Komponentenstandards für Elektronik im Automobilbereich

Die Automobilindustrie ist stark von der Elektronik abhängig, wenn es um Sicherheit, Leistung und Benutzererfahrung geht. Von Motorsteuergeräten (ECUs) bis hin zu Infotainmentsystemen müssen elektronische Komponenten strenge Standards erfüllen, um Zuverlässigkeit unter harten Bedingungen zu gewährleisten.

Im Gegensatz zu Verbraucherelektronik müssen Komponenten der Automobilklasse extremen Temperaturen, Vibrationen, Feuchtigkeit und langen Lebensdauern standhalten. Um Qualität zu gewährleisten, folgen Hersteller internationalen Standards. Dieser Artikel erklärt wichtige Komponentenstandards für Elektronik der Automobilklasse und wie Altium 365 Ingenieuren und Einkäufern hilft, schnell konforme Teile zu finden.

Warum Standards in der Automobil-Elektronik wichtig sind

Ein einziger fehlerhafter Sensor kann ernsthafte Probleme verursachen, wie nicht funktionierende Airbags oder selbstfahrende Autos, die Fehler machen. Im Gegensatz zu regulärer Elektronik müssen Autoteile extremen Temperaturen (-40°C bis +150°C), ständigem Schütteln, Feuchtigkeit und langen Lebensdauern standhalten. Strenge Standards wie AEC-Q100 (für Chips), ISO 26262 (für Sicherheit) und IATF 16949 (für Qualität) gewährleisten harte Tests, einschließlich Temperaturwechsel, elektrischer Störungen und Belastungstests. Ohne diese könnten Elektroautos überhitzen, Fahrassistenzsysteme könnten Straßen falsch lesen und kritische Funktionen könnten unerwartet ausfallen.

Wichtige Standards für Automobilkomponenten

1. AEC-Standards

Der Automotive Electronics Council (AEC) legt Zuverlässigkeitsstandards für elektronische Komponenten fest, die in Automobilanwendungen verwendet werden. Diese Standards stellen sicher, dass die Komponenten harten Bedingungen wie extremen Temperaturen, Vibrationen, Feuchtigkeit und elektrischer Belastung standhalten können.

AEC-Q100 (Für ICs)

AEC-Q100 ist ein Qualitätsstandard für integrierte Schaltkreise, die in Automobilanwendungen verwendet werden. Er wurde vom Automotive Electronics Council (AEC) geschaffen, um sicherzustellen, dass ICs den harten Bedingungen im Inneren eines Fahrzeugs standhalten können, wie zum Beispiel: Extreme Temperaturen (heiß und kalt), Vibrationen und mechanischer Stress, Feuchtigkeit und Nässe, Elektromagnetische Störungen. ICs, die den AEC-Q100-Test bestehen, gelten als für den Automobilbereich qualifiziert.

Beispiel:

• Ein Mikrocontroller mit AEC-Q100-Zertifizierung bedeutet, dass er auch dann nicht ausfällt, wenn das Motorabteil extrem heiße Temperaturen oder eisige Winterkälte erreicht.

AEC-Q101 (Für diskrete Halbleiter)

AEC-Q101 ist ein Qualitäts- und Zuverlässigkeitsstandard für diskrete Halbleiter. Er wurde etabliert, um sicherzustellen, dass Komponenten wie Dioden, Transistoren und MOSFETs unter harten Bedingungen zuverlässig funktionieren können.

Beispiel: 

• Ein Leistungstransistor mit AEC-Q101-Zertifizierung bedeutet, dass er auch nach Jahren ständiger Hochstrombelastung in Hybridfahrzeug-Batteriesystemen wahrscheinlich nicht ausfallen wird.

AEC-Q102 (Für optoelektronische Geräte)

AEC-Q102 ist für optoelektronische Geräte gedacht, die in Automobilanwendungen verwendet werden. Dazu gehören Komponenten wie LEDs, Photodioden, Infrarotsensoren, Optokoppler und Laserdioden.

AEC-Q102 klassifiziert Geräte auch nach Temperaturgraden, um die Eignung für verschiedene Automobilanwendungen wie Scheinwerfer, Armaturenbrettanzeigen, LiDAR-Sensoren und Infrarot-Kommunikationssysteme zu gewährleisten.

Beispiel: 

• Eine LED mit AEC-Q102-Zertifizierung bedeutet, dass sie auch nach einem Jahrzehnt der Exposition gegenüber Sonnenlicht und extremen Temperaturschwankungen in Tagfahrlichtern nicht dimmt oder die Farbe ändert.

AEC-Q103 (Diskrete MEMS/Sensoren)

AEC-Q103 ist der Hauptstandard für Qualität und Zuverlässigkeit für diskrete Sensoren. Es stellt sicher, dass diese Sensoren die strengen Zuverlässigkeits- und Leistungsanforderungen erfüllen, die für den Einsatz in rauen Automobilumgebungen notwendig sind.

Beispiel: 

• Ein Drucksensor mit AEC-Q103-Zertifizierung bedeutet, dass er auch nach Jahren der Vibration und extremen Temperaturen in Reifendruckkontrollsystemen keine falschen Messwerte liefert.

AEC-Q104 (Mehrfach-Chip-Module)

AEC-Q104 bezieht sich speziell auf Multi-Chip-Module (MCMs), die in Automobilanwendungen verwendet werden.

Beispiel: 

• Ein Leistungsmodul mit AEC-Q104-Zertifizierung kann die Hitze von Schnellladungen elektrischer Autos bewältigen, ohne auseinanderzubrechen.

AEC-Q200 (Für passive Komponenten)

AEC-Q200 ist ein spezieller Satz von Tests und Standards, der sicherstellen soll, dass passive elektronische Komponenten (wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren) zuverlässig sind und harten Bedingungen standhalten können.

Beispiel: 

• Ein Widerstand mit AEC-Q200-Zertifizierung bedeutet, dass er nicht ausfällt, selbst wenn das Auto in eisigen Wintern oder brennenden Sommern gefahren wird.

2. ISO-Normen

Die Internationale Organisation für Normung (ISO) entwickelt weltweit anerkannte Standards, um Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung von automobilen elektrischen und elektronischen Systemen zu gewährleisten. Diese Standards umfassen funktionale Sicherheit, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Umweltresistenz, Cybersicherheit und mehr.

ISO 16750 (Umweltprüfstandard)

ISO 16750 ist eine internationale Norm, die definiert, wie elektrische und elektronische Komponenten in Fahrzeugen getestet werden sollten, um realen Bedingungen standzuhalten. Sie stellt sicher, dass Teile wie Sensoren, ECUs, Verkabelungen und Steckverbinder nicht aufgrund von Hitze, Kälte, Vibrationen, Feuchtigkeit oder Stromschwankungen ausfallen.

Beispiel:

• Ein ECU eines Autos muss die ISO 16750 Tests bestehen, um zu beweisen, dass es nicht in eisigen Wintern, Wüstenhitze oder nach Jahren von Schlaglochvibrationen ausfällt.

ISO 26262 (Funktionale Sicherheitsnorm)

Moderne Autos verlassen sich auf komplexe Elektronik für Bremsen, Lenkung und sogar autonomes Fahren. ISO 26262 stellt sicher, dass diese Systeme sicher sind und unwahrscheinlich gefährlich ausfallen. Die Norm verwendet Automotive Safety Integrity Levels (ASIL A-D), um Systeme nach Risiko zu klassifizieren, wobei ASIL A die niedrigsten und ASIL D die höchsten Sicherheitsanforderungen für lebenskritische Funktionen darstellt.

Beispiel:

• Ein ISO 26262 ASIL D zertifiziertes Bremssteuergerät bedeutet, dass es nicht gefährlich ausfällt, selbst wenn ein Chip fehlfunktioniert, weil es redundante Prozessoren hat, die sich 100 Mal pro Sekunde gegenseitig überprüfen.

ISO 11452 – Immunität gegen elektromagnetische Störungen (EMC)

ISO 11452 definiert, wie elektrische und elektronische Komponenten in Fahrzeugen elektromagnetischen Störungen (EMI) von Funktürmen, Stromleitungen und sogar anderen Fahrzeugsystemen widerstehen müssen. Es stellt sicher, dass wichtige Autoelektronik wie Steuergeräte, Radare und Touchscreens auch bei Exposition gegenüber elektrischen Störungen ordnungsgemäß funktionieren.

Beispiel: 

• Die Autopilot-Radare von Tesla erfüllen ISO 11452 und gewährleisten, dass sie elektromagnetische Störungen von Stromleitungen und Mobilfunktürmen ignorieren, während sie echte Hindernisse genau erkennen.

ISO 7637 – Elektrische Transienten in Fahrzeugen

ISO 7637 testet, wie Automobilelektronik Spannungsspitzen und elektrisches Rauschen im Stromsystem eines Fahrzeugs übersteht. Es testet Autoteile unter realen Bedingungen wie Spannungsspitzen, plötzliche elektrische Schaltvorgänge und Batterieabschaltungen, um sicherzustellen, dass sie nicht ausfallen oder Sicherheitsrisiken darstellen.

Beispiel: 

• Ein nach ISO 7637-2 zertifiziertes Scheinwerfersteuermodul wird beim Starten des Motors bei -30°C im Winter nicht zurückgesetzt, weil es 100.000 Testimpulse von Lastabwurfspitzen bis zu 40V überstanden hat.

3. IPC-Standards für PCB-Design und -Montage

IPC (früher bekannt als das Institut für Gedruckte Schaltungen) ist ein globaler Handelsverband, der Standards entwickelt, insbesondere für gedruckte Schaltkarten (PCBs) und elektronische Baugruppen.

Wichtige Standards:

• IPC-6012DA – Stellt sicher, dass PCBs strenge Haltbarkeitsanforderungen für Autos erfüllen.
• IPC-A-610 – Definiert Qualitätsregeln für elektronische Baugruppen in Automobilanwendungen.

4. Andere wichtige Standards

IATF 16949 (Qualitätsmanagement) 

IATF 16949 ist ein globaler Qualitätsmanagementstandard für die Automobilindustrie. Dieser Standard konzentriert sich auf die Reduzierung von Defekten, die Verbesserung der Effizienz und die Erfüllung von Kundenanforderungen. Er kombiniert ISO 9001 mit zusätzlichen, spezifisch für die Automobilindustrie geltenden Anforderungen und deckt Bereiche wie Risikomanagement, Lieferantenqualität und kontinuierliche Verbesserung ab.

Beispiel: 

• Ein nach IATF 16949 zertifizierter Kraftstoffinjektor wird vor 150.000 Meilen nicht lecken oder verstopfen, da jede Produktionscharge statistisch mit PPAP-Dokumentation kontrolliert und einer 100%igen Endkontrolle unterzogen wird.

Wie wir Automobilkomponentenstandards nutzen können

Beim Bezug elektronischer Komponenten für Automobilanwendungen müssen Einkäufer sicherstellen, dass die Teile die erforderlichen Zuverlässigkeits-, Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllen. 

Als Elektronikbeschaffungsingenieur stand ich einmal vor der kritischen Entscheidung, einen Spannungsregler für eine Motorsteuereinheit (ECU) auszuwählen. Das Designteam benötigte ein Bauteil, das hohen Temperaturen und Vibrationen standhalten konnte, aber das Beschaffungsteam drängte auf einen günstigeren kommerziellen IC, um Kosten zu senken. 

Ein Lieferant bot einen kostengünstigen Regler an, der perfekt schien, bis ich seine Spezifikationen überprüfte: Keine AEC-Q100-Zertifizierung, bewertet für -40°C bis +125°C (Grad 1), jedoch zeigten unsere Tests Spitzentemperaturen von bis zu 140°C in der Nähe des Motors und keine ISO 16750 Vibrationsprüfungsdaten, was bedeutet, dass er unter langfristiger Belastung ausfallen könnte. 

Wenn wir dieses Teil verwendet hätten, hätte dies zu frühzeitigen Ausfällen in heißen Klimazonen, Garantieansprüchen aufgrund von ECU-Fehlfunktionen und Rückrufen führen können, falls die Regler unter kritischen Bedingungen versagten.  

Die Lösung: Durchsetzung von AEC-Q100 und ISO-Standards

Mit Altium 365 konnte ich schnell nach AEC-Q100 Grad 0 Reglern (-40°C bis +150°C) filtern und Testberichte vergleichen, die die Einhaltung von ISO 16750 (Thermische Wechsel, Vibration), Lieferantenzertifizierungen (IATF 16949 für Qualitätssicherung) und Echtzeitbestände, Lieferzeiten zur Vermeidung von Verzögerungen beweisen.

Wir haben uns für ein etwas teureres, aber vollständig qualifiziertes Teil entschieden, um potenzielle Ausfälle im Feld zu vermeiden. Die Lektion, die ich gelernt habe, ist, niemals bei Automobilstandards Kompromisse einzugehen. $0,50 pro Einheit zu sparen, ist es nicht wert, ein Rückruf von $10M zu riskieren.

Wie Altium 365 Ingenieuren und Einkäufern helfen kann, Automotive-Grade-Komponenten zu identifizieren

Die Auswahl der richtigen Automotive-Grade-Elektronikkomponenten ist entscheidend für Zuverlässigkeit und Sicherheit, aber zertifizierte Teile zu finden, kann zeitaufwendig sein. Altium 365, eine führende Lösung für das Management von Elektronikdesign-Daten in der Cloud, vereinfacht den Prozess, indem es Ingenieuren hilft, schnell konforme Komponenten zu identifizieren und auszuwählen.

Hier ist, wie Altium 365 die Suche nach AEC-Q100, AEC-Q101, AEC-Q200, ISO 26262 (ASIL) und IATF 16949 zertifizierten Teilen erleichtert:

1. Schnelles Finden von Automotive-Grade-Komponenten

Altium Designer und Altium 365 bieten eine ideale Umgebung für das Management, die Auswahl und die Verwendung von Komponenten in einem Design für ein Automobilprodukt. Altium 365 ist eine Cloud-basierte Umgebung für das Hosting von Design-Daten und das Katalogisieren von Komponenten in der Designbibliothek eines Unternehmens. Diese Teile und alle Projektdesign-Daten werden in einem sicheren Cloud-Arbeitsbereich gehostet, mit integrierten Zugriffskontrollen.

Nachdem Komponenten zur zentralisierten Bibliothek in Altium 365 hinzugefügt wurden, kann das Designteam eines Unternehmens auf die Teile innerhalb von Altium Designer zugreifen. Mit den erweiterten Suchfunktionen in Altium Designer können Benutzer nach AEC-Q-Qualifikation (Q100, Q101, Q200) suchen, nach Temperaturklasse filtern, die ISO 26262-Konformität (ASIL A/B/C/D-Stufen) überprüfen.

Beispiel: Müssen Sie einen AEC-Q100 Grade 1 Mikrocontroller in Ihrer Firmenbibliothek finden? Altium 365 und Altium Designer bieten Suchwerkzeuge, um Ihnen zu helfen, innerhalb von Sekunden die ideale Komponente zu finden.

2. BOMs lokalisieren, in denen Teile verwendet werden

Unternehmen, die viele Produkte herstellen, verwenden oft dieselbe Schaltungstechnik und dieselben Teilenummern in ihrem Produktportfolio. Um nachzuverfolgen, welche Teile in verschiedenen Baugruppen verwendet werden, ist oft eine interne Datenbank erforderlich, die kontinuierlich aktualisiert wird. Altium 365 automatisiert diese Aufgabe vollständig mit seinen Where Used-Funktionen. Ob es sich um ein Teil der Automobilklasse oder ein Standardteil handelt, Altium 365 bietet Einblick in die Teileauswahl innerhalb von Automobilprodukten sowie in die Lebenszyklen jedes Teils in einem BOM.

Vorteil: Bei der Auswahl von Bauteilnummern für ein Design gibt es ein visuelles Signal, das anzeigt, ob der Lebenszyklus eines Bauteils beendet ist und wo dieses Bauteil verwendet wurde. Dies ermöglicht es Designteams, das Design zur Aktualisierung zu markieren.

3. Zugriff auf detaillierte Datenblätter und Compliance-Informationen

Vor dem Kauf müssen Ingenieure AEC-Q Testberichte, Betriebstemperaturbereiche, ISO 26262 Dokumentation (falls zutreffend) überprüfen.

Altium 365 bietet direkte Links zu Herstellerdatenblättern, Konformitätszertifikaten und Lebenszyklusstatus innerhalb einer verwalteten Teilebibliothek des Unternehmens, neben technischen Informationen zu Komponenten.

4. Verfügbarkeit und Lieferzeiten im BOM überprüfen

Automobilzulieferketten können unvorhersehbar sein. Altium 365 zeigt Echtzeit-Lagerbestände, Lieferzeiten, alternative Teilevorschläge innerhalb des BOM an. Mit Altium 365 BOM Portal können Sie BOMs mit Teammitgliedern erstellen und teilen, CSV/PDF-Listen für den Einkauf exportieren, Komponentenänderungen (Obsoleszenz, Substitutionen) verfolgen und Lieferketteninformationen neben technischen Daten einsehen.

Anwendungsfall:Wenn Ihr bevorzugter AEC-Q200 Kondensator nicht vorrätig ist, hilft Altium 365 schnell, ein äquivalentes Teil zu finden.

Abschließender Gedanke

Elektronikkomponenten für den Automobilbereich müssen strenge Standards erfüllen, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Wichtige Normen wie AEC-Q100, AEC-Q200, ISO 26262 und IATF 16949 helfen Herstellern dabei, Bauteile zu entwickeln, die unter extremen Bedingungen jahrelang halten.

Unternehmen, die diese Regeln befolgen, nutzen Werkzeuge wie Altium 365 und Altium Designer, um sicherere und zuverlässigere Fahrzeuge für die Zukunft zu produzieren.

Erfahren Sie mehr über Cloud-Zusammenarbeit für das Design von Automobil-Elektronik, um die Entwicklung zu beschleunigen, die Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen und die Beschaffung von Komponenten zu optimieren.