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Standortsicherung durch Digitalisierung Infineons smarte Chip-Fabrik

| Autor: Dr. Anna-Lena Gutberlet

München, 12. Juni 2017 – Noch unter dem Namen Siemens Microelectronics Center wurde das Unternehmen 1994 in Dresden gegründet. Mittlerweile ist die zum Teil über 20 Jahre alte Chip-Fabrik die modernste der Welt: Auf 12 Kilometer langen Transportwegen fertigen mehr als 180 Robotersysteme automatisiert die Aufträge.

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Standortsicherung durch Digitalisierung: Infineons Weg in die Zukunft
Standortsicherung durch Digitalisierung: Infineons Weg in die Zukunft
(Bild: Infineon Technologies)

Fast menschenleer sind sie, die Fertigungshallen von Infineon in Dresden. Doch die Produktivität ist so hoch wie nie zuvor, denn Vernetz}{ung, Digitalisierung und eine Vielzahl an Robotersystemen haben hier Einzug gehalten.

Die Chips werden in Dresden in zwei Fertigungs-Linien hergestellt: Die seit 2000 bestehende Produktion für Speicherprodukte auf 300-mm-Wafern wurde 2011 auf die erste Hochvolumenfertigung von Leistungshalbleitern umgerüstet. Infineon ist das erste – und bisher auch einzige – Unternehmen, das in der Lage ist, die viel dünneren und größeren Wafer für diesen Zweck einzusetzen. Die 300-mm-Linie wurde bereits hochautomatisiert konzipiert und als Grundlage für den Aufbau der Volumenfertigung dienten die Qimonda-Fabs.

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Die 200-mm-Linie gibt es bereits seit 1994/5. Anfangs wurden Speicher produziert, 2006 kam dann der Wechsel auf Logik-Chips für Anwendungen aus der Automobilelektronik, Smartphones etc. Um trotz hoher Personalkosten in Deutschland wettbewerbsfähig zu bleiben und den Standort zu sichern, wurde auch diese Linie komplett digitalisiert und automatisiert.

Ein Fließband wie in der Automobilproduktion ist hier jedoch keine Lösung. Damit aus einem Wafer ein Chip wird, sind enorm viele Prozessschritte nötig: Pro Wafer sind es 600 bis 1200. In der Regel dauert es sechs bis acht Wochen, bis der fertige Chip die Fabrik verlassen kann.

Die Umrüstung war eine gewaltige Herausforderung, denn eine vergleichbare Muster-Fabrik fehlte. Als Grundlage für die Automatisierung musste eine Standardisierung in den Prozessbereichen geschaffen werden. Die dafür benötigen Software- und Hardwarelösungen waren nicht auf dem Markt erhältlich und wurden größtenteils von Infineon in Zusammenarbeit mit lokalen Anbietern entwickelt – vom Prototyp bis zur Serienreife. Eines der beteiligten Unternehmen ist Fabmatics, welches auf die Automatisierung von Materialflüssen und Handlingprozessen, vor allem in der Halbleiterindustrie, spezialisiert ist. Die von Infineon und Fabmatics entwickelten Lösungen werden jetzt auch am Markt angeboten.

Umrüstung am offenen Herzen

Schritt für Schritt wurde die Umrüstung durchgeführt – und das unter ungünstigen Bedingungen quasi „am offenen Herzen“ während der Produktion unter Reinraumbedingungen. Insgesamt wurden in den letzten 20 Jahren 3,5 Milliarden Euro investiert, ein zweistelliger Millionenbetrag davon alleine in die Automatisierung.

Geschaffen wurde eine smarte Fabrik mit einem Automatisierungsgrad von über 80 %, ausgestattet mit einem vollautomatischen Wafer-Transportsystem und umfangreichen Robotersystemen – viele davon extra für die entsprechende Anwendung entwickelt. Anlagebedienung, Fertigungssteuerung und Wafer-Transport sind jetzt miteinander verknüpft. Die Steuerung erfolgt über zentrale Bedien- und Beobachtungssysteme, sowie komplexe Steuerungs- und Ablaufalgorithmen, welche automatisiert im Hintergrund laufen.

Das gesamte Produktionssystem „weiß“ genau, was es zu tun hat und so wird jedes Los – ein Kasten mit 25 Wafern – optimiert durch die hochkomplexen Prozessschritte geführt. Die Transportboxen sind mit RFID-Chips versehen und können jederzeit identifiziert und lokalisiert werden.

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Infineon Technologies Dresden

Infineon Technologies Dresden ist aktives Mitglied in Europas größtem Mikroelektronik-Cluster Silicon Saxony. Dresden ist einer der größten Standorte der Infineon Technologies AG. Circa 2000 Mitarbeiter aus den Bereichen Produktion, Technologieentwicklung, Innovation und Support fertigen in der modernsten Chip-Fabrik der Welt über 400 verschiedene Produkte an 365 Tagen im Jahr (24/7).

Darüber hinaus entwickelt Infineon kontinuierlich neue Technologien und optimiert bestehende Lösungen. In der Innovation-Fab laufen über 50 Innovations-/Technologieentwicklungsprojekte. Mitarbeiter erarbeiten dabei in Teams Lösungen für Themen wie More-than-Moore-Technologien, integrierte MEMS und Sensoren oder smarte, integrierte Power-Technologien für Automobil- und Industrieanwendungen.

Infineon Dresden ist außerdem Mitglied der Umweltallianz Sachsen. In der „grünen Fabrik“ werden konsequent die strengen Auflagen des integrierten Managementsystems für Umweltschutz, Energie, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz nach ISO 14001, ISO 50001 und OHSAS 18001 befolgt.

Durch den flächendeckenden Einsatz von RFID-Systemen und die Prozess- und Betriebsdatenerfassung der Anlagen ist die Fabrik zu jedem Zeitpunkt in der Lage, die optimalen Material- und Wafer-Fluss zu berechnen. Ändert sich beispielsweise das Produktportfolio, können die Auswirkungen mittels Simulationen analysiert und die Fertigungssteuerung entsprechend angepasst werden. Auch eine remote Steuerung ist möglich: Die Mitarbeiter können von einem anderen Standort aus einen Auftrag starten, ihn nachverfolgen oder gegebenenfalls in den Prozess eingreifen.

„Der Weg zur smarten Fabrik war nicht immer leicht“

„Der Weg zur smarten Fabrik war nicht immer leicht“, sagt Jörg Recklies, Senior Director Production bei Infineon Technologies Dresden. „Aber es hat sich gelohnt: Die gestiegene Produktivität hat unsere Wettbewerbsfähigkeit erhöht und wesentlich dazu beigetragen, den Standort zu sichern.“

Ein ausgezeichnetes Konzept, denn neben dem Standort wurden auch die meisten Arbeitsplätze gesichert. Natürlich haben sich die Produktionsarbeitsplätze durch den Einzug von Kollege Roboter in die Fabrik gewandelt: weg von einfacher, körperlicher Arbeit hin zu umfangreicheren, vielfältigeren und verantwortungsvolleren Aufgaben. Personalanpassungen waren nötig. Produktionsmitarbeiter erhielten umfassende Schulungen und Trainings. Der Anteil der Fachkräfte stieg dadurch von 23 auf 58 %.

Dadurch, dass die IT-Systeme den optimalen Fertigungsablauf simulieren (optimierte Logistik), ergibt sich ein weiterer Vorteil: Die Kapazitäten können besser und flexibler genutzt, die Produktionskosten gesenkt, der Durchsatz erhöht und die Time-to-Market reduziert werden.

Durch sichere und automatisierte Prozesskontrollen und automatische Anlagensperren wurde zudem die Fehlerquote reduziert. Nicht zu unterschätzen ist auch die Partikelreduktion in den Reinräumen (die eine Fläche von 40.000 m2 ausmachen) durch Eliminierung manueller Tätigkeiten. Infineon hat in Dresden eine Quote von einem Fehler pro zehn Millionen Chips erreicht. Aber auch diese wird in Zukunft nicht mehr akzeptiert werden – Ziel ist eine Null-Fehler-Quote.

Infineon hat mit der smarten Fabrik in Dresden Pionierarbeit geleistet. Die gesammelten Erfahrungen werden an andere Standorte weitergegeben und die Lösungen stetig weiterentwickelt. So soll es für Kunden in Zukunft möglich sein, ihre Aufträge Online nachzuverfolgen und auch Augmented Reality soll in den Fabriken ein Thema werden.

Infineon ist bei der Digitalisierung mehrfach engagiert, denn die in der smarten Fabrik produzierten Chips werden in zahlreichen Industrie 4.0-Anwendungen platziert. Auch in der Forschung ist der Chip-Hersteller aus Dresden aktiv: Das kürzlich gestartete Forschungsprojekt „Productive4.0“ hat die Schaffung einer Anwenderplattform über Wertschöpfungsketten und Branchen hinweg zum Ziel, die besonders die digitale Vernetzung von produzierenden Unternehmen, Produktionsmaschinen und Produkten fördert. Mehr als 100 Partner aus 19 europäischen Ländern arbeiten unter Koordination von Infineon an der Digitalisierung und Vernetzung der Industrie.

Infineon Technologies wurde 2016 mit dem Game Changer Award ausgezeichnet. Dieser wird vom Manager Magazin und der Unternehmensberatung Bain & Company vergeben. Es werden Entwicklungen geehrt, die ganze Industriezweige verändern. Die Jury würdigte Infineon in der Kategorie „Operations of the future“ für die weltweite Vernetzung seiner Produktion zu einer virtuellen Fabrik, einer „global virtual factory“.

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Über den Autor

Dr. Anna-Lena Gutberlet

Dr. Anna-Lena Gutberlet

Freiberufliche Autorin