Forschung -

IoT-Systeme für den Mittelstand

In dem Verbundvorhaben ‚Universelle Sensor-Plattform‘ (USeP) haben Forscher eine Plattform für hochintegrierte und individuell konfigurierbare IoT-Systeme entwickelt, die auf Applikationsanforderungen klein- und mittelständischer Unternehmen zugeschnitten werden kann.

Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) zunehmend IoT-Systeme in ihren Produkten, Services und Anwendungen implementieren. Auch bereits vorhandene Systeme werden um einzelne Sensoren und Aktoren erweitert, um Funktionen, Zustände und Ausführungen zu erfassen.

Die Herausforderung dabei: Systementwickler greifen typischerweise auf die Verwendung handelsüblicher, standardisierter Komponenten zurück und können die Lösung so nur bedingt für spezielle Anforderungen optimieren. Die Entwicklung von applikationsspezifischen Komponenten, hergestellt in modernsten Technologien, bleibt KMU und Start-ups jedoch weitestgehend verwehrt. Technologieentwicklungen und die Modifikation von Packaging-Prozessen für die gezielte Integration von Sensoren oder anderen elektronischen Komponenten für kundenspezifische Applikationen sind teuer und zeitaufwendig. Dem soll das im August 2017 enstandene Konzept USeP abhelfen.

Die modular aufgebaute universelle Sensorplattform basiert auf einem in 22-nm-FDX-Technologie entwickelten IC von Globalfoundries. Dieser besitzt digitale und analoge Schnittstellen für nahezu alle bekannten Sensoren/Aktoren sowie integrierte Datenwandlung, -speicherung, -verarbeitung und -verschlüsselung als auch zahlreiche Kommunikationsschnittstellen für drahtgebundene und drahtlose Datenübertragung sowie ein lokales Powermanagement für individuelle Sensorik.

Der zweite wesentliche Aspekt für die kundenspezifische Konfiguration mit Sensoren und Kommunkationsinterfaces ist das Packiging. Die Entwicklung einer flexiblen und hochdichten Gehäusetechnologie am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ermöglicht einerseits die kostengünstige Herstellung der Kernelemente des IoT-Systems unter Verwendung der energieeffizienten 22-nm-FDX-Technologie und andererseits eine flexible Anpassung dieser Kernelemente an applikationsspezifische Anforderungen im Bereich der Systemumsetzung.

Der Anwender kann basierend auf der Plattform seine individuelle Konfiguration definieren und schnell für Prototypen und Volumen erhalten. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt ermöglicht damit insbesondere Startups und KMU, sich mit hochspezialisierten Produkten zu niedrigen Entwicklungskosten und für schnelle Produktzyklen zu positionieren.

Erste Demonstratoren für den Nachweis des Systemkonzepts und der für die Hardwarerealisierung erforderlichen Technologie wurden umgesetzt und Potenziale für Verbesserungen sowie Weiterentwicklungen identifiziert. Als Kernpunkte künftiger Arbeiten zeichnen sich die weitere Erhöhung der Integrationsdichte, die Umsetzung von Chiplets sowie die Integration zusätzlicher passiver Komponenten für Hochfrequenzanwendungen ab.

Alle wesentlichen Komponenten der Plattform sind in Entwicklung und Testung. Im zweiten Quartal 2020 wird dann auch der SoC in die Package-Plattform integriert werden, sodass dem Aufbau funktionaler Demonstratoren nichts mehr im Weg steht. Eine Ausgründung der Projektpartner, die Firma Sensry, wird die Plattform für kleine und mittelständige Unternehmen nach dem Entwicklungsabschluss industriealisieren und anbieten.

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