Selbstfahrende Systeme, die Einführung elektronischer Komponenten in Kraftwerken und die Vernetzung von Fahrzeugen - all diese Innovationen basieren auf der Halbleitertechnologie. „Mehr als 80 Prozent aller Innovationen in modernen Automobilen werden durch Mikroelektronik ermöglicht“, sagte Stefan Simon, Halbleiterexperte bei QA. „Insgesamt verwendet ein modernes Auto rund 8.000 Halbleiter in 100 miteinander verbundenen Steuergeräten. Die Rechenleistung jedes dieser Geräte ist höher als die der ersten Rakete, die den Mond erreicht. "
Das Audi Semiconductor Lab folgt den Prinzipien und Methoden des präventiven Qualitätsmanagements. Das Labor erfüllt eine wichtige Funktion der Kommunikation zwischen verschiedenen Abteilungen - es ist das Zentrum für die Qualitätskontrolle und Analyse von Leitern und befasst sich auch mit Montage- und Verbindungstechnologien. All dies funktioniert sowohl intern als auch in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung.
Das Labor ist auch ein Expertengremium, da es branchenübergreifende und interdisziplinäre Bewertungen von Bauteilen und Baugruppen durchführt sowie Montage- und Herstellungsprozesse untersucht. Eine weitere Aufgabe ist die Qualifizierung von Mitarbeitern verschiedener Fachrichtungen. Dieses breite Spektrum an Leistungen und Fähigkeiten macht das Audi Semiconductor Lab in der gesamten europäischen Automobilindustrie einzigartig.
Laborexperten bewerten die verschiedenen Komponenten (eigene Baugruppen von Steuermodulen) auf Eignung, Zuverlässigkeit und Verarbeitungsqualität. In den frühen Entwicklungsstadien formulieren und validieren die Mitarbeiter die Anforderungen für einen Chip, der später in Autos verwendet wird (und diese Anforderungen unterscheiden sich deutlich von denen in anderen Branchen). Die durchschnittliche Lebensdauer eines Smartphones beträgt zwei Jahre, während die eines Autos etwa 15 Jahre beträgt. Darüber hinaus sind die Anwendungsfälle und Belastungen, denen Autos ausgesetzt sind, mit denen von Smartphones nicht zu vergleichen. „Halbleiter müssen so konstruiert und hergestellt werden, dass Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit und Vibrationen im Fahrzeug berücksichtigt werden“, erklärte der Halbleiterexperte Oliver Zentfleben.
Die Komponenten werden auch auf ihre vorübergehende Verschleißfestigkeit überprüft, da im Auto beschleunigte Alterungsprozesse auftreten können. Unter den verschiedenen Studien auf diesem Gebiet kann eine beschleunigte Alterung in einer Wärmekammer unterschieden werden. Die physikalische Analyse wird auch verwendet, um die Leistung von Geräten und ihr Alterungsverhalten zu untersuchen.
Röntgenanalyse
Das Labor verfügt über ein modernes Röntgengerät und ein Rasterelektronenmikroskop. Für spezifische Analyseverfahren an Halbleiterchips arbeiten Laborspezialisten mit Kollegen aus dem materialwissenschaftlichen Labor zusammen.
Zum Beispiel führen sie gemeinsam eine Probenvorbereitung mit fokussierten Ionenstrahlen (FIB) durch (unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops, das Strahlen fokussierter Ionen emittiert). Alle diese Methoden können verwendet werden, um Steuergeräte auf Serien- und Prozessfehler zu überprüfen.
Digitalisierung
In den letzten Jahren haben sich die Prioritäten deutlich geändert. Trotz der Tatsache, dass Fahrer die Eigenschaften verschiedener Fahrzeuge vergleichen und auf ihr Design achten, erwarten sie auch die Einführung moderner Technologien. Beispiele für solche Technologien sind Audi Connect-Verkehrsdaten, Smartphone-Konnektivität und -Integration sowie moderne Fahrerassistenzsysteme.
Um den Kundenanforderungen gerecht zu werden, muss die Automobilindustrie zunehmend fortschrittliche Technologien einsetzen und implementieren. Früher galten Komponenten nach Jahren des Einsatzes in der Unterhaltungselektronik als geeignet für den Einsatz in Automobilen. Jetzt erscheinen neue Komponenten in Autos viel schneller und um eine hohe Leistung zu gewährleisten, werden sie vorab getestet. Um hohe Qualitätsstandards zu gewährleisten, befasst sich das Audi Semiconductor Lab mit der Formulierung von Anforderungen und der Bewertung von Technologien. Verschiedene Verbrauchernormen (z. B. Temperaturen von 0 ° C bis 40 ° C) werden mit Automobilnormen (von -40 ° C bis 125 ° C) verglichen und die Lebensdaueranforderungen überprüft. Mit der Audi MMI App kann beispielsweise der Fahrzeugstatus angezeigt werden.Klimatisierung oder Überprüfung des Ladezustands. Somit ist das Fahrzeug ständig mit Infrastrukturelementen verbunden und interagiert mit diesen, was die Betriebszeit der Komponenten für die Vernetzung erheblich erhöht. Es ist auch erwähnenswert, dass einige Automobilanwendungen als "immer laufend" betrieben werden.
autoSWIFT —
Um mit dem hohen Innovationstempo der Branche Schritt zu halten und schnell auf neue Entwicklungen reagieren zu können, arbeitet die AUDI AG mit führenden Unternehmen der Halbleiter- und Elektronikindustrie zusammen. So wird beispielsweise mit dem FZI Forschungszentrum Informatik, Globalfoundries, der HOOD GmbH, der Infineon Technologies AG und der Robert Bosch GmbH der Grundstein für eine standardisierte Technologiebewertung gelegt. Das Forschungsprojekt autoSWIFT zielt darauf ab, "die Entwicklungszyklen elektronischer Systeme über die gesamte Wertschöpfungskette von Fahrzeugen mit Mehrwert zu beschleunigen". Das Programm zielt darauf ab, innovative und qualitativ hochwertige elektronische Komponenten in Fahrzeuge einzuführen, die auf den neuesten Fertigungstechnologien basieren. Entwicklung und Integration gehen schneller als je zuvor. Wie für die Anforderungen,Mitarbeiter, die künftig den Entwicklungsprozessen vorgestellt werden, untersuchen derzeit, wie sie die Wertschöpfungskette in ein vollwertiges Netzwerk verwandeln können.
Bond Tester
„Unternehmenskooperationen und interdisziplinäre Kooperationen sollen die Eignung von Technologien während der Entwicklungsphase bewerten und frühzeitig in Produktdesignprozesse integrieren“, erklärt Helmut Lochner, Audi Semiconductor Lab-Experte und Projektleiter für autoSWIFT. Dieser Ansatz wird die Halbleitertechnologie an die hohen Qualitätsstandards der Automobilindustrie anpassen.
Lichttechnik
Beim neuen Audi A8 und Audi TT RS (Gesamtkraftstoffverbrauch in Litern pro 100 km: 8,2 - 8,5, CO2-Emissionen in Gramm pro km - 187 - 194) setzt das Unternehmen neue Rücklichtsysteme mit OLED-Technologie ein. Im Gegensatz zu Einpunktlichtquellen (wie LEDs) sind OLED-Geräte Oberflächenquellen. Ihr Leuchten bringt die Gleichmäßigkeit der Hintergrundbeleuchtung auf die nächste Stufe. Sie werfen keine harten Schatten und benötigen keine Reflektoren, LEDs oder andere optische Komponenten. All dies macht OLED-Geräte effizient und leicht, und ihr Platzbedarf ist minimal. Durch die dreidimensionale Anordnung der OLED-Beleuchtung in kleine, individuell steuerbare Segmente können neue Beleuchtungsszenarien entwickelt werden, die Designern mehr kreative Freiheit bei Design und Animation bieten.
Jedes OLED-Gerät enthält zwei Elektroden (von denen mindestens eine transparent ist) und viele dünne Schichten aus organischen Halbleitermaterialien. Niederspannung lässt diese Schichten (200-mal dünner als ein menschliches Haar) leuchten. All dies ermöglichte es Audi, seine DNA auf moderne Technologie zu übertragen.
Das Laborpersonal nahm an einem mehrstufigen Testprozess teil, dem diese Technologie unterzogen wurde, bevor sie in die Massenproduktion eingeführt wurde. Die Tests reichten von der Entwicklung spezifischer Implementierungsmodule und der Validierung von Basistechnologien und OLEDs bis zum Testen von Rücklichtbaugruppen. Besonderes Augenmerk wurde auf die einzigartigen Nutzungsaspekte der Automobilindustrie gelegt (z. B. beschleunigte Alterung durch die Umwelt oder konventionelle passive Alterung).
Der erste Einsatz von OLED-Blöcken in der Automobilindustrie erforderte die Entwicklung und Analyse spezifischer Parameter dieser Technologie. Audi Semiconductor Lab arbeitete mit Engineering Development zusammen, um die Technologie für verschiedene Anwendungen während der Entwicklungsphase vollständig zu evaluieren. In der Technologie selbst und in den Produktionsprozessen der Produkte, die sie verwenden, wurden Schwachstellen identifiziert und beseitigt. Die Anforderungen an die OLED-Technologie wurden für zukünftige Projekte ermittelt und als Standards verankert.
Elektrifizierung
Audi arbeitet aktiv an der Elektrifizierung seiner Systeme und der Entwicklung umweltfreundlicher Mobilitätskonzepte. Teil dieser Projekte ist die Leistungselektronik - das Herz eines jeden elektrifizierten Fahrzeugs. Das Herzstück dieser Systeme sind PWM-Wechselrichter (technisch gesehen ist dies eine der anspruchsvollsten Komponenten).
Dieses Gerät wandelt die Gleichspannung von der Hochvoltbatterie in dreiphasigen Wechselstrom um, um den Elektromotor anzutreiben. Hochleistungshalbleiter in Wechselrichtern nehmen ungefähr 1 Quadratzentimeter ein. Jeder von ihnen muss einen Strom von 100 Ampere bei einer Frequenz von 10 kHz führen. Trotz effektiver Kühlung führt der daraus resultierende Leistungsverlust in der Düse zu einer schnellen Alterung der elektrischen Kontaktanschlüsse.
Vom Audi Q5 Hybrid quattro (2011) bis zum Audi Q7 e-tron quattro (2016; Kraftstoffverbrauch in l / 100 km: 1,8 - 1,9; Energieverbrauch in kWh / 100 km: 18 , 1-19.0; CO2-Emissionen in g / km: 48-50) und für den kommenden Audi e-tron (2018) haben Semiconductor Labs viel für die technologische Entwicklung der Leistungselektronik getan. Zum Beispiel bewerteten sie die Prozessverbindungen zwischen Mikrokreisen und Heizkörpern, wodurch sie die thermischen Eigenschaften überprüften. Die Alterungsmechanismen wurden in diesem Fall auf dem Niveau der technischen Prozesse bewertet, die auf einzelne Technologien angewendet wurden. Die technischen Prozesse umfassen Löten, Schweißen und Brennen - die sogenannten Montage- und Verbindungstechnologien. Die Ergebnisse der Expertenarbeit waren von grundlegender Bedeutung für die Schaffung einer allgemeinen Unternehmensnorm.die 2017 teilweise auf den deutschen Industriestandard überarbeitet wurde.
RoBE - sichere Halterungen in Elektrofahrzeugen
Um eine zuverlässige Vorhersage der Lebensdauer jedes Befestigungselements während der Nutzungsphase zu gewährleisten, hat Audi im Rahmen des RoBE-Projekts (Securement of Mounts in Electric Vehicles) mit Industriepartnern und Forschern von Drittanbietern zusammengearbeitet. Ziel dieses Projekts ist es zumindest, die Lebensdauer der Unterhaltungselektronik zu verlängern. Das Projekt, an dem auch die Forschungsinstitute Fraunhofer IZM und Fraunhofer ILT beteiligt sind, zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis für die Vielfalt und die gegenseitigen Abhängigkeiten bei der Verbindung von Technologien zu entwickeln. Es werden neue Technologien entwickelt (z. B. Laserschweißen) und neue Materialien untersucht, um die derzeitigen Einschränkungen zu überwinden.
Der wichtigste Anreiz für Forschungseinrichtungen, gemeinsam an innovativen Lösungen zu forschen, ist die Bündelung von Kompetenzen über die gesamte Produktentwicklungskette. Bewertungskriterien und Teststandards für neue Technologien existieren oft einfach nicht. So beteiligt sich Semiconductor Lab frühzeitig an der Entwicklung von Qualitätsspezifikationen verschiedener Projekte und fördert deren Förderung in verschiedenen Branchen.
Fahrautomatisierung
Der neue Audi A8 ist das weltweit erste Serienfahrzeug, das für den teilweisen Einsatz von Selbstfahrsystemen der Stufe 3 nach internationalen Standards ausgelegt ist. Das Audi AI-System kann im langsamen Verkehr mit einer Geschwindigkeit von bis zu 60 km / h, auf Autobahnen und auf mehrspurigen Straßen mit einer physischen Barriere, die die Fahrspuren trennt, übernehmen. Während Sie mit AI fahren, analysiert der zentrale Controller (zFAS) kontinuierlich Umgebungsinformationen, indem er Daten von verschiedenen Sensoren kombiniert. Audi war auch das erste Unternehmen, das Laserscanner in Autos einsetzte.
Der Scanner vergrößert den Betrachtungswinkel des Fernradars von 35 auf 145 Grad. Dank des weiten Sichtfelds kann das Fahrzeug andere Verkehrsteilnehmer früher erkennen und ihr Verhalten interpretieren (z. B. das Verlassen der Fahrspur). "Stellen Sie sich vor, ein Laserscanner sendet Lichtstrahlen aus, die die Umgebung des Fahrzeugs in Sekundenbruchteilen abtasten", sagte Robert Kraus, Experte für Fertigungstechnologie bei Semiconductor Lab. Ein rotierender Spiegel in einem kompakten Körper lenkt die Strahlen einer leistungsstarken Diode über den Abtastbereich. Der neue Scanner erkennt nicht nur Hindernisse, sondern kann auch den genauen Abstand zu ihnen bestimmen. Dies erfolgt durch Messen der Zeit zwischen der Emission eines Strahls und seiner Erfassung auf der Fotodiode.
Die Mitarbeiter von Semiconductor Lab bereiten sich seit 2014 auf die Implementierung von Laserscannern im neuen A8 vor. In Zusammenarbeit mit Technical Development haben sie umfassende Spezifikationen für das Teil selbst und seine Komponenten entwickelt. Vor dem erstmaligen Einsatz in der Automobilindustrie wurden Laserdioden in der Unterhaltungselektronik eingesetzt und noch bevor sie zahlreichen Tests und Analysen in verschiedenen Labors unterzogen wurden. Basierend auf den Ergebnissen dieser Tests wurden die Herstellungsprozesse für die Dioden optimiert, um die Qualitätsanforderungen zu erfüllen.