Design-Support Aktiv bei Passiv und Elektromechanik

Passive und elektromechanische Bauteile führten bei der Entwicklung lange ein Mauerblümchen-Dasein, und auch die Distribution konzentrierte sich eher auf die höherpreisigen aktiven Komponenten. Doch aufgrund neuer Technologien, Anwendungen und Märkte hat sich das Bild inzwischen gewandelt.

Einer der Treiber dieser Entwicklung ist der Automotive-Markt. Immer häufiger sind hoch spezifizierte und nach strengen Richtlinien qualifizierte passive Komponenten vorgeschrieben, insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen wie Airbag oder ABS und im Power-Management, vor allem bei direkter Beschaltung zur Autobatterie hin (Klemme 30).

Sie müssen in erster Linie eine sehr hohe Temperatur- und Vibrationsfestigkeit sowie Kurzschlusssicherheit aufweisen. Weitere Anforderungen stellen die Automotive-Regularien und -Dokumentationen, zum Beispiel 8D-Report, IMDS (International Material Data System), PPAP (Part Production Approval Process) und Batch-Tracing, um nur einige zu nennen.

Entwickler haben inzwischen eine große Auswahl an AEC-Q200-qualifizierten passiven Bauelementen -jedoch nicht zum Preis von Standardkomponenten. Denn die erforderlichen Produktentwicklungen und -einführungen, die Fertigungseinrichtungen und Rohmaterialien sowie die zusätzlichen Kosten aufgrund der umfangreicheren Prüfungen, Freigabeprozeduren und Dokumentationen machen qualitativ hochwertigere Produkte teurer.

Hält man dem jedoch die Kosten entgegen - etwa Beanstandungen durch sogenannte Liegenbleiber oder Rückrufaktionen - führt an Automotive-zertifizierten, AEC-Q200 qualifizierten Komponenten auch im Passivbereich kein Weg mehr vorbei. Dadurch rücken die Bauteile bei der Entwicklung stärker in den Fokus. Dazu trägt auch der Trend zur Elektromobilität bei. Einer der Knackpunkte hier ist der Energiespeicher. Lithium-Ionen-Batterien sind die derzeit interessanteste Option unter den Speichertechnologien.

Eine interessante Alternative zu Akkus oder Brennstoffzellen allein ist deren Kombination mit Doppelschichtkondensatoren, wie sie etwa Maxwell anbietet (Bild 1). Sie sind eine sofort verfügbare Energiequelle mit einer Energiedichte, die mehrere hundert Mal größer ist als bei konventionellen Kondensatoren. Weitere Vorteile sind ein breiter Betriebstemperaturbereich, Unempfindlichkeit gegen Überladung und die Möglichkeit zur millionenfachen Auf- und Entladung.

Damit eignen sie sich für verschiedenste Anwendungen. Aktuell werden sie vor allem in Windkraftanlagen, Automatic-Meter-Readern (AMR) sowie in Bussen und Schwerlastfahrzeugen eingesetzt. Ihre Fähigkeit, elektrische Energie effizient zu speichern sowie schnell auf- und entladen zu werden, macht sie auch für Hybridfahrzeuge und moderne elektrische Antriebe interessant. Dementsprechend verzeichnen sie seit Jahren Wachstumsraten im zweistelligen Prozentbereich - und es ist kein Ende abzusehen.

Doch nicht nur im Automotive-Markt spielen passive Komponenten eine tragende Rolle. So sind Kondensatoren und Induktivitäten beispielsweise bei LED-Anwendungen für die Effizienz und Funktion der Stromversorgung von High-Power-LEDs ebenso wichtig wie LED-Treiber. Auch hier genügen Standardkomponenten den Anforderungen oft nicht, vielmehr müssen Entwickler auf spezielle High-Performance-Komponenten zurückgreifen.

Herausforderung thermisches Management

Ähnliches gilt für elektromechanische Bauteile, etwa beim Wärmemanagement. Thermisch bedingte Ausfälle zählen zu den häufigsten Ursachen für Störungen und Versagen elektronischer Baugruppen. Denn immer kleinere Baugruppen mit immer größerer Leistung fordern immer ausgeklügeltere Lösungen. Beispielsweise vereint ein Radio-Navigationssystem im Auto immer mehr Funktionen auf demselben Raum, der umgeben ist von Kunststoff, anderen Applikationen und Motoren, und auch das Display erzeugt zusätzliche Wärme. Nun geht es nicht nur darum, diese effizient zu verteilen und nach außen abzuleiten, sondern zusätzlich auch um den EMV-Schutz.

Diese steigenden Anforderungen beantworten Hersteller mit immer neuen, leistungsfähigeren Werkstoffen. So hat zum Beispiel Panasonic das »PGS« (Pyrolytic Highly Oriented Graphite Sheet) entwickelt (Bild 2). Es besteht aus Graphit und verbindet eine thermische Leitfähigkeit von 700 W/(m·K) bis 1750 W/(m·K) mit einer 17 µm bis 100 µm dünnen und 1 g/cm³ bis 2 g/cm³ leichten sowie biegsamen Struktur, die sich in jede Form bringen lässt. Zudem bietet PGS einen EMV-Schutz vergleichbar mit dem einer Kupferplatte.

Leistungsfähigkeit und Temperatur stehen auch bei anderen Anwendungen in unmittelbarem Zusammenhang. Ein einleuchtendes Beispiel: LEDs. Steigt die Temperatur von +25 °C auf +75 °C, halbiert sich der Lichtstrom in etwa. Da die Wärme einer LED in erster Linie vom Strom herrührt, mit dem sie betrieben wird, ist ein wirkungsvolles thermisches Management vor allem bei Hochleistungs-LEDs ab 1 W extrem wichtig. Hierfür stehen unterschiedliche Maßnahmen zur Verfügung.

Weit verbreitet sind Lüfter. Doch Geräuschentwicklung und ihre mangelnde Lebensdauer bilden hier kritische Punkte. Neu entwickelte Lager, etwa im bürstenlosen DC-Lüfter von Jamicon (Bild 3), oder das Superflow-Lager des Rutronik-Franchisepartners Delta verlängern die Lebensdauer der Lüfter zum Teil erheblich. Andere Methoden sind Gap-Filler, Wärmeleitpasten oder -folien sowie Phase-Change-Materialien. Somit hat der Entwickler eine große Auswahl an Produkten, aber die Frage nach der optimalen Strategie zur Entwärmung lässt sich nicht pauschal beantworten. Eine individuelle Analyse der jeweiligen Anforderungen ist somit unabdingbar.

Anforderungen an Steckverbinder steigen

Zunehmend verlangen Kunden nach Konnektoren, die höhere Datenraten zulassen, eine höhere Dichtigkeit bieten sowie mit weniger Montagefläche und flacheren Profilen auskommen. Gleichzeitig müssen sie immer strengere Branchenstandards erfüllen, zum Beispiel in den Bereichen Medizin, Telekom, erneuerbare Energien, Hausgeräte, Industrieelektronik, Automotive oder Transport.

Der Einsatz des richtigen Steckverbinders kann im Konstruktions- und Testprozess Zeit sparen. Bauteile mit höherer Leistung, beispielsweise Steckverbinder speziell für High-Speed-Anwendungen, können zudem dazu beitragen, die Gesamtkosten einer Applikation zu senken. Denn die höhere Leistungsfähigkeit macht weniger Komponenten in der Gesamtkonstruktion erforderlich. Die Hersteller haben diese Trends erkannt und bringen immer wieder Neuentwicklungen auf den Markt.

Daneben setzten Entwickler jedoch verstärkt auf individuelle Lösungen, die außer den allgemeinen Anforderungen zum Beispiel auch einen höheren Vibrations- und EMV-Schutz und spezifische Abmessungen bieten (Bild 4). Auch Rutronik entwickelt in Zusammenarbeit mit Herstellern wie preci-dip oder IPEX immer häufiger kundenspezifische Verbindungslösungen. Davon profitieren auch andere Kunden.

So wird eine aktuelle Neuentwicklung eines Steckverbinders für ein Navigationssystem eines Rutronik-Kunden ab 2014 in die Serienproduktion gehen. Bei einem anderen Projekt wurde eine »intelligente« Steckdose mit Federkontakten bestückt, um die Kundenanforderungen zu erfüllen. Ein weiterer Trend ist, dass sich Serien und Typen auch im Passiv- und Elektromechanik-Bereich zunehmend differenzieren. Deshalb reicht es nicht mehr aus, diese für die Applikation auszuwählen, sie müssen vielmehr für eine einzelne Funktion selektiert werden. Um bei der Produktion trotzdem stets auf der sicheren Seite zu sein, gewinnt die Second-Source-Fähigkeit an Bedeutung.

Support deutlich ausgebaut

All die vorgenannten Beispiele zeigen: Die Anforderungen an die Entwickler beim Design und bei der Auswahl passiver und elektromechanischer Komponenten nehmen weiter zu. Um Entwickler bei all diesen Herausforderungen adäquat unterstützen zu können, hat Rutronik seine technische Unterstützung für passive und elektromechanische Bauteile aktuell noch weiter ausgebaut. Der Broadliner hat sein Team aus Business-Development-Managern (BDMs) speziell für diese Bereiche verdoppelt, sodass den Kunden nun an jedem Rutronik-Standort deutschlandweit ein BDM zur Verfügung steht (Bild 5).

Er unterstützt den Kunden während des gesamten Entwicklungszyklus‘ - von der Konzeptentwicklung über die Selektion und Prototypenphase bis hin zur Serienproduktion und dem Ausphasen am Ende eines mehrjährigen Produktlebenszyklus‘. Außerdem entwickeln die BDMs gemeinsam mit den Komponentenherstellern kundenspezifische Produkte. Dabei können sie auf langjährige Erfahrung und Kompetenz sowie auf enge, gewachsene Beziehungen zu den Herstellern bauen. Denn bei Rutronik sind passive und elektromechanische Bauelemente seit jeher fester Bestandteil des Produktportfolios und des Supports.

Das breite und gleichzeitig tiefe Angebot umfasst für jede Komponente mindestens zwei gleichwertige Alternativen, sodass auch das Second-Sourcing gesichert ist. Doch entscheidend für das Ergebnis sind meist nicht einzelne Bauelemente, sondern deren optimales Zusammenspiel. Um das zu erreichen, arbeiten die Passiv- und Elektromechanik-Experten eng mit den Field-Application-Engineers (FAEs) für aktive Komponenten und für Displays&Boards zusammen. Denn nur so lässt sich ein technisch und kommerziell optimales Ergebnis erzielen.