Fraunhofer EAS

Innerhalb einer Anlage müssen Messdaten an zum Teil schwer oder bisher gar nicht zugänglichen Stellen erfasst und energieeffizient kommuniziert werden, um die Lebensdauer von Maschinenteilen zu erhöhen. Jedoch kann die notwendige Sensorik und Aktorik bei einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung von schwer zugänglichen Maschinenteilen nicht wie üblich eingesetzt werden. Eine Lösung hierfür ist die direkte Integration von Komponenten in die Struktur ohne negative Rückwirkung auf die Maschine. Dabei gilt es, die Sensorik so zu entwerfen, dass sie miniaturisiert, langlebig, drahtlos vernetzt und energieeffizient ist. Hierzu konzipiert, entwickelt und erprobt das Fraunhofer IIS/EAS die Integration von Sensoren und Aktuatoren in Maschinen im Rahmen einer Entwicklungsplattform zur Erstellung intelligenter Komponenten für Industrie 4.0 Anwendungen. Dies wird am Beispiel eines Kugelgewindetriebes (KGT) durch die Implementierung eines Sensor-Ringes demonstriert. Der „intelligente KGT“ ist das Ergebnis einer Kooperation aus dem Leistungszentrum Mikro/Nano Dresden und Chemnitz.

Mit steigendem Funktionsumfang elektronischer Systeme und zunehmender Miniaturisierung stoßen traditionelle Chipaufbauten immer öfter an ihre technologischen und wirtschaftlichen Grenzen. Durch neuartige Konzepte in der Systemintegration – wie die Chipstapelung oder der Einsatz von Interposern – kann ein höherer Datendurchsatz bei gleichzeitig sinkendem Energieverbrauch und reduziertem Flächenbedarf erzielt werden. Zudem ermöglichen moderne Packaging-Lösungen die Einbindung unterschiedlichster Baugruppen wie Prozessoren, Sensoren und Funkschnittstellen in einem Baustein. Nur so können die steigenden Anforderungen an Systeme, beispielsweise aus dem Bereich der Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt bzw. Medizintechnik erfüllt werden.

Besondere Herausforderungen beim Entwurf sind dabei die Beherrschung der Komplexität, die optimale Ausnutzung der zusätzlichen Freiheitsgrade und die Berücksichtigung der engen thermischen, mechanischen und elektrischen Kopplung im gestapelten System. Das Fraunhofer IIS/EAS unterstützt Sie bei der Lösung dieser Herausforderungen für ein optimales System-Packaging.

Unsere Leistungen:

Wir begleiten und unterstützen Sie bei Ihren Forschungs- oder Auftragsprojekten zu modernen Packaging-Technologien von der Konzipierung bis zum Prototypen. Wir bieten Ihnen:

• Beratung zu aktuell verfügbaren hochintegrierenden Lösungen für Chips und Systeme
• Durchführung von Vorstudien zur Abschätzung von Systemleistung und -kosten
• Auswahl der besten Integrationstechnologie (z. B. Interposer beruhend auf Fraunhofer-Technologie) gemäß Kundenanforderungen und Anwendungsbedingungen
• Unterstützung vom Entwurf über die Prototypfertigung bis zur Serie
• Simulation thermischer, elektrischer und mechanischer Effekte für komplexe Packages
• Assembly Design Kit (ADK), um sicherzustellen, dass ein komplettes Package die Anforderungen an die Fertigungssicherheit und die Leistung erfüllt
• Entwurf von Hochfrequenzsystemen bis 110Ghz vom Chip bis zu den Packages (auch mit integrierten Antennen)
• Planung und Organisation der Prototypfertigung bei unseren Partnern

Ihr Mehrwert:

Unsere jahrelange Erfahrung in der Systemintegration sowie unser weitgreifendes Netzwerk  in der Industrie- und Forschungslandschaft machen uns zu einem wichtigen Partner beim kundenspezifischen Entwurf von Integrationslösungen für elektronische Systeme.

• Höhere Systemleistung in Kombination mit geringem Energieverbrauch
• Maximale Miniaturisierung komplexer Systeme, wie z. B. Sensorsysteme
• Kostenersparnis gegenüber vergleichbarer ASIC-Implementierung insbesondere bei kleinen Stückzahlen
• Herstellerunabhängige Bewertung verfügbarer Integrationslösungen
• Risikosenkung bei der Einführung neuer Packaging-Lösungen
• Termingerechte Umsetzung von Prototypen und Kleinserien
• Zentraler Ansprechpartner von der Konzipierung über den Entwurf bis zur Prototypenfertigung

Der Entwurf integrierter Schaltungen und Systeme ist praktisch nur noch mittels Softwarelösungen effizient. Während der Entwurf digitaler Schaltungen weitestgehend automatisiert ist, werden analoge Komponenten zum Großteil immer noch manuell entworfen. Mit der steigenden Miniaturisierung wird diese Aufgabe noch komplexer und daher fehleranfälliger. Daraus folgen lange Entwicklungszyklen und hohe Kosten. »Intelligent IPs« (IIP) wirken dem mit Automatisierung und systematischer Strukturierung des analogen Schaltungsentwurfs entgegen. IIP ermöglicht so einen sicheren Entwurf sowie die Nachnutzung Ihrer IPs.

»Intelligent IP« ist eine innovative Lösung, um den Schaltplan wiederverwendbar zu implementieren und Layout-Komponenten innerhalb von Sekunden automatisch zu generieren. Mit IIP werden die am häufigsten verwendeten analogen Bausteine ​​automatisch in mehrere Technologien und Knoten migriert. Die benutzergesteuerte Automatisierung gewährleistet eine optimale Steuerung der Generierung, indem Schaltplan, Symbole und Layout aus einer Hand erstellt werden.

Mit Intelligenten IPs bietet Ihnen das Fraunhofer IIS/EAS eine erprobte Lösung für die Automatisierung des analogen Schaltungsentwurfs.

Ihr Mehrwert:

Durch die automatische Migration von analogen Komponenten erhöhen wir die Zuverlässigkeit Ihres Entwurfs und senken das Risiko bei der Einführung neuer Produkte:

• Wiederverwendbarkeit von analogem IP bei Wechsel des Halbleiterherstellers und/oder des Technologieknotens
• Bis zu 80% Reduktion Ihrer Entwicklungszeit und -kosten durch intelligente Portierung sowie Full-Custom-IIP
• Hohe Designsicherheit durch automatisierte IP-Generierung

Features unserer Intelligent IPs:

• Design-Portierung analoger Schaltungen per Knopfdruck
• Flexibilität bezüglich elektrischer, geometrischer und topologischer Anforderungen
• Konfigurierbar für verschiedene Anwendungen und Technologien
• Hochautomatisierter Entwurf der kompletten Designdaten (Schaltplan, Layout, Simulationsmodell, Testbench etc.)
• Unterstützung von Technologien im Bereich von 350 nm bis 22 nm