Trend hin zur Spezialisierung
Neue Maßstäbe bei Reed-Relais – von Hochspannung bis High-Density
Welche Rolle spielen Reed-Relais bei steigenden technischen Anforderungen? Pickering Electronics zeigt mit neuen Hochspannungs- und Ultra-High-Density-Produkten, wie moderne Testsysteme und weitere anspruchsvolle Anwendungen von der Reed-Relais-Technologie profitieren können.
Der Relaismarkt ist derzeit alles andere als homogen. »Während klassische, volumengetriebene Anwendungen zunehmend preissensitiv sind, verschiebt sich der technologische Fokus klar in Richtung spezialisierter Einsatzfelder mit hohen Anforderungen, zum Beispiel an Zuverlässigkeit, Signalintegrität und Sicherheit«, erklärt Produktmanager Robert King.
Robert King
»Insbesondere in den Bereichen Test & Measurement, Hochspannung oder Elektrifizierung bleibt die Nachfrage stabil.« Gerade in diesen anspruchsvollen Segmenten drehen sich die Kundenanforderungen zunehmend darum, Risiken in der Produktentwicklung zu minimieren. Es steht also weniger der niedrige Stückpreis im Vordergrund als vielmehr die Stabilität des Relais-Designs.
Fokus auf kundenspezifische Relais
Genau hier setzt Pickering Electronics an. Statt auf eine reine Standardproduktstrategie zu setzen, verfolgt das Unternehmen einen Ansatz, der technische Spezialisierung und kundenspezifische Entwicklungen in den Vordergrund rückt. »Wenn Anforderungen nicht in ein Standardprodukt passen, etwa bei höheren Spannungen, dichter Bestückung, speziellen Anschlüssen, Abschirmung oder Temperaturbedingungen, können wir Relais entwickeln und validieren, die speziell auf ein spezifisches Anforderungsprofil abgestimmt sind«, erläutert der Relais-Experte. Kunden profitieren dabei nicht nur von einem geringeren Designrisiko, sondern auch von schnellen Entwicklungszyklen und dem Engineering-Support des Unternehmens. Der Vorteil für den Anwender liegt dabei weniger in der reinen Produktvielfalt als vielmehr in der Reduzierung von Komplexität. »Ingenieure müssen Systeme nicht mehr um das Bauteil herum konstruieren, sondern können die Schaltkomponente gezielt an die Systemanforderung anpassen«, so King.
Hochspannungsrelais-Serie erlaubt mehr als 2500 Kombinationen
Wie sich kundenspezifische Anwendungen adressieren lassen, demonstriert Pickering mit seinen Hochspannungs-Reed-Relais der Serie 600. Dabei handelt es sich um eine Art Baukastensystem, das mehr als 2500 verschiedene Kombinationen ermöglicht. »Während unsere Katalogrelais die meisten allgemeinen Anforderungen erfüllen, verlangen Anwendungen über 5.000 Volt oder solche mit besonderen Einschränkungen oft nach etwas Speziellerem«, erklärt King.
HV-Relais der Serie 600
Die modulare Bauweise ermöglicht es Ingenieuren, die für ihre Anwendung erforderlichen Leistungsparameter und Anschlussoptionen genau zu spezifizieren. Dabei lässt sich mit der Relais-Plattform aufgrund ihrer technischen Parameter eine Vielzahl von Anwendungen im Hochspannungsbereich abdecken: Die Relais schalten von 3,5 kV bis 12,5 kV, mit Durchbruchsspannungen von 5 kV bis 20 kV und der branchenweit höchsten Schalter-Spulen-Isolierung von bis zu 25 kV, die eine zuverlässige Isolierung der Steuerschaltungen von den Hochspannungspfaden gewährleistet – selbst in anspruchsvollen Umgebungen. Mit einer Schaltleistung von bis zu 200 W können die Relais der Serie 600 auch höhere Energielasten sicher handhaben und sind damit für Anwendungen prädestiniert, bei denen sowohl hohe Spannungen als auch hohe Schaltleistungen erforderlich sind.
Die Relais der Serie 600 sind mit wolframbeschichteten Kontakten ausgestattet, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt. Außerdem verfügen sie über interne magnetische Abschirmungen aus Mu-Metall, die magnetische Interferenzen minimieren. Laut Untersuchungen von Pickering lassen sich die magnetischen Wechselwirkungen zwischen benachbarten Komponenten von 40 Prozent auf weniger als 5 Prozent verringern. Versionen der Form A (Schließer) können nebeneinander montiert werden, wodurch sich dichte PCB-Layouts realisieren lassen. Der Isolationswiderstand beträgt mehr als 10¹³ Ω.
Weitere Flexibilität bieten koaxiale oder elektrostatische Abschirmungen zur Verbesserung der Signalintegrität und Rauschunterdrückung sowie optionale Dioden oder Zenerdioden für das Management der Coil-Back-EMF (Gegen-EMK). Eine breite Palette von Gehäusegrößen, Vergussmaterialien und Kontaktformen kann spezifiziert werden, um thermische, mechanische oder umweltbedingte Anforderungen zu erfüllen. Zudem können anwendungsspezifische Leistungstests angeboten werden.
Die Relais der Serie 600 eignen sich damit für eine Vielzahl an Hochspannungsprüf- und Schaltanwendungen, wie Hi-Pot-Tester, Leistungs- und Signalkabeltester, BMS- und Ladepunkttests für Elektrofahrzeuge, Wechselrichter- oder Isolationswiderstandsprüfungen in Solarenergiesystemen, Isolierung in medizinischen Geräten sowie Hochspannungsschalt- und Signalsteuerungen für die Instrumentierung.
Auch neben dem Ausbau der Serie 600 fokussiert sich Pickering auf weitere leistungsfähige Relais-Entwicklungen.
»Das Wachstum bei E-Mobilität und Ladeinfrastruktur erhöht den Bedarf an Hochspannungsisolation, Leckstrommessung und sicheren Entladepfaden in Testsystemen«, führt der Relais-Spezialist aus. Was das für die Produktentwicklung bedeutet, fasst er in folgendem Beispiel zusammen: »Wir haben kürzlich ein kundenspezifisches Hochspannungs-Reed-Relais der Form B mit über 15 kV Spannungsfestigkeit in einem kompakten Serie-63-Gehäuse untergebracht – eine Kombination, die es zuvor nicht gab.«
Ultra-High-Density: Schaltlösung auf kleinster Fläche
Während die Anforderungen an Hochspannung, Isolation und Flexibilität steigen, bleibt die Miniaturisierung weiterhin ein zentraler Trend bei Relais.
Die Anforderungen nach höherer Packungsdichte erfüllt Pickering vor allem mit seiner Relais-Serie 125. »Die extrem hohe Packungsdichte ist beispielsweise interessant für Entwickler, die den Platz auf der Leiterplatte in Anwendungen wie ATE-Schaltmatrizen oder Multiplexern optimal nutzen müssen«, erklärt Robert King.
Zu diesen Ultra-High-Density-Relais gehört das branchenweit kleinste DPST-Reed-Relais (2-polig, Schließer, 2 Form A). Darauf aufbauend hat Pickering das Portfolio konsequent erweitert. Neu hinzugekommen sind eine 1 Form A-, 1 Form B-, 1 Form C- sowie eine 1 Form A-Koaxialvariante, die zusätzliche Schaltoptionen ermöglichen. Dank ihrer Reed-Schalter in Instrumentenqualität sowie ihres hohen Isolationswiderstands und niedrigen Kontaktwiderstands sind diese Relais ideal für Mixed-Signal-Umgebungen geeignet.
Vertikal gedacht
Vertikal gedacht: Relais der Serie 125
Die Varianten der Serie 125 schalten bis zu 1 A und 20 W und verfügen über 3-, 5- oder 12-Volt-Spulen. Die Besonderheit ist, dass sie sich auf einer 5-x-5-mm-Fläche integrieren lassen. Dies ermöglicht eine Rekordkanaldichte und mehr Flexibilität beim Routing auf beengten Leiterplatten.
Die unterschiedlichen Versionen sind für folgende Schaltanwendungen ausgelegt:
Schaltertyp 1 mit gesputterten Rutheniumkontakten eignet sich für allgemeine Anwendungen und ist für 15 W / 1 A (3- und 5-V-Spulen) beziehungsweise 20 W / 1 A (12-V-Spulen) ausgelegt. Eine Kupferschicht unter dem Ruthenium trägt zur Wärmeableitung im Kontaktbereich bei, verbessert die Einschaltstromfestigkeit und macht den Schalter besonders geeignet für Anwendungen mit höheren Leistungen.
Schaltertyp 2 ebenfalls mit gesputterten Rutheniumkontakten, ist mit 10 W / 0,5 A besonders gut für das Schalten niedriger Ströme und/oder Spannungen geeignet und sollte für Anwendungen mit geringer Leistung oder Kaltstarts gewählt werden.
Schaltertyp 3 ist ein Rhodium-Umschalter mit 2 W / 0,1 A.
Die koaxiale Version 1 Form A ist für eine Impedanz von 50 Ohm ausgelegt und eignet sich für das Schalten von Hochfrequenz-HF-Signalen über 1 GHz. Sie verfügt über eine Koaxialabschirmung für eine optimierte elektromagnetische Isolation.
»Reed-Relais kombinieren die positiven Eigenschaften für das Schalten von HF-Signalen und für digitale Hochgeschwindigkeitsanwendungen, da sie kleiner und schneller als elektromechanische Relais (EMR) sind, eine geringere Einfügungsdämpfung haben und eine bessere Gleichstromfähigkeit als Halbleiterrelais (SSR) aufweisen«, fasst es der Relais-Spezialist zusammen.
Die vollständige magnetische Abschirmung mit Mu-Metall ermöglicht die nebeneinanderliegende Anordnung ohne Risiko magnetischer Wechselwirkungen. Dadurch können insgesamt 288 Relais der Serie 125 auf einer PXI-BRIC-Matrix-Tochterkarte platziert werden, um Schaltanwendungen mit sehr hoher Packungsdichte zu realisieren – wodurch sich Kosten- und Platzeinsparungen im Design erzielen lassen.
Ausblick auf die nächsten Jahre
Für die weitere Entwicklung des Reed-Relais-Marktes sieht Pickering deutliche Trends, die die Nachfrage nach leistungsfähigen und hochwertigen Relais langfristig stützen.
»Ein zentraler Treiber sind die weltweit steigenden Investitionen in die Halbleiterindustrie. Neue Fertigungskapazitäten und moderne Testsysteme erhöhen den Bedarf an hochdichten, reproduzierbaren Schaltlösungen für ATE-, Validierungs- und Messumgebungen«, erklärt Robert King. »Da Regierungen und Industrie massiv in den Ausbau von Chipfertigung und Testinfrastruktur investieren, müssen auch Prüf- und Schaltsysteme mit dem steigenden Volumen und der zunehmenden Komplexität Schritt halten«.
Parallel dazu verändert die Elektrifizierung zahlreicher Anwendungen die Anforderungen an Relais-Technologien grundlegend. Vor allem in der Elektromobilität, bei Ladeinfrastrukturen und in der Leistungselektronik wächst der Bedarf an zuverlässiger Hochspannungsisolation, präziser Leckstrommessung und sicheren Entladepfaden innerhalb moderner Testsysteme.
Auch die fortschreitende Automatisierung und Digitalisierung der Fertigung treibt die Nachfrage nach skalierbarer und zuverlässiger Mess- und Steuerungstechnik voran. Gefragt sind Schalt- und Datenerfassungsarchitekturen, die hohe Kanalzahlen, stabile Signalqualität und langfristige Reproduzierbarkeit ermöglichen.
Zusätzliche Impulse kommen zudem aus Europa: Mit sogenannten „Lab-to-Fab“-Initiativen fördern Regierungen und Institutionen gezielt die Überführung von Forschung in industrielle Halbleiterfertigung. »Neue Pilotfertigungen und Entwicklungsplattformen erhöhen dabei automatisch den Bedarf an Test-, Validierungs- und Messtechnik – und damit auch an leistungsfähigen Reed-Relais«.
Konkret zu neuen Produktgenerationen im Jahr 2026 will sich Robert King derzeit noch nicht äußern. Die strategische Richtung sei jedoch klar definiert: »Unser Fokus liegt darauf, die Leistungsfähigkeit von Reed-Relais weiter zu verbessern und Ingenieuren gleichzeitig mehr Sicherheit im Designprozess zu geben.« Ein Hauptaugenmerk liege aktuell auf der stärkeren Bereitstellung technischer Nachweise. Dazu zählen Anwendungsleitfäden, Whitepaper und Benchmark-Daten, die die reale Performance der Relais unter praxisnahen Bedingungen dokumentieren und somit zur passgenauen Auswahl der Relais für die jeweilige Anwendung beitragen.
