End of Life: Wie Sie abgekündigte Halbleiter ersetzen

| Redakteur: Margit Kuther

Reinraum bei Rochester: Rochesters Wafer-Bank umfasst über 7 Mrd. Chips/Wafer von Originalherstellern, gelagert in Stickstoff (Class 10.000 Reinraum), für die Nachfertigung von ICs in der gewünschten Version.
Reinraum bei Rochester: Rochesters Wafer-Bank umfasst über 7 Mrd. Chips/Wafer von Originalherstellern, gelagert in Stickstoff (Class 10.000 Reinraum), für die Nachfertigung von ICs in der gewünschten Version. (Bild: Rochester Electronics)

End-of-Life oder die Abkündigung von Halbleitern ist ein allgegenwärtiges Problem. Doch es gibt Ersatz für abgekündigte Produkte, die in Form und Funktion identisch zum Original sind

Auf dem Markt werden zahlreiche Aftermarket-Ersatzlösungen angeboten, die abgekündigten Produkten in Form, Passung und Funktion entsprechen sollen. In logistischer wie technischer Hinsicht ist dies jedoch ein eher unvollständiges, kurzlebiges Flickwerk als eine dauerhafte Lösung. In der gesamten Halbleiterbranche, die von dem Paradigma verbraucherorientierter Komponenten geprägt ist, werden viele Bauteile lediglich für eine Lebensdauer von drei bis fünf Jahren oder weniger ausgelegt. Die erwähnten Ersatzlösungen bilden da keine Ausnahme.

Ein Last Time Buy ist normalerweise die schnellste und wirtschaftlichste Reaktion auf eine End-of-Life-Benachrichtigung (EOL), ist jedoch nicht immer möglich. Es kommt vor, dass betroffene Unternehmen das Ende der Nachkauffrist verpassen, in dieser Zeit nicht über die erforderlichen finanziellen Mittel verfügen oder keine geeigneten Lagermöglichkeiten haben. Wie beim regulären Einkauf von aktiven Halbleitern wird den Unternehmen auch bei Abkündigungen dringend geraten, keine minderwertigen oder gefälschten Bauteile zu kaufen, sondern diese nur über Originalhersteller oder autorisierte Vertriebspartner zu beziehen.

Keine Panik: Wenn ein Bauteil obsolet ist

Problematisch wird es, wenn ein Bauteil nicht mehr über autorisierte Kanäle erhältlich ist. Die am häufigsten angebotenen Ersatzlösungen zur Sicherung der eigenen Produktion bei nicht mehr produzierten Halbleitern sind:

Die Emulation: Hierbei wird ein integrierter Schaltkreis aus individuellen vorkonfektionierten Silizium-Dies hergestellt. Diese werden mit einer anderen Siliziumtechnologie gefertigt und so modifiziert, dass sie die gleichen Betriebsfunktionen aufweisen wie der Originalhalbleiter.

Eine Emulation simuliert den Funktionsumfang des Originals, ist kostspielig und erfordert meist einen aufwändigen Fertigungsprozess, der in der Regel nicht in der ursprünglichen Kostenschätzung berücksichtigt wird. Hinzu kommt, dass emulierte Teile neu qualifiziert werden müssen, da die ursprüngliche Systemumgebung in Bezug auf das Zeitverhalten, die Rauschanfälligkeit, Leistung, Handhabung und den Funktionsumfang nicht direkt übernommen werden kann.

ASIC: Hierbei handelt es sich um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, die für einen bestimmten Einsatzzweck ausgelegt ist. Um als Ersatzbauteil eingesetzt werden zu können, muss die ASIC-Komponente in einem professionellen Halbleiterbetrieb für die entsprechende Endanwendung konfiguriert und der elektrische Funktionsumfang des Originalhalbleiters repliziert werden. Der Herstellungsprozess für ASIC-Komponenten kann verglichen mit den Kosten anderer Lösungen sehr kostspielig sein.

Gate-Array: Dies ist eine vorkonfektionierte Siliziumchip-Logikschaltung, bestehend aus digitalen Logikgattern in vorbestimmten Positionen. Die digitalen Gatter bleiben unverbunden. In diesem Stadium ist der Chip noch für keine bestimmte Funktion ausgelegt. Um den Chip für eine bestimmte Funktion zu konfigurieren, erhält er eine oder mehrere abschließende Oberflächenschichten aus Metallleiterbahnen, die die Gatter so verbinden, dass der benötigte Funktionsumfang realisiert wird.

Standardzelle: Hierbei handelt es sich um eine integrierte Schaltung aus einer Kombination von Schaltungsblöcken aus früheren Designs, die zu einem neuen Design zusammengestellt werden. Jede Schicht enthält ein einzigartiges Design. Dies ist eine der kostspieligsten Formen des Bauteilnachbaus, die aber je nach den Anforderungen des Designs notwendig werden kann.

FPGA (Field Programmable Gate Array): Eine programmierbare Komponente, die über ein Programm in einer angeschlossenen Speichereinrichtung oder über einen Prozessor vom Benutzer selbst konfiguriert werden kann. FPGAs mögen zunächst preisgünstiger erscheinen, können jedoch schon bald selbst zu einem Obsoleszenzproblem werden.

Bei den beschriebenen Lösungen werden moderne Silizium-Fertigungsverfahren verwendet. Das klingt gut, hat aber auch eine negative Seite. Diese Verfahren stoßen schnell an ihre Grenzen, wenn es darum geht, alle Merkmale des Originals zu replizieren.

Denn Halbleiterhersteller versuchen stets, die Siliziumwafer immer dichter mit Funktionselementen zu bestücken. Dadurch werden die Abmessungen der Elemente im Siliziumträger immer kleiner. Dies verbessert zwar die Systemperformanz und senkt die Kosten, bringt aber Nachteile mit sich, die bei sicherheitskritischen Anwendungen, welche eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, nicht unerheblich sein dürften.

Der Hauptunterschied zwischen Austauschkomponenten und originalen Bauteilen ist die geringe Größe der bei der neuen Technologie eingesetzten Funktionszellen. Daraus ergibt sich Folgendes:

  • Größere Schaltgeschwindigkeiten der Geräte (höhere Rauschanfälligkeit)
  • Unterschiedliche Kapazitanz (Laständerungen auf Leiterplattenebene)
  • Unterschiedliche Strahlungstoleranz
  • Unterschiedliche EMV-Performanz

Diese Parameter werden von den Herstellern, die Aftermarket-Ersatzlösungen fertigen, in der Regel nicht berücksichtigt. Höhere Schaltgeschwindigkeiten und unterschiedliche Kapazitanzen können bewirken, dass Geräte Spitzen und Signale anders erkennen als die Originalkomponenten. Dies kann zu Funktionsstörungen der Anlagen führen. Halbleiter mit kleinerer Zellgröße sind in der Regel weniger strahlungstolerant als Halbleiter, die mit älterer Technik hergestellt wurden. Dies kann zu Latch-Up-Effekten oder Datenverlust führen. In einem Avioniksystem könnte der Einsatz einer derartigen Komponente die Sicherheit beeinträchtigen.

Repliken auf Basis der originären Siliziumtechnologie

Als ein von mehr als 70 Originalhalbleiterproduzenten zum Nachbau autorisierter Hersteller produziert Rochester Electronics Komponenten unter Verwendung der ursprünglich vom Originalhersteller eingesetzten Siliziumtechnologie. Die nachgebauten Komponenten entsprechen in Form, Passung und Funktion dem Originalprodukt. Rochester garantiert, dass diese Komponenten genau wie die Originale arbeiten – ohne Kompromisse und Überraschungen.

Das Unternehmen verfügt über die weltweit umfangreichsten Bestände an Silizium-Wafern – mehr als 12 Milliarden Dies, die entweder von den Originalherstellern bezogen oder von Rochester in Lizenz des Originalherstellers produziert werden.

Wenn ein bestimmtes Die beim Originalkomponentenhersteller (OCM) nicht mehr erhältlich ist, können die Design- und Technikabteilungen dieses Halbleiterprodukt nachbauen. Die perfekt nachentwickelten Komponenten haben exakt die gleichen physikalischen und elektrischen Eigenschaften wie die Originalkomponenten.

Für alle seine Nachbauten garantiert die Firma, dass sie die Originalspezifikationen einhalten oder übertreffen. Alle eingesetzten Produktions- und Nachbauverfahren sind von den Originalherstellern autorisiert und werden von ihnen unterstützt. Zudem bietet man für OCMs und OEMs, die auf langfristige Lösungen setzen, individuell konfigurierbare Lagerhaltungs- und Vertriebsprogramme für Dies, Wafer und fertige Halbleiterkomponenten an.

Die Halbleiterlebenszyklus-Lösung garantiert, dass ein Halbleiternachbau exakt wie das Original funktioniert. Andere Ersatzlösungen führen dagegen oft zu verborgenen Inkonsistenzen, die vielfältige Formen von offenkundigen, aber auch schwer zu diagnostizierenden Störungen verursachen können. Besonders bei sicherheitskritischen Anwendungen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern, sind solche Störungen inakzeptabel.

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