Mehr Funktionalität integrieren

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK: Herr Hanebeck, wie laufen die Geschäfte im Bereich Automotive? Welche Trends sehen Sie?

Jochen Hanebeck: Für 2012 erwartet die Branche eine Zunahme des Auto-Halbleitermarkts von etwa 10 Prozent. Einerseits gibt es gute Marktbedingungen in den USA und Japan, andererseits aber eine Schwäche in Südeuropa und einen unsicheren Markt in China, wo viele ein größeres Wachstum erwartet hätten. Gut läuft es im Premiumsegment. Für das verbleibende Jahr ergibt sich also ein gemischtes Bild. Gedanken machen wir uns über China, weil die Marktentwicklung dort sicherlich ein entscheidender Faktor für die nächsten Quartale sein wird. Einen Abbruch sehen wir jedoch auch hier nicht.

Jochen Hanebeck, InfineonAlfred Vollmer

Von 2010 auf 2011 sind wir auf Dollarbasis um 24% gewachsen und damit viel stärker als unsere Wettbewerber. Wir liegen auf Wachstumskurs und wollen als weltweit zweitgrößter Halberleiterhersteller fürs Auto unseren Marktanteil weiter ausbauen. Laut Strategy Analytics war Infineon 2011 der am stärksten wachsende Automobilhalbleiterlieferant und hat einen neuen Spitzenwert von 9,8% Marktanteil erreicht.

Wie sieht die Liefersituation aus?

Gut, wir haben keine Lieferengpässe.

Welche Schwerpunkte setzt Infineon im Automotive-Bereich für die nächsten Jahre?

Wir machen Autos sauber, sicher und erschwinglich. Aufgrund unseres breit gefächerten und skalierbaren Portfolios von Mikrocontrollern, Leistungshalb­leitern und -modulen sowie intelligenter Sensorik können wir eine Partitionierungsdiskussion mit unseren Kunden führen – und zwar vor dem Hintergrund unseres hohen Qualitätsniveaus und System-Know-hows. Wir verfügen beispielsweise in Applikationen rund um die Leistungselektronik in Hybridfahrzeugen über wesentliches System­verständnis, so dass wir unseren Kunden die bestmöglichen Vorschläge unterbreiten können.

Ein großer Schwerpunkt ist die Integration von Funktionalität, um so Halbleiter mit einem besonders guten Preis-Leistungsverhältnis zu ermöglichen. Bei Produkten setzen wir auf Mikrocontroller und ASICs, auf Leistungshalbleiter vom Hochleistungsbereich für Hybridfahrzeuge bis hinunter zu kleinsten MOSFETs zum Beispiel für Scheibenwischer und Öl- und Kühlmittelpumpen.

Außerdem setzen wir auf Sensoren, die wir immer intelligenter und präziser machen – beispielsweise solche für die Reifendruckkontrolle oder Radarchips auf Basis von Silizium-Germanium-Technologie für Fahrerassistenzsysteme.

Was tut sich bei Infineon in punkto Mikrocontroller?

Mikrocontroller auf TriCore-Basis sind bereits großflächig in Motor- und Getriebesteuerungen im Einsatz. Durchschnittlich ist unser TriCore weltweit in nahezu jedem zweiten Neuwagen für die Motor- oder Getriebesteuerung zuständig. Mit der neuen MCU-Generation in 65-nm-eFlash-Technologie (siehe Seite 61, die Redaktion) wollen wir weiter in die Domäne der Safety-Mikrocontroller vordringen.

Jochen Hanebeck erläutert AUTOMOBIL-ELEKTRONIK-Redakteur Alfred Vollmer Details rund um den neuen 3D-Chip. Alfred Vollmer

Für derartige Safety-Applikationen wird unsere Multicore-Mikrocontroller-Familie AURIX High-End-Bausteine anbieten, bei denen bis zu zwei TriCore-Prozessoren jeweils im Lockstep-Betrieb arbeiten, so dass bei genauer Betrachtung sogar vier TriCore-Prozessoren auf einem Mikrocontroller-Chip vorhanden sind. Hinzu kommt ein zusätzlicher, HSM – das steht für Hardware ­Security Module – genannter Coprozessor zur Abarbeitung der Security-Funktionalitäten. Durch die Lockstep- und weitere safety-spezifische Funktionalitäten verringert sich der Aufwand zum Realisieren von ASIL-D-Systemen erheblich. Ausgewählte Autokunden entwickeln schon mit dem AURIX. Die Breiten-Bemusterung beginnt Mitte nächsten Jahres, und die Qualifikation ist für die zweite Jahreshälfte 2013 vorgesehen.

Was hat Sie denn bewogen, den Security-Aspekt gleich mit in den neuen Mikrocontrollern zu implementieren?

Wir sehen, dass Powertrain-und Safety-Funktionalitäten bei den Anforderungen an den Mikrocontroller mehr und mehr zusammenwachsen – und zwar nicht nur im Bereich Elektromobilität sondern auch bei Getrieben, wo zur Gewichtseinsparung vermehrt mechanische Backups vermieden und durch ASIL-D-fähige Elek-tronik ersetzt werden. Mittlerweile kommt auch noch der Security-Aspekt hinzu. Wir sehen Bedarf im Markt, weil OEMs einen höheren Manipulationsschutz, Tuning-Schutz sowie Schutz vor Hackerangriffen wünschen. Bereits in der Vorgänger-Generation, also beim in 90-nm-Technologie realisierten TriCore AUDO MAX, haben wir mit SHE, Secure Hardware Extension, ein Security-Modul implementiert. Es geht auf einen Arbeitskreis Security der HIS – Herstellerinitiative Software – zurück, in der Audi, BMW, Daimler, Porsche und VW entsprechende Security-Richtlinien festlegten. In den neuen 65-nm-Multicore-Mikrocontrollern der AURIX-Familie haben wir ein Hardware Security Module integriert; dieser kryptographische Controller sichert noch besser gegen Angriffe.

Jochen Hanebeck zeigt den neuen 3D-Chip. Die Aufnahme entstand mit einem solchen Chip. Je nach Entfernung von der Kamera variieren die Farben von Rot (nah) über Gelb und Grün bis Blau (weiter weg).Infineon Technologies

Grundsätzlich ist es ein großer Vorteil, wenn die Verschlüsselungseinheit bereits auf dem Mikrocontroller-Chip vorhanden ist, denn sowie ein separater Chip auf der Platine zum Einsatz kommt, besteht die Möglichkeit, den Datenverkehr zu diesem Companion-Chip abzuhören. Durch die monolithische Integration der Verschlüsselungseinheit lassen sich die Schlüssel sehr sicher abspeichern. Die Autobranche profitiert von unserer Chipkarten-Division, mit der wir sehr viel Kryptographie-Know-how im Konzern aufgebaut haben. Immerhin ist Infineon Weltmarktführer bei Chips für Karten- und Sicherheitsanwendungen. Wir sehen die Kombination aus Safety und Security als klaren Trend im Markt.

Gerade im Rahmen von Connected-Car müssen wir sicherstellen, dass die safety-kritischen Applikationen im Auto absolut unangetastet und ungestört ablaufen können.

Welche Unterschiede sehen Sie bei den Security-Ansätzen der zentraleuropäischen OEMs gegenüber dem Rest der Welt?

Die OEMs auf der Welt gehen sehr unterschiedlich mit dem Thema „Security von sicherheitsrelevanten Applikationen“ um, sind sich jedoch des Problems und der Notwendigkeit sehr wohl bewusst, dass sich in punkto Security etwas tun muss. Die Zentraleuropäer nehmen eine gewisse Vorreiterrolle ein. Wir unterstützen diesen Trend aktiv durch sukzessive Erweiterungen der Security-Lösungen seit unserer TriCore AUDO-NG/Future-Familie.

Welche Schwerpunkte setzt Infineon jenseits der Mikrocontroller?

Da ist zunächst einmal der Bereich Embedded-Power. In unserer 130-nm-BCD-Technologie haben wir beispielsweise eine vollintegrierte Lösung realisiert, die aus einem 8-Bit-Mikrocontroller, Flash-EEPROM und den gesamten Leistungsstufen zur Ansteuerung eines Relais besteht, wobei das Relais wiederum einen Motor ansteuert. Solch ein Embedded-Power-IC kann einen Fensterheber, ein Schiebedach etc. ansteuern. Es handelt sich hierbei um eine flexible, skalierbare Lösung im Rahmen einer ganzen Familie, die wir in Richtung 32-Bit-Mikrocontroller-Performance, Flash-Größe sowie Leistungsstufen für zwei oder drei Phasen erweitern. Auch Varianten mit integriertem SBC, also System-Basis-Chip, und CAN mit Wake-Up für den Teilnetzbetrieb sind in dieser Technologie möglich.

Eine weitere Produktneuheit im Bereich Power-ASICs ist ein Chip zur Steuerung von Ventilen zum Beispiel in automatischen Getrieben, der Ströme bis 1,2  A mit einer bei ASICs ansonsten unerreichten Genauigkeit von 1 % über einen Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C einstellt und HS/LS-konfigurierbar ist. Diese Genauigkeit ist wichtig, um die Antriebsspulen der Aktoren im Getriebe hochpräzise anzusteuern. Wir haben in diesem Chip neue Regelalgorithmen implementiert, die schnell auf Änderungen von Stellgrößen und auf Störungen reagieren. Das ganze resultiert in einem deutlich präziseren und ruhigeren Schaltverhalten.

Setzen Sie noch andere Schwerpunkte?

Ja, und zwar bei den Sensoren, beispielsweise für Seitenairbags. In den Türen existiert jeweils ein wohldefiniertes Luftvolumen, mit dem sich die Druckwelle nach einem Aufprall um den Faktor 3 schneller detektieren lässt als es die Aufprallerkennung mit einem Beschleunigungssensor ermöglicht.

Für diese bekannte Technologie ergeben sich neue Applikationen, beispielsweise für den Fußgängerschutz. In der Frontstoßstange ist dann ein verformbarer Luftschlauch eingebaut, an dessen beiden Enden aus Gründen der Redundanz jeweils ein Drucksensor sitzt. Bei einem Aufprall misst er die Druckänderung im Luftschlauch, wertet diese Daten in Echtzeit aus und übermittelt die Druckwerte alle 500 Mikrosekunden an ein zentrales Steuergerät. Für Messung und Datenaufbereitung braucht er durchschnittlich weniger als 40 Mikrosekunden.

Das Steuergerät aktiviert den Mechanismus zur Anhebung der Motorhaube, was den Aufprall des Fußgängers abdämpft. Unsere Drucksensoren enthalten in einem sehr kleinen Gehäuse von lediglich 7 mm auf 7 mm die Sensoreinheit zur Messung des Luftdrucks sowie das Auswerte-ASIC. Bei Datenmessung und -auswertung gleichen unsere Drucksensoren eigenständig Veränderungen des Umgebungsluftdrucks aus.

Warum setzt Infineon beim Batterie-Management für Traktionsbatterien auf andere Lösungen als der Wettbewerb?

Als einziges Unternehmen bieten wir neben dem passiven Cell-Balancing auch eine Lösung für das aktive Cell-Balancing an. Das aktive hat den großen Vorteil, dass sich Ladungen mit Strömen von bis zu 5 A über einen kleinen, preisgünstigen Transformator zwischen den Zellen hin- und herschieben lassen. So lässt sich die Reichweite der Batterie um bis zu 10 % erhöhen oder ihr Gewicht bei gleicher Reichweite verkleinern. Gleichzeitig werden schwache Zellen detektiert und das Batteriesystem entsprechend ausgeglichen. Gemeinsam mit unseren Kunden untersuchen wir derzeit, welche Möglichkeiten das aktive Cell-Balancing über die Lebensdauer hinweg eröffnet.

ABS/ESP, Airbag und EPS sind mittlerweile Standard in allen Klassen. Wo sieht Infineon bei derart höchstvolumigen Systemen noch Optimierungspotenzial, und wie wollen Sie dieses umsetzen?

Unsere Produktschwerpunkte für Sicherheitsanwendungen liegen auf Airbags, elektronischer Lenkunterstützung, EPS, ABS/Fahrzeugstabilitätsreglung, elektronisch geregelten Fahrwerken, radar-basierter Fahrerassistenz und Reifendruckkontrolle. Wir sind beispielsweise bei unserer 130-nm-BCD-Technologie in der Lage, außer dem Mikrocontroller alle Funktionalitäten einer Airbag-Control-Unit – ACU – zu integrieren, vom PSI5/DSI-Satelliten-Receiver über die Stromversorgung einschließlich LIN-Schnittstelle, Watchdog und Safety-Controller bis hin zu integrierten Zündstufen für die Airbag-Zündpillen.

Das ASIC kann darüber hinaus weitere externe Zünd-ASICs steuern und überwachen, so dass die ACU bis zu 40 Kanäle ansprechen kann. Bei der Entwicklung des ASIC wurden natürlich ASIL-D-Prozesse und -Maßnahmen zur Unterstützung der Zertifizierung der Gesamtsysteme durch Tier-1/OEM berücksichtigt. Einer unserer Schwerpunkte ist ja die funktionale Integration. So können wir mit nur zwei Chips, nämlich dem Mikrocontroller mit integriertem Flash und dem Airbag-ASIC, eine komplette Airbag-Lösung realisieren. Ähnliches wollen wir bei ESP erreichen.

Fahrerassistenzsysteme (FAS) sind derzeit ein ganz heißes Thema. Wie unterstützt Infineon FAS – vor allem in Hinblick auf die funktionale Sicherheit (Safety)?

Die neue Mikrocontroller-Familie AURIX haben wir auch für Fahrerassistenzsysteme entwickelt; für 77-GHz-Radarsysteme hat Infineon mit Silizium-Germanium-Frontend-Bausteinen die neuste Technologie, die bei FAS gerade Galliumarsenid ablöst. Diese SiGe-Lösungen kommen schon heute bei führenden Systemanbietern im Bereich Adaptive Cruise Control zum Einsatz. Radar hat den großen Vorteil, dass es auch bei schlechter Sicht noch funktioniert und bis zu 200 m vorausschaut. Daher wird Radar auch weiterhin bei Assistenzsystemen eine wesentliche Rolle spielen. Unser nächstes Produkt hierfür ist in einem besonders hochfrequenz-geeigneten eWLB-Gehäuse integriert.

Eine echte Weltneuheit ist unser 3D-Kamerachip mit 100.000 Pixeln, der aus einer Kooperation mit der Firma PMD entstanden ist. Im Prinzip sendet dieser Sensor Infrarot-Licht aus und misst beim Rücklauf die Phasenverschiebung. Er liefert damit zu jedem Pixel nicht nur eine 2D- sondern zusätzlich eine Tiefeninformation. Weitere wichtige Kenndaten sind kurze Latenzzeiten und hohe Frame-Raten von bis zu 100 Frames/s bei einem sehr kleinen Formfaktor.

In der Praxis kommt ein derartiger Sensor in Kombination mit einer herkömmlichen 2D-Monokamera zum Einsatz; um entsprechend hochaufgelöste Bilder zu erhalten, werden die beiden Kamerasignale dann gefaltet. Wir haben uns auf die Fahnen geschrieben, die Sensitivität und die Leistungsfähigkeit dieses Imagers deutlich weiter zu steigern und zu integrieren. Durch den Einsatz von hochleistungsfähigen A/D-Wandlern auf dem Chip liefern wir bereits digitale Signale am Ausgang.

Mit unserem neuen 3D-Kamerachip lässt sich somit bei nur wenigen Zentimetern Breite und auf kleinstem Bauraum ein System für räumliches Sehen realisieren. Da der 3D-Chip die Tiefeninformation bereits als separate Information mitliefert, muss diese nicht erst mit hohem Rechenaufwand aus den Winkelinformationen einer Stereokamera errechnet werden.

Unser 3D-Chip deckt dabei den gesamten interessanten Bereich bis etwa 50 m Entfernung ab. Durch die aktive Beleuchtung über eine Infrarot-LED-Kette verfügt das System über eine Nachtsichtfähigkeit, so dass auch bei Dunkelheit eine Fußgängererkennung sowie eine Gestensteuerung möglich sind. Fahrzeuge mit dieser Technologie könnten schon ab dem Jahr 2014 vom Band laufen.

Wir glauben, dass Kamera und Radar die Systeme der Zukunft darstellen. Auch auf Grund der Komplexität in der Sensorfusion wird es wohl darauf hinauslaufen, Radar- und Bildsignale zu kombinieren, weil sich so praktisch alle kritischen Fahrsituationen abdecken lassen. Auf Lidar werden die Hersteller wohl längerfristig betrachtet verzichten.

Nicht nur im Rahmen von Elektrofahrzeugen wird die Leistungselektronik immer wichtiger. Welche Trends zeichnen sich hier ab – auch auf der Gehäuseseite?

Unser Innovationsschwerpunkt liegt auf der Integration von Funktionalität und damit auf Halbleitern mit hervorragendem Preis-Leistungsverhältnis. Heutzutage sind mehr und mehr Eigenschaften von Halbleitern durch das Gehäuse beschränkt und nicht durch das Silizium. Daher treiben wir das Thema Packaging weiter voran. Wir haben beispielsweise ein sehr kleines MOSFET-Gehäuse namens H-PSOF – Heatsink Plastic Small Outline Flat lead – definiert, das durch sein spezielles Design den On-Widerstand um 20 % senkt und dessen Abmessungen etwa 20 % kleiner als das eines heutigen D2PAK-Gehäuses ist. Weil diese MOSFETs in den Bereichen ABS und EPS, und damit in hohen Volumina, zum Einsatz kommen, haben wir das H-PSOF-Gehäuse an Fairchild Semiconductor lizenziert, so dass eine Second-Source vorhanden ist.

Welche Bedeutung hat der Fachkongress „Fortschritte in der Automobilelektronik“ in Ludwigsburg für Sie?

Dieser Kongress ist für uns eine der wichtigsten Veranstaltungen zur Kontaktpflege und zum Erfahrungsaustausch auf Management-Ebene. Vom Ludwigsburg-Kongress im Juni weiß man, dass alle namhaften Unternehmen vertreten sind, so dass er immer wieder interessant ist. Die Veranstaltung ist sicherlich ein Benchmark.

Das Interview führte Alfred Vollmer, Redakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.

(av)