NXP Semiconductors hat alle Hände voll zu tun, als einer der weltweit führenden Hersteller von integrierten Schaltungen mit den Anwendungen seiner Produkte Schritt zu halten, die vom Automobilbereich bin zur drahtlosen Infrastruktur reichen. Auch wenn die Entwicklung der Technologie für diese Anwendungen sicherlich eigene Herausforderungen stellt, erweist es sich als ebenso schwierige Aufgabe, sicherzustellen, dass die Technologie im Endgerät ordnungsgemäß arbeiten kann. Wir haben vor kurzem mit Michael Lyons, dem Automotive Marketing Manager der Logic-Geschäftssparte von NXP, gesprochen, um ein wenig mehr über das zu erfahren, was wir als eine der interessantesten Aufgaben betrachten, die sich IC-Entwicklern heutzutage stellt: die Anwendung integrierter Schaltungen unter extremen Bedingungen. Wie gelingt es also, dass etwas so empfindliches und komplexes wie die IC-Technologie einigen der härtesten industriellen Umgebungen standhalten kann, die in der modernen Welt bekannt sind?
Zum Glück hat Lyons es uns leicht gemacht, ein fundiertes Verständnis des Prozesses zu entwickeln und gleichzeitig recht beeindruckt zu sein. Wie sich zeigt, muss leider ein wenig Arbeit investiert werden, um die Tauglichkeit von Halbleiterelementen für raue Umgebungsbedingungen sicherzustellen, wie sie bei so alltäglichen Anwendungen wie der Fahrzeugtechnik zu finden sind. NXP sieht es als wesentlichen Bestandteil seines Auftrags an, neue Standards für ihre Qualifikation zu setzen, und erfüllt diese Aufgabe auf eindrucksvolle Weise. Als stolze Nummer Eins unter den weltweiten Anbietern von hoch belastbaren logischen Bauelementen für die Automobilindustrie sollte NPX besser als jeder andere wissen, wie sich schlechte Szenarien vermeiden lassen.
Da die heutigen Fahrzeuge ständig intelligenter werden, was hauptsächlich von der kontinuierlichen Entwicklung besserer ICs für den Automobilbereich herrührt, wird eine immer größere Detailgenauigkeit benötigt, um die Zuverlässigkeit und die Spitzenleistung gewährleisten zu können. Wenn wir über praxisorientierte Technologie sprechen, die der Realität auf Quantenebene so nahe kommt, wie es der modernen Welt bis jetzt möglich ist, ist es inspirierend, über die Arbeit nachzudenken, die in ihre ständig zunehmenden Möglichkeiten investiert wird.
Worin also bestehen die Hauptaufgaben bei der Entwicklung integrierter Schaltungen für den Einsatz unter den Hochtemperaturbedingungen eines Fahrzeugmotors? Die erste und laut Lyons vielleicht wichtigste Herausforderung besteht darin, dass “Automobilanwendungen einen sehr langen und aufwändigen Design-in- und Qualifikationszyklus besitzen”. Kurz gesagt “erfordert die Herstellung von Bauelementen für Automobilanwendungen strengere Herstellungskontrollen, zusätzliche Qualitätsprüfungen und eine eingehende Überwachung der Zuverlässigkeit”. Und NXP hat die Messlatte bei der Frage, wie sich seine Schaltungen speziell für den Einsatz unter harten Bedingungen auf den Prüfstand stellen lassen, zweifellos recht hoch gesetzt.
Um einen so hohen Maßstab für Zuverlässigkeit zu erreichen, werden in Bereichen wie der Redundanz oder der bewussten Konstruktion über die zulässigen Mindestabmessungen eines Prozesses hinaus konservativere Designregeln angewendet”. Die Vorgehensweise von NXP stellt außerdem sicher, dass Fahrzeugteile in Hinblick auf die Haltbarkeit den höchsten Standard des Unternehmens erfüllen und durch ihren erweiterten und vielschichtigen Prüfprozess und die damit verbundene größere Rückverfolgbarkeit eine bessere Qualitätsanalyse ermöglichen. Nur so ist das Unternehmen in der Lage, auf lange Sicht die bestmöglichen Leistungsstandards zu gewährleisten. Wie Lyons uns selbstbewusst in Erinnerung gerufen hat, “garantiert die akribische Detailgenauigkeit von NXP praktisch den problemlosen Betrieb in der Endbenutzeranwendung”
Offensichtlich ist der erste strittige Punkt bei Automobilanwendungen die Temperatur.
“Die Bedeutung der Temperatur sollte nicht unterschätzt werden”, versicherte Lyons und führte aus, dass der Prüfvorgang Anwendungen in Betracht ziehen müsse, die beeindruckend extremen und anhaltenden Temperaturen von etwa ‑40ºC to almost 150ºC standhalten.
Um bei NXP jedoch eine wirklich vollständige Betrachtung der mechanischen Robustheit vorzunehmen, werden Produkte außerdem weiteren Prüfkategorien wie Abschreck- und Biegeprüfungen unterzogen. NXP hat einen regelrechten Spießrutenlauf von Qualifikationen entwickelt, um die Produktion der weiterhin zuverlässigsten und wirtschaftlichsten Automobil-ICs auf dem Markt zu ermöglichen. Zumindest von hier sieht es wie eine todsichere Sache aus, die sich wahrscheinlich nicht so bald ändert.
Demnach stellte sich die Frage, was genau NXP ermöglicht hat, für so lange Zeit an der Spitze des Feldes zu stehen? Das Unternehmen kann in der Lieferung von Schlüsselkomponenten und von Logikbausteinen für Gebrauchsartikel sicher auf eine eindrucksvolle Geschichte zurückblicken. Wie Lyons anführte, ist für die Sicherung des Vorsprungs gegenüber den Wettbewerbern jedoch von größerer Bedeutung, “dass das Unternehmen in die Festsetzung, and participates in the ongoing development von gegenwärtigen Qualifikationsstandards im Automobilbereich stark eingebunden war.” Auf lange Sicht “hat sich NXP dem Automobilbereich verschrieben”
Die Industrie’s ‘AEC-Q100’-Spezifikation kombiniert mehrere vorhandene Qualifikationsstandards und bringt sie auf den neuesten Stand. In dieser Spezifikation wird ein Mindestsatz von Belastungstests festgelegt, die durchgeführt werden müssen, damit sich ein IC-Produkt für Automobilanwendungen qualifiziert. “In den 80er Jahren hatten Ford, GM und Chrysler ihre eigenen Qualifikationsstandards”, erinnerte sich Lyons. In einer letzten Anstrengung, in der NXP einer der Hauptakteure war, formierte sich 1993 aus fortgesetzten Gesprächen mit Mitgliedern des Normenausschusses und des jeweiligen Managements von Ford, General Motors und Chrysler das AEC.
Bei der Rückschau auf die frühe Entwicklungsphase der Halbleitertechnologie wird schnell vergessen, dass für die Integration von ICs in weitere und wichtigere Bereiche unseres Alltags neben den unerlässlichen Fortschritten bei der reinen Funktionalität auch der Antrieb von Bedeutung war, ICs für ein breiteres Spektrum von Umgebungen zu konstruieren. Während die IC-Technologie neuen Horizonten mit noch komplexeren Funktionen in noch kleineren Maßstäben entgegen geht, kann davon ausgegangen werden, dass NXP seine Verantwortung wahrnehmen wird, damit ICs ihre fantastische Arbeit auch an noch beeindruckenderen und extremeren Orten leisten können.