Vor allem im Automotive-Markt sind hoch spezifizierte und nach strengen Richtlinien qualifizierte Komponenten zunehmend auch im Passivbereich vorgeschrieben. Hersteller bieten bereits eine breite Palette an AEC-Q200-qualifizierten passiven Bauelementen. Sie bieten vor allem eine höhere Temperatur- und Vibrationsfestigkeit sowie Kurzschlussfestigkeit als Standardbauteile, außerdem erfüllen sie die Anforderungen der Automotive-Regularien und -Dokumentationen, wie 8D-Report, IMDS (International Material Data System), PPAP (Part Production Approval Process), Batch-Tracing und andere mehr. Damit erfordern sie im Vergleich zu Standard-Komponenten aufwändigere Produktentwicklungen und -Einführungen sowie Produktionseinrichtungen, hochwertigere Rohmaterialien sowie größere Investitionen für umfangreichere Prüf- und Freigabeprozesse und Dokumentationen. Deshalb sind diese nicht zum Preis von Standard-Komponenten zu haben. Betrachtet man jedoch die Kosten für Reklamationen, vor allem bei so genannten Liegenbleibern, oder Rückrufaktionen inklusive Imageschaden, gibt es zu Automotive-zertifizierten, AEC-Q200-qualifizierten Passiv-Komponenten keine Alternative. Das gilt in erster Linie für sicherheitsrelevante Anwendungen wie Airbag oder ABS sowie im Powermanagement.
Hochwertiges für die Elektromobilität
Auch die Elektromobilität fordert hochwertige passive Komponenten. Hier stehen Lösungen für die Energiespeicherung im Vordergrund. Eine interessante Technologie nutzen Doppelschicht-Kondensatoren, wie sie etwa von Maxwell angeboten werden. Sie sind der Batterie in nahezu allen Kennwerten weit überlegen, einzige Ausnahme ist die Energiedichte. Deshalb eignen sie sich nicht als alleiniger Speicher für Antriebsenergie und werden bei der Entwicklung von Elektro- oder Hybridfahrzeugen oft gar nicht in Betracht gezogen. Doch durch ihre Fähigkeit, in kurzer Zeit Energie mit hoher Leistung speichern oder abgeben zu können, sind sie die perfekte Ergänzung zu Batterien: Die Batterie oder der Verbrennungsmotor liefern während der Fahrt konstant eine durchschnittliche Energiemenge. Bei Beschleunigung steigt der Energiebedarf kurzzeitig stark an, beim Bremsen wird kurzfristig viel Energie frei. Diese Leistungsspitzen nehmen die Doppelschicht-Kondensatoren schnell auf bzw. geben sie ab. Damit erzielen Elektro- oder Hybridfahrzeuge eine höhere Gesamteffizienz und eine bessere Beschleunigung. Außerdem braucht man die Batterie nicht so häufig austauschen, da sie weniger Ladezyklen bzw. weniger Stromspitzen verarbeiten muss. Die Kondensatoren lassen sich hingegen millionenfach laden und entladen. Mit ihrem breiten Betriebstemperaturbereich und der Unempfindlichkeit gegen Überladung eignen sie sich nicht nur ideal für Elektro- oder Hybrid-PKWs sondern auch für den Einsatz in Windanlagen, Bussen oder Schwerlastfahrzeugen und Kränen, aber auch für RTC- und Daten-Stützung wie etwa in Automatic Meter Readern (AMR).
Doch nicht nur für Automotive-Applikationen sind zunehmend hochwertige passive Komponenten gefordert: So werden zum Beispiel bei LED- und Umrichteranwendungen verstärkt so genannte "LongLife"-Komponenten immer wichtiger. In HF- und Mess-Schaltungen wiederum gewinnen optimale Frequenzanpassung und eingeengte Toleranzen zunehmend an Bedeutung. Es ist prinzipiell ein verstärkter Trend hin zu funktionsoptimierten Bauelementen, auch im Passivbereich, festzustellen.
Im Bereich der elektromechanischen Komponenten spielt das Wärmemanagement die entscheidende Rolle. Denn thermisch bedingte Ausfälle verursachen die meisten Störungen oder Ausfälle elektronischer Baugruppen. Der Grund liegt in der Miniaturisierung: Immer mehr Funktionen sind auf demselben oder auf geringerem Raum vereint. Doch auch wenn die Wärme die Applikation nicht beschädigt, so beeinflusst sie doch deren Leistungsfähigkeit. Steigt die Temperatur zum Beispiel bei LEDs von 25 auf 75 °C, reduziert sich der Lichtstrom um rund die Hälfte. Da die Wärme einer LED in erster Linie durch den Strom entsteht, mit dem sie betrieben wird, ist ein wirkungsvolles Thermomanagement, vor allem bei Hochleistungs-LEDs ab 1 W, extrem wichtig.
Immer schön kühl bleiben
Für das Wärmemanagement kommen oft Lüfter zum Einsatz. Ihre Schwachpunkte sind die Geräuschentwicklung und eine relativ geringe Lebensdauer. Neu entwickelte Lager, etwa im Brushless-DC-Lüfter von Jamicon oder das Superflow-Lager von Delta, verlängern die Lebensdauer der Lüfter zum Teil erheblich. Andere Methoden, um die entstehende Wärme in der Applikation zu verteilen und nach außen abzuführen, sind Gap Filler, Wärmeleitpasten oder -folien und Phase-Change-Materialien. Welche Variante sich für eine Anwendung am besten eignet, lässt sich nicht pauschal beantworten. Hierfür ist eine detaillierte Analyse der individuellen Anforderungen sowie Kenntnisse der Charakteristika der unterschiedlichen Lösungen zwingend notwendig. Erfahrungen aus vielen Entwicklungen können die Entscheidungsfindung unterstützen.
Doch damit nicht genug: Immer häufiger sollen die Thermomanagement-Komponenten noch zusätzliche Funktionen erfüllen, zum Beispiel EMV-Schutz oder Formanpassungsfähigkeit, Ausfallsicherheit, Beständigkeit und Funktionsfähigkeit. Hersteller reagieren darauf mit immer leistungsfähigeren Werkstoffen. So hat beispielsweise Panasonic ein PGS (Pyrolytic Highly Oriented Graphite Sheet) aus Graphit entwickelt. Es verbindet hohe thermische Leitfähigkeit von 700 bis 1.750 W/mK mit einer dünnen (17 bis 100 µm), leichten (1 bis 2g/cm3) und biegsamen Struktur und einem hervorragenden EMV-Schutz vergleichbar mit dem einer Kupferplatte.
�?hnliches gilt auch für Verbindungslösungen: Sie sollen immer höhere Geschwindigkeiten und eine höhere Dichtigkeit bieten, jedoch mit weniger Montagefläche und flacheren Profilen auskommen und strengere Branchenstandards erfüllen. Der Einsatz des optimalen Steckverbinders kann den Konstruktions- und Testprozess deutlich verkürzen. Hochleistungsfähige Komponenten, wie spezielle Steckverbinder für High-Speed-Anwendungen, übernehmen häufig auch Funktionen anderer Komponenten mit. Damit sind weniger Bauteile in der Gesamtkonstruktion erforderlich, die Gesamtkosten der Applikation sinken. Neben den aktuellen Neuentwicklungen sind bei Entwicklern zunehmend individuelle Lösungen gefragt, die zusätzlich zu den allgemeinen auch spezifische Anforderungen erfüllen. Das kann beispielsweise ein höherer Vibrations- oder EMV-Schutz sein oder individuelle Abmessungen. Ein weiterer Trend betrifft sowohl die passiven als auch die elektromechanischen Komponenten: Die Serien und Typen differenzieren sich immer stärker. Das hat zur Folge, dass diese nicht mehr für eine Applikation ausgewählt werden können, sondern für eine einzelne Funktion selektiert werden müssen. Um bei der Produktion trotzdem stets auf der sicheren Seite zu sein, wird ein Second Sourcing wichtiger. Nur so können die - gerade im Passivbereich - teils stark schwankenden Lieferzeiten aufgefangen werden.
All dies stellt Entwickler beim Design und bei der Auswahl passiver und elektromechanischer Komponenten vor zunehmend größere Herausforderungen. Darauf müssen auch die Distributoren reagieren. Denn sie sind für viele Entwickler erste Anlaufstelle für Design-In Support oder Unterstützung bei der Selektion. Wirklich kompetente Hilfestellung kann nur ein Partner leisten, der fundiertes Know-how zu den verschiedenen Technologien mit einem herstellerübergreifenden Blick auf verfügbare Lösungen und langjähriger Erfahrung verbindet - damit eine optimale Lösung aus einem Guss entsteht.
