Automobilelektronik Spezifikationsgerechter Einsatz von passiven Bauelementen

Der Automobilelektronik-Markt stellt stetig höhere Anforderungen an die Beschaffenheit der Bauteile; gleichzeitig steigt die Differenzierung einzelner Serien und -Typen. Folglich muss die passende Komponente nicht mehr nur für die Applikation, sondern für eine einzelne Funktion ausgewählt werden.

Entsprechend spezifizierte und qualifizierte passive Komponenten werden immer häufiger vorgeschrieben. Das gilt insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen wie Airbag oder ABS sowie im Power-Management - insbesondere bei direkter Beschaltung zur Autobatterie.

Gefordert werden in erster Linie eine sehr hohe Temperatur- und Vibrationsfestigkeit sowie Kurzschluss-Sicherheit. Weitere Anforderungen stellen sich durch Automotive-Regularien und -Dokumentationen, z.B. 8D-Report, IMDS (International Material Data System), PPAP (Part Production Approval Process), Batch-Tracing usw.

An AEC-Q200-qualifizierten Komponenten (Automotive Electronics Council, Q200: Stress-Test-Qualifikation für Passive Bauelemente) führt damit praktisch kein Weg mehr vorbei. Sie sind in weit größerem Umfang getestet und geprüft als Commercial-Bauteile, in erster Linie hinsichtlich der Stabilität bei hohen Temperaturen und Temperaturwechsel, Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit, mechanischen Belastungen (Schock, Vibration, Boardflex) sowie Lötbarkeit unter verschärften Bedingungen (z.B. „Steam-Aging“).

Kondensator-Technologien und ihre spezifischen Vorteile

Im Bereich der Kondensatoren kommen im Automotive-Segment am häufigsten MLCCs (Multi Layer Ceramic Capacitors) zum Einsatz. Sie sind extrem zuverlässig, da sie praktisch kein Lebensdauer-Ende haben. Auf der anderen Seite sind sie mit einer hohen mechanischen Empfindlichkeit gegenüber Biegebeanspruchung behaftet. Das kann zu Cracks führen, die meist in Niederohmigkeit bis hin zum Kurzschluss mit allen daraus resultierenden Risiken enden, etwa einem Brand. Für kritische Funktionen - Stichwort Klemme 30 - sind deshalb MLCCs mit Merkmalen wie Open Mode, Float Mode (interne Serienschaltung) und Soft-Termination (auch Flexiterm, Polymer-Termination, Soft-Electrode) vorgesehen.

Für die zunehmende Anzahl an Sensoren stehen radial und axial bedrahtete MLCC mit AEC-Q200-Qualifikation zur Verfügung, die im Sinne einer optimalen Entstörung direkt am Sensor, meist auf Leadframes, kontaktiert werden. Daneben haben jedoch auch andere Kondensatortechnologien aufgrund ihrer Vorzüge nach wie vor ihre Daseinsberechtigung:

  • Film-Kondensatoren sind zwar im Temperaturbereich eingeschränkt, dafür sind ihre mechanischen und elektrischen Stabilitäten hervorragend. Erste AEC-Q200-qualifizierte Typreihen sind bereits verfügbar. Sie werden speziell bei DC-Link-Applikationen in Hybrid- und E-Cars künftig eine größere Rolle spielen.
  • Tantal-Kondensatoren zeichnen sich ebenfalls durch hohe Stabilität bei sehr guter Volumeneffizienz aus. Wegen ihrer In-Rush-Pulsempfindlichkeit sind sie allerdings als Eingangsfilter-Kondensatoren nicht geeignet.
  • Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren (Elkos) punkten mit einem besonders attraktiven  Preis/Leistungs-Verhältnis hinsichtlich ihrer Kapazität. Um die geforderte Lebensdauer sicherzustellen, müssen ihre Einsatzbedingungen anhand sogenannter Mission Profiles exakt ermittelt und beachtet werden. Beachtet werden müssen dabei u.a. Spannungsspitzen, Temperaturen und Brummströme sowie auftretende Vibrationen (Bild 1).
  • EDLCs (Electric Double Layer Capacitors), auch bekannt als UltraCaps oder SuperCaps, gewinnen durch die Bordnetzstützung und die Rekuperation - speziell bei Hybrid- und Elektroantrieben - an Bedeutung. Hier wird es zwar auch langfristig keine AEC-Q200-qualifizierten Modelle geben, da sie die dort genannten Temperaturkriterien nicht einhalten. Doch Distributoren und Zulieferer arbeiten hier besonders eng mit den Herstellern zusammen, um Komponenten und Systeme zu definieren, welche die tatsächlich erforderlichen Kriterien der jeweiligen Applikation bzw. Funktion erfüllen werden.