Aktuelles

Die Zustandsüberwachung von Maschinenkomponenten ist eine wichtige Voraussetzung für die Implementierung vorausschauender Wartung und anderer IIoT-Anwendungen im Maschinenbau. Je näher ein Sensorsystem an der zu messenden Stelle und dem zu messenden Parameter installiert werden kann, desto genauer, weniger verrauscht und mit geringerer Latenzzeit sind die Ergebnisse. Methoden und Technologien zur strukturellen Integration sind hierfür Kernkompetenzen. Diese Arbeit fasst kurz die Herausforderungen und Werkzeuge für die strukturelle Integration intelligenter Sensorsysteme zusammen. Darüber hinaus wird der Stand der Technik ausgewählter kommerzieller Produkte vorgestellt. In diesem Paper liegt der Fokus auf einer IIoT-Toolbox und ihrer Anwendung bei der Entwicklung einer intelligenten Kugelumlaufspindel. Das vorgeschlagene Sensorsystem kann problemlos als Nachrüstsatz in neuen Doppelmutter-Kugelumlaufspindeln sowie in überarbeiteten Kugelumlaufspindeln installiert werden.

Die wirtschaftlichen Folgen der aktuellen Lieferengpässe verdeutlichen die Bedeutung der Mikroelektronik. Um hier für die Zukunft gerüstet zu sein, ist, neben neuen Produktionsstätten in Europa, eine Technologiesouveränität in Forschung und Entwicklung erforderlich. Genau dieser Herausforderung stellt sich das Leistungszentrum »Funktionsintegration für die Mikro- /Nanoelektronik«. Es bündelt die Kompetenzen von vier Mikroelektronik- Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft sowie einschlägiger Institute an Universitäten und Hochschulen in Dresden und Chemnitz. Dadurch schafft das Leistungszentrum ein breites Angebot für Technologien der Mikroelektronik und Mikromechanik. Dieses richtet sich sowohl an die großen Player der Mikroelektronikindustrie als auch dezidiert an kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), denen durch die Bereitstellung von flexiblen Technologieplattformen ein niederschwelliges Angebot unterbreitet wird, um von Hochtechnologie zu profitieren, ohne selbst die investitionsintensiven Plattformen entwickeln zu müssen.

Gemeinsam mit Globalfoundries Dresden hat ein Verbund aus Fraunhofer-Instituten in Sachsen eine Sensor-Plattform entwickelt, mit der individuell konfigurierbare IoT- und Edge Computing-Lösungen geschaffen werden können. Damit haben nun erstmals auch kleinere und mittelständische Anbieter die Möglichkeit, kostengünstig besonders leistungsfähige, energieeffiziente und hochintegrierte Systeme zu produzieren. Im Gegensatz zur eigenständigen Entwicklung reduzieren sich zeitlicher Aufwand und Entwicklungskosten dafür deutlich.

Die Fachmesse „Embedded World“ ist die internationale Leitmesse für Embedded-Systeme. Es wurden dieses Jahr schwerpunktmäßig die Themen „Sicherheit elektronischer Systeme“, „Verteilte Intelligenz“, das „Internet der Dinge“ (IoT) sowie E-Mobility und Energieeffizienz adressiert. Dabei deckt diese Messe in der Wertschöpfungskette hardwareseitig das Spektrum von den Bauelementen über Module bis hin zu Komplettsystemen ab. Darüber hinaus wurden zugehörige Software, Betriebssysteme und einschlägige Dienstleistungen gezeigt bzw. angeboten. Das Leistungszentrum wurde auf der „Embedded World 2020“ vom 25.-27.02.2020 durch das Partnerinstitut Fraunhofer IIS/EAS präsentiert. Für die Arbeiten im Leistungszentrum, sowie in dem aus dem Zentrum heraus entstandenen Projekt „Universelle Sensorplattform“ (USeP) von besonderer Relevanz waren die Themen „Embedded Intelligence“ und „Sensorsysteme als IoT Knoten“ inklusive zugehöriger Kommunikationsverfahren. Die Sensry GmbH, eine Firmengründung aus dem Leistungszentrum heraus, war auf der Messe im Start-up Bereich vertreten.

Das Leistungszentrum war mit seinen Forschungspartnern Fraunhofer IZM und Fraunhofer ENAS auf dem von dem internationalen Industrieverband SEMI Europe veranstalten Fachtagung 3D & Systems Summit vertreten, welche mit mehr als 200 Teilnehmern vom 27.-29.01.2020 in Dresden stattgefunden hat. Die im Leistungszentrum gebündelten Kompetenzen dieser Partner im Bereich der 3D Heterointegration wurden in mehreren Fachbeiträgen einem internationalen Fachpublikum präsentiert. Darüber hinaus präsentierten Fraunhofer IZM und ENAS sowie das Leistungszentrum gemeinsam neueste Wafer-Aufbauen und Trends aus den Bereichen Through-Silicon-Vias, 3D Packaging, heterogener Systemintegration und System-in-Package-Technologien auf einem Ausstellungsstand.

Mit einer Auftaktveranstaltung am 21.10.2019 gab das Leistungs-/Transferzentrum „Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik“ den offiziellen Startschuss für die Förderphase 2019/2020. Die Veranstaltung fand in dem repräsentativen Dülfer-Festsaal der TU Dresden im Beisein des Staatsekretärs im sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst, Herrn Uwe Gaul, sowie von Prof. Kurz, Mitglied des Vorstandes der Fraunhofer-Gesellschaft, statt. Das Leistungszentrum wird in diesem Zeitraum in seiner Entwicklung zu einem Zentrum mit Transferverbindlichkeit vom Freistaat Sachsen mit 5 Mio. € gefördert. Weitere Mittel für begleitende Maßnahmen werden von der Fraunhofer-Gesellschaft bereit gestellt. Der Koordinator des Leistungszentrums, Prof. Hubert Lakner, gab in seinem Beitrag einen kurzen Rückblick auf die Leistungen und Erfolge des Leistungszentrums in der vorangegangenen Pilotphase sowie einen Einblick in die aktuellen Forschungsschwerpunkte und Planungen bis Ende 2020.

Das Leistungszentrum „Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik“ erhielt jüngst den Bescheid für eine Förderung durch den Freistaat Sachsen bis Ende 2020. Die Fördersumme beläuft sich auf mehrere Millionen Euro. Ziel ist es das Leistungszentrum zu einem Zentrum für den Transfer in die Wirtschaft und auch in die Zivilgesellschaft zu entwickeln. Basis hierfür ist eine exzellente Forschung. Diese kann jetzt mit Hilfe dieser Förderung von den Fraunhofer-Instituten IPMS, ENAS, IIS-EAS und IZM-ASSID gemeinsam mit Partnern an der TU Dresden, TU Chemnitz und HTW Dresden vorangetrieben wird. Fokusthemen sind die strukturintegrierte, drahtlose Sensorik in Werkzeugen, mikromechanische Ultraschallwandler sowie die Integration dünner, heterogener Sensorsysteme.

Deutschlands Innovations- und Wirtschaftsstärke beruht vor allem auf kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU), die sich mit leistungsfähigen Produkten und Dienstleistungen erfolgreich am Markt behaupten. Dafür benötigen die KMU zunehmend hochintegrierte Technologien, deren Eigenentwicklung für viele Unternehmen zu aufwendig, langwierig und teuer ist.

Für mittelständische Anbieter elektronischer Lösungen ist das »Internet der Dinge« mit nahezu unüberwindlichen Hürden verbunden. Denn für konkurrenzfähige Produkte der Zukunft fehlt ihnen derzeit oftmals der Zugang zu den Hochtechnologien der Mikroelektronik. Das will ein Verbund aus vier sächsischen Fraunhofer-Instituten mit Unterstützung von Kollegen aus Berlin und Erlangen in den kommenden zwei Jahren grundlegend ändern. Gemeinsam mit dem Halbleiterhersteller GLOBALFOUNDRIES Dresden arbeiten sie an einer »Baukastentechnologie«, die dem Mittelstand erstmals eine einfache Nutzung zukunftsweisender Systemarchitekturen und Fertigungsmethoden ermöglichen soll. Um dabei genau den Bedarf zu berücksichtigen, können Firmen ihre Ideen in die Umsetzung einbringen und die spätere Lösung testen.

Vier sächsische Fraunhofer-Einrichtungen schließen sich mit den Technischen Universitäten Dresden und Chemnitz zum Leistungszentrum »Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik« zusammen. In enger Kooperation mit ansässigen Unternehmen sollen Forschungs-Know-how vertieft, Innovationen schneller in Anwendungen und Produkte umgesetzt und damit die Region gestärkt werden. Als offizieller Start ist der 1. Juli 2015 geplant.