RF & High-Speed-System Design IZM-Forschungspreis 2012 für den HF-Experten Dr. Ivan Ndip

Wie ist es technisch nur möglich, immer größere Datenmengen immer schneller und vor allem zuverlässig und störungsfrei zu senden und zu empfangen? In einer Zeit, in der jeder ständig online ist, werden via YouTube, Facebook & Co. jeden Tag unvorstellbare Datenmengen in Sekundenschnelle ausgetauscht.

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Dieser Frage geht Dr.-Ing. Ivan Ndip nach und konzentriert sich dabei insbesondere auf die elektromagnetische Modellierung, Messung und Optimierung von integrierten Antennen und kompletten Signalpfaden, etwa von Chip-zu-Chip oder Chip-zu-Leiterplatte. Der Hochfrequenztechnik-Experte Ivan Ndip ist Leiter der Arbeitsgruppe RF & High-Speed Systems in der Abteilung System Design & Integration am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Der Wissenschaftler ist für seine Arbeit am 19.12.2012 mit dem Forschungspreis des Fraunhofer IZM ausgezeichnet worden.

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Beim drahtlosen Austausch von Daten zählen Antennen zu den wichtigsten Bestandteilen aller internetfähigen Geräte. Sie sind auch maßgeblich für die Qualität der übertragenen Signale verantwortlich.

Um nun noch kleinere drahtlose Geräte und Systeme entwickeln zu können, ist es notwendig, die Integrationsdichte der Antennen und der anderen Systemkomponenten zu erhöhen. Dies führt allerdings zu einer starken elektromagnetischen Wechselwirkung, die eine Verschlechterung der Systemeigenschaften und Probleme beim Datenaustausch verursachen kann. Um das zu vermeiden, sind bereits am Anfang des Entwurfsprozesses zuverlässige Maßnahmen zum Entwurf und zur Optimierung von integrierten Antennen zu treffen. Dieses wichtige Gebiet wurde von Dr. Ivan Ndip in seine Forschungsgruppe eingeführt.

Doch bevor die Daten drahtlos zwischen den verschiedenen Geräten ausgetauscht werden können, müssen sie zunächst zuverlässig und störungsfrei von den Komponenten des Systems verarbeitet werden. Für die systeminterne Kommunikation spielen Signalpfade, die die Komponenten miteinander verbinden, eine entscheidende Rolle. Diese Signalpfade bestehen aus verschiedenen Verbindungselementen, wie Drahtbonds, Leitungen mit Knicken und Durchkontaktierungen in einem Interposer (Chipträger), Verbindungen zwischen Interposer und Leiterplatten sowie weiteren Leitungen auf der Leiterplatte.

Die Signalpfade enden an den Anschlüssen der anderen Komponenten wie Antennen, Chips oder Schnittstellen im Gerät. Damit die Chips größere Datenmengen schneller verarbeiten können, werden die Arbeitsfrequenzen von neuen IC-Generationen ständig erhöht. Mit steigenden Frequenzen wird es jedoch immer schwieriger, Signalpfade zu entwerfen, die eine schnelle Datenübertragung störungsfrei ermöglichen. Problem hierbei sind insbesondere die von den Verbindungselementen verursachten Signalintegritätseffekte, etwa Reflexionen, Dämpfung, Überkopplung und Verzögerungen, die dazu führen können, dass der systeminterne Informationsaustausch nicht (fehlerfrei) funktioniert.

Dr.-Ing. Ivan Ndip nutzt einen neuen Entwurfsansatz

Schon vor mehr als 10 Jahren erkannten Dr. Ivan Ndip und sein Doktorvater Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. H. Reichl, dass beim Entwurf von mikroelektronischen Systemen die Signalintegrität in Zukunft immer wichtiger werden würde. Während seiner Doktorarbeit entwickelte Ndip neue Verfahren zur akkuraten und effizienten elektromagnetischen Modellierung komplexer Signalpfade, die unter Berücksichtigung von Signalintegritätseffekten bei GHz-Frequenzen den systematischen Entwurf sowie dessen Optimierung erlauben. So können die kritischen Verbindungelemente sehr früh in der Entwicklungsphase (bereits vor Entstehung des Layouts) identifiziert und Signalintegritätsprobleme beseitigt werden.

Ferner hat Ndip in seiner Doktorarbeit einen neuen Entwurfsansatz entwickelt, den so genannten M3-Ansatz (Methoden, Modelle, Maßnahmen). Dieser ermöglicht eine optimale und kostengünstige Entwicklung integrierter Antennen und anderer Systemkomponenten, beispielsweise elektronischer Chip-Gehäuse, Leiterplatten und kompletter Hochfrequenz-/High-Speed-Module. Damit hat der diesjährige Forschungspreisträger einen wichtigen Beitrag zur schnellen und zuverlässigen Übertragung großer Datenmengen innerhalb und zwischen elektronischen Geräten bzw. Systemen geleistet.

Mit seinen Forschungsergebnissen trifft Dr. Ivan Ndip den Puls der Zeit. Nicht nur im Bereich der Informationstechnologien ist er ein gefragter Experte. Sein Knowhow kommt überall dort zum Einsatz, wo Signale störungsfrei und zuverlässig übertragen werden müssen, wie beispielsweise in den Bereichen Medizin, Sicherheit und Anwendungen in der Automobiltechnik.

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