Anwendungen

Durchgeführte Projekte im Bereich der analogen und digitalen Schaltungsentwicklung für Hochtemperatur-Anwendungen

Hochtemperatur Anwendungen

In zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten konnte das Fraunhofer IMS umfangreiches Knowhow erarbeiten, um Lösungen für nahezu jedes schaltungstechnische Problem auch im erweiterten Temperaturbereich bis 300 °C anbieten zu können.

Das Fraunhofer IMS hat in den vergangenen Jahren in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten umfangreiches Knowhow erarbeitet, um analoge und digitale Schaltungskonzepte auch für den erweiterten Temperaturbereich von -55 °C bis zu 300 °C nutzbar zu machen. Die folgenden Beispiele geben einen Einblick in die vielfältigen Möglichkeiten integrierter Hochtemperatur-Elektronik.

eHarsh

Sensoren sind Schlüsselelemente für die Erfassung von Umgebungseigenschaften und bilden zunehmend die Grundlage für die intelligente Steuerung industrieller Prozesse. Häufig ist der Einsatz von Sensorsystemen bisher unmöglich, da die extremen Umgebungsbedingungen industrieller Prozesse, gekennzeichnet durch hohe Betriebstemperaturen, mechanische Belastungen in Form von Druck oder Vibration oder durch ein feuchtes bzw. chemisch aggressives Umfeld, einen zuverlässigen Betrieb empfindlicher Elektronikkomponenten nicht erlaubt. »eHarsh« hat das Ziel, intelligente Sensorsysteme gezielt für solche rauen Umgebungsbedingungen zu realisieren. Fraunhofer IMS entwickelt im Rahmen des Projekts anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, die in diesen Sensorsystemen eingesetzt werden sollen. Diese sind insbesondere ein Mikrocontroller sowie ein analoges Sensor-Frontend mit integriertem Analog-Digital-Umsetzer für piezoresistive Sensoren.

Dieses Projekt wird gefördert durch das interne Fraunhofer-Programm der Leitprojekte.

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HOTPROX

Zur Positionserfassung von Teilen oder Maschinenstellungen in der Industrie werden verschiedene Arten von elektronischen Sensoren eingesetzt. Induktive Näherungsschalter haben aufgrund ihrer Robustheit dabei einen hohen Marktanteil erreicht. In den vergangenen Jahren ist ein Trend zu einer Erweiterung des Anwendungsbereichs in Richtung höherer Temperaturen zu beobachten, um die Schalter auch in heißeren Bereichen, z. B. in Lackierstraßen oder Trockenöfen einsetzen zu können. Im Projekt HOTPROX wurde daher ein kompakter induktiver Hochtemperatur-Näherungsschalter mit vollständig integrierter Elektronik für den Einsatz im Temperaturbereich -25 °C bis +250 °C entwickelt, der von der kleinsten Bauform (zur Zeit M8) bis zur größten (zur Zeit M80) auf einem einheitlichen Konzept basiert. Der Baustein wurde in der HT-SOI-CMOS Technologie (H035) des Fraunhofer IMS hergestellt.

Dieses Projekt wurde gefördert durch das BMBF unter dem Förderkennzeichen 16ES0324.

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ADVICE

Das von der Europäischen Union geförderte Projekt ADVICE (ADvancing user acceptance of general purpose hybridized Vehicles by Improved Cost and Efficiency) leistet einen Beitrag zur Erreichung der anspruchsvollen Ziele zur Abgasreduzierung im europäischen Raum. Dazu wird eine Vielzahl von Maßnahmen speziell in Hybrid-Fahrzeugen umgesetzt, die zu einer Energieeinsparung unter starker Berücksichtigung des Kostenaspekts führen. Fraunhofer IMS erarbeitet in ADVICE Strategien, die Effizienz elektronischer Komponenten durch den Einsatz von Hochtemperaturelektronik zu erhöhen.

Dieses Projekt wird gefördert durch das Programm „Horizon 2020“ der Europäischen Union unter der Vorhabennummer 724095.

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E2COGaN

 

Das Fraunhofer IMS hat im EU- und BMBF-kofinanzierten Projekt E2COGaN (Energy Efficient Converters using GaN-Power Devices) Treiberschaltungen für GaN-Leistungstransistoren entwickelt, die vor allem in Umrichtern bei der Übertragung von Energie zum Einsatz kommen. Das Ergebnis ist ein Gate-Treiber, der an die speziellen Anforderungen von GaN-Leistungstransistoren angepasst ist und der zusätzlich bei Temperaturen bis 250 °C betrieben werden kann.

Dieses Projekt wurde gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 16ES0020K und die Forschungsinitiative Eniac der Europäischen Union unter der Vorhabennummer 324280.

HOTMOS

Im Projekt HOTMOS kooperierten das Fraunhofer IMS und Carnot CEA-LETI, um die Einsatzmöglichkeiten von Mikroelektronik in rauen Umgebungen zu erweitern. In dem Projekt wurde eine SOI-CMOS Technologieplattform für Mikroelektronische Schaltungen entwickelt, welche bei hohen Temperaturen von 250 °C und mehr arbeiten kann. Die Hauptmerkmale der Technologie sind:

  • Charakteristische Strukturgröße 0,35 µm
  • Integrationsdichte: 8500 Gates/mm²
  • Wolfram Metallbeschichtung, um Elektromigration zu verhindern
  • EEPROM-Speicher (Lesen, Schreiben und Löschen sind über den gesamten Temperaturbereich möglich)

Dieses Projekt wurde im Programm Inter Carnot Fraunhofer durch BMBF (Grant 03IO0804 / 01SF0804) und ANR gefördert

HOTDATA

In der Luftfahrttechnik besteht ein großes Potential an Energieeinsparung und Kostenreduktion durch die Steigerung der Effizienz von Triebwerken sowohl im Betrieb als auch bei deren Wartung. Dazu ist jedoch eine Vielzahl von Betriebsparametern direkt am Triebwerk zu erfassen, die Aufschluss über den momentanen Betriebszustand geben und Hinweise auf möglicherweise erforderliche Wartungsarbeiten erlauben. Fraunhofer IMS entwickelt im Projekt HOTDATA des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo V des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) einen hochtemperaturfähigen Datenkonzentrator, der als Schnittstelle zwischen einer Vielzahl von Sensoren auf der einen sowie einer digitalen Schnittstelle auf der anderen Seite konzipiert wird. Dieses Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 20X1713B.

Übersichtsseiten

High Temperature Electronics (Home)

Am Fraunhofer IMS werden integrierte Schaltungen, Sensoren und Aktoren in einer 0,35 µm SOI-CMOS Hochtemperatur-Technologie entwickelt und im eigenen Reinraum gefertigt.

Technologien

Wir entwickeln integrierte Schaltungen und Sensoren hoher Komplexität für Umgebungstemperaturen bis 300 °C in SOI-CMOS.

Leistungen

Im Bereich Hochtemperatur-Elektronik bietet das Fraunhofer IMS einen umfangreichen Leistungskatalog von der Konzeptstudie bis hin zur Fertigung an.

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