistik anzubieten. Partnerschaften mit Designhäusern, Foundries und Assemblern garantieren eine reibungslose Zusammenarbeit in allen Bereichen.

Das Unternehmen kann ASIC-Projekte schon ab der Idee beratend begleiten und die Gesamtkoordination federführend übernehmen. So entsteht für jedes Projekt ein anwendungsspezifisch optimiertes Team, dessen Dienstleistungen sich nahtlos mit den hausinternen Services zusammenfügen. Dennoch bleiben volle Flexibilität und Transparenz erhalten: die Definition der Schnittstelle Kunde/Dienstleister erfolgt gemeinsam im Vorfeld nach Kundenwunsch.

Rood Microtec stellt ab dieser Schnittstelle ein professionelles Projektmanagement bereit, das die standardkonforme Kontrolle und Durchführung aller benötigten Abläufe übernimmt; Elemente wie APQP, VDA 4.3 oder FMEA sind genauso berücksichtigt wie etwa Control-Pläne oder Produktionsfreigabe-Verfahren bei der späteren Produktionssteuerung. Es handelt sich also um ein komplettes, dediziertes und dabei flexibles Turnkey-Angebot.