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AEC-Q200: Inhalte und Herausforderungen

| Autor / Redakteur: Alexander Stillig * / Thomas Kuther

Höchste Qualität ist gefordert: Passive Bauelemente für die Automobilelektronik müssen hohen Anforderungen genügen und z.B. auch AEC-Q100 erfüllen.
Höchste Qualität ist gefordert: Passive Bauelemente für die Automobilelektronik müssen hohen Anforderungen genügen und z.B. auch AEC-Q100 erfüllen. (Bild: Blume Elektronik)

Die Automobilindustrie gilt als eine der wichtigsten und größten Branchen weltweit. Wer Zugang zu diesem milliardenträchtigen Markt erhalten möchte, muss massive Grenzen überwinden. Passive elektronische Komponenten müssen, um die strikten Vorgaben der Automobilbranche einhalten zu können, vielfältige Qualifikationsverfahren wie AEC-Q200 erfüllen.

In der Automobilbranche, einem auf größtmögliche Sicherheit bedachten High-Tech-Markt ist die Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten das höchste Gut. Das 1994 gegründete Automotive Electronics Council (AEC), dessen Ziel die Standardisierung der Qualifizierung von Elektronikbauteilen ist, legt mit der Q200-Serie den Fokus dabei auf passive elektronische Komponenten. Eine Prüfung unter AEC-Q200-Bedingungen bescheinigt dabei höchste Verlässlichkeit eines Bauteils, u.a. hinsichtlich Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbeständigkeit, Temperaturschock, EMV-Verträglichkeit und Lötbarkeit.

AEC-Q200 fordert zeitintensive Prüfungen

Zur Freigabe eines Bauteils nach AEC-Q200 muss dieses eine strenge Abfolge verschiedenster und zum Teil zeitintensiver Prüfungen bestehen, so z.B. mehrere 1000 Stunden Tests in Klima-, Wärme- oder Temperaturschockschränken. Da Beschädigungen an Bauteilen nicht immer so unmittelbar sichtbar sind wie in Bild 1, gibt ein zerstörender DPA-Test (Destructive Physical Analysis) mittels Schliffbild zusätzlich Aufschluss darüber, ob die innere Struktur eines Bauteils (Bild 2) Fertigungs- oder Materialfehler in Form von Beschädigungen, Rissen oder auch Einschlüssen aufweist. Dabei liegt die tolerierte Fehlerrate während des gesamten Freigabeprozesses bei null, sobald also ein Bauteil eine der Prüfungen nicht besteht (bei Tantal- und Keramikkondensatoren immerhin 19 verschiedene Prüfungen, andere Produktgruppen weichen geringfügig ab), kann es die Freigabe nach AEC-Q200-Standard nicht mehr erhalten.

Zeitintensive Vorbereitung des Prüfaufbaus

Die Hälfte der Tests erfordert eine besonders (zeit)intensive Vorbereitung des Prüfaufbaus, da hierbei die zu testenden Muster, deren Zahl zwischen 10 und 77 Stück variieren kann, teilweise einzeln auf eine Platine gelötet und kontaktiert werden müssen. Gemäß AEC-Q200-Norm sind bei den mit einer Testzeit von 1000 Stunden zudem Zwischenmessungen der elektrischen Parameter nach 250 und 500 Stunden durchzuführen. Doch hinsichtlich der Art und Weise, wie diese Zwischenmessungen durchzuführen sind, hält sich die Norm bedeckt: Müssen die Prüfungen dazu unterbrochen und aus dem Klima-/Wärmeschrank entnommen werden oder ist die Messung bei laufender Prüfung durchzuführen? Bei genauer Betrachtungsweise offenbaren beide Optionen ihre Vor- und Nachteile hinsichtlich Zeit- und Hardwarebedarf, die Entscheidung hierüber überlässt die Norm dem Hersteller. Auch die Wahl der verwendeten Lotmaterialien ist bei vielen Prüfungen nicht spezifiziert. Dieser Umstand darf nicht außer Acht gelassen werden, lassen sich doch durch Verwendung unterschiedlicher Lotmaterialien voneinander abweichende Ergebnisse erzielen, die die Aussagekraft der Resultate aufweichen.

Ebenso ist bei einigen der Langzeittests eine dauerhafte Belastung der auf die Platine gelöteten Prüfmuster mit der in der Bauteilspezifikation vorgegebenen Nennspannung erforderlich. Auch hier lässt die Norm dem Anwender freie Wahl, ob er eine Einzel- oder Sammelkontaktierung der Muster realisieren soll. Die Entscheidung hierüber wird durch seine Finanzkraft und sein technisches Knowhow bestimmt.

Kleine Bauteilgrößen bereiten Schwierigkeiten

Kleine Bauteilgrößen wie 0201 oder 0402 sind eine weitere Schwierigkeit im Freigabeprozess: Wie sollen so kleine Komponenten kontaktiert werden, um beispielsweise die beim ESD-Test auf das Bauteil gebrachte Ladung abzuführen? Der in der AEC-Q200-Norm genannte Passus der sogenannten „Generischen Daten“ führt hier nur bedingt eine Lösung ins Feld. Demzufolge können alle Komponenten in verschiedene Qualifikationsfamilien eingeordnet werden, sodass die für ein Bauteil erlangten Daten als gleichwertig für eine andere zu prüfende Komponente derselben Familie angesehen werden können. Dies lässt sich durch Qualifikation einer Auswahl von Komponenten erreichen, die anhand ihrer technischen Eigenschaften die „vier Ecken“ einer Familie festlegen. Die Definition dieses Rahmens, die zum Beispiel anhand des Kapazitäts- oder Nennspannungswertes erfolgen kann, obliegt jedoch dem Hersteller, seine Auswahl der Rahmenbauteile muss er dem Endanwender gegenüber entsprechend begründen. Ohne fortgeschrittene Kenntnis der Produktionsvorgänge, des inneren Bauteilgefüges und der technischen Zusammenhänge zwischen Aufbau und Funktion ist dies eine kaum zu bewältigende Aufgabe.

Ausführliche und lückenlose Dokumentation der Ergebnisse

Eine ausführliche und lückenlose Dokumentation der Ergebnisse zu jeder durchgeführten Prüfung bildet den Abschluss einer Freigabe unter AEC-Q200-Bedingungen. Da bei vielen Prüfungen die in der Kundenspezifikation festgelegten elektrischen Parameter vor, während und nach dem Test festgehalten werden müssen, sind Freigabeprotokolle mit einem Umfang von 20 bis 30 Seiten gängiger Standard.

Ununterbrochene Lieferkette mit gleichbleibendem Qualitätsstandard

Die in der Automobilindustrie etablierte und auch von den Herstellern geforderte ISO/TS 16949, die 2016 von der IATF 16949 abgelöst wurde, regelt die Anforderungen an die Qualitätsmanagementsysteme der Automobilhersteller und der Zulieferer, die sich auf die Serien- und Ersatzteilproduktion sowie wertschöpfende Prozesse verstehen. Somit ist eine ununterbrochene Lieferkette mit gleichbleibendem Qualitätsstandard gewährleistet. Distributoren, die keinerlei Fertigung oder Veredelung betreiben, stellen keine Unterbrechung dieser Lieferkette dar, da sie über ihre Prozesse sicherstellen, dass der Hersteller nach IATF 16949 zertifiziert ist.

AEC-Q200-Freigabe als Herausforderung

Bauteile mit AEC-Q200-Freigabe sind hochqualifizierte Bauteile für den Einsatz in kritischer Umgebung und widerstehen auch den rauesten Bedingungen. Aufgrund der vielfältigen und extremen Prüfbedingungen können weitere Tests zur Bauteilfreigabe und individuelle Spezifikationen entfallen und somit zu einer enormen Zeit- und Aufwandsersparnis beim Anwender führen. Die in diesem Beitrag aufgeführten Hürden bei einem Freigabeprozess sind für Hersteller wie für Distributoren jedoch Herausforderungen, die den gesamten Vorgang enorm komplizieren und die es zu bewältigen gilt, wenn der Zutritt zum lukrativen Markt der Automobilindustrie nicht verschlossen bleiben soll.

Komponenten von bewährter Qualität für den Kfz-Markt

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12.10.17 - Die Automobilbranche stellt hohe Anforderungen auch an die Zulieferer von passiven Bauelementen wie Kondensatoren. Neben AEC-Q200 fordern vile Hersteller nun auch die Zertifizierung nach ISO/TS 16949. lesen

* Alexander Stillig ist Mitarbeiter im Produktmanagement bei der Blume Elektronik Distribution GmbH in Bad Salzdetfurth.

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