Von der Idee bis zur Anwendung: Bereits in der Entwicklungsphase von ASIC-Projekten ist eine Vielzahl unterschiedlicher Aktivitäten zu koordinieren. (Bild: Rood Microtec)
Die erfolgreiche Durchführung von ASIC-Projekten bis hin zur Serienproduktion erfordert viele Einzelschritte, die mit erheblichem Koordinationsaufwand verbunden sind. Bereits in der Entwicklungsphase gibt es einige Hürden, so sind nicht immer 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
Spätestens jetzt muss ein Designhaus her, das mit dem zur Anwendung passenden Prozess einer Waferfoundry 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 Zuverlässigkeit der Entwicklung unterstützen.
Weisen Prototypen trotz intensiver Simulationen während des Designs funktionale Probleme auf, hilft eine Fehleranalyse bei der Ursachensuche; gegebenenfalls notwendige Schaltungsänderungen lassen sich mit einer Ionenfeinstrahlanlage 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 und verkürzt andererseits die Testzeit. 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.
Wege zum Erfolg
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. Die Umsetzung eigener ASIC-Projekte indes stellt besonders kleine und mittelständische Unternehmen vor eine große Aufgabe. Dieser Beitrag zeigt einerseits die Komplexität der Umsetzung eigener ASICs, andererseits aber auch Wege, diese Aufgabe erfolgreich zu bewältigen.
Aufgaben in der Produktionsphase
Die Bestellung von ASIC-Serienbauteilen ist deutlich komplexer als bei Standardkomponenten. Es gilt, in der zeitlich richtigen Abfolge bei den an der Produktion beteiligten Unterauftragnehmern Einzelbestellungen auszulösen und dabei die jeweiligen Mindestmengen und Ähnliches einzuhalten sowie aktuelle Auslastungen und damit Lieferzeiten mit einzuplanen. Wenn kein Forecast vorliegt, aber sonst alles reibungslos läuft, liegt eine typische Durchlauf- also auch Lieferzeit für Standard-CMOS-Prozesse bei etwa 16 Wochen.
Mit rollierendem Forecast sind etwa acht bis zehn Wochen machbar. Während der Projektlebenszeit sind begleitend immer wieder Qualitätskontrollen und Optimierungen erforderlich; eventuelle Feldrückläufer oder Kundenretouren müssen bearbeitet und deren Ursachen gesucht werden.
Kein Wunder, das speziell kleine und mittelständische Unternehmen, Startups oder aber auch größere Firmen (OEMs) ohne eigene Chipentwicklung angesichts dieser Menge zu koordinierender Aktivitäten vor ASICs zurückschrecken. Der Aufbau eines eigenen ASIC-Entwicklungsteams rechnet sich in den seltensten Fällen und ASIC-Design liegt meist auch nicht in der Kernkompetenz des Unternehmens. Bliebe also prinzipiell nur Verzicht oder Outsourcing. Aber welche Möglichkeiten stehen denn als echte Alternativen zur Verfügung?
Aufgaben in der Industrialisierungsphase: Vorbereiten der Serienproduktion und Simulation unter realen Einsatzbedingungen. Rood Microtec
Der Do-it-yourself-Weg
Die Koordination von Entwicklung und Serienbeschaffung eigener ASICs ist ziemlich aufwändig. Stark vereinfacht gilt es zunächst ein geeignetes Designhaus auszuwählen sowie eine Wafer Foundry, die bereit ist, die gewünschten Stückzahlen herzustellen. Außerdem muss ein Package Assembler her, mit dem passenden Gehäuse im Portfolio und Stückzahlakzeptanz, und schließlich ein Testhaus für Wafer- und Finaltest sowie zur Erstellung der Test-Hard- und -Software. Dazu kommen die Steuerung und Beauftragung von Charakterisierung, Fehlersuche, Qualifikation, Qualitätssicherung und Freigabe sowie ab Serienanlauf eine detaillierte Produktionssteuerung.
Neben weitreichendem Know-how der Abläufe in der Halbleiterindustrie erfordern diese Aufgaben 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 mit der Serienreife nicht beendet. 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 Ansatz
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.
Einen umfassenderen 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 der Dienstleister die erforderliche Erfahrung und Ausrüstung, um Halbleiterprojekte zu industrialisieren, in der Serie auch hohe Stückzahlen zu testen, assemblieren zu lassen und die Lieferlogistik anzubieten. Etablierte Partnerschaften mit Designhäusern, Foundries und Assemblern sorgen für eine reibungslose Zusammenarbeit in allen Bereichen.
Aufgaben in der Produktionsphase: Einzelbestellungen in der richtigen Reihenfolge bei der Unterauftragnehmern auslösen. Rood Microtec
Durch den langjährigen Kontakt zu vielen Kunden in den wichtigsten Märkten hat sich zudem ein umfassendes Applikationsverständnis angesammelt. So kann Rood Microtec ASIC-Projekte schon ab der Idee beratend begleiten und die Gesamtkoordination federführend übernehmen. Für jedes Projekt entsteht ein anwendungsspezifisch optimiertes Team, dessen Dienstleistungen sich nahtlos mit den hausinternen Services zusammenfügen.
Dennoch bleiben 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 demnach um ein komplettes, dediziertes und dabei flexibles Turnkey-Angebot.
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Arno Rudolph
(mou)
