Neues Grazer CD-Labor will elektronische Bauteile optimal integrieren

27. November 2020 - 8:59

In drahtlos vernetzten Geräten werden durch die fortschreitende Miniaturisierung elektromagnetische Wechselwirkungen zunehmend zu einem Problem. Wie sich die gegenseitigen Störungen in den smarten Geräten im hochfrequenten 5G-Bereich besser kontrollieren lassen, will das neue "Christian Doppler Labor für Technologie-basiertes Design und Charakterisierung von elektronischen Komponenten" an der TU Graz erforschen. Am 27. November wurde es am Campus der TU Graz eröffnet.

Detailaufnahme einer Kalibrations-Platine im Wafer-Prober
Detailaufnahme einer Kalibrations-Platine im Wafer-Prober

Smartphones, smart homes, smarte Stromnetze, smarte Städte: Schätzungen gehen davon aus, dass bis zum Jahr 2030 voraussichtlich 500 Milliarden Geräte über das Internet verbunden sein werden, um zahlreiche alltägliche Anwendungen zu ermöglichen. Der Wunsch nach Miniaturisierung macht es erforderlich, dass einzelne Komponenten oftmals mehrere Funktionen gleichzeitig übernehmen, wie z.B. Antennen, die Signale empfangen und zugleich filtern können. Durch die geforderte hohe Integrationsdichte von elektronischen Komponenten und durch den Betrieb mehrerer Sendeeinheiten in unmittelbarer Nähe, können Störungen zwischen benachbarten Bauteilen auftreten. Das ist unbefriedigend, da das Zusammenspiel der Systeme sichergestellt werden muss. Derzeit sind allerdings nur sehr wenige gute Modelle zur elektromagnetischen Verträglichkeit für elektronische Komponenten verfügbar.

"Während aktive Bauteile, etwa Halbleiter, schon gut erforscht sind, kann sich die Einbettung passiver elektronischer Elemente wie Antennen oder Filter derzeit auf keine validen Modelle der Bauteile selbst stützen", formulierte der Leiter des neuen Grazer Labors, Wolfgang Bösch (Institut für Hochfrequenztechnik), die Problematik. Präzise Messmethoden, geeignete Modelle und effiziente Designstrategien für die Vorhersage des Verhaltens dieser Bauteile bei hohen Frequenzen, etwa in 5G-Systemen, würden fehlen. In 5G-Systemen werden die drahtlosen Kommunikationsverbindungen wegen dem höheren Datendurchsatz bei sehr hohen Frequenzen im Millimeterwellenbereich betrieben.

Elektronische Komponenten dreidimensional einbetten

Hier setzt das neue CD-Labor an. "Gemeinsam mit den Unternehmenspartnern AT&S, Fronius und Qualcomm suchen wir an der TU Graz gezielt Wege, elektronische Komponenten dreidimensional einzubetten und dabei eine sichere Multifunktionalität zu garantieren", schilderte Bösch. Dabei geht es auch um die Frage, wie multifunktionale und hoch integrierte Komponenten mit kombinierter Filter- und Antennenfunktion umfassend in der Theorie beschrieben und mit neuen Technologien gefertigt werden können.

Die passiven Bauteile werden sowohl im Mikrowellenfrequenzbereich als auch in der Leistungselektronik genau vermessen und modelliert. "Normale Messtechnik stößt hier an Grenzen - wir müssen hier grundlegend Neues entwickeln und uns der Frage stellen, wie wir überhaupt messen können, was wir messen müssen", erklärte Bösch. Neue Methoden für breitbandige Mikrowellenmessungen sollen helfen, die Genauigkeit in der Fertigung zu steigern und Fehler im Messprozess automatisch erkennbar zu machen.

Ziel sei es letztlich, Schwachstellen schon im Schaltungsdesign zu umgehen: "Entwicklungen nach dem trial-and-error-Prinzip sollen nicht zuletzt aus Kostengründen der Vergangenheit angehören. Wir werden daher ein Simulations- und Design-Framework erarbeiten, damit schon im Entwicklungsprozess solcher Geräte alle Parameter bekannt sind und mit korrekten Modellen gearbeitet werden kann", schloss der Forscher.

Mit der neuen Einrichtung sind an der TU Graz 13 CD-Labors in Betrieb. In den von der Christian Doppler Gesellschaft (CDG) für jeweils sieben Jahre genehmigten CD-Laboren kooperieren Wissenschafter mit Unternehmen im Bereich anwendungsorientierter Grundlagenforschung. Das Budget kommt dabei jeweils zur Hälfte von der öffentlichen Hand und den Unternehmenspartnern. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW).

Service: http://go.apa.at/dDnY84w2

(APA/red, Foto: APA/Lunghammer - TU Graz)

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