Mitteldeutschland wächst zum neuen Halbleitergürtel zusammen – Milliardeninvestitionen von Intel heben Mikroelektronik im Herzen Europas auf eine neue Stufe

Bitkom-Präsident Achim Berg sieht große Chancen für den Standort DeutschlandDass die rund 17 Mrd. €-Investition des US-Halbleiter-Riesen in Sachsen-Anhalt eine Riesenchance für die Wirtschaft in viel größerem Zusammenhang ist, darüber sind sich alle Branchenkenner einig. „Rund um die Universitätsstadt wird ein weiteres Halbleiter-Ökosystem entstehen, das den Standort Deutschland insgesamt stärkt“, kommentierte Achim Berg, Präsident des deutschen Digitalwirtschaftsverbands Bitkom in Berlin die Intel-Ankündigung. „Es ist zudem ein wichtiger Schritt, um den stetig wachsenden Bedarf an Hochleistungsprozessoren in Europa zu bedienen.“ Die anhaltende Halbleiter-Lieferkrise sei eine große Belastung für die gesamte deutsche Wirtschaft: Sie traf nicht nur die Automobilindustrie, die immer wieder ihre Produktionslinien wegen Chip-Engpässen stoppen musste, sondern auch die gesamte Elektro- und Elektronikbranche, die Maschinenbauer und auch die Konsumgüterhersteller. „Jetzt geht es darum, die Weichen zu stellen, um in Zukunft einseitige Abhängigkeiten von Halbleiter-Importen zu reduzieren und eigene Fähigkeiten und Kapazitäten aufzubauen“, betonte Berg.

An Intels Megafabs wird sich ein ganzes Ökosystem anheften

Dass der neue Intel-Hub enorme Strahlkraft für ganz Europa haben wird, darüber sind sich auch die Wirtschaftspolitiker und Branchenvertreter im ,Silicon Saxony' einig. Denn Chipfabriken entstehen nicht aus dem Nichts, sondern brauchen ein ganzes Ökosystem aus Ausrüstern, Zulieferern für Anlagen, Spezialgasen und Prozesschemikalien, Logistikunternehmen, Ausbildungsbetrieben, akademischen Nachwuchsschmieden, Designhäusern, Abnehmern und so weiter und so fort. Insofern ist damit zu rechnen, dass jeder der 3000 Jobs, die Pat Gelsinger für die beiden Magdeburger Chipfabriken versprochen hat, anderthalb bis dreimal so viele Arbeitsplätze im weiteren Umfeld nach sich ziehen wird. Zudem will Intel beide Fabs nicht nur für Intel-Produkte, sondern auch als Foundries betreiben, also als Auftragsfertiger in Sachen Chips. Deshalb profitieren künftig Industriekunden in ganz Europa von einer neuen ,Nah-Quelle' für Chips der neuesten Generation.

Berufsbilder der Chipwerker haben sich stark gewandelt: Einsatz von AR-Datenbrillen in der Bosch-Halbleiterfabrik in Dresden

Ganz abgesehen davon schlägt die Intel-Ansiedlung in Sachsen-Anhalt auch eine Brücke zwischen zwei Mikroelektronik-Standorten, die schon zu DDR-Zeiten eng verbandelt waren: Da wäre das Halbleiter-Cluster Dresden mit seinen 60-jährigen Traditionen auf der einen Seite und die ostdeutschen Prozessorfabriken in Erfurt auf der anderen Seite, die nach der Wende in der Spezialchip-Foundry X-Fab aufgegangen sind. Mit dem neuen Bindeglied Magdeburg wächst das nun zu einem leistungsstarken Halbleitergürtel in der Mitte Deutschlands zusammen.

Mittelständler sind die großen Gewinner

Die daraus erwachsenden Vorteile für den Wirtschaftsstandort Deutschland sieht auch der sächsische Branchenverband ,Silicon Saxony': „Das ist ein grandioser Gewinn für Europas führenden Hightech-Cluster sowie alle Mitglieder unseres Branchenverbandes“, kommentierte der Vorstandsvorsitzende Dirk Röhrborn in Dresden die Intel-Entscheidung. Die Ansiedlung werde dazu beitragen, die Wettbe-werbsfähigkeit der europäischen Halbleiterindustrie auszubauen sowie die technologische Souveränität der EU nachhaltig zu stärken. Und: „Vor allem die Mittelständler, die als Zulieferer direkt vor ihrer Haustür Intel beim Aufbau der Produktion unterstützen werden, sind die großen Gewinner.“

Abgesehen davon kann die Silicon Saxony-Region immer noch auf den ,Trostpreis' hoffen: Der weltweit größte Halbleiter-Auftragsfertiger TSMC aus Taiwan liebäugelt ebenfalls mit dem Bau einer Megafab in Europa. Und hier rechnen sich die Sachsen Chancen aus.

Bei all diesen Ansiedlungswünschen und Großinvestitionen werden sich Unis, Unternehmen und Wirtschaftsförderer in ganz Mitteldeutschland indes hart ranhalten müssen, um genug Fachkräfte-Nachschub für die neuen wie auch die angestammten Hightech-Betriebe zu generieren – dieses Problem hatte ja bereits der vorangehende PLUS-Bericht aus Dresden angerissen.

Dabei spielen aber nicht nur quantitative Nachwuchsfragen infolge der Überalterung unserer Gesellschaft eine Rolle, sondern auch ein qualitativer Wandel der Berufsbilder in den Chipwerken, auf den Schulen oder berufsbildende und akademische Nachwuchsschmieden bisher nur wenig vorbereitet sind. Das jedenfalls hat sich während der virtuellen Fachtagung ,Fabrik der Zukunft' in Dresden herauskristallisiert. Demnach sorgt die Hyperautomatisierung in der europäischen Mikroelektronik dafür, dass zunehmend hochqualifizierte digitale ,Universalisten' gefragt sind.

Hyperautomatisierung verändert Berufsbilder

Will in Magdeburg kräftig investieren: Intel-Konzernchef Pat GelsingerZugespitzt bedeutet das: Der optimale Chipfabrik-Mitarbeiter von heute ist ein Spezialist für Infor-mationstechnologie mit tiefem Wissen in Mikroelektronik und Maschinenbau und mit „interkultureller Bildung“, wie es zumindest Prof. Dirk Reichelt von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Dresden und Christian Koitzsch, der Chef der Dresdner Bosch-Chipfabrik, benannt haben.

„Anfangs haben wir vor allem Leute mit viel Halbleitererfahrung eingestellt“, berichtet Koitzsch. „Jetzt sind es eher IT-Spezialisten.“ Umgekehrt sollten Halbleiter- oder Maschinenbau-Ingenieure vorzugsweise auch in der Sprache ,Python' programmieren können und etwas von Physik und von Statistik verstehen. Außerdem sei auch die Fähigkeit, mit Menschen aus anderen Kulturkreisen in internationalen Teams zusammenzuarbeiten, neben der fachlichen Qualifikation besonders wichtig.

Hintergrund: Bedienten und beluden früher in einer typischen Chipfabrik oft Tausende ,Operators' oder andere Facharbeiter die Fertigungsanlagen, sind die Megafabs heutzutage so hochautomatisiert, dass oft nur wenige Dutzend Menschen pro Schicht im Reinraum präsent sind. Bei Bosch Dresden zum Beispiel sind die Fertigungshallen fast menschenleer. Sonntags-Schichten werden oft mit nur zehn Mitarbeitern gefahren. Die müssen sich dann aber eben möglichst breit mit aller eingesetzter Technik auskennen und dann zum Beispiel mit Hilfe von Datenbrillen für ,Augmentierte Realitäten' (AR) Anlagenmontage und -wartung vornehmen können.

Mikroelektronik-Forschungslabore ziehen Bilanz in Dresden

Prof. Thomas MikolajickEin weiterer Baustein für den Ausbau des Mikroelektronik-Standortes Mitteldeutschland ist das Forschungsumfeld – und da hat sich in den vergangenen Jahren gerade in puncto Halbleitertechnologien viel getan. So hatten sich beispielsweise vor drei Jahren 14 deutsche Universitäten zum Verbund ,Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland' (ForLab) zusammengetan, koordiniert von Prof. Thomas Mikolajick vom ,Namlab' der Dresdner Uni. Ende März 2022 haben sie nun in Dresden eine vorläufige Bilanz gezogen. Während der Fachtagung ,Mikroelektronik-Forschung in Deutschland: von den Grundlagen zur Anwendung' debattieren die Experten beispielsweise die erzielten Forschungs- und Entwicklungsfortschritte in der Spintronik, der Entwicklung praxistauglicher Memristoren, neue Materialien in der Leistungselektronik, neue Halbleiterbauelemente auf Basis von 2D-Materialien, Höchstfrequenzelektronik Nanodrähte für die Aufbau- und Verbindungstechnik sowie neue Entwicklungen in der organischen Elektronik.

Diese wissenschaftlich-technologischen Erfolge allein werden aber nicht reichen, um wettbewerbsfähig zu bleiben und neue Großansiedlungen zu ermöglichen. Vielmehr wird sich Sachsen in den kommenden Jahren weiteren Herausforderungen stellen müssen. Die Rede ist von Standortvoraussetzungen wie eine stabile Wasserversorgung oder eine umweltbewusste und doch zuverlässige Stromversorgung, die in Mitteleuropa eben doch nicht so selbstverständlich erfüllt sind, wie man immer angenommen hat. Erinnert sei nur an die Diskussionen um den Wasserverbrauch der Tesla-Autofabrik in Grünheide oder an die jüngsten Energiepreisschocks seit dem russischen Angriff auf die Ukraine.

Um neue Ansiedlungsflächen für Großfabriken im weiteren Umfeld von Dresden zu erschließen, hat Sachsenenergie-Chef Frank Brinkmann jüngst eine ganz besondere Pipeline für Ostsachsen vorgeschlagen: Die soll nicht etwa Öl oder Erdgas, sondern massenhaft Wasser aus dem Elbtal in die durch den jahrzehntelangen Braunkohletagebau ausgedörrte Lausitz bringen. Dies sei auch mit Blick auf mögliche Chipfabrik-Ansiedlungen in den Kohle-Revieren geboten, betonte der Vorstandschef des in Dresden ansässigen Energieversorgers. Ein stabiler und leistungsstarker Wassernachschub sei „eine entscheidende Voraussetzung zum Beispiel für den Ausbau der wasserintensiven Chipproduktion“. Es gehe darum, den Erhalt und die Weiterentwicklung des Silicon Saxony auf eine solide Basis zu stellen.

Chipfabriken auf Autarkie-Kurs

In solchen Spezialtanks bewahren die Rossendorfer Helmholtz-Forscher ihr flüssiges Natrium auf Derweil schwenken mehr und mehr Chipfabriken in Sachsen auf einen – zumindest partiellen – Autarkiekurs bei der eigenen Strom-, Wärme- und Kälteversorgung ein. Sie wollen sich damit gegen Vorfälle wie jenen im September 2021 wappnen, als ein banaler Spielzeugballon einen Großstromausfall in Dresden auslöste und mehrere Halbleiterwerke teils lahmlegte. Nur marginal betroffen war die Megafab von Globalfoundries, die seit Jahren ein eigenes Kraftwerk hat – und inzwischen eine Modernisierung dieser ,Energieversorgungs-Center' (EVC) für einen zweistelligen Millionenbetrag angekündigt hat.

Während der erwähnten Konferenz über die ,Fabrik der Zukunft' kündigte auch der Dresdner Bosch-Fabrikchef Koitzsch an, in den kommenden Jahren in Richtung Autarkie zu gehen. Dafür will er unter anderem auf dem Fab-Gelände Solaranlagen aufstellen, aber auch die Brennstoffzellen-Technik aus dem eigenen Konzern für eine wasserstoffgestützte Stromversorgung nutzen. Für ihn spielen dabei aber nicht nur die Sorge vor Netzausfällen, sondern auch Nachhaltigkeits-Erwägungen eine große Rolle. „Bilanziell sind wir schon CO₂-neutral, künftig wollen wir auch eine lokale CO₂-Neutralität schaffen“, sagte er.

Flüssigmetall-Akkus für die Energiewende

Sobald Solar- oder Windstrom eine Grundversorgung einer Fabrik absichern sollen, kommt schnell auch das Thema Strom-Zwischenspeicher auf die Agenda – denn zu unstet liefern Sonne und Wind nun mal ihre Energie ab. Faszinierende Lösungen dafür entwickelt derzeit das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossdorf: Aus flüssigem Natrium, Zink und anderen vergleichsweise preiswert verfügbaren Metallen wollen sie heiße Salzschmelze-Akkumulatoren bauen, die weit mehr Ladezyklen als klassische Akkus schaffen – zu niedrigeren Kosten. Außerdem lassen sich mit diesem Konzept Lithium, Kobalt und andere rare Metalle einsparen. Vor allem aber sind diese Akkus ganz auf Kreislaufwirtschaft getrimmt: „An ihrem Lebensende angekommen, wird die Batterie geladen und abgekühlt“, erklären die Forscher. „Das Salz verfestigt sich und das Lithium liegt als massives Metall vor. Die einzelnen Materialien können entnommen und dem Wirtschaftskreislauf wieder zugeführt werden.“ Auch hier spielt also der Nachhaltigkeitsgedanke eine wachsende Rolle.

Roboter drucken Auto-Kabelbäume

FhG-ENAS und TU Chemnitz arbeiten beim 3D-Druck-Projekt eng zusammen: Versuchsaufbau an der TU mit Kuka-Roboter samt anmontiertem Inkjet-Druckkopf, Triangulations-sensor und TiefenkameraAndere Forschungsprojekte könnten womöglich in Zukunft Lösungen für Probleme liefern, die – kurz nach der Chiplieferkrise – die sächsischen Elektroautofabriken von VW erneut temporär lahmgelegt haben: Weil die Menschen in der Ukraine gerade mit ganz anderen Dingen beschäftigt sind, kommt aus dortigen Zulieferfabriken praktisch kein Kabelbaum-Nachschub mehr. Kurzfristige Alternativen kann zwar auch die Fraunhofer-Gesellschaft nicht bieten, doch arbeitet man dort an mittel- und langfristigen Lösungen. Für mehr Resilienz könnte beispielsweise ein Projekt des Instituts für Elektronische Nanosysteme (Enas) sorgen: Die Chemnitzer Ingenieure haben auf der Elektronikdruck-Messe Lopec einen 6-Achs-Industrieroboter mit einem speziellen Bearbeitungskopf vorgeführt, der auf gekrümmten Oberflächen elektrische und elektronische Strukturen drucken kann – darunter auch Kabelbäume für Autos.

Als erstes Anwendungsbeispiel hat das Enas-Team Heizstrukturen und RFID-Funketiketten auf geschwungene Stadion-Sitzschalen gedruckt. Die größten Potenziale sehen die Forscher im Auto-mobil- und Maschinenbau sowie in verwandten Industriezweigen. Der Einsatz von Drucktechnologie auf 3D-Objekte sei für viele Branchen interessant, meinen sie. „Im Automobilbau konnte gezeigt werden, dass mit gedruckten Leiterbahnen nicht nur Kabelbäume ersetzt, sondern Fahrzeugteile individuell bestückt werden können.“ Ein Projektteam unter Enas-Leitung demonstrierte, wie gedruckte Leiterbahnen in der Fahrzeugtür eingebaute Schalter und Lautsprecher mit Strom versorgen. Industriepartner wie die Chemnitzer C-marx GmbH nutzen diese Technik inzwischen bereits in der Anlagenentwicklung.

Technologisch ist dieser räumlich orientierte 3D-Elektronikdruck allerdings alles andere als trivial: „Nur die Summe des technologischen Wissens in Kombination befähigt uns, die Entwicklung eines Technologieangebotes für Druckprozesse auf 3D-Bauteile zu realisieren“, betont Projektleiter Professor Dr. Ralf Zichner. „Dazu gehören nicht nur Kenntnisse über den Anlagenaufbau und den Druckprozess selbst, sondern ebenfalls über Vor- und Nachbehandlungsprozesse, die Tintenauswahl und über das Design der elektronischen Komponenten.“

Quellen:

Intel, Silicon Saxony, Bitkom, Bosch, HTW DD,
Konferenz „Fabrik der Zukunft“, Enas, HZDR, Oiger.de