Abgeschlossene EEE-Vorhaben (seit 2000)
Laufende und geplante EEE-Vorhaben
2010 -2013
2011 -2012
NN
European Component Initiative (ECI)
Das DLR beteiligt sich mit den unten aufgeführten Vorhaben direkt am ECI-Programm. Eine Beschreibung des Programms ist auf dieser ESCC-Seite zu finden.
Dokumentenerstellung für die Beschaffung kommerzieller Bauteile
Ein Standard mit Anforderungen zur Auswahl, Kontrolle und Beschaffung kommerzieller EEE-Bauteile für Raumfahrtanwendung existiert bislang noch nicht. Zur Sicherstellung einer einheitlichen Vorgehensweise in Europäischen Raumfahrt-Projekten wurde deshalb das neue Dokument „General Requirements for the Use of Commercial EEE-Parts in Space Applications” erstellt, das in Anlehnung an die Vorschrift ECSS-Q-ST-60 die spezifischen Belange kommerzieller Bauteile hinsichtlich Funktionalität, Qualität, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Kosten angemessen berücksichtigt. Da der Einsatz solcher Bauteile aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen notwendig ist, hat sich eine deutsch-französische Initiative zur Erstellung eines solchen Dokuments gebildet, das im Rahmen deutscher, französischer oder europäischer Projekte zum Einsatz kommt und in das ECSS-System eingebunden werden kann. Es wurde des Weiteren ein Auswahlverfahren entwickelt, wie kommerzielle EEE-Bauteile in DLR-Projekten eingesetzt werden können. Die zugehörigen Dokumente zu Auswahlverfahren, Risikoanalyse und Beschaffungsplan wurden erstellt und sind im Folgenden aufgelistet.
Support von Bauteilequalifikationsaufgaben
Um mehr Effektivität und die engere Zusammenarbeit mit der deutschen Raumfahrtindustrie zu gewährleisten, hat sich das DLR für eine Kooperation mit der Firma TESAT (ehemalige BOSCH Satcom) entschieden, die bereits umfangreiche Erfahrungen zum Thema Beschaffung von EEE-Bauteilen aufweisen kann. Eine optimale Unterstützung der DLR-Bauteileaktivitäten ist durch die verschiedenen TESAT-Experten aus den unterschiedlichen Bauteile-Fachbereichen gegeben. Die Aufgabenteilung sieht vor, dass die Firma TESAT vor allem für die technische Durchführung der Qualifikationen und die Kontakte zu Herstellern und Anwendern verantwortlich ist, während das DLR die exekutive Funktion im ESCC und den Kontakt zur europäischen Raumfahrtagentur ESA wahrnimmt. Das DLR ist im SCSB (Space Component Steering Board), in der PSWG (Policy and Standards Working Group), in der EPPL-TA (European Preferred Parts List ‑ Technical Authority) und in der ESCC-Exekutive vertreten. Die Mitarbeiter der Firma TESAT sind Mitglieder im CTB (Component Technology Board) und sind in verschiedenen CTB-Arbeitsgruppen vertreten. SCSB, PSWG und CTB sind Gremien im ESCC-System. Das erste Vorhaben zum Thema Bauteilequalifikation wurde von 2002 bis 2007 bearbeitet, die Laufzeit des Nachfolgevorhabens ist von 2007 bis 2012 geplant.
Verschiedene Vorhaben zur Verbesserung der Verfügbarkeit von MOSFET-Leistungstransistoren
MOSFET-Leistungstransistoren werden in nahezu jedem Raumfahrtgerät benötigt, allerdings sind diese Bauteile empfindlich gegenüber der im Orbit auftretenden Weltraumstrahlung. Derzeit gibt es weltweit nur einen US-Hersteller von MOSFET-Leistungstransistoren, der eine strahlungsfeste Technologie besitzt und raumfahrtqualifiziert ist. Abgesehen davon, dass hier eine Monopolsituation besteht, unterliegen die Produkte auch noch den sehr strengen Exportbestimmungen des amerikanischen Außenministeriums. Durch diese Situation ist der Erfolg der europäischen Raumfahrtindustrie von den Zulieferungen aus den Vereinigten Staaten abhängig. In Europa wird deshalb seit längerer Zeit versucht, diese Technologie selbst zu entwickeln. Auch das DLR ist seit einigen Jahren bestrebt, Entwicklungsvorhaben auf diesem Gebiet durchzuführen und kann mittlerweile auf positive Ergebnisse verweisen.
Das Unternehmen Infineon, einer der bedeutenden deutschen Halbleiterhersteller in der Welt, liefert für kommerzielle Anwendungen MOSFET-Leistungstransistoren mit vergleichbaren elektrischen Eigenschaften, wie sie in Raumfahrtgeräten benötigt werden. Das Verhalten dieser Bauteile unter Einwirkung der im Weltraum existierenden Strahlung wurde in einem ersten Vorhaben untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Strahlentoleranz der vorhandenen Bauteile nicht ausreicht und dass der Herstellungsprozess und das Bauteildesign modifiziert werden müssen, um die für Raumfahrtanwendungen benötigte Strahlungsfestigkeit zu erreichen. In einem Anschlussvorhaben wurden grundlegende Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, die am besten geeignete Technologie bei Infineon auszuwählen und einfache Prozessmodifikationen zu identifizieren, mit denen die gewünschte Verbesserung der Strahlungsfestigkeit erreicht werden kann. Für die Untersuchungen wurde der CoolMOS-Transistor als das für strahlungshärtende Maßnahmen am besten geeignete Bauteil identifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass es keine singuläre Maßnahme gibt, mit der kurzfristig das Ziel eines strahlungsgehärteten MOSFET basierend auf der bestehenden Prozesslinie erreicht werden kann. Vielmehr wurde erkannt, dass einige grundsätzliche Änderungen gegenüber dem kommerziellen Prozess eingeführt werden müssen, um die gewünschte Strahlungsfestigkeit für den CoolMOS-Transistor zu realisieren.
In einem weiteren Vorhaben wurden für die als Erfolg versprechend erkannten Maßnahmen geeignete Lösungswege untersucht. Unter anderem überprüfte man den Einfluss der Gateoxiddicke und die Vermeidung von hohen Prozesstemperaturen bei der Herstellung und Bearbeitung des Gateoxids. Parallel dazu fanden Untersuchungen an Teststrukturen aus dem vorangegangenen Vorhaben statt, mit denen die Wirksamkeit der einzelnen Maßnahmen nachgewiesen und widersprüchliche Messergebnisse interpretiert werden konnten. Die gewonnenen Erkenntnisse führten schließlich zur Entwicklung neuer Teststrukturen und zu einem neuen Maskensatz, mit dem modifizierte CoolMOS-Transistoren hergestellt und in mehreren aufeinander folgenden Waferläufen optimiert werden konnten. Mit diesen Maßnahmen war es möglich, ein neues Herstellungskonzept zu entwerfen und infolgedessen zu realisieren. Unter Verwendung vorhandener Prozesse konnten so funktionsfähige CoolMOS Transistoren hergestellt werden. Beim eigentlichen Herstellungsprozess konnte die für die Raumfahrtanwendungen geforderte niedrige Drift der Schwellspannung nach Bestrahlung vorgewiesen werden, gleichzeitig wurden die vorteilhaften elektrischen Parameter beibehalten.
Ein neues Vorhaben beschäftigt sich jetzt mit der Weiterentwicklung der CoolMOS-Transistoren zu Bauteilen in raumfahrtüblichen Gehäusen und der für den Einsatz in Raumfahrtgeräten erforderlichen Evaluation und Qualifikation.
Aufgrund der erfolgreich abgeschlossenen Vorphasen und der bisher erhaltenen Ergebnisse kann davon ausgegangen werden, dass voraussichtlich zum Jahresende 2009 erste Leistungs-MOSFETs aus Deutschland für Raumfahrtanwendungen zur Verfügung stehen werden.
Raumfahrttauglichkeit kommerzieller Raumfahrtbauteile
Die im Rahmen der früheren Studie „Erarbeitung einer Systematik zur Verwendung von EEE-Bauteilen für Minisatelliten bzw. Kleinsatelliten mit Schwerpunkt auf kommerziellen Bauteilen” erstellten Verfahren wurden an einer Musterauswahl von kommerziellen Bauteilen erfolgreich verifiziert.
PPH15-und PPH15x-Evaluation
In einem ersten Vorhaben wurde gemäß den ESCC-Evaluationsrichtlinien der PPH15-Herstellungsprozess für Leistungstransistoren zur Qualifikationsreife gebracht, d. h. Beurteilung des Herstellungsprozesses sowie Definition und Durchführung der erforderlichen Tests. Es wurden hierbei die zu verwendenden Herstellungs- und Testverfahren beschrieben und festgelegt. PPH15 steht für Power PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor), einer Halbleitertechnologie mit 0,15 Mikron Gate Länge. Das für MESFET- und HEMT-Technologie führende europäische Unternehmen ist UMS mit Firmenstandorten in Orsay, Frankreich und Ulm, Deutschland. PPH15 ist eine technische Weiterentwicklung der PH15- und PH25-Prozesse für höhere Leistungen. Das ESCC-CTB (Component Technology Board) hat die Förderung seitens des DLR empfohlen.
PPH15x ist eine Weiterentwicklung des PPH15-Herstellungsprozesses mit einer Hf-Leistungsdichte größer als 500 mW/mm für hochlineare Ka-Band-Raumfahrtanwendungen und für Betriebsspannungen von 6 V. Diese Halbleitertechnologie enthält neuartige Strukturen, die zunächst im Rahmen des Vorhabens hinsichtlich Lebensdauer und Zuverlässigkeit untersucht werden sollen. Nach erfolgreichem Abschluss dieser Untersuchungen wird in einer zweiten Phase der PPH15x-Herstellungsprozess bei der Firma UMS zunächst intern qualifiziert und anschließend einer ESCC-Evaluation unterzogen. Bei diesen Untersuchungen und Tests kann auf frühere Ergebnisse von ESCC-Evaluationen aufgebaut werden, sodass eine kostengünstige Delta-Evaluation durchführbar ist.
Erstellung von Spezifikationen zur Hybrid-Qualifikation
Im ESCC-System gab es seinerzeit noch keine Spezifikationen für Standard-Hybrid-Schaltungen. Standard-Hybrid-Schaltungen meint Schaltungen, bei denen verschiedene elektronische Bauteile in einem Gehäuse vereint werden, sodass resultierend diese Schaltung als ein Bauteil betrachtet und auch qualifiziert werden kann. In Deutschland benötigen verschiedene Hersteller genau diese Hybrid-Spezifikationen. Zu Beginn wurden sie für die erfolgreiche Qualifikation von Quarzoszillatoren benötigt, die die deutsche Firma KVG durchführt. Das Vorhabenziel ist im Wesentlichen erreicht worden, allerdings musste der anfangs vorgesehene Projektverlauf aufgrund vielfältiger Diskussionen und differierender Meinungen im PSWG mehrfach verändert werden, sodass anstatt der ursprünglich geplanten generellen Spezifikationen für Hybride „nur” Spezifikationen für Oszillatoren verabschiedet werden konnten.
Evaluation und Qualifikation von Dünnfilm-Chipwiderständen
In nahezu jedem Raumfahrtgerät werden Widerstände benötigt. Von den heute eingesetzten Widerständen im Raumfahrtbereich sind derzeit nur etwa 5 % Dünnschichtwiderstände. Ihr Anteil ließe sich vergrößern, wenn qualifizierte Dünnschichtwiderstände verfügbar wären, die in etwa gleich viel kosten wie die heute ebenfalls verwendeten Dickschichtwiderstände. Vorteile der Dünnschichtwiderstände sind ihre gegenüber Dickschichtwiderständen deutlich bessere Toleranzbreite und Stabilität sowie ihr kleinerer Temperaturkoeffizient. Der Auftragnehmer trägt in diesem Vorhaben die Qualifikationskosten selbst, wird aber vom DLR als Teil der ESCC-Exekutive unterstützt.
Spezifikationserstellung zur Qualifikation eines Assembly- und Testhauses
Im ESCC-System gibt es noch keine Spezifikationen für Assembly- und Testhäuser. Für die Evaluation und Qualifikation eines Assembly- und Testhauses werden diese Spezifikationen benötigt und im Rahmen dieses Vorhabens erstellt. Das DLR hat diese Spezifikationen in das ESCC eingebracht. Durch die frühe nationale Verfügbarkeit der Spezifikation und die Qualifikation eines deutschen Assembly- und Testhauses erhält die deutsche Industrie einen Wettbewerbsvorteil.
Entwicklung, Aufbau, Fertigung und Evaluation eines Low-Drop-Out-Reglers in einem für Raumfahrtanwendungen geeigneten Gehäuse
Strahlungsfeste 2,5-V-Spannungsregler für die Raumfahrt wurden bisher nur von einer einzigen US-Firma hergestellt. Neben den qualitativen Problemen unterliegen diese Bauteile auch den ITAR-Exportbeschränkungen. Diese Regler werden benötigt, um Bauteile mit 2,5 V Spannung (z. B. FPGAs) an höhervoltiger Architektur zu betreiben. Die notwendige Versorgungsspannung direkt am Verbraucher zu erzeugen führt insbesondere zur Energieeinsparung. Da zukünftig immer mehr 2,5-V-Bausteine auf den Markt kommen, ist von einem steigenden Bedarf für einen 2,5-V-Spannungsregler auszugehen. Zur Verbesserung dieser Situation wurden in diesem Vorhaben kommerziell verfügbare Komponenten in einem hermetisch dichten Gehäuse aufgebaut und anschließend Charakterisierungs- und Evaluationstests erfolgreich durchgeführt.
Verwendbarkeitsuntersuchung von chinesischen Raumfahrtbauteilen und deren Evaluation und Qualifikation
Die Liefersituation der EEE-Bauteile für Raumfahrtanwendungen mit ihrer starken Abhängigkeit von amerikanischen Herstellern erfordert die dringende Überprüfung aller Alternativen zur Beschaffung von EEE-Bauteilen und die Marktöffnung zu neuen internationalen Bauteile-Lieferanten.
China entwickelt und fertigt seit vielen Jahren Bauteile für ihre eigenen Raumfahrtprojekte und hat unterdessen Interesse daran, diese Produkte auch im Ausland zu vermarkten. Die Qualität der Bauteile ist mit denen aus den USA zu vergleichen, insbesondere weil die Überprüfungen der Bauteile nach den amerikanischen Standards erfolgt, die in chinesischer Sprache zur Verfügung stehen.
Eine Kooperation mit China auf diesem Gebiet könnte eine alternative Liefermöglichkeit erschließen. Ein weiterer Vorteil einer Kooperation mit China ist die Erweiterung des Marktes für europäische Hersteller von Bauteilen, was zu höherer Rentabilität, höheren Stückzahlen und günstigeren Preisen führt. Die Kooperation soll sich ausschließlich auf zivile Bereiche beschränken. Ein Know-how-Transfer nach China wird nicht erfolgen, ebenso wenig die Verletzung von amerikanischen Export-Kontrollvorschriften. Eine Kooperation mit China wird sowohl von der ESA als auch von der Kommission der Europäischen Gemeinschaften befürwortet.
Im ersten Vorhaben zu dieser Thematik wurde eine kleine Auswahl von Bauteilen auf ihre Tauglichkeit hin überprüft, die Kooperation und die Liefermöglichkeiten der chinesischen Seite untersucht und die chinesischen Fertigungsmöglichkeiten beurteilt. Auf Basis der positiven Ergebnisse des ersten Vorhabens wurde im Nachfolgevorhaben mit der Evaluation und Qualifikation chinesischer Bauteile begonnen. Hauptaufgaben sind hier: die Erstellung von Spezifikationen und Testplänen, die Durchführung der Evaluations- und Qualifikationstests, die Firmen-Auditierungen, die Unterstützung bei der Etablierung eines Zertifizierungssystems, die Fertigung von Qualifikationsmustern, die Durchführung von Screening- und Qualifikationstests, die Bewertung der Ergebnisse und Freigabe der Bauteile.
Evaluation und Qualifikation von Strom-Messwiderständen
Raumfahrtqualifizierte Strom-Messwiderstände (Shunts) waren derzeit auf dem europäischen Bauteilemarkt nicht verfügbar. Die nicht qualifizierten, niederohmigen Präzisionswiderstände der Firma Isabellenhütte wurden aber bereits seit Jahren in Raumfahrtprojekten eingesetzt. Um jedoch aufwendige und kostspielige Projektqualifikationen zu vermeiden, sind die Strom-Messwiderstände generell qualifiziert worden.
Strahlungscharakterisierung kommerzieller PowerMOSFETs
Zur Verbesserung der Verfügbarkeit bei MOSFET-Leistungstransistoren erfolgte hier die Strahlungscharakterisierung unter anwendungsnahen dynamischen Betriebsbedingungen im Gegensatz zu den normalerweise durchgeführten statischen Messungen. Die Ergebnisse ermöglichen es, für Raumfahrtanwendungen mit reduzierten Strahlungs-Anforderungen und kurzen Missionszeiten Alternativbauteile einzusetzen.
Evaluation und Qualifikation von Quarzen und Oszillatoren
Quarze und Oszillatoren werden in nahezu jedem Raumfahrtprojekt benötigt. Für raumfahrtzugelassene FCPs (Frequency Controlled Products) steht zurzeit weltweit nur eine sehr begrenzte Auswahl qualifizierter Lieferanten zur Verfügung, die fast alle in den USA ansässig sind und entsprechenden Exportbeschränkungen unterliegen. Im Rahmen dieses Vorhabens soll eine Qualifizierung von Quarzen und Oszillatoren durch die Firma KVG durchgeführt werden.
Evaluation und Qualifikation von Kabeln
Für die bisher in vielen Raumfahrtprojekten eingesetzten, aber nicht qualifizierten Kabel sind aufwendige und kostspielige Projektqualifikationen erforderlich. Um Einzelqualifikationen zu vermeiden, soll zur Sicherstellung einer europäischen Liefer- und Konkurrenzfähigkeit das verfügbare Produktspektrum an qualifizierten Kabeln erweitert werden. Die Entwicklung der Produkte ist schon abgeschlossen, jedoch ist für den generellen Einsatz in der Raumfahrt darüber hinaus die Evaluation und Qualifikation erforderlich. Der Auftragnehmer trägt in diesem Vorhaben die Qualifikationskosten selbst und wird durch das DLR als Teil der ESCC-Exekutive unterstützt.
Evaluation und Qualifikation von HF-Steckverbindern
Dieses Vorhaben soll für die europäischen Raumfahrtanwender die Bauteilverfügbarkeit im Bereich von Hochfrequenzsteckverbindern verbessern. Aus dem Bauteil-Anwenderkreis der deutschen Raumfahrtgeräte-Hersteller kam der Wunsch nach qualifizierten HF-Steckern für den Einsatz im Raumfahrtbereich, da diese Stecker in vielen Raumfahrtgeräten benötigt werden. Durch den Einsatz der dann ESCC-qualifizierten HF-Stecker werden sich zukünftige Projekte zeit- und kosteneffizienter durchführen lassen, weil die bisher gesonderten und aufwendigen Stecker-Qualifikationen für jedes einzelne Projekt entfallen. Für die Qualifikation von HF-Steckern kommen nur die Firmen in Frage, die den Qualitätsansprüchen genügen und das hierfür notwendige technische Know-how besitzen. Hinzu kommen die erforderlichen Kenntnisse über Bauteile-Anforderungen, die in der Raumfahrt eingesetzt werden. Für dieses Vorhaben wurde schließlich die Firma Rosenberger als geeignete Firma identifiziert, die von ihren Produktionsbedingungen den weiteren Vorteil einer großen Fertigungstiefe und somit der Unabhängigkeit von Zulieferteillieferanten vorweisen kann.
Evaluation und Qualifikation eines Assembly- und Testhauses
Viele Halbleiterhersteller können derzeit zwar für die Raumfahrt geeignete Chips liefern, sind aber nicht Willens oder in der Lage die aufwendige Chipmontage in raumfahrt-taugliche Gehäuse und die notwendigen umfangreichen Tests für die Qualifikation durchzuführen. Damit diese kostenintensiven Arbeiten nicht bei vielen Firmen parallel betrieben werden müssen, sollen diese Prozesse in einem Assembly- und Testhaus (ATH) durchgeführt werden. Das ATH übernimmt die Montage der Chips in geeignete Gehäuse, das Screening der Bauteile, den Vertrieb und die Produktverantwortung für die Bauteile.
Nach erfolgreicher Durchführung soll der Einsatzbereich durch eine Domänenerweiterung vergrößert werden.
Entwicklung und Qualifikation eines CCGA (Ceramic Column Grid Array)-Lötverfahrens
In immer größerem Umfang werden hochkomplexe und damit vielpolige elektronische Bauteile in Gehäusen mit Column Grid Arrays (CGA) von den Bauteile-Herstellern, auch unter Förderung der ESA, entwickelt und angeboten. Gerade bei neuen Prozessortypen und FPGAs gibt es keine alternativen Gehäuseformen wie z. B. Ceramic Quad Flatpacks (CQFPs), die für die zuverlässige Lötprozesse erprobt sind. Recherchen haben gezeigt, dass es in Deutschland momentan keine Firma gibt, die einen für das Ceramic-CGA-Löten qualifizierten Prozess besitzt. Um weiterhin konkurrenzfähige Produkte für den Raumfahrteinsatz zu entwickeln, wird die Anwendung dieses Prozesses für die Firmen in allernächster Zukunft unumgänglich sein. Daher soll ein entsprechendes Löt- und Montageverfahren für den Raumfahrteinsatz entwickelt und nachfolgend entsprechende Voraussetzungen für dessen Qualifizierung festgelegt werden. Der Lötprozess soll die neuen Zuverlässigkeitsanforderungen für den Weltraumeinsatz erfüllen.
Evaluation und Qualifikation eines MMIC-Lokaloszillators
Europa befindet sich in einer sehr kritischen Situation hinsichtlich der Verfügbarkeit der benötigten Raumfahrtbauteile und ist weitgehend vom Wohlwollen der amerikanischen Regierung und deren Exportbeschränkungen abhängig. Einen Oszillator, der dem zu qualifizierenden Lokal-Oszillator (LO) ähnlich ist, gibt es zurzeit nur in den USA.
Das neue deutsche Bauteil übertrifft das amerikanische Bauteil auch deutlich im Hinblick auf dessen Bauteileigenschaften. Eine von der ESA beauftragte Applikationsuntersuchung hat gezeigt, dass der Kommunikationsmarkt für High Definition Television (HDTV) und Interaktivität Breitband-Übertragungen benötigt. Für die vielen erforderlichen Hochfrequenz-Satellitenkanäle sind eine große Anzahl von MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)-LOs erforderlich. Eine weitere ESA-Technologieuntersuchung zeigte, dass die Anforderungen am besten durch hoch integrierte SiGe (Siliziumgermanium)‑MMICs bedient werden können. Bei dem vorgesehenen Unterauftragnehmer, der IHP GmbH (Innovations for High Performance Microelectronics/Institut für innovative Mikroelektronik) in Frankfurt/Oder, ist diese Technologie vorhanden und verfügbar. Die Entwicklung des MMIC-LO ist weitgehend abgeschlossen, und im geplanten Vorhaben soll nun eine ESCC-Qualifikation erreicht werden.
Entwicklung eines GaN-1000V-Schalttransistors
Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung der Prozesstechnik und der Transistor-Strukturen in Gallium-Nitrid sowie die Herstellung von Testmustern. Weiterhin wird die Aufbautechnik in geeignete Gehäuse untersucht.
Evaluation und Qualifikation von Dioden und HF-Transistoren
Das Unternehmen Infineon stellt unter anderem hochwertige Dioden und Transistoren unterschiedlicher Typen her, die im Automotiv- und Wirelessbereich eingesetzt werden und herausragende Leistungsmerkmale besitzen. Im Raumfahrtbereich benötigt man in fast allen Raumfahrtgeräten Dioden und Hf-Transistoren. Um diese innovativen Bauteile der Firma Infineon für den europäischen Raumfahrtmarkt verfügbar zu haben, soll in diesem Vorhaben deren Evaluation und Qualifikation im ESCC-System durchgeführt werden. Nach erfolgreicher Qualifikation können diese Bauteile direkt und ohne zusätzliche Nachweise in neuen Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden, was zukünftig vor allem zu Kosteneinsparungen und Verringerung des Zeitaufwandes innerhalb von Projekten führen wird.
Tauglichkeitsuntersuchung einer kommerziellen ASIC-Technologie bezüglich der Einsetzbarkeit für Raumfahrtanwendungen mit anschließendem ESCC Capability Approval
Der Bedarf an ASICs für HF-Anwendungen steigt nicht nur im kommerziellen Bereich, sondern auch im Raumfahrtbereich stetig an. Im Gegenzug nimmt die Anzahl der zur Verfügung stehenden Herstellungsprozesse für raumfahrttaugliche Bauteile immer weiter ab.
Als ein Beispiel für die Abkündigung eines solchen Prozesses ist der kürzlich eingestellte 0,5µm Prozess (MG2RTP) von ATMEL zu nennen. Die speziellen Raumfahrtanforderungen, das hohe Investment sowie das kleine Marktvolumen machen diese Prozesse, die zu strahlungstoleranten Bauteilen führen sollen, für viele Hersteller unattraktiv. Es werden also alternative Quellen für raumfahrttaugliche Bauteile benötigt.
Dieses Vorhaben sieht die Nutzung kommerzieller Prozesse mit einer gewissen Strahlungsfestigkeit vor, auf die man aufbauen kann. In Voruntersuchungen durch die Firma TESAT hat sich die LFoundry mit Sitz in Landshut als geeigneter Halbleiterhersteller herauskristallisiert. In der ersten Phase des Vorhabens soll anhand von geeigneten Testschaltungen die Raumfahrt-Tauglichkeit der Prozesse ermittelt werden. Bei positivem Ergebnis soll in der zweiten Phase das Capability Approval nach den Vorgaben des ESCC-Systems durchgeführt werden. Ziel des Vorhabens ist es, eine Halbleiterfertigung für europäische Raumfahrtanwendungen mit Sitz in Deutschland zur Verfügung zu stellen.
Evaluation und Qualifikation eines HF-Zirkulators/Isolators
Aus dem Bauteile-Anwenderkreis der deutschen Raumfahrtgeräte-Hersteller kam der Wunsch nach raumfahrtqualifizierten Zirkulatoren bzw. Isolatoren, weil für die Fertigung von zahlreichen Raumfahrtgeräten diese Bauteile erforderlich sind und es derzeit keinen qualifizierten Hersteller für HF-Zirkulatoren/Isolatoren in Europa gibt. In diesem Vorhaben soll daher eine ESCC-Qualifikation für Zirkulatoren bzw. Isolatoren erfolgen. Zukünftige Projekte könnten infolgedessen zeit- und kosteneffizienter durchgeführt werden, weil aufwendige Qualifikationen für einzelne Bauteile und für jedes einzelne Projekt entfallen würden.
Entwicklung, Evaluation und Qualifikation von SiC Hochvolt-Dioden
Der Einsatz von Leistungselektronik in der Raumfahrttechnik verlangt robuste und temperaturbeständige Komponenten. Hierbei geraten konventionelle Leistungshalbleiter aus Silizium (Si) mehr und mehr an die physikalischen Grenzen, da erhöhte Sperrschichttemperaturen das Verhalten der Halbleiter beeinflussen und zu drastisch erhöhten Verlusten bis hin zur Zerstörung der Bauteile führen können.
Um auch bei höheren Temperaturen sichere und effiziente leistungselektronische Lösungen anbieten zu können, werden schon jetzt Halbleitermaterialien mit größerem Bandabstand wie Siliziumkarbid (SiC) eingesetzt. SiC bietet ausgezeichnete Materialeigenschaften und ermöglicht Leistungshalbleiter mit sehr guten dynamischen Eigenschaften auch für höhere Sperrschichttemperaturen. Allerdings ist bei diesem neuen Halbleitermaterial die Realisierung der bei Si etablierten Halbleiterstrukturen nur bedingt möglich. Deswegen ist die Beschaffung und Entwicklung geeigneter SiC-Dioden für spezielle Raumfahrtanwendungen erschwert.
Gegenstand des Projekts ist die Evaluation/Qualifikation einer Siliziumkarbid Hochvolt-Diode (~1500 V) gemäß gängigen Spezifikationen; dies beinhaltet die Chip-Beschaffung und Gehäuseentwicklung. Die schnell schaltende SiC-HV-Diode soll für Anwendungen der Raumfahrt eingesetzt werden.
Evaluation und Qualifikation eines DC/DC-Konverters
Im Rahmen eines anderen DLR-Vorhabens wurde ein DC/DC-Konverter entwickelt, um die auch hier bestehende Abhängigkeit von den USA zu verringern. Das Vorhaben steht bereits kurz vor dem Abschluss. Damit das Bauteil generell eingesetzt werden kann, ist nach der Entwicklung eine ESCC-Evaluation und Qualifikation beabsichtigt.