Welche Impulse die Leistungselektronik für die Elektronikfertigung liefert

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Wer die Entwicklung der Elektronikfertigung verstehen möchte, sollte den Blick nicht allein auf SMT-Linien, Automatisierung oder Testsysteme richten. Ein erheblicher Teil der technologischen Dynamik entsteht heute in angrenzenden Disziplinen, insbesondere in der Leistungselektronik. Die PCIM Europe 2026 in Nürnberg hat dies erneut verdeutlicht. Viele der auf der Konferenz diskutierten Fragestellungen betrafen nicht nur die Entwicklung von Leistungshalbleitern, sondern ebenso deren industrielle Integration und Fertigung.

Die Veranstaltung brachte 650 Aussteller aus 27 Ländern zusammen. Mehr als 60 Prozent der Unternehmen kamen aus dem Ausland, die Ausstellungsfläche umfasste rund 40.000 Quadratmeter. Hinzu kamen über 120 Unternehmen, die erstmals auf der PCIM vertreten waren. Die Zahlen verdeutlichen die hohe internationale Bedeutung der Veranstaltung, sind aber vor allem Ausdruck einer Branche, die sich derzeit in einer Phase beschleunigter technologischer Weiterentwicklung befindet.

Auffällig war dabei, dass zahlreiche Diskussionen auf der Konferenz und auf den Stages der Messe Themen adressierten, die längst nicht mehr ausschließlich für Entwickler von Leistungshalbleitern relevant sind. Aufbau- und Verbindungstechnik, thermisches Management, Materialsysteme, Zuverlässigkeitsbewertung und zunehmend auch datenbasierte Entwicklungs- und Fertigungsmethoden gewinnen entlang der gesamten Wertschöpfungskette an Bedeutung.

Höhere Leistungsdichten verändern die Anforderungen an Fertigungsprozesse

Leistungselektronik befindet sich gegenwärtig in einem Spannungsfeld unterschiedlicher Anforderungen. Anwendungen aus Elektromobilität, industrieller Automatisierung, erneuerbaren Energien und Rechenzentren verlangen höhere Wirkungsgrade, kompaktere Bauformen und steigende Leistungsdichten. Gleichzeitig sollen Systeme robuster, langlebiger und wirtschaftlicher werden.

Treiber dieser Entwicklung sind unter anderem Wide-Bandgap-Halbleiter auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN). Die Bauelemente ermöglichen höhere Schaltfrequenzen und geringere Verluste als klassische Siliziumlösungen. Allerdings verschieben sie damit auch die Belastungen innerhalb des Gesamtsystems.

Mit steigenden Leistungsdichten gewinnen thermische Effekte an Bedeutung. Temperaturwechsel, mechanische Spannungen und lokale Hotspots beeinflussen die Lebensdauer elektronischer Baugruppen zunehmend stärker. Für die Fertigung bedeutet dies, dass die Qualität einer Verbindung oder die Homogenität einer Materialschicht direkten Einfluss auf die spätere Zuverlässigkeit eines Produkts haben können.

Diese Leistungselektronik-Trends zeigt die PCIM 2026

Von SiC und GaN über Power-Module, Magnetics und Stromsensorik bis hin zu Messtechnik, Verbindungstechnik und thermischem Management: Auf der PCIM Europe 2026 zeigen zahlreiche Hersteller, wie Leistungselektronik effizienter, kompakter und systemnäher wird.

Mehrere Beiträge der PCIM-Konferenz beschäftigten sich deshalb mit der Frage, wie sich elektrische, thermische und mechanische Anforderungen bereits während der Fertigung besser kontrollieren lassen. Die Diskussion verlagerte sich dabei deutlich von der reinen Bauelementebetrachtung hin zu einem systemischen Ansatz.

Packaging entwickelt sich zum entscheidenden Integrationsschritt

Ein zentrales Thema war die Weiterentwicklung von Packaging-Technologien. Noch vor einigen Jahren wurde Packaging häufig als notwendiger Zwischenschritt zwischen Chip und Anwendung betrachtet. Heute wird es zunehmend als eigenständige Schlüsseltechnologie verstanden.

Der Grund liegt darin, dass die Leistungsfähigkeit moderner Systeme immer stärker durch das Zusammenspiel von Halbleiter, Package, Substrat und Kühlung bestimmt wird. Verbesserungen auf Chipebene lassen sich nur dann vollständig nutzen, wenn auch die Aufbau- und Verbindungstechnik entsprechend angepasst wird.

Auf der PCIM wurden zahlreiche Arbeiten zu Die-Attach-Materialien, Substrattechnologien, Hochtemperaturwerkstoffen und neuartigen Interconnect-Konzepten vorgestellt. Dabei zeigte sich ein klarer Trend: Die Grenzen zwischen klassischer Elektronikfertigung, Advanced Packaging und Halbleiterintegration werden zunehmend durchlässig.

Für Fertigungsunternehmen bedeutet dies eine Erweiterung ihres technologischen Verantwortungsbereichs. Themen wie Schichtdickenkontrolle, Materialcharakterisierung oder thermomechanische Simulation gewinnen an Bedeutung und werden zunehmend Teil industrieller Produktionsprozesse.

Silber-Sintern etabliert sich in industriellen Anwendungen

Ein Bereich, der auf der PCIM erneut große Aufmerksamkeit erhielt, war das Sintern von Silberverbindungen. Die Technologie wird seit Jahren als Alternative zu klassischen Lotverbindungen diskutiert. Mittlerweile steht weniger die grundsätzliche Eignung im Mittelpunkt als vielmehr die Frage der industriellen Skalierung.

Die Motivation ist nachvollziehbar. Moderne Leistungshalbleiter arbeiten bei höheren Temperaturen und Leistungsdichten als frühere Generationen. Herkömmliche Lotverbindungen können unter diesen Bedingungen zu einem limitierenden Faktor werden. Silber-Sinterverbindungen bieten dagegen eine höhere Wärmeleitfähigkeit sowie eine deutlich bessere Stabilität bei hohen Betriebstemperaturen.

Aus Sicht der Fertigung ergeben sich daraus allerdings neue Herausforderungen. Prozessfenster müssen präzise eingehalten werden, Materialeigenschaften unterliegen engen Toleranzen und die Qualität der Kontaktflächen wird zu einem entscheidenden Parameter.

Optimierte Lötpräzision durch abgestimmte Düse und Lötmaske

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Petra Gottwald

Diskutiert wurden unter anderem Verfahren zur Reduzierung von Porositäten, neue Pastensysteme sowie Methoden zur Inline-Überwachung des Sinterprozesses. Besonders deutlich wurde dabei, dass die industrielle Nutzung solcher Technologien weniger von einzelnen Materialinnovationen als von einer stabilen Prozessbeherrschung abhängt.

Verbindungstechnologien rücken stärker in den Mittelpunkt

Parallel zum Sintern standen verschiedene Bonding- und Verbindungstechnologien im Fokus der Konferenz. Hintergrund ist die zunehmende Integration mehrerer Leistungshalbleiter in kompakten Modulen.

Je höher die Schaltgeschwindigkeiten und Stromdichten werden, desto wichtiger werden kurze Strompfade und geringe parasitäre Induktivitäten. Die Verbindungstechnik wird damit zu einem aktiven Bestandteil des elektrischen Designs.

Während früher häufig die Leistungsfähigkeit des Halbleiters im Mittelpunkt stand, betrachten Entwickler heute verstärkt das Gesamtsystem. Bondverbindungen, Substrate, Kupferstrukturen und Verbindungsschichten beeinflussen elektrische Eigenschaften unmittelbar.

Für die Elektronikfertigung führt dies zu steigenden Anforderungen an Positioniergenauigkeit, Prozessstabilität und Qualitätskontrolle. Gleichzeitig erhöht sich die Bedeutung zerstörungsfreier Prüfverfahren, um Fehler frühzeitig erkennen zu können.

Thermisches Management wird Teil der Fertigungsstrategie

Ein weiterer Schwerpunkt der PCIM 2026 war das thermische Management. Die Diskussion beschränkte sich dabei nicht auf Kühlkörper oder Wärmeleitmaterialien. Vielmehr wurde deutlich, dass thermische Eigenschaften bereits durch Fertigungsprozesse beeinflusst werden.

Die Qualität einer Die-Attach-Schicht, die Ebenheit eines Substrats oder die Gleichmäßigkeit einer Verbindungsschicht bestimmen maßgeblich den thermischen Widerstand eines Systems.

Damit verschiebt sich die Verantwortung für das Wärmemanagement teilweise in die Produktion. Fertigungsparameter wirken sich unmittelbar auf die spätere thermische Performance aus.

Für Elektronikfertiger bedeutet dies, dass thermische Fragestellungen zunehmend Bestandteil der Prozessentwicklung werden. Simulationen, Materialanalysen und Messverfahren müssen enger miteinander verknüpft werden als in der Vergangenheit.

Mehrere Konferenzbeiträge zeigten, dass sich dadurch auch die Anforderungen an die Qualitätssicherung verändern. Neben elektrischen Parametern gewinnen thermische Kennwerte und deren Reproduzierbarkeit an Bedeutung.

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Petra Gottwald

Zuverlässigkeit wird bereits während der Entwicklung bewertet

Ein wiederkehrendes Thema der PCIM war die Zuverlässigkeit moderner Leistungselektronik. Die Diskussion beschränkte sich dabei nicht auf klassische Lebensdauertests.

Vielmehr wurde untersucht, wie sich Alterungsprozesse bereits während der Entwicklung und Fertigung vorhersagen lassen. Dabei kommen zunehmend simulationsgestützte Verfahren zum Einsatz.

Digitale Modelle erlauben es, thermische Belastungen, mechanische Spannungen und Materialermüdung bereits vor der Serienfertigung zu analysieren. Dadurch können kritische Bereiche früher identifiziert werden.

Für die Fertigung entsteht daraus ein neuer Ansatz. Statt ausschließlich auf End-of-Line-Tests zu setzen, rückt die Frage in den Vordergrund, wie sich Prozessdaten zur Vorhersage der späteren Produktlebensdauer nutzen lassen.

Mehrere Forschungsarbeiten zeigten, dass sich Zusammenhänge zwischen Fertigungsparametern und Langzeitzuverlässigkeit immer genauer beschreiben lassen. Dadurch könnten künftig deutlich präzisere Aussagen über die zu erwartende Lebensdauer einzelner Baugruppen möglich werden.

Künstliche Intelligenz hält Einzug in Entwicklungs- und Fertigungsprozesse

Ein vergleichsweise neues Thema auf der PCIM war der Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz. Anders als in vielen anderen Industriebereichen stand dabei weniger die Automatisierung administrativer Prozesse im Mittelpunkt.

Stattdessen wurden Anwendungen vorgestellt, die technische Fragestellungen adressieren. Dazu gehören beispielsweise die Optimierung von Simulationsmodellen, die Analyse komplexer Messdaten oder die Vorhersage von Zuverlässigkeitskennwerten.

Interessant ist dabei insbesondere die Kombination aus physikalischen Modellen und datengetriebenen Verfahren. Während klassische Simulationen auf bekannten Material- und Geometrieparametern beruhen, können KI-Methoden zusätzliche Zusammenhänge in großen Datenmengen identifizieren.

Für die Elektronikfertigung eröffnet dies neue Möglichkeiten bei der Prozessüberwachung und Qualitätsbewertung. Denkbar sind Systeme, die Prozessabweichungen frühzeitig erkennen oder Fertigungsparameter automatisch anpassen.

Noch befinden sich viele dieser Ansätze in einem frühen Stadium. Dennoch wurde auf der PCIM deutlich, dass datenbasierte Methoden in den kommenden Jahren einen festen Platz in Entwicklung und Produktion einnehmen dürften.

Forschung und industrielle Umsetzung wachsen zusammen

Auffällig war 2026 zudem die enge Verzahnung zwischen Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen. Zahlreiche Vorträge beschäftigten sich mit Themen, die sich bereits in konkreten Industrialisierungsprojekten befinden.

Das betrifft beispielsweise neue Substratmaterialien, Verbindungstechnologien, Zuverlässigkeitsmodelle oder Ansätze für die thermische Charakterisierung von Leistungssystemen.

Die Innovationszyklen in der Leistungselektronik haben sich in den vergangenen Jahren verkürzt. Dadurch steigt die Bedeutung eines schnellen Technologietransfers zwischen Forschung und industrieller Umsetzung.

Für Fertigungsunternehmen bedeutet dies zugleich, dass sie neue Technologien früher bewerten und integrieren müssen als in der Vergangenheit. Die klassische Trennung zwischen Forschung, Entwicklung und Produktion wird zunehmend durch kontinuierliche Innovationsprozesse ersetzt.

Halbleiterproduktion erklärt – Der lange Weg zum Chip

Halbleiter sind Kern moderner Elektronik. Ihre Herstellung ist aufwendig, komplex und teuer. Mit hochpräzisen Verfahren und innovativen Technologien entstehen die winzigen Schaltkreise, die alles antreiben – von Smartphones bis hin zu Supercomputern.

Fazit

Die PCIM 2026 hat gezeigt, dass viele Entwicklungen in der Leistungselektronik inzwischen unmittelbare Auswirkungen auf die Elektronikfertigung haben. Die Diskussionen auf der Konferenz machten deutlich, dass Fortschritte bei SiC- und GaN-Halbleitern nur dann ihr volles Potenzial entfalten können, wenn gleichzeitig Fortschritte bei Packaging, Verbindungstechnik, Thermomanagement und Zuverlässigkeitsbewertung erzielt werden.

Für die Fertigung bedeutet dies vor allem eine stärkere Integration von Materialwissenschaft, Prozessentwicklung und Datenanalyse. Themen wie Silber-Sintern, Advanced Packaging, simulationsgestützte Zuverlässigkeitsbewertung und KI-basierte Prozessanalysen sind keine isolierten Forschungsthemen mehr, sondern entwickeln sich schrittweise zu industriellen Werkzeugen.

Die Elektronikfertigung wird dadurch komplexer, gleichzeitig aber auch stärker in die frühe Produktentwicklung eingebunden. Genau an dieser Schnittstelle zwischen Bauelement, Package und Produktionsprozess lagen viele der technisch relevanten Impulse der PCIM 2026. (na)