Integrierte Mikrosysteme

FRAGE Welche Bauteile werden in einem integrierten Mikrosystem bei ELMOS verbunden?

Keck Unter diesem Oberbegriff verstehen wir Erzeugnisse, die mehr als einen einzelnen integrierten Schaltkreis entweder in einem Standard-Package oder als nackten Chip (bare die) enthalten. In erster Linie sind dies Sensorik-Produkte. Diese enthalten typischerweise ein mikromechanisches Sensorelement und einen IC zur Signalverarbeitung. Solche Sensorelemente messen Druck, Beschleunigung oder Drehrate, aber auch Umgebungshelligkeit und Temperatur. Sensorelement und IC können auch auf demselben Chip integriert sein, man spricht dann von Ko-Integration. Andere Mikrosysteme im ELMOS-Portfolio enthalten mehrere integrierte Schaltkreise – sind also Multi-Chip-Module – oder integrieren aktive bzw. passive Komponenten. Optische Sensoren werden in unserer HALIOS®-Produktfamilie oder in Regen-Tunnel-Lichtsensoren eingesetzt. Durch unsere Konzerntöchter Silicon Microstructures in Milpitas, USA, und ELMOS Advanced Packaging in Nijmegen, Niederlande, bieten wir solche Mikrosysteme aus einer Hand an.

FRAGE Welche Besonderheiten haben die Bauelemente?

Keck Ein Bauelement, wie unser ko-integrierter Drucksensor, ist auf höchste Kalibrierungsgenauigkeit über den weiten automobilen Temperaturbereich von –40 bis +125°C ausgelegt. Andere Drucksensoren zeichnen sich durch extreme Miniaturisierung aus, ermöglicht durch modernste Fertigungstechnologie. In den ASICs bestimmt das Zusammenspiel der Analog-Performance und der digitalen Signalverarbeitung die Systemeigenschaften, hier kommt unsere langjährige Expertise in der Mixed-Signal-Schaltungsentwicklung zum Zuge. Integraler Bestandteil ist schließlich das Package. Seine mechanischen Eigenschaften im Zusammenspiel mit dem Sensor legen die endgültige Systemleistung fest und sind entscheidend für den Einsatzbereich.

FRAGE Welche Vorteile ergeben sich durch die Synergie auf technologischer Seite?

Keck Unsere Kunden schätzen die Systemkompetenz aus einer Hand, in einem Entwicklungsteam. Da bereits die Entwicklung in übergreifenden Projektteams unter Einbeziehung von Produktionsexperten erfolgt, sind die Systemkonzepte hinsichtlich technischer Eigenschaften und Fertigbarkeit abgestimmt. Die vertikale Integration innerhalb der ELMOS-Gruppe erlaubt ein wirklich durchgängiges Qualitätsmanagement – von der Erzeugnisdefinition bis zur Produktion. Die Durchgängigkeit der Produktion erlaubt zudem anspruchsvollste Traceability-Konzepte, auch für sicherheitskritische Bauteile.

FRAGE Welche Eigenschaften muss man bei der Zusammenführung der einzelnen Elemente besonders beachten?

Keck Ein Mikrosystem ist mehr als die Summe seiner Einzelelemente. Durch die übergreifende Entwicklung werden gerade die kritischen Aspekte wie das Zusammenspiel zwischen Package und Sensor, aber auch das Test- und Kalibrierungskonzept für das Gesamtsystem schon in der Definitionsphase besonders berücksichtigt.

FRAGE Warum eignen sich integrierte Mikrosysteme für die Anwendung im Automobil?

Keck Mikrosysteme, insbesondere Sensoren, werden meist „vor Ort“, d.h. in der Peripherie eingesetzt. Dort ist der Einbauraum knapp und es herrschen widrige Umgebungsbedingungen, und zwar sowohl im physikalisch-chemischen als auch im elektrischen Sinne. In solcher Umgebung kann eine Integration ihre Vorteile – kleine Dimensionen und kurze Signalwege bei optimalem Schutz durch Kapselung in Kunststoffen – voll ausspielen. Der Trend zur Digitalisierung und Vernetzung in Bus-Systemen ist ein weiterer wesentlicher Faktor für den Erfolg von Mikrosystemen im Automobil. Die Forderung nach digitaler Kommunikation macht einen lokalen Mixed-Signal-IC praktisch unabdingbar. Ein gutes Beispiel ist ein Seitenairbag-Drucksensor, der alle wesentlichen analogen und digitalen Signalverarbeitungs- und Diagnosefunktionen direkt im Mikrosystem realisiert und mit dem Airbag-Steuergerät lediglich über eine digitale strommodulierte Schnittstelle kommuniziert. Auch unser Sensormodul zur Reifendruckkontrolle verarbeitet analoge Druck- und Beschleunigungsmessdaten nur intern, der Informationsaustausch mit der Außenwelt erfolgt ausschließlich digital.

FRAGE Mit welchen Fortschritten wird in den kommenden Jahren bei den integrierten Mikrosystemen gerechnet?

Keck Im Wesentlichen sehen wir evolutionäre Schritte. Die
Herausforderung besteht oft darin, Technologien, die bisher in kleinen Stückzahlen umgesetzt wurden, in einem Umfeld mit höchsten Qualitätsanforderungen, anspruchsvollsten Einsatzumgebungsanforderungen und nicht zuletzt starkem Kostendruck zu industrialisieren. Es gibt außerdem eine Tendenz zu Zwei-Chip-Lösungen, besonders für Anwendungen mit komplexen Digitalteilen oder mächtigen Mikrocontroller-Kernen. Bei ELMOS befinden sich bereits mehrere derartige Produkte in Entwicklung. Eine Standardisierung des Gehäuses, insbesondere für Sensorik, wäre wünschenswert, wird aber mangels potenter Treiber wohl Wunschtraum bleiben. Der Trend zur immer weitergehenden Miniaturisierung, insbesondere bei den Gehäusen, bleibt allerdings ungebrochen.