CD-Labor für Technologie basiertes Design und Charakterisierung von elektronischen Komponenten

Bis 2030 werden voraussichtlich 500 Milliarden Geräte mit dem Internet verbunden sein. Vornehmlich kommunizieren alle diese vernetzten Geräte drahtlos und erfordern somit Front-End-Module mit Sendern und Empfängern, Filtern und Antennen. Die Anwendungsbereiche reichen von Smart Cities, Smart Home, Smart Factory, Smart Grid, automatisiertem Fahren, Gesundheitswesen bis zur Raumfahrt. Es gibt einen eindeutigen Trend zu höheren Integrationsebenen, bei denen mehrere Empfangs- und Sendekanäle, bei mehreren Frequenzbändern gleichzeitig verbaut werden. Zusätzlich werden in 5G Systemen die drahtlosen Kommunikationsverbindungen wegen dem höheren Datendurchsatz bei sehr hohen Frequenzen im Millimeterwellenbereich betrieben. Durch die geforderte hohe Integrationsdichte von elektronischen Komponenten und durch das Betreiben mehrerer Sendeeinheiten in unmittelbarer Nähe werden gegenseitige Störungen zunehmend zu einem Problem, besonders da die Interoperabilität der Systeme auch unter diesen erschwerten Bedingungen sichergestellt werden muss. Derzeit sind nur sehr wenige gute Modelle zur elektromagnetischen Verträglichkeit für elektronische Komponenten verfügbar. Zusammenfassend wird folgende Forschungsfrage im CD Labor behandelt: Wie können multifunktionale und hoch integrierte Komponenten mit kombinierter Filter- und Antennenfunktion umfassend in der Theorie beschrieben und mit neuen Technologien gefertigt werden? Weiterführende Untersuchungen von passiven Strukturen und deren Anwendbarkeit bei mm-Wellen, die Entwicklung von umfassenden Modellen zur elektromagnetische Verträglichkeit von Bauteilen, und die Entwicklung neuer Messmethoden zur Validierung der erarbeiteten Modelle und zur Charakterisierung der aufgebauten passiven Strukturen. Das Forschungsziel des CD Labors soll in vier Forschungsbereiche unterteilt werden: (1) Theorie und Modellierung von passiven Mikrowellenkomponenten und Systemen. Ein neuer Modellierungsansatz wird untersuchen, um die Funktionalität von Antennen und Filtern zu kombinieren, gleichzeitig soll die Größe und die Komplexität reduziert werden. Phased Array Systeme mit den neu entwickelten 3D Filter/Antennen Strukturen und neuartige Materialien werden erforscht. (2) Einbettung passiver und aktiver Komponenten in Leiterplatten Neue Modelle für passive Verbindungen und Komponenten, sowie eingebetteter Wellenleiter werden erforscht und Anforderungen für mm-Wellen Anwendungen dargestellt. Neue Materialien (eingebettete Ferrite) und neuartige Technologien (optische Leiterplatten) sollen die Funktionalität von Schichtintegrationen weiter verbessern. (3) Genaue Schaltungs- und Systemcharakterisierung. Entwicklung neuer Methoden für breitbandige Mikrowellenmessungen auf ebenen Substraten mit bekannten Fertigungstoleranzen. Die Methode soll Fehler im Messprozess automatisch erkennen. Die Ergebnisse der anderen Arbeitspakete können so validiert und unseren Partnern ein wertvolles Feedback geben werden. (4) Modellierung der Interoperabilität und elektromagnetischen Verträglichkeit Die Miniaturisierung aller elektronischer Komponenten sowie die Anwendung moderner 3D-Integrationstechnologien bewirken eine starke elektromagnetische Wechselwirkung zwischen benachbarten Komponenten. Ein Simulations- und Design-Framework wird erforscht um die elektromagnetische Verträglichkeit und deren Auswirkungen bereits zu Beginn eines Entwicklungsprozesses vorherzusagen.