Autor: Dr. Uwe Fiedler

Automobilelektronik mit hoher Zuverlässigkeit

22. März 2017

Der Anteil von Elektronikbauteilen im Auto nimmt stetig zu. Ohne zuverlässige Elektronik wird es zukünftig keine Sicherheit und keinen zeitgemäßen Komfort im Straßenverkehr geben. Beispiele für innovative Fahrzeugfunktionen sind automatisiertes Fahren und Infotainment. Dazu kommen neue Antriebe wie Hybrid- und Elektromotoren sowie die allumfassende Vernetzung. Um die Eignung von Halbleiterbauelementen neuester Technologien abzuschätzen, müssen Herausforderungen identifiziert und Lösungsansätze bewertet werden. Die Nanoanalytik stellt hierfür ein leistungsfähiges Instrumentarium zur Verfügung.

 

Das Auto der Zukunft – ein Computer auf vier Rädern

Im Automotive-Bereich kommt gegenwärtig noch Elektronik zum Einsatz, deren Reifeprozess abgeschlossen ist und die eine hohe Zuverlässigkeit bei gut verstandenen Degradationsprozessen aufweist. Zukünftig werden aber zunehmend neuartige Technologien Einzug ins Automobil halten, um die neuen Anforderungen an die Car2X-Kommunikation, an automatisiertes Fahren und Infotainment zu erfüllen. Hinzu kommen immer schnellere Innovationszyklen. Die alten Ansätze, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten, sind nicht mehr praktikabel.

Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Elektronik im Auto übersteigen jene wie beispielsweise an Smartphones beträchtlich. Kriterien sind mögliche Betriebstemperaturen, tolerierbare Vibrationen und Sicherheit gegenüber elektrostatischer Entladung. Nanoanalytische Verfahren bieten einen neuen Zugang zur Materialcharakterisierung und zur physikalischen Fehleranalyse. Materialkombinationen können unter applikationsspezifischen Betriebsbedingungen bewertet, Fehlerbilder verstanden und Degradations- und Ausfallmechanismen, die die Lebensdauer der Elektronik begrenzen, analysiert werden.


Nanoanalytik für Sicherheit und Zuverlässigkeit

Nanoskalige Materialanalytik wird Qualität, Zuverlässigkeit und Robustheit der Elektronik im Auto der Zukunft garantieren. Mit mikroskopischen Verfahren, auch in-situ, und nanomechanischen Untersuchungen werden zukünftige Halbleiterbauelemente und neuartige elektronische Systemkomponenten bewertet und Modelle zur Lebensdauerabschätzung einer kritischen Analyse unterzogen. Konkret geht es beispielsweise um Elektromigration, stressinduzierte Porenbildung und das thermomechanische Verhalten der Elektronik bei Temperaturzyklen.

Testfahrzeug zum automatisierten Fahren.
© Steve Jurvetson, Flickr, CC BY 2.0
Testfahrzeug zum automatisierten Fahren.
Messaufbau für Nanoindentation: Testsystem.
© Fraunhofer IKTS
Messaufbau für Nanoindentation: Testsystem.
Prinzip des Nanoindenter-Tests an SRAM-Strukturen (SRAM – statische RAM-Speicherbausteine).
© Fraunhofer IKTS
Prinzip des Nanoindenter-Tests an SRAM-Strukturen (SRAM – statische RAM-Speicherbausteine).

Das Fraunhofer IKTS bearbeitet diese Aufgaben in Zusammenarbeit mit führenden deutschen Automobilherstellern und der Halbleiterindustrie. Um solche Fragestellungen in ihrer ganzen Komplexität angehen zu können, hat sich das Institut zudem mit weiteren Fraunhofer-Instituten im Raum Dresden (Dresdner Fraunhofer-Cluster Nanoanalytik (DFCNA)) zusammengeschlossen.

 

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