Wie wird Elektronik sicher und langlebig?

Dr. André Lange und sein Team erforschen die wirklichkeitsgetreue Prognose von Altersvorgängen in Schaltungen.

Methoden und Software für zuverlässige und robuste ICs

Elektronische Systeme werden immer komplexer und können immer mehr. Umso wichtiger ist es, dass die darin verbauten Elektronikkomponenten zuverlässig und auf Dauer funktionieren. Gerade in der Automobilindustrie, der Medizintechnik oder der Industrieautomation ist diese Sicherheit unabdingbar. Dr. André Lange ist Gruppenleiter für Qualität und Zuverlässigkeit am Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS des Fraunhofer IIS und erklärt hier im Interview, wie Kunden von seinen Angeboten profitieren können.

© Fraunhofer IIS/Katharina Knaut

Bereits im IC-Entwurf werden die Kundenanforderungen zu Robustheit und Zuverlässigkeit berücksichtigt.

Dr. André Lange
© Fraunhofer IIS/Katharina Knaut

Dr. André Lange (l.) und sein Team unterstützen Kunden bei der Bewertung von Zuverlässigkeit und Robustheit elektronischer Komponenten

Dr. Lange, wie unterstützt Ihr Arbeitsgebiet zukünftige Entwicklungen in der Elektronik?


Dr. André Lange: Unsere Arbeiten zielen darauf ab, den Entwurf sicherheitskritischer und/oder langlebiger Elektronik zu unterstützen. Das ist umso entscheidender, wenn neue Fertigungstechnologien ins Spiel kommen, wie z. B. in der Automobilelektronik, oder wenn klassische Ansätze abgelöst werden, z.B. bei intelligenter Sensorik in der Industrieautomation. Mit unserer Hilfe wird es möglich, auch für immer kleinere Systeme und neuen Fertigungstechnologien die Elektronik-Alterung über die Nutzungsdauer realistisch abzubilden. So können innovative ICs mit einer hohen Zuverlässigkeit entwickelt werden

 

Wer kann mit Ihnen zusammenarbeiten und wofür?

 

Dr. André Lange: Normalerweise arbeiten wir mit Foundries, das sind Halbleiterfertiger, und IC-Designern zusammen. Wir adressieren aber auch IDMs, also Hersteller von Halbleiterbauelementen mit Entwicklung und Produktion, sowie Endanwender. Letztere wollen immer häufiger wissen, welche Halbleitertechnologien in ihren Produkten verwendet werden und wie es um deren Zuverlässigkeit steht. Daher werden entsprechende Nachweise von den Zulieferern gefordert. IC-Designer sind angehalten, die Zuverlässigkeit ihrer Entwürfe nachzuweisen, und benötigen dafür entsprechende Informationen über die verwendeten Halbleitertechnologien von den Foundries. In diesem Umfeld bauen wir Brücken zwischen den verschiedenen Playern.

 

Welche Vorteile hat eine Firma, die mit Ihnen zusammenarbeitet?

 

Unser Fokus liegt auf Alterungsmodellen für integrierte Transistoren, mit denen das Langzeitverhalten von ICs in Simulationen untersucht werden kann. Für die Erstellung dieser mathematischen Modelle sind Zuverlässigkeitsmessungen an Teststrukturen auf Wafern erforderlich. Darauf aufbauend müssen die Modelle entsprechend des Kundenbedarfs definiert und parametrisiert sowie in Entwicklungssoftware für integrierte Schaltungen des Kunden umgesetzt werden. Wir bieten Kunden das gesamte Spektrum oder auch Teile davon.

Industrieller Stand ist, dass die verschiedenen Entwurfsumgebungen für ICs jeweils mit eigenen Alterungsmodellen ausgestattet sind und daher eine Konsistenz nicht vorhanden ist. Genau diese Konsistenz schaffen wir, indem wir alle gängigen Entwurfsumgebungen gleichermaßen unterstützen. IC-Designern können wir darüber hinaus Alterungsmodelle anbieten, die auf ihre Bedürfnisse, z.B. im Hinblick auf die Genauigkeit, zugeschnitten sind. Für Endanwender ist vor allem unser Überblickswissen zu den verschiedenen Bereichen wichtig.

 

Wie kommt die Zusammenarbeit zustande?

 

Die Kontaktaufnahme verläuft recht unterschiedlich. Wir kennen einige unserer Kunden schon länger, andere treffen wir z.B. auf Messen. Wir sind auch schon über unsere Webseite bereits gefunden worden.

 

Welche Beispiele gibt es für gelungene Zusammenarbeit?

 

Wir haben unser Wissen erfolgreich in zahlreichen Projekten mit Industriekunden umgesetzt. Das umfasste Zuverlässigkeitsmessungen, Modellbildung und -parametrisierung sowie die Implementierung in Entwurfsumgebungen. Zudem haben wir bereits vielfältige Zuverlässigkeitsaspekte aus Anwendersicht untersucht. Je nach Ausgangslage konnten wir in diesen Projekten Ergebnisse erzielen, die das Angebot des Auftraggebers erweitert oder seinen Wissensvorsprung vergößert haben. An anderer Stelle haben wir auch die Arbeiten eines Kunden in seinem Auftrag beurteilt.  

 

Zum Schluss eine persönliche Frage: Was motiviert Sie bei Ihrer Arbeit?

 

Mich reizt insbesondere die übergreifende Arbeit. In unserem Themengebiet bearbeiten wir Fragestellungen, die innerhalb von Firmen bisher von verschiedenen, voneinander weitgehend losgelösten Bereichen adressiert werden. Wir kennen die unterschiedlichen Anforderungen und Denkweisen dieser Bereiche und schaffen Verbindungen zwischen ihnen.

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