Сегодня уже никого не удивишь парковкой автомобиля с помощью радиолокационных датчиков. Множество других устройств с технологией радара сегодня вполне очевидны, такие как датчики точного расстояния и окружающей среды для роботов и машин в секторе промышленной автоматизации или высокопроизводительные передатчики и приемники в телекоммуникациях. Конкретные сценарии устройств, однако, высоко индивидуальны, количество экземпляров невелико, а производственные затраты очень велики. Это стало отправной точкой для исследовательской лаборатории DiFeMiS в Университете Технологии в Карлсруэ (KIT). А именно - разработать печатные технологии для индивидуальных, маленьких и недорогих высокочастотных систем до терагерцевого диапазона (THz). Лаборатория финансируется Федеральным министерством образования и исследований в размере около 3,37 миллионов евро.
Думая об электронике, мы чаще всего представляем себе компоненты на зеленой печатной плате. Но этот носитель для электронных компонентов подходит для схем, работающих только на частотах намного ниже 100 ГГц. При более высоких частотах платы обычно производятся с помощью процесса литографии, оптимизированном для массового производства. Для средних партий до 10 000 экземпляров, обычно выпускаемых мелкими и средними предприятиями, производство фоторезисторной маски для литографии слишком дорого. Новейшие аддитивные процессы и технология точной печати могут сократить этот разрыв между индивидуальным и массовым производством.
«Ключевой компонент, планируемый Исследовательской лабораторией, — это конфигурируемая печатная платформа с точностью до микрометра для будущего высоко гибкого и недорогого корпусирования», - говорит профессор Томас Цвик, который возглавляет Институт Радиочастотной техники и электроники в KIT. Корпусирование или монтаж и технологии соединения относятся ко всем компонентам, поддерживающих микрочипы, на печатной схеме, от проводимых проводов до антенны. Корпусирование очень зависит от устройства, так же, как и размер и ориентация антенн, например. Следовательно, серийно выпускаемые готовые решения вряд ли подходят. «При очень высоких частотах до терагерцевого диапазона, радиолокационная технология подходит для многих устройств, так как высокая частота требует увеличения точности измерений, более высоких скоростей передачи данных и дальнейшей миниатюризации».
Исследовательская лаборатория в KIT комбинирует системы для аддитивного и без-маскового методов нанесения и структурирования в гибкой печатной платформе. Специальные системы измерения могут быть применены для определения частотного поведения компонентов и систем при более чем 500 ГГц. Для печати электронных схем доступны несколько методов. Здесь в качестве чернил применяются материалы с различными электрическими свойствами. Эти методы являются двумерными, такие как струйная или аэрозольная печать, или трехмерными, такие как лазерная литография. Для схем с частотой выше 100 ГГц разрешение должно быть увеличено и необходимо комбинировать дополнительные свойства. Серьезная проблема лежит в точности размещения компонентов. Для этой цели процессы печати должны быть отрегулированы с точностью до микрометра, так, чтобы было обеспечено оптимальное взаимодействие компонентов из различных принтеров, а схемы были как можно меньше.
Мелкие и средние предприятия могли бы использовать цифровые производственные процессы для недорогого монтажа и соединения на частотах выше 100 ГГц, чтобы разрабатывать большое количество сенсорных устройств для Industry 4.0 и робототехники. Здесь должны быть решены многие задачи измерения от простого измерения расстояния до комплексных изображений. Благодаря своим хорошему разрешению, высокой точности, маленькому размеру и высокой надежности, высокочастотные датчики особенно хорошо подходят для этой цели. Более того, передатчики и приемники, базирующиеся на высокочастотных системах, могут применяться в телекоммуникациях. Цифровое производство может обеспечить индивидуальное, интегрированное и недорогое производство.
В Исследовательской лаборатории в KIТ над проектом DiFeMiS (немецкий акроним цифрового производства терагерцевых микроэлектронных систем) работают три исследовательские группы профессоров Томаса Цвика, Ульриха Леммера и Кристиана Кооса из Института радиочастотной техники и электроники, Института светотехники и Института фотоники и квантовой электроники. Недавно созданная группа Ахмета Кагри Улусой в Институте радиочастотной техники и электроники присоединится к проекту в ближайшее время. Лаборатория будет финансироваться Федеральным министерством образования и исследований (BMBF) в рамках программы «Лаборатории исследований микроэлектроники Германии» в размере 3.37 миллионов евро на период три года. Инвестиции в самые современные устройства и оборудование необходимы для исследований на высшем международном уровне. Двенадцать лабораторий были созданы в рамках этой программы, которые должны открыть новые сферы исследований для будущей микроэлектроники и будут использоваться для обучения молодых специалистов.
На сегодняшнем стартовом мероприятии Томас Рейчел государственный секретарь парламента BMBF, подчеркнул важность исследовательских лабораторий, как инвестиций в будущее. «Мы хотим продолжать жить само определяемой жизнью в быстро меняющемся мире. Для этого Германия и Европа должны иметь мощную технологическую базу. «Лаборатории исследований микроэлектроники в Германии» обеспечат свой значимый вклад. В этих лабораториях будет разрабатываться электроника для будущих десятилетий, а новые идеи и ноу-хау будут быстро переходить в ежедневное использование».
Являясь «Исследовательским Университетом Ассоциации Гельмхотца», KIT создает и предает знания для общества и окружающей среды. Цель этого – сделать значительный вклад в решение глобальных задач в сфере энергии, мобильности и информации. Для этого 9300 сотрудников работают в широком спектре дисциплин в естественных науках, инженерных науках, экономических, гуманитарных и социальных науках. KIT готовит 25 000 студентов для ответственных задач в обществе, промышленности и науке с помощью обучающих программ, основанных на исследованиях. Инновационные усилия Университета создает мост между важными научными открытиями и их внедрением на пользу общества, экономического процветания и сохранения естественной основы жизни.
Источник: Университет технологии Карлсруэ –
Университет исследований Ассоциации Гельмхотца