Chip Packages: Der Lebensmittelkonzern und die Chip-Knappheit

Die Chip-Knappheit führt die Komplexität der Lieferkette vor Augen und zeigt Hidden Champions - beispielsweise einen Lebensmittelkonzern.

Ein Bericht von Johannes Hiltscher veröffentlicht am
Ohne ABF sind solche Multi-Chip-Module kaum denkbar.
Ohne ABF sind solche Multi-Chip-Module kaum denkbar. (Bild: Intel)

In Chips sind mehr komplexe Komponenten verbaut als nur das Silizium und die andauernde Knappheit rückt regelmäßig sehr spezielle Materialien in den Fokus. So wurde etwa im Dezember 2021 bekannt, dass bei der Fertigung von Chip-Packages eine Komponente namens Ajinomoto Build-up Film (ABF) knapp ist.

Inhalt:
  1. Chip Packages: Der Lebensmittelkonzern und die Chip-Knappheit
  2. Warum der ganze Aufwand?
  3. Hohe Ansprüche
  4. Warum ist ABF knapp, gibt es Alternativen?

ABF zeigt, dass das Chipgehäuse, das Package, ein recht komplexes Bauteil ist. Doch was ist das eigentlich und warum ist es so etwas Besonderes? Wie wird es genutzt und warum gibt es derzeit zu wenig davon?

Kurios an ABF ist zuerst einmal der Hersteller. Denn die Ajinomoto Group macht über drei Viertel ihres Umsatzes mit Lebensmitteln und Gewürzen. Die Unternehmenshomepage begrüßt Besucher mit dem Slogan "Eat well, live well". Dort den Weg zur Ajinomoto Fine-Techno Corporation (AFT) zu finden, die ABF vertreibt, ist schwieriger, als Informationen über das Maskottchen Ajipanda zu erhalten.

Allerdings berichtet das Unternehmen gerne von dem steinigen Weg, auf dem es zu einem wichtigen Zulieferer der Elektronikindustrie wurde. Sogar ein Video hat man dazu gedreht. Mit Informationen zu seinen Produkten ist AFT ebenfalls sehr offen - aufgrund der kleinen Nische gibt es leider oft keine zweite Quelle.

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Demnach begannen Chemiker des Unternehmens in den 1970ern, ihr Wissen über die Chemie der Aminosäuren auf andere Bereiche anzuwenden. Ziel war es, die bei der Produktion von Natriumglutamat (das in Japan wie die Geschmacksrichtung als Umami bezeichnet wird) anfallenden Abfälle zu nutzen. Als mögliche Anwendung kam Epoxidharz in Frage, das auch bei der Herstellung von Platinen für gedruckte Schaltkreise (Printed Circuit Board, PCB) zum Einsatz kommt.

Ein langer Weg

Bis zum Build-up-Film war es jedoch noch weit. Denn Epoxidharz ist kein ganz einfacher Werkstoff. Neben dem Epoxid, einer Gruppe organischer Verbindungen, wird ein Härter benötigt, der die einzelnen Moleküle zu einem Polymer vernetzt. Ein Team um Shigeo Nakamura, bis vor kurzem Chef von AFT, arbeitete über Jahre an verschiedenen Rezepten. 1996 kam der Auftrag, eine Isolatorfolie für die Halbleiterindustrie zu entwickeln. Obwohl dies gelang, kam der erste Liefervertrag erst 1999 zustande - als das Entwicklungsteam des ABF bereits kurz vor der Auflösung stand.

Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Halbleiterindustrie im Umbruch. Silizium-Dies wurden vermehrt auf kleine PCBs montiert, die auch als Substrat oder Interposer bezeichnet werden. Sie werden schichtweise aufgebaut, die einzelnen Ebenen mit Leitern trennt ein Isolator.

Den Ausgangspunkt bildet ein Kern aus Epoxidharz und Glasfasermatten. Leicht vereinfacht dargestellt, wird für jede Schicht zuerst beidseitig Kupfer aufgebracht, anschließend werden Teile, die keinen Leiter bilden sollen, wieder weggeätzt.

Die Golem-PCs bei Dubaro

Fester Isolator, schnellere Produktion

Danach wird der Isolator aufgebracht, Kontakte zu den nun verborgenen Leiterbahnen hergestellt und der Prozess für die nächste Leiterebene wiederholt. Auch hier werden wieder Glasfaser und Epoxid in Form sogenannter Prepregs genutzt. Diese Folien werden laminiert, also mit Druck und Wärme mit dem Untergrund verbunden.

Für besonders dünne PCBs wurden, bevor ABF auf den Markt kam, spezielle Tinten zum Aufbringen des Isolators verwendet. Diese mussten allerdings trocknen, wodurch die Produktion lange dauerte. Die Idee bei ABF war, ein Gemisch aus Epoxid, Härter und Füllstoffen durch Trocknung zu einer Folie zu verarbeiten, die ebenfalls laminiert wird.

Dabei wird eine Epoxid-Härter-Mischung verwendet, die zur Reaktion Wärme benötigt. In der ausgelieferten Folie ist die Vernetzung noch nicht vollständig abgeschlossen. Sie wird beendet, sobald das Harz ausreichend stabil ist, um aufgerollt zu werden. Dann wird das Material getrocknet. Durch die Wärme beim Laminieren wird es weich, füllt Bohrungen und die Bereiche zwischen den Leitern. Anschließend wird es weiter erhitzt und härtet dadurch endgültig aus.

Das hat einige Vorteile, die AFT in einer Präsentation beschreibt (PDF): Die Oberfläche ist sehr gleichmäßig und kann kaum verunreinigt werden. Außerdem entstehen anders als bei flüssigen Beschichtungen keine Luftblasen, die Stabilität und Isolation beeinträchtigen. Auch können beide Seiten des Substrats gleichzeitig beschichtet werden, die Trocknungszeit entfällt. Laminiermaschinen sind in der Industrie nichts Ungewöhnliches, allerdings mussten die idealen Parameter erst erprobt werden.

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Warum der ganze Aufwand? 
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FlashBFE 13. Apr 2022 / Themenstart

Ja, das ist aber eben eine normale Folge dieser Nische, wie der Artikel auch richtig...

FlashBFE 13. Apr 2022 / Themenstart

+1 Dieser super Artikel hätte durchaus noch eine besser "klickende" Überschrift verdient...

countzero 12. Apr 2022 / Themenstart

Das sehe ich, gerade in Deutschland, anders. Es gibt hunderte mittelständische...

Kaiser Ming 11. Apr 2022 / Themenstart

ich redete von Hefeflocken ;)

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