超高精度な新センサIC、宇宙空間から地球磁気圏の3Dマッピングを可能に Satellitengestützte Erforschung der Erdmagnetosphäre
ams（日本法人：amsジャパン株式会社、東京都港区、カントリーマネージャー 岩本桂一）のフルサービス・ファウンドリ事業部、フラウンホーファーIIS（集積回路研究所）、およびオーストリア科学アカデミー（OeAW）の宇宙科学研究所
(Institut für Weltraumforschung, IWF）は本日、宇宙からの地球磁気圏の高精度測定に関して大変有望な結果が得られたことを発表しました。
2015年3月に打ち上げられたNASAの「磁気圏マルチスケール」ミッションの一環として、同一の衛星4機による地球磁気圏の高精度な三次元測定が行われています。本ミッションで期待される目標は、磁気圏のダイナミクスを探査し、非常に精度の高いセンサを使って地球磁場におけるわずかな変化を測ることです。宇宙科学研究所（拠点はオーストリア・グラーツ）の主導による研究努力は、地球の磁力が運動エネルギー、熱エネルギー、粒子加速に変換される自然現象、いわゆる磁気リコネクションに焦点を合わせています。磁気リコネクションは、オーロラや地球磁気圏の一時的な障害に関わるメカニズムの一つです。
人工衛星におけるすべての計測機器や装置と同様に、宇宙科学研究所の磁力計は消費電力がごくわずかでありながらも、できるだけ小型かつ軽量である必要があります。それに加え、極低温下や放射線下といった過酷な環境においても高い精度が要求されます。
宇宙科学研究所と共同でフラウンホーファーIISが開発した、小規模なカスタムASIC（特殊用途向け集積回路）は、人工衛星のデジタル方式フラックスゲート磁力計（DFG）による磁気圏の高精度な三次元測定を超低消費電流で可能にします。従来の電子コンパスよりも数千倍の感度である10ピコテスラの分解能で動作する本デバイスは、磁束のわずかな変化を感知することができます。
この特殊なフラウンホーファーASIC を製造したamsの0.35µm CMOS（C35）プロセス技術は、複雑なアナログ/ミックスドシグナル集積回路の設計が可能です。独自のプロセスアーキテクチャに基づいた耐放射線C35技術は、宇宙や航空宇宙用途での使用に最適です。フラウンホーファーと宇宙科学研究所の設計チームはまた、包括的なプロセス開発キット（PDK）やIPブロックポートフォリオ、先進プロセス技術、および製品検証サービス、サプライチェーン管理機能など、amsのICデザイン向けターンキーソリューションというメリットを受けました。こうしたメリットは、amsのファウンドリカスタマが開発リスクを大幅に軽減して開発サイクル期間を短縮することを可能にします。
フラウンホーファーIIS、ASIC開発プロジェクトマネージャ、ジョハン・ハウアー氏のコメント：「0.35µm CMOSプロセス、フラウンホーファーIISの研究者と科学者のチームが、性能、消費電力、ダイ面積、信頼性のすべての点で我々の期待をはるかに上回る複雑なアナログ/ミックスドシグナル集積回路を開発することを可能にしました」IWF、副ディレクター、ワーナー・マグニス氏のコメント：「最初かつ短期のテスト期間であったものの、オーストリアで開発・製造された集積回路をベースにした磁力計が精度と安定性の要件を大幅に上回ることが確認でき光栄に思います」
ams、フルサービス・ファウンドリ事業部門ジェネラルマネージャ、マーカス・ウクセのコメント：「約25年に及ぶフラウンホーファーIISとの協力関係の中で、amsは研究および産業プログラムに向けた膨大な数の複雑な集積回路の開発に成功してきました。ams製の集積回路が、今や宇宙空間で確実に動作し、地球の物理をより理解するのに役立っていることを非常に喜ばしく思います」
フルサービス・ファウンドリの総合的なサービスおよび技術ポートフォリオに関する詳しい情報は、こちらのサイトをご覧ください。full service foundry
ams のフルサービスファウンドリ事業部門について
amsのフルサービスファウンドリ事業部門は、アナログ/ミックスドシグナル ファウンドリ市場における良好な地位を確立しました。同事業部門のプロセス技術のポートフォリオは、amsアナログ、ミッスクドシグナル、高耐圧およびRFプロセスに基づく0.18umおよび0.35um特殊技術を含みます。amsは、「”More
than Silicon”」戦略により、業界標準のファウンドリサービスの枠を超えて総合的なサービスと技術パッケージを提供しています。それは、シリコン貫通ビアを使用する3D IC、カラーコーティング、バックエンドプロセスのカスタマイズ、WLCSPなどの最新技術拡張を含みます。フルサービスファウンドリ パッケージは、設計段階の優れたサポート、高性能ツールおよび経験豊富な技術者、シリコンにより証明された高性能アナログIPブロック、ターンキーソリューションのためのアセンブリおよびテストサービスを提供しています。
フラウンホーファーIIS（集積回路研究所）について
フラウンホーファー研究機構は、ヨーロッパ最大の応用研究機関です。ドイツ国内に点在する66の研究所および研究ユニットで研究活動が行われています。フラウンホーファー研究機構は約24,000人ものスタッフを擁し、年間研究予算総額は20億ユーロを超えます。フラウンホーファーIISは、マイクロエレクトロニクスおよびITシステムソリューション/サービスにおいて世界トップを走るアプリケーション指向の研究機関です。全フラウンホーファー研究施設の中でも最大の研究所です。mp3の開発およびAACの共同開発により、フラウンホーファーIISの名は世界中に知れ渡りました。パートナーやクライアントと緊密に協力し、当研究所はオーディオ＆マルチメディア、イメージングシステム、エネルギー管理、IC設計、設計の自動化、通信システム、ポジショニング、医療技術、センサシステム、安全・安心技術、サプライチェーン管理、非破壊検査の分野において研究開発サービスを行っています。およそ880人の従業員が産業、サービス分野、公的機関向けに委託研究を行っています。1985年にエアランゲンで設立されたフラウンホーファーIISは現在、エアランゲン（本拠）、ニュルンベルク、フュルト、ドレスデン、さらにはバンベルク、ヴァイシェンフェルト、コーブルク、ヴュルツブルク、イルメナウ、デッゲンドルフの10都市に12の拠点を構えています。1億2千万ユーロの予算は主にプロジェクトから資金提供を受けています。予算のうち23パーセントは、連邦・州基金から補助を受けています。
IWF Grazについて
オーストリア科学アカデミー（Österreichische Akademie der Wissenschaften, ÖAW）のグラーツ宇宙科学研究所（Institut für Weltraumforschung, IWF）は、物理学および太陽系探査に重点的に取り組んでおり、宇宙環境に適した計器の開発や組み立てから、これらの計器から返されたデータの分析および解明まで、当分野で必要な一連の研究を行っています。科学の観点でIWFが重視しているのは、宇宙のプラズマ物理、太陽系の天体や太陽系外惑星の上層大気、地球や月の重力場です。現在、IWF
Grazは欧州宇宙機関（ESA）、アメリカ航空宇宙局（NASA）、日本、ロシア、中国が主導する15の国際的な宇宙ミッションに携わっています。これらのミッションには、地球近傍の衛星群、太陽の観測、太陽系内外の惑星の探査、そして彗星への軌道到達と着陸があります。
Unterpremstätten & Graz/Österreich, Erlangen/Deutschland (3. Juni 2015). Der Geschäftsbereich Full Service Foundry der ams AG (SIX: AMS), ein führender Entwickler und Hersteller von hochwertigen analogen ICs und Sensoren, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS und das Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ermöglichen mit einer neuartigen integrierten Schaltung erstmals die präzise dreidimensionale Vermessung des Erdmagnetfeldes.
Vier identisch bestückte Satelliten, die im Zuge der NASA Mission „Magnetospheric Multiscale“ (MMS) Mitte März in den Weltraum geschickt wurden, führen dreidimensionale Messungen der magnetischen Schutzhülle der Erde durch. Ziel der Mission ist es, die Dynamik des Erdmagnetfelds zu erforschen sowie kleinste Änderungen mit höchster Genauigkeit zu vermessen. Im Mittelpunkt der Untersuchungen des Grazer Instituts für Weltraumforschung steht die so genannte magnetische Rekonnexion, bei der magnetische Energie in Teilchenenergie umgewandelt und explosionsartig freigesetzt wird, wodurch auf der Erde magnetische Stürme und Phänomene wie das Nordlicht entstehen.
Wichtig für den Einsatz von Messinstrumenten in Satelliten ist eine platz-, gewichts- und leistungssparende Elektronik. Darüber hinaus werden höchste Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und der Toleranz gegenüber radioaktiver Strahlung und Temperaturänderungen gestellt. Die kundenspezifische, integrierte Schaltung für hochempfindliche Magnetfeldmessung wurde vom Fraunhofer IIS gemeinsam mit dem IWF Graz für ein digitales Fluxgate-Magnetometer (DFG) entwickelt. Die University of California, Los Angeles, hat den Magnetfeldsensor gebaut. Das Messgerät erfasst kleinste Magnetfelder mit einer Auflösung von zehn Picotesla und ist damit mehrere tausend Mal empfindlicher als ein elektronischer Erdkompass.
Der für die Herstellung verwendete 0,35µm CMOS Spezialprozess von ams ermöglicht die Entwicklung von extrem effizienten und hochgenauen, integrierten Schaltungen. Durch seine Prozessarchitektur und Robustheit gegen Strahlung eignet sich der C35 Prozess besonders gut für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Ein umfangreiches Angebot an stromsparenden Schaltungsbauteilen und Bibliotheken, IP Blöcken und Sensorelementen reduziert Entwicklungszeit und -risiko maßgeblich und ermöglicht die Entwicklung von komplexen, analogen Schaltungen, die auf Anhieb funktionieren.
„Mit dem 0,35µm CMOS Prozess von ams war es unseren Wissenschaftlern am Fraunhofer IIS möglich, eine integrierte Auswerteschaltung zu entwickeln, die die Erwartungen unserer Projektpartner in jeder Hinsicht – Performance, Verlustleistung, Chipfläche, Zuverlässigkeit - erfüllen konnte“, sagt Johann Hauer, zuständiger Projektleiter für die ASIC-Integration am Fraunhofer IIS.
„Nach der ersten noch recht kurzen Testphase kann bereits bestätigt werden, dass das auf dem steirischen Chip basierende Magnetometer die wissenschaftlichen Anforderungen in puncto Auflösungsgenauigkeit und Stabilität sogar deutlich übertrifft“, sagt Werner Magnes, stellvertretender IWF-Direktor und verantwortlicher Wissenschaftler.
„Wir arbeiten seit beinahe 25 Jahren mit dem Fraunhofer IIS zusammen und konnten in dieser Zeit gemeinsam zahlreiche komplexe Schaltungen sowohl für den Forschungsbereich als auch für die Industrie realisieren. Es freut uns sehr, dass unsere ICs mit Hilfe des IWFs nun sogar das All erobern durften und wir so auch einen Beitrag zu einem besseren Verständnis über die Physik unsere Erde beitragen können“, betont Markus Wuchse, Leiter des Geschäftsbereichs Full Service Foundry von ams.
Über den Geschäftsbereich Full Service Foundry von ams
Der Geschäftsbereich Full Service Foundry von ams hat sich erfolgreich im Foundry-Markt für analoge und Mixed-Signal-ICs positioniert. Sein Portfolio an Halbleitertechnologien umfasst auch 0,18-µm- und 0,35-µm-Spezialtechnologien basierend auf den analogen, Mixed-Signal-, Hochvolt- und Hochfrequenz-Prozessen von ams. ams bietet mit seiner Initiative "More than Silicon" ein umfassendes Paket aus Technik und Dienstleistungen an, das die üblichen Foundry-Angebote der Branche weit übersteigt. Das Unternehmen bietet auch führende Technologien wie etwa 3D-ICs mittels Siliziumdurchkontaktierungen, Farbfilter, kundenspezifische Modifikation des Back-End-Prozesses, WLCSP und vieles mehr. Erstklassige Unterstützung während der Entwicklung, Hochleistungswerkzeuge und erfahrene Ingenieure, in Silizium bewährte analoge Hochleistungs-IP-Komponenten, Dienstleistungen beim Zusammenbau und Test für schlüsselfertige Lösungen komplettieren das Servicepaket der Full
Über Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 66 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. Knapp 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von mehr als 2 Milliarden Euro. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen ist eine weltweit führende anwendungsorientierte Forschungseinrichtung für mikroelektronische und informationstechnische Systemlösungen und Dienstleistungen. Es ist heute das größte Institut in der Fraunhofer-Gesellschaft. Unter anderem mit der maßgeblichen Beteiligung an der Entwicklung der Audiocodierverfahren mp3 und MPEG AAC ist das Fraunhofer IIS weltweit bekannt geworden.
In enger Kooperation mit den Auftraggebern betreiben die Wissenschaftler internationale Spitzenforschung in den Forschungsfeldern Audio & Multimedia, Bildsysteme, Energiemanagement, IC-Design und Entwurfsautomatisierung, Kommunikation, Lokalisierung, Medizintechnik, Sensorsysteme, Sicherheitstechnik, Versorgungsketten sowie Zerstörungsfreie Prüfung.
Rund 880 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in der Vertragsforschung für die Industrie, für Dienstleistungsunternehmen und öffentliche Einrichtungen. Das 1985 gegründete Institut hat 12 Standorte in 10 Städten: Erlangen (Hauptsitz), Nürnberg, Fürth und Dresden sowie in Bamberg, Waischenfeld, Coburg, Würzburg, Ilmenau und Deggendorf. Das Budget von 120 Millionen Euro pro Jahr wird bis auf eine Grundfinanzierung in Höhe von 23 Prozent aus der Auftragsforschung finanziert.
Über das ÖAW-Institut für Weltraumforschung
Das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) beschäftigt sich mit der Physik und der Erforschung des Sonnensystems. Mit über 80 Mitarbeiter(inne)n ist es das österreichische Weltrauminstitut par excellence. Die Arbeiten reichen von Entwicklung und Bau weltraumtauglicher Instrumente im Weltraum bis hin zur physikalischen Interpretation der Messungen mit diesen Instrumenten. Wissenschaftlich befasst sich das IWF vor allem mit der Weltraumplasmaphysik, mit der oberen Atmosphäre von Planeten und Exoplaneten und mit dem Schwerefeld von Erde und Mond.
Derzeit ist das IWF an 15 internationalen Weltraummissionen beteiligt, die von der Europäischen Weltraumorganisation ESA oder nationalen Weltraumagenturen in den USA (NASA), Japan, Russland und China geleitet werden. Die Missionen reichen von Satellitenflotten im erdnahen Weltraum über die Sonnenbeobachtung und Erforschung von Planeten inner- und außerhalb unseres Sonnensystems bis zur Landung auf Kometen.
Weitere Informationen: www.iwf.oeaw.ac.at
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