Innovazioni Chiplet per l'Europa: avvio della linea pilota APECS nell'ambito del EU Chips Act

Nell'ambito della linea pilota APECS sarà possibile ampliare ulteriormente l'infrastruttura di Ricerca e Sviluppo per le tecnologie e le applicazioni dei semiconduttori negli anni a venire. © loewn/Bernhard Wolf / Within the framework of the APECS pilot line will be possible to further expand the R&D infrastructure for semiconductor technologies and applications in the coming years. © loewn/Bernhard Wolf

Chiplet sensore di pressione Post-CMOS con involucro a livello di wafer prima della separazione. © Fraunhofer ISIT / Chiplet sensore di pressione Post-CMOS con confezionamento a livello di wafer prima del taglio. © Fraunhofer ISIT

La linea pilota per »Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems« (in breve APECS) è un elemento chiave del EU Chips Act, volto a promuovere innovazioni nel campo dei chiplet e ad aumentare le capacità di ricerca e produzione di semiconduttori in Europa. Gli istituti che collaborano nella Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) lavorano a stretto contatto con altri partner europei per la creazione della linea pilota APECS, contribuendo in modo significativo a rafforzare la resilienza tecnologica dell’Europa e, di conseguenza, a incrementare la competitività globale dell’industria dei semiconduttori. Sia grandi aziende industriali che PMI e start-up avranno un accesso facilitato alle tecnologie all’avanguardia grazie alla linea pilota, garantendo catene di valore dei semiconduttori sicure e resilienti. APECS è cofinanziata dal Chips Joint Undertaking e da finanziamenti nazionali di Belgio, Germania, Finlandia, Francia, Grecia, Austria, Portogallo e Spagna nell’ambito dell’iniziativa »Chips for Europe«. Il finanziamento complessivo per la linea pilota APECS ammonta a 730 milioni di euro su 4,5 anni.

L’Europa dispone di un ecosistema dinamico costituito da aziende leader nei settori tradizionali, piccole e medie imprese (PMI) e start-up, il cui vantaggio competitivo si basa anche su soluzioni avanzate di semiconduttori, che costituiscono la base per innovazioni future. Tuttavia, queste aziende si trovano oggi di fronte alla sfida di un accesso limitato alle tecnologie avanzate a causa della mancanza di risorse in Europa. La Commissione Europea investe, nell’ambito del EU Chips Act, ingenti risorse per rafforzare le tecnologie e le applicazioni dei semiconduttori nell’UE. L’obiettivo è aumentare la resilienza tecnologica dell’Europa, garantire le catene di approvvigionamento e di valore, e promuovere innovazioni in settori chiave come Intelligenza Artificiale, Mobilità, Produzione, Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione, elettronica affidabile e sostenibile dal punto di vista ecologico, nonché il neuromorfo e il calcolo quantistico.

La linea pilota APECS si concentra sul trasferimento industriale scalabile di innovazioni sviluppate nel campo della heterointegrazione*, in particolare nell’uso di nuove tecnologie chiplet**, creando così un ponte verso la ricerca applicata. APECS supera le tradizionali »metodologie system-in-package« (SiP) e mira a fornire sistemi eterogenei robusti e affidabili, aumentando significativamente la capacità innovativa dell’industria europea dei semiconduttori.

Investimenti in progetti strategici come APECS, nell’ambito del EU Chips Act, sono di fondamentale importanza per posizionare l’Europa come partner indispensabile nel settore tecnologico globale. La Germania svolge un ruolo chiave in questo sforzo – sia come centro di ricerca di primo piano sia come motore economico. Grazie al sostegno considerevole del Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) e dei Länder Sachsen, Berlino, Baviera, Schleswig-Holstein, Baden-Württemberg, Nordrhein-Westfalen, Brandenburg e Sachsen-Anhalt, nei prossimi anni sarà possibile espandere ulteriormente l’infrastruttura di ricerca e sviluppo nell’ambito della linea pilota APECS. Questo rappresenta un passo importante per garantire la stabilità economica a lungo termine di Germania ed Europa.

«Fraunhofer svolge un ruolo centrale nell’implementazione di grandi progetti come APECS, che rafforzano l’innovazione e la resilienza tecnologica della Germania», sottolinea il Prof. Holger Hanselka, presidente della Fraunhofer-Gesellschaft. «Attraverso la nostra ricerca pratica e la stretta collaborazione con industria, scienza e partner politici, creiamo le basi per sviluppare le tecnologie più avanzate e portarle in applicazione industriale. La linea pilota APECS rappresenta un esempio di ponte tra ricerca e industria e sottolinea come una stretta cooperazione con ministeri e altri partner possa consolidare in modo duraturo la posizione dell’Europa nel mercato globale della microelettronica.»

Innovazioni proprio dove l’industria europea ne ha più bisogno

La linea pilota APECS mira a attivare nuove funzionalità attraverso la cosiddetta »System Technology Co-Optimization« (STCO) e a uniformare le tecnologie di integrazione. Ciò consentirà alle aziende di sviluppare prodotti avanzati anche in piccole quantità a costi competitivi. Grazie alla fornitura di un’ampia gamma di tecnologie in un unico punto di accesso, APECS diventerà in futuro il principale hub europeo per l’Advanced Packaging e l’eterointegrazione, assumendo un ruolo chiave per la microelettronica europea.

Come motore della collaborazione tra istituzioni di ricerca europee, industria e ricerca universitaria, la linea pilota APECS promuove un ecosistema di innovazione vivace. Come piattaforma completa, integra capacità di progettazione end-to-end e produzione pilota, consentendo lo sviluppo di innovazioni dalla ricerca di frontiera a processi di produzione scalabili e realizzabili.

APECS svolgerà un ruolo cruciale nella transizione dell’Europa verso un’economia climaticamente neutra e circolare, promuovendo iniziative di eco-design e produzione sostenibile.

Innovazione attraverso una forte collaborazione a più livelli

La linea pilota APECS si basa sulle strutture create nella Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD). In Germania, sono coinvolti complessivamente dodici istituti del Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik e due istituti Leibniz, FBH e IHP. Le attività sono guidate dalla sede di Berlino.

Il Prof. Albert Heuberger, portavoce del Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik e presidente del Comitato Direttivo della FMD, sottolinea: «Il successo del EU Chips Act si basa su partnership forti e su un know-how diversificato. È esattamente ciò che la FMD porta avanti, collegando le competenze di istituti di ricerca decentralizzati. A partire da questa base, anche APECS può diventare una linea pilota accessibile a lungo termine per tutti gli stakeholder europei lungo tutta la catena del valore. Insieme alle altre linee pilota nell’ambito del EU Chips Act, APECS rappresenta un componente fondamentale per l’eterointegrazione e l’Advanced Packaging di una microelettronica paneuropea.»

In un consorzio europeo forte, APECS unisce le competenze tecnologiche, le infrastrutture e il know-how di dieci partner provenienti da otto paesi europei: Germania (Fraunhofer-Gesellschaft come coordinatore, FBH, IHP), Austria (TU Graz), Finlandia (VTT), Belgio (imec), Francia (CEA-Leti), Grecia (FORTH), Spagna (IMB-CNM, CSIC) e Portogallo (INL). La linea pilota APECS è coordinata dalla Fraunhofer-Gesellschaft e implementata dalla Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

*Sull’eterointegrazione

La ricerca e lo sviluppo di semiconduttori sono il cuore delle attuali rivoluzioni tecnologiche (R) che spaziano dall’Intelligenza Artificiale e il calcolo ad alte prestazioni, fino a sistemi di difesa moderni, robotica, elettronica di potenza, comunicazioni wireless, E-Health, tecnologie quantistiche e altro ancora. Tali sistemi elettronici futuri richiederanno sempre più funzioni che non possono essere svolte da un singolo chip, anche utilizzando avanzati concetti di system-on-chip (SoC). L’eterointegrazione supererà gli attuali approcci system-in-package (SiP) ed è fondamentale per i sistemi e i dispositivi elettronici di prossima generazione, basati su futuri nodi CMOS, SiGe, SiC, III/V come GaAs o GaN, e su tutti i vari tipi di sistemi microelettromeccanici (MEMS).

**Sui chiplet

L’idea alla base dei chiplet è utilizzare diverse tipologie di proprietà intellettuale (IP) che possono essere impiegate per funzioni specifiche. Per IP-Cores si intendono blocchi funzionali predefiniti, riutilizzabili, di un progetto di chip nell’industria dei semiconduttori. Questi vengono di solito licenziati come proprietà intellettuale del progettista e integrati in altri progetti di circuiti integrati (IC), spesso di dimensioni maggiori. I vari blocchi sono già testati e possono essere assemblati come un puzzle, consentendo di usare strutture IC esistenti e di ridisegnare solo parti specifiche. Un chiplet non è un singolo chip completamente funzionante, ma un componente di un chip che può essere combinato con altri elementi funzionali. I concetti e le prime implementazioni di chiplet promettono non solo densità di integrazione più elevate, ma anche di influenzare le caratteristiche ambientali dell’elettronica, in termini di efficienza delle risorse, materie prime critiche, modularità e riutilizzo di blocchi di progettazione.