Schon seit den 1920er und 30er Jahren spielt die Elektronik im Auto eine Rolle. Damals wurden die ersten Radios in Autos eingebaut. Damals kosteten sie jedoch rund ein Viertel des Fahrzeugpreises, und Musik während der Fahrt war selten. Mit der Verbreitung von Halbleiter-Bauteilen in den 1960er Jahren hielt der Transistor rasch Einzug in die Zündsysteme. Bald darauf, in den 1970er Jahren, setzte Ford einen Prozessor in der elektronischen Motorsteuerung seines Vergasers ein. Seitdem hat die Zahl der elektronisch unterstützten Automotive-Features stetig zugenommen, so dass die Fahrzeuge heute bis zu einem gewissen Grad selbst fahren können.

Die Elektronik im Auto rollt und rollt und rollt…

In den 1990er Jahren boomte jedoch die Unterhaltungselektronik, sodass der Anteil der Automotive-Elektronik am Geschäft der Bauteile-Zulieferer immer geringer wurde. Die drei großen US-amerikanischen Fahrzeughersteller Ford, Chrysler und General Motors hatten Schwierigkeiten, ihre Elektronik-Zulieferer davon zu überzeugen, ihre strengeren Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Sie suchten nach Bauteilen, die bei extremen Temperaturen und Feuchtigkeit mehr als zehn Jahre lang betrieben werden können und gleichzeitig viele Jahre lang bestellbar sind. Im Vergleich dazu waren die Anforderungen der Kunden aus der Unterhaltungselektronik wesentlich geringer.

Abbildung 1: Unterschiede in den Erwartungen an die Qualität und Robustheit von Halbleiter-Bauteilen in der Unterhaltungs- und Automobilelektronik.

Die drei Unternehmen gründeten den Automotive Electronics Council (AEC), um branchenweite Qualitätsstandards zu definieren. Es folgten Beratungen mit Halbleiterherstellern, die zur AEC-Q100 führten, die Qualifizierungen für Stresstests für integrierte Schaltkreise definierte. Weitere Standards folgten, wie AEC-Q101 für diskrete Halbleiter und AEC-Q200 für passive Bauteile.

Abbildung 2: Richtlinien und Qualifizierungen des Automotive Electronics Council für Bauteile für Fahrzeugapplikationen.

Bauteile, die den Anforderungen für Automotive entsprechen, werden in der Regel eingehender geprüft und ihre Fertigung wird strenger überwacht als die Fertigung von Bauteilen für den Consumer-Bereich. Schließlich steht hier viel auf dem Spiel. Der durchschnittliche Fahrzeugpreis in der EU liegt derzeit bei rund 32.000 Euro, das ist mehr als die Hälfte des gemeinsamen Jahreseinkommens einer durchschnittlichen Familie (55.000 Euro). Unternehmen, die mit einer wichtigen Produktinvestition Marktanteile gewinnen möchten, müssen ununterbrochen zuverlässige, langlebige Fahrzeuge liefern.

Die Erfüllung eines AEC-Q-Standards bedeutet jedoch nicht automatisch, dass ein Bauteil den Anforderungen für den Automotive-Bereich entspricht. Zulieferer wie Vishay verfügen über zahlreiche Prozesse, die sicherstellen, dass elektronische Bauteile von Anfang an für Fahrzeugapplikationen entwickelt werden. Der Prozess beginnt in der Design-Phase, in der sichergestellt wird, dass die über Jahrzehnte entwickelten Richtlinien (DFMEA) eingehalten werden, um zu gewährleisten, dass das Endprodukt robust konstruiert ist und die Langlebigkeit und Betriebsanforderungen von Fahrzeugapplikationen erfüllt.

Danach folgt die Qualifizierung, bei der Standards wie AEC-Q100 zum Tragen kommen. Es reicht jedoch nicht aus, zu beweisen, dass einige wenige Bauteile die erforderlichen Prüfungen bestehen können. Die gesamte Fertigungskette muss die höchsten Standards erfüllen, die Prozesse überwachen und im Falle eines Ausfalls auf Verbesserungen vorbereitet sein. Dies wird durch den Standard IATF 16949 für Qualitätsmanagementsysteme und Fehlervermeidung in Automotive-Lieferketten und Montageprozessen abgedeckt.

Lieferanten wie Vishay setzen sich zwar fehlerfreie Produkte zum Ziel, aber dennoch kommt es mitunter zu Problemen in der Praxis. Sollte ein Bauteil ausfallen, kann eine beschleunigte Analyse des Ausfalls durchgeführt werden, die häufig als 8D-Problemlösung (8-Discipline Methodology) bezeichnet wird. Dabei wird festgestellt, ob das Bauteil aufgrund eines Herstellungsfehlers oder seines Designs ausgefallen ist, was dann behoben wird, oder ob es eine andere Ursache hatte, die dazu führte, dass das Bauteil den vorgesehenen Eigenschaften nicht entsprach.

Dieses Maß an Engagement für die Qualitätsanforderungen der Automotive-OEMs und ihrer Zulieferer (Tier 1, 2 und 3) ist unerlässlich. Die Automotive-Industrie wünscht sich Zulieferer, die langfristig an ihrem Geschäft interessiert sind. Deshalb kennzeichnet Vishay die Datenblätter der konformen Bauteile mit dem Label „Automotive Grade“.

Zudem verfolgt Vishay eine Safe Launch Policy zur sicheren Markteinführung von Produkten. Dazu zählen die Evaluierung von Prozess-Eckpunkten, die Ergebnisanalyse, die Prüfung der Prozessleistungen und die Prüfung der Zuverlässigkeit. Produkte, die den Anforderungen für den Automotive-Bereich entsprechen, werden auch im Rahmen des Production Part Approval Process (PPAP) zur Zulassung vorgelegt. Während der Fertigung findet ein Maverick-Lot-Programm statt, bei dem Merkmale wie Part Average Test (PAT), Statistical Yield Limit (SYL) und Statistical Bin Limit (SBL) eingesetzt werden. Dieses Verfahren ist Bestandteil von AEC-Q001 und AEC-Q002 und sucht nach Teilen und Losen, die statistisch voneinander abweichen. Die regelmäßige Überprüfung der AEC-Anforderungen (alle zwei Jahre) trägt zusätzlich zur Sicherung von Qualität und Zuverlässigkeit bei.

Vishay bietet im Bereich der Automotive-Elektronik ein breites Spektrum an diskreten Halbleitern und passiven Bauteilen an. Das Angebot an passiven Bauelementen umfasst Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände (einschließlich nichtlinearer Typen). Im Bereich der Halbleiter bietet das Unternehmen Dioden und Gleichrichter, MOSFETs und analoge Schalter an. Komplexe optoelektronische Bauteile, wie Sensoren zur Erkennung von Näherung und Gesten, sind ebenfalls verfügbar und bilden einen Teil der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) des Fahrzeugs.

Fazit

Der Automotive-Markt stellt hohe Anforderungen an die Qualität, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Bauteilen. Das setzt ein starkes Engagement der Zulieferer voraus. Angesichts des kontinuierlichen Übergangs zu Elektrofahrzeugen und des zu erwartenden Anteils an Halbleitern von mehr als 900 US-Dollar pro Fahrzeug ist dies jedoch auch ein sehr attraktives Geschäftssegment. Für Vishay bedeutet die Kennzeichnung eines Produkts mit dem Automotive-Grade-Label mehr als nur eine Prüfung oder AEC-Q-Qualifizierung. Vielmehr geht es dem Unternehmen darum, über diese Mindestanforderungen hinauszugehen, um Zuverlässigkeit und Verlässlichkeit zu bieten, die Fahrzeug-OEMs an ihre Kunden weitergeben können.