Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IISForschungsprojekt RESIST – Sichere und zuverlässige Nanoelektronik für Fahrzeugsysteme
Fahrzeugsysteme werden heute in allen Teilbereichen mit Hilfe von hochintegrierten Halbleitern umgesetzt. Bis zu 90 Prozent der Innovationen im Automobil stehen im Zusammenhang mit Elektronik. Auch im Flugzeug werden immer mehr ehemals mechanische Funktionen elektronisch gesteuert. Zehn Partner aus Wirtschaft und Forschung arbeiten gemeinsam im Projekt „RESIST“ (RESilient Integrated SysTems) daran, die Nanoelektronik als einen Schlüssel für weitere Neuentwicklungen optimal zu nutzen. Dazu entwickeln sie Entwurfsprozesse für Mikrochips und zukünftige Systeme, mit denen sich die hohen Anforderungen an Qualität sowie Zuverlässigkeit noch besser erfüllen lassen. Das Ziel sind besonders leistungsfähige und robuste Bauteile, die gleichzeitig zur Verringerung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß beitragen. Damit stärken die Arbeiten die Wettbewerbsfähigkeit künftiger deutscher Technologieprodukte. RESIST wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der europäischen Initiative EUREKA-CATRENE über drei Jahre mit rund fünf Millionen Euro gefördert.
Die hohe Qualität deutscher Autos und Flugzeuge ist entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg ihrer Hersteller und der Zulieferindustrie. Um diesen auch in Zukunft sicherzustellen, muss den steigenden Anforderungen an elektronische Bauteile begegnet werden. Sie müssen zuverlässig mehr und mehr Funktionen auf kleinstem Raum übernehmen, werden in immer neuen Anwendungsbereichen eingesetzt und sollen darüber hinaus entscheidend dazu beitragen, natürliche Ressourcen zu schonen. Hierfür benötigen elektronische Systeme zunehmend mehr Rechen- und Speicherleistung bei gleichzeitig minimiertem Energieverbrauch. Im Automobil- und Flugzeugbau wird daher der Übergang von der Mikro- zur Nanoelektronik weiter vorangetrieben. Besonders in diesen Anwendungsbereichen birgt allerdings die Miniaturisierung der Elektronik das Risiko einer höheren Empfindlichkeit gegenüber betriebs- und umweltbedingten Belastungen. Geeignete Entwurfsmaßnahmen sind notwendig, damit Komponenten zum Beispiel auch bei extremen Temperaturen verlässlich funktionieren.
Darum erforschen die Partner im Projekt „RESIST“ in den kommenden drei Jahren, wie solche besonders leistungsfähigen mikro- und nanoelektronischen Bauteile extrem zuverlässig und robust konstruiert werden können. Der Institutsteil Entwurfsautomatisierung EAS des Fraunhofer IIS koordiniert die Forschungsarbeiten an neuen Methoden, Chipaufbauten und Systemen. Zum Projektteam gehören außerdem die Infineon Technologies AG, die Robert Bosch GmbH, die MunEDA GmbH, das Forschungsnetzwerk Airbus Group Innovations, die Volkswagen AG und die NXP Semiconductors Germany GmbH. Als Hochschulpartner sind die Hochschule Reutlingen, die Technische Universität München und die Universität Bremen beteiligt.
Neue Einsatzgebiete für robuste Elektronik
Durch die Arbeiten der RESIST-Partner soll sich die Lebensdauer elektronischer Baugruppen in Autos und bestimmten zukünftigen Luftfahrtanwendungen deutlich erhöhen. Dazu werden Methoden entwickelt, die schon in der Entwurfsphase eine exakte Prognose des Verhaltens einzelner Chips, aber auch kompletter Systeme erlauben. So lassen sich die Ergebnisse für die gesamte vorgesehene Einsatzzeit bereits bei der Systemauslegung berücksichtigen. Erforderlich hierfür sind ein neuer Entwicklungsansatz für Elektronik sowie zusätzliche Schaltungsteile. Sie werden dafür sorgen, dass Bauteile betriebsbedingte Belastungen während des gesamten Fahrzeuglebens besser tolerieren können. Zusätzlich entsteht ein „Frühwarnsystem“, das dem Fahrzeugführer oder dem Wartungsservice einen eventuell vorliegenden Elektronik-Verschleiß meldet. Hierfür entwickeln die Partner im Projekt sogenannte Alterungsmonitore, um den aktuellen Zustand sicherheitsrelevanter Bauteile permanent zu überwachen. Dadurch ergeben sich neue Einsatzmöglichkeiten für Elektronik, die zukünftig in noch mehr Bereichen mechanische Komponenten ersetzen wird. RESIST ermöglicht zudem Systeme, die sich durch Regelung den äußeren Gegebenheiten optimal anpassen und somit die Energieeffizienz und Sicherheit erhöhen.
Die deutschen RESIST-Forschungsarbeiten sind Teil eines gleichnamigen europäischen CATRENE-Projektes, an dem zusätzlich Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus den Niederlanden und Frankreich beteiligt sind. Die gesamten Arbeiten werden von NXP Semiconductors Netherlands koordiniert.
