Kathrin Lettner
22.06.2016
Audi Halbleiterlabor der Qualitätssicherung
Kleines Teil, große Wirkung: der Halbleiter

Bis zu 8.000 Halbleiterbauelemente stecken in einem aktuellen Audi. Und mit jeder neuen elektrischen Funktion im Auto werden es mehr. Denn die Halbleiter sind das Herz der Steuergeräte im Fahrzeug. Was sie ausmacht und was sie leisten – Autorin Kathrin Lettner hat sich die kleinen Helfer unters Mikroskop geholt: im Audi Halbleiterlabor.

Halbleiterlabor

Halbleiterchip mit Bonddrähten kontaktiert. Jeder ist nur halb so dick wie ein menschliches Haar.

 

Im weißen Laborkittel sitzt Oliver Senftleben an seinem Prüfplatz, hochkonzentriert, den Kopf über ein Mikroskop gebeugt. Unter der Linse liegt in 100-facher Vergrößerung ein Halbleiterchip, den der promovierte Ingenieur gerade analysiert. Wir befinden uns im Halbleiterlabor der Audi Qualitätssicherung. Hier dreht sich alles um Elektronik- und Halbleitertechnologien. „Denn insbesondere bei der Elektromobilität, der Vernetzung und dem Autonomen Fahren sind modernste Halbleitertechnologien erforderlich, deren Qualität und Zuverlässigkeit sichergestellt werden muss“, erklärt Oliver Senftleben. Die Audi Qualitätssicherung hat das früh erkannt und bereits im Jahr 2006 als einziger Automobilhersteller in Europa ein eigenes Halbleiterlabor gegründet.

Audi Halbleiterlabor: Alleinstellungsmerkmal seit zehn Jahren

Ein Halbleiterlabor bei einem Automobilhersteller? „Halbleiter sind zwar keine klassische Kernkompetenz eines Automobilherstellers, aber für uns ist es wichtig, bei diesem Thema eine hausinterne Expertise zu haben. Denn nur so können wir die Qualität all unserer Bauteile im Auto genau beurteilen und die Optimierung der Bauteile aktiv vorantreiben“, erläutert Christian Langmeir, der Leiter der Abteilung.

Halbleiterlabor

Robert Kraus (links) und Oliver Senftleben bei der Halbleiter-Analyse.

 

Doch was genau sind eigentlich Halbleiter und welche Funktion haben sie im Auto? Jede elektrische Funktion im Fahrzeug wird durch ein Steuergerät realisiert. Dabei bilden Bauelemente wie Prozessoren oder Speicher, wie sie in jedem Computer oder Smartphone zum Einsatz kommen, das Herz und das Gehirn der Steuergeräte. Das Grundmaterial dieser Bauelemente sind sogenannte Halbleitermaterialien wie das Silizium, aber auch exotische Vertreter wie Galliumnitrid, das zum Beispiel für Leuchtdioden verwendet wird, oder organische Halbleiter (z.B. OLED-Displays), die vorwiegend für optische Anwendungen zum Einsatz kommen.

Mikroelektronik ermöglicht 80 Prozent der Innovationen

„Mehr als 80 Prozent aller Innovationen in einem modernen Fahrzeug werden durch die Mikroelektronik ermöglicht“, sagt Helmut Lochner, Halbleiter-Experte bei der Qualitätssicherung. „In Summe stecken in einem modernen Fahrzeug 6.000 bis 8.000 aktive Halbleiterbauelemente in bis zu 100 untereinander vernetzten Steuergeräten. Jedes Einzelne davon hat heute mehr Rechenleistung als die erste Rakete zum Mond.“

Schon während der Entwicklungsphase überprüfen er und seine Kollegen die Anforderungen, die ein Halbleiter für den Einsatz im Automobil erfüllen muss. Und diese sind gewaltig: Die Lebensdauer eines Smartphones liegt im Schnitt bei zwei Jahren, bei einem Auto sind es rund 15 Jahre. „Zudem ist die Nutzung und Beanspruchung bei einem Auto ganz anders als bei einem Smartphone. Der Halbleiter muss hierzu anders konzipiert und verarbeitet werden, um die hohen Anforderungen an Temperaturunterschiede, Feuchtigkeit und Vibrationen, wie sie im Fahrzeug auftreten, zu erfüllen.“

Halbleiterlabor

Elektrische Analyse am Innenleben eines Steuergeräts.

 

Und auch innerhalb der verschiedenen Modelle sind Halbleiter unterschiedlichen Einflüssen ausgesetzt. Ein gutes Beispiel ist der Audi R8. Weil sich der Motor hier im Heck des Fahrzeugs befindet, werden die Halbleiter in den Rückleuchten deutlich heißer und daher stärker beansprucht. Deshalb müssen die Halbleiter und Steuergeräte in der Entwicklungsphase eines neuen Modells Extremtest wie spezielle Temperaturschocks bestehen. Nur so können sich die Qualitätssicherer ein Bild davon machen, welche Verbesserungsmöglichkeiten es bei der Herstellung von Halbleitern und Steuergeräten noch gibt.

Halbleiter im Röntgengerät                 

Während die einen Halbleiter im Temperaturschrank schwitzen, landen die anderen im Röntgengerät. Denn das Halbleiterlabor führt auch sogenannte Fehleranalysen durch. Hierbei werden die Steuergeräte mit einem Röntgengerät auf mögliche Serien- und Prozessfehler untersucht. „Oft sind die Platinen im Gehäuse versteckt. Im Röntgengerät können wir unter die Hülle schauen und Lötstellen, Bonddrähte sowie Kontakte überprüfen, ohne das Steuergerät zu zerstören“, erläutert Robert Kraus, der unter anderem die Fertigungsqualität der Elektroniklieferanten sicherstellt. Auch bei Beanstandungen aus dem Feld werden Fehleranalysen für oder mit den Lieferanten durchgeführt.

Halbleiterlabor

Röntgengerät zur zerstörungsfreien Analyse.

 

Oftmals fungiert das Halbleiterlabor dabei auch als Brücke zwischen Halbleiterherstellern und Elektroniklieferanten. Darüber hinaus definieren die Qualitätssicherer Anforderungen an die Lieferanten und Unterlieferanten, um Fehler in der Zukunft zu vermeiden. Hierzu sind die Ingolstädter Experten in enger Abstimmung mit anderen Halbleiterspezialisten aus der Entwicklung und den übrigen Marken des VW-Konzerns, um das Auto von Morgen noch zuverlässiger und robuster auszulegen. „Denn eines ist für Audi klar“, betont Langmeir, der Chef des Halbleiterlabors. „Bei der Qualität darf auch bei den Halbleiterbauelementen nicht gespart werden.“

Halbleiterlabor

Gemeinsam für beste Qualität: Teamarbeit wird im Halbleiterlabor groß geschrieben.


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