FuE-Projekt: Fertigungsprozesse integrierter Schaltungen mit bisher unerreichten Strukturgrößen von bis zu 5 nm

Motivation
Europa und vor allem Deutschland besitzen in der Mikroelektronik besondere Stärken in der Automobil-, Energie-, Sicherheits- und Industrieelektronik. Um die Mikroelektronikkompetenz im Hinblick auf eine breite Digitalisierung zu stärken, fördert die Europäische Kommission gemeinsam mit Mitgliedsstaaten in der Initiative ECSEL Forschungsvorhaben und Pilotlinien. Deutsche Schwerpunkte liegen dabei auf multifunktionalen Elektroniksystemen, energiesparender Leistungselektronik, dem Design komplexer Systeme sowie Produktionstechnologien.

Ziele und Vorgehen
Ziel des Projekts TAKE5 ist es, Funktionsdemonstratoren für die Herstellung modernster Mikroelektronik zu entwickeln. Deren kleinste Strukturen sollen bisher unerreichte fünf Nanometer klein werden. Das entspricht einer Ausdehnung von nur noch zehn Atomlagen. Ein zentraler Bestandteil sind leistungsfähige Optiken für extrem kurzwelliges Licht. Der Fokus der deutschen Arbeiten liegt dabei auf der Entwicklung einer innovativen Beleuchtungseinheit durch den Partner ZEISS sowie der Konstruktion komplexer Geometrien für optische Masken durch das beteiligte Fraunhofer-Institut.

Innovationen und Perspektiven
Im Erfolgsfall ermöglicht TAKE5 Mikrochips abermals gesteigerter Höchstintegration. Dies schafft entscheidende Fortschritte bei der Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz von mikroelektronischen Bauteilen. Dadurch wird die europäische Industrie stärker an der Wertschöpfung im Zusammenhang mit den globalen Trends „Internet der Dinge“ und „Digitalisierung“ teilhaben.

Europäische Partner
Belgien: ASM Belgium NV, Interuniversitair Micro-Electronica Centrum IMEC VZW, LAM Research Belgium; Frankreich: Coventor SARL; Israel: Applied Materials Israel LTD, Intel Electronics LTD, Jordan Valley Semiconductors LTD, KLA-Tencor Corporation, Nova Measuring Instruments LTD; Niederlande: ASML Netherlands B.V., FEI Electron Optics B.V.

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FuE-Projekt: Mikro-elektromechanisches Elektroniksystem zur Zustandsüberwachung in der Industrie 4.0

Motivation
Im Zukunftsprojekt Industrie 4.0 bietet sich heute die Chance, über eine intelligente Steuerung und Vernetzung die Flexibilität, die Energie- und die Ressourceneffizienz von Produktionsprozessen auf eine neue Stufe zu heben. Elektronik und Sensorik, die zu den Stärken gerade auch kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) in Deutschland zählen, spielen dabei eine Schlüsselrolle. Durch die Einbettung in Produktionsanlagen und Produkte werden die Potenziale der Mikroelektronik und der Digitalisierung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 nutzbar gemacht und die Innovationsdynamik der deutschen Industrie gestärkt.

Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben wird ein Sensorsystem zur Erfassung von Vibrationen in Produktionsanlagen entwickelt, um durch kontinuierliche Zustandsüberwachung ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden. Die Sensoren sind hochintegriert, vernetzt, energieautark und mit einer selbstlernenden intelligenten Aus-wertung ausgestattet. Sie detektieren Unterschiede zwischen gemessenen und gespeicherten Körperschallprofilen und reagieren auf Änderungen, die auf einen Defekt hindeuten. Zentrale Themen der Entwicklung sind die Energieerzeugung im Sensor selbst sowie die Datensicherheit und die Robustheit des Gesamtsystems unter realistischen Bedingungen.

Innovationen und Perspektiven
Das neuartige System wird robuste, selbstlernende, vernetzte Sensoren ohne externe Energieversorgung oder Batterien umfassen, die durch Aufnahme von Körperschall den Betriebszustand von Maschinen überwachen und bei potenziellen Defekten eine Warnung ausgeben. So werden Datenverkehr und Energieverbrauch minimiert. Die Teilergebnisse, insbesondere die Energieautarkie, lassen sich auch auf andere Probleme im Bereich vernetzter Sensoren übertragen.

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FuE-Projekt: Sensorsysteme zur Überwachung und Steuerung von Kunststoffverarbeitungsprozessen

Motivation
Im Zukunftsprojekt Industrie 4.0 bietet sich heute die Chance, über eine intelligente Steuerung und Vernetzung die Flexibilität, die Energie- und die Ressourceneffizienz von Produktionsprozessen auf eine neue Stufe zu heben. Elektronik und Sensorik, die zu den Stärken gerade auch kleiner und mittlerer Unternehmen in Deutschland zählen, spielen dabei eine Schlüsselrolle. Eine Echtzeitsteuerung ist heute jedoch noch nicht in allen Produktionsprozessen möglich: beispielsweise existieren keine geeigneten Sensorsysteme und Methoden zur Datenauswertung, um die Herstellung von Kunststoffprodukten wie Rohren und Schaumplatten in kontinuierlichen Pressverfahren zu überwachen. Hierdurch wird die Effizienz in der Produktion solcher Bauteile beeinträchtigt und die Qualitätskontrolle erschwert.

Ziele und Vorgehen
Ziel des Forschungsprojekts KontiSens sind drei verschiedene Sensorsysteme (akustisch, thermisch und dielektrisch), mit deren Hilfe die Eigenschaften von Kunststoffschäumen bereits während der Herstellung in Echtzeit überwacht werden können. Hierzu sollen neben den Sensoren selbst auch neuartige Algorithmen zur Fusion und Auswertung der Sensordaten untersucht werden, mit deren Hilfe eine Überwachung der Produktqualität ermöglicht wird. Die Daten sollen in die Anlagensteuerung einfließen und in Verbindung mit Prozessparametern zur Visualisierung und Kontrolle der Produktion verwendet werden.

Innovationen und Perspektiven
Die Ergebnisse des Projekts können wesentlich zur Umsetzung des Industrie-4.0-Modells in der Kunststoffverarbeitung beitragen und eignen sich auch für die Anwendung in ähnlichen Prozessen in der Lebensmittel- und Baustoffindustrie sowie in der Medizintechnik.

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Automationa Valley FuE-Projekt: Nahfeldlokalisierung von Systemen in Produktionslinien Elektroniksysteme

Motivation
Für zukünftige Produktionssysteme nach den Anforderungen von Industrie 4.0 wird die lokale intelligente Kommunikations- und Lokalisierungstechnik immer wichtiger. Existierende Lösungen können aufgrund ihrer Größe nicht unmittelbar in Werkzeuge oder Fertigungssysteme integriert werden. Mit der Entwicklung eines entsprechend miniaturisierten Systems soll eine neuartige Kommunikations- und Lokalisierungslösung geschaffen werden.

Ziele und Vorgehen
Ausgehend von modularisierbaren und hochleistungsfähigen elektronischen Lokalisierungssystemen sollen durch modernste Aufbau- und Verbindungstechniken (AVT), wie der 3D-Integration, neue Realisierungs- und Anwendungsvarianten eröffnet werden. Unter Einsatz neuer, anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs) wird eine universelle Sensorplattform entwickelt, die durch minimale Anpassungen in unterschiedlichen Industrieanwendungen eingesetzt werden kann. Die Forschungsergebnisse sollen abschließend in Form von Demonstratoren im Industrieeinsatz überprüft werden.

Innovationen und Perspektiven
Die Zusammenarbeit von Lokalisierungseinheiten unterschiedlicher Intelligenz unter Nutzung einer gemeinsamen Infrastruktur ermöglicht den Übergang von bestehenden Insellösungen zu einheitlichen Lösungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Neue wissenschaftliche Ergebnisse werden auf dem Gebiet der sich autonom konfigurierenden Systeme, im Bereich der flexiblen Funkprotokolle und der verteilten Positionsberechnung erwartet, wodurch die deutsche Produktions- und Automatisierungstechnik einen Innovationsvorsprung erlangt.

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FuE-Projekt: Mikroelektronik in Deutschland für Industrie 4.0 fit machen

Motivation
Europa und vor allem Deutschland besitzen in der Mikroelektronik besondere Stärken in der Automobil-, Energie-, Sicherheits- und Industrieelektronik. Um die Mikroelektronikkompetenz für die breite Digitalisierung zu stärken, fördert die Europäische Kommission gemeinsam mit Mitgliedsstaaten in der Initiative ECSEL Forschungsvorhaben und Pilotlinien. Deutsche Schwerpunkte liegen dabei auf multifunktionalen Elektroniksystemen, energiesparender Leistungselektronik, dem Design komplexer Systeme sowie Produktionstechnologien.

Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben werden Fertigungs- und Logistikprozesse im Rahmen von Industrie 4.0 in der Halbleiterherstellung ganzheitlich betrachtet. Dadurch rücken neben dem steigenden Datenaufkommen auch Sicherheitsaspekte in den Fokus, so dass Mittel gegen Cyberangriffe im Fertigungsumfeld erforscht werden. Ein weiterer Aspekt sind automatisierte Entscheidungsprozesse: Simulationen von Fertigung und Logistik verbessern die Planbarkeit, wodurch die Kosten sinken und die Produktverfügbarkeit und -qualität steigt. Für die Steuerung der Produktionsprozesse werden geeignete Elektronikkomponenten entwickelt. Das Zusammenspiel aller Kompetenzen der europäischen Partner wird in einer Pilot-Fertigungslinie demonstriert.

Innovationen und Perspektiven
Bisherige manuelle Prozeduren werden entfallen und gestatten so eine durchgängige Automatisierung der Halbleiterproduktion. Über Verbesserungen bei Verfügbarkeit, Flexibilität sowie Steuerbarkeit der Fertigungsanlagen soll das Vorhaben eine Signal- und Beispielwirkung auf andere europäische Halbleiterfertiger ausüben und ihre gegenwärtige und zukünftige Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Vergleich stärken.

Europäische Partner
Frankreich: Ion Beam Services; Italien: Universita degli Stu di Pavia, L.P.E. SPA, Politecnico di Milano; Österreich: Infineon Technologies, Kompetenzzentrum Automobil- und Industrieelektronik, Know Center, Infineon Technologies IT-Services, Austria Technologie & Systemtechnik, Fraunhofer Austria Research, TU Wien, Plansee SE, AVL List, Universität Klagenfurt, Kompetenzzentrum – Das Virtuelle Fahrzeug, Austrian Institute of Technology, FH Burgenland, Materials Center Leoben; Portugal: Universidade de Aveiro, Instituto de Telecomunicacoes, Nanium S.A., Critical Manufacturing SA

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Bosch-Rexroth: Die Fabrik der Zukunft schafft Mehrwert (3 Kernaspekte)

Dr. Heiner Lang, Leiter der Business Unit Automation & Electrification Solutions bei Bosch Rexroth, erklärt, wie sich Unternehmen schon heute auf Industrie 4.0 einstellen können und müssen. In der Fabrik der Zukunft ist mehr Flexibilität und Agilität erforderlich.

„Die Software-Industrie hat vor ein paar Jahren den Anfang gemacht und ihr altes Geschäftsmodell über Bord geworfen. Verkaufte sie früher noch einmalig Programme auf CD, setzen die IT-Anbieter von Adobe bis SAP heute auf Abonnement-Modelle mit regelmäßigen Lizenzeinnahmen. Auch in der Automobilindustrie, dem wichtigsten Abnehmer für Werkzeugmaschinen, bahnt sich ein solcher Umbruch an. Wenn man mit Automobilunternehmen über die Zukunft spricht, sehen sie sich immer weniger als reine Hersteller von Autos, die ihre Produkte immer wieder an die gleichen Fahrer verkaufen. Zusätzlich wollen sie sich mit Car-Sharing Modellen als Mobilitätsunternehmen etablieren, die auch selbst Fahrzeuge betreiben. Im Ergebnis werden sich Seriengrößen deutlich verringern – mit erheblichen Auswirkungen auf das zukünftige Produktionsumfeld. Es wird noch höhere Ansprüche an Wandlungsfähigkeit stellen als bisher, zumal die Produktlebenszyklen kürzer werden und damit die Stückzahlen weiter sinken….

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