Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)

Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)

Für Entwicklungen aus dem Halbleiterbereich brauchen Unternehmen einen langen Atem: Es gilt, zahlreiche einzelne Institute zu beauftragen. Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland vereint daher nun die Kompetenzen verschiedener Forschungsinstitute, beteiligt ist auch das Fraunhofer FHR. Über verschiedene Neuanschaffungen sind dabei auch Technologien nutzbar, die es bis dato in Deutschland nicht gab.

© Fraunhofer FHR
Sphärische Nahfeld-Antennenmessanlage der Firmen NSI-MI und Telemeter zur hochgenauen Charakterisierung von Antennen komplexer Radarsysteme.Unten rechts: Die-Placer FINEPLACER® pico von Finetech bei der Bearbeitung einer Hochfrequenzplatine.

Brauchen Mittelständler oder Start-Ups Entwicklungen aus dem Halbleiterbereich, wird es vielfach schwierig. Schließlich kommt es selten vor, dass ein Forschungsinstitut alle benötigten Kompetenzen abdeckt. Für die Unternehmen heißt das: Es müssen zahlreiche Institute kontaktiert und viele Einzelverträge geschlossen werden – ein riesiger Aufwand. Hier setzt die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, kurz FMD, an: Nach dem Vorbild großer Mikroelektronik-Institute im Ausland bündelt sie die deutschen Kompetenzen und gründet eine virtuelle gemeinschaftliche Struktur. Beteiligt sind elf Fraunhofer-Institute des Verbunds Mikroelektronik und die zwei Leibniz-Institute FBH und IHP. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte den Aufbau der FMD mit insgesamt 350 Millionen Euro – vor allem, um die technologischen Lücken zwischen den Instituten zu schließen und Technologien zu etablieren, die es bisher in Deutschland nicht gab. Das Fraunhofer FHR bringt vor allem seine Kompetenzen im Bereich der Hochfrequenztechnik, der Antennenmesstechnologie sowie der Fertigung von Platinen, Radarmodulen und Hochfrequenzstrukturen ein.

Die Kunden profitieren direkt von diesem Zusammenschluss. Sie brauchen nur noch einen Ansprechpartner zu kontaktieren, erhalten einen einzigen Vertrag und bekommen die komplette Entwicklungskette aus einer Hand. Nehmen wir das Beispiel eines Radarchips: Das Schaltungsdesign wäre z. B. beim Fraunhofer FHR beheimatet, die Fertigung am IHP in Frankfurt/Oder bzw. beim Fraunhofer IAF in Freiburg, das Packaging würde am Fraunhofer IZM in Berlin durchgeführt, zum Schluss käme wieder das Fraunhofer FHR mit der Radar- oder Antennenprüfung ins Spiel. Das Unternehmen würde für die gesamte Kette nur mit der FMD verhandeln.

Antennenmesskammer für komplexe Radarsysteme

Eine der Schlüsselkompetenzen, die das Fraunhofer FHR in die FMD einbringt, ist die Antennenmesstechnologie. Welche Eigenschaften haben Antennen für Radarsysteme – wie sieht etwa ihre Abstrahlcharakteristik aus? Eine Antennenmesskammer, die im Rahmen der FMD angeschafft wurde, ermöglicht künftig exakte Untersuchungen von Einzel- und Gruppenantennen im Frequenzbereich von 300 Megahertz bis 50 Gigahertz. Die Kammer selbst ist fertiggestellt. Derzeit wird noch am range assessment gearbeitet – also an der Überprüfung des Testfelds. Dabei wird die Messkammer nach vorgegebenen Kriterien charakterisiert, um die Qualität der Messungen belegen zu können. Auch kleinste Antennen können am Fraunhofer FHR neuerdings mit FMD-Infrastruktur analysiert werden: Etwa On-Chip-Antennen, also ein bis zwei Millimeter kleine, auf einem Chip integrierte Antennen.

Additive Fertigung von Hochfrequenzplatinen

Eine weitere Neuanschaffung adressiert die additive Fertigung von Hochfrequenzstrukturen: Es handelt sich um Metalldrucker und Kunststoffdrucker im industriellen Maßstab. Während 3D-Drucker, wie man sie von zuhause kennt, nur kleine Strukturen und geringe Stückzahlen fertigen können, erlauben diese Drucker die Herstellung von bis zu einem Kubikmeter großen Volumen. Eine weitere Besonderheit: Mit dem Metalldrucker lassen sich auch Hohlleiterstrukturen drucken. Auch der Kunststoffdrucker eröffnet zahlreiche neue Möglichkeiten: Etwa das Drucken von Antennenstrukturen, Linsen und Gehäusen. Die Geräte sollen im Juli 2020 in einer eigens angemieteten Halle aufgebaut werden.

Prototypen von Platinen kurzfristig herstellen

Durch die Investitionsmittel der FMD war das FHR in der Lage verschiedene Geräte anzuschaffen, unter anderem Laserfräsen, Placer und Bonder, um Prototypen von Platinen herzustellen – und das kurzfristig und schnell. Damit lassen sich sowohl Teilsysteme erzeugen – etwa zur Signalgenerierung – als auch ganze Systeme, beispielsweise ein komplettes Radarsystem. Hierfür wurde der Gerätepark von Aufbau- und Integrationstechnik erweitert. In einer Messkammer, die den Bereich von acht Gigahertz bis zu einem Terahertz abdeckt, lassen sich die hergestellten Teilsysteme überprüfen. Ein Klimaprüfschrank komplettiert die Messmöglichkeiten, hier lassen sich die Systeme unter verschiedenen Temperaturen und Luftfeuchten untersuchen.

Materialtests

Wie viele Radarstrahlen reflektiert ein Objekt oder ein Material, und wie viele dringen hindurch? Dies lässt sich über die RCS-Messung untersuchen, und zwar unter verschiedenen Einstrahlwinkeln und Abständen. Dabei sind sowohl monostatische Messungen möglich, bei denen eine Antenne das Signal abstrahlt und das reflektierte Signal empfängt, als auch bistatische, bei denen Sende- und Empfangsantenne getrennt sind.