Wafer

Was ist ein Wafer?

Ein Wafer ist eine sehr dünne, runde Scheibe aus Halbleitermaterial – meist Silizium. Auf dieser Scheibe werden in vielen Prozessschritten winzige elektronische Strukturen erzeugt, aus denen später Mikrochips (integrierte Schaltkreise, ICs) entstehen.

Anschaulich lässt sich ein Wafer mit einem „Blech“ vergleichen, aus dem nicht Schrauben oder Blechteile, sondern sehr viele identische Chip-Flächen gefertigt werden. Nach der Bearbeitung wird der Wafer in einzelne „Dies“ (Chip-Rohlinge) vereinzelt, die anschließend in ein Gehäuse verpackt und elektrisch kontaktiert werden.

Für Elektronikprojekte ist der Wafer meist nicht direkt sichtbar – aber er ist der Startpunkt für Bauteile wie Mikrocontroller, Speicher, Sensoren oder Leistungshalbleiter.

Wofür werden Wafer eingesetzt?

Wafer werden eingesetzt, um Halbleiterbauelemente effizient und reproduzierbar herzustellen. Typische Produkte, die auf Wafern entstehen, sind:

• Logik- und Rechenchips (z. B. Mikrocontroller, Prozessoren)
• Speicherbausteine (Flash, DRAM)
• Sensoren (z. B. MEMS, Bildsensoren)
• Leistungshalbleiter (z. B. MOSFETs, IGBTs, Dioden)
• Analog- und Mixed-Signal-ICs (z. B. Verstärker, Wandler)

Je nach Anwendung unterscheiden sich Material und Wafer-Technologie (z. B. Silizium, Siliziumkarbid oder Gallium-Nitrid), ebenso Durchmesser und die später erreichbare Leistungsfähigkeit bzw. Effizienz.

Wie funktioniert ein Wafer in der Praxis?

In der Praxis durchläuft ein Wafer viele hochpräzise Fertigungs- und Prüfprozesse in der Halbleiterfertigung („Front-End“). Vereinfacht läuft das so ab:

• Ausgangsmaterial: Ein hochreiner Kristall wird zu dünnen Scheiben gesägt, poliert und gereinigt.
• Strukturierung: Mit Fotolithografie werden Muster aufgebracht – ähnlich wie beim Belichten, nur im Mikrometer- bis Nanometerbereich.
• Schichtaufbau und Dotierung: Durch Abscheiden, Ätzen und Einbringen von Dotierstoffen entstehen Transistoren, Leiterbahnen und Isolationsschichten.
• Metallisierung: Elektrische Verbindungen zwischen den Strukturen werden in mehreren Ebenen aufgebaut.
• Wafer-Test: Noch bevor vereinzelt wird, werden elektrische Grundfunktionen geprüft, um Ausschuss früh zu erkennen.
• Vereinzelung und Packaging: Der Wafer wird in einzelne Chips getrennt, danach folgt das Gehäuse (z. B. QFN, BGA) inklusive Bonding/Flip-Chip und Endtest („Back-End“).

Für nachgelagerte Prozesse in der Elektronikfertigung ist besonders wichtig: Aus einem Wafer werden sehr viele einzelne Bauteile. Schwankungen in Ausbeute, Testabdeckung oder Packaging können sich daher stark auf Lieferfähigkeit und Bauteilqualität auswirken.

Warum sind Wafer für Unternehmen relevant?

Auch wenn Wafer nicht Teil der klassischen Leiterplattenbestückung sind, hat das Thema für Unternehmen einen direkten Einfluss auf Projekte, Kosten und Time-to-Market:

• Lieferzeiten und Verfügbarkeit: Wafer-Fertigung ist kapitalintensiv und oft stark ausgelastet. Engpässe auf Wafer-Ebene wirken sich über Monate auf Bauteilverfügbarkeit aus.
• Kosten: Waferkosten, Ausbeute (Yield) und Packaging beeinflussen den Stückpreis eines ICs. Das wirkt sich unmittelbar auf Materialkosten und Kalkulation aus.
• Qualität und Zuverlässigkeit: Prozesskontrolle, Wafer-Tests und die spätere Gehäusetechnik bestimmen, wie robust ein Bauteil im Feld ist (z. B. Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Lebensdauer).
• Technologieentscheidungen: Die Wahl eines Bauteils kann indirekt eine Wafer-Technologie festlegen (z. B. SiC für Leistungselektronik). Das beeinflusst Effizienz, thermisches Design und oft auch die Beschaffungsstrategie.
• Risikomanagement: Second-Source-Strategien, Alternativtypen und ein solides Änderungsmanagement (z. B. PCN/PDN) sind besonders wichtig, weil Änderungen in Wafer-Prozessen Auswirkungen auf Form, Fit und Function haben können.

In Projekten zeigt sich der Praxisbezug häufig dann, wenn kritische ICs beschafft werden müssen: Ein gutes Verständnis der Wertschöpfungskette (Wafer → Chip → Gehäuse → Bauteil) hilft, realistische Zeitpläne zu erstellen und Risiken früh abzufedern.

Einordnung in unsere Arbeit: Wir verarbeiten Wafer nicht selbst, aber Wafer-basierte Bauteile sind zentrale Bestandteile nahezu jeder Baugruppe. Für die Überführung in die Serie sind deshalb abgestimmte Stücklisten, Freigaben und Ersatzteilstrategien wichtig – Aspekte, die wir im Rahmen einer Full Service EMS-Zusammenarbeit typischerweise gemeinsam betrachten.