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Neue Radartechnologie für Autos – ein Lebensretter geht in Serie

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Autofahren ist immer sicherer geworden – und mit Radartechnologie gelingt der nächste Schritt. Bereits in den letzten Jahrzehnten ist die Zahl der Unfälle mit schwer verletzten oder tödlich verunglückten Verkehrsteilnehmern deutlich gesunken. Diese Entwicklung begann mit der Einführung von passiven Sicherheitssystemen wie ABS (1978), Airbag (1980) und Seitenairbag (1996). Aktive Sicherheitssysteme ermöglichen derzeit die nächste Entwicklungsstufe. Sie warnen den Fahrer oder greifen aktiv in das Fahrgeschehen ein. So können sie Unfälle verhindern oder ihre Auswirkungen deutlich reduzieren. Beispiele für aktive Sicherheitssysteme sind Fußgängererkennung, Abstandswarnung oder auch Totwinkel-Assistent. Viele dieser aktiven Sicherheitssysteme funktionieren mit Radartechnologie: Chips, die elektromagnetische Wellen von sehr hoher Frequenz senden und empfangen können. Im Vergleich zu anderen, z.B. kamerabasierten Techniken für Fahrerassistenz arbeitet das Radar zuverlässig auch bei schwierigen Sichtverhältnissen wie Schnee, Nebel, Starkregen und blendendem Gegenlicht.

Demokratisierung der Sicherheit
Im Jahr 1998 führt Mercedes Benz erstmals ein Abstandsradar in der S-Klasse ein. Die Kosten für die Herstellung der benötigten Hochfrequenz-Komponenten sind zu dieser Zeit extrem hoch. Das Material für die dafür benötigten Halbleiter ist teuer und schwer zu verarbeiten. Die Radartechnologie ist zunächst nur Premium-Fahrzeugen vorbehalten. Infineon ist schon damals von dem großen Nutzen für die aktive Sicherheit überzeugt und forscht über Jahre an neuen Lösungen, um die Grenzen der bis dahin verwendeten Technologie zu überwinden. Mit zwei Innovationen gelingt schließlich der Durchbruch: die Fertigung der Sensoren in Siliziumgermaniumtechnologie (SiGe) und die Verwendung einer neuen Gehäusetechnologie (eWLB). Radarsysteme werden bezahlbar. Was bisher nur Fahrern von Premium-Fahrzeugen vorbehalten war, kommt damit in alle Fahrzeugklassen: aktive Sicherheit zur Vermeidung von Unfällen. Notbremsassistenten gehören inzwischen auch in Kleinwagen zu einem geringen Aufpreis zur Ausstattung – sie kosten weniger als eine Metallic-Lackierung.

Einfacher und kostengünstiger: Fertigung auf Siliziumgermanium (SiGe)
Radar funktioniert auf Grundlage hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen im Bereich von Millimeterwellen. Die 77-Gigahertz (GHz)-Radartechnologie verarbeitet 77 Milliarden Schwingungen pro Sekunde, also über 30-mal mehr als die höchsten Frequenzen, die im Mobilfunk verwendet werden. Bis 2009 konnten nur Halbleiter auf Basis des Materials Galliumarsenid (GaAs) diese hohen Frequenzen verarbeiten. Im Vergleich zu Chips auf Siliziumbasis ist die Herstellung dieser Halbleiter bei weitem nicht so ausgereift und daher teurer. Ein weiterer Nachteil ist der niedrige Integrationsgrad, also die Fähigkeit, immer mehr Funktionen auf einer gleichbleibenden Chipfläche zu bündeln. Nach mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist es Infineon im Jahr 2009 als weltweit erstem Unternehmen gelungen, erste hochintegrierte Schaltkreise für diesen Frequenzbereich zu liefern, die auf Silizium und Siliziumgermanium (SiGe) basieren – den für die Halbleiterfertigung am häufigsten verwendeten Materialien. Nun konnte man erprobte Standardverfahren nutzen, wie sie etwa bei der Herstellung von Massenprodukten wie Speicher-, Logik- und Mikroprozessorbausteinen eingesetzt werden. Dem Team von Infineon gelang es außerdem, auf maximal zwei SiGe-Bauteilen eine Vielzahl von Funktionen des Radarsensors zusammenzufassen, für die bisher bis zu acht GaAs-Chips benötigt wurden. Dieser Technologiesprung war der erste Schritt in den Massenmarkt.

Quergedacht: Kompaktes eWLB-Gehäuse erleichtert die Weiterverarbeitung
Der nächste, entscheidende Durchbruch gelang mit der Idee, eine Chip-Gehäusetechnologie aus dem Mobilfunk für das Autoradar einzusetzen: eWLB (embedded Wafer-Level Ball Grid Array). In der Automobilbranche wurde zunächst bezweifelt, ob die eWLB-Technologie die hier üblichen hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit erfüllen kann. Das Infineon-Team war überzeugt von der Idee und forschte hartnäckig weiter, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden Bosch wurde schließlich eine Lösung gefunden. Infineon liefert inzwischen nicht mehr den „nackten“ Chip, sondern verpackt diesen in ein robustes Gehäuse. Der Nutzen für den Kunden: Das Bauteil ist für die Anforderungen im Hochfrequenzbereich bestens geeignet und kann mit Standardprozessen kostengünstig weiterverarbeitet werden. Das bedeutet maximale Leistung bei minimalen Gesamtkosten.

In Deutschland entwickelt und hergestellt – weltweit erfolgreich am Markt
Die Weiterentwicklung der SiGe- und eWLB-Technologie für Radarsysteme hat Infineon einen deutlichen Wettbewerbsvorsprung gegenüber der Konkurrenz in den USA und Asien von zwei bis drei Jahren verschafft. Die Forschung und Entwicklung für diese Technologien ist in München, Regensburg, Dresden und im österreichischen Linz angesiedelt. Hergestellt werden die Radarsysteme in Deutschland: Alle Prozess-Schritte von der Chip-Fertigung bis zur Verarbeitung im Gehäuse erfolgen in Infineon-Werken in Regensburg und Dresden. Hier gelingt es durch innovative Fertigungsverfahren, die notwendige Qualität für Sicherheitssysteme im Auto zu liefern und dabei die Kosten möglichst gering zu halten.
Mit der SiGe und eWLB-Technologie haben Radarsysteme den Durchbruch vom Premium-Segment in den Massenmarkt geschafft. Weltweit steigt die Nachfrage: Der Markt der 77-GHz-Radarsysteme ist von einer halben Million im Jahr 2009 auf circa 7 Millionen im Jahr 2015 gewachsen, 2020 erwarten Marktforscher einen Bedarf von 19 Millionen Stück.

Radarsysteme machen Autos immer sicherer und effizienter. Der nächste Schritt nach dem assistierten Fahren ist die Weiterentwicklung zum autonomen Fahren – auch hier nehmen Radarsysteme eine entscheidende Rolle ein. Im Januar 2015 legte ein Audi A7 die Überlandstrecke zwischen San Francisco und Las Vegas weitgehend fahrerlos zurück. 150 selbstfahrende Google-Cars sind heute schon unterwegs, um praktische Erfahrungen zu machen. Mit Radartechnik aus Deutschland.

Über Infineon
Die Infineon Technologies AG ist ein weltweit führender Anbieter von Halbleiter­lösungen, die das Leben einfacher, sicherer und umweltfreundlicher machen. Mikro­elektronik von Infineon ist der Schlüssel für eine lebenswerte Zukunft. Mit weltweit rund 29.800 Beschäftigten erzielte das Unternehmen im Geschäftsjahr 2014 (Ende September) einen Umsatz von 4,3 Milliarden Euro. Im Januar 2015 übernahm Infineon den US-Konzern International Rectifier Corporation mit einem Umsatz von 1,1 Milliarden US-Dollar (Geschäftsjahr 2014, per 29. Juni) und rund 4.200 Beschäftigten. Infineon ist in Frankfurt unter dem Symbol „IFX“ und in den USA im Freiverkehrsmarkt OTCQX International Premier unter dem Symbol „IFNNY“ notiert.

Weitere Informationen erhalten Sie unter www.infineon.com
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Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Neue Radartechnologie für Autos – ein Lebensretter geht in Serie“ wurde vom Deutschen Patent- und Markenamt vorgeschlagen.