Schrittmacher für Elektromobilität und automatisiertes Fahren

AT&S bietet leistungsfähige Leiterplatten- und Packaging-Technologien für Elektro-/Hybrid-Antriebe und Fahrerassistenzsysteme

Leoben – 17. Januar 2019 – Elektromobilität und automatisiertes Fahren sind die beiden bestimmenden Trends in der Automobilindustrie mit hohem Wachstumspotenzial, aber auch technologischen Herausforderungen. So benötigen hybride bzw. elektrische Antriebe u.a. eine effiziente Leistungselektronik für die wesentlichen Subsysteme wie Inverter, Onboard-Charger oder DC/DC-Wandler. Letztendlich erfordert die Umsetzung der Elektromobilität auch leistungsfähige, Platz sparende und zuverlässige Verbindungs- und Packaging-Lösungen. Andererseits sind auf dem Weg zum autonomen Fahren neue leistungsfähige Sensorsysteme mit Sensor-Fusion und eine schnelle Kommunikation erforderlich, alles unter Wahrung der funktionalen Sicherheit und Security. All diese wesentlichen Automotive-Trends adressiert AT&S mit innovativen Verbindungs- und Packaging-Lösungen.

Effiziente Power
Elektromobilität nimmt weiter Fahrt auf, getrieben von gesetzlichen Vorgaben in allen wichtigen Regionen – angeführt von China. In der EU galt bisher für 2021 die Zielsetzung von 95 g CO2/km im Flottenschnitt. Neue Autos in der EU sollen bis 2030 einem aktuellen EU-Kompromiss zufolge dann nochmals 37,5 Prozent weniger Kohlendioxid ausstoßen als im Vergleichsjahr 2021. Ohne Hochvolt-Elektrifizierung und Mild-Hybrid-Fahrzeugen mit 48-V-Boardnetz ist das nicht zu erreichen – und hier spielt eine effiziente Leistungselektronik eine zentrale Rolle. AT&S erwartet in den nächsten Jahren ein überdurchschnittliches Wachstum bei Anwendungen im Zusammenhang mit Elektromobilität und setzt hier u.a. auf Embedded-Power-Technologien – sprich der Einbettung von Leistungshalbleitern wie MOSFETs in die Leiterplatte. Zu den wesentlichen Vorteilen von ECP (Embedded Components Packaging) gegenüber der konventionellen Leiterplatten-Bestückung gehören die signifikante Miniaturisierung dank der höheren Integration sowie die verbesserte Zuverlässigkeit und das ausgezeichnete thermische Verhalten. Außerdem ermöglicht ECP eine integrierte EMI-Schirmung und unterstützt die Anpassung unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten (CTE, Coefficients of Thermal Expansion) für eine schnelle und einfache Systemintegration.

Nachdem Silizium-basierte Lösungen langsam an ihre Grenzen kommen, verspricht der Einsatz von Wide-Band-Gap-Materalien wie GaN eine effizientere Leistungsumwandlung, mit einem höheren Wirkungsgrad und höherer Leistungsdichte. AT&S konnte hier in enger Zusammenarbeit mit Partnern sowohl die Abmessungen als auch die Kosten für diese neuen Bauelemente reduzieren und so zur schnelleren Adaptierung der neuen Technologien beitragen.

Automatisiertes Fahren erfordert High-Speed-Kommunikation und Sensor-Fusion
Der zweite Megatrend in der Automobilindustrie ist das automatisierte Fahren. Automatisiertes bzw. autonomes Fahren stellt für die Mikroelektronik-Industrie ein großes Potenzial dar. Der Leiterplattenmarkt für diese Anwendungen wächst derzeit beispielsweise rund 5,5 % jährlich. Bis 2020 soll der Kostenanteil elektronischer Komponenten im Auto auf 35 % steigen, bis 2030 sogar auf 50 % (Quelle: Statista 2018).

Mit zunehmendem Automatisierungsgrad und damit anspruchsvolleren Fahrerassistenzsystemen (ADAS) steigt im Auto auch der Bedarf an Sensoren und unterschiedlichen Sensor-Technologien. Während bis Level 2 eine Kombination aus Kamera- und Radar-Systemen ausreicht, spielt ab Level 3 auch Lidar eine entscheidende Rolle.

Aufgrund der immer höheren Frequenzen wie beispielsweise beim Rader müssen auch die Leiterbahnen auf den Leiterplatten als HF-Komponenten betrachtet und entsprechend ausgelegt werden. AT&S ist hier weltweit führend und hat Leiterplatten entwickelt, die im Frequenzbereich bis zu 80 GHz die erforderliche, auch kosteneffiziente Performance bieten. Diese Technologien sind beispielsweise die Basis für leistungsfähige Radar-Komponenten (Long-Range Radar mit 77/79 GHz) in Fahrerassistenzsystemen und damit unabdingbare Voraussetzung für autonomes Fahren.

Entscheidend ist eine möglichst schnelle, störungsfreie Signalübertrag mit minimierten Verlusten. Die Verlustes lassen sich in dielektrische, resistive, reflexionsbedingte, sowie Verluste bedingt durch Abstrahlung unterteilen. So wird das HF-Signal in der Leiterplatte durch verschiedene Parameter wie Länge des Leiters, Basismaterial (Verlustfaktor und Dielektrizitätskonstante), Reflektionen aufgrund von Bohrungen und Fehlanpassung der Impedanzen, Übersprechen zwischen Leitern (Crosstalk) und Störeinstrahlung von externen Quellen (EMV-Abschirmung) beeinflusst.

AT&S adressiert all diese Aspekte. So arbeitet man u.a. intensiv an neuen Materialien, um die Dielektrizitätskonstanten und den Verlustfaktor weiter zu senken. Weitere innovative Lösungen umfassen u.a. sehr dünne Kupferfolien mit geringer Rauigkeit (bei ausreichender Haftung) für maximale Geschwindigkeit oder asymmetrische Hybrid- bzw. Sandwich-Aufbauten (z.B. FR4 für die Digital-Layer und Keramikmaterialien wie PTFE für die High-Speed-Layer) für kosteneffiziente Leiterplattentechnologien bis zu Frequenzen von 80 GHz.

Zukunftsweisende Investitionen
AT&S erweitert mit einem Investitionsaufwand von rund 40 Mio. Euro seine Technologiekompetenz im Bereich der Automobilelektronik und produziert an den bestehenden Standorten Nanjangud, Indien (nahe Bangalore) und Fehring, Österreich (Südoststeiermark) Hochfrequenz-Leiterplatten für Anwendungen, die zum Beispiel bei Sensoren für Abstandsmessungen eingesetzt werden.